JP6329707B2 - 摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法に関する。

従来、一対の板材を互いに接合する方法として、摩擦撹拌点接合法（Friction Spot Joining）が知られている。この方法で一対の板材を接合する場合には、例えば特許文献１に開示されるように、重ね合わされた一対の板材に摩擦撹拌点接合装置のツールを回転させながら押し込み、接合完了後に引き抜く。これにより、一対の板材は、摩擦撹拌点接合される。一対の板材を複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する場合には、１の接合位置でツールを一対の板材に押し込んで一対の板材を摩擦撹拌点接合する動作と、摩擦撹拌点接合した後にツールを一対の板材から引き抜いて別の接合位置まで移動させる動作とを含むシークエンスを連続して行う。

特許第３４７１３３８号公報

前記シークエンスを連続して行ううち、１の接合位置で一対の板材を摩擦撹拌点接合してからツールを引き抜くとき等に、ツールに折損が生じる場合がある。先行する接合位置で一対の板材を摩擦撹拌点接合した後に生じたツールの折損を、次の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に検知できなければ、折損したツールにより、一対の板材の接合不良や損傷を生じうるという問題がある。また、ツールが折損することで生じるツールのブレや急激なトルクの増加によって摩擦撹拌点接合装置が損傷しうるという問題がある。

そこで本発明は、複数の接合位置で一対の板材を連続して摩擦撹拌点接合する場合において、先行する接合位置で一対の板材を摩擦撹拌点接合した後に生じたツールの折損を、次の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に検知することで、一対の板材の接合不良や損傷、及び、摩擦撹拌点接合装置の損傷を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る摩擦撹拌点接合装置は、重ねられた第１板材と第２板材とを複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する摩擦撹拌点接合装置であって、前記第２板材の前記第１板材とは反対側の面に接触又は離隔可能なツールと、前記ツールをその軸周りに回転駆動させる駆動部と、前記ツールと前記第２板材との間の相対位置を調整する位置調整部と、前記駆動部及び前記位置調整部を制御する制御部と、前記複数の接合位置のうちの１の接合位置で、前記ツールが前記第２板材との接触位置又は所定の押し込み位置に配置されるように前記制御部を制御することで前記ツールの折損を検知する折損検知部とを備えている。

上記構成によれば、１の接合位置で、ツールが第２板材と接触され又は所定の押し込み位置に配置されるように折損検知部が制御部を制御することにより、折損検知部がツールの折損を検知するので、１の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に、ツールに生じた折損を検知できる。従って、複数の接合位置で第１板材と第２板材とを連続して摩擦撹拌点接合する場合において、先行する接合位置で摩擦撹拌点接合した後にツールに生じた折損を、次の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に検知できる。

前記折損検知部は、前記ツールの先端と前記第２板材とが接触してから前記ツールの先端が前記所定の押し込み位置に配置されるまでの間に前記ツールが前記第２板材を加圧する加圧力の変化量に基づいて前記ツールの折損の検知が行われるよう構成されていてもよい。

このように、折損検知部が加圧力の変化量を捉えてツールの折損を検知することにより、ツールの加圧値が実際の値とずれていても、ツールの折損を良好に検知できる。従って、例えば、加圧力の固定値を捉えてツールの折損を検知する場合に比べ、折損検知部によるツールの折損の検知精度の向上を図れる。

前記第１板材の前記第２板材とは反対側の前記面から前記加圧力を受ける荷重検出部を更に備え、前記折損検知部は、前記加圧力を受けて出力される前記荷重検出部の出力信号により前記加圧力の前記変化量を算出し、当該算出した前記加圧力の前記変化量を予め定められた閾値と比較して、予め定められた変化量が得られたか否かを判定することにより、前記ツールの折損を検知してもよい。

これにより、折損検知部は、ツールで第１板材と第２板材とが加圧されるときの加圧力を受けて出力される荷重検出部の出力信号により加圧力の変化量を適切に算出し、当該算出した加圧力の変化量を予め定められた閾値と比較して予め定められた変化量が得られたか否かを判定できるので、ツールの折損を良好に検知できる。

前記折損検知部は、前記ツールの先端と前記第２板材との接触時の通電に基づいて前記ツールの折損の検知が行われるよう構成されていてもよい。

これにより、ツールを第２板材に接触させるだけでツールの折損を検知できるので、折損したツールで第２板材が加圧されて損傷するのを良好に防止できる。

前記折損検知部により前記ツールの折損が検知されなかった場合、前記制御部は、前記１の接合位置で前記ツールを前記第２板材に押し進めて前記第１板材と前記第２板材とを摩擦撹拌点接合するように前記駆動部及び前記位置調整部を制御し、前記折損検知部により前記ツールの折損が検知された場合、前記制御部は、前記複数の接合位置のうち前記１の接合位置及び残余の接合位置における前記ツールを用いた摩擦撹拌点接合を中止するように、前記駆動部及び前記位置調整部の少なくとも一方を制御してもよい。

