特許 6099291 摩擦攪拌接合用工具及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6099291

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合用工具及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20170313BHJP

   B23P 23/00 20060101ALI20170313BHJP

   B23Q 3/155 20060101ALI20170313BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 340

   B23P23/00 Z

   B23Q3/155 Z

   B23Q3/155 F

   B23Q17/09 B

【請求項の数】13

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2016-548323(P2016-548323)

(86)(22)【出願日】2015年12月28日

(86)【国際出願番号】JP2015086460

【審査請求日】2016年7月25日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000114787

【氏名又は名称】ヤマザキマザック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100203770

【弁理士】

【氏名又は名称】脇海道 豊

(72)【発明者】

【氏名】植村 和樹

(72)【発明者】

【氏名】蜂谷 正泰

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１１３５４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０９９７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００９０２１８５０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０００６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１９９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４８０６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｐ ２３／００

Ｂ２３Ｑ ３／１５５

Ｂ２３Ｑ １７／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホルダ本体及び回転主軸に結合されるシャンク部を有するピンホルダと、
前記ホルダ本体に取り付けられる攪拌ピンと、
前記ピンホルダを内挿する筒状部及び主軸フレームに結合される板状部を有するハウジングと、を備え、
前記ピンホルダは、該ピンホルダを前記回転主軸に脱着するための把持部を前記ホルダ本体と前記シャンク部との間に有し、
前記筒状部の一方の端部にショルダ部が形成され、
前記板状部の上面には、前記主軸フレームと係合する被係合部が固定されており、
前記ピンホルダは前記回転主軸に、前記ハウジングは前記主軸フレームに、それぞれ自動交換される
ことを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。

【請求項2】

前記回転主軸に結合された状態の前記ピンホルダと前記主軸フレームに結合された状態の前記ハウジングとの間に隙間が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項3】

前記被係合部は、プルスタッドである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項4】

前記被係合部は、ロケートリングである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項5】

前記被係合部は、前記筒状部の周囲に複数配置されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項6】

前記ハウジングの筒状部は、前記ショルダ部が形成された着脱自在な交換ブロックを有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項7】

前記交換ブロックは、把持溝を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項8】

前記交換ブロックは、前記ショルダ部の一部を前記交換ブロックの軸方向に延長した肩当部をさらに有する
ことを特徴とする請求項７に記載の摩擦攪拌接合用工具。

【請求項9】

回転主軸を内包する主軸フレームと、前記主軸フレームに取り付けられる摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、前記摩擦攪拌接合用工具を一時保管する工具保管装置と、前記主軸フレーム及び前記加工テーブルの動きを制御するＮＣ装置と、を備えた工作機械であって、
前記摩擦攪拌接合用工具は、前記回転主軸に結合されるシャンク部を有するピンホルダと、前記ピンホルダに取り付けられる攪拌ピンと、前記ピンホルダを内挿する筒状部及び主軸フレームに結合される板状部を有するハウジングと、を備え、前記筒状部の一方の端部にショルダ部が形成されるとともに、前記板状部の上面には前記主軸フレームと係合する被係合部が固定されており、
前記工具保管装置は、前記ピンホルダのストックを保管する工具マガジン及び前記加工テーブル上に配置されたハウジング載置台をそれぞれ別体として含む
ことを特徴とする工作機械。

【請求項10】

前記ハウジングの筒状部は、前記ショルダ部が形成された交換ブロックを有し、
前記工具保管装置は、前記交換ブロックのストックをさらに保管する
ことを特徴とする請求項９に記載の工作機械。

【請求項11】

前記ＮＣ装置は、接合プログラムと切削プログラムとを有し、前記接合プログラム又は前記切削プログラムに指定されている工具を、前記工具保管装置から自動交換して加工を実施する
ことを特徴とする請求項１０に記載の工作機械。

【請求項12】

前記接合プログラムは、前記攪拌ピン及び前記ショルダ部に対するそれぞれの識別番号のデータを含み、
前記ＮＣ装置は、前記接合プログラムで指定されている前記攪拌ピンの識別番号と前記ショルダ部の識別番号との組合せが、前記工具マガジンにストックされている前記ピンホルダに取り付けられた前記攪拌ピンと前記ハウジング載置台にストックされている前記交換ブロックに形成されている前記ショルダ部と、を用いて実施できないと判断した場合に、警報を発するとともに工具の自動交換を停止する
ことを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。

【請求項13】

前記接合プログラムは、前記攪拌ピン及び前記ショルダ部に対するそれぞれの寿命時間のデータをさらに含み、
前記ＮＣ装置は、通算接合時間を計時するとともに、前記通算接合時間が前記寿命時間に達したと判断したときに、前記攪拌ピンを有する前記ピンホルダ又は前記ショルダ部を有する前記交換ブロックを自動交換する
ことを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械に関し、特に、別体で構成されたピンとショルダとに自動交換可能となる着脱機構を設けた自動交換型の摩擦攪拌接合用工具と、当該摩擦攪拌接合用工具のピン及びショルダを自動交換できる工作機械と、に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転ヘッドにピンとショルダとを別体に取り付けてワークの突合せ部を摩擦攪拌接合する接合装置が知られている（特許文献１参照）。
このような接合装置によれば、ワークの上面に接触するショルダをワークに対して非回転とし、回転するピンをワークの突合せ部に押し込んだ状態で接合することにより、接合に必要な摩擦発熱をピンの回転のみで充足し得るという利点がある。

【0003】

一方、摩擦攪拌接合を行う回転ツールを主軸ユニットに着脱する交換作業を行う自動交換装置を備えた摩擦攪拌接合装置も公知である（特許文献２参照）。
このような接合装置によれば、簡単な構成で交換作業を容易に行うことができ、交換時間の短縮も図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許５４０４３８９号公報

【特許文献2】特開２００９−２０８１１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されている接合装置は、ピンとショルダとを別体に形成することにより、接合されるワークの板厚が変化した場合等にショルダから突出するピンの長さを調整することができる。
しかしながら、ピンを保持している工具シャンクを、ショルダ（非回転スライド肩部）を備えた下部ハウジングの内部に位置するスピンドルに取り付ける必要があるため、ピンを交換する際には、主軸ハウジングにボルト等で締結されている下部ハウジングを取り外さなければならず、人手や工数がかかっていた。

【0006】

一方、特許文献２に記載されている接合装置は、主軸ユニットと自動交換装置の工具マガジンとの間で回転ツールを自動で受け渡しすることができるため、人手や工数を削減できる。
しかしながら、ピンとショルダとが一体形成された回転ツールを主軸ユニットに着脱する構造のため、ピンとショルダとが別体となった接合ツールには直接適用できない。

【0007】

そこで、本発明の目的は、ピンとショルダとを別体で構成した上で、ツールの自動交換に適した摩擦攪拌接合用工具、及び当該摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明による摩擦攪拌接合用工具は、回転主軸に結合されるシャンク部を有するピンホルダと、前記ピンホルダに取り付けられる攪拌ピンと、前記ピンホルダを内挿する筒状部及び主軸フレームに結合される被係合部を有するハウジングと、を備え、前記筒状部の一方の端部にショルダ部が形成されていることを特徴とする。

【0009】

本発明による摩擦攪拌接合用工具の一の実施例において、前記被係合部は、プルスタッドである。
また、本発明による摩擦攪拌接合用工具の他の実施例において、前記被係合部は、ロケートリングである。
さらに、前記被係合部は、前記筒状部の周囲に複数配置されている。このとき、前記ピンホルダは、把持溝を有してもよい。

【0010】

本発明による摩擦攪拌接合用工具のさらに他の実施例において、前記ハウジングの筒状部は、前記ショルダ部が形成された交換ブロックを有する。このとき、前記交換ブロックは、把持溝を有してもよい。
また、前記交換ブロックは、前記ショルダ部から突出する肩当部をさらに有する。

【0011】

本発明による工作機械は、回転主軸を内包する主軸フレームと、前記主軸フレームに取り付けられる摩擦攪拌接合用工具と、ワークを保持する加工テーブルと、前記摩擦攪拌接合用工具を一時保管する工具保管装置と、前記主軸フレーム及び前記加工テーブルの動きを制御するＮＣ装置と、を備え、前記摩擦攪拌接合用工具は、前記回転主軸に結合されるシャンク部を有するピンホルダと、前記ピンホルダに取り付けられる攪拌ピンと、前記ピンホルダを内挿する筒状部及び主軸フレームに結合される被係合部を有するハウジングと、を備え、前記筒状部の一方の端部にショルダ部が形成されており、前記工具保管装置は、前記加工テーブル上に配置されたハウジング載置台を含むことを特徴とする。

【0012】

本発明による工作機械の一の実施例において、前記工具保管装置は、前記ピンホルダのストックを保管する工具マガジンをさらに含む。
また、前記ハウジングの筒状部は、前記ショルダ部が形成された交換ブロックを有し、
前記工具マガジンは、前記交換ブロックのストックをさらに保管する。

