特許 5788861 摩擦撹拌接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5788861

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20150917BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 340

   B23K20/12 342

【請求項の数】17

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-288332(P2012-288332)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-128824(P2014-128824A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2014年10月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】592037790

【氏名又は名称】株式会社エフテック

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(74)【代理人】

【識別番号】100153349

【弁理士】

【氏名又は名称】武山 茂

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 朋哉

(72)【発明者】

【氏名】山口 博康

(72)【発明者】

【氏名】庄子 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】佐山 満

(72)【発明者】

【氏名】小林 努

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３３７８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５２０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６２７５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象部材を載置する載置部材と、
プローブ、前記プローブの熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有して、前記プローブを脱着自在に保持するホルダ、前記プローブを保持した前記ホルダを駆動して、前記プローブを、前記加工対象部材の加工対象側面に対して上下移動自在で、かつ前記加工対象部材に対して回転自在な駆動機構、及び前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記ホルダ及び前記プローブを含む部材の長さを検出自在である検出器を有する接合ツールと、
前記接合ツールが装着される装着治具を固定したアームを有して、前記アームを移動して前記接合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、
前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記プローブのみの部材の長さである先端長を検出自在であるプローブ検出機構と、
を備え、
前記プローブ検出機構は、その位置が固定されたブロック部材、及び前記ブロック部材側に固定された変位センサを有し、前記プローブの前記先端長を検出する際には、前記移動機構で前記アームを移動させて前記接合ツールを前記ブロック部材に対向させた後、前記駆動機構で前記プローブを保持した前記ホルダを下降させて前記プローブの先端で前記ブロック部材の上面側を押圧させると共に、前記変位センサの接触子が前記接合ツールの当接部材に接触して移動されることにより前記接触子の変位が検出される摩擦撹拌接合装置。

【請求項2】

前記検出器は、前記駆動機構による前記ホルダ及び前記ホルダに保持された前記プローブの上下方向の移動量を検出自在であり、前記移動機構で前記アームを移動させて前記接合ツールを前記ブロック部材に対向させた後、前記駆動機構で前記プローブを保持した前記ホルダを下降させて前記プローブの先端部で前記ブロック部材の上面側を押圧させるまでの前記移動量に基づいて、前記ホルダ及び前記プローブを含む前記部材の前記長さを検出する請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項3】

更に、前記載置部材を支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記補助支持機構は前記アームに装着され、前記ホルダ及び前記プローブを含む前記部材の前記長さ及び前記プローブの前記先端長を検出する際には、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記ブロック部材の前記上面側を押圧させると共に、前記支持部材で前記ブロック部材の下面側を支持する請求項１又は２に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項4】

更に、前記プローブをクリーニングするプローブクリーニング機構を備え、前記プローブクリーニング機構は、粗削り部及び仕上げ研磨部を有し、前記プローブをクリーニングする際には、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記粗削り部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記粗削り部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を粗削りし、ついで、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記仕上げ研磨部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記仕上げ研磨部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を仕上げる請求項１から３のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項5】

前記検出器は、前記駆動機構による前記ホルダ及び前記ホルダに保持された前記プローブの上下方向の移動量を検出自在であり、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出する請求項１から４のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項6】

更に、前記載置部材を支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後に、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出する際には、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧すると共に、前記支持部材で前記載置部材の前記載置面とは反対側を支持する請求項５に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項7】

更に、前記載置部材に載置された前記加工対象部材を押圧自在な押圧部材、及び載置部材側に固定された変位センサを有する加工部材検出機構を備え、前記押圧部材が前記加工対象部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の変位量が検出される請求項１から６のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項8】

前記加工対象部材は、下方部材及び上方部材を有し、前記押圧部材が前記載置部材上に載置された前記下方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出され、前記押圧部材が前記下方部材上に載置された前記上方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出される請求項７に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項9】

前記プローブ検出機構、前記加工部材検出機構、前記プローブクリーニング機構、及び前記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接合ツールの可動範囲内に配設される請求項１から８のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項10】

前記移動機構は、産業用ロボットである請求項１から９のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項11】

加工対象部材を載置する載置部材と、
プローブ、前記プローブの熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有して、前記プローブを脱着自在に保持するホルダ、前記プローブを保持した前記ホルダを駆動して、前記プローブを、前記加工対象部材の加工対象側面に対して上下移動自在で、かつ前記加工対象部材に対して回転自在な駆動機構、及び前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記ホルダ及び前記プローブを含む部材の長さを検出自在である検出器を有する接合ツールと、
前記接合ツールが装着される装着治具を固定したアームを有して、前記アームを移動して前記接合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、
前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記プローブのみの部材の長さである先端長を検出自在であるプローブ検出機構と、
を備え、
前記検出器は、前記駆動機構による前記ホルダ及び前記ホルダに保持された前記プローブの上下方向の移動量を検出自在であり、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出する摩擦撹拌接合装置。

【請求項12】

更に、前記プローブをクリーニングするプローブクリーニング機構を備え、前記プローブクリーニング機構は、粗削り部及び仕上げ研磨部を有し、前記プローブをクリーニングする際には、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記粗削り部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記粗削り部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を粗削りし、ついで、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記仕上げ研磨部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記仕上げ研磨部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を仕上げる請求項１１に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項13】

更に、前記載置部材を支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後に、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出する際には、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧すると共に、前記支持部材で前記載置部材の前記載置面とは反対側を支持する請求項１１に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項14】

更に、前記載置部材に載置された前記加工対象部材を押圧自在な押圧部材、及び載置部材側に固定された変位センサを有する加工部材検出機構を備え、前記押圧部材が前記加工対象部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の変位量が検出される請求項１１から１３のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項15】

前記加工対象部材は、下方部材及び上方部材を有し、前記押圧部材が前記載置部材上に載置された前記下方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出され、前記押圧部材が前記下方部材上に載置された前記上方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出される請求項１４に記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項16】

前記プローブ検出機構、前記加工部材検出機構、前記プローブクリーニング機構、及び前記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接合ツールの可動範囲内に配設される請求項１１から１５のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【請求項17】

前記移動機構は、産業用ロボットである請求項１１から１６のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦撹拌接合装置に関し、特に、プローブ検出機構、加工部材検出機構及びプローブクリーニング機構を有する摩擦撹拌接合装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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撹拌して、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。

【0003】

かかる摩擦撹拌接合装置では、回転する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、そのために必要なパラメータを精度よく検出して、それらの検出値を考慮して摩擦撹拌接合を実行することが重要である。

【0004】

かかる状況下で、特許文献１は、摩擦撹拌接合装置に関するものではないが、サーボ式スポット溶接ガンの軸の基準位置設定及びそのためのロボット制御装置に関し、推定外乱負荷が設定第１のしきい値に達するまで、溶接ガンの可動側溶接チップを固定側溶接チップに押し付け、第１のしきい値に達すると、第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値に達するまで両チップが離れる方向に可動側溶接チップを駆動し、第２のしきい値に達したときの可動側溶接チップの軸の位置を基準位置として設定更新記憶する構成を有して、溶接チップが摩耗したときも同様な方法で基準位置を求めて更新することを可能とすることを開示する。

【0005】

また、特許文献２は、摩擦撹拌点接合方法に関し、加圧力を負荷せしめた場合に発生する支持台のたわみ量データと、重合せ部の厚さデータとから決定される仮設定位置にまで、回転治具を移動せしめた後、仮設定位置においてサーボモータの位置制御を解除すると共に、サーボモータのトルクを制御し、そのトルク制御開始から一定時間経過した後に回転治具の移動距離を測定し、その得られた移動距離と仮設定位置とから接合操作開始位置を求めた後、かかる接合操作開始位置を基準として、重合せ部に対する摩擦撹拌点接合操作を実施する構成を開示する。

【0006】

また、特許文献３は、摩擦撹拌接合装置に関するものではないが、溶接トーチのノズル清掃装置に関し、固定台１１のノズル７開口端径より若干小さい円周上に先端が内側に曲がった長尺ワイヤ１２と先端が外向鉤形に形成された短尺ワイヤ１３とが複数本樹立された前処理装置１０と、回転台２１のノズル７開口端径より若干小さい円周上に先端に細いワイヤを植毛した長尺ブラッシング棒２２及び短尺ブラッシング棒２３が複数本樹立されるとともにその外側に円筒状ワイヤブラシ２４が立設された本処理装置２０と、を備え、ガス吹出口９近傍のスパッタ及びノズル７開口端の環状スパッタを除去することを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−２８３０５９号公報

