JP4346887B2

JP4346887B2 - Welding tool, friction stir welding apparatus, and friction stir welding method

Info

Publication number: JP4346887B2
Application number: JP2002311507A
Authority: JP
Inventors: 英夫尾野; 卓巳川▲崎▼; 光生藤本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004141948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の被接合部材を含んで構成される被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を接合する摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法に関する。なお当接されて設けられる被接合物は、複数の被接合部材が重ね合わされる場合および突き合わされる場合を含む。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来の技術の接合ツール２と被接合物１とが接触した状態を拡大して示す断面図である。接合ツール２は、摩擦撹拌接合によって重ね合わされる複数の被接合部材１ａ，１ｂを接合する。接合ツール２は、複数の被接合部材１ａ，１ｂが重ね合されて設けられる被接合物１に、軸線Ｌ１まわりに回転しながら軸線方向Ａに没入する。接合ツール２は、被接合物１を予め定める加圧力Ｆ１で押圧する。接合ツール２は、摩擦熱によって被接合物１を流動化させ、流動化した被接合物１を固相撹拌して、被接合部材１ａ，１ｂを非溶融の状態で接合する（たとえば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１４９８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、図１８のＳ１９−Ｓ１９切断面線から見た図である。接合ツール２を被接合物１に接触させて回転させる場合には、回転接触時に発生する摩擦力よりも大きい力を接合ツール２に与える必要がある。また接合ツール２が軸線Ｌ１から半径方向に離れた偏心位置４で被接合物１に接触する場合、回転接触時に発生する摩擦力に抗する力Ｆ２と、軸線Ｌ１から偏心位置４までの距離ｒとを乗算した値Ｆ２×ｒよりも大きいトルクを接合ツールに与える必要がある。
【０００５】
接合ツール２を摩擦力に抗する力Ｆ２で動作させると、被接合物１から摩擦力に抗する力Ｆ２の反対方向であって摩擦力に抗する力Ｆ２と同じ大きさの反力Ｆ３が、接合ツール２に作用する。
【０００６】
図１８に示すように、被接合物１の表面状態および接合ツール２の保持状態などによって、接合ツール２が最初に接触する被接合物１の接触面５と、接合ツール２の軸線Ｌ１とが垂直でない場合がある。この場合、接合ツール２は、その軸線Ｌ１上の中心位置３で接触するより先に、軸線Ｌ１から半径方向に離れた偏心位置４で被接合物１に接触する。このとき接合ツール２が被接合物１に接触する接触部分６は、軸線Ｌ１に対して非対称となる。
【０００７】
接合ツール２の接触部分６が軸線Ｌ１に対して非対称な場合には、上述したように、接合ツール２に反力Ｆ３が作用する。この反力Ｆ３は、軸線方向Ａに垂直な方向に働き、接合ツール２を動かす力となり、接合ツール２の位置決めに影響を与える。
【０００８】
接合ツール２は、たとえばロボットアームによって支持される。ロボットアームは、接合ツール２の軸線方向Ａの剛性は高いが、軸線方向Ａに垂直な方向Ｂの剛性は低い。したがって、被接合物１から反力Ｆ３が作用すると接合ツール２を支持するロボットアームがたわむ。これによって接合ツール２は、没入すべき没入位置からずれた位置に没入してしまう。
【０００９】
このように接合ツール２の軸線Ｌ１が被接合物１の表面に対して傾く場合、従来の技術では、被接合物１から反力Ｆ３が接合ツール２に与えられて、接合ツール２を没入位置に正確に没入することができないという問題がある。
【００１０】
したがって本発明の目的は、接合ツールが没入すべき没入位置からずれることを防止する接合ツール、摩擦撹拌接合装置および接合ツールを用いた摩擦撹拌接合方法を提供することである。
【００２２】
本発明は、複数の被接合部材が当接されて設けられる被接合物に対して、接合ツールをその軸線まわりに回転させながら被接合物に没入させて、被接合物を固相撹拌する摩擦撹拌接合装置であって、
前記接合ツールを前記軸線まわりに回転駆動するツール回転駆動手段と、
前記接合ツールを前記軸線方向に沿って変位駆動するツール変位駆動手段と、
前記接合ツールの基準軸線に平行に延びる基準軸線を有し、接合ツールの先端形状に対応する形状の位置決め凹所を形成する凹所形成手段であって、
被接合物を挟んで配置される一対の電極端子と、
前記一対の電極端子によって被接合物を挟んで、位置決め凹所となる圧痕を形成する圧痕形成部とを有する凹所形成手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【００２３】
本発明に従えば、接合ツールをその軸線まわりに回転駆動するとともに軸線方向に沿って変位駆動することによって、回転させた接合ツールを被接合物に没入する。これによって接合ツールが被接合物を固相撹拌して、各被接合部材を接合する。
【００２４】
凹所形成手段によって被接合物に位置決め凹所を形成し、接合ツールの先端を位置決め凹所に嵌め込み、接合ツールを被接合物に没入する。これによって接合ツールの先端が位置決め凹所から抜け出ることを防止して、接合ツールを被接合物に没入させることができる。これによって接合ツールが没入すべき没入位置からずれることを防止し、没入すべき没入位置に接合ツールを正確に没入させることができる。
【００２６】
また、接合ツールが被接合物に没入する前に、電極端子によって被接合物を両側から挟み、位置決め凹所となる圧痕を形成する。また電極端子間に電圧を印加して各被接合部材に電流を流し、被接合物を溶融して各被接合部材を仮止めする。
【００２７】
このように位置決め凹所が形成される部分に当接される各被接合部材を仮止めした状態で、接合ツールの先端を位置決め凹所に嵌め込むことによって、接合ツールの位置ずれを防止するとともに、各被接合部材がずれること、被接合部材間に隙間が形成されることをなくすことができる。これによって接合不良をさらに確実に防止し、被接合物の接合品質を向上することができる。
【００３０】
また本発明は、複数の被接合部材が当接されて設けられる被接合物に対して、接合ツールをその軸線まわりに回転させながら被接合物に没入させて、被接合物を固相撹拌する摩擦撹拌接合方法であって、
一対の電極端子によって被接合物を両側から挟んで、被接合物に圧痕による位置決め凹所を形成する圧痕形成工程と、
被接合物を挟んだ状態で、一対の電極端子間に電圧を印加して、各被接合部材を部分的に溶融させて仮止めする仮止工程と、
各被接合部材が仮止された被接合物の位置決め凹所に接合ツールの先端部を嵌り込ませるように、接合ツールを回転させながら被接合物に没入し、被接合物を軟化させて流動させる撹拌工程とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合方法である。
【００３１】
本発明に従えば、圧痕形成工程によって、被接合物に圧痕による位置決め凹所を形成し、仮止め工程によって圧痕が形成される付近における各被接合部材を部分的に溶融して仮止めする。圧痕形成工程および仮止め工程の後に、撹拌工程を行う。すなわち位置決め凹所に接合ツールの先端部を嵌り込ませて、接合ツールを回転させながら被接合物に没入して、被接合物を軟化させて流動させる。
【００３２】
接合ツールが接合すべき没入位置に位置決め凹所を形成し、この位置決め凹所に接合ツールを嵌め込んで、接合ツールを被接合物に没入することによって、接合ツールが接合すべき没入位置からずれることを防止することができる。
【００３３】
さらに電極端子によって圧痕形成と仮止めを行うことによって、圧痕が形成される付近の被接合部材を仮止めすることができ、圧痕形成および仮止めを短時間に行うことができる。また仮止め後に接合ツールを被接合物に没入することによって被接合部材がずれることおよび被接合部材間に隙間が形成することをなくし、接合不良を防止することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である接合ツール２０と被接合物２１とが接触した状態を拡大して示す断面図である。接合ツール２０は、複数の被接合部材２１ａ，２１ｂが重ね合わされて設けられる被接合物２１を摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）するために用いられ、特にスポット接合に用いられる。
【００３５】
接合ツール２０は、その軸線Ｌ１まわりに回転しながら軸線Ｌ１に沿って移動し、被接合物２１に当接する。接合ツール２０は、回転しながら被接合物２１に没入する。被接合物２１は、接合ツール２０が回転接触することで、摩擦熱が生じて軟化する。
【００３６】
被接合物２１に没入した接合ツール２０は、軟化した被接合物２１を流動化し、流動化した部分を撹拌する。これによって流動化した各被接合部材２１ａ，２１ｂが互いに混ぜ合わされる。十分に被接合物２１を撹拌した後、接合ツール２０が被接合物２１から離脱することによって、流動化した部分が固まり、各被接合部材２１ａ，２１ｂが接合される。
【００３７】
接合される被接合部材２１ａ，２１ｂは、たとえばプレス成形されるアルミ製の薄厚材である。また摩擦撹拌接合は、たとえば自動車ボディ、意匠構造物およびその他重ね合わせ接合物の製造に用いられる。
【００３８】
接合ツール２０は、略円柱状に形成される本体部２２と、本体部２２から軸線方向一方Ａ１に突出し、略円柱状に形成される撹拌部２３とを有する。撹拌部２３は、被接合物２１に没入して流動化した被接合物２１を撹拌する。
【００３９】
本体部２２は、軸線方向一方Ａ１側端面となるショルダ面２７を有し、ショルダ面２７は、軸線Ｌ１に対して垂直に形成される。撹拌部２３は、ショルダ面２７から垂直に突出する。また本体部２２と撹拌部２３とは、同軸に形成され、本体部２２の直径よりも撹拌部２３の直径が小さく形成される。
【００４０】
本発明において、被接合物２１の接合ツール側の表面と接合ツール２０の軸線Ｌ１とは、垂直に形成されなくてもよく、接合ツール２０の軸線Ｌ１に対して被接合物２１の接合ツール側の表面が傾斜している場合であっても、好適に用いることができる。
【００４１】
撹拌部２３は、円柱状に形成されるピン部２８と、ピン部２８の軸線上の中央部２４から軸線方向一方Ａ１に突出する先鋭形状の突起２５とが形成される。突起２５は、その先端部分が軸線方向一方Ａ１に向かうにつれて先細な円錐形状に形成される。また突起２５の頂点２６は、接合ツール２０の軸線Ｌ１上に配置される。したがって接合ツール２０の軸線方向一方Ａ１側先端は、突起２５の頂点２６となる。
【００４２】
また接合ツール２０は、突起２５の被接合物２１への当接を妨げる部分がなく形成される。言換えると、本体部２２およびピン部２８は、突起２５の軸線まわりに空隙１８が形成される。これによって軸線方向一方Ａ１に移動して被接合物２１に接触する接合ツール２０は、最初に突起２５の頂点２６が当接する。
【００４３】
接合にあたって、接合ツール２０と対向する位置には、受け台３０が設けられる。受け台３０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２１を支持する。受け台３０は、接合ツール２０のショルダ面２７よりも広い面積の受け面３１を有する。また受け台３０は、ツール開口部３３が設けられる。ツール開口部３３には、受け面３１から没入するツール開口３２が形成される。ツール開口３２は、接合ツール２０の突起２５の外周径よりも大きい周径を有する。接合にあたって、ツール開口部３３は、接合ツール２０に臨み、突起２５とツール開口３２とが同軸に配置される。
【００４４】
図２は、本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合装置４０を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置４０は、図１に示す本発明の接合ツール２０が装着される。摩擦撹拌接合装置４０は、接合ツール２０が装着され、予め定める基準軸線Ｌ２まわりに回転自在にかつ基準軸線Ｌ２に沿って移動自在に設けられるツール保持具４１と、ツール保持具４１を基準軸線Ｌ２まわりに回転駆動するツール回転駆動手段４２と、ツール保持具４１を基準軸線Ｌ２に沿って変位駆動するツール変位駆動手段４３と、ツール保持具４１に対向する位置に配置され、ツール保持具４１と反対側から被接合物２１を支持する受け台３０を有する受け台形成部４４と、受け台形成部４４を基準軸線方向Ｂに変位駆動する受け台駆動手段４５と、ロボットアーム２９に連結される基台４６とを含んで構成される。基準軸線方向Ｂは、基準軸線Ｌ２を含む仮想面において、基準軸線Ｌ２に平行な直線が延びる方向である。
【００４５】
ツール保持具４１は、接合ツール２０の軸線方向他方Ａ２側端部を挟持して、接合ツール２０を着脱可能に保持する。ツール保持具４１に保持される接合ツール２０は、その軸線Ｌ１が摩擦撹拌接合装置４０の予め定める基準軸線Ｌ２と一致する。ツール保持具４１が基準軸線Ｌ２に沿って変位駆動されると、ツール保持具４１に保持される接合ツール２０は、接合ツール２０の軸線Ｌ１に沿って移動する。またツール保持具４１が基準軸線Ｌ２まわりに回転駆動されると、ツール保持具４１に保持される接合ツール２０は、接合ツール２０の軸線Ｌ１まわりに回転する。
【００４６】
ツール回転駆動手段４２は、ツール保持具４１を基準軸線Ｌ２まわりに回転自在に支持するツール回転用軸受４７と、ツール保持具４１を基準軸線Ｌ２まわりに回転させるためのツール回転モータ４８と、ツール回転モータ４８からの回転力をツール保持具４１に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。
【００４７】
ツール変位駆動手段４３は、基準軸線方向Ｂに変位自在に構成される可動部（図示せず）と、可動部を基準軸線方向Ｂに変位自在に支持する支持部４９と、可動部を基準軸線方向Ｂに変位駆動するためのツール変位モータ５０と、ツール変位モータ５０からの回転力を基準軸線方向の直進力に変換して可動部に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。たとえば支持部４９は、可動部を支持するガイドレールによって実現され、ツール変位モータ５０は、サーボモータによって実現される。また伝達部は、ツール変位モータ５０の回転力をねじまたは歯車を用いて直進力に変換する。またツール変位駆動手段４３は、リニアモータによって実現されてもよい。
【００４８】
ツール変位駆動手段４３の可動部には、ツール回転駆動手段４２が固定される。またツール変位駆動手段４３の支持部４９は、基台４６に固定される。ツール変位モータ５０を回転することによって、可動部とともにツール回転駆動手段４２を基台４６に対して基準軸線方向Ｂに変位駆動することができる。
【００４９】
受け台形成部４４は、略Ｌ字状に形成される。受け台形成部４４は、基準軸線Ｌ２に対して半径方向に間隔をあけて、基準軸線方向Ｂに延びる受け台形成部第１部分５１と、受け台形成部第１部分５１の基準軸線方向一端部５１ａに連なり、ツール保持具４１に向かって基準軸線Ｌ２に垂直な方向に延びる受け台形成部第２部分５２とを有する。
【００５０】
受け台形成部第２部分５２には、受け台３０が設けられる。受け台３０は、受け台形成部第２部分５２からツール保持具４１に向かって基準軸線Ｌ２に沿って突出する。受け台３０は、基準軸線Ｌ２に同軸な略円柱状に形成され、ツール保持具４１に対して間隔をあけて配置される。さらに受け台３０のツール開口部３３は、基準軸線Ｌ２に対してツール開口３２が同軸となるように形成される。
【００５１】
受け台駆動手段４５は、基準軸線方向Ｂに変位自在に構成される可動部（図示せず）と、可動部を基準軸線方向Ｂに変位自在に支持する支持部５３と、可動部を基準軸線方向Ｂ２に変位駆動するための受け台変位モータ５４と、受け台変位モータ５４からの回転力を基準軸線方向の直進力に変換して可動部に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。受け台駆動手段４５は、ツール変位駆動手段４３と同一の構成を有し、説明を省略する。
【００５２】
受け台駆動手段４５の可動部には、受け台形成部第１部分５１の基準軸線方向他端部５１ｂが固定される。また受け台駆動手段４５の支持部５３は、基台４６に固定される。受け台変位モータ５４を回転させることによって、可動部とともに受け台形成部４４を基台４６に対して基準軸線方向Ｂに変位駆動することができる。
【００５３】
基台４６は、上述するようにツール変位駆動手段４３の支持部４９、受け台駆動手段４５の支持部５３が固定される。また基台４６は、ロボットアーム２９の先端部と連結される。基台４６は、ロボットアーム２９によって変位駆動され、接合が行われる被接合物２１の接合位置に変位駆動される。基台４６が移動すると、基台４６に固定される各手段もまた基台４６と一体的に移動して、摩擦撹拌接合装置が移動する。
【００５４】
図３は、接合ツール２０の接合状態を説明する断面図であり、図３（１）から図３（４）の順で動作が進行する。接合ツール２０がツール保持具４１に保持されて、摩擦撹拌接合のための準備が完了すると、ロボットアーム２９によって摩擦撹拌接合装置４０が被接合物２１に向かって変位駆動される。
【００５５】
摩擦撹拌接合装置２０が各被接合部材２１ａ，２１ｂを接合するための予め定める位置に移動すると、摩擦撹拌接合装置４０が摩擦撹拌接合における各動作を開始する。このとき接合ツール２０と受け台３０と間には重ね合わされた２つの被接合物２１ａ，２１ｂが配置される。
【００５６】
摩擦撹拌接合装置の制御手段が、ツール変位駆動手段４３を制御して接合ツール２０を基準軸線方向一方Ｂ１に変位駆動する。また制御手段が、受け台駆動手段４５を制御して受け台３０を基準軸線方向他方Ｂ２に変位駆動する。すなわち接合ツール２０と受け台３０とを互いに近接する方向に移動させる。これによって接合ツール２０および受け台３０によって被接合物２１を両側から挟持する。
【００５７】
接合ツール２０は、その軸線Ｌ１と摩擦撹拌接合装置の基準軸線Ｌ２とが一致するように、ツール保持具４１に保持される。したがって基準軸線方向一方Ｂ１に変位移動する接合ツール２０は、図３（１）に示すように、撹拌部２３のうちの突起２５の頂点２６が点接触または点接触に近い状態で、被接合物２１に最初に接触する。
