特許 6408736 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法

(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】6408736

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20181004BHJP

   B23K 20/26 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 340

   B23K20/26

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-63419(P2018-63419)

(22)【出願日】2018年3月29日

【審査請求日】2018年3月29日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小田倉 富夫

(72)【発明者】

【氏名】阿部 裕喜

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 章弘

(72)【発明者】

【氏名】船原 恒平

(72)【発明者】

【氏名】石黒 幸一

(72)【発明者】

【氏名】篠原 俊

(72)【発明者】

【氏名】杉本 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】西口 勝也

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕二郎

(72)【発明者】

【氏名】森田 泰博

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１３７０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４５１１５２６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２５５８８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２６８５５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｋ ２０／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置であって、
第１着脱機構部を有する装置本体と、
複数の第２着脱機構部を有するスイング機構部と、
前記スイング機構部に回動可能に支持されるホルダ部と、
前記ホルダ部に保持される接合ツールと、を備え、
前記スイング機構部の所望のスイング方向に応じて前記複数の第２着脱機構部のいずれかを選択し、
当該選択した第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合することで前記接合ツールを前記装置本体に装着することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項2】

請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置であって、
前記第１着脱機構部は、上下動駆動機構部を介して前記装置本体に設けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項3】

請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置であって、
前記装置本体に接続されるＣ型フレームを備え、
前記第１着脱機構部は、前記上下動駆動機構部を介して前記Ｃ型フレームの一端に接続され、
前記Ｃ型フレームの他端に前記接合ツールからの押圧力を受け止める押圧力受け部が設けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合装置であって、
前記第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合した後、前記第１着脱機構部に対する前記第２着脱機構部の位置を保持する保持機構を有することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項5】

被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置であって、
複数の関節を有し、三次元空間を自在に移動可能な多軸ロボットアームと、
前記多軸ロボットアームの先端に接続され、一端に第１着脱機構部を有するＣ型フレームと、
複数の第２着脱機構部を有するスイング機構部と、
前記スイング機構部に回動可能に支持されるホルダ部と、
前記ホルダ部に保持される接合ツールと、
前記Ｃ型フレームの他端に接続され、前記接合ツールからの押圧力を受け止める押圧力受け部と、を備え、
前記スイング機構部の所望のスイング方向に応じて前記複数の第２着脱機構部のいずれかを選択し、
当該選択した第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合することで前記接合ツールを前記Ｃ型フレームに装着することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項6】

請求項５に記載の摩擦撹拌接合装置であって、
前記第１着脱機構部は、上下動駆動機構部を介して前記Ｃ型フレームに設けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載の摩擦撹拌接合装置であって、
前記第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合した後、前記第１着脱機構部に対する前記第２着脱機構部の位置を保持する保持機構を有することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

【請求項8】

被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合方法であって、
（ａ）被接合部材の接合方向に応じてスイング機構部の複数の着脱機構部から所望のスイング方向の着脱機構部を選択し、当該選択した着脱機構部を装置本体の着脱機構部に装着するステップと、
（ｂ）前記スイング機構部のスイング条件及び接合ツールの接合条件を制御部に入力するステップと、
（ｃ）前記制御部の指令に基づき前記スイング機構部及び前記接合ツールを制御しながら前記被接合部材の接合部を摩擦撹拌接合するステップと、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。

【請求項9】

請求項８に記載の摩擦撹拌接合方法であって、
前記（ｃ）工程において、前記スイング機構部の前記装置本体への装着方向に対し、略同一方向に前記接合ツールをスイングさせることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。

【請求項10】

請求項８に記載の摩擦撹拌接合方法であって、
前記（ｃ）工程において、前記スイング機構部の前記装置本体への装着方向に対し、略垂直方向に前記接合ツールをスイングさせることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。

【請求項11】

請求項８に記載の摩擦撹拌接合方法であって、
前記（ｃ）工程において、前記スイング機構部の前記装置本体への装着方向に対し、略斜め４５度方向に前記接合ツールをスイングさせることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置と摩擦撹拌接合方法に係り、特に、多種多様な被接合部材の接合に適用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