【特許文献2】特開２００７−３００１７号公報

【特許文献3】特開平５−１３８３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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、溶接チップが摩耗したときも同様な方法で基準位置を求めて更新することを可能とする構成が開示されているものではあるが、摩擦撹拌接合に用いるプローブの寸法をどのようにして求めるかについては何等の教示がなされていないものである。

【0009】

また、本発明者の検討によれば、特許文献２においては、支持台のたわみ量データと、重合せ部の厚さデータと、を用いて、接合操作開始位置を求める構成が開示されているものではあるが、支持台の面位置自体や重ね合わせ部を構成する各部材の上面位置自体を検出しているものではなく、その検出すべき値の設定に改良の余地があると考えられる。

【0010】

また、本発明者の検討によれば、特許文献３においては、溶接トーチのノズル清掃の清掃を可能とする構成は開示されているが、回転自在なプローブに対してどのようにクリーニングを実行するかについては何等の教示がなされていないものである。

【0011】

従って、現状では、摩擦撹拌接合を実行する上で最適な態様で、プローブを必要に応じてクリーニングしながら、プローブの摩耗量や先端位置、及び載置治具の載置面の位置や載置面に載置された加工対象部材の加工対象側面の位置等を検出して、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置を最適な位置に制御することが可能である新規な構成の摩擦撹拌接合装置が待望された状況にあるといえる。

【0012】

本発明は、以上の検討を経てなされたもので、摩擦撹拌接合を実行する上で最適な態様で、特にプローブの摩耗量や先端位置を検出して、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置を最適な位置に制御することが可能である摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面における摩擦撹拌接合装置は、加工対象部材を載置する載置部材と、プローブ、前記プローブの熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有して、前記プローブを脱着自在に保持するホルダ、前記プローブを保持した前記ホルダを駆動して、前記プローブを、前記加工対象部材の加工対象側面に対して上下移動自在で、かつ前記加工対象部材に対して回転自在な駆動機構、及び前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記ホルダ及び前記プローブを含む部材の長さを検出自在である検出器を有する接合ツールと、前記接合ツールが装着される装着治具を固定したアームを有して、前記アームを移動して前記接合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、前記駆動機構が前記プローブを保持した前記ホルダを下方に移動するに伴って、前記プローブのみの部材の長さである先端長を検出自在であるプローブ検出機構と、を備え、前記プローブ検出機構は、その位置が固定されたブロック部材、及び前記ブロック部材側に固定された変位センサを有し、前記プローブの前記先端長を検出する際には、前記移動機構で前記アームを移動させて前記接合ツールを前記ブロック部材に対向させた後、前記駆動機構で前記プローブを保持した前記ホルダを下降させて前記プローブの先端で前記ブロック部材の上面側を押圧させると共に、前記変位センサの接触子が前記接合ツールの当接部材に接触して移動されることにより前記接触子の変位が検出される。

【0015】

また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記検出器は、前記駆動機構による前記ホルダ及び前記ホルダに保持された前記プローブの上下方向の移動量を検出自在であり、前記移動機構で前記アームを移動させて前記接合ツールを前記ブロック部材に対向させた後、前記駆動機構で前記プローブを保持した前記ホルダを下降させて前記プローブの先端部で前記ブロック部材の上面側を押圧させるまでの前記移動量に基づいて、前記ホルダ及び前記プローブを含む前記部材の前記長さを検出することを第２の局面とする。

【0016】

また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加え、更に、前記載置部材を支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記補助支持機構は前記アームに装着され、前記ホルダ及び前記プローブを含む前記部材の前記長さ及び前記プローブの前記先端長を検出する際には、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記ブロック部材の前記上面側を押圧させると共に、前記支持部材で前記ブロック部材の下面側を支持することを第３の局面とする。

【0017】

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、更に、前記プローブをクリーニングするプローブクリーニング機構を備え、前記プローブクリーニング機構は、粗削り部及び仕上げ研磨部を有し、前記プローブをクリーニングする際には、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記粗削り部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記粗削り部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を粗削りし、ついで、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記仕上げ研磨部に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部を前記仕上げ研磨部内に収容させると共に、前記接合ツールを回転させて前記先端部を仕上げることを第４の局面とする。

【0018】

また、本発明は、かかる第１から第４のいずれかの局面に加え、前記検出器は、前記駆動機構による前記ホルダ及び前記ホルダに保持された前記プローブの上下方向の移動量を検出自在であり、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出することを第５の局面とする。

【0019】

また、本発明は、かかる第５の局面に加え、更に、前記載置部材を支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記移動機構が前記アームを移動して前記接合ツールを前記載置部材の前記載置面に対向させた後に、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧するまでの前記移動量を検出する際には、前記接合ツールを下降させて前記プローブの先端部で前記載置部材の前記載置面を押圧すると共に、前記支持部材で前記載置部材の前記載置面とは反対側を支持することを第６の局面とする。

【0020】

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、更に、前記載置部材に載置された前記加工対象部材を押圧自在な押圧部材、及び載置部材側に固定された変位センサを有する加工部材検出機構を備え、前記押圧部材が前記加工対象部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の変位量が検出されることを第７の局面とする。

【0021】

また、本発明は、かかる第７の局面に加え、前記加工対象部材は、下方部材及び上方部材を有し、前記押圧部材が前記載置部材上に載置された前記下方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出され、前記押圧部材が前記下方部材上に載置された前記上方部材の上面を押圧する際には、前記変位センサの接触子が前記押圧部材側に接触して移動されることにより前記接触子の前記変位量が検出されることを第８の局面とする。

【0022】

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、前記プローブ検出機構、前記加工部材検出機構、前記プローブクリーニング機構、及び前記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接合ツールの可動範囲内に配設されることを第９の局面とする。

【0023】

また、本発明は、かかる第１から第９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１０の局面とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明の第１の局面における構成によれば、駆動機構が、プローブの熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有してプローブを保持したホルダを下方に移動するに伴って、検出器が、ホルダ及びプローブを含む部材の長さを検出自在であると共に、プローブ検出機構が、プローブのみの部材の長さである先端長を検出自在であることにより、ホルダ及びプローブを含む部材の長さが、ホルダの熱膨張及びプローブの摩耗を反映するものであるため、摩擦撹拌接合装置を用いて行われる摩擦撹拌接合時の加工対象部材に対するプローブの挿入量の補正を的確に行うことができ、かつ、プローブの先端長が、プローブの摩耗のみを反映するものであるため、プローブの摩耗量が上限を超えた場合には的確にそれを交換することができて、摩擦撹拌接合を実行する上で最適な態様で、特にプローブの摩耗量や先端位置を検出して、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置を最適な位置に制御することができる。

【0025】

併せて、本発明の第１の局面における構成によれば、プローブ検出機構が、その位置が固定されたブロック部材、及びブロック部材側に固定された変位センサを有し、プローブの先端長を検出する際には、移動機構でアームを移動させて接合ツールをブロック部材に対向させた後、駆動機構でプローブを保持したホルダを下降させてプローブの先端でブロック部材の上面側を押圧させると共に、変位センサの接触子が接合ツールの当接部材に接触して移動されることで接触子の変位が検出されることにより、簡便な構成により、検出実行時のプローブの位置を確実に固定しながら、確実にプローブの摩耗量や先端位置を検出することができる。

【0026】

また、本発明の第２の局面における構成によれば、検出器が、駆動機構によるホルダ及びホルダに保持されたプローブの上下方向の移動量を検出自在であり、移動機構でアームを移動させて接合ツールをブロック部材に対向させた後、駆動機構でプローブを保持したホルダを下降させてプローブの先端部でブロック部材の上面側を押圧させるまでの移動量に基づいて、ホルダ及びプローブを含む部材の長さを検出することにより、簡便な構成により、確実にプローブの先端位置を検出することができる。

【0027】

また、本発明の第３の局面における構成によれば、更に、載置部材を支持部材で支持して、加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、補助支持機構はアームに装着され、ホルダ及びプローブを含む部材の長さ及びプローブの先端長を検出する際には、接合ツールを下降させてプローブの先端部でブロック部材の上面側を押圧させると共に、支持部材でブロック部材の下面側を支持することにより、摩擦撹拌接合の実行時にプローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部材との間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦撹拌接合することができると共に、検出実行時のプローブの位置をより確実に固定しながら、より確実にプローブの摩耗量や先端位置を検出することができる。