【００５８】
接合ツール２０は、図１９に示す従来の技術のように、軸線Ｌ１と垂直な方向に力を受けることが防止される。したがって接合ツール２０を支持する摩擦撹拌接合装置４０およびロボットアーム２９が、基準軸線Ｌ２に垂直な方向にたわむことを防止することができる。接合ツール２０は、被接合物の没入すべき没入位置に正確に没入する。
【００５９】
ツール保持具４１がツール変位駆動手段４３によってさらに変位駆動されることによって、被接合物２１に接触した接合ツール２０は、受け台３０に向けて被接合物２１内にさらに没入する。接合ツール２０は、撹拌部２３のうち突起２５から被接合物２１に没入していく。
【００６０】
図３（２）に示すように、突起２５が被接合物２１に没入した後に、ピン部２８が被接合物２１に没入する。ピン部２８が没入するときには、突起２５が被接合物２１に既に没入しているので、ピン部２８が被接合物２１に接触しても、接合ツール２０が没入位置からずれることを防止することができる。このようにして接合ツール２０が時間経過とともに被接合物２１に没入し、接合ツール２０が予め定める第１の設定時間まで受け台３０に向けて没入する。
【００６１】
図３（３）に示すように、制御手段が接合開始から予め定める第１の設定時間に達したと判断すると、被接合物２１への没入を停止した状態で、予め定める第２の設定時間まで接合ツール２０を回転させる。接合ツール２０を回転させることによって、被接合物を流動化して、流動化した被接合物２１ｃを撹拌する。これによって各被接合部材２１ａ，２１ｂを混ぜ合わせる。撹拌部２３は、被接合物２１に最初に当接するとともに、被接合物２１に没入した撹拌部２３が流動化した被接合物２１を撹拌する。
【００６２】
また被接合物２１への没入を停止した状態で、接合ツール２０を回転させるときには、接合ツール２０のショルダ面２７が被接合物２１に没入していることが好ましい。ショルダ面２７は、被接合物２１に対して相対的に回転変位することによって、摩擦熱を与える。このように本体部２２によって被接合物２１を発熱することによって、流動化した被接合物２１が撹拌される撹拌領域を増大させることができる。
【００６３】
また接合ツール２０を没入するにあたって、突起２５が被接合物２１から貫通した場合、受け台３０のツール開口部３３に突起２５が嵌り込む。これによって突起２５が受け台３０に当接することを防止することができ、接合ツール２０を摩擦撹拌接合が良好に行なわれる位置まで確実に没入させることができる。
【００６４】
接合ツール２０によって流動化した被接合物２１を十分に撹拌して、制御手段が、予め定める第２の設定時間に達したと判断すると、図３（４）に示すように、制御手段が、接合ツール２０を被接合物２１から離脱させる。接合ツール２０を離反させると被接合物２１が冷えて、各被接合部材２１ａ，２１ｂが流動化して混ぜ合わされた部分２１ｃが固まり、各被接合部材２１ａ，２１ｂが接合される。
【００６５】
以上のように本発明の接合ツール２０によれば、撹拌部２３に先鋭形状の突起２５が形成されることによって、接合ツール２１の軸線Ｌ１上の突起２５の頂点２６を、点接触または点接触に近い状態で、最初に被接合物２１に接触させることができる。これによって接合ツール２０は、軸線Ｌ１から偏心した部分が最初に被接合物２１に接触することがない。
【００６６】
したがって上述する従来の技術の接合ツール２のように被接合物２１から反力Ｆ３によって移動されることがない。これによって接合ツール２０が軸線Ｌ１に垂直な方向にずれることを防止することができ、没入すべき没入位置に正確に没入することができる。
【００６７】
また没入すべき没入位置に正確に接合ツール２０を没入することができるので、接合跡の位置ずれをなくすことができる。たとえば等間隔に連続して複数の接合部分を接続する場合、接合位置がばらつくことがなく、接合後の被接合物２１の美観を向上することができる。また接合すべき位置に確実に接合ツール２０が没入することによって、位置ずれによる接合強度低下を防止することができる。
【００６８】
摩擦撹拌接合では、プレス成形部材などの曲面形状を有する被接合部材２１ａ，２１ｂを接合する場合がある。この場合、基準軸線Ｌ２と接合ツール２１が最初に接触する被接合物２１の接触面３９とが、垂直でない場合がある。このような場合であっても、接合ツール２０は、先鋭形状に形成される突起２５がピン部２８から突出するので、確実に軸線Ｌ１上で最初に被接合物２１に当接させることができる。
【００６９】
また接合ツール２０は、反力によって変位することがないので、接合ツール２０を支持する摩擦撹拌接合装置およびロボットアーム２９の剛性を高くする必要がない。これによって軸線方向に垂直な方向の剛性が低い摩擦撹拌接合装置４０およびロボットアーム２９を用いて正確な位置に接合ツール２０を没入することができる。また撹拌接合装置４０およびロボットアーム２９の剛性を高くする必要がないのでそれらの構造を単純化および軽量化することができる。
【００７０】
また突起２５は、被接合物２１を切削して穿孔するための穿孔刃が形成されてもよい。穿孔刃は、たとえば突起２５の外周面に形成されるらせん状のねじれ溝が形成されるドリル部に設けられる。たとえば突起２５自体がドリル工具であってもよい。この場合、接合ツール２０は、突起２５が被接合物２１を切削して穿孔する方向に回転される。
【００７１】
突起２５に穿孔刃が形成されることよって、突起２５の頂点が当接すると、穿孔刃が被接合物２１を切削して、突起２５が被接合物２１に穿孔する。これによって短時間で突起２６を被接合物２１に没入させることができる。これによって突起２５の磨耗量を減らすことができるとともに、突起没入時の被接合物２１の変形を防止することができる。また穿孔刃が形成されることによって被接合物２１の撹拌効果を高めることができる。
【００７２】
被接合物２１へ没入した接合ツール２０は、その突起２５が被接合物２１を仮に貫通した場合であっても、突起２５が受け台３２の嵌合部３３に嵌り込む。このとき嵌合部３３に嵌り込む突起２５は、嵌合部３３との間に隙間を有する。これによって突起２５が受け台３０に接触することがなく、接合不良が生じることがない。
【００７３】
図４は、本発明の他の実施の形態の摩擦撹拌接合装置６０を示すブロック図である。摩擦撹拌接合装置６０は、図２に示す摩擦撹拌接合装置４０と同様の構成を有する。上述する摩擦撹拌接合装置４０と同様の構成については説明を省略し、同一の参照符号を付する。摩擦撹拌接合装置６０は、図２に示す摩擦撹拌接合装置４０と同様のツール保持具４１、ツール回転駆動手段４２、ツール変位駆動手段４３、受け台形成部４４および基台４６を含む。またツール保持具４１に装着される接合ツール７０は、後述するように軸線Ｌ１上に頂点７６を有する突起７５が、ピン部７８に比べて出没自在に設けられる。
【００７４】
摩擦撹拌接合装置６０は、接合ツール７０が被接合物２１に没入する状態を検出するツール状態検出手段６１と、ツール状態検出手段６１の検出結果に基づいて、接合ツール７０の突起７５をピン部７８に対して突出および没入変位駆動する突起駆動手段６２とをさらに含む。摩擦撹拌接合装置６０の制御手段６３は、ツール回転駆動手段４２、ツール変位駆動手段４３および受け台駆動手段４５を制御するとともに、ツール状態検出手段６１および突起駆動手段６２をさらに制御する。
【００７５】
制御手段６３は、ロボットアーム２９が予め定める教示位置に達したことを示す到着信号を受けて、ツール回転駆動手段４２を制御し、ツール保持具４１を予め定める回転速度で回転駆動させる。また制御手段６３は、到着信号を受けて、ツール変位駆動手段４３を制御し、ツール保持具４１を被接合物２１に向かって変位駆動させる。制御手段６３は、突起駆動手段６２を制御し、突起７５をピン部７８から突出させた状態で、接合ツール７０を被接合物２１に当接させる。
【００７６】
また制御手段６３は、ツール状態検出手段６１から接合ツール７０が被接合物２１に没入するときの没入状態を示す没入信号が与えられる。制御手段６３は、没入信号に基づいて、突起駆動手段６２を制御し、突起７５をピン部７８に没入させる。
【００７７】
ツール状態検出手段６１は、少なくともピン部７８が被接合物２１に接触したか否かを判断する。ツール状態検出手段６１は、たとえば画像認識カメラによって実現することができる。ツール状態検出手段６１は、またツール保持具４１を回転するための制御電流またはツール保持具４１を変位駆動するための制御電流を検出することによって接合状態を判断してもよい。また接触センサ、近接センサなどの各種センサによってピン部７８が被接合物２１に接触したことを判断してもよい。
【００７８】
図５は、接合ツール７０を拡大して示す断面図である。ツール保持具４１に装着される接合ツール７０は、略円柱状に形成される本体部７２と、本体部７２から軸線方向一方Ａ１に突出し、円柱状に形成される撹拌部７３とを有する。なお軸線方向一方Ａ１は、接合ツール７０が被接合物２１に没入する方向であり、軸線方向他方Ａ２は、接合ツール７０が被接合物２１から離脱する方向である。また軸線Ｌ１は、略円筒状に形成される接合ツール７０の中心を長手方向に延びる。
【００７９】
本体部７２は、軸線方向一方Ａ１側端面となるショルダ面７７を有し、ショルダ面７７は、接合ツール７０の軸線Ｌ１と垂直に形成される。前述したように摩擦撹拌接合装置は、接合ツール７０の軸線と、被接合物２１との表面とが垂直配置されなくてもよく、接合ツール７０の軸線が被接合物２１の表面に対して傾斜していてもよい。
【００８０】
撹拌部７３は、ショルダ面７７から垂直に突出する。また本体部７２と撹拌部７３とは、同軸に形成される。また撹拌部７３の直径は、本体部７２の直径よりも小さく形成される。
【００８１】
撹拌部７３は、その中央部分７４に突起７５を有する。突起７５は、ピン部７８に対して、軸線方向一方Ａ１に突出および没入自在に設けられる。この突起７５は、接合ツール７０の軸線Ｌ１上に頂点７６を有する先鋭形状に形成される。具体的には、軸線方向一方Ａ１に向かうにつれて先細な円錐形状に形成される。突起７５の先端となる頂点７６は、軸線Ｌ１上に配置される。
【００８２】
接合ツール７０は、本体部７２および撹拌部７３を軸線Ｌ１に沿って挿通して延びて、軸線方向一方Ａ１が外部に連なる挿通孔７９が形成される挿通孔形成部８０と、挿通孔７９の軸線方向他方Ａ２に連通し、接合ツール７０の軸線Ｌ１に垂直な一垂直方向Ｃに延びて本体部７２を貫通する貫通孔８１が形成される貫通孔形成部８２とが形成される。
【００８３】
また接合ツール７０は、挿通孔７９に配置され、軸線方向一方Ａ１側端部に突起７５を有する棒状の突起形成部材８３と、貫通孔８１に配置される第１突出部材８４と、貫通孔８１に配置される第２突出部材８５とを備える。また接合ツール７０は、２つのばね力発生部８８、８９を備え、第１のばね力発生部８８は、貫通孔８１に配置され、第１突出部材８４と第２突出部材８５とを連結して、第１突出部材８４および第２突出部材８５に互いに離反する方向のばね力を与える。また第２のばね力発生部８９は、そう通行７９に配置され、突起形成部材８３を貫通孔８１に向かって移動させる方向のばね力を与える。
【００８４】
挿通孔７９および貫通孔８１によって接合ツール７０は、略Ｔ字状の空間が形成される。挿通孔７９は、貫通孔８１の一垂直方向Ｃの中央から軸線方向一方Ａ１に延びる。
【００８５】
なお一垂直方向Ｃは、貫通孔８１が延びる方向であって、軸線Ｌ１と交差するとともに軸線Ｌ１に対して垂直に延びる。また貫通孔８１中央から貫通孔８１の一方の開口８６に向かう方向を一垂直方向一方Ｃ１とし、貫通孔中央８１から貫通孔８１の他方の開口８７に向かう方向を一垂直方向他方Ｃ２とする。
【００８６】
突起７５が形成される突起形成部材８３は、本体部７２に対してまわり止めされ、本体部７２と同方向に回転する。突起形成部材８３は、軸線方向一方Ａ１側先端に突起７５が形成される先細部分８３ａと、先細部分８３ａの軸線方向他方Ａ２に連なり、本体部７２に対してまわり止めされるまわり止め部分８３ｂと、まわり止め部分８３ｂの軸線方向他方Ａ２に連なって延びる軸部分８３ｃとを有する。
【００８７】
先端部分８３ａは、円柱状に形成され、軸線方向一方Ａ１側先端が円錐形状に形成される。この円錐形状部分が突起７５となり、円錐形状部分の頂点が突起の頂点７６となる。まわり止め部分８３ｂは、たとえば４角柱に形成される。まわり止め部分８３ｂの外径は、先端部分８３ａの外径よりも大きく形成される。また軸部分８３ｃの外径は、まわり止め部分８３ｂの外径よりも小さく形成される。これら先端部分８３ａ、まわり止め部分８３ｂおよび軸部分８３ｃは、ともに同軸に形成される。突起形成部材８３の軸線は、接合ツール７０の軸線Ｌ１と一致する。
【００８８】
挿通孔形成部８０は、第１挿通孔部分８０ａ、第２挿通孔部分８０ｂおよび第３挿通孔部分８０ｃが形成される。第１挿通孔部分８０ａは、突起形成部材８３の先端部分８３ａが挿通し、先端部分８３ａの外径寸法とほぼ同じ内径寸法を有する第１挿通孔領域７９ａが形成される。また第２挿通孔部分８０ｂは、突起形成部材８３のまわり止め部分８３ｂが挿通し、４角柱形状に形成される第２挿通孔領域７９ｂが形成される。第３挿通孔部分８０ｃは、突起形成部材８３の軸部分８３ｃが挿通し、軸部分８３ｃの外径寸法とほぼ同じ内径寸法を有する第３挿通孔領域７９ｃが形成される。この第１、第２および第３挿通孔領域７９ａ，７９ｂ，７９ｃは、互いに連なり１つの挿通孔７９となる。挿通孔形成部８０と突起形成部材８３とは、隙間が形成されることによって、軸線方向Ａに移動可能に形成される。
【００８９】
たとえば本体部７２は、２つに分割して製作され、突起形成部材８３を挿通孔７９に収容した状態で、２つに分割した状態から１つに組立てられる。このとき本体部７２は、溶接またはボルト止めなどによって突起形成部材８３を収容した状態で組立てられる。
【００９０】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩの切断面線から見た断面図である。突起形成部材８３のまわり止め部分８３ｂは、４角柱に形成される。接合ツール回転時には、まわり止め部分８３ｂと第２挿通孔部分８０ｂとが当接する。これによって挿通孔形成部８０と突起形成部材８３とが相対的に軸線Ｌ１まわりに回転することが阻止され、挿通孔形成部８０と突起形成部材８３とが一体的に回転する。
【００９１】
図５に示すように、第２ばね力発生手段８９は、突起形成部材８３を軸線方向他方Ａ２すなわち突起７５を撹拌部７３のピン部７８に没入させる方向にばね力を発生する。第２ばね力発生手段８９は、引張りコイルばねによって実現される。引張りコイルばねの伸縮方向一端部は、まわり止め部分８３ｂの軸線方向他方Ａ２側端部に固定される。また引張りコイルばねの伸縮方向他端部は、第３挿通孔部分８０ｃの軸線方向一方Ａ１側端部に固定される。
【００９２】
引張りコイルばねによって突起形成部材８３は、第３挿通孔部分８０ｃに向かう第２ばね力Ｆ４が与えられる。軸部分８３ｃの軸線方向他方Ａ２側端部は、第３挿通孔部分８０ｃを挿通し、貫通口形成部８１内に配置される第２突出部材８５に当接する。
【００９３】
第１突出部材８４および第２突出部材８５とは、第２ばね力発生手段８８によって連結される。第２ばね力発生手段８８は、圧縮コイルばねによって実現される。圧縮コイルばねは、第１突出部材８４および第２突出部材８５を軸線Ｌ１に対して垂直な一垂直方向Ｃに互いに離反させる力Ｆ５ａ，Ｆ５ｂを各突出部材８４，８５に与える。
【００９４】
また摩擦撹拌接合装置６０は、軸線方向Ａに移動自在に形成される可動リング９０と、可動リング９０を軸線方向Ａに変位駆動する可動リング駆動手段９２とを有する。可動リング９０および可動リング駆動手段９２は、突起７５を変位駆動する突起変位駆動手段となる。可動リング９０および可動リング駆動手段９２は、たとえばツール保持具４１を支持する部分に支持される。可動リング駆動手段９２は、たとえばサーボモータによって実現される。
【００９５】
可動リング９０は、本体部７２と間隔をあけて、本体部７２を軸線Ｌ１まわりに一周するリング状に形成される。可動リング９０の内周部分は、少なくとも貫通孔８１の各開口８６，８７に臨んで設けられる。この内周部分には、軸線方向一方Ａ１側に向かうにつれて貫通孔８１の各開口８６，８７から離反し、各開口８６，８７に臨む傾斜面９１を有する。
【００９６】
第１突出部材８４および第２突出部材８５は、第１ばね力発生手段によってばね力Ｆ５ａ，Ｆ５ｂが与えられて、部分的に接合ツール７０の本体部７２から突出して、可動リング９０の傾斜面９１に当接する。傾斜面９１と各突出部材８４，８５とは、少なくともいずれか一方にベアリングなどによってその摩擦抵抗を小さくする摩擦抵抗低減部が形成されることが好ましい。これによって各突出部材８４，８５が傾斜面９１に接触移動したときに、発熱および磨耗することが防止される。
【００９７】
可動リング９０が軸線方向他方Ａ２側に変位駆動されることによって、傾斜面９１と本体部７２との軸線Ｌ１半径方向間隔が広まる。この場合、第１突出部材８４および第２突出部材８５は、ばね力によって、本体部７２の中心から外方に向かって一垂直方向Ｃに変位し、本体部７２から突出する突出部分８４ａ，８５ａが増える。逆に可動リング９０が軸線方向一方Ａ１側に変位駆動されることによって、傾斜面と本体部７２との軸線Ｌ１半径方向間隔が狭まる。これによって第１突出部材８４および第２突出部材８５は、本体部７２の外方から中心に向かって一垂直方向Ｃに変位し、本体部７２から突出する突出部分８４ａ，８５ａが少なくなる。
【００９８】
図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩの切断面線から見た断面図である。第２突出部材８５のほうが第１突出部材８４よりも長く形成される。第１突出部材８４は、貫通孔８１の一方の開口８６から本体部７２の半径方向に突出し、本体部７２の軸線Ｌ１を通過しない長さ寸法で板状に形成される。また第２突出部材８５は、貫通孔８１の他方の開口８７から本体部７２の半径方向に突出するとともに、本体部７２の軸線Ｌ１を通過する長さ寸法で板状に形成される。
【００９９】
第２突出部材８５には、嵌合部９５を含む。嵌合部９５には、軸線Ｌ１方向に挿通する嵌合孔９３が形成される。嵌合部９５は、突起形成部材８３の軸部分８３ｃの外径よりも大きい内径を有し、軸部分８３ｃが嵌合可能に形成される。嵌合部９５は、第２突出部材８５が一垂直方向Ｃ２に変位した場合に、嵌合孔９３が軸線Ｌ１と同軸になるように第２突出部材８５に形成される。
【０１００】
また嵌合孔９３に臨む嵌合部９５の周面９４は、軸線方向一方側Ａ１に向かうにつれて内周が拡径するように傾斜して形成される。いいかえると嵌合孔９３は、軸線方向一方Ａ１に向かうにつれて拡径する円錐または円錐台形状に形成される。
【０１０１】