これにより、ツールの折損の検知を１の接合位置で行えるので、ツールの折損が検知されなかった場合には、１の接合位置で第１板材と第２板材とを迅速に摩擦撹拌点接合できる。

前記制御部は、前記ツールが回転駆動された状態で前記折損検知部による前記ツールの折損の検知が行われるように前記駆動部を制御してもよい。

これにより、各接合位置において、ツールの折損が検知されなかった場合には、第１板材と第２板材とを迅速に摩擦撹拌点接合できる。

前記折損検知部は、前記１の接合位置における摩擦撹拌点接合前に、前記ツールの折損の検知を行ってもよい。

これにより、ツールの折損が検知された場合には、１の接合位置において、折損したツールで第１板材と第２板材とが損傷するのを防止できる。

本発明の一態様に係る摩擦撹拌点接合方法は、重ねられた第１板材と第２板材とを、摩擦撹拌点接合装置を用いて、複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する方法であって、前記摩擦撹拌点接合装置は、前記第２板材の前記第１板材とは反対の面に接触又は離隔可能なツールを備え、前記複数の接合位置のうちの１の接合位置で、前記ツールを前記第２板材と接触させ又は所定の押し込み位置に配置した状態において、前記ツールの折損を検知する。

この方法では、前記１の接合位置における摩擦撹拌点接合前に、前記ツールの折損を検知してもよい。

本発明によれば、複数の接合位置で一対の板材を連続して摩擦撹拌点接合する場合において、先行する接合位置で一対の板材を摩擦撹拌点接合した後に生じたツールの折損を、次の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に検知することで、一対の板材の接合不良や損傷、及び、摩擦撹拌点接合装置の損傷を防止できる。

実施形態に係る摩擦撹拌点接合装置の側面図である。 ツールの側面図である。 図１の摩擦撹拌点接合装置の機能ブロック図である。 図１の摩擦撹拌点接合装置の動作フローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は図１の摩擦撹拌点接合装置を用いた摩擦撹拌点接合の各工程を説明する断面図である。 折損したツールの断面図である。 図１の摩擦撹拌点接合装置におけるツールの先端部の位置の変化と、荷重検出部が検出するツールの加圧値の変化とを示すグラフである。 変形例に係る摩擦撹拌点接合装置の部分側面図である。 図８の摩擦撹拌点接合装置におけるツールの先端部の位置の変化と、折損検知部が検出する電流値の変化とを示すグラフである。

（実施形態）
以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係る摩擦撹拌点接合装置１（以下、単に接合装置１と称する。）の側面図である。図２は、ツール１１の側面図である。図３は、図１の接合装置１の機能ブロック図である。図１に示すように、接合装置１に点接合される部品Ｗは、第１板材Ｗ１と、第１板材Ｗ１に外側から重ねられる第２板材Ｗ２とを備えている。接合装置１は、重ねられた板材Ｗ１，Ｗ２を、複数の接合位置で摩擦撹拌点接合により連続して点接合する。接合装置１は、接合ユニット２、多関節ロボット３、及び制御装置４を備えている。

前記接合ユニット２は、フレーム部５、ユニット本体部６、裏当部７、及び、荷重検出部８を有する。フレーム部５は、側面視においてＣ字状又は逆Ｃ字状の外観形状を有し、ユニット本体部６と裏当部７とを支持すると共に、多関節ロボット３に支持されている。なお、側面視におけるフレーム部５の外観形状は限定されず、例えば、Ｉ字状でもよい。

前記ユニット本体部６は、回転軸部９、摩擦撹拌点接合用ツール１１（以下、単にツール１１と称する。）、ツール移動用（昇降用）モータＭ１、ツール回転用モータＭ２、接合ユニット制御部１２、及び移動機構１３を有する。回転軸部９は、ユニット本体部６の筐体から裏当部７に向けて延びると共に、移動機構１３により裏当部７に接近又は離隔可能に設けられている。回転軸部９の移動機構１３から遠位に位置する軸方向一端には、ホルダが設けられ、ツール１１を着脱可能に保持している。

図２に示すように、ツール１１は、第２板材Ｗ２の第１板材Ｗ１とは反対側の面に接触又は離隔可能に設けられている。ツール１１は、ツール本体部１１ａ及び突出部１１ｂを有する。突出部１１ｂは、ツール本体部１１ａから裏当部７に向けて突出するピン状に形成されている。

