JP5858887B2 - 加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、加工装置に関し、特に、加工部材を自動交換自在な交換装置を有する加工装置に関するものである。
近年、一般的なアーク溶接等に加えて、アルミニウム板等の複数の金属板から成る加工対象部品における所定の接合部位を高速で回転するプローブで摩擦攪拌して、その金属板同士を接合する摩擦撹拌接合装置が提案されてきており、自動車等の移動体の強度部品においても、摩擦撹拌接合装置で接合された接合部を有する構成が実現されるようになってきている。
かかる摩擦撹拌接合装置では、プローブと加工対象部品とを相対移動して、所定の接合部位を正確に接合する必要があるから、プローブに加工対象部品の材料が付着して汚れたり、プローブが摩耗したような場合には、プローブを簡便に交換できる構成を実現することが望まれる。また、プローブのような加工部材を有する他の加工装置においても、かかる事情は同様である。
かかる状況下で、特許文献１は、自動孔加工装置に関し、主軸１の先端部にコレットチャック３を設けた構成で、コレットチャック３の内径の拡縮を自動的に行ない、回転工具８の交換を無人で行ない得る構成を開示する。
また、特許文献２は、自動工具交換装置に関し、工具収納装置３１から工具交換位置Ｐ２まで進退可能に設けられた工具チャッキングユニット４１及び工具アンチャックユニット５１を備えて、工具チャック機構２４を有する主軸に対して工具交換を行い得る構成を開示する。
特開２００６−１１６６４４号公報 特開２００７−７７８１号公報
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１においては、工具用マガジン４に設けた複数の保持切り欠き１８の何れか１個所の保持切り欠き１８をコレットチャック３の直下位置に前進させると共に、主軸頭２を下降させた状態で、工具用マガジン４の上面に設けた係止突部２５と、コレットチャック３の外筒６の下端部外周面に形成した係止凹部１７と、を係合させて、この外筒６の回転を阻止した状態で、主軸１を回転させることにより、コレットチャック３の内径が拡縮する構成を有するものであるため、工具用マガジン４の上面に設けた係止突部２５と、コレットチャック３の外筒６の下端部外周面に形成した係止凹部１７と、を正確に位置を合わせて係合させる必要があり、その構成が煩雑である。また、係止突部２５は、工具用マガジン４の複数の保持切り欠き１８毎に設ける必要があり、その構成は尚更煩雑であり、いずれにせよ改良の余地はある。
また、本発明者の検討によれば、特許文献２においては、工具アンチャック動作時には、工具アンチャックユニット５１を工具交換位置Ｐ２まで前進させると共に、主軸ヘッド２１（主軸２３）を工具アンチャックユニット５１に向かって移動させてその工具チャッ
ク機構２４を工具アンチャックユニット５１の工具緩め機構５２内に保持し、工具緩め機構５２によって工具チャック機構２４を緩める必要がある。一方で、工具チャッキング動作時には、指定工具Ｔを工具収納装置３１から工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持した後に、工具チャッキングユニット４１を工具交換位置Ｐ２まで前進させると共に、主軸ヘッド２１（主軸２３）を工具チャッキングユニット４１に向かって移動させてその工具チャック機構２４を工具チャッキングユニット４１の工具締付機構４２内に保持し、工具締付機構４２によって工具チャック機構２４を締め付ける必要がある。つまり、かかる構成においては、可動部材が多く、かつそれら個別に高い位置合わせ精度が求められて、その構成が煩雑であり、改良の余地がある。
従って、現状では、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換自在な交換装置を有する加工装置が待望された状況にあるといえる。
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換自在な交換装置を有する加工装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面における加工装置は、駆動機構と、前記駆動機構の駆動力を利用して、加工対象部材に対して上下移動自在であると共に、前記加工対象部材に対して回転自在である加工部材、及び前記加工部材を拘束部を介して脱着自在に保持するホルダを有する加工ツールと、前記加工ツールが装着されるアームを有して、前記アームを移動して前記加工ツールを前記加工対象部材に対して移動自在な移動機構と、前記加工部材を交換自在な交換装置と、を備えた加工装置であって、前記交換装