【0013】

本発明による工作機械の他の実施例において、前記ＮＣ装置は、接合プログラムと切削プログラムとを有し、前記接合プログラム又は前記加工プログラムに指定されている工具を、前記工具保管装置から自動交換して加工を実施する。
また、前記接合プログラムは、前記攪拌ピン及び前記ショルダ部に対するそれぞれの識別番号のデータを含み、前記ＮＣ装置は、前記接合プログラムで指定されている前記攪拌ピンの識別番号と前記ショルダ部の識別番号との組合せが、前記工具マガジンにストックされている前記ピンホルダに取り付けられた前記攪拌ピンと前記ハウジング載置台にストックされている前記交換ブロックに形成されている前記ショルダ部と、を用いて実施できないと判断した場合に、警報を発するとともに工具の自動交換を停止するように構成してもよい。
さらに、前記接合プログラムは、前記攪拌ピン及び前記ショルダ部に対するそれぞれの寿命時間のデータをさらに含み、前記ＮＣ装置は、通算接合時間を計時するとともに、前記通算接合時間が前記寿命時間に達したと判断したときに、前記攪拌ピンを有する前記ピンホルダ又は前記ショルダ部を有する前記交換ブロックを自動交換するように構成してもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の摩擦攪拌接合用工具は、以上の構造を備えることにより、ピンとショルダとを別体で構成した上で、ツールの自動交換に適用することができる。
また、ハウジングに交換ブロックを取り付ける構成とすることにより、重量やサイズの大きいハウジングを毎回交換することなく、ショルダ部を含む交換ブロックのみを交換することで対応できるため、交換品にかかるコストを低減することができる。
さらに、交換ブロックを切削工具ホルダやピンホルダとともに工具保管装置（工具マガジン）に保管することもできる。

【0015】

本発明の摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械は、以上の構成を備えることにより、加工ヘッドの動きのみでピンホルダ及びハウジングの自動交換をそれぞれ実施することができるため、結果として人手や工数を削減できる。
また、接合プログラムによって接合処理を自動で実施する間に、摩擦攪拌接合用工具の寿命時間の経過をオペレータに知らせるとともに、自動で工具交換を実行して接合を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施例によるテーブルクランプ装置を用いたパレットチェンジャを備える工作機械を示す斜視図であって、カバーを含む外観を示す。

【図2】図１に示した工作機械の加工ヘッドの概要を示す断面図である。

【図3A】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の断面図である。

【図3B】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図３Ａに示すピンホルダの斜視図である。

【図3C】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図３Ａに示すハウジングの斜視図である。

【図4】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具と加工ヘッドとの取付構造の詳細を示す断面図である。

【図5A】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、ハウジングを載置していない場合を示す。

【図5B】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、ハウジングを載置した場合を示す。

【図6A】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、接合中の状態を示す。

【図6B】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング載置台への移動中の状態を示す。

【図6C】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジングがハウジング載置台上に載置された状態を示す。

【図6D】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング取り外し後の状態を示す。

【図7A】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング取り外し直後の状態を示す。

【図7B】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、工具マガジンへの移動中の状態を示す。

【図7C】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、工具マガジンにピンホルダを受け渡した状態を示す。

【図7D】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、工具マガジンが別のピンホルダを受け渡し位置に準備した状態を示す。

【図7E】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、工具マガジンから別のピンホルダを受け取った状態を示す。

【図7F】本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、再びハウジング載置台へ移動中の状態を示す。

【図8】本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。

【図9A】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の断面図である。

【図9B】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図９Ａに示すハウジングの斜視図である。

【図9C】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図９Ｂに示すハウジングの下端に取り付けられる交換ブロックの斜視図である。

【図10A】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、ハウジング及び交換ブロックを載置していない場合を示す。

【図10B】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、ハウジング及び交換ブロックを載置した場合を示す。

【図11A】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、接合中の状態を示す。

【図11B】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング載置台への移動中の状態を示す。

【図11C】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング載置台の把持爪に交換ブロックを取り外した状態を示す。

【図11D】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジングがハウジング載置台上に載置された状態を示す。

【図11E】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、ハウジング取り外し後の状態を示す。

【図12A】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における交換ブロックの自動交換作業の概要を示す斜視図であり、把持爪に交換ブロックを把持させる動作を示す。

【図12B】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における交換ブロックの自動交換作業の概要を示す斜視図であり、交換ブロックの取り外し動作を示す。

【図12C】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における交換ブロックの自動交換作業の概要を示す斜視図であり、別の交換ブロックの取り付け動作を示す。

【図12D】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における交換ブロックの自動交換作業の概要を示す斜視図であり、交換ブロックの交換後の状態を示す。

【図13】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。

【図14】本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具における交換ブロックの自動交換作業の変形例を示す斜視図である。

【図15A】本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具と加工ヘッドとの取付構造の詳細を示す断面図であり、摩擦攪拌接合用工具の取り付け前の状態を示す。

【図15B】本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具と加工ヘッドとの取付構造の詳細を示す断面図であり、摩擦攪拌接合用工具を取り付けた状態を示す。

【図16】本発明の第４実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。

【図17】本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具とワークとの関係を示す要部断面図である。

【図18A】本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具を用いて箱状ワークに摩擦攪拌接合を実施する動作の概要を示す斜視図であって、第１のパスを接合している状態を示す。

【図18B】本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具を用いて箱状ワークに摩擦攪拌接合を実施する動作の概要を示す斜視図であって、第１のパスと交差する第２のパスを接合している状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の概要を示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械１は、本体部１０と、カバー２０と、マンマシンインターフェース３０と、を備える。

【0018】

工作機械１の本体部１０は、ワークＷを保持する加工テーブル１２と、ワークＷに対してＸＹＺ方向にそれぞれ移動可能な加工ヘッド１４と、後述するピンホルダや切削工具ホルダ等の各種工具ホルダのストックを保管する工具マガジン１６と、上記加工テーブル１２上に配置されたハウジング載置台１８と、を備える。
加工テーブル１２は、その上面にワークＷを保持固定する固定装置（図示せず）と後述する摩擦攪拌接合用工具のハウジングを一時保管するハウジング載置台１８とが取り付けられている。

【0019】

カバー２０は、工作機械１の本体部１０が風や水等の外部環境に直接晒されることがないように、当該本体部１０の周囲を囲繞するように配置される。
また、カバー２０は、外部空間から内部空間にアクセスするための開口部２２と、上記内部空間において本体部１０の加工テーブル１２が存在するエリアを２つの加工エリアとして規定する第１の仕切板２４と、上記工具マガジン１６が配置された収納エリアと上記加工エリアとを規定する第２の仕切板２６と、を備えている。

【0020】

カバー２０の上記開口部２２の近傍には、マンマシンインターフェース３０が取り付けられている。
マンマシンインターフェース３０は、工作機械１全体の動きを制御するＮＣ装置と、当該ＮＣ装置が実行する加工制御における加工条件等をオペレータが入力するための入力装置と、オペレータに加工条件や各種センサによる検出結果等を表示する表示装置と、を備える。
ＮＣ装置は、主制御部と、接合プログラムや切削プログラム等の各種制御プログラムを記憶するメモリと、を有している。

【0021】

図２は、図１に示した工作機械の加工ヘッドの概要を示す断面図である。
図２に示すように、加工ヘッド１４は、筐体をなす中空の主軸フレーム１４ａと、当該主軸フレームに内包される回転主軸１４ｂと、を含む。

【0022】

加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａは、図示を省略するＸＹＺ駆動機構に取り付けられてＸＹＺの３軸方向に移動可能とされている。
また、回転主軸１４ｂの一端は、同じく図示を省略するモータに接続されて回転するように構成される。
そして、加工ヘッド１４の下端には、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具１００が着脱自在に取り付けられる。

【0023】

図３は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図３Ａは第１実施例による摩擦攪拌接合用工具の断面図であり、図３Ｂは図３Ａに示すピンホルダの斜視図であり、図３Ｃは図３Ａに示すハウジングの斜視図である。
図３Ａに示すように、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具１００は、図２に示す加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂに結合されるピンホルダ１１０と、当該ピンホルダ１１０を内包して加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａに取り付けられるハウジング１２０と、を含む。

【0024】

図３Ｂに示すように、ピンホルダ１１０は、一端に後述する攪拌ピン１４０を取り付けるホルダ本体１１２と、他端側に形成されたシャンク部１１４と、上記ホルダ本体１１２とシャンク部１１４との中間部に位置する把持部１１６と、を含む。
ホルダ本体１１２の端部には、攪拌ピン１４０を収容する収容穴が形成されており、当該収容穴に攪拌ピン１４０を挿入した後、ボルト等の固定手段を用いて攪拌ピン１４０が取付固定される。
また、把持部１１６は、ホルダ本体１１２から外向きに突出する鍔部１１６ａに把持溝１１６ｂが形成された構造であり、後述する工具マガジンの爪部により把持される。