前記接合装置１は、ツール１１を裏当部７に近接又は離間するように移動機構１３を駆動させる駆動部として、ツール移動用モータＭ１を備えていると共に、ツール１１をその軸周りに回転駆動させる駆動部として、ツール回転用モータＭ２を備えている。前記ツール移動用モータＭ１と前記ツール回転用モータＭ２とは、移動機構１３と共にユニット本体部６の筐体に内蔵されている。前記ツール移動用モータＭ１が駆動されると移動機構１３が駆動され、回転軸部９の軸方向に、回転軸部９及びツール１１が、裏当部７に接近又は離隔するように移動される。また、前記ツール回転用モータＭ２が駆動されると、回転軸部９及びツール１１が、回転軸部９の軸周りに回転駆動される。前記ツール移動用モータＭ１と前記ツール回転用モータＭ２との各駆動は、前記制御装置４に制御される。

前記裏当部７は、板材Ｗ１，Ｗ２を挟んでツール１１の先端部１１ｂ１と向き合うように配置され、一例としてフレーム部５からユニット本体部６に向かって延びる円筒状の外観形状を有し、第１板材Ｗ１を下方から支持する。裏当部７の軸方向一端の先端部７ａは、第１板材Ｗ１の第２板材Ｗ２とは反対側の面に接触する。なお、裏当部７の外観形状は限定されず、例えば、直方体状でもよい。

前記荷重検出部８は、裏当部７に内蔵されている。荷重検出部８は、一例として荷重センサであり、ここではロードセルである。荷重検出部８は、板材Ｗ１，Ｗ２を介して受けるツール１１の加圧力を検出する。荷重検出部８の出力信号は、前記制御装置４の折損検知部２６に送信される（図３参照）。

前記多関節ロボット３は、ロボット用モータＭ３を有し、接合ユニット２を所定位置に移動させる。前記ロボット用モータＭ３の駆動は、制御装置４に制御される。前記ロボット用モータＭ３は、複数のモータを含んでいてもよい。接合装置１は、ツール１１と第２板材Ｗ２との相対位置を調整する位置調整部２０として、移動機構１３、ツール移動用モータＭ１、及びロボット用モータＭ３を備えている。

図１及び３に示すように、前記制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、接合ユニット２と多関節ロボット３との各動作を制御する。制御装置４は、表示部２１、入力部２２、制御部２５、及び折損検知部２６を有している。表示部２１は、一例として液晶ディスプレイであり、オペレータに所定の情報を表示する。入力部２２は、オペレータが入力する情報を受け付ける。前記ＲＯＭには、所定の制御プログラムが格納され、前記ＲＡＭは、入力部２２を介して入力される設定情報を記憶可能に構成されている。前記設定情報には、例えば、板材Ｗ１，Ｗ２の各板厚値の情報と、各接合位置の情報とが含まれる。

制御部２５は、前記制御プログラムに基づいて、各モータＭ１〜Ｍ３を制御する。折損検知部２６は、前記制御プログラムに基づいて、荷重検出部８の出力信号を受信し、制御部２５を制御する。折損検知部２６は、ツール１１の折損（ここでは、突出部１１ｂの突出寸法が短縮されるような折損）を検知する。このように接合装置１は、ツール１１の折損を検知する折損検知部２６を備えている。折損検知部２６は、後述するように、ツール１１の先端（先端部１１ｂ１）と第２板材Ｗ２とが接触してからツール１１の先端が所定の押し込み位置に配置されるまでの間にツール１１が第２板材Ｗ２を加圧する加圧力の変化量Δｐに基づいて、ツール１１の折損の検知を行うように構成されている。

次に、接合装置１を用いて、重ねられた板材Ｗ１，Ｗ２を、複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する方法を例示する。この方法では、１の接合位置でツール１１を回転させながら板材Ｗ１，Ｗ２に押し込んで、板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合する動作と、摩擦撹拌点接合した後にツール１１を板材Ｗ１，Ｗ２から引き抜いて、別の接合位置まで移動させる動作とを含むシークエンスを連続して行う。これにより、複数の接合位置で、板材Ｗ１，Ｗ２を連続して摩擦撹拌点接合する。

図４は、図１の接合装置１の動作フローチャートである。図４に示すように、接合装置１では、位置合わせ工程Ｓ１と測定工程Ｓ２とが順に行われた後、ツール１１の折損を判定する判定工程Ｓ３が行われ、その判定結果に応じて摩擦撹拌点接合工程（以下、接合工程と称する。）Ｓ４又は報知工程Ｓ７が行われる。判定工程Ｓ３でツール１１の折損が検知されなかった場合には、接合工程Ｓ４と完了判定工程Ｓ５とが順に行われ、残余の接合位置がある場合には、ツールの移動工程Ｓ６が行われる。