図８は、接合ツール７０を拡大して示す断面図である。可動リング駆動手段９２によって、可動リング９０が軸線方向他方Ａ２に変位駆動されると、第１ばね力発生手段８８によって与えられるばね力によって、第１突出部材８４および第２突出部材８５が互いに離反する方向に変位し、接合ツール７０の本体部７２から一垂直方向Ｃに突出する突出量が増える。第１突出部材８４は、一垂直方向一方Ｃ１に変位する。また第２突出部材８５は、一垂直方向他方Ｃ２に変位する。
【０１０２】
第２突出部材８５が一垂直方向他方Ｃ２に変位することによって、軸線Ｌ１位置よりも一垂直方向一方Ｃ１にある嵌合部９５が、一垂直方向他方Ｃ２に移動する。これによって図８に示すように、嵌合孔９３が軸線Ｌ１位置に移動する。突起形成部材８３は、第２ばね力発生手段８９によって軸線方向他方Ａ２に向かう力を与えられているので、嵌合孔９３が軸線Ｌ１位置に移動すると、突起形成部材８３の軸部分８３ｃが嵌合部９５に嵌合し、突起形成部材８３が軸線方向他方Ａ２に変位する。
【０１０３】
突起形成部材８３が軸線方向他方Ａ２に変位することによって、突起形成部材８３の先端に形成される突起７５をピン部７８に没入させることができる。また可動リング９０がリング状に形成されるので、接合ツール２１が回転している状態であっても、各突出部材８４，８５の変位を制御することができ、ピン部７８に突起７５を没入することができる。
【０１０４】
また突起７５がピン部７８に没入した状態から、可動リング９０を軸線方向一方Ａ１に変位させることによって、第２突出部材８５と可動リング９０の当接面９１とを当接させる。さらに可動リング９０が軸線方向一方Ａ１に変位させることによって、可動リング９０の当接面９１が傾斜しているので、第２突出部材８５を一垂直方向一方Ｃ１に変位させることができる。
【０１０５】
第２突出部材８５を一垂直方向一方Ｃ１に変位させることによって、嵌合部９５も一垂直方向一方Ｃ１に変位する。これによって突起形成部材８３の軸部分８３ｃは、嵌合部９５の周面９４に当接する。軸部分８３が当接する周面９４は、一垂直方向他方Ｃ２に向かうにつれて軸線方向一方Ａ１に傾斜して形成される。
【０１０６】
したがって嵌合部９５の周面９４に当接した軸部分８３ｃは、嵌合部９５がさらに一垂直方向一方Ｃ１に移動することによって、周面９４の一垂直方向他方Ｃ２の面に沿って移動し、軸部分８３ｃが軸線方向一方Ａ１に案内される。これによって突起形成部材８３は、その先端の突起７５がピン部７８から突出する。
【０１０７】
上述する機構によって、単純な構成によって接合ツール７０を回転させた状態で、突起７５のピン部７８に没入させることができる。また突起形成部材８３は、先細部分８３ａおよび軸部分８３ｃの２箇所で支持され、確実に突起７５を没入すべき没入位置に没入させることができる。
【０１０８】
図９は、摩擦撹拌接合装置６０の動作を示すタイミングチャートである。図９（１）は、本体部７２に対する可動リング９０の基準軸線Ｌ１に沿う方向の相対位置を示し、図９（２）は、本体部７２に対する突起７５と本体部７２との基準軸線Ｌ１に沿う方向の相対位置を示し、図９（３）は、本体部７２の基準軸線Ｌ１に沿う方向の位置を示す。
【０１０９】
図１０は、摩擦撹拌接合装置６０の動作を示す断面図であり、図１０（１）から図１０（３）の順に動作が進行する。また図１１は、摩擦撹拌接合装置６０の制御手段６３の動作を示すフローチャートである。図９〜図１１を参照して摩擦撹拌接合装置６０の動作を説明する。
【０１１０】
ステップａ０で、接合ツール７０がツール保持具４１に装着されるとともに被接合物２１が予め定める保持位置に保持される。次に、ロボットアーム２９によって摩擦撹拌接合装置６０が変位移動される。変位移動された摩擦撹拌接合装置６０は、被接合物２１の両側にそれぞれ接合ツール７０および受け台３０が配置される。このような摩擦撹拌接合における準備が完了するとステップａ１に進み、制御手段６３が動作を開始する。
【０１１１】
ステップａ１において、まず制御手段６３が受け台駆動手段４５を制御し、受け台形成部４４を軸線方向他方Ａ２に沿って被接合物２１に向けて移動させる。受け台３０は、受け台３０側の被接合部材２１ｂに当接する。たとえば制御手段６３は、受け台変位モータを制御するための制御電流を検出することによって、受け台３０が受け台３０側の被接合部材２１ｂに当接したことを判断する。
【０１１２】
受け台３０が被接合部材２１ｂに当接すると、図９のＴ１時刻に達し、制御手段６３が、ツール回転駆動手段４２およびツール変位駆動手段４３を制御する。これによってツール回転駆動手段４２は、接合ツール７０を軸線Ｌ１まわりに回転させる。またツール変位駆動手段４３は、ツール保持具４１を軸線方向Ａに沿って移動させる。このとき接合ツール７０は、突起７５が撹拌部７３のうちのピン部７８から突出した状態に制御される。
【０１１３】
被接合物２１に向かって移動する接合ツール７０は、図１０（１）に示すように、突起７５の頂点７６が最初に被接合物２１に接触する。突起７５は、接合ツール７０の軸線Ｌ１上に頂点２６を有するので、接合ツール７０は、被接合物２１から軸線Ｌ１に垂直な方向に力を受けることがない。したがって没入すべき没入位置からずれることなく、接合ツール７０を被接合物２１に没入させることができる。
【０１１４】
接合ツール７０を被接合物２１に没入させていくと、撹拌部７３のピン部７８が被接合物２１に当接する。このときツール状態検出手段６１が、制御手段６３にピン部７８が被接合物２１に当接したことを示す信号を与える。ピン部７８が被接合物２１に当接したことを制御手段６３が判断すると、図９のＴ２時刻に達し、ステップａ２に進む。
【０１１５】
ステップａ２では、制御手段６３が可動リング駆動手段９２を制御する。図９のＴ２時刻で、制御手段６３から指令を与えられた可動リング駆動手段９２は、可動リング９０を軸線方向他方Ａ２に変位駆動する。可動リング９０を軸線方向他方Ａ２に駆動させることによって、突起形成部材８３が軸線方向他方Ａ２に移動して、ピン部７８に突起７５を没入させる。
【０１１６】
ピン部７８に突起７４が没入した状態で、接合ツール７０を被接合物２１にさらに没入させる。図９に示すＴ３時刻で、接合ツール７０は、本体部７２が被接合物２１に接触し、さらに時間が経過することによって、図１０（２）に示すように、本体部７２が被接合物２１に没入する。
【０１１７】
制御手段６３は、予め定める第１の設定時間が経過するまで、ツール保持具４１を軸線方向一方Ａ１に加圧し、接合ツール７０を被接合物２１に没入させる。制御手段６３は、予め定める第１の設定時間に達すると、図９のＴ４時刻に達し、ステップａ３に進む。
【０１１８】
ステップａ３では、図９のＴ４時刻で、接合ツール７０の没入を停止し、予め定める第２の設定時間が経過するまで軸線Ｌ１まわりに回転する。これによって軟化した被接合物２１を十分に流動化し、さらに流動化した被接合物２１を撹拌して各被接合部材２１ａ，２１ｂを混ぜ合わせる。制御手段６３は、予め定める第２の設定時間に達すると、図９のＴ５時刻に達し、ステップａ４に進む。
【０１１９】
ステップａ４では、図９のＴ５時刻で、接合ツール７０を軸線方向他方Ａ２に移動させて、図１０（３）に示すように、被接合物２１から接合ツール７０を離脱させる。制御手段６３は、接合ツール７０が予め定める初期位置に移動し、図９のＴ６時刻に達すると、接合ツール７０の回転を停止するとともに突起７５を突出させ、ステップａ５に進む。ステップａ５では制御手段６３が動作を終了する。
【０１２０】
以上のように、上述する接合ツール７０を装着した摩擦撹拌接合装置６０によれば、図１に示す接合ツール２０を用いた場合と同様の効果を得ることができる。さらに摩擦撹拌接合装置６０が、撹拌部７３の没入が完了する前に、ピン部７８に突起を没入することによって、突起７５がピン部７８から突出していた領域に流動化した被接合物２０が流れ込む。これによって突起７５による接合跡をなくすことができ、接合後の被接合物２０の美観を向上することができる。
【０１２１】
さらに突起７５がピン部７８から突出した状態で撹拌部７３が没入しつづけると、突起７５によって撹拌部７３が被接合物２０を貫通するおそれがある。しかし本実施の形態に従えば、突起７５をピン部７８に没入することによって、撹拌部７３が被接合物２０を貫通することを防止することができ、被接合物２０が貫通されることによる接合不良を防止することができる。また本実施の形態では、摩擦撹拌接合装置６０を用いて、突起７５のピン部７８に対する没入を制御したが、手動で突起７５をピン部７８に没入してもよい。
【０１２２】
また接合ツール７０には、図１に示す接合ツール２０と同様に穿孔刃が形成されてもよい。また接合ツール７０は、図７に示す接合ツール７０のうち一部が着脱可能に形成されていてもよい。たとえば接合ツール７９の先端部分であって、本体部７２の先細部分８３ａとピン部７８とを含む部分が、残余の部分に着脱自在に螺着する構成であってもよい。これによってピン部７８が磨耗した場合に新しい突起形成部材８３に取替えることができる。
【０１２３】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態の摩擦撹拌接合装置１００を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置１００は、図２に示す摩擦撹拌接合装置４０と同様の構成を有する。上述する摩擦撹拌接合装置４０と同様の構成については説明を省略し、同一の参照符号を付する。
【０１２４】
摩擦撹拌接合装置１００は、図２に示す摩擦撹拌接合装置４０と同様のツール保持具４１、ツール回転駆動手段４２、ツール変位駆動手段４３および受け台形成部４４を含む。摩擦撹拌接合装置１００は、接合ツール１０１を被接合物２１に回転させながら没入させて、被接合物２１を摩擦撹拌する。接合ツール１０１は、その軸線Ｌ１が予め定める第１の基準軸線Ｌ２に一致するようにツール保持具４１に保持する。
【０１２５】
摩擦撹拌接合装置１００は、保持する接合ツール１０１を、予め定める第１の基準軸線Ｌ２まわりに回転するとともに第１の基準軸線Ｌ２に沿って移動させる。接合ツール１０１は、略円柱状に形成される。また第１の基準軸線Ｌ２は、図４に示す摩擦撹拌接合装置６０の基準軸線Ｌ２を意味する。
【０１２６】
また、摩擦撹拌接合装置１００は、被接合物２１に位置決め凹所を形成する凹所形成手段１０２と、被接合物２１を両側から挟持する挟持手段１０３とをさらに有する。摩擦撹拌接合装置１００の制御手段１２４は、ツール回転駆動手段４２およびツール変位駆動手段４３を制御するとともに、凹所形成手段１０２および挟持手段１０３を制御する。
【０１２７】
凹所形成手段１０２は、被接合物２１を棒状の端子である押圧端子１０５によって被接合物２１を押圧する。これによって位置決め凹所となる圧痕を被接合物２１に形成する。押圧端子１０５は、予め定める第２の基準軸線方向Ｌ３に沿って押圧端子１０５を変位移動させて、被接合物２１を押圧する。
【０１２８】
また挟持手段１０３は、予め定める第３の基準軸線Ｌ４に沿って変位自在に設けられる挟持体１０４と、挟持体１０４を第３の基準軸線Ｌ４に沿って変位駆動するための挟持体変位駆動モータ１０５と、挟持体変位駆動モータ１０５と基台４６とを固定する支持部１０６とを有する。挟持体変位駆動モータ１０５によって、挟持体１０４が予め定める第３の基準軸線Ｌ４に変位駆動されて、後述する第１受け台１１１ａと挟持体１０４とによって協働して被接合物２１を挟持する。挟持体変位駆動モータ１０５は、たとえばリニアモータによって実現される。
【０１２９】
上述する第１、第２および第３の基準軸線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、互いに平行に延びる。本実施の形態では、予め定める仮想一平面に各基準軸線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が含まれる。第３の基準軸線Ｌ４は、摩擦撹拌接合装置１００のほぼ中央に配置され、第３の基準軸線Ｌ４の両側にそれぞれ第１の基準軸線Ｌ２および第２の基準軸線Ｌ３が位置する。また第１の基準軸線Ｌ２と第２の基準軸線Ｌ３との間隔Ｄ１０は、接合すべき複数の接合個所が複数ある場合、その間隔Ｄ１１と等しく設定されることが好ましい。
【０１３０】
凹所形成手段１０２は、押圧端子１０５が着脱可能に装着され、予め定める第２の基準軸線Ｌ３に沿って変位自在に形成される押圧端子保持具１０７と、押圧端子保持具１０７を第２の基準軸線Ｌ２に変位自在に支持する支持部１０８と、押圧端子保持具１０７を第２の基準軸線Ｌ２に沿って変位駆動するための端子変位モータ１０９とを含んで構成される。凹所形成手段１０２は、ツール変位駆動手段４３と同様の構成を示し、具体的な説明は省略する。
【０１３１】
受け台形成部４４は、略Ｌ字状に延びる。受け台形成部４４は、第３の基準軸線Ｌ４と間隔をあけて第３の基準軸線Ｌ４に略平行に延びる受け台形成部第１部分５１と、受け台形成部第１部分５１の一端部５１ａに連なり、第３の基準軸線Ｌ４に向かって、第３の基準軸線Ｌ４に略垂直な方向に延びる受け台形成部第２部分５２とを有する。
【０１３２】
受け台形成部第１部分５１の他端部５１ｂは、基台４６に連結される。また受け台形成部第２部分５２の、受け台形成部第１部分５１が連なる反対側の端部には、受け台１１１が設けられる。受け台１１１は、ツール保持具４１、挟持体１０４および押圧端子１０５に対向する位置に配置される。
【０１３３】
受け台１１１は、ツール保持具４１および挟持体１０４に対向する第１受け台１１１ａと、押圧端子１０５に対向する第２受け台１１１ｂとを含む。第１受け台１１１ａおよび第２受け台１１１ｂは、板上に形成される。第１受け台１１１ａは、少なくとも第１の基準軸線Ｌ２に沿って延びる仮想線が挿通する接合ツール受け部１１２ｂと、第３の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線が挿通する挟持体受け部１１２ｃとを有する。また第１受け台１１１ａは、受け台形成部第２部分５２から第１の基準軸線Ｌ２に向けて突出する。
【０１３４】
本実施の形態では、第３の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線は、第１受け台１１１ａを挿通するとともに受け台形成部第２部分５２を挿通する。すなわち挟持体１０４に対向して、第１受け台１１１ａおよび受け台形成部第２部分５２が位置する。したがって挟持体１０４と第１受け台１１１ａとによって被接合物２１を挟持したとしても、受け台形成部第２部分５２は、挟持体１０４からモーメント力を受けることがない。
【０１３５】
また第２受け台１１１ｂは、少なくとも第２の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線が挿通する押圧端子受け部１１２ｂを有する。第２受け台１１１ｂは、受け台形成部第２部分５２から第２の基準軸線Ｌ４に向けて突出する。第２受け台１１１ｂは、押圧端子保持具１０７に対して、第１受け台１１１ａよりも第２の基準軸線Ｌ２に離れた位置に設けられる。第２受け台１１１ｂは、押圧端子保持具１０７に向けて突出する棒状の支持端子１１３が設けられる。支持端子１１３は、押圧端子保持具１０７装着される押圧端子１０５と同軸に配置される。また支持端子１１３の押圧端子保持具１０７側の端面１１４と第１受け台１１１ａのツール保持具側の端面１１５とは、面一に形成される。
【０１３６】
また基台４６には、ツール変位駆動手段４３の支持部４９と、凹所形成手段１０２の支持部１０８と、挟持手段１０３の支持部１０６とを固定する固定部材１１６が設けられる。固定部材１１６は、板状に形成され、各基準軸線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を含む仮想一平面に対して平行でかつ、各基準軸線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に垂直に延びる。固定部材１１６は、その中央部分１１７で基台２６の残余の部分に連結される。
【０１３７】
固定部材１１６は、その中央部分１１７に挟持手段１０３の支持部１０６が固定され、中央部分１１７から各軸線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に垂直な方向の一方側にツール変位駆動手段４３の支持部４９が固定され、中央部分１１７から各軸線に垂直な方向の他方側に凹所形成手段１０２の支持部１０８が設けられる。
【０１３８】
また本実施の形態では、凹所形成手段１０２と第２受け台１１１ｂとによって抵抗スポット溶接が行なわれる抵抗スポット溶接手段となる。すなわち押圧端子１０５および支持端子１１３は、電極端子によって実現される。
【０１３９】
摩擦撹拌接合装置１００の押圧端子保持部１０７および第２受け台１１１ｂは、各端子をそれぞれ保持する電極端子保持部となる。また押圧端子保持具１０７を変位駆動する端子変位モータ１０９は、端子を相互に近接および離反変位駆動し、各端子によって被接合物２１を挟んで、位置決め凹所となる圧痕を形成する圧痕形成部となる。また摩擦撹拌接合装置は、端子間に電圧を印加する電圧印加手段１２３となる電源部をさらに有する。
【０１４０】
図１３は、摩擦撹拌接合装置１００の電気的構成を示すブロック図である。
摩擦撹拌接合装置１００の制御手段１２４は、ツール回転駆動手段４２、ツール変位駆動手段４３、挟持手段１０３、凹所形成手段１０２および電圧印加部１２３を制御する。
【０１４１】
具体的には、制御手段１２４は、ロボットアーム２９を駆動するロボットアーム駆動手段５８から信号を受け取り、摩擦撹拌接合装置の移動位置を知る。また制御手段１２４は、ツール回転駆動手段４２にツール保持具４１の回転駆動および回転停止を示す信号を与える。また制御手段１２４は、ツール変位駆動手段４３にツール保持具４１の変位駆動および変位停止を示す信号を与える。
【０１４２】
また制御手段１２４は、挟持手段１０３に挟持体１０４の変位駆動を示す信号を与える。また制御手段１２４は、凹所形成手段１０２に押圧端子１０７の変位駆動を示す信号を与える。また制御手段１２４は、電圧印加手段１２３に端子間に電圧を印加させる信号を与える。
【０１４３】
図１４は、摩擦撹拌接合装置１００の動作の要部を説明するための断面図である。摩擦撹拌接合装置１００は、図１４（１）に示すように、まず、２つの電極端子である押圧端子１０５と支持端子１１４とによって被接合物２１を両側から挟んで、被接合物２１に圧痕による位置決め凹所１１９を形成する圧痕形成工程を行う。
【０１４４】