【0025】

図３Ｃに示すように、ハウジング１２０は、ピンホルダ１１０を内挿する筒状部１２２と、当該筒状部１２２の一端に一体形成された板状部１２４と、当該板状部１２４上面における上記筒状部１２２の周囲の位置に取り付けられた複数のプルスタッド１２６と、を含む。
また、筒状部１２２の他端には、図３Ａに示すように、ピンホルダ１１０に取り付けられた攪拌ピン１４０の先端が挿通される挿通穴１５０と、当該挿通穴１５０の周囲を囲繞するショルダ部１５２と、が形成されている。
さらに、板状部１２４の下面には、後述するハウジング載置台１８の上面に形成された突起に対応する位置に受け穴（図示せず）が複数形成されている。

【0026】

本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具１００は、図３Ａに示すように、ハウジング１２０の一端に形成されたショルダ部１５２の挿通穴１５０から、ピンホルダ１１０の先端に取り付けた攪拌ピン１４０を突出させることにより構成される。
また、ハウジング１２０の筒状部１２２の内面とピンホルダ１１０のホルダ本体１１２の外面とは、両者を正規の位置に組み合わせた際に隙間Ｇを形成するように構成される。
このような構成により、ハウジング１２０に形成されたショルダ部１５２はワークＷに対して非回転になるとともに、ピンホルダ１１０に取り付けられた攪拌ピン１４０は、上記ショルダ部１５２に対して相対的に回転する。

【0027】

図４は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具と加工ヘッドとの取付構造の詳細を示す断面図である。
図４に示すように、摩擦攪拌接合用工具１００において、ハウジング１２０の板状部１２４の上面には、複数のプルスタッド１２６が取り付けられている。

【0028】

一方、加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａの下面には、上記複数のプルスタッド１２６の位置と対応する位置に複数のコレットチャック１４ｃが形成されている。
そして、上記複数のコレットチャック１４ｃに複数のプルスタッド１２６が嵌合することにより、ハウジング１２０が主軸フレーム１４ａに取付固定されており、当該コレットチャック１４ｃを駆動することにより、容易にプルスタッド１２６を開放することができる。
このように、ハウジング１２０の板状部１２４に形成された複数のプルスタッド１２６は、主軸フレーム１４ａに設けられたコレットチャック１４ｃによって受動的に係合される被係合部を形成する。

【0029】

また、ピンホルダ１１０のシャンク部１１４は、先端に向けて先細りのテーパ形状を有している。
そして、上記シャンク部１１４を加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂに周知の態様で取り付けることにより、ピンホルダ１１０は回転主軸１４ｂと一体で回転自在に結合される。

【0030】

このような配置とすることにより、摩擦攪拌接合用工具１００は、ピンホルダ１１０とハウジング１２０とが、別々に加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂ及び主軸フレーム１４ａにそれぞれ取り付けられる。
そして、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具１００を用いることにより、工作機械１は、ハウジング１２０に形成されたショルダ部１５２は非回転の状態で、ピンホルダ１１０に取り付けられた攪拌ピン１４０のみが回転して摩擦攪拌接合を行う。

【0031】

本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具１００は、攪拌ピン１４０を取り付けたピンホルダ１１０と、ショルダ部１５２が形成されたハウジング１２０とを別体とし、ピンホルダ１１０及びハウジング１２０を加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂ及び主軸フレーム１４ａにそれぞれ個別に取り付ける構造を採用したことにより、工具の自動交換機能を備えた工作機械への適用に適している。
以下に、図５から図８を用いて、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合工具を適用した工作機械における工具の自動交換機能の概要を説明する。

【0032】

図５は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、図５Ａはハウジングを載置していない場合を示し、図５Ｂはハウジングを載置した場合を示す。
図５Ａに示すように、ハウジング載置台１８は、台座１８ａと、当該台座１８ａの上面に形成された収容穴１８ｂと、収容穴１８ｂの周囲に設けられた複数の突設部１８ｃと、を含む。

【0033】

台座１８ａは、例えば図１に示すように、加工テーブル１２上であって加工ヘッド１４の可動範囲内に配置されている。
このとき、必要に応じて、台座１８ａを複数設けるか、あるいは１つの台座１８ａに複数の収容穴１８ｂ及びその周囲の複数の突設部１８ｃをさらに設けるか、によって、ハウジング載置台１８に複数のハウジングを載置あるいはストックできるように構成してもよい。
また、台座１８ａは、加工ヘッド１４の可動範囲内にあれば、本体部１０の内部のいずれの場所に配置されてもよい。

【0034】

複数の突設部１８ｃは、例えば図５Ａに示すように、収容穴１８ｂの周囲の３か所に配置されており、これら３か所の突設部１８ｃの上面１８ｄにおいて、図５Ｂに示すように加工ヘッド１４から取り外されたハウジング１２０における板状部１２４の下面を支持して載置する。
このような構成により、突設部１８ｃとハウジング１２０における板状部１２４の下面との接触面積が極小化されるため、載置時にハウジング１２０における板状部１２４の下面を傷つける等の損傷を低減できる。

【0035】

また、突設部１８ｃの上面１８ｄのうちの２か所には、例えば半球状の凸部１８ｅが形成されている。一方、上述のとおり、ハウジング１２０の板状部１２４の下面には、上記凸部１８ｅに対応する位置に受け穴（図示せず）が形成されている。
これらの構成により、上記２つの凸部１８ｅが受け穴と嵌合し、ハウジング載置台１８にハウジング１２０を載置した状態で位置決め機構（回り止め機構）として機能する。

【0036】

収容穴１８ｂは、図５Ｂに示すように、ハウジング１２０を突設部１８ｃに載置した状態で、回転主軸１４ｂに結合されたピンホルダ１１０の攪拌ピン１４０の先端が干渉しない程度の深さを有している。
また、収容穴１８ｂの内部に、収容されたハウジング１２０の筒状部１２２を側方から支持する支持部（図示せず）を設けてもよい。

【0037】

図６は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、図６Ａは接合中の状態を示し、図６Ｂはハウジング載置台への移動中の状態を示し、図６Ｃはハウジングがハウジング載置台上に載置された状態を示し、図６Ｄはハウジング取り外し後の状態を示す。
図６Ａに示すように、加工ヘッド１４の下端に摩擦攪拌接合用工具１００を取り付けた工作機械１は、加工テーブル１２上に保持されたワークＷの上面の接合部を摩擦攪拌接合する。

【0038】

所定の接合が終了し、例えばＮＣ装置（図示せず）から摩擦攪拌接合用工具１００のハウジング１２０あるいは攪拌ピン１４０を交換する指令が出されると、図６Ｂに示すように、加工ヘッド１４がいったんワークＷの上面から離れてＺ方向の所定の回避高さまで移動し、その後当該回避高さでＸＹ方向に移動してハウジング載置台１８の上方に配置される。
このとき、摩擦攪拌接合用工具１００の攪拌ピン１４０が、ハウジング載置台１８の収容穴１８ｂの中心軸と一致するように配列される。

【0039】

続いて、図６Ｂの位置から、加工ヘッド１４がＺ方向下方に移動して、図６Ｃに示すように、摩擦攪拌接合用工具１００のハウジング１２０における板状部１２４の下面が、ハウジング載置台１８の突設部１８ｃの上面１８ｄに接触する位置で停止する。
この位置で、図４に示した加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａに設けられた複数のコレットチャック１４ｃと、ハウジング１２０に設けられた複数のプルスタッド１２６との結合を解除することにより、ハウジング１２０が主軸フレーム１４ａすなわち加工ヘッド１４から切り離される。
そして、図６Ｃの位置から、加工ヘッド１４を再びＺ方向に上昇させることにより、図６Ｄに示すように、加工ヘッド１４からハウジング１２０を取り外す作業が完了する。

【0040】

図７は、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるピンホルダの交換作業の概要を示す斜視図であり、図７Ａはハウジング取り外し直後の状態を示し、図７Ｂは工具マガジンへの移動中の状態を示し、図７Ｃは工具マガジンにピンホルダを受け渡した状態を示し、図７Ｄは工具マガジンが別のピンホルダを受け渡し位置に準備した状態を示し、図７Ｅは工具マガジンから別のピンホルダを受け取った状態を示し、図７Ｆは再びハウジング載置台へ移動中の状態を示す。
ピンホルダ１１０の交換作業を行う場合、図７Ａに示すように、加工ヘッド１４に取り付けられていたハウジング１２０は取り外されて、ハウジング載置台１８上に載置された状態となっている。なお、図７Ａの状態に代えて、図６Ｄで示した位置関係を作業開始としてもよい。

【0041】

続いて、図７Ｂに示すように、ＮＣ装置（図示せず）からの指令に基づいて、加工ヘッド１４がピンホルダ１１０を露出した状態で工具マガジン１６に向けて移動する。
このとき、加工ヘッド１４は、図１で示した第２の仕切板２６に形成された開口部２６ａ（図７Ｂ参照）を通って工具マガジン１６に向けて接近又は離反する。