【0028】

また、本発明の第４の局面における構成によれば、更に、プローブをクリーニングするプローブクリーニング機構を備え、プローブクリーニング機構が、粗削り部及び仕上げ研磨部を有し、プローブをクリーニングする際には、移動機構がアームを移動して接合ツールを粗削り部に対向させた後、接合ツールを下降させてプローブの先端部を粗削り部内に収容させると共に、接合ツールを回転させて先端部を粗削りし、ついで、移動機構がアームを移動して接合ツールを仕上げ研磨部に対向させた後、接合ツールを下降させてプローブの先端部を仕上げ研磨部内に収容させると共に、接合ツールを回転させて先端部を仕上げることにより、簡便な構成で、プローブの自転を利用して、確実にプローブをクリーニングすることができる。

【0029】

また、本発明の第５の局面における構成によれば、検出器が、駆動機構によるホルダ及びホルダに保持されたプローブの上下方向の移動量を検出自在であり、移動機構がアームを移動して接合ツールを載置部材の載置面に対向させた後、接合ツールを下降させてプローブの先端部で載置部材の載置面を押圧するまでの移動量を検出することにより、載置部材の載置面を検出するための付加的なセンサを設けることなく、簡便な構成で、確実に載置部材の載置面の面位置を検出することができる。

【0030】

また、本発明の第６の局面における構成によれば、更に、載置部材を支持部材で支持して、加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、移動機構がアームを移動して接合ツールを載置部材の載置面に対向させた後に、接合ツールを下降させてプローブの先端部で載置部材の載置面を押圧するまでの移動量を検出する際には、接合ツールを下降させてプローブの先端部で載置部材の載置面を押圧すると共に、支持部材で載置部材の載置面とは反対側を支持することにより、摩擦撹拌接合の実行時にプローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部材との間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦撹拌接合することができると共に、載置部材の載置面を検出するための付加的なセンサを設けることなく、簡便な構成で、より確実に載置部材の載置面の面位置を検出することができる。

【0031】

また、本発明の第７の局面における構成によれば、更に、載置部材に載置された加工対象部材を押圧自在な押圧部材、及び載置部材側に固定された変位センサを有する加工部材検出機構を備え、押圧部材が加工対象部材の上面を押圧する際には、変位センサの接触子が押圧部材側に接触して移動されることで接触子の変位量が検出されることにより、更に、載置部材に載置した状態の加工対象部材の面位置を検出できて、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置を確実に最適な位置に制御することができる。

【0032】

また、本発明の第８の局面における構成によれば、加工対象部材が、下方部材及び上方部材を有し、押圧部材が載置部材上に載置された下方部材の上面を押圧する際には、変位センサの接触子が押圧部材側に接触して移動されることにより接触子の変位量が検出され、押圧部材が下方部材上に載置された上方部材の上面を押圧する際には、変位センサの接触子が押圧部材側に接触して移動されることで接触子の変位量が検出されることにより、載置部材に載置した状態の加工対象部材の各構成部材の上面位置を各々検出できて、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置をより確実に最適な位置に制御することができる。

【0033】

また、本発明の第９の局面における構成によれば、プローブ検出機構、加工部材検出機構、プローブクリーニング機構、及び載置部材に載置された加工対象部材は、移動機構によるアームの移動で規定される接合ツールの可動範囲内に配設されることにより、摩擦撹拌接合装置全体の構成をコンパクトに維持し、かつ構成部品間の位置整合性の高い態様で、プローブを必要に応じてクリーニングしながら、プローブの摩耗量や先端位置、載置部材の載置面の面位置、及び載置部材に載置した状態の加工対象部材の面位置を検出することができる。

【0034】

また、本発明の第１０の局面における構成によれば、移動機構は、産業用ロボットであることにより、より汎用的な構成で、プローブ検出機構、プローブクリーニング機構、及び載置部材に載置された加工対象部材に対して、プローブを正確に移動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】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。

【図2】本実施形態における摩擦撹拌接合装置の各構成要素の配設範囲を示す模式的な上面図である。

【図3】本実施形態における摩擦撹拌接合装置のプローブ検出機構を示す部分拡大側面図である。

【図4】本実施形態における摩擦撹拌接合装置の加工部材検出機構を示す部分拡大側面図であり、第１部材のみが載置治具に載置された状態を示す。

【図5】本実施形態における摩擦撹拌接合装置の加工部材検出機構を示す部分拡大側面図であり、第１部材及び第２部材の双方が載置治具に載置された状態を示す。

【図6】本実施形態における摩擦撹拌接合装置の接合ツールのプローブが載置治具を押圧した状態を示す部分拡大側面図である。

【図7】本実施形態における摩擦撹拌接合装置のプローブクリーニング機構を示す部分拡大側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における摩擦撹拌接合装置につき詳細に説明する。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軸の正方向は、上方向であるとする。

【0037】

まず、本の実施形態における摩擦撹拌接合装置の構成につき、図１から図７を参照して、詳細に説明する。

【0038】

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、本実施形態における摩擦撹拌接合装置の各構成要素の配設範囲を示す模式的な上面図である。図３は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置のプローブ検出機構を示す部分拡大側面図である。図４は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置の加工部材検出機構を示す部分拡大側面図であり、第１部材のみが載置治具に載置された状態を示す。図５は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置の加工部材検出機構を示す部分拡大側面図であり、第１部材及び第２部材の双方が載置治具に載置された状態を示す。図６は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置の接合ツールのプローブが載置治具を押圧した状態を示す部分拡大側面図である。また、図７は、本実施形態における摩擦撹拌接合装置のプローブクリーニング機構を示す部分拡大側面図である。

【0039】

図１から図７に示すように、摩擦撹拌接合装置１は、加工対象部材Ｗを載置すべく床Ｆに固設された載置台１０と、載置台１０に固設された加工部材検出機構２０と、載置台１０の上方で載置台１０に対向して配置自在な接合ツール３０と、載置台１０の下方で載置台１０の下面に当接するように配置自在な補助支持機構４０と、接合ツール３０及び補助支持機構４０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、床Ｆに固設されたプローブ検出機構６０と、床Ｆに固設されたプローブクリーニング機構８０と、を備える。

【0040】

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、加工対象部材Ｗに摩擦撹拌接合を為すように動作するものである。また、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、摩擦撹拌接合を実行するための制御プログラムそれに必要な各種データやや所定の加工方向に関するデータ等が記憶される。

【0041】

ここで、図２に示すように、載置台１０に載置された加工対象部材Ｗ、その加工対象部材Ｗに対して進退自在に配設された加工部材検出機構２０、床Ｆに固設されたプローブ検出機構６０、及び床Ｆに固設されたプローブクリーニング機構８０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及び当接部材３６が位置し得る限界範囲を示す可動範囲Ｌに配置される。

【0042】

詳しくは、載置台１０は、その載置部１０ａ上に固設されて加工対象部材Ｗを載置自在な載置治具１２と、載置治具１２上に配設されて加工対象部材Ｗを装脱自在に固定する図示を省略する保持部材と、を備え、かかる載置治具１２が載置部材であり、その上面が載置面である。加工対象部材Ｗは、典型的には第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２が上下方向に並置されて互いに重なり合った部分を有するアルミニウム材等の金属製の板状部材であり、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の重なり合った部分の所定の部位が、所定の加工方向に沿って移動されるべき接合ツール３０により所定の接合線でもって接合されるものである。載置治具１２上における加工対象部材Ｗの位置は、保持部材で加工対象部材Ｗの一部を保持することにより、正確に維持される。なお、保持部材を駆動する駆動源としては、モータやエアシリンダ等が挙げられる。もちろん、保持部材は、手動で駆動されてもかまわない。また、かかる保持部材の機能は、加工部材検出機構２０の押圧部材２２ａが兼ねてもかまわない。

【0043】

加工部材検出機構２０は、典型的には載置治具１２の周囲に複数個設けられるが、ここでは説明の便宜上１個についてのみ説明する。かかる加工部材検出機構２０は、特に図４及び図５に示すように、載置治具１２上に載置された加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の各々の上面を押圧自在な押圧部材２２ａと、載置台１０の載置部１０ａ側に固定されて押圧部材２２ａを上方位置及び下方位置間で移動自在な駆動力を印加するモータ２２ｂと、押圧部材２２ａに固設された当接部材２４と、当接部材２４に当接自在な変位センサ２５と、を備える。押圧部材２２ａを駆動する駆動源としては、モータの他にやエアシリンダ等が挙げられる。