円柱状の接合ツールを回転させて発生する摩擦熱で被接合材料を軟化させ、その部分を撹拌することで被接合材料同士を接合する摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）は、材料以外の素材を用いないため、疲労強度が高く、材料も溶融しないことから溶接変形（ひずみ）の少ない接合が可能であり、航空機や自動車のボディなど、幅広い分野での応用が期待されている。

【0003】

低コスト・大量生産が求められる自動車ボディの生産では、ＦＳＷ装置を用いて自動車用鋼板などの被接合部材を接合する場合、従来、接合速度が速く、動作が比較的単純で自動化が容易なスポットＦＳＷが広く採用されてきた。

【0004】

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「接合ヘッドに保持された接合ツールをスイングしてスポット的に摩擦撹拌接合する技術」が開示されている。

【0005】

特許文献１では、接合強度をより高めるため、接合ツールをスイングして金属結合領域を大きくする方法が示されている。この方法は、Ｃ型フレームを被接合部材に差し込んだ方向のみでのスイングによる接合であるが、従来のスポット接合と比較すると、スイングした分だけ接合強度を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４５１１５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、上記特許文献１は、摩擦撹拌接合を用いてスポット接合を行う際に、接合ツールをスイングして接合領域を大きくし、接合強度を高める技術であるが、幅広の鋼板を接合するときには、基本的にスポット接合と同じ回数の接合が必要とされる。また、スイングする方向は一方向のみであり、スイングする方向と直角方向に対しては、被接合部材同士の接合強度を高めることは期待できない。

【0008】

そこで、本発明の目的は、従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することが可能な摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を提供することにある。

【0009】

また、本発明の別の目的は、接合方向を容易に変更可能な摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明は、被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置であって、第１着脱機構部を有する装置本体と、複数の第２着脱機構部を有するスイング機構部と、前記スイング機構部に回動可能に支持されるホルダ部と、前記ホルダ部に保持される接合ツールと、を備え、前記スイング機構部の所望のスイング方向に応じて前記複数の第２着脱機構部のいずれかを選択し、当該選択した第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合することで前記接合ツールを前記装置本体に装着することを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置であって、複数の関節を有し、三次元空間を自在に移動可能な多軸ロボットアームと、前記多軸ロボットアームの先端に接続され、一端に第１着脱機構部を有するＣ型フレームと、複数の第２着脱機構部を有するスイング機構部と、前記スイング機構部に回動可能に支持されるホルダ部と、前記ホルダ部に保持される接合ツールと、前記Ｃ型フレームの他端に接続され、前記接合ツールからの押圧力を受け止める押圧力受け部と、を備え、前記スイング機構部の所望のスイング方向に応じて前記複数の第２着脱機構部のいずれかを選択し、当該選択した第２着脱機構部を前記第１着脱機構部へ嵌合することで前記接合ツールを前記Ｃ型フレームに装着することを特徴とする。

【0012】

また、本発明は、被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合方法であって、（ａ）被接合部材の接合方向に応じてスイング機構部の複数の着脱機構部から所望のスイング方向の着脱機構部を選択し、当該選択した着脱機構部を装置本体の着脱機構部に装着するステップと、（ｂ）前記スイング機構部のスイング条件及び接合ツールの接合条件を制御部に入力するステップと、（ｃ）前記制御部の指令に基づき前記スイング機構部及び前記接合ツールを制御しながら前記被接合部材の接合部を摩擦撹拌接合するステップと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することが可能な摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を実現できる。

【0014】

また、接合方向を容易に変更可能な摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を実現できる。

【0015】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の全体概要を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る接合ヘッドアタッチメントの構成を示す上面図（平面図）である。（図１のＡ−Ａ’方向矢視図）

【図3】本発明の一実施形態に係る接合ヘッドアタッチメントの構成を示す上面図（平面図）である。

【図4】本発明の一実施形態に係る接合ヘッドアタッチメントの構成を示す上面図（平面図）である。

【図5】本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の全体概要を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の全体概要を示す図である。