【0042】

ここで、工具マガジン１６は、Ｚ方向の回転軸を有する回転機構（図示せず）と、上記回転軸に直交する面となるように取り付けられた円板部材（後述の図１４の符号１６ｂを参照）と、当該円板部材の外周部に取り付けられた複数の爪部１６ａと、を含む。
また、図７に示す第２の仕切板２６において、開口部２６ａには、例えばスライド式の開閉ドアを取り付けてもよい。これにより、加工エリアから収納エリアに塵埃等の汚染物が入り込むのを抑制する。

【0043】

図７Ｂに示す動作において、加工ヘッド１４は、ピンホルダ１１０に形成された把持部１１６の把持溝１１６ｂ（図３Ｂ参照）が上記工具マガジン１６に設けられた複数の爪部１６ａのうちの１つと同一の高さとなる位置まで移動する。
その後、上記高さを維持しつつ加工ヘッド１４がＸＹ平面上を移動することにより、工具マガジン１６の爪部１６ａがピンホルダ１１０の把持溝１１６ｂを把持する。
そして、ＮＣ装置は、爪部１６ａが把持溝１１６ｂを把持したことを検知すると、加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂとピンホルダ１１０のシャンク部１１４との結合を解除する。

【0044】

続いて、図７Ｃに示すように、加工ヘッド１４がピンホルダ１１０のシャンク部１１４の長さより大となる距離だけＺ方向に上昇する。
これにより、回転主軸１４ｂからシャンク部１１４が完全に外れて、ピンホルダ１１０の爪部１６ａへの受け渡しが完了する。

【0045】

続いて、図７Ｄに示すように、工具マガジン１６の円板部材が回転することにより、加工ヘッド１４に臨む爪部１６ａの位置が変化し、新たに装着されるべきピンホルダ１１０ａが加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂの直下に配置される。
そして、図７Ｅに示すように、加工ヘッド１４がＺ方向に移動することにより、ピンホルダ１１０ａのシャンク部を回転主軸１４ｂに進入させ、ピンホルダ１１０ａと回転主軸１４ｂとを結合する。
その後、上記高さを維持しつつ加工ヘッド１４がＸＹ平面上を移動することにより、工具マガジン１６の爪部１６ａからピンホルダ１１０ａの把持を解除し、新たなピンホルダ１１０ａの受け渡しが完了する。

【0046】

続いて、図７Ｆに示すように、加工ヘッド１４がハウジング載置台１８に向けて下方に移動する。このとき、ピンホルダ１１０ａに取り付けられた攪拌ピン１４０は、ハウジング載置台１８に載置されたハウジング１２０の挿通穴１５０の中心軸と一致するように配列される。
このようにピンホルダの自動交換作業を行った後、ＮＣ装置は、図６Ｄから図６Ｂに戻る手順にしたがって、ハウジング１２０を主軸フレーム１４ａに取り付ける作業を実施し、摩擦攪拌接合用工具１００の交換作業を終了する。

【0047】

図８は、本発明の実施例１による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。
なお、図８に示す第１実施例のフローチャートにおいては、攪拌ピン及びショルダ部にそれぞれ固有の番号あるいは記号が予め付与されているものとする。
図８に示すように、図１に示した工作機械１のマンマシンインターフェース３０に含まれるＮＣ装置は、まず内蔵されたメモリから現在のワークＷに適した接合プログラムを読み込む（ステップＳ１０１）。

【0048】

続いて、読み込んだ接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致するかどうか判定する（ステップＳ１０２）。
ステップＳ１０２において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致しない場合、ＮＣ装置は、指定された攪拌ピンを取り付けたピンホルダに交換する必要があると判断して、ステップＳ１０３に進む。

【0049】

ピンホルダを交換する場合、ＮＣ装置は、加工ヘッドをハウジング載置台の上方に移動した後、図６に示す手順にしたがって、主軸フレームからハウジングを取り外す（ステップＳ１０３）。
そして、ハウジングを取り外して露出したピンホルダを、図７に示す手順にしたがって、指定された攪拌ピンを取り付けたピンホルダに交換する（ステップＳ１０４）。

【0050】

続いて、読み込んだ接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、ステップＳ１０３で加工ヘッドから取り外された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致するかどうか判定する（ステップＳ１０５）。
ステップＳ１０５において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、加工ヘッドに予め装着されていた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致する場合、ＮＣ装置は、元々装着されていた摩擦攪拌接合用工具で接合可能と判断して、ステップＳ１０６に進む。

【0051】

ステップＳ１０６では、加工ヘッドをハウジング載置台の上方に移動させ、図６で示した手順と逆の手順にしたがって、接合プログラムでいったん取り外したハウジングを加工ヘッドの主軸フレームに再度取り付ける。
その後、ＮＣ装置は、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具が正しく加工ヘッドに装着されたものとして、接合プログラムに含まれる接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進み、第１実施例と同様に、予め設定された接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0052】

一方、ステップＳ１０５において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、ステップＳ１０３で加工ヘッドから取り外された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致しない場合、ＮＣ装置は、指定されたショルダ部番号あるいはショルダ部記号を付与されたショルダ部を含むハウジングに交換する必要があると判断して、ステップＳ１０９に進む。
ここで、ステップＳ１０５において、接合プログラムにおいて指定された攪拌ピンとショルダ部との組合せが、摩擦攪拌接合用工具の構造上で組合せが可能なものに含まれない場合についても、ハウジングを交換する必要があると判断する。

【0053】

また、ステップＳ１０２において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致すると判別した場合、ＮＣ装置は、現在加工ヘッドに取り付けられたハウジングのみを交換する必要があるかどうかを判別する（ステップＳ１０７）。
すなわち、ＮＣ装置は、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられている摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致するかどうか判定する。
ここで、ステップＳ１０７においても、接合プログラムにおいて指定された攪拌ピンとショルダ部との組合せが、摩擦攪拌接合用工具の構造上で組合せが可能なものに含まれない場合については、ハウジングを交換する必要があると判断する。

【0054】

ステップＳ１０７において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられている摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致すると判別した場合、ＮＣ装置は、元々装着されていた摩擦攪拌接合用工具で接合可能と判断して、接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進む。
そして、接合動作制御サブルーチンＳＳ０１では、ワークの形状や材質、摩擦攪拌接合用工具との組合せに応じて、工具回転数や接合速度等の各種の接合パラメータが設定されており、ＮＣ装置は、これらの接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0055】

一方、ステップＳ１０７において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられている摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致しないと判別した場合、ＮＣ装置は、加工ヘッドをハウジング載置台の上方に移動した後、図６に示す手順にしたがって、主軸フレームからハウジングを取り外す（ステップＳ１０８）。
続いて、ステップＳ１０９では、図６で示した手順と逆の手順にしたがって、接合プログラムで指定された別のハウジングを加工ヘッドの主軸フレームに取り付ける。このとき、ハウジング載置台には、予め交換されるべき別のハウジングが保管されているものとする。

【0056】

ステップＳ１０９で加工ヘッドに別のハウジングが取り付けられた後、ＮＣ装置は、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具が正しく加工ヘッドに装着されたものとして、接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進む。
そして、上述のとおり、接合動作制御サブルーチンＳＳ０１では、ＮＣ装置は、予め設定された接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0057】

図１から図８で示した、これらの構成及び動作を備えることにより、本発明の第１実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械は、ピンホルダと回転主軸との間及びハウジングと主軸フレームとの間をいずれもワンタッチで着脱自在の構成としたため、ピンとショルダ部とを別体で構成した上で、ツールの自動交換に適用することができる。
また、交換されるピンホルダのストックを保管する工具マガジンと、主軸フレームから取り外されるハウジングを載置保持するハウジング載置台と、を備える工作機械に適用することにより、加工ヘッドの動きのみでピンホルダ及びハウジングの自動交換をそれぞれ実施することができるため、結果として人手や工数を削減できる。

【0058】

＜第２実施例＞
次に、図９から図１４を参照して、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械の概要を説明する。
なお、第２実施例において、摩擦攪拌接合用工具が装着される工作機械は、図１及び図２に示すような第１実施例のものと同様であるため、以下では共通する構成については同一の符号を使用し、ここでの説明は省略する。

【0059】

図９は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の概要を示す図であって、図９Ａは第２実施例による摩擦攪拌接合用工具の断面図であり、図９Ｂは図９Ａに示すハウジングの斜視図であり、図９Ｃは図９Ｂに示すハウジングの下端に取り付けられる交換ブロックの斜視図である。
図９Ａに示すように、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具２００は、図２に示す加工ヘッド１４の回転主軸１４ｂに結合されるピンホルダ２１０と、当該ピンホルダ２１０を内包して加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａに取り付けられるハウジング２２０と、を含む。

【0060】

図９Ｂに示すように、ハウジング２２０は、ピンホルダ２１０を内挿する筒状部２２２と、当該筒状部２２２の一端に一体形成された板状部２２４と、当該板状部２２４上面における上記筒状部２２２の周囲の位置に取り付けられた複数のプルスタッド２２６と、を含む。
筒状部２２２及び板状部２２４の内部には、例えばボールロック式のプルクランプ２３０にエア等の流体圧を供給する連通路２２８が形成されており、筒状部２２２の他端には、上記プルクランプ２３０を介して、有底筒状の交換ブロック２５０が着脱自在に取り付けられる。
また、第１実施例の場合と同様に、板状部２２４の下面には、ハウジング載置台１８の上面に形成された突起に対応する位置に受け穴（図示せず）が複数形成されている。