置は、位置が固定された単一の第１の支持部材、前記第１の支持部材に設けられ、前記加工部材を前記ホルダから取り外す際に前記ホルダをそれが解放方向に回転しないように把持自在な第１の把持部、及び前記第１の把持部に対し離間して前記第１の支持部材に設けられ、前記加工部材を前記ホルダに装着する際に前記ホルダをそれが拘束方向に回転しないように把持自在な第２の把持部を有する把持装置と、可動な単一の第２の支持部材、前記第２の支持部材に設けられ、前記ホルダから取り外された前記加工部材を各々貯留自在な複数の第１の保持部、及び前記複数の第１の保持部から離間して前記第２の支持部材に設けられ、前記ホルダに装着すべき前記加工部材を各々貯留自在な複数の第２の保持部を有する保持装置と、を備え、前記ホルダに対して前記加工部材を脱着して前記加工部材を交換する際には、前記保持装置の前記第２の支持部材が移動されることにより、前記把持装置の前記第１の支持部材は、前記複数の第１の保持部の対応するもの及び前記複数の第２の保持部の対応するものの双方にわたって延在するように位置し、前記複数の第１の保持部の前記対応するものが前記第１の把持部の鉛直下方に配置されると共に、前記複数の第２の保持部の前記対応するものが前記第２の把持部の鉛直下方に配置される。
また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記把持装置の前記第１の把持部及び前記第２の把持部、並びに載置部材に載置された前記加工対象部材は、前記移動機構による前記アームの移動で規定される前記加工ツールの可動範囲内に配設されることを第２の局面とする。
また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加え、前記加工装置は、摩擦撹拌接合装置であり、前記拘束方向は、前記摩擦撹拌接合装置の摩擦攪拌接合時における回転方向であることを第３の局面とする。
また、本発明は、かかる第１から第３のいずれかの局面に加え、前記保持装置の前記第
２の支持部材は、その中心軸で回転自在な円板状であり、前記複数の第１の保持部は、第１の列を成して第１の円周上に配設されると共に、前記複数の第２の保持部は、第２の列を成して第２の円周上に配設され、前記ホルダに対して前記加工部材を脱着して前記加工部材を交換する際には、前記第１の列が前記第１の把持部の鉛直下方に位置すると共に前記第２の列が前記第２の把持部の鉛直下方に位置した状態で、前記第２の支持部材が回転されることにより、前記複数の第１の複数の保持部の各々は、前記第１の把持部の鉛直下方に順次送られて位置されると共に、前記複数の第２の保持部の各々は、前記第２の把持部の鉛直下方に順次送られて位置されることを第４の局面とする。
また、本発明は、かかる第４の局面に加え、前記第１の把持部と前記第２の把持部とを結ぶ直線は、前記第２の支持部材の中心軸を通らないように偏位することを第５の局面とする。
また、本発明は、かかる第１から第５のいずれかの局面に加え、前記第１の把持部及び前記第２の把持部は、各々ラチェットの動作に応じて前記ホルダを把持することを第６の局面とする。
また、本発明は、かかる第１から第６のいずれかの局面に加え、前記把持装置は、弾性支持されることを第７の局面とする。
また、本発明は、かかる第１から第７のいずれかの局面に加え、更に、前記ホルダから解放される際の前記加工部材と前記ホルダに装着される際の加工部材との少なくとも一方を押圧する押圧装置備えることを第８の局面とする。
また、本発明は、かかる第１から第８のいずれかの局面に加え、前記移動機構は、産業用ロボットであることを第９の局面とする。
本発明の第１の局面における構成によれば、加工装置の交換装置が、位置が固定された単一の第１の支持部材、第１の支持部材に設けられ、加工部材をホルダから取り外す際にホルダをそれが解放方向に回転しないように把持自在な第１の把持部、及び第１の把持部に対し離間して第１の支持部材に設けられ、加工部材をホルダに装着する際にホルダをそれが拘束方向に回転しないように把持自在な第２の把持部を有する把持装置と、可動な単一の第２の支持部材、第２の支持部材に設けられ、ホルダから取り外された加工部材を各々貯留自在な複数の第１の保持部、及び複数の第１の保持部から離間して第２の支持部材に設けられ、ホルダに装着すべき加工部材を各々貯留自在な複数の第２の保持部を有する保持装置と、を備え、ホルダに対して加工部材を脱着して加工部材を交換する際には、保持装置の第２の支持部材が移動されることにより、把持装置の第１の支持部材は、複数の第１の保持部の対応するもの及び複数の第２の保持部の対応するものの双方にわたって延在するように位置し、複数の第１の保持部の対応するものが第１の把持部の鉛直下方に