次に、被接合物２１を挟んだ状態で、各端子１０５，１１３間に電圧を印加して、各被接合部材２１ａ，２１ｂを部分的に溶融させて仮止めする仮止工程を行う。次に、図１４（２）に示すように、各被接合部材２１ａ，２１ｂが仮止された被接合物２１の位置決め凹所１１９に回転する接合ツール１０１の先端部１０１ａを嵌り込ませる。回転する接合ツール１０１の先端部１０１ａを被接合物２１に嵌り込ませた状態で、図１４（３）に示すように、接合ツール１０１を回転させながら被接合物２１に没入し、被接合物２１を軟化させて、被接合物２１を流動撹拌する撹拌工程を行う。
【０１４５】
接合ツール１０１は、円柱状に形成される。たとえば円柱状に形成される本体部１２０と本体部１２０から軸線方向に突出するピン部１２１とが形成される。本体部１２０およびピン部１２１は、同軸に形成される。接合ツール１０１は、ピン部１２１から被接合物２１に当接する。またピン部１２１は、図１に示すように、軸線上に頂点を有する尖鋭形状に形成されることが好ましい。
【０１４６】
押圧端子１０５の先端部１０５ａは、軸線に沿って突出し、軸線上に頂点１０５ｂを有する先鋭形状に形成される。押圧端子１０５の先端部１０５ａは、たとえば円錐形状に形成される。押圧端子１０５ａが被接合物２１を加圧することによって、被接合物２１が変形し、被接合物２１に圧痕が形成される。この圧痕が位置決め凹所１１９となる。
【０１４７】
押圧端子１０５の先端部１０５ａの直径Ｄ１は、接合ツール１０１のピン部１２１の直径Ｄ３よりも大きく形成され、接合ツール１０１の本体部１２０の直径Ｄ４よりも小さく形成される。これによって円錐形状に形成される位置決め凹所１１９の直径Ｄ２は、接合ツール１０１のピン部１２１の直径Ｄ３よりも大きく形成され、接合ツール１０１の本体部１２０の直径Ｄ４よりも小さく形成することができる。
【０１４８】
位置決め凹所１１９を、接合ツール１０１が没入すべき没入位置に形成することによって、接合ツール１０１が接合すべき没入位置からずれることなく防止することができる。また没入位置にある各被接合部材２１ａ，２１ｂを仮止めした状態で接合ツール１０１を没入することができるので、被接合部材２１ａ，２１ｂ同士がずれて接合されること、被接合部材２１ａ，２１ｂに隙間がある状態で接合されることをなくすことができ、接合不良を防止することができる。
【０１４９】
また位置決め凹所１１９の直径Ｄ２がピン部１２１の直径Ｄ３よりも大きく形成されることによって、ピン部１２１が先細形状でない場合であっても、位置決め凹所１１９にピン部１２１の先端を導くことができ、接合ツール１０１の軸線を位置決め凹所１１９の軸線と一致させることができる。また位置決め凹所１１９の直径Ｄ２が本体部１２０の直径Ｄ４より小さく形成することによって、接合後の被接合物２１に位置決め凹所１１９が残ることを防止することができる。
【０１５０】
図１５は、摩擦撹拌接合装置１００が複数箇所を連続して接合する場合の制御手段１２４の動作を示すフローチャートである。また図１６および図１７は、摩擦撹拌接合装置１００が複数箇所を連続して接合する場合の動作を説明するための断面図である。動作は、図１６（１）〜図１６（５）の順で進行し、さらに図１７（１）〜図１７（５）の順で動作が進行する。なお図１６および図１７には、理解を容易にするために被接合物２１に形成される位置決め凹所１１９を省略して示す。また制御手段１２４が、ロボットアームを含めて制御した場合について説明する。
【０１５１】
ステップｂ０で、接合ツール１０１がツール保持具４１に装着されるとともに被接合物２１が予め定める保持位置に保持されると、ステップｂ１に進み、制御手段１２４が動作を開始する。
【０１５２】
ステップｂ１では、制御手段１２４は、ロボットアーム２９を動作させて、摩擦撹拌接合装置１００を変位駆動させる。図１６（１）に示すように、第２の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線が、被接合物２１の接合すべき第１の接合位置Ｐ１を挿通するように、摩擦撹拌接合装置１００を移動させる。このとき、被接合物２１の一方側に接合ツール１０１、挟持体１０４および押圧端子１０５が配置され、被接合物２１の他方側に受け台１１１が配置される。さらに制御手段１２４が、ロボットアーム２９を駆動させて、第１受け台１１１ａおよび支持端子１１３を被接合物２１の他方側面１２２に当接させると、ステップｂ２に進む。
【０１５３】
ステップｂ２では、図１６（２）に示すように、制御手段１２４は、挟持手段１０３を制御して、挟持体１０４を被接合物２１に向かって第３の基準軸線Ｌ４に沿って移動させる。挟持体１０４は、被接合物２１を押圧し、第１受け台１１１ａと協働して被接合物２１を挟持する。制御手段１２４は、被接合物２１の挟持が完了すると、ステップｂ３に進む。
【０１５４】
ステップｂ３では、制御手段１２４が凹所形成手段１０２を制御して、押圧端子１０５を第２の基準軸線Ｌ３に沿って移動させる。押圧端子１０５が基準軸線Ｌ３に沿って移動し、被接合物２１を押圧することによって、第１の接合位置Ｐ１に位置決め凹所１１９を形成する。
【０１５５】
また押圧端子１０５と支持端子１１３とによって、被接合物２１を挟持した状態で、制御手段１２４が、電圧印加手段１２３を制御し、押圧端子１０５と支持端子１１３との間に電圧を印加する。これによって被接合物２１に電流が流れ、押圧端子１０５と支持端子１１３との間の領域が発熱する。図１６（３）に示すように、被接合物２１は、発熱することによって部分的に溶融し、各被接合部材２１ａ，２１ｂが仮止めされる。すなわち第１の接合位置Ｐ１における各被接合部材２１ａ，２１ｂが仮止めされる。
【０１５６】
被接合物２１に位置決め凹所１１９を形成するとともに、各被接合部材２１ａ，２１ｂが仮止めすると、制御手段１２４は、ステップｂ４に進む。
【０１５７】
ステップｂ４では、制御手段１２４は、被接合物２１との挟持状態を解除する。具体的には、挟持手段１０３を制御して挟持体１０４を被接合物２１から離反させる。また凹所形成手段１０２を制御して押圧端子１０５を被接合物２１から離反させる。制御手段１２４は、挟持体１０４、押圧端子１０５、第１受け台１１１ａ，支持端子１１３を被接合物２１から離反させて挟持状態を解除するとステップｂ５に進む。
【０１５８】
ステップｂ５では、制御手段１２４は、ロボットアーム２９を動作させて、摩擦撹拌接合装置１００を変位駆動させる。図１６（４）に示すように、第１の基準軸線Ｌ２に沿って延びる仮想線が、被接合物２１の接合すべき第１の接合位置Ｐ１を挿通するように、摩擦撹拌接合装置１００を移動させる。本実施の形態では、さらに第２の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線が、被接合物２１の接合すべき第２の接合位置Ｐ２を挿通する。
【０１５９】
このとき、被接合物２１の一方側に接合ツール１０１、挟持体１０４および押圧端子１０５が配置され、被接合物２１の他方側に受け台１１１が配置される。さらに制御手段１２４が、ロボットアーム２９を駆動させて、第１受け台１１１ａおよび支持端子１１３を被接合物２１の他方側面１２２に当接させると、ステップｂ６に進む。
【０１６０】
ステップｂ６では、図１６（４）に示すように、制御手段１２４は、挟持手段１０３を制御して、挟持体１０４を被接合物２１に向かって第３の基準軸線Ｌ４に沿って移動させる。挟持体１０４は、被接合物２１を押圧し、第１受け台１１１ａと協働して被接合物２１を挟持する。制御手段１２４は、被接合物２１の挟持が完了すると、ステップｂ７に進む。
【０１６１】
ステップｂ７では、設定される接合位置のうち、第１の基準軸線に沿って配置される接合位置が、最後の接合位置であるか否かを判断する。最後の接合位置でないと判断し、接合を継続することを判断すると、ステップｂ８に進む。
【０１６２】
ステップｂ８では、ステップｂ３と同様に制御手段１２４が動作し、被接合物２１の第２の接合位置Ｐ２に位置決め凹所１１９を形成するとともに、第２の接合位置Ｐ２の各被接合部材２１ａ，２１ｂを仮止めする。
【０１６３】
さらに制御手段１２４は、接合ツール１０１を回転および変位駆動させて摩擦撹拌接合を行う。回転させた接合ツール１０１を、第１の基準軸線Ｌ２に沿って被接合物２１に向かって移動させる。第１の基準軸線Ｌ２に沿う被接合物２１の部分には、第１の接合位置が設けられ、さらに第１の接合位置Ｐ１は、位置決め凹所１１９が形成されている。これによって接合ツール１０１は、その先端部が位置決め凹所１１９に嵌り込み、第１の接合位置Ｐ１からずれることなく、被接合物２１に没入する。図１６（５）に示すように、接合ツール１０１は、被接合物２１を固相撹拌して重なり合う２つの被接合部材２１ａ，２１ｂを混ぜ合わせる。制御手段１２４は、撹拌が完了すると被接合物２１から接合ツール１０１を離脱させる。このように摩擦撹拌接合が完了したと判断すると、ステップｂ９に進む。
【０１６４】
ステップｂ９では、制御手段１２４は、被接合物２１との挟持状態を解除する。具体的には、挟持手段１０３を制御して挟持体１０４を被接合物２１から離反させる。また図１７（１）に示すように、凹所形成手段１０２を制御して押圧端子１０５を被接合物２１から離反させる。さらに受け台１１１ａおよび支持端子１１３を被接合物２１から離反させて挟持状態を解除するとステップｂ５に戻る。
【０１６５】
ステップｂ５に進むにあたって、第１および第２の基準軸線Ｌ２、Ｌ３に沿って延びる仮想線が挿通する位置を一つずらす。たとえば図１７（２）に示すように、第１の基準軸線Ｌ２に沿って延びる仮想線が、被接合物２１の接合すべき第２の接合位置Ｐ２を挿通し、第２の基準軸線Ｌ３に沿って延びる仮想線が、被接合物２１の接合すべき第３の接合位置Ｐ３を挿通する位置に摩擦撹拌接合装置を移動させ、再びステップｂ６に進む。
【０１６６】
このように接合位置を順次ずらし、最後の１つの接合位置に達するまで、ステップｂ５〜ステップｂ９を繰り返す。たとえば図１７（３）に示すように、制御手段が挟持体１０４によって被接合物２１を挟持する。挟持が完了すると、図１７（４）に示すように、接合すべき第３の接合位置Ｐ３に位置決め凹所１１９を形成するとともに、第３の接合位置Ｐ３を仮止めする。また第２の接合位置Ｐ２を摩擦撹拌接合する。これによって図１７（５）に示すように、第２の接合位置Ｐ２が接合され、第３の接合位置について接合凹所１１９および仮止めされる。
【０１６７】
ステップｂ７で最後の接合位置であると判断されると、ステップｂ１０に進む。ステップｂ１０では、位置決め凹所１１９の形成および仮止めすることなく、最後の接合位置に摩擦撹拌接合を行ない、ステップｂ１１に進む。ステップｂ１１では、ステップｂ４と同様に、挟持状態を解除し、ステップｂ１２に進む。ステップｂ１２では、ロボットアーム２９によって摩擦撹拌接合装置を初期位置に移動させ、ステップｂ１３に進み、制御手段１２４の動作を終了する。
【０１６８】
以上のように、上述する摩擦撹拌接合装置１００によれば、凹所形成手段１０２によって被接合物２１に位置決め凹所１１９を形成し、接合ツール２０の先端を位置決め凹所１１９に嵌め込み、接合ツール１０１を被接合物２０に没入する。これによって接合ツール１０１の先端が位置決め凹所１１９から抜け出ることを防止して、接合ツール１０１を被接合物２０に没入させることができる。
【０１６９】
たとえば被接合物２１の接触面３９が回転軸線Ｌ１に対して垂直でない場合、また接触面３９に微小な凹凸が形成される場合であっても、位置決め凹所１１９が形成されることによって、接合ツール１０１を確実に没入すべき没入位置に没入させることができる。
【０１７０】
位置決め凹所１１９は、被接合物１０１が没入されるときの基準軸線Ｌ１と一致する中心軸線を有して形成されるので、接合ツール１０１が没入すべき没入位置からずれることを防止し、没入すべき没入位置に接合ツール１０１を正確に没入させることができる。没入位置に正確に接合ツール１０１を没入することによって、接合跡の位置ずれをなくして接合後の被接合物２０の美観を向上するとともに、接合すべき位置に確実に接合ツールが没入することで接合強度を向上することができる。
【０１７１】
さらに押圧形成手段１０７は、押圧端子１０５と支持端子１１３が電極端子によって実現されて、端子間に電圧を印加して被接合物を仮止めする。これによって接合ツール１０１の位置ずれを防止するとともに、各被接合部材２１ａ，２１ｂがずれること、被接合部材間に隙間が形成されることをなくすことができる。端子間に印加する電圧は、被接合部材を仮止めする程度の電圧でよい。被接合物を十分に溶融するほどの電圧を印加する必要がない。これによって電圧印加による被接合物の温度上昇は低く、熱膨張によって被接合物２１が大きく変形することがない。
【０１７２】
さらに本実施の形態では、第１の基準軸線Ｌ２と第２の基準軸線Ｌ２とに互いに直交する方向の間隔Ｄ１０が、接合位置の間隔Ｄ１１に設定されるので、接合すべき位置の接合と、次に接合すべき位置における位置決め凹所形成と仮止めとを、摩擦撹拌接合装置を移動させずに行うことができる。これによって接合時間を短縮することができる。たとえば第１の基準軸線Ｌ２と第２の基準軸線Ｌ３との間隔を、接合すべき複数の接合箇所の間隔Ｄ１１に応じて、変更可能にする間隔変更手段を基台４６に設けてもよい。これによって接合すべき複数の接合箇所の間隔が異なる場合であっても、連続して接合することができる。
【０１７３】
また上述する構成は、本発明の実施の形態の一例示であって、発明の範囲内において、構成を変更することができる。摩擦撹拌接合は、重ね合わされた被接合部材２１ａ，２１ｂをスポット接合するとしたが、被接合物２は、被接合部材２１ａ，２１ｂが突き合わされた状態で、連続接合されてもよい。また被接合部材２１ａ，２１ｂの材質についても、アルミ合金以外の材料であってもよい。また本発明では、接合ツール２０，７０は、ツール保持具４１に着脱可能に装着されるとしたが、摩擦撹拌接合装置にツール保持具４１がない場合であってもよい。すなわち接合ツール２０、７０は、ツール回転駆動手段に一体的に固定されてもよい。
【０１７９】
また請求項１記載の本発明によれば、被接合物に没入するときに、位置決め凹所に接合ツールを嵌め込むことによって、接合ツールが没入すべき没入位置からずれることを防止し、没入すべき没入位置に接合ツールを正確に没入させることができる。没入位置に正確に接合ツールを没入することによって、接合跡の位置ずれをなくして被接合物の美観を向上するとともに、接合すべき位置に確実に接合ツールが没入することで接合強度を向上することができる。
【０１８０】
また、電極端子によって圧痕を形成して位置決め凹所を形成するとともに、電極端子間に電圧を印加して被接合部材を仮止めすることによって、被接合部材がずれること、被接合部材間に隙間が形成されることを防止して、被接合物を接合することができる。これによって接合ツールによる被接合部材の接合を確実に行うことができ、接合不良を防止することができる。
【０１８３】
また請求項２記載の本発明よれば、接合ツールを没入するべき位置に位置決め凹所を形成し、位置決め凹所に接合ツールの先端部を接合した状態で、摩擦撹拌接合することによって、接合ツールが位置決め凹所から抜け出すことなく、確実に没入すべき没入位置に接合ツールを没入させることができる。これによって接合ツールの位置ずれによる接合不良を防止することができる。
【０１８４】
さらに位置決め凹所が形成される付近の各被接合部材を仮止めすることによって、被接合部材がずれることおよび被接合部材間に隙間が形成することをなくし、より確実に接合不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である接合ツール２０と被接合物２１とが接触した状態を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合装置４０を示す斜視図である。
【図３】接合ツール２０の接合状態を説明する断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の摩擦撹拌接合装置６０を示すブロック図である。
【図５】接合ツール７０を拡大して示す断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩの切断面線から見た断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩの切断面線から見た断面図である。
【図８】接合ツール７０を拡大して示す断面図である。
【図９】摩擦撹拌接合装置６０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】摩擦撹拌接合装置６０の動作を示す断面図である。
【図１１】摩擦撹拌接合装置６０の制御手段６３の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態の摩擦撹拌接合装置１００を示す斜視図である。
【図１３】摩擦撹拌接合装置１００の電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】摩擦撹拌接合装置１００の動作の要部を説明するための断面図である。
【図１５】摩擦撹拌接合装置１００が複数箇所を連続して接合する場合の制御手段１２４の動作を示すフローチャートである。
【図１６】摩擦撹拌接合装置１００が複数箇所を連続して接合する場合の動作を説明するための断面図である。
【図１７】摩擦撹拌接合装置１００が複数箇所を連続して接合する場合の動作を説明するための断面図である。
【図１８】従来の技術の接合ツール２と被接合物１とが接触した状態を拡大して示す断面図である。
【図１９】図１８のＳ１９−Ｓ１９切断面線から見た図である。
【符号の説明】
２０，７０，１０１接合ツール
２１被接合物
２１ａ，２１ｂ被接合部材
２２，７２本体部
２３，７３撹拌部
２４，７４ピン部中央部
２５，７４突起
２６，７６頂点
２７，７７ショルダ面
２８，７８ピン部
３０受け台
４０，６０，１００摩擦撹拌接合装置
４１ツール保持具
４２ツール回転駆動手段
４３ツール変位駆動手段
４４受け台形成部
４５受け台駆動手段
６１ツール状態検出手段
６２突起駆動手段
１０２凹所形成手段
１０３挟持手段
１２３電圧印加手段
１０５押圧端子
１１３支持端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method for partially solid-phase stirring an object to be joined including a plurality of members to be joined and joining the members to be joined. In addition, the to-be-joined object provided in contact includes the case where a some to-be-joined member is piled up, and the case where it is faced | matched.