【図8A】本発明の摩擦撹拌接合による接合部を示す図である。

【図8B】従来の摩擦撹拌接合による接合部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例1】

【0018】

図１から図５及び図８Ａ，図８Ｂを参照して、実施例１の摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法について説明する。図１は本実施例の摩擦撹拌接合装置１の全体概要を示している。図２は図１におけるＡ−Ａ’方向矢視図であり、スイング機構部６及び接合ヘッド７などからなる接合ヘッドアタッチメントの構成を示している。図３は図２の接合ヘッドアタッチメントの装着位置を変えた状態を示す図であり、図４は図２の変形例を示す図である。図５は本実施例の摩擦撹拌接合方法を示すフローチャートである。図８Ａは本発明の摩擦撹拌接合による被接合部材（自動車用鋼板）５３の接合部５４の様子を示し、図８Ｂは従来の摩擦撹拌接合による被接合部材（自動車用鋼板）５３の接合部５４の様子を示している。

【0019】

図１に示すように、摩擦撹拌接合装置１は主要な構成として、装置本体２、上下動駆動機構部３を介して装置本体２に接続される第１着脱機構部４、第１着脱機構部４に嵌合されてスイング機構部６を装置本体２に装着する第２着脱機構部５ａ、回動機構部８を介してスイング機構部６に接続されるホルダ部（接合ヘッド）７、ホルダ部（接合ヘッド）７により保持される接合ツール部９を備えている。第２着脱機構部５ａを第１着脱機構部４に嵌合（装着）することで、スイング機構部６、ホルダ部（接合ヘッド）７、接合ツール部９が装置本体２に装着される。

【0020】

上下動駆動機構部３には、図１に例示するように、例えばボールスクリューなどが用いられる。接合ツール部９はショルダ１０及び接合ピン１１で構成され、ショルダ１０を介して接合ピン１１がホルダ部（接合ヘッド）７に保持される。

【0021】

この接合ピン１１が被接合部材（図示せず）の突き合せ部に挿入され、高速回転することで接合ピン１１と被接合部材の間に摩擦熱が発生し、摩擦熱により被接合部材内で塑性流動が生じ、接合部が撹拌される。接合ピン１１が移動すると撹拌部（接合部）が冷却されて、被接合部材同士が接合される。

【0022】

装置本体２には、摩擦撹拌接合装置１の動作を制御する制御部（制御装置）１２が設置されている。制御部（制御装置）１２は、スイング機構部６による接合ツール部９のスイング量やスイング速度を制御するスイング制御信号、接合ツール部９による接合条件を決定する接合条件信号、上下動駆動機構部３による接合ツール部９の高さ方向（Ｚ方向）の保持位置（接合ピン９の挿入量）を決定する保持位置決定信号などの接合パラメータ（ＦＳＷ接合条件）を記憶する記憶部（図示せず）を備えている。

【0023】

摩擦撹拌接合装置１により被接合部材の摩擦撹拌接合を行う際、制御部（制御装置）１２からの制御信号（指令）に基づき、上下動駆動機構部３、スイング機構部６、接合ツール部９の各部の動作を制御する。

【0024】

図１及び図２に示す摩擦撹拌接合装置１では、図中の矢印で示すように、接合ツール部９はスイング機構部６の装置本体２への装着方向（Ｘ方向）に対し、略同一方向（つまりＸ方向）にスイングする。この装置構成で被接合部材（自動車用鋼板）５３の摩擦撹拌接合を行った場合、図８Ｂに示すように、被接合部材（自動車用鋼板）５３の長手方向（すなわちＹ方向）に対して十分な接合強度を得ようとする場合、接合部５４を長手方向（Ｙ方向）にできるだけ多くの接合部５４（図８Ｂでは８箇所の接合部）を形成する必要がある。