配置されると共に、複数の第２の保持部の対応するものが第２の把持部の鉛直下方に配置されるものであるため、ホルダに装着された加工部材と、第１の把持部と、複数の第１の保持部の対応するものと、をこの順で鉛直下方向かって整列させると共に、加工部材を装着したホルダを回転しないように第１の把持部で把持した状態で、拘束部を解放方向に回転させることにより、加工部材をホルダから解放して複数の第１の保持部の対応するものに貯留させた後に、把持装置の支持部材を移動することなく、加工部材が装着されていないホルダと、第２の把持部と、複数の第２の保持部の対応するものと、をこの順で鉛直下方向かって整列させると共に、加工部材が装着されていないホルダを回転しないように第２の把持部で把持して、複数の第２の保持部の対応するものに保持されている加工部材を拘束部に連絡させた状態で、拘束部を解放方向とは逆方向の拘束方向に回転させることによ
り、加工部材をホルダに装着することができ、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換することができる。
また、本発明の第２の局面における構成によれば、把持装置の第１の把持部及び第２の把持部、並びに載置部材に載置された加工対象部材が、移動機構によるアームの移動で規定される加工ツールの可動範囲内に配設されることにより、加工装置全体の構成をコンパクトに維持できると共に、交換の必要な加工部材を、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、迅速に加工部材を自動交換することができる。
また、本発明の第３の局面における構成によれば、加工装置が、摩擦撹拌接合装置であり、拘束方向が、摩擦撹拌接合装置の摩擦攪拌接合時における回転方向であることにより、加工部材が高押圧力かつ高回転で用いられる摩擦撹拌接合装置であっても、摩擦攪拌接合時に加工部材の脱落等が生じない高い信頼性を実現しながら、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換することができる。
また、本発明の第４の局面における構成によれば、保持装置の第２の支持部材が、その中心軸で回転自在な円板状であり、複数の第１の保持部が、第１の列を成して第１の円周上に配設されると共に、複数の第２の保持部が、第２の列を成して第２の円周上に配設され、ホルダに対して加工部材を脱着して加工部材を交換する際には、第１の列が第１の把持部の鉛直下方に位置すると共に第２の列が第２の把持部の鉛直下方に位置した状態で、第２の支持部材が回転されることにより、複数の第１の複数の保持部の各々は、第１の把持部の鉛直下方に順次送られて位置されると共に、複数の第２の保持部の各々は、第２の把持部の鉛直下方に順次送られて位置されるものであるため、交換装置の構成をコンパクトにまとめながら、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換することができる。
また、本発明の第５の局面における構成によれば、前記第１の把持部と前記第２の把持部とを結ぶ直線は、前記第２の支持部材の中心軸を通らないように偏位することにより、複数の第１の保持孔及び複数の第２の保持孔の各々配設個数を増加することができて、連続して交換する加工部材の個数を増やすことができる
また、本発明の第６の局面における構成によれば、第１の把持部及び第２の把持部が、各々ラチェットの動作に応じてホルダを把持することにより、簡便な構成で確実にホルダを把持することができ、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換することができる。
また、本発明の第７の局面における構成によれば、把持装置が、弾性支持されることにより、ホルダと第１の把持部及び第２の把持部との間の位置公差を吸収しながら、それらに不要な衝撃が発生して位置ずれ等が生じることを低減することができる。
また、本発明の第８の局面における構成によれば、更に、ホルダから解放される際の加工部材とホルダに装着される際の加工部材との少なくとも一方を押圧する押圧装置備えることにより、かかる押圧部材が、ホルダから解放される際の加工部材を押圧して、ホルダからの加工部材の切り離しを促進でき、また、ホルダに装着される際の加工部材を押圧して、ホルダ内の拘束部への加工部材の挿入を促進できる。
また、本発明の第９の局面における構成によれば、移動機構が、産業用ロボットである
ことにより、より汎用的な構成で、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換することができる。