図５の（ａ）〜（ｄ）は、図１の接合装置１を用いた摩擦撹拌点接合の各工程を説明する断面図である。図６は、折損したツール１１の断面図である。図７は、図１の接合装置１におけるツール１１の先端部１１ｂ１の位置の変化と、荷重検出部８が検出するツール１１の加圧値の変化とを示すグラフである。図７では、前記１の接合位置における先端部１１ｂ１の位置の変化を曲線Ｌ１で示し、前記１の接合位置において荷重検出部８が検出するツール１１の加圧値の変化を曲線Ｌ２で示している。

図７に示すように、前記１の接合位置におけるツール１１の動作時間は、時系列的に、ツール１１を第２板材Ｗ２側に移動させる接近移動区間（時刻ｔ０からｔ１までの間）と、ツール１１の折損を検知する検知区間（時刻ｔ１からｔ３までの間）と、ツール１１で板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合する接合区間（時刻ｔ３からｔ４までの間）と、摩擦撹拌点接合した板材Ｗ１，Ｗ２からツール１１を離隔させる離隔移動区間（時刻ｔ４からｔ６までの間）とに分けられる。また検知区間は、ツール１１の加圧力を測定する測定区間（時刻ｔ１からｔ２までの間）と、ツール１１に折損が生じたか否かを判定する判定区間（時刻ｔ２からｔ３までの間）とに更に分けられる。

最初にオペレータは、入力部２２を介して、前記設定情報を接合装置１に入力し、板材Ｗ１，Ｗ２を重ねた状態で所定の治具に保持させる。折損検知部２６は、接合ユニット２が前記１の接合位置まで移動されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。このとき制御部２５は、第２板材Ｗ２側にツール１１、第１板材Ｗ１側に裏当部７がそれぞれ配置されると共に、裏当部７の先端部７ａで第１板材Ｗ１が支持されるように、位置調整部２０を制御する。これにより、接合装置１が板材Ｗ１，Ｗ２に対して位置合わせされ、位置合わせ工程Ｓ１が行われる。

図７の曲線Ｌ１に示すように、折損検知部２６は、近接移動区間において、ツール１１が回転駆動されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させると共に、ツール１１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ１で移動されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。このとき、ツール１１に折損が生じていない場合には、先端部１１ｂ１は、基準（ゼロイング）位置ｈ０から第１位置ｈ１まで移動されて、第２板材Ｗ２の第１板材Ｗ１と反対の面と接触する（図５（ａ））。

図７の曲線Ｌ１に示すように、折損検知部２６は、測定区間において、ツール１１が引き続き回転駆動されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させる。また、折損検知部２６は、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。このとき先端部１１ｂ１は、第１位置ｈ１から第１位置ｈ１よりも第２板材Ｗ２に向けて第２位置ｈ２まで移動され、突出部１１ｂが、第２板材Ｗ２に僅かに押し込まれる（図５（ｂ））。これにより、折損検知部２６は、ツール１１が第２板材Ｗ２と接触され又は所定の押し込み位置に配置されるように、制御部２５を制御する。このときの第２板材Ｗ２の板厚方向における突出部１１ｂの押し込み量の値は、適宜設定が可能であるが、一例として、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲の値が望ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲の値がより望ましい。ここでは第２板材Ｗ２の板厚方向における突出部１１ｂの押し込み量の値は、０．３ｍｍに設定されている。

ツール１１に折損が生じていない場合、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される際に突出部１１ｂが第２板材Ｗ２に押し込まれることで、ツール１１の加圧力が板材Ｗ１，Ｗ２を介して荷重検出部８に伝わり、荷重検出部８がツール１１の加圧力を時系列的に出力信号として出力する。図７の曲線Ｌ２に示すように、折損検知部２６は、荷重検出部８の出力信号により板材Ｗ１，Ｗ２に対するツール１１の加圧値を測定して、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される前後の加圧力の変化量Δｐを算出する。これにより測定工程Ｓ２が行われる。

ここで図５（ｃ）及び図６に示すように、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される際に、突出部１１ｂが第２板材Ｗ２と接触しない程度にツール１１に折損が生じている場合には、加圧力の変化量Δｐはゼロである。また、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される際に、突出部１１ｂが第２板材Ｗ２と接触可能な程度にツール１１に折損が生じている場合、ツール１１に折損が生じていない場合に比べて、板材Ｗ１，Ｗ２に対するツール１１の加圧力が減少することにより、加圧力の変化量Δｐは小さくなる。