【0044】

押圧部材２２ａは、充分な強度及び剛性を有する典型的には鉄材等の金属製の厚板状部材である。かかる押圧部材２２ａは、それとモータ２２ｂとの間を連結するシャフト２２ｃに軸支されて装着されると共に、充分な強度及び剛性を有する典型的には鉄材等の金属製の支持部材２２ｅに装着される。モータ２２ｂは、載置台１０の載置部１０ａ上に固設された基体２２ｄの下面に固定される。支持部材２２ｅは、押圧部材２２ａを軸支する回動軸２２ｆと、基体２２ｄに軸支される回動軸２２ｇと、を備えて、押圧部材２２ａを上方位置及び下方位置間で移動自在に支持する。また、基体２２ｄには、共にそれから当接部材２４の設けられている側（例えば、当接部材２４が押圧部材２２ａのｙ軸の負方向側に設けられていれば、ｙ軸の負方向側）に各々突設された一対の保護部材２２ｈ１、２２ｈ２を有する保護部２２ｈが設けられる。

【0045】

また、変位センサ２５は、典型的には接触式の変位検出センサであり、固定部材２６ａで基体２２ｄに固設されるセンサ本体２６と、センサ本体２６に連絡する接触子２８ａと、接触子２８ａを挿通してその端部以外を覆うベローズ２８ｂと、を備える。かかる接触子２８ａは、図示を省略するコイルスプリング等の付勢部材により、センサ本体２６に対して上方に付勢された付勢力を与えられて、センサ本体２６に装着されている。変位センサ２５は、接触子２８ａの上端が当接部材２４の下端に当接した状態で、かかる接触子２８ａが、当接部材２４によりセンサ本体２６内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動された際の変位量を検出して、押圧部材２２ａが加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び
第２部材Ｗ２の各々の上面を所定荷重で押圧している場合のそれらの上面位置を検出自在とする検出信号をコントローラＣに送出する。なお、摩擦撹拌接合時には、かかる上面は、プローブ３２の進入側の面である。

【0046】

つまり、かかる加工部材検出機構２０においては、載置治具１２上に加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２が載置された際、又は載置治具１２上に加工対象部材Ｗの第２部材Ｗ２のみが載置された際に、モータ２２ｂが駆動されてシャフト２２ｃが上下方向に移動することにより、押圧部材２２ａが支持部材２２ｅに画成された回動軸２２ｆ、２２ｇの周りに回動し、これに対応して押圧部材２２ａは、図１に示す上方位置と図４及び図５に示す下方位置との間で移動して第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２に対して進退自在である。ここで、押圧部材２２ａが図４及び図５に示す下方位置にあって第１部材Ｗ１又は第２部材Ｗ２の上面を所定荷重で押圧している際には、当接部材２４の下端が接触子２８ａの上端に当接して、接触子２８ａがセンサ本体２６内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動されており、変位センサ２５は、その変位量を検出して、加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の上面位置を検出自在とする検出信号をコントローラＣに送出する。

【0047】

ここで、変位センサ２５を用いて、接触子２８ａの変位量に応じ、加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の上面位置を各々検出するには、例えば、変位センサ２５が、変位センサ２５に与えられる第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の各々の所定の基準位置と接触子２８ａの移動された位置との差を検出してその検出信号をコントローラＣに送出し、コントローラＣが、予めそのメモリに記憶したテーブル形式や計算式等のデータを参照して、その差に対応する各々の上面位置を算出すればよい。また、この際、当接部材２４は、一対の保護部材２２ｈ１、２２ｈ２の間を通過する軌道を通ると共に、それらで他の部材の不要な接触等から保護される。なお、一対の保護部材２２ｈ１、２２ｈ２は、当接部材２４の軌道が何等かの事情によりずれた場合に、当接部材２４が一対の保護部材２２ｈ１、２２ｈ２の対応するものに当接してそれらの間に案内され得るように構成してもよい。

【0048】

接合ツール３０は、典型的には上下方向に延在する耐熱合金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プローブ３２と、プローブ３２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有して、プローブ３２を装脱自在に保持するホルダ３４と、プローブ３２に対して相対回転自在にホルダ３４に保持されてプローブ３２よりも大径の当接部材３６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、かかるプローブ３２を中心軸Ｚの周りに回転させる駆動機構３８と、を備える。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駆動力源であるモータやそれとホルダ３４とを連結するシャフト等を内蔵する。また、プローブ３２の中心軸Ｚの方向が、摩擦撹拌接合時にプローブ３２を回転して加工対象部材Ｗを押圧する押圧方向である。なお、当接部材３６は、プローブ３２に対して、相対回転自在であるが、上下方向（プローブ３２の中心軸Ｚの方向）には相対移動はしないものである。また、かかる当接部材３６は、典型的には、プローブ３２に嵌装されて中心軸Ｚに回転自在なベアリング部材３６ａ、及びその下部に固設されてベアリング部材３６ａを抜け止めするワッシャ３６ｂを有し、詳細は後述する変位センサ７０の接触子７４ａの上端部が、ワッシャ３６ｂの下面に当接し得るものである。また、摩擦撹拌接合装置１を用いた摩擦撹拌接合時には、プローブ３２に発生する熱膨張量は、実質発生しないと評価できる程度の無視し得るレベルである。

【0049】

ここで、筐体３８ａは、各種構成部品を支持しながら装着治具５２に固定されるフレーム部材としても機能し、その構造の一例として中空直方体状の形状を有するとものとする。かかる接合ツール３０においては、駆動機構３８がプローブ３２及び当接部材３６を保
持するホルダ３４を下方に移動させた場合には、プローブ３２の下部は、加工対象部材Ｗに圧入されていき、加工対象部材Ｗにおいて、第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に侵入する位置まで到達自在であると共に、特に図３及び図６に示すように、詳細は後述するプローブ検出機構６０のブロック部材６８の上面側及び載置治具１２の上面（載置面）をも各々所定荷重で押圧自在である。かかる所定荷重は、プローブ３２が加工対象部材Ｗを摩擦撹拌加工する際の加工時荷重よりも小さい値に設定される。載置治具１２は、接合ツール３０のプローブ３２と同等かそれよりも硬い金属等の材料で構成される。なお、加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１における上面を、便宜上、加工対象側面Ｗｓと呼ぶ。

【0050】

また、筐体３８ａには、駆動機構３８によるプローブ３２の上下方向の移動量を検出する検出器として、典型的にはロータリエンコーダを含む検出器Ｄが固設される。検出器Ｄは、モータとホルダ３４とを連結したシャフト等が回転した回数を計数して、その回数に基づいて、ホルダ３４が上下方向に移動した距離、つまりそれに保持されたプローブ３２の上下方向の移動量を検出自在である。

【0051】

具体的には、プローブ検出機構６０のブロック部材６８側に対して、駆動機構３８でホルダ３４に保持されたプローブ３２を所定の基準位置から下方に移動させて、プローブ３２の下端でブロック部材６８の上面側を所定荷重で押圧させる際には、検出器Ｄは、プローブ３２及びそれを保持したホルダ３４が所定の基準位置から下降して移動した移動量から、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さ、典型的には、ホルダ３４の上下端間の長さと、ホルダ３４の下端からプローブ３２の下端までのプローブ３２の長さと、を足した長さを検出自在である。検出器Ｄは、かかるホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出したならば、その検出信号をコントローラＣに送出する。ここで、このようなホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さには、摩擦撹拌接合時に発生する熱によって主としてホルダ３４が熱膨張した長さと、摩擦撹拌接合時に摩耗したプローブ３２の摩耗長さと、が反映され得て、かかる長さは、ホルダ３４が熱膨張した長さ分だけ長くなり、プローブ３２が摩耗した長さだけ短くなる。また、プローブ３２の下端、つまり、プローブ３２の先端の先端面は、ブロック部材６８に対して一定の状態で押圧され得るものであれば、平面に限らず、曲面であっても凹凸等を有するものであってもよい。

【0052】

また、載置治具１２の上面に対して、駆動機構３８でホルダ３４に保持されたプローブ３２を所定の基準位置から下方に移動させて、プローブ３２の下端で載置治具１２の上面を所定荷重で押圧させる際には、検出器Ｄは、プローブ３２及びそれを保持したホルダ３４が所定の基準位置から下降して移動した移動量を検出し、その移動量に応じ、載置治具１２の上面位置を検出自在とする検出信号をコントローラＣに送出する。ここで、検出器Ｄを用いて、プローブ３２及びそれを保持したホルダ３４の移動量に応じ、載置治具１２の上面位置を検出するには、コントローラＣが、予めそのメモリに記憶したテーブル形式や計算式等のデータを参照して、その移動量に対応する載置治具１２の上面位置を算出すればよい。なお、載置治具１２の上面位置は、検出器Ｄ自体がかかる移動量を用いて同様に算出してもよい。