【0025】

そこで、本実施例では、図２，図３に示すように、スイング機構部６に複数の第２着脱機構部（ここでは、３つの第２着脱機構部５ａ，５ｂ，５ｃ）を設けている。従って、装置本体２側の第１着脱機構部４に嵌合させるスイング機構部６の第２着脱機構部を第２着脱機構部５ａから第２着脱機構部５ｂに付け替えることで、接合ツール部９のスイング方向を９０度変えることができる。つまり、スイング機構部６の装置本体２への装着方向に対し、略垂直方向にスイング機構部６（接合ツール部９）をスイングさせることができる。なお、図３ではスイング機構部６は紙面の下方向にスイングするが、スイング機構部６の第２着脱機構部を第２着脱機構部５ｃに付け替えることで、スイング機構部６を紙面の上方向にスイングさせることができる。

【0026】

これにより、図８Ａに示すように、被接合部材（自動車用鋼板）５３の長手方向（Ｙ方向）に対して少ない接合部５４の形成で（図８Ａでは図８Ｂの半分の４箇所の接合部）、被接合部材（自動車用鋼板）５３の長手方向（Ｙ方向）に対して十分な接合強度を得ることができる。つまり、装置本体２に対する被接合部材（自動車用鋼板）５３の向き（位置）を変える必要がなく、接合ヘッドアタッチメントの装置本体への装着位置を変えるのみで、従来よりも少ない接合回数で被接合部材（自動車用鋼板）５３の長手方向（Ｙ方向）に対して十分な接合強度を確保することができる。

【0027】

なお、第２着脱機構部５ａ，５ｂ，５ｃを第１着脱機構部４へ嵌合（装着）した後、第１着脱機構部４に対する第２着脱機構部５ａ，５ｂ，５ｃの位置を保持する保持機構を設けるのが望ましい。第２着脱機構部５ａ，５ｂ，５ｃを第１着脱機構部４へ確実に保持（固定）することで安定した接合を行うことができる。

【0028】

図４は図２及び図３に示す接合ヘッドアタッチメントの変形例である。図４に示すように、スイング機構部６に設ける第２着脱機構部５ａに替えて、接合ヘッドアタッチメントを装置本体に装着した際、スイング機構部６（すなわち接合ツール部９）のスイング方向が角度θ（図４では約４５度）を有するように第２着脱機構部５ｄを設けている。これにより、スイング機構部６の装置本体２への装着方向に対し、角度θ方向（略斜め４５度方向）に接合ツール部９をスイングさせることができる。

【0029】

図５を用いて、上記で説明した本実施例の摩擦撹拌接合装置による代表的な摩擦撹拌接合方法を説明する。

【0030】

先ず、被接合部材の所望の接合方向に合わせてスイング機構部６の着脱機構部（第２着脱機構部５ａ〜５ｄ）を選択し、装置本体２（上下動駆動機構部３）の着脱機構部（第１着脱機構部４）に装着する。（ステップＳ１）
次に、制御部（制御装置）１２にスイング機構部６のスイング条件、接合ツール部９の接合条件、接合ツール部９の高さ（Ｚ方向の位置）を入力し、記憶部に記憶（登録）する。（ステップＳ２）
続いて、制御部（制御装置）１２からの制御信号（指令）に基づき、接合ツール部９を被接合部材の接合部（被接合部材同士の突き合わせ部）の所定の位置へ挿入する。（ステップＳ３）
続いて、制御部（制御装置）１２からの制御信号（指令）に基づき、接合ツール部９の高さ（Ｚ方向の位置）を上下動駆動機構部３により制御しながら被接合部材の接合部に沿ってスイング（移動）させ、接合部を摩擦撹拌接合する。（ステップＳ４）
最後に、制御部（制御装置）１２からの制御信号（指令）に基づき、接合ツール部９のスイング量（移動量）が所定の値（位置）に達した時点で接合ツール部９を被接合部材の接合部から引き抜き、摩擦撹拌接合処理を終了する。（ステップＳ５）
以上説明したように、本実施例の摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法によれば、従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することができる。また、従来よりも簡便な方法で接合方向を容易に変更することが可能となる。