折損検知部２６は、測定工程Ｓ２で、前記１の接合位置でツール１１が第２板材に向けて移動するように制御部２５に位置調整部２０を制御させた状態において、突出部１１ｂが、第２板材Ｗ２との接触位置又は所定の押し込み位置に配置されるように制御部２５を制御することにより、予め定められた物理情報が得られたか否かを判定することで、ツール１１に折損が生じたか否かを判定する。ここでは判定区間において、折損検知部２６は、ツール１１が引き続き回転駆動されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させると共に、先端部１１ｂ１の位置が第２位置ｈ２に維持されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。この状態で、折損検知部２６は、加圧力の変化量Δｐと予め定められた閾値Δｐ０とを比較し、前記物理情報として、閾値Δｐ０以上の加圧力の変化量Δｐが得られたか否かを判定することにより、ツール１１に折損が生じたか否かを判定する。折損検知部２６は、閾値Δｐ０以上の加圧力の変化量Δｐが得られたと判定した場合にツール１１の折損が生じていないと判定し、そうでない場合にツール１１の折損が生じたと判定する。これにより判定工程Ｓ３が行われる。このように折損検知部２６は、前記物理情報を得ることにより、ツール１１の折損を検知するように構成されている。

従って、例えば、先行する接合位置で摩擦撹拌点接合を行った後、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１１を引き抜くタイミングでツール１１に折損が生じても、次の接合位置で板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合する前に、ツール１１の折損が検知される。

また、検知区間の時間は、適宜設定が可能であるが、複数の接合位置での摩擦撹拌点接合に掛かる一連の作業時間を短縮するため、接合区間の時間に比べて十分に短いことが望ましい。一例として検知区間の時間は、０．０５秒以上１秒以内の範囲の時間であることが望ましく、０．１秒以上０．５秒以内の範囲の時間であることがより望ましく、０．１５秒以上０．３秒以下の範囲の時間であることが一層望ましい。ここでは検知区間の時間は、０．２秒に設定されている。

判定工程Ｓ３で、折損検知部２６は、前記物理情報が得られなかった（ツール１１の折損が生じた）と判定した場合、板材Ｗ１，Ｗ２の複数の接合位置のうち、前記１の接合位置及び残余の接合位置におけるツール１１を用いた摩擦撹拌点接合を中止するように、制御部２５にツール回転用モータＭ２と位置調整部２０の少なくとも一方を制御させる。ここでは折損検知部２６は、ツール１１の回転駆動が停止されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させると共に、突出部１１ｂの先端部１１ｂ１の位置が第２位置ｈ２から少なくとも基準位置ｈ０まで戻されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。また折損検知部２６は、摩擦撹拌点接合を中止したことを表示部２１に表示してオペレータへの報知を行う。これにより報知工程Ｓ７が行われる。なお、折損検知部２６は、表示部２１を用いずに、警告音を発して摩擦撹拌点接合を中止したことをオペレータに報知してもよい。

判定工程Ｓ３で、折損検知部２６は、前記物理情報が得られた（ツール１１の折損が生じていない）と判定した場合、前記１の接合位置で突出部１１ｂを第２板材Ｗ２に接触させた状態のまま、ツール１１を第２板材に押し進めて板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合するように、制御部２５にツール回転用モータＭ２及び位置調整部２０を制御させる。具体的には接合区間において、折損検知部２６は、ツール１１が引き続き回転駆動されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させた状態で、前記第１の接合位置でツール１１を第２板材Ｗ２に接触させた状態のまま、ツール１１が第２板材Ｗ２に押し進められるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる（図７参照）。このとき制御部２５は、先端部１１ｂ１が、第２位置ｈ２から第２位置ｈ２よりも第２板材Ｗ２に向けて第３位置ｈ３に移動され、突出部１１ｂが、第２板材Ｗ２に更に押し込まれるように、位置調整部２０を制御する。即ち、図７の曲線Ｌ２に示すように、測定区間でツール１１により板材Ｗ１，Ｗ２が加圧されるときの最大加圧値よりも大きい加圧値で、板材Ｗ１，Ｗ２が加圧されるように、制御部２５が位置調整部２０を制御する。回転駆動されたツール１１が第２板材Ｗ２に押し進められ、突出部１１ｂが板材Ｗ１，Ｗ２に押し込まれることにより、前記１の接合位置で、板材Ｗ１，Ｗ２が摩擦撹拌点接合される（図５（ｄ））。これにより接合工程Ｓ４が行われる。

摩擦撹拌点接合後、折損検知部２６は、離隔移動区間において、ツール１１が引き続き回転駆動されるように制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させた状態で、時刻ｔ４からｔ５までの間に、先端部１１ｂ１の位置が第３位置ｈ３から第１位置ｈ１まで戻されてツール１１が板材Ｗ１，Ｗ２から引き抜かれ、時刻ｔ５からｔ６までの間に、先端部１１ｂ１の位置が第１位置ｈ１から基準位置ｈ０まで戻されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。なお、各工程Ｓ２〜Ｓ４におけるツール１１の回転数は、同一値に設定されているが、測定工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３におけるツール１１の回転数と、接合工程Ｓ４におけるツール１１の回転数とを互いに異ならせてもよい。例えば、接合工程Ｓ４におけるツール１１の回転数を、測定工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３におけるツール１１の回転数よりも大きくなるように設定してもよい。