【0053】

補助支持機構４０は、載置治具１２とは反対側で載置部１０ａの下面に当接する典型的には鉄材等の金属製のボール部材である補助支持部材４２と、補助支持部材４２をその中心位置を不動にしながら回転自在に保持するホルダ４４と、を備える。かかる補助支持機構４０においては、補助支持部材４２が加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下端と対向した状態で、補助支持部材４２が、その上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接しながら載置台１０を補助的に支持自在である。

【0054】

ロボット５０は、接合ツール３０と、載置台１０の載置治具１２上に固定された加工対象部材Ｗと、を相対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、側面視で２股形状を呈した金属製で接合ツール３０及び補助支持機構４０を対応して装着する上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂを有する典型的には鋼材の削り出し品である装着治具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。

【0055】

装着治具５２の上方装着部５２ａ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一方で、装着治具５２の下方装着部５２ｂには、補助支持機構４０のホルダ４４が装着されて固定される。アーム５４の一端の支持部５４ａには、装着治具５２の上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂ間の結合部が締結等により固定されて装着され、アーム５４の他端には、ロボット本体５６が連絡する。ロボット本体５６の駆動機構が動作することによりアーム５４が移動し、対応して、接合ツール３０と補助支持機構４０との相対的な位置的関係を維持したままで、上下左右等の多自由度でもって接合ツール３０及び補助支持機構４０を移動自在である。

【0056】

プローブ検出機構６０は、特に図３に示すように、床Ｆに固設された基台６２と、基台６２に立設された支柱６４と、支柱６４に固設された支持部６６と、支持部６６に固設されたブロック部材６８と、ブロック部材６８に装着された典型的には１個の変位センサ７０と、を備え、基台６２、支柱６４、支持部６６及びブロック部材６８は、いずれも充分な強度及び剛性を有する。

【0057】

ブロック部材６８の上面には、接合ツール３０のプローブ３２と同等かそれよりも硬い金属等の材料で構成された受け部材６８ａが固設される。かかる受け部材６８ａには、プローブ３２の下端が当接して押圧自在である一方で、ブロック部材６８の下面には、補助支持機構４０の補助支持部材４２が当接して押圧自在である。

【0058】

また、変位センサ７０は、変位センサ２５と同様に、典型的には接触式の変位検出センサであり、固定部材７２ａでブロック部材６８に固設されるセンサ本体７２と、センサ本体７２に連絡する接触子７４ａと、接触子７４ａを挿通してその端部以外を覆うベローズ７４ｂと、を備える。かかる接触子７４ａは、図示を省略するコイルスプリング等の付勢部材により、センサ本体７２に対して上方に付勢された付勢力を与えられて、センサ本体７２に装着されている。変位センサ７０は、接触子７４ａの上端が典型的にはワッシャ３６ｂの下面である当接部材３６の下面に当接した状態で、かかる接触子７４ａが、当接部材３６によりセンサ本体７２内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動された際の位置に応じて、プローブ３２の下端が受け部材６８ａの上面に当接してそれを所定荷重で押圧し、かつ補助支持部材４２がブロック部材６８の下面に当接してそれを所定荷重で押圧している場合のプローブ３２の先端長を検出自在である。なお、補助支持部材４２がブロック部材６８の下面に当接してそれを押圧する所定荷重は、プローブ３２の下端が受け部材６８ａの上面を押圧する所定荷重の反力であり、かかる所定荷重は、プローブ３２が加工対象部材Ｗを摩擦撹拌加工する際の加工時荷重よりも小さい値に設定される。

【0059】

かかるプローブ検出機構６０においては、図３に示すように、プローブ３２の下端が受け部材６８ａの上面に当接してそれを所定荷重で押圧し、かつ補助支持部材４２がブロック部材６８の下面に当接してそれを所定荷重で押圧しているときには、当接部材３６の下面が接触子７４ａの上端に当接して、接触子７４ａがセンサ本体７２内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動されており、その移動された距離に応じて、変位センサ７０は、プローブ３２における所定の基準面から、つまり当接部材３６の下面から、プローブ３２の先端位置を呈する下面までの長さ、つまりプローブ３２の先端長を検出自在である。なお、プローブ３２の基準面は、接触子７４ａの上端が当接し得るものであれば、凸部や凹部等の他の形状の基準部に置換可能である。また、プローブ３２の先端の先端面は、
前述したように、平面に限らず、曲面であっても凹凸等を有するものであってもよいが、プローブ３２の先端長は、当接部材３６の下面から、かかる曲面や凹凸等の最先端部までの長さとなる。

【0060】

検出器Ｄは、かかるプローブ３２の先端長を検出したならば、その検出信号をコントローラＣに送出する。ここで、プローブ３２は、摩擦撹拌接合時に発生する熱によっては実質熱膨張しないため、このようなプローブ３２の先端長には、その新品時のものに対して摩擦撹拌接合時に摩耗したプローブ３２の摩耗量のみが反映され得て、プローブ３２の先端長は、プローブ３２が摩耗した長さだけ短くなる。つまり、かかるプローブ３２の摩耗量が所定の限界値を超えると、プローブ３２を新品に交換することが必要となる。

【0061】

詳しくは、かかるプローブ３２の先端長は、プローブ３２が最初に使用される新品の場合には摩耗していないため、プローブ３２の寸法の誤差を反映しているものであり、プローブ３２が使用済み品の場合には摩耗しているため、プローブ３２の新品時の寸法誤差に加えその摩耗量をも反映しているものである。かかるプローブ３２の摩耗量は、コントローラＣがその新品時の先端長からその使用済み品である場合の先端長を差し引く演算をすることにより得られる。プローブ３２の新品時の先端長及び使用済み品である場合の先端長は、各々検出器Ｄにより検出されてメモリに記憶されたものをコントローラＣが用いればよい。コントローラＣが摩耗量が所定の限界値を超えたと判断した場合には、コントローラＣが図示を省略する表示器を点灯する等して、操作者に注意を促すことが好ましい。

【0062】

プローブクリーニング機構８０は、特に図７に示すように、プローブ検出機構６０の基台６２に立設された支柱８４と、支柱８４に固設された支持部８６と、共に支持部８６に固設された粗削り部８８ａ及び仕上げ研磨部８８ｂ、とを備え、支柱８４及び支持部８６は、いずれも充分な強度及び剛性を有する。粗削り部８８ａは、接合ツール３０のプローブ３２が回転された状態で、かかるプローブ３２の下部をその内部に収容した際に、その内部に固定して設けられた切削刃により、プローブ３２の下部に付着した加工屑を削り落とすことが可能である。また、仕上げ研磨部８８ｂは、接合ツール３０のプローブ３２が回転された状態で、かかるプローブ３２の下部をそれに当接した際に、その全面に固定して設けられた仕上げブラシ部材により、粗仕上げ後のプローブ３２の下部を摩擦撹拌加工に適用できるように研磨して仕上げることが可能である。

【0063】

また、プローブクリーニング機構８０は、特に図７に示すように、プローブ検出機構６０の基台６２を共用化して利用しており、プローブ検出機構６０に隣接して設けられている。このため、使用後のプローブ３２をクリーニングした後で、そのクリーニングしたプローブ３２をホルダ３４に装着して、直ちにその先端長を検出することが可能となると共に、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出することが可能となる。

【0064】

ここで、コントローラＣは、ロボット５０のロボット本体５６を介してアーム５４を移動し、接合ツール３０を載置治具１２に載置された加工対象部材Ｗの上方に位置させた後、かかる加工対象部材Ｗに対して接合ツール３０を下降させてプローブ３２を加工対象部材Ｗに圧入させると共に回転させることにより、プローブ３２で加工対象部材Ｗに摩擦熱を発生させながら撹拌すると共に、アーム５４でプローブ３２と加工対象部材Ｗとを相対移動して、加工対象部材Ｗを所定の接合線に沿って摩擦撹拌接合する制御を行う。併せて、コントローラＣは、プローブ検出機構６０にプローブ３２の先端長を検出させる制御、プローブ３２にプローブ検出機構６０のブロック部材６８の上面側を押圧させてホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出する制御、プローブ３２に載置治具１２の上面を押圧させてその上面位置を検出する制御、加工部材検出機構２０に加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の各々の上面位置を検出させる制御、及びプローブクリーニング機構８０にプローブ３２をクリーニングする制御を各々実行する。