【0061】

交換ブロック２５０は、図９Ｃに示すように、底部の中央に形成され攪拌ピン２４０の先端が挿通される挿通穴２５２と、当該挿通穴２５２の周囲を囲繞するショルダ部２５４と、上記プルクランプ２３０が挿通される係合穴２５６と、ハウジング載置台あるいは工具マガジンに設けられた爪部に把持される把持溝２５８と、を有する。
プルクランプ２３０は、筒状部２２２の下端に複数配置されており、その先端が係合穴２５６と係合したときにボールが突出してクランプを行い、内部に流体圧を付加することでボールの突出を解除してアンクランプする構造を備えている。

【0062】

本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具２００は、図９Ａに示すように、ハウジング２２０の一端に取り付けられた交換ブロック２５０の挿通穴２５２から、ピンホルダ２１０の先端に取り付けた攪拌ピン２４０を突出させることにより構成される。
また、第１実施例の場合と同様に、ハウジング２２０の筒状部２２２の内面とピンホルダ２１０のホルダ本体２１２の外面とは、両者を正規の位置に組み合わせた際に隙間Ｇを形成するように構成される。
このような構成により、ハウジング２２０の交換ブロック２５０に形成されたショルダ部２５４はワークＷに対して非回転になるとともに、ピンホルダ２１０に取り付けられた攪拌ピン２４０は、上記ショルダ部２５４に対して相対的に回転する。

【0063】

図１０は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械の加工テーブルに設けられるハウジング載置台の概要を示す斜視図であり、図１０Ａはハウジング及び交換ブロックを載置していない場合を示し、図１０Ｂはハウジング及び交換ブロックを載置した場合を示す。
図１０Ａに示すように、第２実施例において、ハウジング載置台１８は、台座１８ａと、当該台座１８ａの上面に形成された収容穴１８ｂと、収容穴１８ｂの周囲に設けられた複数の突設部１８ｃと、図９に示した交換ブロック２５０を収容する把持爪１８ｆと、を含む。

【0064】

台座１８ａは、第１実施例と同様に、加工テーブル１２上であって加工ヘッド１４の可動範囲内に配置されており、必要に応じて、ハウジング載置台１８に複数のハウジングを載置あるいはストックできるように構成してもよい。
また、台座１８ａは、加工ヘッド１４の可動範囲内にあれば、本体部１０の内部のいずれの場所に配置されてもよい。

【0065】

複数の突設部１８ｃは、例えば図１０Ａに示すように、収容穴１８ｂの周囲の３か所に配置されており、第１実施例と同様に、これら３か所の突設部１８ｃの上面１８ｄにおいて、図１０Ｂに示すように加工ヘッド１４から取り外されたハウジング２２０における板状部２２４の下面を支持して載置する。
また、第１実施例の場合と同様に、突設部１８ｃの上面１８ｄのうちの２か所には、例えば半球状の凸部１８ｅが形成されており、第１実施例と同様に、当該２つの凸部１８ｅとハウジング２２０における板状部２２４の受け穴と嵌合して、位置決め機構（回り止め機構）として機能する。

【0066】

収容穴１８ｂは、図１０Ｂに示すように、ハウジング２２０を突設部１８ｃに載置した状態で、回転主軸１４ｂに結合されたピンホルダ２１０の攪拌ピン２４０の先端が干渉しない程度の深さを有している。
また、収容穴１８ｂの内部に、収容されたハウジング２２０の筒状部２２２を側方から支持する支持部（図示せず）を設けてもよい。

【0067】

第２実施例におけるハウジング載置台１８の上面には、上面に対して平行でかつ側方に突出する把持爪１８ｆが複数設けられている。
複数の把持爪１８ｆは、先端側から交換ブロック２５０の把持溝２５８が進入することにより交換ブロック２５０を把持し、図１０Ｂに示すように、複数の交換ブロック２５０を保管できるように構成されている。

【0068】

図１１は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械におけるハウジングの取り外し作業の概要を示す斜視図であり、図１１Ａは接合中の状態を示し、図１１Ｂはハウジング載置台への移動中の状態を示し、図１１Ｃはハウジング載置台の把持爪に交換ブロックを取り外した状態を示し、図１１Ｄはハウジングがハウジング載置台上に載置された状態を示し、図１１Ｅはハウジング取り外し後の状態を示す。
図１１Ａに示すように、加工ヘッド１４の下端に摩擦攪拌接合用工具２００を取り付けた工作機械１は、加工テーブル１２上に保持されたワークＷの上面の接合部を摩擦攪拌接合する。

【0069】

所定の接合が終了し、例えばＮＣ装置（図示せず）から摩擦攪拌接合用工具２００の攪拌ピン２４０あるいは交換ブロック２５０を交換する指令が出されると、図１１Ｂに示すように、加工ヘッド１４がいったんワークＷの上面から離れてＺ方向の所定の回避高さまで移動し、その後当該回避高さでＸＹ方向に移動してハウジング載置台１８の上方に配置される。
その後、図１１Ｃに示すように、加工ヘッド１４がハウジング載置台１８の把持爪１８ｆの高さまで下降した後、ハウジング２２０に取り付けた交換ブロック２５０を把持爪１８ｆに把持させて交換ブロック２５０を取り外す。

【0070】

続いて、図１１Ｃの位置から、加工ヘッド１４がハウジング載置台１８の収容穴１８ｂの上方に向けてＸＹＺ方向に移動し、攪拌ピンが収容穴１８ｂの中心軸と一致するように配列される。
その後、加工ヘッド１４がＺ方向に下降してハウジング２２０が収容穴１８ｂ内に収容されるよう移動し、図１１Ｄに示すように、摩擦攪拌接合用工具２００のハウジング２２０における板状部２２４の下面がハウジング載置台１８の突設部１８ｃの上面１８ｄに接触する位置で停止する。

【0071】

この位置で、図４に示した加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａに設けられた複数のコレットチャック１４ｃと、図９に示したハウジング２２０に設けられた複数のプルスタッド２２６との結合を解除することにより、ハウジング２２０が主軸フレーム１４ａすなわち加工ヘッド１４から切り離される。
そして、図１１Ｅに示すように、加工ヘッド１４を再びＺ方向に上昇させることにより、ハウジング２２０の取り外し作業が完了する。

【0072】

図１２は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における交換ブロックの自動交換作業の概要を示す斜視図であり、図１２Ａは把持爪に交換ブロックを把持させる動作を示し、図１２Ｂは交換ブロックの取り外し動作を示し、図１２Ｃは別の交換ブロックの取り付け動作を示し、図１２Ｄは交換ブロックの交換後の状態を示す。
なお、図１２において、ハウジング載置台１８に２つの把持爪１８ｆが形成されており、当該２つの把持爪１８ｆのうちの一方に交換されるべき別の交換ブロック２５０ａが予め保管されているものとする。

【0073】

第２実施例による摩擦攪拌接合用工具２００のハウジング２２０に取り付けられた交換ブロック２５０を交換する場合、ＮＣ装置は、図１２Ａに示すように、交換ブロック２５０の把持溝２５８がハウジング載置台１８の把持爪１８ｆと同一の高さになるまで加工ヘッド１４を下降させた後、加工ヘッド１４をＸＹ方向にさらに移動させて、交換ブロック２５０の把持溝２５８を把持爪１８ｆに把持させる。
ＮＣ装置は、把持爪１８ｆが把持溝２５８を把持したことを検知すると、図９Ａに示したプルクランプ２３０に流体圧を供給し、ハウジング２２０の筒状部２２２と交換ブロック２５０との結合を解除する。

【0074】

筒状部２２２と交換ブロック２５０との結合が解除された後、ＮＣ装置は、図１２Ｂに示すようにＺ方向に加工ヘッド１４を上昇させる。
続いて、図１２Ｃに示すように、Ｚ方向の高さを維持した状態で、ＸＹ方向に加工ヘッド１４を移動させて、加工ヘッド１４に取り付けられた攪拌ピン２４０の中心軸が、予め保管されている別の交換ブロック２５０ａの挿通穴２５２の中心と一致するよう整列させる。

【0075】

その後、ＮＣ装置は、図１２Ｄに示すように、Ｚ方向に加工ヘッド１４を下降させて、ハウジング２２０の筒状部２２２の下端を別の交換ブロック２５０ａの上面と当接させる。
筒状部２２２と別の交換ブロック２５０ａとが当接したことを検知すると、ＮＣ装置は、上記プルクランプ２３０に付加した流体圧を解除してクランプを駆動させ、ハウジング２２０の筒状部２２２と別の交換ブロック２５０ａとを結合する。
そして、加工ヘッド１４をＸＹ方向に移動させて、把持爪１８ｆによる別の交換ブロック２５０ａの把持溝（図示せず）の把持を解除することにより、交換ブロックの自動交換作業を終了する。