折損検知部２６は、接合工程Ｓ４の完了後、全ての接合位置での接合工程Ｓ４が完了したか否かを判定する完了判定工程Ｓ５を行う。折損検知部２６は、全ての接合位置での板材Ｗ１，Ｗ２の接合工程Ｓ４が未だ完了していないと判定した場合、次の接合位置にツール１１が移動されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。完了判定工程Ｓ５で、全ての接合位置での板材Ｗ１，Ｗ２の接合工程Ｓ４が完了したと折損検知部２６が判定すると、動作フローが終了する。

このように接合装置１によれば、１の接合位置でツール１１に折損が生じたか否かが判定されるので、例えばツール１１を所定の位置まで移動させ、ツール１１でテストピースを加圧してツール１１に折損が生じたか否かを判定した後、板材Ｗ１，Ｗ２の接合位置までツール１１を移動させなくてもよい。

また、折損検知部２６は、ツール１１が回転駆動された状態で、折損検知部２６によるツール１１の折損の検知が行われるように制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させるので、ツール１１の折損が検知されなかった場合には、各接合位置において、板材Ｗ１，Ｗ２を迅速に摩擦撹拌点接合できる。

また、折損検知部２６は、１の接合位置における摩擦撹拌点接合前に、ツール１１の折損の検知を行うので、ツール１１の折損が検知された場合には、１の接合位置において、折損したツール１１で板材Ｗ１，Ｗ２が損傷するのを防止できる。

ここで従来の接合装置では、ツールが折損する場合、板材からツールが引き抜かれる際にツールの突出部が板材の内部に残留するように折損することが比較的多い。接合装置では、１の接合位置における摩擦撹拌点接合が行われた直後に板材からツールが引き抜かれるため、ツールが折損したことによりツール回転用モータの旋回軸電流によるトルクやツールの位置が変化しても、このような変化を検知し難く、ツールの折損を検知できない場合がある。従来は、このような場合でもツールが折損したまま次の接合位置で接合動作が行われていたため、接合装置や板材にダメージを与えるおそれがある。

このため本実施形態のように、先行する接合位置で摩擦撹拌点接合した後にツールに生じた折損を、次の接合位置で摩擦撹拌点接合する前に検知する方法は、接合装置や板材に生じる損傷を防止する上で非常に有効である。

また、折損検知部２６が判定を行う前に、荷重検出部８の出力信号におけるゼロ点位置の設定がずれたり、裏当部７に対する板材Ｗ１，Ｗ２の位置がずれたりすることで、ツール１１の加圧力とは無関係に荷重検出部８の出力信号が出力されることが考えられる。これに対して接合装置１では、折損検知部２６の判定に用いられる前記物理情報として加圧力の変化量Δｐが用いられるので、例えば、測定されたツール１１の加圧値が実際の値とずれていても、折損検知部２６によりツール１１の折損を良好に検知できる。従って、加圧力の固定値を捉えてツール１１の折損を検知する場合に比べ、折損検知部２６によるツール１１の折損の検知精度の向上を図れる。

ここで、荷重検出部の出力信号により、所定の加圧値が測定されたときのツールの先端の位置を予め定められたツールの先端の標準位置と比較してツールの折損を検知する方法では、複数の接合位置間で、第１板材Ｗ１又は第２板材Ｗ２の硬さが変動することにより、誤判定が生じるおそれがある。これに対して接合装置１では、折損検知部２６は、予め決められた位置（第２位置ｈ２）にツール１１の突出部１１ｂの先端部１１ｂ１を停滞させ、突出部１１ｂの第２板材Ｗ２に対する接触の有無によって加圧力の変化量Δｐが得られたかどうかを判定することで、ツール１１に折損が生じたか否かを判定するので、このような誤判定が生じるのを防止できる。

また、第１板材Ｗ１が変形して、第１板材Ｗ１が裏当部７の先端部７ａと離隔している場合でも、ツール１１で板材Ｗ１，Ｗ２が加圧される際に、第１板材Ｗ１が裏当部７の先端部７ａと接触するので、折損検知部２６は、加圧力の変化量Δｐを算出できる。よって折損検知部２６は、ツール１１に折損が生じたか否かを適切に判定できる。

また、折損検知部２６は、第１板材Ｗ１の第２板材Ｗ２とは反対側の面からツール１１の加圧力を受ける荷重検出部８の出力信号により加圧力の変化量Δｐを算出することで、当該算出した加圧力の変化量Δｐを閾値Δｐ０と比較して、閾値Δｐ０以上の加圧力の変化量Δｐが得られたか否かを適切に判定できるので、ツール１１の折損を良好に検知できる。