[0002]
[Prior art]
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which the conventional joining tool 2 and the workpiece 1 are in contact with each other. The welding tool 2 joins a plurality of members to be joined 1a and 1b that are overlapped by friction stir welding. The joining tool 2 is immersed in the axial direction A while rotating around the axis L1 in the article to be joined 1 in which a plurality of members 1a and 1b are overlapped. The welding tool 2 presses the workpiece 1 with a predetermined pressure F1. The welding tool 2 fluidizes the workpiece 1 by frictional heat, solidifies the fluidized workpiece 1 and joins the members 1a and 1b in a non-molten state (for example, Patent Document 1). ).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-314982 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 19 is a view taken along the line S19-S19 in FIG. When rotating the welding tool 2 in contact with the workpiece 1, it is necessary to apply a force to the welding tool 2 that is greater than the frictional force generated during the rotation contact. When the welding tool 2 comes into contact with the workpiece 1 at an eccentric position 4 that is radially away from the axis L1, a force F2 that resists the frictional force generated at the time of rotational contact and a distance r from the axis L1 to the eccentric position 4 It is necessary to give a torque larger than the value F2 × r obtained by multiplying to the welding tool.
[0005]
When the welding tool 2 is operated with a force F2 that resists the frictional force, a reaction force F3 that is opposite to the force F2 that resists the frictional force from the workpiece 1 and has the same magnitude as the force F2 that resists the frictional force. , Acting on the joining tool 2.
[0006]
As shown in FIG. 18, depending on the surface state of the workpiece 1 and the holding state of the welding tool 2, the contact surface 5 of the workpiece 1 to which the welding tool 2 first contacts and the axis L 1 of the welding tool 2 are formed. May not be vertical. In this case, the welding tool 2 contacts the workpiece 1 at an eccentric position 4 that is radially away from the axis L1 before contacting at the center position 3 on the axis L1. At this time, the contact portion 6 where the welding tool 2 contacts the workpiece 1 is asymmetric with respect to the axis L1.
[0007]
When the contact portion 6 of the welding tool 2 is asymmetric with respect to the axis L1, the reaction force F3 acts on the welding tool 2 as described above. This reaction force F3 acts in a direction perpendicular to the axial direction A and is a force for moving the welding tool 2 and affects the positioning of the welding tool 2.
[0008]
The joining tool 2 is supported by a robot arm, for example. The robot arm has a high rigidity in the axial direction A of the welding tool 2 but has a low rigidity in the direction B perpendicular to the axial direction A. Therefore, when the reaction force F3 is applied from the workpiece 1, the robot arm that supports the welding tool 2 bends. As a result, the welding tool 2 is immersed in a position shifted from the immersion position to be immersed.
[0009]
When the axis L1 of the welding tool 2 is inclined with respect to the surface of the workpiece 1 in this way, in the conventional technique, the reaction force F3 is applied to the welding tool 2 from the workpiece 1 and the welding tool 2 is placed in the immersion position. There is a problem of being unable to immerse accurately.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a welding tool, a friction stir welding apparatus, and a friction stir welding method using the welding tool which prevent the welding tool from being displaced from the immersion position where it should be immersed.
[0022]
 BookThe present invention is a friction stirrer in which a workpiece is provided by contacting a plurality of members to be joined, and a joining tool is rotated around its axis to be immersed in the workpiece to be solid-phase agitated. A joining device,
 Tool rotation driving means for rotating the welding tool about the axis; and
 Tool displacement driving means for driving the joining tool to be displaced along the axial direction;
 SaidBonding tool criteriaAxisExtending parallel toRuStandardA recess forming means having an axis and forming a positioning recess having a shape corresponding to the tip shape of the welding toolBecause
 A pair of electrode terminals arranged across the object to be joined;
 A recess forming means having an indentation forming portion for forming an indentation serving as a positioning recess by sandwiching an object to be joined by the pair of electrode terminals.Is a friction stir welding apparatus characterized by comprising:
[0023]
According to the present invention, the rotated welding tool is immersed in the workpiece by rotating the welding tool about its axis and driving the displacement along the axial direction. As a result, the welding tool solid-phase stirs the workpieces and joins the members to be joined.
[0024]
A positioning recess is formed in the workpiece by the recess forming means, the tip of the welding tool is fitted into the positioning recess, and the welding tool is immersed in the workpiece. This prevents the tip of the welding tool from slipping out of the positioning recess and allows the welding tool to be immersed in the workpiece. As a result, the welding tool can be prevented from being displaced from the immersive position to be immersed, and the welding tool can be accurately immersed in the immersive position to be immersed.
[0026]
 AlsoBefore the joining tool is immersed in the object to be joined, the object to be joined is sandwiched from both sides by the electrode terminals to form an indentation that becomes a positioning recess. Further, a voltage is applied between the electrode terminals to cause a current to flow through each member to be joined, and the object to be joined is melted to temporarily fix each member to be joined.
[0027]
 In this state, the position of the joining tool is prevented by fitting the tip of the joining tool into the positioning recess in a state in which each member to be abutted against the portion where the positioning recess is formed is temporarily fixed. It is possible to eliminate the fact that each member to be joined is displaced and that no gap is formed between the members to be joined. As a result, bonding defects can be prevented more reliably and the bonding quality of the workpieces can be improved.The
[0030]
Further, the present invention stirs the object to be joined by immersing the object to be joined while rotating the joining tool around its axis with respect to the object to be joined provided with a plurality of members to be joined. A friction stir welding method,
An indentation forming step of forming a positioning recess by an indentation in the object to be bonded, sandwiching the object to be bonded from both sides by a pair of electrode terminals,
In a state where the object to be bonded is sandwiched, a voltage is applied between the pair of electrode terminals, and a temporary fixing step of partially melting and temporarily fixing each bonded member;
Rotate the welding tool so that the tip of the welding tool fits into the positioning recess of the workpiece to which each workpiece is temporarily fixed, so that the workpiece is softened and flows. A friction stir welding method characterized by including a stirring step.
[0031]
According to the present invention, the positioning recess by the indentation is formed in the workpiece by the indentation forming step, and each member to be joined in the vicinity where the indentation is formed by the temporary fixing step is partially melted and temporarily fixed. A stirring process is performed after an indentation formation process and a temporary fix | stop process. That is, the tip of the joining tool is fitted into the positioning recess, and the joining tool is immersed while rotating the joining tool, and the joined object is softened and fluidized.
[0032]
By forming a positioning recess in the immersive position where the welding tool should be joined, and inserting the welding tool into this positioning recess and immersing the welding tool into the work piece, the welding tool deviates from the immersive position where it should be joined. This can be prevented.
[0033]
Furthermore, by performing indentation formation and temporary fixing with an electrode terminal, the to-be-joined member in the vicinity where an indentation is formed can be temporarily fixed, and indentation formation and temporary fixing can be performed in a short time. Further, by immersing the welding tool into the article to be joined after temporary fixing, it is possible to prevent the members to be joined from shifting and gaps from being formed between the members to be joined, thereby preventing poor joining.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view illustrating a state in which a welding tool 20 and an object 21 to be bonded according to an embodiment of the present invention are in contact with each other. The welding tool 20 is used for friction stir welding (abbreviated as FSW) of a workpiece 21 provided by superimposing a plurality of members 21a and 21b, and is particularly used for spot welding.
[0035]
The welding tool 20 moves along the axis L1 while rotating around the axis L1, and comes into contact with the workpiece 21. The welding tool 20 is immersed in the workpiece 21 while rotating. The workpiece 21 is softened due to frictional heat generated when the welding tool 20 is in rotational contact.
[0036]
The joining tool 20 immersed in the workpiece 21 fluidizes the softened workpiece 21 and stirs the fluidized portion. As a result, the fluidized members 21a and 21b are mixed with each other. After sufficiently stirring the workpiece 21, the joining tool 20 is detached from the workpiece 21, whereby the fluidized portion is solidified and the members 21 a and 21 b are joined.
[0037]
The joined members 21a and 21b to be joined are, for example, aluminum thin materials that are press-formed. Friction stir welding is used, for example, in the manufacture of automobile bodies, design structures, and other overlap joints.
[0038]
The joining tool 20 includes a main body portion 22 formed in a substantially cylindrical shape, and a stirring portion 23 protruding from the main body portion 22 in one axial direction A1 and formed in a substantially cylindrical shape. The stirring unit 23 stirs the workpiece 21 that has been immersed and fluidized in the workpiece 21.
[0039]
The main body portion 22 has a shoulder surface 27 serving as an end surface on the one A1 side in the axial direction, and the shoulder surface 27 is formed perpendicular to the axis L1. The stirring unit 23 projects vertically from the shoulder surface 27. The main body 22 and the stirring unit 23 are formed coaxially, and the diameter of the stirring unit 23 is smaller than the diameter of the main body 22.
[0040]
In the present invention, the surface on the bonding tool side of the workpiece 21 and the axis L1 of the bonding tool 20 do not have to be formed perpendicularly, and the bonding tool side of the workpiece 21 with respect to the axis L1 of the bonding tool 20 is not necessary. Even when the surface is inclined, it can be suitably used.
[0041]
The stirring portion 23 is formed with a pin portion 28 formed in a columnar shape, and a sharp-shaped protrusion 25 that protrudes from the center portion 24 on the axial line of the pin portion 28 in one axial direction A1. The protrusion 25 is formed in a conical shape that tapers as the tip portion thereof extends in the axial direction A1. Further, the vertex 26 of the protrusion 25 is disposed on the axis L 1 of the welding tool 20. Therefore, the tip of the joining tool 20 in the axial direction on the one A1 side becomes the apex 26 of the protrusion 25.
[0042]
Further, the joining tool 20 is formed without a portion that prevents the protrusion 25 from coming into contact with the workpiece 21. In other words, in the main body portion 22 and the pin portion 28, the gap 18 is formed around the axis of the protrusion 25. As a result, the apex 26 of the protrusion 25 first comes into contact with the welding tool 20 that moves in the axial direction A1 and contacts the workpiece 21.
[0043]
In joining, a cradle 30 is provided at a position facing the joining tool 20. The cradle 30 supports the workpiece 21 from the side opposite to the welding tool 20. The cradle 30 has a receiving surface 31 having a larger area than the shoulder surface 27 of the joining tool 20. The cradle 30 is provided with a tool opening 33. A tool opening 32 that is recessed from the receiving surface 31 is formed in the tool opening 33. The tool opening 32 has a larger peripheral diameter than the outer peripheral diameter of the protrusion 25 of the joining tool 20. In joining, the tool opening 33 faces the joining tool 20, and the protrusion 25 and the tool opening 32 are arranged coaxially.
[0044]
FIG. 2 is a perspective view showing a friction stir welding apparatus 40 according to an embodiment of the present invention. The friction stir welding apparatus 40 is equipped with the welding tool 20 of the present invention shown in FIG. The friction stir welding apparatus 40 is equipped with a tool holder 41 to which the welding tool 20 is attached and is rotatable around a predetermined reference axis L2 and movable along the reference axis L2, and the tool holder 41 is connected to the reference axis L2. A tool rotation driving means 42 that rotates around, a tool displacement driving means 43 that drives the tool holder 41 to move along the reference axis L2, and a tool holder 41 that is disposed at a position facing the tool holder 41; A cradle forming unit 44 having a cradle 30 that supports the workpiece 21 from the opposite side, a cradle driving means 45 that drives the cradle forming unit 44 in the reference axial direction B, and a robot arm 29. And a base 46. The reference axis direction B is a direction in which a straight line extending in parallel with the reference axis L2 extends in a virtual plane including the reference axis L2.
[0045]
The tool holder 41 holds the joining tool 20 in a detachable manner by sandwiching the other end in the axial direction A2 side of the joining tool 20. The joining tool 20 held by the tool holder 41 has an axis L1 that coincides with a predetermined reference axis L2 of the friction stir welding apparatus 40. When the tool holder 41 is driven to be displaced along the reference axis L 2, the welding tool 20 held by the tool holder 41 moves along the axis L 1 of the welding tool 20. When the tool holder 41 is driven to rotate around the reference axis L2, the joining tool 20 held by the tool holder 41 rotates around the axis L1 of the joining tool 20.
[0046]
The tool rotation driving means 42 includes a tool rotation bearing 47 that rotatably supports the tool holder 41 around the reference axis L2, a tool rotation motor 48 that rotates the tool holder 41 around the reference axis L2, and a tool. A transmission unit (not shown) for transmitting the rotational force from the rotary motor 48 to the tool holder 41;
[0047]
The tool displacement driving means 43 includes a movable portion (not shown) configured to be displaceable in the reference axis direction B, a support portion 49 that supports the movable portion so as to be displaceable in the reference axis direction B, and the movable portion as a reference axis. It has a tool displacement motor 50 for driving displacement in the direction B, and a transmission part (not shown) for converting the rotational force from the tool displacement motor 50 into a straight advance force in the reference axis direction and transmitting it to the movable part. For example, the support portion 49 is realized by a guide rail that supports the movable portion, and the tool displacement motor 50 is realized by a servo motor. Further, the transmission unit converts the rotational force of the tool displacement motor 50 into a straight force using a screw or a gear. Further, the tool displacement driving means 43 may be realized by a linear motor.
[0048]
A tool rotation driving means 42 is fixed to the movable part of the tool displacement driving means 43. Further, the support portion 49 of the tool displacement driving means 43 is fixed to the base 46. By rotating the tool displacement motor 50, it is possible to drive the tool rotation driving means 42 together with the movable portion in the reference axis direction B with respect to the base 46.
[0049]
The cradle forming portion 44 is formed in a substantially L shape. The cradle forming portion 44 includes a cradle forming portion first portion 51 extending in the reference axial direction B at a radial interval with respect to the reference axis L2, and one end of the cradle forming portion first portion 51 in the reference axial direction. It has a cradle forming portion second portion 52 that is continuous with the portion 51 a and extends in a direction perpendicular to the reference axis L 2 toward the tool holder 41.
[0050]
The cradle 30 is provided in the cradle forming part second portion 52. The cradle 30 protrudes from the cradle forming part second portion 52 toward the tool holder 41 along the reference axis L2. The cradle 30 is formed in a substantially cylindrical shape that is coaxial with the reference axis L 2, and is disposed at a distance from the tool holder 41. Furthermore, the tool opening 33 of the cradle 30 is formed so that the tool opening 32 is coaxial with the reference axis L2.
[0051]
The cradle driving means 45 includes a movable portion (not shown) configured to be displaceable in the reference axis direction B, a support portion 53 that supports the movable portion so as to be displaceable in the reference axis direction B, and the movable portion to the reference axis line. A cradle displacement motor 54 for driving displacement in the direction B2, and a transmission portion (not shown) that converts the rotational force from the cradle displacement motor 54 into a linear advance force in the reference axis direction and transmits it to the movable portion. . The cradle drive means 45 has the same configuration as the tool displacement drive means 43 and will not be described.
[0052]
The other end portion 51 b in the reference axial direction of the cradle forming portion first portion 51 is fixed to the movable portion of the cradle driving means 45. The support portion 53 of the cradle driving means 45 is fixed to the base 46. By rotating the cradle displacement motor 54, the cradle forming portion 44 can be driven to move in the reference axial direction B with respect to the base 46 together with the movable portion.
[0053]
As described above, the support portion 49 of the tool displacement drive means 43 and the support portion 53 of the cradle drive means 45 are fixed to the base 46. The base 46 is connected to the tip of the robot arm 29. The base 46 is displaced by the robot arm 29 and is displaced to the joining position of the workpiece 21 to be joined. When the base 46 moves, each means fixed to the base 46 also moves integrally with the base 46, and the friction stir welding apparatus moves.
[0054]
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the joining state of the joining tool 20, and the operation proceeds in the order from FIG. 3 (1) to FIG. 3 (4). When the welding tool 20 is held by the tool holder 41 and preparation for friction stir welding is completed, the friction stir welding apparatus 40 is displaced toward the workpiece 21 by the robot arm 29.
[0055]
When the friction stir welding apparatus 20 moves to a predetermined position for joining the members to be joined 21a and 21b, the friction stir welding apparatus 40 starts each operation in the friction stir welding. At this time, two overlapped objects 21a and 21b are arranged between the welding tool 20 and the cradle 30.
[0056]
The control means of the friction stir welding apparatus controls the tool displacement driving means 43 to drive the welding tool 20 in the reference axis direction one direction B1. Further, the control means controls the cradle drive means 45 to drive the cradle 30 in the other reference direction B2. That is, the joining tool 20 and the cradle 30 are moved in directions close to each other. As a result, the workpiece 21 is clamped from both sides by the welding tool 20 and the cradle 30.
[0057]
The welding tool 20 is held by the tool holder 41 so that the axis L1 thereof coincides with the reference axis L2 of the friction stir welding apparatus. Therefore, as shown in FIG. 3A, the welding tool 20 that is displaced and moved in the reference axial direction one B 1 has the apex 26 of the protrusion 25 in the stirring portion 23 in a state of being close to point contact or point contact. 21 is contacted first.