【0076】

図１３は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。
なお、図１３に示す第２実施例のフローチャートにおいても、第１実施例と同様に、攪拌ピン及びショルダ部にそれぞれ固有の番号あるいは記号が付与されているものとする。
図１３に示すように、図１に示した工作機械１のマンマシンインターフェース３０に含まれるＮＣ装置は、まず内蔵されたメモリから現在のワークＷに適した接合プログラムを読み込む（ステップＳ２０１）。

【0077】

続いて、読み込んだ接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致するかどうか判定する（ステップＳ２０２）。
ステップＳ２０２において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致しない場合、ＮＣ装置は、指定された攪拌ピンを取り付けたピンホルダに交換する必要があると判断して、ステップＳ２０３に進む。

【0078】

ピンホルダを交換する場合、ＮＣ装置は、第１実施例と同様に、加工ヘッドをハウジング載置台の上方に移動した後、図６に示す手順にしたがって、主軸フレームからハウジングを取り外す（ステップＳ２０３）。
そして、ハウジングを取り外して露出したピンホルダを、図７に示す手順にしたがって、指定された攪拌ピンを取り付けたピンホルダに交換し（ステップＳ２０４）、その後、加工ヘッドをハウジング載置台の上方に移動させ、図６で示した手順と逆の手順にしたがって、接合プログラムでいったん取り外したハウジングを加工ヘッドの主軸フレームに再度取り付ける（ステップＳ２０５）。

【0079】

続いて、読み込んだ接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、加工ヘッドに予め装着されていた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致するかどうか判定する（ステップＳ２０６）。
ステップＳ２０６において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、加工ヘッドに予め装着されていた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致する場合、ＮＣ装置は、元々装着されていた摩擦攪拌接合用工具で接合可能と判断して、接合プログラムに含まれる接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進む。
接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）では、第１実施例と同様に、予め設定された接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0080】

一方、ステップＳ２０６において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、加工ヘッドに予め装着されていた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致しない場合、ＮＣ装置は、指定された交換ブロックに交換する必要があると判断して、ステップＳ２０８に進む。
ここで、第１実施例と同様に、ステップＳ２０６において、接合プログラムにおいて指定された攪拌ピンとショルダ部との組合せが、摩擦攪拌接合用工具の構造上で組合せが可能なものに含まれない場合についても、交換ブロックを交換する必要があると判断する。

【0081】

また、ステップＳ２０２において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号と一致すると判別した場合、ＮＣ装置は、現在加工ヘッドに取り付けられたショルダ部のみを交換する必要があるかどうかを判別する（ステップＳ２０７）。
すなわち、ＮＣ装置は、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致するかどうか判定する。
ここで、ステップＳ２０７においても、接合プログラムにおいて指定された攪拌ピンとショルダ部との組合せが、摩擦攪拌接合用工具の構造上で組合せが可能なものに含まれない場合については、交換ブロックを交換する必要があると判断する。

【0082】

ステップＳ２０７において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致すると判別した場合、ＮＣ装置は、元々装着されていた摩擦攪拌接合用工具で接合可能と判断して、接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進む。
そして、上述のとおり、接合動作制御サブルーチンＳＳ０１では、ＮＣ装置は、予め設定された接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0083】

一方、上述したステップＳ２０６あるいはステップＳ２０７において、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号が、現在加工ヘッドに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具のショルダ部番号あるいはショルダ部記号と一致しないと判別した場合、ＮＣ装置は、図１２に示す手順にしたがって、ハウジングから交換ブロックを取り外し（ステップＳ２０８）、続いて、接合プログラムで指定された別の交換ブロックをハウジングに取り付ける（ステップＳ２０９）。
ステップＳ２０９で加工ヘッドのハウジングに別の交換ブロックが取り付けられた後、ＮＣ装置は、接合プログラムで指定された摩擦攪拌接合用工具が正しく加工ヘッドに装着されたものとして、接合動作制御サブルーチン（ＳＳ０１）に進む。
そして、上述のとおり、接合動作制御サブルーチンＳＳ０１では、ＮＣ装置は、予め設定された接合パラメータにしたがってワークに対する摩擦攪拌接合を実施し、その後プログラムを終了する。

【0084】

なお、図１３に示すフローチャートでは、ピンホルダを交換した後に元のハウジングを取り付ける場合を例示したが、接合しようとするワークの厚さや材質等に応じて、攪拌ピンを取り付けたピンホルダの大きさも変更されて、元のハウジングに取り付けて接合することができない場合もある。
このような場合には、例えば図１３のステップＳ２０４の後に、取り付けたピンホルダと元のハウジングとの組合せが適合し得るものかどうか判別するステップを追加し、ピンホルダとハウジングとの組合せが不適と判別されたときには、ハウジング載置台にストックされた別のハウジングを取り付けてから、ステップＳ２０６に進むように構成すればよい。

【0085】

図９から図１３で示した、これらの構成及び動作を備えることにより、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械は、ピンホルダと回転主軸との間、ハウジングと主軸フレームとの間、及びハウジングと交換ブロックとの間をいずれもワンタッチで着脱自在の構成としたため、ピンとショルダ部とを別体で構成した上で、ツールの自動交換に適用することができる。
また、第２実施例による摩擦攪拌接合用工具によれば、攪拌ピンすなわちピンホルダを交換せずにショルダ部のみを交換する場合、重量やサイズの大きいハウジングを毎回交換することなくショルダ部を含む交換ブロックのみを交換することで対応できるため、交換品にかかるコストを低減することができる。

【0086】

また、図１０及び図１１において、交換ブロックのストックをハウジング載置台に設けた把持爪に保管する場合を例示したが、上記交換ブロックのストックを図７等に示した工具マガジンに設けた爪部に保管するように構成してもよい。このような第２実施例の変形例について図１４を用いて説明する。
図１４は、本発明の第２実施例による摩擦攪拌接合用工具における交換ブロックの自動交換作業の変形例を示す斜視図である。

【0087】

図１４に示すように、工具マガジン１６は、複数の爪部１６ａが、図示しない回転機構の回転軸に直交する面内で回転する円板部材１６ｂの外周部に取り付けられている。
そして、工具マガジン１６の爪部１６ａに、切削工具が取り付けられた切削工具ホルダ２６０や攪拌ピンが取り付けられたピンホルダ２１０に加えて、摩擦攪拌接合用工具２００の交換ブロック２５０を複数保管し、加工ヘッド１４を移動させて上記交換ブロック２５０の把持溝２５８を爪部１６ａに把持させることにより、交換ブロック２５０等の自動交換作業に適用することもできる。
このような構成によれば、ハウジング載置台１８に追加の把持爪１８ｆを設ける必要がないため、工作機械１の構成を簡略化し、装置コストを抑制できる。

【0088】

＜第３実施例＞
次に、図１５を参照して、本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械の概要を説明する。
なお、第３実施例において、摩擦攪拌接合用工具が装着される工作機械は、図１及び図２に示すような第１実施例のものと同様であるため、以下では共通する構成については同一の符号を使用し、ここでの説明は省略する。

【0089】

図１５は、本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具と加工ヘッドとの取付構造の詳細を示す断面図であり、図１５Ａは摩擦攪拌接合用工具の取り付け前の状態を示し、図１５Ｂは摩擦攪拌接合用工具を取り付けた状態を示す。
図１５Ａに示すように、摩擦攪拌接合用工具３００において、ハウジング３２０の板状部３２４の上面には、主軸フレーム１４ａと係合する穴を有する複数のロケートリング３２６が組み込まれており、ロケートリング３２６の穴の内周面には、内側に突出する環状凸部３２６ａが形成されている。
また、ハウジング３２０の筒状部３２２の一端には、第２実施例と同様に、交換ブロック３５０が着脱自在に取り付けられている。

【0090】

一方、加工ヘッド１４の主軸フレーム１４ａの下面には、上記複数のロケートリング３２６の位置と対応する位置に、当該ロケートリング３２６の内周面に形成された環状凸部３２６ａに係合する組み付け部１４ｄ（例えば、商品名「パレットクランプ」として公知なもの）が取り付けられている。
そして、図１５Ｂに示すように、上記したハウジング３２０の複数のロケートリング３２６の環状凸部３２６ａに主軸フレーム１４ａに設けられた複数の組み付け部１４ｄが嵌合することにより、ハウジング３２０が主軸フレーム１４ａに取付固定される。

【0091】

組み付け部１４ｄは、例えば油圧等の加圧力を付与することによって突起部が進退する構造を有しており、上記加圧力を付与して組み付け部１４ｄとロケートリング３２６の内周面の環状凸部３２６ａとの係合を解除することにより、容易にハウジング３２０を取り外すことができる。
このように、ハウジング３２０の板状部３２４に形成された複数のロケートリング３２６は、主軸フレーム１４ａに設けられた複数の組み付け部１４ｄによって受動的に係合される被係合部を形成する。