【0065】

ついで、以上の構成の摩擦撹拌接合装置１を用いて、加工対象部材Ｗに対して摩擦撹拌接合を実行する際に、摩擦撹拌接合装置１で実施される種々の動作につき、以下詳細に説明する。

【0066】

まず、摩擦撹拌接合の今回の一連の工程を開始する前にその準備として、コントローラＣの制御の下で、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、プローブ検出機構６０のブロック部材６８の上面に固設された受け部材６８ａに対してその上方で対向するように配置させる。この際、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補助支持機構４０の補助支持部材４２は、ブロック部材６８を挟んでブロック部材６８の下面に当接して配置されている。

【0067】

このようにプローブ３２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、図３に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を下降させ、プローブ３２の下端を受け部材６８ａの上面に当接させた後に更にそれを所定荷重で押圧させる。この際、補助支持部材４２の上部の１点は、ブロック部材６８の下面に当接された後にそれを所定荷重で押圧する。

【0068】

ここで、当接部材３６の下面、つまりワッシャ３６ｂの下面が接触子７４ａの上端に当接して、変位センサ７０の接触子７４ａがセンサ本体７２内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動されており、変位センサ７０は、接触子７４ａ変位量であるそれが移動された距離に応じて、プローブ３２における基準面から、つまり当接部材３６の下面からプローブ３２の下端（先端）の下面（先端面）までの長さ、つまりプローブ３２の先端長を検出して、その検出信号をコントローラＣに送出する。かかるプローブ３２の先端長は、プローブ３２が新品の場合には、プローブ３２の寸法の誤差を反映しているものであり、プローブ３２が使用済み品の場合には、プローブ３２の新品時の寸法誤差に加えその摩耗量をも反映しているものであるが、コントローラＣは、いずれの場合にもメモリにかかる検出値を保存する。そして、コントローラＣは、かかる検出値を読み出して、プローブ３２の新品時の先端長からその使用済み品である場合の先端長を差し引く演算をすることにより、プローブ３２の摩耗量を算出する。コントローラＣが摩耗量が所定の限界値を超えたと判断した場合には、コントローラＣが表示器を点灯する。コントローラＣが表示器を点灯した場合には、操作者は、プローブ３２を新品に交換する。但し、今回の摩擦撹拌接合に用いるプローブ３２が新品の場合には、プローブ３２の摩耗量の算出処理は必要性がないので行わない。

【0069】

同時に、この際には、検出器Ｄは、プローブ３２及びそれを保持したホルダ３４が所定の基準位置から下降して移動した移動量から、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さ、典型的には、ホルダ３４の下端から上方のホルダ３４の少なくとも一部の長さと、ホルダ３４の下端からプローブ３２の下端までのプローブ３２の長さと、を足した長さを検出して、その検出信号をコントローラＣに送出する。ここで、このようなホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さには、摩擦撹拌接合時に発生する熱によって主としてホルダ３４が熱膨張した長さと、摩擦撹拌接合時に摩耗したプローブ３２の摩耗長さと、が反映され得て、かかる長さは、ホルダ３４が熱膨張した長さ分だけ長くなり、プローブ３２が摩耗した長さだけ短くなるものであり、コントローラＣは、いずれの場合にもメモリにかかる検出値を保存する。

【0070】

つまり、今回の摩擦撹拌接合が前回のものから間隔が空いてプローブ３２やホルダ３４の温度が常温に下がっている場合には、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さは
、プローブ３２が新品であればその寸法誤差を含むのみの基準長さとなり、プローブ３２が使用済み品であればその寸法誤差にその摩耗量を含む長さとなる。よって、かかる場合にプローブ３２が使用済み品であればその摩耗量分だけ、ホルダ３４に保持されたプローブ３２の下端（先端）の位置がその新品時の基準位置よりも上方に偏位されるから、ホルダ３４に保持されたプローブ３２の下端の位置を、その摩耗量分だけ下方に位置するように補正して基準位置に位置させる必要があるため、コントローラＣは、かかる検出値を読み出して、プローブ３２の下端の位置をその摩耗量分だけ下方に位置させて基準位置に位置させるように補正するための補正量を算出する。但し、今回の摩擦撹拌接合に用いるプローブ３２が新品の場合には、プローブ３２の下端の位置の補正量の算出処理は必要性がないので行わない。

【0071】

一方で、今回の摩擦撹拌接合が前回のものから間隔が空いておらずプローブ３２やホルダ３４の温度が高温である場合には、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さは、プローブ３２が新品であればその寸法誤差にプローブ３２以外のホルダ３４等の熱膨張量を含む基準長さとなり、プローブ３２が使用済み品であればその寸法誤差にプローブ３２以外のホルダ３４等の熱膨張量とプローブ３２の摩耗量とを含む長さとなる。よって、かかる場合にプローブ３２が使用済み品であればその摩耗量分とプローブ３２以外のホルダ３４等の熱膨張量とを加えた分だけ、ホルダ３４に保持されたプローブ３２の下端（先端）の位置がその新品時の当初位置よりも偏位されるから、ホルダ３４に保持されたプローブ３２の下端の位置をその偏位量分を相殺するように補正して基準位置に位置させる必要があるため、コントローラＣは、かかる検出値を読み出して、プローブ３２の下端の位置を、その偏位量を相殺して基準位置に位置させるように補正するための補正量を算出する。但し、今回の摩擦撹拌接合に用いるプローブ３２が新品の場合であっても、今回の摩擦撹拌接合が前回のものから間隔が空いておらずプローブ３２やホルダ３４の温度が高温である場合には、プローブ３２の下端の位置の補正量の算出処理は必要性があるので行うことになる。

【0072】

次に、コントローラＣの制御の下で、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、載置治具１２の上方の所定位置で、載置治具１２に対向するように配置させる。この際、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補助支持機構４０の補助支持部材４２は、載置台１０の載置部１０ａ及びその上に装着された載置治具１２を挟んで載置部１０ａの下面に当接して配置されている。

【0073】

このようにプローブ３２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、図６に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を下降させ、プローブ３２の下端を載置治具１２の上面に当接させた後に更にそれを所定荷重で押圧させる。この際、補助支持部材４２の上部の１点は、載置部１０ａの下面に当接された後にそれを所定荷重で押圧する。

【0074】

ここで、プローブ３２の下端が載置治具１２の上面を所定荷重で押圧する際には、駆動機構３８がホルダ３４を下降させているから、プローブ３２は下方に移動されており、検出器Ｄは、プローブ３２及びそれを保持したホルダ３４が所定の基準位置から下降して移動した移動量を検出して、その検出信号をコントローラＣに送出する。ここで、コントローラＣは、予めそのメモリに記憶したデータを参照して、その検出信号が示す移動量に対応する載置治具１２の上面位置を算出する。かかる載置治具１２の上面位置は、載置治具１２が最初に使用される新品の場合にはその寸法や取付けの誤差を反映し、載置治具１２が使用済み品の場合には加工対象部材Ｗの塗装の付着等の程度をも反映しているものであるため、コントローラＣは、かかる載置治具１２の上面位置の誤差や塗装の付着等が基準
よりも大きい場合には、プローブ３２の下端の位置の補正量に、かかる載置治具１２の上面位置を加味して、新たにプローブ３２の下端の位置の補正量を算出する。

【0075】

次に、加工対象部材Ｗの第２部材Ｗ２のみを載置台１０の載置治具１２上に載置した後、コントローラＣの制御の下で、図４に示すように、加工部材検出機構２０のモータ２２ｂを駆動して、押圧部材２２ａを第２部材Ｗ２の上方領域に進入させながら下方に移動して、その下面を第２部材Ｗ２の上面に当接させた後に更にそれを所定荷重で押圧させる。

【0076】

ここで、当接部材２４の下端が接触子２８ａの上端に当接して、接触子２８ａがセンサ本体２６内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動されており、その移動された距離、具体的には第２部材Ｗ２の上面位置に関する所定の基準位置とその移動された位置との差である接触子２８ａの変位量を検出して、その検出信号をコントローラＣに送出する。コントローラＣは、予めそのメモリに記憶したテーブル形式や計算式等のデータを参照して、その検出信号が示す接触子２８ａの変位量に対応する第２部材Ｗ２の上面位置を算出する。ここで、かかる第２部材Ｗ２の上面位置は、その板厚寸法や取付けの誤差を反映しているものであるから、コントローラＣは、かかる第２部材Ｗ２の上面位置の誤差が基準よりも大きい場合には、プローブ３２の下端の位置の補正量に、かかる第２部材Ｗ２の上面位置を加味して、新たにプローブ３２の下端の位置の補正量を算出する。