なお、折損検知部２６は、測定工程Ｓ２において、ツール１１が回転駆動された状態で、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される際のツール移動用モータＭ１の回転軸を回転させるために必要な電流値を測定し、ツール移動用モータＭ１のトルクの変化量ΔＴをツール１１の加圧力の変化量として算出してもよい。

また、ツール１１が折損を生じたときのツール回転用モータＭ２の第２位置ｈ２における回転抵抗値は、ツール１１が折損を生じていないときのツール回転用モータＭ２の第２位置ｈ２における回転抵抗値よりも小さいものと考えられる。従って、折損検知部２６は、測定工程Ｓ２において、ツール１１が回転駆動された状態で先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ２で移動される際に、ツール回転用モータＭ２の回転軸を回転させるために必要な電流値を測定してトルクの変化量ΔＴを算出し、判定工程Ｓ３において、トルクの変化量ΔＴと、予め定められた閾値ΔＴ０とを比較し、閾値ΔＴ０以上のトルクの変化量ΔＴが得られたと判定した場合にツール１１に折損が生じていないと判定し、そうでない場合にツール１１に折損を生じていると判定することもできる。

また、荷重検出部８は荷重センサに限定されず、歪ゲージでもよい。この場合、ツール１１で板材Ｗ１，Ｗ２が加圧されるときにフレーム部５に生じる歪が検出されるように、フレーム部５の外部又は内部に歪ゲージを取り付けることができる。折損検知部２６は、この歪ゲージから出力される出力信号により、加圧力の変化量Δｐを算出できる。

また、折損検知部２６は、測定工程Ｓ２において、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ１及び移動量Δｈ２の少なくとも一方で移動される間に荷重検出部８の出力信号により測定されたツール１１の最大加圧値Ｆ_maxと、予め定められた閾値ΔＦ０とを、判定工程Ｓ３において比較してもよい。この場合、判定工程Ｓ３において、折損検知部２６は、例えば、閾値ΔＦ０以上の最大加圧値Ｆ_maxが得られたと判定した場合にツール１１に折損が生じていないと判定し、そうでない場合にツール１１に折損を生じていると判定することができる。

（変形例）
以下、変形例について、図面を参照して、実施形態との差異を中心に説明する。

図８は、変形例に係る接合装置１０１の部分側面図である。図９は、図８の接合装置１０１におけるツール１１の先端部１１ｂ１の位置の変化と、折損検知部２６が検出する電流値の変化とを示すグラフである。図９では、先端部１１ｂ１の位置の変化を曲線Ｌ３で示し、折損検知部２６が検出する電流値の変化を曲線Ｌ４で示している。

この変形例では、折損検知部２６は、ツール１１の先端（先端部１１ｂ１）と第２板材Ｗ２との接触時の通電に基づいて、ツール１１の折損の検知が行われるように構成されている。言い換えると、折損検知部２６は、ツール１１の先端と第２板材Ｗ２との接触時の通電を前記物理情報として得ることにより、ツール１１の折損の検知が行われるように構成されている。

前記１の接合位置におけるツール１１の動作時間は、時系列的に、時刻ｔ０からｔ１までの間の接近移動区間と、時刻ｔ１からｔ２までの間の検知区間と、時刻ｔ２からｔ３までの間の接合区間と、時刻ｔ３からｔ５までの間の離隔移動区間とに分けられる。

ツール１１と裏当部７とは、共に導電性を有している。図８に示すように、ツール１１と裏当部７とは、共に電源３０に接続されている。電源３０は、一例として交流電源であるが、直流電源でもよい。接合装置１０１では、板材Ｗ１，Ｗ２を介したツール１１と裏当部７との間の通電又は非通電の状態が、折損検知部２６により監視されている。ここでは折損検知部２６は、板材Ｗ１，Ｗ２を介して、ツール１１と裏当部７との間に流れる電流を検出する電流検出装置としても機能する。

図９の曲線Ｌ３に示すように、折損検知部２６は、移動区間において、ツール１１が回転駆動されるように、制御部２５にツール回転用モータＭ２を制御させると共に、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２に向けて移動量Δｈ１で移動されるように、制御部２５に位置調整部２０を制御させる。先端部１１ｂ１は、基準位置ｈ０から第１位置ｈ１まで移動させられ、ツール１１が折損を生じていない場合には、先端部１１ｂ１が第２板材Ｗ２の第１板材Ｗ１と反対の面と接触する。