本発明の実施形態における摩擦撹拌接合装置の全体構成を示す側面図である。 本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の上面図である。 本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の配設範囲を示す模式的な上面図である。 本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の動作を示す工程図である。 本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の動作を示す工程図であり、図４に示すものの後段の工程を示す。
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における加工装置につき、摩擦撹拌接合装置を例にして詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成す。また、ｘ軸及びｙ軸が成す平面は、水平面に平行な平面であり、ｚ軸の方向は、鉛直方向であり、ｚ軸の正方向は、鉛直上方向であるとする。また、本発明における加工装置は、本実施形態で説明する摩擦撹拌接合装置の他に、切削、穿孔、研磨といった機械的な加工をする回転自在な加工部材を有する加工装置に適用自在である。
図１は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置の全体構成を示す側面図である。図２は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の上面図である。また、図３は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の配設範囲を示す模式的な上面図である。
図１から図３に示すように、摩擦撹拌接合装置１は、床Ｆに固設された交換装置１０と、交換装置１０の上方でそれに対向して配置自在な接合ツール３０と、接合ツール３０を装着治具５２で保持して床Ｆに固設されたロボット５０と、を備える。
詳しくは、交換装置１０は、把持装置１２と保持装置２０とを備え、把持装置１２は、保持装置２０の上方に配設される。
把持装置１２は、床Ｆに固設された支持脚１４と、支持脚１４上に固設された支持板１６と、を備える。支持板１６には、その上下面を各々貫通する把持孔１６ａ、１６ｂが設けられる。ここで、把持孔１６ａに対してはラチェット１６ｃが配設されると共に、把持孔１６ｂに対してはラチェット１６ｆが配設される。なお、支持板１６は、典型的には鋼材等の金属製であるが、必要十分な強度剛性を有するものであれば、板状に限らずその他の形状のものであってもよい。
具体的には、ラチェット１６ｃは、ｚ軸の負方向に観たｘ−ｙ平面において時計方向（以下、時計方向という）にのみ回転自在で把持孔１６ａをその内周孔とする回転部材１６ｄと、回転部材１６ｄを係止自在な係止部材１６ｅと、を備える。つまり、係止部材１６ｅは、回転部材１６ｄが時計方向に回転しようとする場合には、把持孔１６ａを含む回転部材１６ｄを係止することなくその回転を許容する一方で、回転部材１６ｄがｚ軸の負方向に観たｘ−ｙ平面において反時計方向（以下、反時計方向という）に回転しようとする場合には、把持孔１６ａを含む回転部材１６ｄを係止することによりその回転を禁止する。
また、ラチェット１６ｆは、反時計方向にのみ回転自在で把持孔１６ｂをその内周孔とする回転部材１６ｇと、回転部材１６ｇを係止自在な係止部材１６ｈと、を備える。つまり、係止部材１６ｈは、回転部材１６ｇが反時計方向に回転しようとする場合には、把持
孔１６ｂを含む回転部材１６ｇを係止することなくその回転を許容する一方で、回転部材１６ｇが時計方向に回転しようとする場合には、把持孔１６ｂを含む回転部材１６ｇを係止することによりその回転を禁止する。
ここで、把持装置１２において、支持脚１４と支持板１６との間には、弾性部材１８が配設されることが好ましく、かかる場合には、支持板１６が支持脚１４に対して弾性支持されることになる。かかる弾性部材１８は、ゴム部材からなっていてもよいし、バネ部材及びダンパ部材からなっていてもよい。
保持装置２０は、床Ｆに固設された軸部材２２と、図示を省略するモータ等の駆動により軸部材２２上にｚ軸に平行な中心軸Ｚ２について回転自在に軸支された円板状の支持板２４と、を備える。支持板２４には、その上下面を各々貫通する複数の保持孔２４ａ、２４ｂが設けられる。なお、支持板２４は、典型的には鉄等の金属製であるが、必要十分な強度剛性を有するものであれば、板状に限らずその他の形状のものであってもよい。