【0092】

本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具３００は、図１５Ａに示すように、ハウジング３２０の一端に取り付けられた交換ブロック３５０の挿通穴３５２から、ピンホルダ３１０の先端に取り付けた攪拌ピン３４０を突出させることにより構成される。
また、第１実施例の場合と同様に、ハウジング３２０の筒状部３２２の内面とピンホルダ３１０のホルダ本体３１２の外面とは、両者を正規の位置に組み合わせた際に隙間Ｇを形成するように構成される。
このような構成により、ハウジング３２０の交換ブロック３５０に形成されたショルダ部３５４はワークＷに対して非回転になるとともに、ピンホルダ３１０に取り付けられた攪拌ピン３４０は、上記ショルダ部３５４に対して相対的に回転する。

【0093】

これらの構成を備えることにより、本発明の第３実施例による摩擦攪拌接合用工具は、ハウジング側に設けられた被係合部が、主軸フレーム側に設けられた組み付け部を受ける穴として形成されるため、ハウジング自体及びハウジングを含む摩擦攪拌接合用工具全体の重量を削減できる。
また、被係合部が穴状の凹部であるため、例えばハウジングをハウジング載置台上に取り外して保管する際に、板状部の上面から突出する物体がないため、上記ハウジング載置台の近傍での加工ヘッドの移動において衝突等のリスクを低減できる。

【0094】

＜第４実施例＞
次に、図１６を参照して、本発明の第４実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における自動工具交換を含む接合制御の概要を説明する。
なお、第４実施例において、摩擦攪拌接合用工具及びこれを装着した工作機械は、第１実施例から第３実施例のものと同様であるため、以下では共通する構成については同一の符号を使用し、ここでの説明は省略する。

【0095】

図１６は、本発明の第４実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械において、自動工具交換を含む接合作業の一例を示すフローチャートである。
なお、図１６に示す第４実施例のフローチャートにおいても、第１実施例と同様に、攪拌ピン及びショルダ部にそれぞれ固有の番号あるいは記号が付与されているものとする。
図１６に示すように、図１に示した工作機械１のマンマシンインターフェース３０に含まれるＮＣ装置は、まず内蔵されたメモリから現在のワークＷに適した接合プログラムを読み込む（ステップＳ３０１）。

【0096】

次に、ＮＣ装置は、読み込んだ接合プログラムに含まれる摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン番号あるいは攪拌ピン記号、並びにショルダ部番号あるいはショルダ部記号に基づいて、指定された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン及びショルダ部の組合せに自動交換する工具交換サブルーチンを実行する（サブルーチンＳＳＴＣ）。
ここで、「工具交換サブルーチン」は、例えば、第１実施例における図８のステップＳ１０２からステップＳ１０９に示す動作、あるいは第２実施例における図１３のステップＳ２０２からステップＳ２０９に示す動作を例示できるが、これらのステップによるものでなくても構わない。

【0097】

続いて、ＮＣ装置は、読み込んだ接合プログラムに含まれる各種の接合パラメータに基づいて、接合処理を実行する（ステップＳ３０２）。
ここで、接合プログラムには、ワークの複数箇所を複数パスで摩擦攪拌接合する場合や、同一の接合条件で複数組のワークの摩擦攪拌接合を複数パスで実行する場合等が含まれるものとし、ステップＳ３０２においては、上記複数パスの接合のうちの１つのパスの接合を実施する。

【0098】

続いて、ＮＣ装置は、加工ヘッドに現在取り付けられている摩擦攪拌接合用工具を用いた摩擦攪拌接合用工具の通算使用時間の積算処理を行う（ステップＳ３０３）。
ここで、「通算使用時間」とは、新品の状態で工作機械に配備された摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピンあるいはショルダ部が、ワークとそれぞれ接合時に接触している時間をタイマ等で積算した時間を意味し、例えば１パス毎に摩擦攪拌接合用工具とワークとの接触時間をカウントして、接合終了後に複数パスの接触時間を合計したものである。

【0099】

次に、ＮＣ装置は、接合プログラムの接合パラメータに基づいて、第１のパスの接合が終了したかどうかを判別する（ステップＳ３０４）。
ステップＳ３０４において、第１のパスの接合が終了していないと判別された場合、パス番号をそのままの状態でステップＳ３０２に戻り、接合を継続する。

【0100】

一方、ステップＳ３０４において、第１のパスの接合が終了した判別された場合、ＮＣ装置は、加工ヘッドに現在取り付けられている摩擦攪拌接合用工具の現時点での通算使用時間が、予め設定された寿命時間より短いかどうかを判別する（ステップＳ３０５）。
ここで、「予め設定された寿命時間」は、摩擦攪拌接合用工具の全体としての寿命時間として設定しているが、摩擦攪拌接合用工具の攪拌ピン及びショルダ部のそれぞれに個別に寿命時間を設定し、通算使用時間も個別に積算するように構成してもよい。

【0101】

ステップＳ３０５において、加工ヘッドに現在取り付けられている摩擦攪拌接合用工具の現時点での通算使用時間が、予め設定された寿命時間より短いと判別された場合、ＮＣ装置は、現在使用している摩擦攪拌接合用工具は継続して使用可能であると判断し、ステップＳ３０６に進む。
一方、ステップＳ３０５において、加工ヘッドに現在取り付けられている摩擦攪拌接合用工具の現時点での通算使用時間が、予め設定された寿命時間より長いと判別された場合、ＮＣ装置は、現在使用している摩擦攪拌接合用工具が寿命により破損のおそれがある、あるいは接合中に破損した可能性があるため交換が必要であると判断し、ステップＳ３０７に進む。

【0102】

ステップＳ３０７において、ＮＣ装置は、工作機械に設けられた工具マガジン及びハウジング載置台に、加工ヘッドに現在取り付けられている摩擦攪拌接合用工具の代替となる攪拌ピンを取り付けたピンホルダとショルダ部を設けたハウジング（あるいは交換ブロック）とが存在するかどうか判別する。
ここで、代替となる摩擦攪拌接合用工具について、ピンホルダとハウジング（あるいは交換ブロック）の両者が存在するかどうかに基づいて判別することを例示しているが、ピンホルダとハウジング（あるいは交換ブロック）とを個別に交換することを意図して、交換に適合するいずれか一方の代替物が存在するかどうかの判別を実行してもよい。

【0103】

ステップＳ３０７において、工具マガジン及びハウジング載置台に、現在の摩擦攪拌接合用工具の代替となるピンホルダとハウジング（あるいは交換ブロック）とが存在すると判別された場合、ＮＣ装置は、接合プログラムにおける加工ヘッドの現在の座標位置を記憶し（ステップＳ３０８）、摩擦攪拌接合用工具の交換を行うための工具交換サブルーチン（ＳＳＴＣ）を実行する。
ここで、工具交換サブルーチン（ＳＳＴＣ）は、上記したステップＳ３０１の実行後に実行したものと同一のものである。

【0104】

工具交換サブルーチン（ＳＳＴＣ）を実行して加工ヘッドに新たな摩擦攪拌接合用工具を取り付けた後、ＮＣ装置は、新たに取り付けた摩擦攪拌接合用工具に対する通算使用時間のパラメータを更新する（ステップＳ３０９）。
このとき、新たに取り付けられた摩擦攪拌接合用工具が未接合の新品である場合には、通算使用時間をゼロとし、既に別の接合で使用された実績のある摩擦攪拌接合用工具を取り付けた場合には、それまでに実施した接合による通算使用時間のデータを引き継ぐ。

【0105】

その後、ＮＣ装置は、図１に示すマンマシンインターフェース３０の表示装置に、自動工具交換を行った旨を出力してオペレータに報知する（ステップＳ３１０）。
そして、ステップＳ３０８で記憶した工具交換前の加工ヘッドの座標位置と同一の位置に加工ヘッドを戻し（ステップＳ３１１）、接合プログラムによる接合処理を継続するためにステップＳ３０６に進む。

【0106】

また、ステップＳ３０７において、工具マガジン及びハウジング載置台に、現在の摩擦攪拌接合用工具の代替となるピンホルダとハウジング（あるいは交換ブロック）とが存在しないと判別された場合、ＮＣ装置は、図示しない警報装置に警報を発する指令を出力し（ステップＳ３１２）、その後工作機械に接合中止指令を出力して（ステップＳ３１３）、接合処理を中止する。
このとき、オペレータに警報装置を用いて工具の寿命を報知するとともに、上記マンマシンインターフェース３０の表示装置に、現在使用している摩擦攪拌接合用工具が寿命により破損のおそれがある、あるいは接合中に破損した可能性がある旨の表示を行ってもよい。

【0107】

一方、ステップＳ３０５あるいはステップＳ３１１を経て、ステップＳ３０６に移行すると、ＮＣ装置は、現在実施した接合のパスが接合プログラムに含まれる全てのパスを完了したかどうかを判別する。
ここで、ステップＳ３０６における判別は、同一の接合パスを複数組のワークに適用したときに、全ての組のワークを接合したかどうかで判別するようにしてもよい。