【0077】

次に、一旦、コントローラＣの制御の下で、モータ２２ｂを駆動して、押圧部材２２ａを上方に移動して第２部材Ｗ２の上方領域から退出させて、載置台１０の載置治具１２上に載置された加工対象部材Ｗの第２部材Ｗ２の上に第１部材Ｗ１をも載置した後、再び、コントローラＣの制御の下で、図５に示すように、モータ２２ｂを駆動して、押圧部材２２ａを第１部材Ｗ１の上方領域に進入させながら下方に移動し、その下面を第１部材Ｗ１の上面に当接させた後に更にそれを所定荷重で押圧させる。

【0078】

ここで、当接部材２４の下端が接触子２８ａの上端に当接して、接触子２８ａがセンサ本体２６内に付勢力に抗して押し込まれながら下方に移動されており、その移動された距離、具体的には第１部材Ｗ１の上面位置に関する所定の基準位置とその移動された位置との差である接触子２８ａの変位量を検出して、その検出信号をコントローラＣに送出する。コントローラＣは、予めそのメモリに記憶したテーブル形式や計算式等のデータを参照して、その検出信号が示す接触子２８ａの変位量に対応する第１部材Ｗ１の上面位置を算出する。ここで、かかる第１部材Ｗ１の上面位置は、第２部材Ｗ２のものに加え、第１部材Ｗ１の板厚寸法や取付けの誤差を反映しているものであるから、コントローラＣは、かかる第１部材Ｗ１の上面位置の誤差が基準よりも大きい場合には、プローブ３２の下端の位置の補正量に、かかる第１部材Ｗ１の上面位置を加味して、新たにプローブ３２の下端の位置の補正量を算出する

【0079】

次に、コントローラＣの制御の下で、図１に示すように、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、加工対象部材Ｗの上方の所定位置で、加工対象部材Ｗに対向するように配置すると共に、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補助支持機構４０の補助支持部材４２を、加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下部と対向するようにその補助支持部材４２の上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接させる。この際、加工対象部材Ｗの位置は、保持部材で加工対象部材Ｗの一部を保持することにより、正確に維持される。

【0080】

次に、このようにプローブ３２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を下降させ、プローブ３２の下部を、加工
対象部材Ｗにおいて第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に侵入する所定位置まで到達させる。この際、かかるプローブ３２が第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に対する侵入深さは、コントローラＣが、予め設定された規準の侵入深さを、以上の工程で検出されたプローブ３２の先端長、載置治具１２の上面位置、第２部材Ｗ２の上面位置、及び第１部材Ｗ１の上面位置を考慮して算出された補正量で増減する補正をすることにより設定され、摩擦溶融接合の実行時には実質的に一定に維持されるものである。なお、この際、必要に応じて、接合ツール３０の駆動機構３８は、ホルダ３４を介してプローブ３２を回転させていてもよい。

【0081】

次に、このようにプローブ３２の下部が所定位置に到達したならば、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を継続的に回転させた状態で、ロボット本体５６の駆動機構が、プローブ３２及び補助支持部材４２がこれらの加工対象部材Ｗに対する位置的な対応関係を維持した状態で所定の加工方向である移動方向に移動されるように、アーム５４を移動させる。その結果、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２とは、プローブ３２の下部の移動した軌跡に対応して、摩擦撹拌接合されていく。併せて、補助支持部材４２は、加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下部と対向するように補助支持部材４２の上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接した状態でホルダ４４内において回転しながら、所定の加工方向の方向に移動されている。

【0082】

次に、このようにアーム５４の移動に伴ってプローブ３２を摩擦撹拌接合が必要な部位の終点である所定位置まで移動させ終えると、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８が、プローブ３２の回転を維持したままでプローブ３２を上方に移動させて加工対象部材Ｗから引き抜き、その上方位置まで上昇させた後にその移動を停止させる。そして、ロボット本体５６の駆動機構が、アーム５４を移動させて、プローブ３２及び補助支持部材４２を、加工対象部材Ｗの上下領域から退出させた後にその移動を停止させる。

【0083】

次に、このようにプローブ３２及び補助支持部材４２を退出させ終わると、コントローラＣの制御の下で、モータ２２ｂを駆動して、押圧部材２２ａを上方に移動して加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１の上方領域から退出させた後にその移動を停止させる。

【0084】

次に、保持部材を外して加工対象部材Ｗを解放し、加工対象部材Ｗを載置台１０から取り外せば、所定の部位が摩擦撹拌接合された加工品が得られる。

【0085】

更に、プローブ３２を交換せずに摩擦撹拌接合の次の一連の工程を開始する場合には、プローブ検出機構６０を用いてプローブ３２の先端長を検出する前に、プローブ３２のクリーニングを行う。もちろん、プローブ３２を摩擦撹拌接合時毎に交換する場合には、かかる工程は必要ない。

【0086】

具体的には、コントローラＣの制御の下で、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、プローブクリーニング機構８０の粗削り部８８ａに対してその上方で対向するように配置させる。この際、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補助支持機構４０の補助支持部材４２は、支持部８６の下面に当接している必要はない。

【0087】

このようにプローブ３２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、図７に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を回転させながら下降させ、プローブ３２の下部を粗削り部８８ａの内部に収容させてそれを所定時間ほど荒削りさせ
る。

【0088】

次に、かかる所定時間が経過したならば、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を上方に移動させてプローブ３２を粗削り部８８ａから引き上げ、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、プローブクリーニング機構８０の仕上げ研磨部８８ｂに対してその上方で対向するように配置させる。この際、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補助支持機構４０の補助支持部材４２は、支持部８６の下面に当接している必要はない。

【0089】

このようにプローブ３２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を回転させながら下降させ、プローブ３２の下部を仕上げ研磨部８８ｂの内部に収容させてそれを所定時間ほど仕上げ研磨させる。

【0090】

そして、かかる所定時間が経過したならば、順次、プローブ検出機構６０を用いてプローブ３２の先端長を検出し、プローブ３２にプローブ検出機構６０のブロック部材６８の上面側を押圧させてホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出し、プローブ３２に載置治具１２の上面を押圧させながらその上面位置を検出し、加工部材検出機構２０を用いながら加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の各々の上面位置を検出した後、摩擦撹拌接合を実行していけばよい。

【0091】

なお、以上の本実施形態の構成においては、プローブ３２に載置治具１２の上面を押圧させてその上面位置を検出する工程は、載置治具１２の塗装の付着等が無視し得る場合には、その頻度を減らしてもよいし、より工程を簡便化するために省略してもかまわない。

【0092】

また、以上の本実施形態の構成においては、以上の本実施形態の構成においては、補助支持機構４０を適用した構成例で説明したが、必要とされる加工精度が相対的に低い場合等では、補助支持機構４０は省略してもかまわない。

【0093】

また、以上の本実施形態の構成においては、補助支持機構４０の補助支持部材４２をボール部材として説明したが、その他の回転等の可動部材も適用できるし、摩擦等が発生しにくい場合には固定部材を用いてもかまわない。

【0094】

以上の本実施形態の構成によれば、駆動機構３８が、プローブ３２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有してプローブ３２を保持したホルダ３４を下方に移動するに伴って、検出器Ｄが、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出自在であると共に、プローブ検出機構６０が、プローブ３２のみの部材の長さである先端長を検出自在であることにより、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さが、ホルダ３４の熱膨張及びプローブ３２の摩耗を反映するものであるため、摩擦撹拌接合装置１を用いて行われる摩擦撹拌接合時の加工対象部材Ｗに対するプローブ３２の挿入量の補正を的確に行うことができ、かつ、プローブ３２の先端長が、プローブ３２の摩耗のみを反映するものであるため、プローブ３２の摩耗量が上限を超えた場合には的確にそれを交換することができて、摩擦撹拌接合を実行する上で最適な態様で、特にプローブ３２の摩耗量や先端位置を検出して、摩擦撹拌接合時における加工対象部材Ｗに対するプローブの侵入位置を最適な位置に制御することができる。