具体的には、複数の保持孔２４ａは、支持板２４の外周側において支持板２４の外周と平行な円周上に一列で等間隔に配設され、その列は、把持孔１６ａの鉛直直下に配置される。支持板２４が中心軸Ｚ２の周りに回転されるときには、複数の保持孔２４ａの各々が、把持装置１２の把持孔１６ａの鉛直直下に順次位置するように送られる。
また、複数の保持孔２４ｂは、支持板２４の内周側において支持板２４の外周と平行な円周上に一列で等間隔に配設され、その列は、把持孔１６ｂの鉛直直下に配置される。支持板２４が中心軸Ｚ２の周りに回転されるときには、複数の保持孔２４ｂの各々が、把持装置１２の把持孔１６ｂの鉛直直下に順次位置するように送られる。
ここで、把持装置１２の支持板１６は、複数の保持孔２４ａが成す列と複数の保持孔２４ｂが成す列とにわたって、これらの列の鉛直上方で延在して位置する。
また、把持孔１６ａの中心と把持孔１６ｂの中心を結ぶ直線は、支持板２４の中心軸Ｚ２を通らないようにその径方向から偏位して設けられることが好ましい。というのは、把持孔１６ａの中心と把持孔１６ｂの中心を結ぶ直線が支持板２４の中心軸Ｚ２を通る場合には、把持孔１６ａ及び把持孔１６ｂが支持板２４の径方向に並ぶため、保持孔２４ａ、保持孔２４ｂ同士も支持板２４の径方向に並ばせる必要があるが、把持孔１６ａの中心と把持孔１６ｂの中心を結ぶ直線が支持板２４の中心軸Ｚ２を通らないようにその径方向から偏位して設けられれば、保持孔２４ａ、保持孔２４ｂ同士を支持板２４の径方向に並ばせる必要がないため、２つの保持孔２４ａの間に１つの保持孔２４ｂを配置する等して、複数の保持孔２４ａが成す列と複数の保持孔２４ｂが成す列とを支持板２４の径方向で接近して設け、複数の保持孔２４ａ及び複数の保持孔２４ｂを共に支持板２４の外周端側に集中して設けることができ、その結果、複数の保持孔２４ａ及び複数の保持孔２４ｂの各々配設個数を増加することができて、連続して交換するプローブ３２の個数を増やすことができるからである。
また、支持板２４の形状は、保持装置２０の構成をコンパクトにする簡便さからは円板状であることが好ましい。但し、円板状に限定されるものではなく、例えば、矩形板状としてもよい。支持板２４が矩形板である場合には、複数の保持孔２４ａと複数の保持孔２４ｂとは、互いに平行な一列を成して各々等間隔に配設される。かかる場合には、支持板２４は、モータ等の駆動により水平面に平行な移動方向に移動されて、複数の保持孔２４ａの各々が、把持装置１２の把持孔１６ａの鉛直直下に順次位置するように送られると共に、複数の保持孔２４ｂの各々が、把持装置１２の把持孔１６ｂの鉛直直下に順次位置するように送られる。
また、複数の保持孔２４ａ、２４ｂの各々は、貫通孔の態様で図示するが、もちろん下端が塞がれた凹状の有底孔であってもよい。ここで、プローブ３２に図示を省略するフランジを設けて、それを複数の保持孔２４ａ、２４ｂの各々の上端周縁部に係止するように設定しておけば、複数の保持孔２４ａ、２４ｂの各々が貫通孔であっても、プローブ３２を確実に保持することができる。
また、交換装置１０は、更に、押圧装置２６を備えることが好ましい。押圧装置２６は
把持装置１２の支持脚１４に固設される等して床Ｆに対して固定されて、各々が進退自在な押圧部材２６ａ、２６ｂを備える。押圧部材２６ａ、２６ｂは、必ずしも双方を備える必要はなく、いずれか一方を備えるだけでもよい。
加工ツールである接合ツール３０は、典型的には上下方向に延在する鉄材等の金属製の円柱部材であって、ｚ軸と平行な中心軸Ｚの周りに回転自在であると共に上下移動自在である加工部材としてのプローブ３２と、プローブ３２を保持するホルダ３４と、ホルダ３４に保持されたプローブ３２を上下移動させると共に、プローブ３２を中心軸Ｚ１の周りに回転させる駆動機構３８と、を備える。
プローブ３２は、駆動機構３８の駆動力に結合された拘束部３２ａを介して、ホルダ３４に装着されている。摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置１の通常の動作時には、プローブ３２は、ホルダ３４及び拘束部３２ａと共に上下移動自在及び回転自在である一方で、プローブ３２の交換時には、プローブ３２は、ホルダ３４に対して拘束部３２ａを介して相対回転自在である。
つまり、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置１の通常の動作時には、ホルダ３４と拘束部３２ａとは相対回転せず、駆動機構３８の駆動力は、拘束部３２ａを介してプローブ３２に伝達される。また、摩擦攪拌接合時におけるプローブ３２の回転方向は、時計方向である。一方で、プローブ３２の交換時には、ホルダ３４と拘束部３２ａとが相対回転することにより、その相対回転の回転方向に応じて、プローブ３２は、拘束部３２ａに対して締緩されホルダ３４に対して装脱されることになる。かかる拘束部３２ａは、典型的にはコレットチャック等のチャック構造を有している。また、駆動機構３８は、その筐体３８ａ内に、いずれも図示を省略するモータやシャフト等を内蔵する。