【実施例2】

【0031】

図６を参照して、実施例２の摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法について説明する。図６は本実施例の摩擦撹拌接合装置２１の全体概要を示している。

【0032】

図６に示すように、摩擦撹拌接合装置２１は主要な構成として、装置本体２２、上下動駆動機構部（第１上下動駆動機構部）２３を介して装置本体２２に接続されるＣ型フレーム２４、上下動駆動機構部（第２上下動駆動機構部）２５を介してＣ型フレーム２４の一端に接続される第１着脱機構部２６、第１着脱機構部２６に嵌合されてスイング機構部２８をＣ型フレーム２４に装着する第２着脱機構部２７ａ、回動機構部３０を介してスイング機構部２８に接続されるホルダ部（接合ヘッド）２９、ホルダ部（接合ヘッド）２９により保持される接合ツール部３１を備えている。第２着脱機構部２７ａを第１着脱機構部２６に嵌合（装着）することで、スイング機構部２８、ホルダ部（接合ヘッド）２９、接合ツール部３１がＣ型フレーム２４（装置本体２２）に装着される。

【0033】

上下動駆動機構部（第１上下動駆動機構部）２３，上下動駆動機構部（第２上下動駆動機構部）２５には、図６に例示するように、例えばボールスクリューなどが用いられる。接合ツール部３１はショルダ３２及び接合ピン３３で構成され、ショルダ３２を介して接合ピン３３がホルダ部（接合ヘッド）２９に保持される。

【0034】

Ｃ型フレーム２４は、上下動駆動機構部（第１上下動駆動機構部）２３を介して装置本体２２に接続される被保持部（立上部）２４ａ、上下動駆動機構部（第２上下動駆動機構部）２５を介して第１着脱機構部２６に接続されるホルダ部保持部２４ｂ、Ｃ型フレーム２４の他端に接続され、摩擦撹拌接合時に接合ツール部３１からの押圧力を受け止める押圧力受け部２４ｃで構成され、略Ｃ型（略コの字型）形状を有している。

【0035】

装置本体２２には、摩擦撹拌接合装置２１の動作を制御する制御部（制御装置）３４が設置されている。制御部（制御装置）３４は、接合ツール部３１による接合条件を決定する接合条件信号（接合指令信号）や上下動駆動機構部（第１上下動駆動機構部）２３によるＣ型フレーム２４の装置本体２２に対する高さ方向（Ｚ方向）の保持位置を決定する保持位置決定信号、上下動駆動機構部（第２上下動駆動機構部）２５による第１着脱機構部２６のＣ型フレーム２４（ホルダ部保持部２４ｂ）に対する高さ方向（Ｚ方向）の保持位置を決定する保持位置決定信号などの接合パラメータ（ＦＳＷ接合条件）を記憶する記憶部（図示せず）を備えている。

【0036】

本実施例の摩擦撹拌接合装置２１は以上のように構成されており、実施例１と同様に、第２着脱機構部２７ａを第１着脱機構部２６に嵌合（装着）することで、スイング機構部２８、ホルダ部（接合ヘッド）２９、接合ツール部３１がＣ型フレーム２４（装置本体２２）に装着される。従って、例えばＣ型フレーム２４側の第１着脱機構部２６に嵌合させるスイング機構部２８の第２着脱機構部を第２着脱機構部２７ａから第２着脱機構部２７ｂに付け替えることで、接合ツール部３１のスイング方向を９０度変更することができる。

【0037】

実施例１の図４のように、スイング機構部２８に設ける第２着脱機構部２７ａに替えて、接合ヘッドアタッチメントを装置本体に装着した際、スイング機構部２８（すなわち接合ツール部３１）のスイング方向が角度θ（図４のように例えば約４５度）を有するように第２着脱機構部を設けてもよい点や、被接合部材の所望の接合方向に合わせてスイング機構部２８の着脱機構部（図６では第２着脱機構部２７ａ，２７ｂ）を選択する点など、その他の構成及び動作（作用）は基本的に実施例１と同様であるため、繰り返しとなる詳細な説明は省略する。