【0095】

また、本実施形態の構成によれば、プローブ検出機構６０が、その位置が固定されたブロック部材６８、及びブロック部材６８側に固定された変位センサ７０を有し、プローブ３２の先端長を検出する際には、移動機構５０でアーム５４を移動させて接合ツール３０
をブロック部材６８に対向させた後、駆動機構３８でプローブ３２を保持したホルダ３４を下降させてプローブ３２の先端でブロック部材６８の上面側を押圧させると共に、変位センサ７０の接触子７４ａが接合ツール３０の当接部材３６に接触して移動されることで接触子７４ａの変位が検出されることにより、簡便な構成により、検出実行時のプローブ３２の位置を確実に固定しながら、確実にプローブ３２の摩耗量や先端位置を検出することができる。

【0096】

また、本実施形態の構成によれば、検出器Ｄが、駆動機構３８によるホルダ３４及びホルダ３４に保持されたプローブ３２の上下方向の移動量を検出自在であり、移動機構５０でアーム５４を移動させて接合ツール３０をブロック部材６８に対向させた後、駆動機構３８でプローブ３２を保持したホルダ３４を下降させてプローブ３２の先端部でブロック部材６８の上面側を押圧させるまでの移動量に基づいて、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さを検出することにより、簡便な構成により、確実にプローブ３２の先端位置を検出することができる。

【0097】

また、本実施形態の構成によれば、更に、載置部材１２を支持部材４２で支持して、加工対象部材Ｗの上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構４０を備え、補助支持機構４０はアーム５４に装着され、ホルダ３４及びプローブ３２を含む部材の長さ及びプローブ３２の先端長を検出する際には、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部でブロック部材６８の上面側を押圧させると共に、支持部材４２でブロック部材６８の下面側を支持することにより、摩擦撹拌接合の実行時にプローブ３２と加工対象部材Ｗとをより正確に位置させることができ、プローブ３２と加工対象部材Ｗとの間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦撹拌接合することができると共に、検出実行時のプローブ３２の位置をより確実に固定しながら、より確実にプローブ３２の摩耗量や先端位置を検出することができる。

【0098】

また、本実施形態の構成によれば、更に、プローブ３２をクリーニングするプローブクリーニング機構８０を備え、プローブクリーニング機構８０が、粗削り部８８ａ及び仕上げ研磨部８８ｂを有し、プローブ３２をクリーニングする際には、移動機構５０がアーム５４を移動して接合ツール３０を粗削り部８８ａに対向させた後、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部を粗削り部８８ａ内に収容させると共に、接合ツール３０を回転させて先端部を粗削りし、ついで、移動機構５０がアーム５４を移動して接合ツール３０を仕上げ研磨部８８ｂに対向させた後、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部を仕上げ研磨部８８ｂ内に収容させると共に、接合ツール３０を回転させて先端部を仕上げることにより、簡便な構成により、プローブ３２の自転を利用して、確実にプローブ３２をクリーニングすることができる。

【0099】

また、本実施形態の構成によれば、検出器Ｄが、駆動機構３８によるホルダ３４及びホルダ３４に保持されたプローブ３２の上下方向の移動量を検出自在であり、移動機構５０がアーム５４を移動して接合ツール３０を載置部材１２の載置面に対向させた後、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部で載置部材１２の載置面を押圧するまでの移動量を検出することにより、載置部材１２の載置面を検出するための付加的なセンサを設けることなく、簡便な構成で、確実に載置部材１２の載置面の面位置を検出することができる。

【0100】

また、本実施形態の構成によれば、更に、載置部材１２を支持部材４２で支持して、加工対象部材Ｗの上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構４０を備え、移動機構５０がアーム５４を移動して接合ツール３０を載置部材１２の載置面に対向させた後に、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部で載置部材１２の載置面を押圧するまでの移動量を検出する際には、接合ツール３０を下降させてプローブ３２の先端部を載
置部材１２の載置面を押圧すると共に、支持部材４２で載置部材１２の載置面とは反対側を支持することにより、摩擦撹拌接合の実行時にプローブ３２と加工対象部材Ｗとをより正確に位置させることができ、プローブ３２と加工対象部材Ｗとの間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦撹拌接合することができると共に、載置部材１２の載置面を検出するための付加的なセンサを設けることなく、簡便な構成で、より確実に載置部材１２の載置面の面位置を検出することができる。

【0101】

また、本実施形態の構成によれば、更に、更に、載置部材１２に載置された加工対象部材Ｗを押圧自在な押圧部材２２ａ、及び載置部材１２側に固定された変位センサ２５を有する加工部材検出機構２０を備え、押圧部材２２ａが加工対象部材Ｗの上面を押圧する際には、変位センサ２５の接触子２８ａが押圧部材２２ａ側に接触して移動されることにより接触子２８ａの変位量が検出されることにより、更に、載置部材１２に載置した状態の加工対象部材Ｗの面位置を検出できて、摩擦撹拌接合時における加工対象部材Ｗに対するプローブ３２の侵入位置を確実に最適な位置に制御することができる。

【0102】

また、本実施形態の構成によれば、加工対象部材Ｗが、下方部材Ｗ２及び上方部材Ｗ１を有し、押圧部材２２ａが載置部材１２上に載置された下方部材Ｗ２の上面を押圧する際には、変位センサ２５の接触子２８ａが押圧部材２２ａ側に接触して移動されることにより接触子２８ａの変位量が検出され、押圧部材２２ａが下方部材Ｗ２上に載置された上方部材Ｗ１の上面を押圧する際には、変位センサ２５の接触子２８ａが押圧部材２２ａ側に接触して移動されることで接触子２８ａの変位量が検出されることにより、載置部材１２に載置した状態の加工対象部材Ｗの各構成部材Ｗ１、Ｗ２の上面位置を各々検出できて、摩擦撹拌接合時における加工対象部材Ｗに対するプローブ３２の侵入位置をより確実に最適な位置に制御することができる。

【0103】

また、本実施形態の構成によれば、プローブ検出機構６０、加工部材検出機構２０、プローブクリーニング機構８０、及び載置部材１２に載置された加工対象部材Ｗは、移動機構５０によるアーム５４の移動で規定される接合ツール３０の可動範囲内に配設されることにより、摩擦撹拌接合装置１全体の構成をコンパクトに維持し、かつ構成部品間の位置整合性の高い態様で、プローブ３２を必要に応じてクリーニングしながら、プローブ３２の摩耗量や先端位置、載置部材１２の載置面の面位置、及び載置部材１２に載置した状態の加工対象部材Ｗの面位置を検出することができる。

【0104】

また、本実施形態の構成によれば、移動機構５０は、産業用ロボットであることにより、より汎用的な構成で、プローブ検出機構６０、プローブクリーニング機構８０、及び載置部材１２に載置された加工対象部材Ｗに対して、プローブ３２を正確に移動することができる。

【0105】

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。

【産業上の利用可能性】

【0106】

以上のように、本発明においては、摩擦撹拌接合を実行する上で最適な態様で、特にプローブの摩耗量や先端位置を検出して、摩擦撹拌接合時における加工対象部材に対するプローブの侵入位置を最適な位置に制御することが可能である摩擦撹拌接合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撹拌接合分野に適用され得るものと期待される。

【符号の説明】

【0107】

Ｗ…加工対象部材
Ｗ１…第１部材
Ｗ２…第２部材
Ｗｓ…加工対象側面
Ｄ…検出器
Ｃ…コントローラ
Ｆ…床
１…摩擦撹拌接合装置
１０…載置台
１０ａ…載置部
１２…載置治具
２０…加工部材検出機構
２２ａ…押圧部材
２２ｂ…モータ
２２ｃ…シャフト
２２ｄ…基体
２２ｅ…支持部材
２２ｆ、２２ｇ…回動軸
２２ｈ…保護部
２２ｈ１、２２ｈ２…保護部材
２４…当接部材
２５…変位センサ
２６…センサ本体
２６ａ…固定部材
２８ａ…接触子
２８ｂ…ベローズ
３０…接合ツール
３２…プローブ
３４…ホルダ
３６…当接部材
３６ａ…ベアリング部材
３６ｂ…ワッシャ
３８…駆動機構
３８ａ…筐体
４０…補助支持機構
４２…補助支持部材
４４…ホルダ
５０…ロボット
５２…装着治具
５２ａ…上方装着部
５２ｂ…下方装着部
５４…アーム
５４ａ…支持部
５６…ロボット本体
６０…プローブ検出機構
６２…基台
６４…支柱
６６…支持部
６８…ブロック部材
６８ａ…受け部材
６８ｂ…下面
７０…変位センサ
７２…センサ本体
７２ａ…固定部材
７４ａ…接触子
７４ｂ…ベローズ
８０…プローブクリーニング機構
８４…支柱
８６…支持部
８８ａ…粗削り部
８８ｂ…仕上げ研磨部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】