[0058]
The joining tool 20 is prevented from receiving a force in a direction perpendicular to the axis L1 as in the conventional technique shown in FIG. Therefore, the friction stir welding apparatus 40 and the robot arm 29 that support the welding tool 20 can be prevented from being bent in a direction perpendicular to the reference axis L2. The welding tool 20 is accurately immersed in the immersion position where the workpiece is to be immersed.
[0059]
When the tool holder 41 is further displaced by the tool displacement driving means 43, the welding tool 20 that has come into contact with the workpiece 21 further immerses into the workpiece 21 toward the cradle 30. The joining tool 20 is immersed in the workpiece 21 from the protrusion 25 in the stirring unit 23.
[0060]
As shown in FIG. 3 (2), after the protrusion 25 is immersed in the workpiece 21, the pin portion 28 is immersed in the workpiece 21. When the pin portion 28 is immersed, the protrusion 25 is already immersed in the workpiece 21, so that even if the pin portion 28 contacts the workpiece 21, the welding tool 20 is prevented from being displaced from the immersion position. Can do. In this way, the welding tool 20 is immersed in the workpiece 21 as time passes, and the welding tool 20 is immersed toward the cradle 30 until a predetermined first set time.
[0061]
As shown in FIG. 3 (3), when the control means determines that the first set time set in advance has been reached since the start of bonding, the second set time set in advance in a state where the immersion into the workpiece 21 is stopped. Rotate the welding tool 20 until By rotating the welding tool 20, the object to be bonded is fluidized, and the fluidized object to be bonded 21c is stirred. In this way, the members 21a and 21b are mixed together. The agitating unit 23 first abuts on the workpiece 21 and agitates the workpiece 21 fluidized by the agitating unit 23 immersed in the workpiece 21.
[0062]
Further, when the welding tool 20 is rotated in a state where the immersion into the workpiece 21 is stopped, it is preferable that the shoulder surface 27 of the welding tool 20 is immersed in the workpiece 21. The shoulder surface 27 gives frictional heat by being rotationally displaced relative to the workpiece 21. Thus, by heating the object 21 by the main body 22, it is possible to increase the agitation region where the fluidized object 21 is agitated.
[0063]
Further, when the projection 25 penetrates from the workpiece 21 when the welding tool 20 is immersed, the projection 25 fits into the tool opening 33 of the cradle 30. As a result, the protrusion 25 can be prevented from coming into contact with the cradle 30, and the welding tool 20 can surely be immersed to a position where the friction stir welding is satisfactorily performed.
[0064]
When the workpiece 21 fluidized by the welding tool 20 is sufficiently stirred and the control means determines that the second set time set in advance has been reached, as shown in FIG. The joining tool 20 is detached from the workpiece 21. When the welding tool 20 is separated, the workpiece 21 is cooled, the bonded members 21a and 21b are fluidized and the mixed portions 21c are solidified, and the bonded members 21a and 21b are bonded.
[0065]
As described above, according to the joining tool 20 of the present invention, the sharpened protrusion 25 is formed on the stirring portion 23, so that the vertex 26 of the protrusion 25 on the axis L1 of the joining tool 21 is brought into point contact or point contact. It is possible to first contact the workpiece 21 in a state close to. As a result, the portion of the welding tool 20 that is eccentric from the axis L1 does not contact the workpiece 21 first.
[0066]
Therefore, unlike the conventional joining tool 2 described above, the workpiece 21 is not moved by the reaction force F3. As a result, the welding tool 20 can be prevented from shifting in a direction perpendicular to the axis L1, and the welding tool 20 can be accurately immersed in the immersion position to be immersed.
[0067]
In addition, since the welding tool 20 can be accurately immersed in the immersion position to be immersed, it is possible to eliminate the displacement of the bonding trace. For example, when connecting a plurality of joining portions continuously at equal intervals, the joining position does not vary, and the appearance of the article 21 after joining can be improved. Further, since the joining tool 20 is surely immersed in the position to be joined, it is possible to prevent the joining strength from being lowered due to the displacement.
[0068]
In the friction stir welding, members to be joined 21a and 21b having a curved shape such as a press-formed member may be joined. In this case, the reference axis L2 and the contact surface 39 of the workpiece 21 with which the welding tool 21 first contacts may not be vertical. Even in such a case, since the projection 25 formed in a sharp shape protrudes from the pin portion 28, the joining tool 20 can be surely brought into contact with the workpiece 21 first on the axis L1. .
[0069]
Further, since the joining tool 20 is not displaced by the reaction force, it is not necessary to increase the rigidity of the friction stir welding apparatus and the robot arm 29 that support the joining tool 20. As a result, the welding tool 20 can be immersed in an accurate position using the friction stir welding apparatus 40 and the robot arm 29 having low rigidity in the direction perpendicular to the axial direction. Further, since it is not necessary to increase the rigidity of the stir welding apparatus 40 and the robot arm 29, their structure can be simplified and reduced in weight.
[0070]
Further, the projection 25 may be formed with a drilling blade for cutting and drilling the workpiece 21. The drilling blade is provided, for example, in a drill portion in which a helical twist groove formed on the outer peripheral surface of the protrusion 25 is formed. For example, the protrusion 25 itself may be a drill tool. In this case, the joining tool 20 is rotated in a direction in which the protrusion 25 cuts and drills the workpiece 21.
[0071]
When the perforation blade is formed on the protrusion 25, when the apex of the protrusion 25 comes into contact, the perforation blade cuts the workpiece 21 and the projection 25 perforates the workpiece 21. Accordingly, the protrusion 26 can be immersed in the workpiece 21 in a short time. As a result, the amount of wear of the protrusions 25 can be reduced, and deformation of the workpiece 21 when the protrusions are immersed can be prevented. Moreover, the stirring effect of the to-be-joined object 21 can be heightened by forming a perforation blade.
[0072]
Even if the projection 25 of the joining tool 20 that has entered the workpiece 21 passes through the workpiece 21, the projection 25 fits into the fitting portion 33 of the cradle 32. At this time, the protrusion 25 fitted into the fitting part 33 has a gap between the fitting part 33. As a result, the protrusion 25 does not come into contact with the cradle 30 and a bonding failure does not occur.
[0073]
FIG. 4 is a block diagram showing a friction stir welding apparatus 60 according to another embodiment of the present invention. The friction stir welding apparatus 60 has the same configuration as the friction stir welding apparatus 40 shown in FIG. A description of the same configuration as that of the friction stir welding apparatus 40 described above will be omitted, and the same reference numerals will be given. The friction stir welding apparatus 60 includes a tool holder 41, a tool rotation driving means 42, a tool displacement driving means 43, a cradle forming portion 44, and a base 46 similar to the friction stir welding apparatus 40 shown in FIG. Further, the joining tool 70 attached to the tool holder 41 is provided with a protrusion 75 having an apex 76 on the axis L1 so as to be able to protrude and retract as compared with the pin portion 78, as will be described later.
[0074]
The friction stir welding apparatus 60 includes a tool state detecting unit 61 that detects a state in which the welding tool 70 is immersed in the workpiece 21, and a projection 75 of the welding tool 70 on the pin portion based on the detection result of the tool state detecting unit 61. And a projection driving means 62 for driving the projection and the immersion displacement with respect to 78. The control means 63 of the friction stir welding apparatus 60 controls the tool rotation drive means 42, the tool displacement drive means 43, and the cradle drive means 45, and further controls the tool state detection means 61 and the protrusion drive means 62.
[0075]
The control means 63 receives the arrival signal indicating that the robot arm 29 has reached the predetermined teaching position, controls the tool rotation driving means 42, and rotates the tool holder 41 at a predetermined rotation speed. The control means 63 receives the arrival signal, controls the tool displacement driving means 43, and drives the tool holder 41 to move toward the workpiece 21. The control means 63 controls the protrusion driving means 62 to bring the welding tool 70 into contact with the workpiece 21 with the protrusion 75 protruding from the pin portion 78.
[0076]
Further, the control means 63 is provided with an immersion signal indicating an immersion state when the welding tool 70 is immersed in the workpiece 21 from the tool state detection means 61. The control means 63 controls the protrusion driving means 62 based on the immersion signal and causes the protrusion 75 to be immersed in the pin portion 78.
[0077]
The tool state detection means 61 determines whether or not at least the pin portion 78 has contacted the workpiece 21. The tool state detection means 61 can be realized by an image recognition camera, for example. The tool state detection means 61 may determine the joining state by detecting a control current for rotating the tool holder 41 or a control current for driving the tool holder 41 to be displaced. Moreover, you may judge that the pin part 78 contacted the to-be-joined object 21 with various sensors, such as a contact sensor and a proximity sensor.
[0078]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the joining tool 70. The joining tool 70 attached to the tool holder 41 includes a main body portion 72 formed in a substantially cylindrical shape, and a stirring portion 73 protruding from the main body portion 72 in one axial direction A1 and formed in a cylindrical shape. One axial direction A 1 is a direction in which the welding tool 70 is immersed in the workpiece 21, and the other axial direction A 2 is a direction in which the welding tool 70 is detached from the workpiece 21. The axis L1 extends in the longitudinal direction at the center of the joining tool 70 formed in a substantially cylindrical shape.
[0079]
The main body 72 has a shoulder surface 77 serving as an end surface on the one A1 side in the axial direction, and the shoulder surface 77 is formed perpendicular to the axis L1 of the welding tool 70. As described above, in the friction stir welding apparatus, the axis of the welding tool 70 and the surface of the workpiece 21 need not be arranged vertically, and the axis of the welding tool 70 is inclined with respect to the surface of the workpiece 21. You may do it.
[0080]
The stirring unit 73 projects vertically from the shoulder surface 77. Moreover, the main-body part 72 and the stirring part 73 are formed coaxially. Further, the diameter of the stirring portion 73 is formed smaller than the diameter of the main body portion 72.
[0081]
The stirring unit 73 has a protrusion 75 at the central portion 74 thereof. The protrusion 75 is provided so as to protrude and immerse in one axial direction A 1 with respect to the pin portion 78. The protrusion 75 is formed in a sharp shape having a vertex 76 on the axis L 1 of the joining tool 70. Specifically, it is formed in a conical shape that tapers toward the one axial direction A1. The vertex 76 that is the tip of the protrusion 75 is disposed on the axis L1.
[0082]
The joining tool 70 extends through the main body portion 72 and the stirring portion 73 along the axis L1, and an insertion hole forming portion 80 in which an insertion hole 79 in which one axial direction A1 is connected to the outside is formed. A through-hole forming portion 82 is formed which communicates with the other axial direction A2 and extends in one vertical direction C perpendicular to the axis L1 of the welding tool 70 to form a through-hole 81 penetrating the main body 72.
[0083]
The joining tool 70 is disposed in the insertion hole 79 and has a rod-shaped protrusion forming member 83 having a protrusion 75 at one end in the axial direction A1 side, a first protruding member 84 disposed in the through hole 81, and the through hole 81. The 2nd protrusion member 85 arrange | positioned in this. The joining tool 70 includes two spring force generation portions 88 and 89, and the first spring force generation portion 88 is disposed in the through hole 81 and connects the first protruding member 84 and the second protruding member 85. Thus, a spring force in a direction away from each other is applied to the first projecting member 84 and the second projecting member 85. The second spring force generating portion 89 is arranged in the passage 79 so as to apply a spring force in a direction in which the protrusion forming member 83 is moved toward the through hole 81.
[0084]
With the insertion hole 79 and the through hole 81, the joining tool 70 forms a substantially T-shaped space. The insertion hole 79 extends from the center in the one vertical direction C of the through-hole 81 in one axial direction A1.
[0085]
One vertical direction C is a direction in which the through hole 81 extends, intersects the axis L1 and extends perpendicular to the axis L1. A direction from the center of the through hole 81 toward the one opening 86 of the through hole 81 is defined as one vertical direction C1, and a direction from the center of the through hole 81 toward the other opening 87 of the through hole 81 is defined as one other vertical direction C2.
[0086]
The projection forming member 83 on which the projection 75 is formed is prevented from rotating with respect to the main body portion 72 and rotates in the same direction as the main body portion 72. The projection forming member 83 includes a tapered portion 83a in which a projection 75 is formed at the tip in the one axial direction A1 side, and a detent portion 83b that is connected to the other axial direction A2 of the tapered portion 83a and is prevented from rotating with respect to the main body 72. The shaft portion 83c extends continuously to the other axial direction A2 of the rotation stop portion 83b.
[0087]
The tip portion 83a is formed in a columnar shape, and the tip in the axial direction on the one A1 side is formed in a conical shape. This conical portion becomes the protrusion 75, and the apex of the conical portion becomes the apex 76 of the protrusion. The anti-rotation part 83b is formed in a quadrangular prism, for example. The outer diameter of the rotation stop portion 83b is formed larger than the outer diameter of the tip portion 83a. The outer diameter of the shaft portion 83c is formed smaller than the outer diameter of the anti-rotation portion 83b. The tip portion 83a, the rotation stop portion 83b, and the shaft portion 83c are all formed coaxially. The axis of the protrusion forming member 83 coincides with the axis L1 of the joining tool 70.
[0088]
In the insertion hole forming portion 80, a first insertion hole portion 80a, a second insertion hole portion 80b, and a third insertion hole portion 80c are formed. The first insertion hole portion 80a is inserted through the distal end portion 83a of the protrusion forming member 83, and a first insertion hole region 79a having an inner diameter dimension substantially the same as the outer diameter dimension of the distal end portion 83a is formed. The second insertion hole portion 80b is formed with a second insertion hole region 79b that is formed in a quadrangular prism shape through the rotation stop portion 83b of the protrusion forming member 83. The shaft portion 83c of the projection forming member 83 is inserted into the third insertion hole portion 80c, and a third insertion hole region 79c having an inner diameter dimension substantially the same as the outer diameter dimension of the shaft portion 83c is formed. The first, second, and third insertion hole regions 79a, 79b, 79c are connected to each other to form one insertion hole 79. The insertion hole forming portion 80 and the protrusion forming member 83 are formed to be movable in the axial direction A by forming a gap.
[0089]
For example, the main body 72 is manufactured by being divided into two parts, and is assembled from one divided state into two while the projection forming member 83 is accommodated in the insertion hole 79. At this time, the main body 72 is assembled in a state where the projection forming member 83 is accommodated by welding or bolting.
[0090]
6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. The anti-rotation portion 83b of the protrusion forming member 83 is formed in a quadrangular prism. When the welding tool is rotated, the detent portion 83b and the second insertion hole portion 80b come into contact with each other. As a result, the insertion hole forming portion 80 and the protrusion forming member 83 are prevented from relatively rotating around the axis L1, and the insertion hole forming portion 80 and the protrusion forming member 83 rotate integrally.
[0091]
As shown in FIG. 5, the second spring force generating means 89 generates a spring force in the direction in which the protrusion forming member 83 is inserted in the other axial direction A 2, that is, the protrusion 75 is immersed in the pin portion 78 of the stirring portion 73. The second spring force generating means 89 is realized by a tension coil spring. One end of the tension coil spring in the expansion / contraction direction is fixed to the other end in the axial direction A2 side of the anti-rotation portion 83b. Further, the other end portion in the expansion / contraction direction of the tension coil spring is fixed to the end portion on the one A1 side in the axial direction of the third insertion hole portion 80c.
[0092]
The projection forming member 83 is given a second spring force F4 toward the third insertion hole portion 80c by the tension coil spring. The other axial end portion A2 side end portion of the shaft portion 83c is inserted into the third insertion hole portion 80c and comes into contact with the second protruding member 85 disposed in the through-hole forming portion 81.
[0093]
The first projecting member 84 and the second projecting member 85 are connected by the second spring force generating means 88. The second spring force generation means 88 is realized by a compression coil spring. The compression coil spring provides each of the projecting members 84 and 85 with forces F5a and F5b that cause the first projecting member 84 and the second projecting member 85 to be separated from each other in one vertical direction C perpendicular to the axis L1.
[0094]
The friction stir welding apparatus 60 includes a movable ring 90 that is formed to be movable in the axial direction A, and a movable ring driving means 92 that drives the movable ring 90 to be displaced in the axial direction A. The movable ring 90 and the movable ring driving means 92 are protrusion displacement driving means for driving the protrusion 75 to be displaced. The movable ring 90 and the movable ring driving means 92 are supported by a portion that supports the tool holder 41, for example. The movable ring driving means 92 is realized by a servo motor, for example.
[0095]
The movable ring 90 is formed in a ring shape that goes around the axis L 1 around the main body 72 at a distance from the main body 72. The inner peripheral portion of the movable ring 90 is provided so as to face at least the openings 86 and 87 of the through hole 81. The inner peripheral portion has an inclined surface 91 that is separated from the openings 86 and 87 of the through-hole 81 and faces each of the openings 86 and 87 toward the one side A1 in the axial direction.
[0096]
The first projecting member 84 and the second projecting member 85 are provided with spring forces F5a and F5b by the first spring force generating means, partially projecting from the main body 72 of the joining tool 70, and are inclined surfaces of the movable ring 90. 91 abuts. It is preferable that at least one of the inclined surface 91 and the protruding members 84 and 85 is formed with a frictional resistance reducing portion that reduces the frictional resistance by a bearing or the like. This prevents heat generation and wear when the projecting members 84 and 85 are brought into contact with the inclined surface 91.
[0097]
When the movable ring 90 is driven to be displaced toward the other side A2 in the axial direction, the radial distance between the inclined surface 91 and the main body 72 in the axial line L1 is widened. In this case, the first projecting member 84 and the second projecting member 85 are displaced in the one vertical direction C from the center of the main body 72 outward by the spring force, and projecting portions 84 a and 85 a projecting from the main body 72. Will increase. On the contrary, when the movable ring 90 is driven to be displaced toward the one side A1 in the axial direction, the distance between the inclined surface and the main body 72 in the radial direction of the axial line L1 is reduced. Thus, the first projecting member 84 and the second projecting member 85 are displaced in the one vertical direction C from the outside of the main body 72 toward the center, and the projecting portions 84a and 85a projecting from the main body 72 are reduced.