また、把持装置１２の把持孔１６ａの径は、ホルダ３４の径に対して所定の締め代を呈するように設定されており、ホルダ３４が把持孔１６ａに挿入された際には、ホルダ３４は把持孔１６ａに対して滑ることなく把持される。
そのため、プローブ３２が装着された状態のホルダ３４が把持孔１６ａに挿入された際に、かかるホルダ３４が時計方向に回転しようとすることにより回転部材１６ｄが時計方向に回転しようとする場合には、係止部材１６ｅは回転部材１６ｄを係止しないため、回転部材１６ｄの内周孔である把持孔１６ａは係止されることなくその回転が許容されるから、ホルダ３４は、プローブ３２及び拘束部３２ａと共に時計方向に回転自在である。一方で、プローブ３２が装着された状態のホルダ３４が反時計方向に回転しようとすることにより回転部材１６ｄが反時計方向に回転しようとする場合には、係止部材１６ｅは回転部材１６ｄを係止するため、回転部材１６ｄの内周孔である把持孔１６ａは係止されてその回転が禁止されるから、ホルダ３４は、プローブ３２及び拘束部３２ａと共に反時計方向に回転することができず、その結果、ホルダ３４とプローブ３２及び拘束部３２ａとの間に相対回転が生じて、プローブ３２は、拘束部３２ａと共に径方向に回転しながら、拘束部３２ａとの間の拘束状態を緩ませる。
また、プローブ３２が装着されていない状態のホルダ３４が把持孔１６ｂに挿入された際に、かかるホルダ３４が反時計方向に回転しようとすることにより回転部材１６ｇが反時計方向に回転しようとする場合には、係止部材１６ｈは回転部材１６ｇを係止しないため、回転部材１６ｇの内周孔である把持孔１６ｂは係止されることなくその回転が許容されるから、ホルダ３４は、反時計方向に回転自在である。一方で、プローブ３２が装着されていない状態のホルダ３４が時計方向に回転しようとすることにより回転部材１６ｇが時計方向に回転しようとする場合には、係止部材１６ｈは回転部材１６ｇを係止するため、回転部材１６ｇの内周孔である把持孔１６ｂは係止されてその回転が禁止されるから、ホルダ３４は、時計方向に回転することができず、その結果、ホルダ３４と拘束部３２ａとの間に相対回転が生じて、拘束部３２ａに収容されてそれに連絡されるプローブ３２は、拘束部３２ａとの間の拘束状態を締めていく。
また、プローブ３２の交換時には、保持装置２０の支持板２４が中心軸Ｚ２の周りに回転されることにより、把持装置１２の支持板１６は、複数の保持孔２４ａの対応するものと複数の保持孔２４ｂの対応するものとにわたって、これらの鉛直上方で延在して位置することになり、その結果、複数の保持孔２４ａの対応するものは、把持孔１６ａの鉛直直下に位置されると共に、複数の保持孔２４ｂの対応するものは、把持孔１６ｂの鉛直直下に位置される。
ロボット５０は、接合ツール３０を移動自在な移動機構であり、典型的には産業用ロボットである。具体的には、ロボット５０は、接合ツール３０を装着する装着治具５２と、装着治具５２を装着して典型的には多関節を有するマニピュレータであるアーム５４と、いずれも図示は省略するがアーム５４を移動する駆動機構、演算処理装置及びメモリ等を内蔵するロボット本体５６と、を備える。装着治具５２には、接合ツール３０の駆動機構３８の筐体３８ａが装着されて固定される。
ここで、図３に示すように、把持装置１２の把持孔１６ａ、１６ｂ及び載置台４０に載置された加工対象部材Ｗは、ロボット５０のアーム５４が移動することにより規定される接合ツール３０のプローブ３２及びホルダ３４が位置し得る限界範囲を示す可動範囲Ｌに配置される。
かかる摩擦撹拌接合装置１の該当する各種構成要素は、コントローラＣから送出される制御信号を受けて適宜制御され、プローブ３２を適宜自動交換しながら、加工対象部材Ｗに摩擦攪拌接合を為すように動作するものである。なお、コントローラＣは、いずれも図示を省略する演算処理装置やメモリ等を内蔵し、メモリには、プローブ３２の交換や摩擦撹拌接合を実行するための制御プログラムや所定の加工方向に関するデータ等が記憶される。
ついで、以上の構成の摩擦撹拌接合装置１において、プローブ３２の自動交換を行う交換動作につき、更に図４及び図５をも参照して、以下詳細に説明する。
図４は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の動作を示す工程図である。また、図５は、本実施形態の摩擦撹拌接合装置における交換装置の動作を示す工程図であり、図４に示すものの後段の工程を示す。