【0038】

本実施例においても、従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することができるなど、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、上下動駆動機構部（第１上下動駆動機構部）２３を介して装置本体２２にＣ型フレーム２４を接続しており、なおかつ、上下動駆動機構部（第２上下動駆動機構部）２５を介して接合ヘッドアタッチメント（スイング機構部２８及び接合ツール部３１）をＣ型フレーム２４に接続しているため、Ｃ型フレーム２４の装置本体２２に対する高さ（Ｚ方向の位置）及びスイング機構部２８（接合ツール部３１）のＣ型フレーム２４に対する高さ（Ｚ方向の位置）を制御しながら摩擦撹拌接合を行うことができ、より精度の高い摩擦撹拌接合が可能となる。

【実施例3】

【0039】

図７を参照して、実施例３の摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法について説明する。図７は本実施例の摩擦撹拌接合装置４１の全体概要を示している。

【0040】

図７に示すように、摩擦撹拌接合装置４１は主要な構成として、多軸ロボット４２、多軸ロボット４２に接続されるＣ型フレーム４３、上下動駆動機構部４４を介してＣ型フレーム４３の一端に接続される第１着脱機構部４５、第１着脱機構部４５に嵌合されてスイング機構部４７をＣ型フレーム４３に装着する第２着脱機構部４６ａ、回動機構部４９を介してスイング機構部４７に接続されるホルダ部（接合ヘッド）４８、ホルダ部（接合ヘッド）４８により保持される接合ツール部５０を備えている。第２着脱機構部４６ａを第１着脱機構部４５に嵌合（装着）することで、スイング機構部４７、ホルダ部（接合ヘッド）４８、接合ツール部５０がＣ型フレーム４３（多軸ロボット４２）に装着される。接合ツール部５０はショルダ５１及び接合ピン５２で構成され、ショルダ５１を介して接合ピン５２がホルダ部（接合ヘッド）４８に保持される。

【0041】

多軸ロボット４２は、一般的にロボットアームと呼ばれる垂直多関節ロボットであり、多関節構造とサーボモーターによって三次元空間を自在に動作（移動）することができる。関節の数（軸数）によって可動範囲が変化するが、ここでは台座部４２ａ上に下腕部４２ｂ、上腕部４２ｃ、手首部４２ｄを有する三軸タイプのロボットアームの例を示す。多軸ロボット４２の白丸部分が関節である。

【0042】

なお、摩擦撹拌接合装置４１はサーボアンプや基板などが収納された制御装置（図示せず）を備えており、この制御装置からの指令（プログラム信号）により多軸ロボット４２の動きやスイング機構部４７のスイング条件、接合ツール部５０の接合条件を総合的にコントロールする。

【0043】

多軸ロボット４２の手首部４２ｄの先端には、Ｃ型フレーム４３が回動可能に接続されている。Ｃ型フレーム４３は、多軸ロボット４２の手首部４２ｄに接続される被保持部（立上部）４３ａ、被保持部４３ａの一方の端部に接続されて上下動駆動機構部４４を介して第１着脱機構部４５を支持するホルダ部保持部４３ｂ、被保持部（立上部）４３ａの他方の端部に接続されて接合ツール部５０からの押圧力を受け止める押圧力受け部４３ｃから構成されている。

【0044】

なお、図７では被保持部（立上部）４３ａ、ホルダ部保持部４３ｂ、押圧力受け部４３ｃが一体物としてＣ型フレーム４３を構成する例を示しているが、各部位がそれぞれ別体として形成され、それらを組み合せることでＣ型フレーム４３を構成する例も含んでいる。

【0045】

ホルダ部（接合ヘッド）４８は、上下動駆動機構部４４を介してＣ型フレーム４３（ホルダ部保持部４３ｂ）と接続されており、Ｃ型フレーム４３に対して上下方向（図７のＺ方向）に動作する。

【0046】

接合ツール部５０は、ショルダ５１、接合ピン５２で構成され、接合ピン５２を高速回転させながら被接合部材（図示せず）に所定の深さまで挿入し、接合部（接合線）に沿って移動させることで摩擦撹拌接合を行う。