[0098]
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. The second protruding member 85 is formed longer than the first protruding member 84. The first projecting member 84 projects in the radial direction of the main body 72 from one opening 86 of the through hole 81 and is formed in a plate shape with a length dimension that does not pass through the axis L 1 of the main body 72. The second projecting member 85 is formed in a plate shape with a length dimension that projects in the radial direction of the main body 72 from the other opening 87 of the through hole 81 and passes through the axis L 1 of the main body 72.
[0099]
The second protruding member 85 includes a fitting portion 95. The fitting portion 95 is formed with a fitting hole 93 that is inserted in the direction of the axis L1. The fitting portion 95 has an inner diameter larger than the outer diameter of the shaft portion 83c of the protrusion forming member 83, and is formed so that the shaft portion 83c can be fitted. The fitting portion 95 is formed in the second projecting member 85 so that the fitting hole 93 is coaxial with the axis L1 when the second projecting member 85 is displaced in one vertical direction C2.
[0100]
Further, the peripheral surface 94 of the fitting portion 95 facing the fitting hole 93 is formed so as to be inclined so that the inner circumference increases in diameter toward the one side A1 in the axial direction. In other words, the fitting hole 93 is formed in a cone shape or a truncated cone shape whose diameter increases toward the one side A1 in the axial direction.
[0101]
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing the joining tool 70. When the movable ring 90 is driven to be displaced in the other axial direction A2 by the movable ring driving means 92, the first projecting member 84 and the second projecting member 85 are separated from each other by the spring force applied by the first spring force generating means 88. The amount of protrusion that protrudes in one vertical direction C from the main body 72 of the joining tool 70 increases. The first projecting member 84 is displaced in one vertical direction C1. The second projecting member 85 is displaced in the other vertical direction C2.
[0102]
When the second projecting member 85 is displaced in the one other vertical direction C2, the fitting portion 95 located in one vertical direction C1 rather than the position of the axis L1 moves in the other vertical direction C2. As a result, the fitting hole 93 moves to the position of the axis L1 as shown in FIG. Since the projection forming member 83 is given a force toward the other axial direction A2 by the second spring force generating means 89, when the fitting hole 93 moves to the position of the axis L1, the shaft portion 83c of the projection forming member 83 is fitted. The projection forming member 83 is displaced to the other side A2 in the axial direction by fitting with the joint portion 95.
[0103]
When the projection forming member 83 is displaced in the other axial direction A2, the projection 75 formed at the tip of the projection forming member 83 can be immersed in the pin portion 78. In addition, since the movable ring 90 is formed in a ring shape, the displacement of the protruding members 84 and 85 can be controlled even when the welding tool 21 is rotating, and the protrusion 75 is immersed in the pin portion 78. can do.
[0104]
Further, the movable ring 90 is displaced in the axial direction A1 from the state in which the projection 75 is immersed in the pin portion 78, thereby bringing the second projecting member 85 and the contact surface 91 of the movable ring 90 into contact with each other. Further, the movable ring 90 is displaced in one axial direction A1, and the contact surface 91 of the movable ring 90 is inclined, so that the second projecting member 85 can be displaced in one vertical direction C1.
[0105]
By displacing the second projecting member 85 in one vertical direction one C1, the fitting portion 95 is also displaced in one vertical direction one C1. As a result, the shaft portion 83 c of the protrusion forming member 83 contacts the peripheral surface 94 of the fitting portion 95. The peripheral surface 94 with which the shaft portion 83 abuts is formed so as to be inclined in one axial direction A1 as it goes in the other vertical direction C2.
[0106]
Accordingly, the shaft portion 83c that is in contact with the peripheral surface 94 of the fitting portion 95 moves along the surface of the other vertical direction C2 of the peripheral surface 94 when the fitting portion 95 further moves in one vertical direction C1. Then, the shaft portion 83c is guided in one axial direction A1. Thus, the protrusion forming member 83 has the protrusion 75 at the tip thereof protruding from the pin portion 78.
[0107]
With the above-described mechanism, the joining tool 70 can be rotated with a simple configuration and can be immersed in the pin portion 78 of the protrusion 75. Further, the protrusion forming member 83 is supported at two places, that is, the tapered portion 83a and the shaft portion 83c, so that the protrusion 75 can be reliably immersed in the immersion position where it should be immersed.
[0108]
FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the friction stir welding apparatus 60. 9 (1) shows the relative position of the movable ring 90 in the direction along the reference axis L1 with respect to the main body 72, and FIG. 9 (2) shows the reference axis L1 between the protrusion 75 and the main body 72 with respect to the main body 72. The relative position in the direction along is shown, and FIG. 9 (3) shows the position in the direction along the reference axis L 1 of the main body 72.
[0109]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the operation of the friction stir welding apparatus 60, and the operation proceeds in the order from FIG. 10 (1) to FIG. 10 (3). FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the control means 63 of the friction stir welding apparatus 60. The operation of the friction stir welding apparatus 60 will be described with reference to FIGS.
[0110]
In step a0, the welding tool 70 is mounted on the tool holder 41 and the workpiece 21 is held at a predetermined holding position. Next, the friction stir welding apparatus 60 is displaced by the robot arm 29. In the friction stir welding apparatus 60 that has been displaced and moved, the welding tool 70 and the cradle 30 are respectively disposed on both sides of the workpiece 21. When preparation for such friction stir welding is completed, the process proceeds to step a1, and the control means 63 starts operating.
[0111]
In step a1, first, the control means 63 controls the cradle driving means 45 to move the cradle forming portion 44 toward the workpiece 21 along the other axial direction A2. The cradle 30 comes into contact with the bonded member 21b on the cradle 30 side. For example, the control means 63 determines that the cradle 30 is in contact with the bonded member 21b on the cradle 30 side by detecting a control current for controlling the cradle displacement motor.
[0112]
When the cradle 30 comes into contact with the member 21b to be joined, the time T1 in FIG. 9 is reached, and the control means 63 controls the tool rotation driving means 42 and the tool displacement driving means 43. As a result, the tool rotation driving means 42 rotates the welding tool 70 around the axis L1. Further, the tool displacement driving means 43 moves the tool holder 41 along the axial direction A. At this time, the joining tool 70 is controlled so that the protrusion 75 protrudes from the pin portion 78 of the stirring portion 73.
[0113]
As shown in FIG. 10A, the joining tool 70 that moves toward the workpiece 21 has the apex 76 of the protrusion 75 first contacting the workpiece 21. Since the projection 75 has the apex 26 on the axis L1 of the joining tool 70, the joining tool 70 does not receive a force from the workpiece 21 in a direction perpendicular to the axis L1. Therefore, the welding tool 70 can be immersed in the workpiece 21 without deviating from the immersion position to be immersed.
[0114]
When the welding tool 70 is immersed in the workpiece 21, the pin portion 78 of the stirring unit 73 comes into contact with the workpiece 21. At this time, the tool state detection means 61 gives the control means 63 a signal indicating that the pin portion 78 has come into contact with the workpiece 21. When the control means 63 determines that the pin portion 78 is in contact with the workpiece 21, the time T2 in FIG. 9 is reached and the process proceeds to step a2.
[0115]
In step a2, the control means 63 controls the movable ring driving means 92. At time T2 in FIG. 9, the movable ring driving means 92 given a command from the control means 63 drives the movable ring 90 to be displaced in the other axial direction A2. By driving the movable ring 90 in the other axial direction A 2, the projection forming member 83 moves in the other axial direction A 2 and the projection 75 is immersed in the pin portion 78.
[0116]
With the projection 74 immersed in the pin portion 78, the bonding tool 70 is further immersed in the workpiece 21. At time T3 shown in FIG. 9, when the main body 72 comes into contact with the workpiece 21 and the time elapses as shown in FIG. Immerse yourself in 21.
[0117]
The control means 63 pressurizes the tool holder 41 in one axial direction A 1 until the predetermined first set time elapses, and causes the welding tool 70 to be immersed in the workpiece 21. When the predetermined first set time is reached, the control means 63 reaches the time T4 in FIG. 9 and proceeds to step a3.
[0118]
In Step a3, at time T4 in FIG. 9, the immersion of the welding tool 70 is stopped, and the welding tool 70 rotates around the axis L1 until a predetermined second set time elapses. As a result, the softened workpiece 21 is sufficiently fluidized, and the fluidized workpiece 21 is stirred to mix the members 21a and 21b. When the predetermined second set time is reached, the control means 63 reaches the time T5 in FIG. 9 and proceeds to step a4.
[0119]
In step a4, at time T5 in FIG. 9, the joining tool 70 is moved in the other axial direction A2, and the joining tool 70 is detached from the workpiece 21 as shown in FIG. When the joining tool 70 moves to the predetermined initial position and reaches the time T6 in FIG. 9, the control means 63 stops the rotation of the joining tool 70 and causes the protrusion 75 to protrude, and proceeds to step a5. In step a5, the control means 63 ends the operation.
[0120]
As described above, according to the friction stir welding apparatus 60 equipped with the above-described welding tool 70, the same effect as that obtained when the welding tool 20 shown in FIG. 1 is used can be obtained. Further, the friction stir welding apparatus 60 immerses the protrusion into the pin portion 78 before the immersion of the stirring portion 73 is completed, whereby the workpiece 20 fluidized into the region where the protrusion 75 protrudes from the pin portion 78 is obtained. Flows in. Thereby, the joining trace by the protrusion 75 can be eliminated, and the beauty of the article 20 after joining can be improved.
[0121]
Furthermore, if the stirring portion 73 continues to be immersed while the protrusion 75 protrudes from the pin portion 78, the stirring portion 73 may penetrate the workpiece 20 by the protrusion 75. However, according to the present embodiment, it is possible to prevent the stirring portion 73 from penetrating the article to be joined 20 by immersing the protrusion 75 in the pin portion 78, and the fact that the article to be joined 20 is penetrated. Bonding failure can be prevented. In the present embodiment, the friction stir welding apparatus 60 is used to control the immersion of the protrusion 75 with respect to the pin portion 78, but the protrusion 75 may be manually immersed into the pin portion 78.
[0122]
Further, a drilling blade may be formed in the joining tool 70 in the same manner as the joining tool 20 shown in FIG. Moreover, as for the joining tool 70, a part of joining tool 70 shown in FIG. 7 may be formed so that attachment or detachment is possible. For example, the tip portion of the joining tool 79 and the portion including the tapered portion 83a and the pin portion 78 of the main body 72 may be detachably screwed to the remaining portion. Accordingly, when the pin portion 78 is worn, it can be replaced with a new projection forming member 83.
[0123]
FIG. 12 is a perspective view showing a friction stir welding apparatus 100 according to still another embodiment of the present invention. The friction stir welding apparatus 100 has the same configuration as the friction stir welding apparatus 40 shown in FIG. A description of the same configuration as that of the friction stir welding apparatus 40 described above will be omitted, and the same reference numerals will be given.
[0124]
The friction stir welding apparatus 100 includes a tool holder 41, a tool rotation driving means 42, a tool displacement driving means 43, and a cradle forming portion 44 similar to the friction stir welding apparatus 40 shown in FIG. The friction stir welding apparatus 100 immerses the welding tool 101 in the workpiece 21 while rotating it, and friction stirs the workpiece 21. The joining tool 101 is held by the tool holder 41 so that its axis L1 coincides with a predetermined first reference axis L2.
[0125]
The friction stir welding apparatus 100 rotates the welding tool 101 to be held around a predetermined first reference axis L2 and moves along the first reference axis L2. The joining tool 101 is formed in a substantially cylindrical shape. Moreover, the 1st reference axis L2 means the reference axis L2 of the friction stir welding apparatus 60 shown in FIG.
[0126]
The friction stir welding apparatus 100 further includes a recess forming means 102 that forms a positioning recess in the article 21 and a clamping means 103 that clamps the article 21 from both sides. The control means 124 of the friction stir welding apparatus 100 controls the tool rotation driving means 42 and the tool displacement driving means 43 and also controls the recess forming means 102 and the clamping means 103.
[0127]
The recess forming means 102 presses the workpiece 21 by the pressing terminal 105 that is a rod-shaped terminal. As a result, an indentation serving as a positioning recess is formed in the workpiece 21. The pressing terminal 105 presses the workpiece 21 by displacing the pressing terminal 105 along a predetermined second reference axial direction L3.
[0128]
The sandwiching means 103 includes a sandwiching body 104 that is displaceable along a predetermined third reference axis L4, and a sandwiching body displacement drive motor for driving the sandwiching body 104 along the third reference axis L4. 105, and a support unit 106 that fixes the clamping body displacement drive motor 105 and the base 46. The clamping body 104 is driven to be displaced to a predetermined third reference axis L4 by the clamping body displacement driving motor 105, and the workpiece 21 is clamped in cooperation with a first receiving base 111a and the clamping body 104 described later. . The clamping body displacement drive motor 105 is realized by, for example, a linear motor.
[0129]
The first, second, and third reference axes L1, L2, and L3 described above extend in parallel to each other. In the present embodiment, each reference axis L1, L2, and L3 is included in a predetermined virtual plane. The third reference axis L4 is disposed substantially at the center of the friction stir welding apparatus 100, and the first reference axis L2 and the second reference axis L3 are located on both sides of the third reference axis L4, respectively. Further, when there are a plurality of joint portions to be joined, the distance D10 between the first reference axis L2 and the second reference axis L3 is preferably set equal to the distance D11.
[0130]
The recess forming means 102 is provided with a pressing terminal holder 107 which is detachably mounted with a pressing terminal 105 and is formed so as to be displaceable along a predetermined second reference axis L3. It includes a support portion 108 that is displaceably supported on the reference axis L2, and a terminal displacement motor 109 that drives the pressing terminal holder 107 along the second reference axis L2. The recess forming means 102 has the same configuration as the tool displacement driving means 43, and a detailed description thereof will be omitted.
[0131]
The cradle forming portion 44 extends substantially in an L shape. The cradle forming portion 44 includes a cradle forming portion first portion 51 that extends substantially parallel to the third reference axis L4 with a gap from the third reference axis L4, and one end portion of the cradle forming portion first portion 51. A cradle forming portion second portion 52 that extends in a direction substantially perpendicular to the third reference axis L4 toward the third reference axis L4.
[0132]
The other end 51 b of the cradle forming part first portion 51 is connected to the base 46. In addition, a cradle 111 is provided at the opposite end of the cradle forming portion second portion 52 where the cradle forming portion first portion 51 is continuous. The cradle 111 is disposed at a position facing the tool holder 41, the sandwiching body 104, and the pressing terminal 105.
[0133]
The cradle 111 includes a first cradle 111 a that faces the tool holder 41 and the clamping body 104, and a second cradle 111 b that faces the pressing terminal 105. The first cradle 111a and the second cradle 111b are formed on a plate. The first cradle 111a includes at least a joining tool receiving portion 112b through which a virtual line extending along the first reference axis L2 is inserted, and a sandwiching body receiving portion 112c through which a virtual line extending along the third reference axis L3 is inserted. And have. The first cradle 111a protrudes from the cradle forming part second portion 52 toward the first reference axis L2.
[0134]
In the present embodiment, the imaginary line extending along the third reference axis L3 penetrates the first cradle 111a and the cradle forming part second portion 52. In other words, the first cradle 111 a and the cradle forming portion second portion 52 are located facing the sandwiching body 104. Therefore, even if the workpiece 21 is sandwiched between the sandwiching body 104 and the first cradle 111 a, the cradle forming portion second portion 52 does not receive a moment force from the sandwiching body 104.
[0135]
Moreover, the 2nd receiving stand 111b has the press terminal receiving part 112b by which the virtual line extended along the 2nd reference | standard axis L3 at least is penetrated. The second cradle 111b protrudes from the cradle forming part second portion 52 toward the second reference axis L4. The second cradle 111b is provided at a position further away from the pressing terminal holder 107 than the first cradle 111a in the second reference axis L2. The second cradle 111 b is provided with a rod-like support terminal 113 that protrudes toward the pressing terminal holder 107. The support terminal 113 is arranged coaxially with the press terminal 105 to which the press terminal holder 107 is attached. Further, the end surface 114 of the support terminal 113 on the pressing terminal holder 107 side and the end surface 115 of the first receiving base 111a on the tool holder side are formed flush with each other.
[0136]
The base 46 is provided with a fixing member 116 that fixes the support portion 49 of the tool displacement driving means 43, the support portion 108 of the recess forming means 102, and the support portion 106 of the clamping means 103. The fixing member 116 is formed in a plate shape, extends parallel to a virtual plane including the reference axes L2, L3, and L4 and extends perpendicular to the reference axes L2, L3, and L4. The fixing member 116 is connected to the remaining portion of the base 26 at the central portion 117 thereof.
[0137]
The support member 106 of the clamping means 103 is fixed to the central portion 117 of the fixing member 116, and the support portion 49 of the tool displacement driving means 43 is provided on one side in the direction perpendicular to the axes L 2, L 3, and L 4 from the central portion 117. A support portion 108 of the recess forming means 102 is provided on the other side in the direction perpendicular to each axis from the central portion 117.
[0138]
Moreover, in this Embodiment, it becomes a resistance spot welding means by which resistance spot welding is performed by the recess formation means 102 and the 2nd receiving stand 111b. That is, the pressing terminal 105 and the support terminal 113 are realized by electrode terminals.
[0139]
The pressing terminal holding part 107 and the second receiving base 111b of the friction stir welding apparatus 100 serve as electrode terminal holding parts for holding the terminals. Further, the terminal displacement motor 109 that drives the displacement of the pressing terminal holder 107 drives the terminals to move toward and away from each other, and sandwiches the workpiece 21 by each terminal to form an indentation that forms a positioning recess. It becomes. Further, the friction stir welding apparatus further includes a power supply unit that serves as a voltage applying unit 123 that applies a voltage between the terminals.
[0140]
FIG. 13 is a block diagram showing an electrical configuration of the friction stir welding apparatus 100.
The control unit 124 of the friction stir welding apparatus 100 controls the tool rotation driving unit 42, the tool displacement driving unit 43, the clamping unit 103, the recess forming unit 102, and the voltage application unit 123.
[0141]
Specifically, the control unit 124 receives a signal from the robot arm driving unit 58 that drives the robot arm 29 and knows the moving position of the friction stir welding apparatus. Further, the control unit 124 gives a signal indicating rotation driving and rotation stop of the tool holder 41 to the tool rotation driving unit 42. The control unit 124 gives a signal indicating the displacement driving and the displacement stop of the tool holder 41 to the tool displacement driving unit 43.