まず、摩擦攪拌接合工程が所定回繰り返されてプローブ３２に摩耗や汚れが生じた場合には、図４（ａ）に示すように、ロボット５０のアーム５４を移動することにより、接合ツール３０のプローブ３２及びそれを装着したホルダ３４を、把持装置１２の把持孔１６ａの鉛直上方に位置させる。この際、保持装置２０の支持板２４を回転することにより、かかる把持孔１６ａの鉛直下方に何も保持されていない空の保持孔２４ａを位置させると
共に、把持孔１６ｂの鉛直下方には新品のプローブ３２を保持した保持孔２４ｂを位置させる。
次に、図４（ｂ）に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８を駆動することにより、プローブ３２及びそれを装着したホルダ３４を鉛直下方に下降させ、プローブ３２を把持孔１６ａを通過させた後でホルダ３４を把持孔１６ａに侵入させ、ホルダ３４を把持孔１６ａで把持させる。この状態で、プローブ３２に対して駆動機構３８から拘束部３２ａを介して反時計方向の回転を与える駆動力を印加すると、ホルダ３４は把持孔１６ａに把持されてその回転が禁止されるから、拘束部３２ａは、反時計方向に回転しながら、拘束部３２ａに対するプローブ３２の拘束状態を緩ませていく。そして、かかる拘束状態が完全に緩みきると、プローブ３２には駆動機構３８からの駆動力が結合されなくなり、その後プローブ３２は、その自重でホルダ３４から離れて鉛直下方に落下する。
この際、押圧装置２６の押圧部材２６ａをプローブ３２に向けて進行させてそれを押圧してやると、プローブ３２がホルダ３４から脱落し易くなる。
次に、図４（ｃ）に示すように、プローブ３２が、それ自身の自重で鉛直下方に落下して保持装置２０の空の保持孔２４ａに捉えられて保持される。併せて、接合ツール３０の駆動機構３８を駆動することにより、かかるプローブ３２を切り離したホルダ３４を把持孔１６ａから抜いて上方に引き上げる。この際、拘束部３２ａを一旦時計方向に回転させた後で反時計方向に回転してホルダ３４に衝撃力を印加してやると、ホルダ３４は把持孔１６ａから抜け易くなる。
次に、図５（ａ）に示すように、ロボット５０のアーム５４を移動することにより、プローブ３２を切り離したホルダ３４を、把持装置１２の把持孔１６ｂの鉛直上方に位置させる。この際、かかる把持孔１６ｂの鉛直下方には、新品のプローブ３２を保持した保持孔２４ｂが位置されている。
次に、図５（ｂ）に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８を駆動することにより、プローブ３２を切り離した状態のホルダ３４を鉛直下方に下降させ、かかるホルダ３４を把持孔１６ｂに侵入させてそれで把持させると共に、その内部に保持孔２４ｂに保持されているプローブ３２を収容して拘束部３２ａに連絡させ、それに駆動機構３８からの駆動力を結合自在な状態とする。この状態で、かかるプローブ３２対して拘束部３２ａを介して時計方向の回転を与える駆動力を印加すると、ホルダ３４は把持孔１６ｂに把持されてその回転が禁止されるから、拘束部３２ａは、時計方向に回転しながら、拘束部３２ａに対するプローブ３２の拘束状態を締めていく。そして、かかる拘束状態が完全に締め切った後に駆動機構３８からの駆動力を切って、プローブ３２を拘束部３２ａを介してホルダ３４に完全に装着させる。
この際、押圧装置２６の押圧部材２６ｂをプローブ３２に向けて進行させてそれを押圧してやると、プローブ３２が拘束部３２ａに確実に連絡し易くなる。
次に、図５（ｃ）に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８を駆動することにより、かかるプローブ３２を装着したホルダ３４を上方に引き上げ、次の摩擦攪拌接合に備える。この際、拘束部３２ａを一旦反時計方向に回転させた後で時計方向に回転してホルダ３４に衝撃力を印加してやると、ホルダ３４は把持孔１６ｂから抜け易くなる。
そして、更に摩擦攪拌接合工程が所定回繰り返されてプローブ３２に摩耗や汚れが生じた場合には、保持装置２０の支持板２４を回転することにより、かかる把持孔１６ａの鉛直下方に何も保持されていない空の保持孔２４ａを位置させると共に、把持孔１６ｂの鉛直
下方には新品のプローブ３２を保持した保持孔２４ｂを位置させて、以上のプローブ３２の交換工程を繰り返すことになる。
なお、本発明は、部材の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
以上のように、本発明においては、部品点数を減らした簡便な構成で、かつ、構成部品間の位置整合性の高い態様で、連続的に複数の加工部材を自動交換自在な交換装置を有する加工装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に自動車等の移動体の強度部材の摩擦攪拌接合等の機械加工分野に適用され得るものと期待される。