【0047】

本実施例の摩擦撹拌接合装置４１は以上のように構成されており、実施例１と同様に、第２着脱機構部４６ａを第１着脱機構部４５に嵌合（装着）することで、スイング機構部４７、ホルダ部（接合ヘッド）４８、接合ツール部５０がＣ型フレーム４３（多軸ロボット４２）に装着される。従って、例えばＣ型フレーム４３側の第１着脱機構部４５に嵌合させるスイング機構部４７の第２着脱機構部を第２着脱機構部４６ａから第２着脱機構部４６ｂに付け替えることで、接合ツール部５０のスイング方向を９０度変更することができる。

【0048】

実施例１の図４のように、スイング機構部４７に設ける第２着脱機構部４６ａに替えて、接合ヘッドアタッチメントを装置本体に装着した際、スイング機構部４７（すなわち接合ツール部５０）のスイング方向が角度θ（図４のように例えば約４５度）を有するように第２着脱機構部を設けてもよい点や、被接合部材の所望の接合方向に合わせてスイング機構部４７の着脱機構部（図７では第２着脱機構部４６ａ，４６ｂ）を選択する点など、その他の構成及び動作（作用）は基本的に実施例１と同様であるため、繰り返しとなる詳細な説明は省略する。

【0049】

本実施例においても、従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することができるなど、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、Ｃ型フレーム４３を多軸ロボットアーム４２により保持しているため、接合点（接合面）を三次元空間において自在に移動することができ、自動車のボディのように立体的に配置され、曲面を含む複雑な形状の被接合部材の摩擦撹拌接合を精度よく行うことができる。

【0050】

なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１…摩擦撹拌接合装置、２…装置本体、３…上下動駆動機構部（ボールスクリュー）、４…第１着脱機構部、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…第２着脱機構部、６…スイング機構部、７…ホルダ部（接合ヘッド）、８…回動機構部、９…接合ツール部、１０…ショルダ、１１…接合ピン、１２…制御部（制御装置）、２１…摩擦撹拌接合装置、２２…装置本体、２３，２５…上下動駆動機構部（ボールスクリュー）、２４…Ｃ型フレーム、２４ａ…被保持部（立上部）、２４ｂ…ホルダ部保持部、２４ｃ…押圧力受け部、２６…第１着脱機構部、２７，２７ａ，２７ｂ…第２着脱機構部、２８…スイング機構部、２９…ホルダ部（接合ヘッド）、３０…回動機構部、３１…接合ツール部、３２…ショルダ、３３…接合ピン、３４…制御部（制御装置）、４１…摩擦撹拌接合装置、４２…多軸ロボット、４２ａ…台座部、４２ｂ…下腕部、４２ｃ…上腕部、４２ｄ…手首部、４３…Ｃ型フレーム、４３ａ…被保持部（立上部）、４３ｂ…ホルダ部保持部、４３ｃ…押圧力受け部、４４…上下動駆動機構部（ボールスクリュー）、４５…第１着脱機構部、４６，４６ａ，４６ｂ…第２着脱機構部、４７…スイング機構部、４８…ホルダ部（接合ヘッド）、４９…回動機構部、５０…接合ツール部、５１…ショルダ、５２…接合ピン、５３…被接合部材（自動車用鋼板）、５４…接合部。

【要約】

【課題】
従来よりも少ない接合回数で十分な接合強度を確保することが可能な摩擦撹拌接合装置を提供する。
【解決手段】
被接合部材同士を摩擦撹拌接合により接合する摩擦撹拌接合装置であって、第１着脱機構部を有する装置本体と、複数の第２着脱機構部を有するスイング機構部と、前記スイング機構部に回動可能に支持されるホルダ部と、前記ホルダ部に保持される接合ツールと、を備え、前記複数の第２着脱機構部のいずれかを前記第１着脱機構部へ嵌合することで前記接合ツールを前記装置本体に装着することを特徴とする。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】