図９の曲線Ｌ４に示すように、検知区間において、折損検知部２６は、板材Ｗ１，Ｗ２を介してツール１１と裏当部７との間に流れる電流の値ｉを測定する。これにより、測定工程Ｓ２が行われる。また検知区間において、折損検知部２６は、測定工程Ｓ２で測定した電流値ｉが予め定められた電流値ｉ０であるか否かを判定することにより、ツール１１に折損が生じたか否かを判定する。これにより、判定工程Ｓ３が行われる。折損検知部２６は、電流値ｉが予め定められた電流値ｉ０であると判定した場合にツール１１に折損が生じていないと判定し、そうでない場合にツール１１に折損が生じていると判定する。電流値ｉ０は適宜設定が可能であるが、一例としてツール１１に折損を生じていない場合に、板材Ｗ１，Ｗ２を介してツール１１と裏当部７との間に流れる電流値ｉよりも十分に小さい値であることが望ましい。ここでは電流値ｉ０は、０ｍＡに設定されている。

このように接合装置１０１では、ツール１１を第２板材Ｗ２に接触させるだけでツール１１の折損を検知できるので、折損したツール１１で第２板材Ｗ２が加圧されて損傷するのを良好に防止できる。

本発明は、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成又は方法を変更、追加、又は削除できる。摩擦撹拌点接合で製作される構造物は、自動車のドア部品以外の部品やボディでもよいし、自動車以外の構造物（例えば、航空機の部品やボディ等）でもよい。

Δｐ 加圧力の変化量
Δｐ０、ΔＴ０、ΔＦ０ 閾値
Ｍ２ ツール回転用モータ（駆動部）
Ｗ１ 第１板材
Ｗ２ 第２板材
１、１０１ 接合装置
８ 荷重検出部
１１ ツール
２０ 位置調整部
２５ 制御部
２６ 折損検知部

Claims (7)

1. 重ねられた第１板材と第２板材とを複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する摩擦撹拌点接合装置であって、
   前記第２板材の前記第１板材とは反対側の面に接触又は離隔可能なツールと、
   前記ツールをその軸周りに回転駆動させる駆動部と、
   前記ツールと前記第２板材との間の相対位置を調整する位置調整部と、
   前記駆動部及び前記位置調整部を制御する制御部と、
   前記複数の接合位置のうちの１の接合位置で、前記ツールが前記第２板材との接触位置又は所定の押し込み位置に配置されるように前記制御部を制御することで前記ツールの折損を検知する折損検知部とを備え、
   前記折損検知部は、前記ツールの先端と前記第２板材とが接触してから前記ツールの先端が前記所定の押し込み位置に配置されるまでの間に前記ツールが前記第２板材を加圧する加圧力の変化量を算出し、当該算出した前記加圧力の前記変化量を予め定められた閾値と比較することで、前記ツールの折損を検知することを特徴とする、摩擦撹拌点接合装置。
2. 前記第１板材の前記第２板材とは反対側の面から前記加圧力を受ける荷重検出部を更に備え、
   前記折損検知部は、前記加圧力を受けて出力される前記荷重検出部の出力信号により前記加圧力の前記変化量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の摩擦撹拌点接合装置。
3. 前記折損検知部により前記ツールの折損が検知されなかった場合、前記制御部は、前記１の接合位置で前記ツールを前記第２板材に押し進めて前記第１板材と前記第２板材とを摩擦撹拌点接合するように前記駆動部及び前記位置調整部を制御し、
   前記折損検知部により前記ツールの折損が検知された場合、前記制御部は、前記複数の接合位置のうち前記１の接合位置及び残余の接合位置における前記ツールを用いた摩擦撹拌点接合を中止するように、前記駆動部及び前記位置調整部の少なくとも一方を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の摩擦撹拌点接合装置。
4. 前記制御部は、前記ツールが回転駆動された状態で前記折損検知部による前記ツールの折損の検知が行われるように前記駆動部を制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦撹拌点接合装置。
5. 前記折損検知部は、前記１の接合位置における摩擦撹拌点接合前に、前記ツールの折損の検知を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦撹拌点接合装置。
6. 重ねられた第１板材と第２板材とを、摩擦撹拌点接合装置を用いて、複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合する方法であって、
   前記摩擦撹拌点接合装置は、前記第２板材の前記第１板材とは反対の面に接触又は離隔可能なツールを備え、
   前記複数の接合位置のうちの１の接合位置で、前記ツールを前記第２板材と接触させ又は所定の押し込み位置に配置した状態において、前記ツールの先端と前記第２板材とが接触してから前記ツールの先端が前記所定の押し込み位置に配置されるまでの間に前記ツールが前記第２板材を加圧する加圧力の変化量を算出し、当該算出した前記加圧力の前記変化量を予め定められた閾値と比較することで、前記ツールの折損を検知することを特徴とする、摩擦撹拌点接合方法。
7. 前記１の接合位置における摩擦撹拌点接合前に、前記ツールの折損を検知する、請求項６に記載の摩擦撹拌点接合方法。

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