Ｃ…コントローラ
Ｆ…床
Ｗ…加工対象部材
１…摩擦撹拌接合装置
１０…交換装置
１２…把持装置
１４…支持脚
１６…支持板
１６ａ…把持孔
１６ｂ…把持孔
１６ｃ…ラチェット
１６ｄ…回転部材
１６ｅ…係止部材
１６ｆ…ラチェット
１６ｇ…回転部材
１６ｈ…係止部材
１８…弾性部材
２０…保持装置
２２…軸部材
２４…支持板
２４ａ…保持孔
２４ｂ…保持孔
２６…押圧装置
２６ａ…押圧部材
２６ｂ…押圧部材
３０…接合ツール
３２…プローブ
３２ａ…拘束部
３４…ホルダ
３８…駆動機構
３８ａ…筐体
４０…載置台
５０…ロボット
５２…装着治具
５４…アーム
５６…ロボット本体

Claims (9)

  1. 駆動機構と、前記駆動機構の駆動力を利用して、加工対象部材に対して上下移動自在であると共に、前記加工対象部材に対して回転自在である加工部材、及び前記加工部材を拘束部を介して脱着自在に保持するホルダを有する加工ツールと、
    前記加工ツールが装着されるアームを有して、前記アームを移動して前記加工ツールを前記加工対象部材に対して移動自在な移動機構と、
    前記加工部材を交換自在な交換装置と、
    を備えた加工装置であって、
    前記交換装置は、
    位置が固定された単一の第１の支持部材、前記第１の支持部材に設けられ、前記加工部材を前記ホルダから取り外す際に前記ホルダをそれが解放方向に回転しないように把持自在な第１の把持部、及び前記第１の把持部に対し離間して前記第１の支持部材に設けられ、前記加工部材を前記ホルダに装着する際に前記ホルダをそれが拘束方向に回転しないように把持自在な第２の把持部を有する把持装置と、
    可動な単一の第２の支持部材、前記第２の支持部材に設けられ、前記ホルダから取り外された前記加工部材を各々貯留自在な複数の第１の保持部、及び前記複数の第１の保持部から離間して前記第２の支持部材に設けられ、前記ホルダに装着すべき前記加工部材を各々貯留自在な複数の第２の保持部を有する保持装置と、
    を備え、
    前記ホルダに対して前記加工部材を脱着して前記加工部材を交換する際には、前記保持装置の前記第２の支持部材が移動されることにより、前記把持装置の前記第１の支持部材は、前記複数の第１の保持部の対応するもの及び前記複数の第２の保持部の対応するものの双方にわたって延在するように位置し、前記複数の第１の保持部の前記対応するものが前記第１の把持部の鉛直下方に配置されると共に、前記複数の第２の保持部の前記対応するものが前記第２の把持部の鉛直下方に配置される加工装置。
  2. 前記把持装置の前記第１の把持部及び前記第２の把持部、並びに載置部材に載置された前記加工対象部材は、前記移動機構による前記アームの移動で規定される前記加工ツールの可動範囲内に配設される請求項１に記載の加工装置。
  3. 前記加工装置は、摩擦撹拌接合装置であり、前記拘束方向は、前記摩擦撹拌接合装置の摩擦攪拌接合時における回転方向である請求項１又は２に記載の加工装置。
  4. 前記保持装置の前記第２の支持部材は、その中心軸で回転自在な円板状であり、前記複数の第１の保持部は、第１の列を成して第１の円周上に配設されると共に、前記複数の第２の保持部は、第２の列を成して第２の円周上に配設され、前記ホルダに対して前記加工部材を脱着して前記加工部材を交換する際には、前記第１の列が前記第１の把持部の鉛直下方に位置すると共に前記第２の列が前記第２の把持部の鉛直下方に位置した状態で、前記第２の支持部材が回転されることにより、前記複数の第１の複数の保持部の各々は、前記第１の把持部の鉛直下方に順次送られて位置されると共に、前記複数の第２の保持部の各々は、前記第２の把持部の鉛直下方に順次送られて位置される請求項１から３いずれかに記載の加工装置。
  5. 前記第１の把持部と前記第２の把持部とを結ぶ直線は、前記第２の支持部材の中心軸を通らないように偏位する請求項４に記載の加工装置。
  6. 前記第１の把持部及び前記第２の把持部は、各々ラチェットの動作に応じて前記ホルダを把持する請求項１から５のいずれかに記載の加工装置。
  7. 前記把持装置は、弾性支持される請求項１から６のいずれかに記載の加工装置。
  8. 更に、前記ホルダから解放される際の前記加工部材と前記ホルダに装着される際の加工部材との少なくとも一方を押圧する押圧装置備える請求項１から７のいずれかに記載の加工装置。
  9. 前記移動機構は、産業用ロボットである請求項１から８のいずれかに記載の加工装置。
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