[0142]
The control unit 124 gives a signal indicating displacement driving of the holding body 104 to the holding unit 103. The control unit 124 gives a signal indicating the displacement driving of the pressing terminal 107 to the recess forming unit 102. The control unit 124 gives a signal for applying a voltage between the terminals to the voltage applying unit 123.
[0143]
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a main part of the operation of the friction stir welding apparatus 100. As shown in FIG. 14 (1), the friction stir welding apparatus 100 first sandwiches the workpiece 21 from both sides by the pressing terminal 105 and the support terminal 114, which are two electrode terminals, and indents the workpiece 21. An indentation forming step for forming the positioning recess 119 is performed.
[0144]
Next, a temporary fixing process is performed in which a voltage is applied between the terminals 105 and 113 while the object to be bonded 21 is sandwiched to partially melt and temporarily fix the members to be bonded 21a and 21b. Next, as shown in FIG. 14 (2), the tip 101 a of the rotating joining tool 101 is fitted into the positioning recess 119 of the article 21 to which the joined members 21 a and 21 b are temporarily fixed. As shown in FIG. 14 (3), the tip 101 a of the rotating welding tool 101 is fitted into the workpiece 21, and the welding tool 101 is rotated while the welding tool 101 is rotated, so that the workpiece is joined. 21 is softened, and the stirring step of fluidly stirring the workpiece 21 is performed.
[0145]
The joining tool 101 is formed in a cylindrical shape. For example, a main body part 120 formed in a columnar shape and a pin part 121 protruding from the main body part 120 in the axial direction are formed. The main body 120 and the pin 121 are formed coaxially. The joining tool 101 abuts on the workpiece 21 from the pin portion 121. Moreover, it is preferable that the pin part 121 is formed in the sharp shape which has a vertex on an axis line, as shown in FIG.
[0146]
The front end portion 105a of the pressing terminal 105 protrudes along the axis and is formed in a sharp shape having an apex 105b on the axis. The front end portion 105a of the pressing terminal 105 is formed in a conical shape, for example. When the pressing terminal 105 a pressurizes the workpiece 21, the workpiece 21 is deformed, and an indentation is formed on the workpiece 21. This indentation becomes a positioning recess 119.
[0147]
The diameter D1 of the tip portion 105a of the pressing terminal 105 is formed larger than the diameter D3 of the pin portion 121 of the joining tool 101 and smaller than the diameter D4 of the main body portion 120 of the joining tool 101. Thus, the diameter D2 of the positioning recess 119 formed in a conical shape is formed larger than the diameter D3 of the pin portion 121 of the joining tool 101 and smaller than the diameter D4 of the main body portion 120 of the joining tool 101. it can.
[0148]
By forming the positioning recess 119 at the immersion position where the welding tool 101 should be immersed, the positioning tool 119 can be prevented from shifting from the immersion position where the welding tool 101 should be bonded. Moreover, since the welding tool 101 can be immersed in the state which each to-be-joined member 21a, 21b in an immersion position is temporarily fixed, it is that the to-be-joined members 21a and 21b are shifted and joined, and to-be-joined members 21a and 21b. It is possible to eliminate joining in a state where there is a gap between them and to prevent joining failure.
[0149]
Further, by forming the diameter D2 of the positioning recess 119 larger than the diameter D3 of the pin portion 121, the tip of the pin portion 121 is guided to the positioning recess 119 even when the pin portion 121 is not tapered. And the axis of the welding tool 101 can be made to coincide with the axis of the positioning recess 119. Moreover, by forming the diameter D2 of the positioning recess 119 smaller than the diameter D4 of the main body 120, it is possible to prevent the positioning recess 119 from remaining in the article 21 after bonding.
[0150]
FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the control means 124 when the friction stir welding apparatus 100 continuously joins a plurality of locations. 16 and 17 are cross-sectional views for explaining the operation when the friction stir welding apparatus 100 continuously joins a plurality of locations. The operation proceeds in the order of FIGS. 16 (1) to 16 (5), and further the operation proceeds in the order of FIGS. 17 (1) to 17 (5). 16 and 17 omit the positioning recess 119 formed in the article 21 for easy understanding. A case where the control unit 124 performs control including the robot arm will be described.
[0151]
In step b0, when the welding tool 101 is mounted on the tool holder 41 and the workpiece 21 is held at a predetermined holding position, the process proceeds to step b1, and the control means 124 starts its operation.
[0152]
In step b1, the control means 124 operates the robot arm 29 to drive the friction stir welding apparatus 100 in a displacement manner. As shown in FIG. 16 (1), the friction stir welding apparatus 100 is set so that the imaginary line extending along the second reference axis L3 passes through the first joining position P1 to be joined of the article 21. Move. At this time, the joining tool 101, the sandwiching body 104, and the pressing terminal 105 are disposed on one side of the workpiece 21, and the cradle 111 is disposed on the other side of the workpiece 21. When the controller 124 further drives the robot arm 29 to bring the first cradle 111a and the support terminal 113 into contact with the other side surface 122 of the workpiece 21, the process proceeds to step b2.
[0153]
In step b2, as shown in FIG. 16 (2), the control means 124 controls the clamping means 103 to move the clamping body 104 toward the article 21 along the third reference axis L4. The sandwiching body 104 presses the workpiece 21 and clamps the workpiece 21 in cooperation with the first cradle 111a. When the clamping of the workpiece 21 is completed, the control unit 124 proceeds to step b3.
[0154]
In step b3, the control unit 124 controls the recess forming unit 102 to move the pressing terminal 105 along the second reference axis L3. When the pressing terminal 105 moves along the reference axis L3 and presses the article 21 to be joined, a positioning recess 119 is formed at the first joining position P1.
[0155]
In addition, the control unit 124 controls the voltage applying unit 123 to apply a voltage between the pressing terminal 105 and the support terminal 113 while the workpiece 21 is sandwiched between the pressing terminal 105 and the support terminal 113. As a result, a current flows through the workpiece 21 and a region between the pressing terminal 105 and the support terminal 113 generates heat. As shown in FIG. 16 (3), the object 21 is partially melted by heat generation, and the members 21a and 21b are temporarily fixed. That is, each member 21a, 21b to be joined at the first joining position P1 is temporarily fixed.
[0156]
When the positioning recess 119 is formed in the workpiece 21 and each of the members 21a and 21b is temporarily fixed, the control unit 124 proceeds to step b4.
[0157]
In step b4, the control means 124 releases the sandwiched state with the article 21. Specifically, the clamping means 104 is controlled to move the clamping body 104 away from the workpiece 21. Further, the recess forming means 102 is controlled to separate the pressing terminal 105 from the workpiece 21. When the control unit 124 releases the clamping state by separating the clamping body 104, the pressing terminal 105, the first receiving base 111a, and the support terminal 113 from the workpiece 21, the process proceeds to step b5.
[0158]
In step b5, the control means 124 operates the robot arm 29 to drive the friction stir welding apparatus 100 in a displacement manner. As shown in FIG. 16 (4), the friction stir welding apparatus 100 is set so that the imaginary line extending along the first reference axis L2 passes through the first joining position P1 to be joined of the article 21. Move. In the present embodiment, a virtual line extending further along the second reference axis L3 passes through the second joining position P2 to which the article 21 is to be joined.
[0159]
At this time, the joining tool 101, the sandwiching body 104, and the pressing terminal 105 are disposed on one side of the workpiece 21, and the cradle 111 is disposed on the other side of the workpiece 21. Further, when the control unit 124 drives the robot arm 29 to bring the first cradle 111a and the support terminal 113 into contact with the other side surface 122 of the workpiece 21, the process proceeds to step b6.
[0160]
In step b6, as shown in FIG. 16 (4), the control means 124 controls the clamping means 103 to move the clamping body 104 toward the article 21 along the third reference axis L4. The sandwiching body 104 presses the workpiece 21 and clamps the workpiece 21 in cooperation with the first cradle 111a. When the clamping of the workpiece 21 is completed, the control unit 124 proceeds to step b7.
[0161]
In step b7, it is determined whether or not the joining position arranged along the first reference axis among the set joining positions is the last joining position. If it is determined that it is not the last bonding position and it is determined that the bonding is to be continued, the process proceeds to step b8.
[0162]
In step b8, the control means 124 operates in the same manner as in step b3, and the positioning recess 119 is formed in the second joining position P2 of the article to be joined 21 and each joined member 21a, Temporarily fix 21b.
[0163]
Furthermore, the control unit 124 rotates and displaces the welding tool 101 to perform friction stir welding. The rotated welding tool 101 is moved toward the workpiece 21 along the first reference axis L2. A portion of the workpiece 21 along the first reference axis L2 is provided with a first joining position, and a positioning recess 119 is formed at the first joining position P1. As a result, the tip of the welding tool 101 fits into the positioning recess 119, and is immersed in the workpiece 21 without deviating from the first bonding position P1. As shown in FIG. 16 (5), the joining tool 101 mixes two joined members 21 a and 21 b that overlap each other by subjecting the article 21 to solid phase stirring. When the stirring is completed, the control unit 124 removes the welding tool 101 from the workpiece 21. When it is determined that the friction stir welding is completed in this way, the process proceeds to step b9.
[0164]
In step b9, the control means 124 releases the sandwiched state with the article 21. Specifically, the clamping means 104 is controlled to move the clamping body 104 away from the workpiece 21. Further, as shown in FIG. 17 (1), the recess forming means 102 is controlled to separate the pressing terminal 105 from the workpiece 21. Furthermore, when the holding state is released by moving the cradle 111a and the support terminal 113 away from the workpiece 21, the process returns to step b5.
[0165]
In proceeding to step b5, the position where the virtual line extending along the first and second reference axis lines L2 and L3 is inserted is shifted by one. For example, as shown in FIG. 17 (2), an imaginary line extending along the first reference axis L2 passes through the second joining position P2 to be joined of the article 21 to be joined to the second reference axis L3. The friction stir welding apparatus is moved to a position where the imaginary line extending along the third joining position P3 to be joined of the article 21 to be joined moves to step b6 again.
[0166]
In this manner, the joining positions are sequentially shifted, and steps b5 to b9 are repeated until the last one joining position is reached. For example, as shown in FIG. 17 (3), the control means holds the workpiece 21 by the holding body 104. When the clamping is completed, as shown in FIG. 17 (4), a positioning recess 119 is formed at the third joint position P3 to be joined, and the third joint position P3 is temporarily fixed. Further, friction stir welding is performed at the second bonding position P2. As a result, as shown in FIG. 17 (5), the second joining position P2 is joined, and the joining recess 119 and the temporary fastening are performed at the third joining position.
[0167]
If it is determined in step b7 that it is the last joining position, the process proceeds to step b10. In step b10, friction stir welding is performed at the final bonding position without forming and temporarily fixing the positioning recess 119, and the process proceeds to step b11. In step b11, as in step b4, the clamping state is released, and the process proceeds to step b12. In step b12, the friction stir welding apparatus is moved to the initial position by the robot arm 29, the process proceeds to step b13, and the operation of the control means 124 is terminated.
[0168]
As described above, according to the friction stir welding apparatus 100 described above, the positioning recess 119 is formed in the workpiece 21 by the recess forming means 102, and the tip of the welding tool 20 is fitted into the positioning recess 119. 101 is immersed in the workpiece 20. As a result, the tip of the welding tool 101 can be prevented from slipping out of the positioning recess 119, and the welding tool 101 can be immersed in the workpiece 20.
[0169]
For example, even when the contact surface 39 of the workpiece 21 is not perpendicular to the rotation axis L1 or when minute irregularities are formed on the contact surface 39, the positioning recess 119 is formed to It is possible to immerse the tool 101 in the immersing position where the tool 101 should be surely immersed.
[0170]
The positioning recess 119 is formed to have a central axis that coincides with the reference axis L1 when the workpiece 101 is immersed, so that the welding tool 101 is prevented from being displaced from the immersion position to be immersed. It is possible to accurately immerse the welding tool 101 in the immersive position to be inserted. By accurately immersing the welding tool 101 in the immersive position, it is possible to eliminate the misalignment of the bonding marks and improve the aesthetics of the workpiece 20 after bonding, and to ensure that the bonding tool immerses in the position to be bonded. Bonding strength can be improved.
[0171]
Further, in the press forming means 107, the press terminal 105 and the support terminal 113 are realized by electrode terminals, and a voltage is applied between the terminals to temporarily fix the object to be joined. As a result, it is possible to prevent the displacement of the welding tool 101 and to prevent the members to be joined 21a and 21b from being displaced and the formation of a gap between the members to be joined. The voltage applied between the terminals may be a voltage that temporarily holds the member to be joined. It is not necessary to apply a voltage enough to melt the object to be joined. Accordingly, the temperature rise of the object to be bonded due to voltage application is low, and the object to be bonded 21 is not greatly deformed by thermal expansion.
[0172]
Further, in the present embodiment, since the interval D10 in the direction orthogonal to the first reference axis L2 and the second reference axis L2 is set to the interval D11 of the bonding position, Next, the formation of the positioning recess and the temporary fixing at the position to be joined can be performed without moving the friction stir welding apparatus. Thereby, the joining time can be shortened. For example, the base 46 may be provided with an interval changing means that makes it possible to change the interval between the first reference axis L2 and the second reference axis L3 according to the intervals D11 of a plurality of joining locations to be joined. Even if the intervals of a plurality of joining portions to be joined are different, this enables continuous joining.
[0173]
The above-described configuration is an example of the embodiment of the present invention, and the configuration can be changed within the scope of the invention. In the friction stir welding, the joined members 21a and 21b overlapped are spot-joined, but the article 2 may be continuously joined in a state where the joined members 21a and 21b are abutted. Further, the material of the members to be joined 21a, 21b may be a material other than the aluminum alloy. In the present invention, the welding tools 20 and 70 are detachably attached to the tool holder 41. However, the tool holder 41 may not be provided in the friction stir welding apparatus. That is, the welding tools 20 and 70 may be integrally fixed to the tool rotation driving means.
[0179]
 And claims1According to the described invention, when the immersion tool is immersed, the welding tool is fitted into the positioning recess to prevent the welding tool from being displaced from the immersion position where the welding tool should be immersed. The welding tool can be accurately immersed. By accurately immersing the welding tool at the immersive position, the position of the joint mark is eliminated and the appearance of the object to be joined is improved. be able to.
[0180]
 MaTheIndentations are formed by electrode terminals to form positioning recesses, and a voltage is applied between the electrode terminals to temporarily fix the members to be joined, so that the members to be joined are displaced and gaps are formed between the members to be joined. It can prevent that it is done and can join a to-be-joined object. As a result, the members to be joined can be reliably joined with the joining tool, and poor joining can be prevented.
[0183]
 And claims2According to the described invention, a positioning recess is formed at a position where the welding tool is to be immersed, and the welding tool is joined by friction stir welding in a state where the tip of the welding tool is bonded to the positioning recess. It is possible to immerse the welding tool in an immersive position that should surely be immersive without slipping out of the device. As a result, it is possible to prevent a bonding failure due to a displacement of the bonding tool.
[0184]
Further, by temporarily fixing each member to be joined in the vicinity of where the positioning recess is formed, the member to be joined is not displaced and a gap is not formed between the members to be joined. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which a welding tool 20 and an object to be bonded 21 according to an embodiment of the present invention are in contact with each other.
FIG. 2 is a perspective view showing a friction stir welding apparatus 40 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a joining state of the joining tool 20;
FIG. 4 is a block diagram showing a friction stir welding apparatus 60 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a joining tool 70. FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the section line VII-VII in FIG. 5;
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a welding tool 70. FIG.
9 is a timing chart showing the operation of the friction stir welding apparatus 60. FIG.
10 is a cross-sectional view showing the operation of the friction stir welding apparatus 60. FIG.
11 is a flowchart showing the operation of the control means 63 of the friction stir welding apparatus 60. FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a friction stir welding apparatus 100 according to still another embodiment of the present invention.
13 is a block diagram showing an electrical configuration of the friction stir welding apparatus 100. FIG.
14 is a cross-sectional view for explaining a main part of the operation of the friction stir welding apparatus 100. FIG.
15 is a flowchart showing the operation of the control means 124 when the friction stir welding apparatus 100 joins a plurality of locations continuously. FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining an operation when the friction stir welding apparatus 100 continuously joins a plurality of locations.
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining an operation when the friction stir welding apparatus 100 continuously joins a plurality of locations.
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which a conventional joining tool 2 and a workpiece 1 are in contact with each other.
19 is a view as seen from the line S19-S19 in FIG.
[Explanation of symbols]
20, 70, 101 Joining tool
21 Workpiece
21a, 21b Member to be joined
22, 72 Main unit
23,73 Stirrer
24, 74 Pin center
25, 74 protrusions
26,76 vertices
27,77 Shoulder side
28, 78 Pin part
30 cradle
40, 60, 100 Friction stir welding equipment
41 Tool holder
42 Tool rotation drive means
43 Tool displacement drive means
44 cradle forming part
45 Receiving means driving means
61 Tool state detection means
62 Protrusion driving means
102 Recess formation means
103 Clamping means
123 Voltage application means
105 Press terminal
113 Support terminal

Claims

A friction stir welding apparatus for solid-phase stirring the object to be joined by rotating the welding tool around its axis to the object to be joined with a plurality of members to be joined. There,
Tool rotation driving means for rotating the welding tool about the axis; and
Tool displacement driving means for driving the joining tool to be displaced along the axial direction;
Wherein a reference axis Ru extending parallel to the reference axis of the welding tool, a recess forming means for forming a positioning recess having a shape corresponding to the tip shape of the welding tool,
A pair of electrode terminals arranged across the object to be joined;
A friction stir welding apparatus comprising: a recess forming means having an indentation forming part for forming an indentation to be a positioning recess with the workpiece to be joined between the pair of electrode terminals .

A friction stir welding method in which a workpiece is provided by contacting a plurality of members to be joined, and a joining tool is rotated around its axis to be immersed in the workpiece to be solid-phase agitated. There,
An indentation forming step of forming a positioning recess by an indentation in the object to be bonded, sandwiching the object to be bonded from both sides by a pair of electrode terminals,
In a state where the object to be bonded is sandwiched, a voltage is applied between the pair of electrode terminals, and a temporary fixing step of partially melting and temporarily fixing each bonded member;
Rotate the welding tool so that the tip of the welding tool fits into the positioning recess of the workpiece to which each workpiece is temporarily fixed, so that the workpiece is softened and flows. A friction stir welding method comprising: a stirring step.