【0108】

ステップＳ３０６において、現在実施した接合のパスが接合プログラムに含まれる全てのパスを完了していないと判別された場合、ＮＣ装置は、接合のパス数のデータを更新するとともに、ステップＳ３０２に戻って再度の接合処理を実行する。
また、ステップＳ３０６において、現在実施した接合のパスが接合プログラムに含まれる全てのパスを完了したと判別された場合、ＮＣ装置は、全ての接合処理が終了したとして、接合プログラムを終了する。

【0109】

図１６に示した接合プログラムの実行動作を備えることにより、本発明の第４実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械は、接合プログラムによって接合処理を自動で実施する間に、摩擦攪拌接合用工具の寿命時間の経過をオペレータに知らせるとともに、自動で工具交換を実行して接合を継続することができる。
また、摩擦攪拌接合用工具の通算使用時間と寿命時間との比較を接合のパスの終了毎に実施するため、接合のパス中に接合処理を中断することなく、自動工具交換処理に移行することができる。
さらに、接合のパス毎の判別を行うことで、仮に摩擦攪拌接合用工具の破損により接合不良が生じたとしても、どのパスの接合時に工具の寿命を超えたかを容易に把握することができるため、ワークにおける接合不良箇所の特定が容易となる。

【0110】

＜第５実施例＞
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具を適用した工作機械における接合処理の概要を説明する。
なお、第５実施例において、摩擦攪拌接合用工具及びこれを装着した工作機械は、第１実施例から第３実施例のものと同様であるため、以下では共通する構成については同一の符号を使用し、ここでの説明は省略する。

【0111】

図１７は、本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具とワークとの関係を示す要部断面図である。
また、図１８は、本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具を用いて箱状ワークに摩擦攪拌接合を実施する動作の概要を示す斜視図であって、図１８Ａは第１のパスを接合している状態を示し、図１８Ｂは第１のパスと交差する第２のパスを接合している状態を示す。
図１７に示すように、第５実施例においては、裏当治具４６０の上面に接触する第１のワークＷ１と上記裏当治具４６０の側面に接触する第２のワークＷ２との間の突合せ部を摩擦攪拌接合する。

【0112】

摩擦攪拌接合用工具の筒状部４２２の端部には、例えばボールプランジャ４３０等の複数の係合手段を介して、交換ブロック４５０が着脱自在に取り付けられている。
筒状部４２２は、先端に攪拌ピン４４０を取り付けたピンホルダ４１０を内包するとともに、外周面には上記ボールプランジャ４３０の先端を受ける複数の凹部４２２ａが形成されている。

【0113】

交換ブロック４５０は有底筒状の部材であって、底部には、第１のワークＷ１に接触するショルダ部４５４ａと、当該ショルダ部４５４ａの一部を交換ブロック４５０の軸方向に延長して第２のワークＷ２に側面から接触する肩当部４５４ｂと、を有する。
また、交換ブロック４５０には、第２実施例と同様に、ハウジング載置台あるいは工具マガジンに設けられた爪部に把持される把持溝４５８が形成されている。

【0114】

ボールプランジャ４３０は、例えば有底筒状の本体の内部にバネを収容し、当該バネがボールを常に本体の外部に付勢するように構成されている。
そして、交換ブロック４５０の開口側から摩擦攪拌接合用工具の筒状部４２２が進入する際に、当該筒状部４２２の外周面とボールプランジャ４３０とが接触することによりボールが進退し、凹部４２２ａの位置でボールが付勢されることにより外側から嵌合して交換ブロック４５０を筒状部４２２に着脱自在に固定する。

【0115】

本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具４００は、ハウジング４２０の一端に取り付けられた交換ブロック４５０の挿通穴４５２から、ピンホルダ４１０の先端に取り付けた攪拌ピン４４０を突出させることにより構成される。
そして、このような構成により、第１実施例から第３実施例の場合と同様に、ハウジング４２０の筒状部４２２の内面とピンホルダ４１０のホルダ本体４１２の外面との間に隙間Ｇを形成することにより、ハウジング４２０の交換ブロック４５０に形成されたショルダ部４５４ａ及び肩当部４５４ｂはワークＷに対して非回転になるとともに、攪拌ピン４４０がショルダ部４５４ａ及び肩当部４５４ｂに対して相対的に回転する。

【0116】

図１８Ａに示すように、４つの側面に第２のワークＷ２を並べてその上面に第１のワークＷ１を配置した箱状のワークに対して、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のうちの１つとの間のＹ方向の接合線を摩擦攪拌接合する場合には、第２のワークＷ２の側方からＸ方向に接触する肩当部４５４ｂを備えた第１の交換ブロック４５０ａを筒状部４２２の先端に取り付けた摩擦攪拌接合用工具４００を用いて接合を行う。
一方、図１８Ｂに示すように、第１のワークＷ１と別の第２のワークＷ２との間のＸ方向の接合線を摩擦攪拌接合する場合には、図１８Ａで示した交換ブロック４５０に対して９０°ずれた位置に肩当部４５４ｂを配置した第２の交換ブロック４５０ｂに交換した摩擦攪拌接合用工具４００を用いて接合を行う。

【0117】

図１７及び図１８で示した、これらの構成及び動作を備えることにより、本発明の第５実施例による摩擦攪拌接合用工具及びこれを適用した工作機械は、ショルダ部に追加的な肩当部を備えたハウジングあるいは交換ブロックを用いることにより、例えば箱状に配置されたワークの隅肉継手に対しても摩擦攪拌接合を行うことができる。
また、上記肩当部を形成したハウジングあるいは交換ブロックを適用することにより、接合線の方向が変更された際には、当該接合線の方向に合わせた肩当部を備えたハウジングあるいは交換ブロックに自動交換することができるため、結果として人手や工数を削減できる。

【0118】

なお、本発明は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上述した第１実施例から第５実施例の摩擦攪拌接合用工具において、ハウジングと主軸フレームとの間、あるいはハウジングと交換ブロックとの間の結合手段として、プルスタッドやボール式のプルクランプ又はボールプランジャ等を適用した場合を例示したが、当該結合手段としては、ワンタッチで自動に着脱できるものであれば、例えばエアクランパや電磁式クランパ等の代替手段を適用することが可能である。
また、交換ブロックを備えたハウジングを使用する際に、上記した複数種の結合手段を組合せて適用してもよい。

【0119】

さらに、第１実施例から第５実施例において、攪拌ピンとショルダ部とを別体で構成しているため、これらを同一の材料あるいは異なる材料のいずれで形成してもよい。
特に、攪拌ピンはショルダ部に比べて小径のため、攪拌ピンの材料を強度の高い材料とすることにより、攪拌ピンの寿命を延ばして破損を防止することができる。

【0120】

一方、ショルダ部は非回転の状態でワーク表面と接触しつつ移動するため、ショルダ部の材料を硬度の高い材料とすることにより、ショルダ部の耐摩耗性を向上することができる。
このとき、ショルダ部の材料をアルミ合金等の鋼に対して比較的軽量の材料とし、ワーク表面との接触面にセラミック等のコーティングを施すことにより、ハウジング全体の軽量化と耐摩耗性とを両立することも可能となる。

【0121】

第５実施例の摩擦攪拌接合用工具において、肩当部はショルダ部から直角に突出する場合を例示しているが、ショルダ部と肩当部とのなす角度は９０°未満でもよい。
また、肩当部の形状は、円形状等の座面としてもよい。

【符号の説明】

【0122】

１ 工作機械
１０ 本体部
１２ 加工テーブル
１４ 加工ヘッド
１４ａ 主軸フレーム
１４ｂ 回転主軸
１４ｃ コレットチャック
１４ｄ 組み付け部
１６ 工具マガジン
１６ａ 爪部
１６ｂ 円板部材
１８ ハウジング載置台
１８ａ 台座
１８ｂ 収容穴
１８ｃ 突設部
１８ｄ （突設部の）上面
１８ｅ 凸部
１８ｆ 把持爪
２０ カバー
３０ マンマシンインターフェース
１００、２００、３００、４００ 摩擦攪拌接合用工具
１１０、２１０、３１０、４１０ ピンホルダ
１１６ｂ、２５８ 把持溝
１２０、２２０、３２０、４２０ ハウジング
１２２、２２２、３２２、４２２ 筒状部
１２４、２２４、３２４ 板状部
１２６、２２６ プルスタッド
１４０、２４０、３４０、４４０ 攪拌ピン
１５０、２５２、３５２、４５２ 挿通穴
１５２、２５４、３５４、４５４ａ ショルダ部
２３０ プルクランプ
２５０、３５０、４５０ 交換ブロック
３２６ ロケートリング
４３０ ボールプランジャ
４５４ｂ 肩当部

【要約】

回転主軸（１４ｂ）に結合されるシャンク部（１１４）を有するピンホルダ（１１０）と、ピンホルダに取り付けられる攪拌ピン（１４０）と、ピンホルダを内挿する筒状部及び主軸フレーム（１４ａ）に結合される係合部を有するハウジング（１２０）と、を備え、筒状部の一方の端部にショルダ部（１５２）が形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】