JP6682697B1 - 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明の摩擦攪拌接合装置は、上述したように、被接合部材の接合部の軟化状態に応じて主軸モータの負荷トルクを制御し、接合ツールのZ軸方向の位置を適切に制御して高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる摩擦攪拌接合装置を提供する。
図1は実施例1の摩擦攪拌接合装置の模式図であり、図2は図1の接合ツールの拡大図である。図1に示すように、摩擦攪拌接合装置1aは、主要な構成として、複数の被接合部材10の間に挿入され、挿入部を回転しながら加圧して被接合部材同士を接合部を介して接合する接合ツール7と、接合ツール7に接続され、接合ツール7に回転駆動力を与える主軸モータ(図示せず)と、主軸モータを支持する接合ヘッド5と、接合ヘッド5を支持し、主軸モータに駆動信号を送信する制御部11を有する装置本体2とを有する。
次に、接合温度と主軸モータの負荷トルクの関係を示す基準負荷トルクデータベースの作成について説明する。FSW装置を用いて被接合部材を摩擦攪拌接合する工程の前段階において、あらかじめ、被接合部材10の接合条件(被接合部材の材質)に応じて、接合温度の帯域(基準接合温度帯域)と、それに対応する主軸モータのトルク値の計算値(基準負荷トルク)との対応をデータベース化する。
次に、上述した基準負荷トルクデータベースを用いた摩擦攪拌接合の実施手順について説明する。まず始めに、被接合部材10の予め定めた深さまで接合ツール7を挿入する。制御部11は、前摩擦攪拌接合工程において、接合温度を非接触の温度測定装置12により取得するとともに、主軸モータから負荷トルクを現在負荷トルク値として取得する(稼動情報取得処理)。
図3は実施例2の摩擦攪拌接合装置を示す模式図であり、図4は図3の接合ツールの拡大図である。図3および図4に示す摩擦攪拌接合装置1bは、温度測定装置12を備えていない点が実施例1の摩擦攪拌接合装置1aと異なる。
実施例2の負荷トルク制御方法について説明する。以降において、摩擦攪拌接合における接合線の始点から終点までの経過時間と、その経過時間に対応する接合ツールの座標(X,Y)情報を総称して基準位置情報とする。図7は接合ツールの座標(X,Y)情報と主軸モータの基準負荷トルクの相関および摩擦攪拌接合工程における経過時間と主軸モータの基準負荷トルクの相関を求める手順を示す図である。制御部11は、摩擦攪拌接合工程の前段階において、基準負荷トルクのデータベース(図7中の表(B))を作成した後、接合線の始点から終点まで被接合部材をテスト摩擦攪拌接合する。その際、接合ツールの座標情報または経過時間と接合温度情報とを関連付けて取得し、接合線の始点から接合ツール7が進行する際の経過時間と接合温度との対応を示す時間温度データベース(図7中の表(C))、または、接合ツール7の座標(X,Y)情報と接合温度との対応を示す座標温度データベース(図7中の表(D))、の何れかを作成する。なお、上述した基準負荷トルクのデータベースと、時間温度データベースまたは座標温度データベースとは、どちらを先に作成しても良い。
Claims (11)
- 複数の被接合部材の間に挿入され回転しながら進行して前記被接合部材を接合するショルダーと、
前記ショルダーに支持されたプローブから構成する接合ツールと、
前記接合ツールに接続され、前記接合ツールに回転駆動力を与える主軸モータと、
前記主軸モータを支持する接合ヘッドと、
前記接合ヘッドを支持し、前記主軸モータに駆動信号を送信する制御部を有する装置本体と、を備え、
前記制御部は、前記接合ツールを前記被接合部材に挿入して、前記被接合部材を摩擦攪拌接合するときの前記接合ツールの挿入部の接合温度に応じて、前記主軸モータの現在負荷トルクを目標負荷トルク値となるように前記接合ツールのZ軸位置を制御することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 前記制御部は、前記接合ツールを前記被接合部材に挿入して前記被接合部材を攪拌接合する接合段階より前段階において、前記接合温度の最低の値と最高の値とを含む基準接合温度帯域を定め、前記基準接合温度帯域をさらに所定の間隔ごとの分割基準接合温度帯域に分割し、それぞれの前記分割基準接合温度帯域に対応する基準負荷トルクを算出し、前記分割基準接合温度帯域と前記基準負荷トルクの値との関係を示す基準負荷トルクデータベースを作成して前記制御部に記憶することを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記接合段階において定時に前記接合温度を取得し、前記基準負荷トルクデータベースに基づき、前記接合温度の属する前記分割基準接合温度帯域を特定して前記接合温度に対応する前記基準負荷トルクの値を抽出して前記目標負荷トルク値として設定することを特徴とする請求項2に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記接合ツールを前記被接合部材に挿入して前記被接合部材を攪拌接合する接合段階より前段階において、
前記接合温度の最低の値と最高の値とを含む基準接合温度帯域を定め、前記基準接合温度帯域をさらに所定の間隔ごとの分割基準接合温度帯域に分割し、それぞれの前記分割基準接合温度帯域に対応する基準負荷トルクを算出し、前記分割基準接合温度帯域と前記基準負荷トルクの値との関係を示す基準負荷トルクデータベースを作成し、
接合線の始点位置から終点位置まで前記接合ツールを進行させて前記被接合部材をテスト接合し、前記始点位置からの経過時間または座標(X,Y)で示す前記接合ツールの位置情報と接合温度とを関連付けて取得し、前記経過時間または前記位置情報と前記接合温度の関係を示すデータベースを作成し、
前記データベースの前記接合温度の情報が前記基準負荷トルクデータベースの前記分割基準接合温度帯域の何れに属するかを特定して紐づけし、前記経過時間または前記接合ツールの位置情報と前記基準負荷トルクデータベースを関連付けたデータベースを作成すること、を特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合装置。 - 前記制御部は、前記接合段階において、定時に前記接合ツールの位置情報を取得し、前記基準負荷トルクデータベースを用い、前記位置情報に対応する前記基準負荷トルクの値を抽出して前記目標負荷トルク値として設定することを特徴とする請求項4に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記接合ヘッドに配設された非接触式の温度計測装置により、前記ショルダーの表面温度を、または、前記挿入部近傍でバリを回避した前記被接合部材の表面温度を前記接合温度として取得することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記主軸モータの現在負荷トルクが対応する基準負荷トルクに等しくなるまで、前記接合ヘッドを所定のステップ量で上下動作して前記接合ツールのZ軸方向の位置を調整することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記被接合部材の材質ごとに前記基準負荷トルクデータベースを作成することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記制御部は、前記接合ツールを前記被接合部材に最初に挿入する段階においては、予め定めたZ軸方向の位置まで前記接合ツールを前記被接合部材に挿入することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 複数の被接合部材の間に挿入され回転しながら進行して前記被接合部材を接合するショルダーと、前記ショルダーに支持されたプローブから構成する接合ツールと、前記接合ツールに接続され、前記接合ツールに回転駆動力を与える主軸モータと、前記主軸モータを支持する接合ヘッドと、前記接合ヘッドを支持し、前記主軸モータに駆動信号を送信する制御部を有する装置本体と、を備える摩擦攪拌接合装置を用いて前記被接合部材の摩擦攪拌接合を実施する摩擦攪拌接合工程を有し、
前記摩擦攪拌接合工程において、前記接合ツールを前記被接合部材に挿入して、前記被接合部材を摩擦攪拌接合するときの前記接合ツールの挿入部の接合温度に応じて、前記主軸モータの負荷トルクが目標とする値になるように前記接合ツールのZ軸方向の位置を制御することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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