特許 6971180 摩擦接合装置及びその運転方法

(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】6971180

(24)【登録日】2021年11月4日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】摩擦接合装置及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20211111BHJP

   B29C 65/06 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 320

   B29C65/06

【請求項の数】18

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-51288(P2018-51288)

(22)【出願日】2018年3月19日

(65)【公開番号】特開2019-162641(P2019-162641A)

(43)【公開日】2019年9月26日

【審査請求日】2021年1月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村松 良崇

(72)【発明者】

【氏名】大橋 良司

(72)【発明者】

【氏名】武岡 正樹

(72)【発明者】

【氏名】福田 拓也

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／００３７４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１８−２０３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２９Ｃ ６５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、
前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、
制御装置と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記第２部材は、鋼で構成されていて、
前記制御装置は、前記ツールの先端部が前記被接合物の被接合部を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、前記被接合部の温度がＡ１変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する（Ａ）と、
前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記被接合部の温度をＡ１変態点以上に維持した状態で、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達させる（Ｂ）と、
前記被接合部の温度をＡ１変態点以上に維持し、かつ、前記ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する（Ｃ）と、を実行するように構成されている、摩擦接合装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記（Ａ）において、前記被接合部の温度がＡ３変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する、請求項１に記載の摩擦接合装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記（Ｂ）において、前記被接合部の温度をＡ３変態点以上に維持するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する、請求項１又は２に記載の摩擦接合装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記（Ｃ）において、前記被接合部の温度をＡ３変態点以上に維持するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項5】

前記第１部材は、アルミニウム、熱可塑性プラスチック、及び繊維強化プラスチックのうち、少なくとも１つの材料で構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項6】

前記第１部材は、複数の第１サブ部材で構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項7】

前記第２部材は、複数の第２サブ部材で構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項8】

前記被接合部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度検出器が検出した温度により、前記被接合部の温度がＡ１変態点以上であるか否かを判断するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項9】

前記被接合部の温度と、前記ツールの押圧力及び回転数と、の相関関係を示す第１データが記憶されている記憶装置をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。

【請求項10】

第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、
前記摩擦接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記第２部材は、鋼で構成されていて、
前記ツールの先端部が前記被接合物の被接合部を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、前記被接合部の温度がＡ１変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する（Ａ）と、
前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記被接合部をＡ１変態点以上の温度に維持した状態で、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達させる（Ｂ）と、
前記被接合部の温度をＡ１変態点以上に維持し、かつ、前記ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する（Ｃ）と、を備える、摩擦接合装置の運転方法。

【請求項11】

前記（Ａ）において、前記直動駆動器及び前記回転駆動器は、前記被接合部の温度がＡ３変態点以上となるように動作する、請求項１０に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項12】

前記（Ｂ）において、前記直動駆動器及び前記回転駆動器は、前記被接合部の温度をＡ３変態点以上となるように動作する、請求項１０又は１１に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項13】

前記（Ｃ）において、前記直動駆動器及び前記回転駆動器は、前記被接合部の温度がＡ３変態点以上となるように動作する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項14】

前記第１部材は、アルミニウム、熱可塑性プラスチック、及び繊維強化プラスチックのうち、少なくとも１つの材料で構成されている、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項15】

前記第１部材は、複数の第１サブ部材で構成されている、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項16】

前記第２部材は、複数の第２サブ部材で構成されている、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項17】

前記摩擦接合装置は、前記被接合部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記（Ａ）〜（Ｃ）において、前記温度検出器が検出する温度が、前記Ａ１変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【請求項18】

前記摩擦接合装置は、前記被接合部の温度と、前記直動駆動器の押圧力及び前記回転駆動器の回転数と、の相関関係を示す第１データが記憶されている記憶装置をさらに備え、 前記（Ａ）〜（Ｃ）において、前記第１データに基づいて、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦接合装置及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の鋼製部材を、摩擦熱を利用して接合する摩擦接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている摩擦接合方法では、被接合部に回転ツールを回転させながら押圧して、被接合部の温度をＡ３変態点以上にし、その後、Ａ１変態点以下にして、Ａ１変態点以下の状態で回転ツールを被接合部から引き抜くことで、２枚の鋼板を接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−７３６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されている摩擦接合方法では、２枚の鋼板についての接合方法であり、異なる種類の板部材、例えば、アルミニウム製の板材と鋼製の板材を接合する場合については、考慮されておらず、未だ改善の余地があった。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る、摩擦接合装置及びその運転方法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】

【0006】

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、制御装置と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記第２部材は、鋼で構成されていて、前記制御装置は、前記ツールの先端部が前記被接合物の被接合部を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、前記被接合部の温度がＡ１変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する（Ａ）と、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記被接合部の温度をＡ１変態点以上の温度を維持した状態で、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、予め設定されている所定の第１位置まで前記ツールの先端部を到達させる（Ｂ）と、前記被接合部の温度をＡ１変態点以上の温度を維持し、かつ、前記ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御する（Ｃ）と、を実行するように構成されている。

【0007】

これにより、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

【0008】

また、本発明に係る摩擦接合装置の運転方法は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、前記摩擦接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記第２部材は、鋼で構成されていて、前記ツールの先端部が前記被接合物の被接合部を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、前記被接合部の温度がＡ１変態点以上となるように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する（Ａ）と、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合部の温度をＡ１変態点以上の温度を維持した状態で、予め設定されている所定の第１位置まで前記ツールの先端部が到達するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する（Ｂ）と、前記被接合部の温度をＡ１変態点以上の温度を維持し、かつ、前記ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する（Ｃ）と、を備える。

【0009】

これにより、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

【0010】

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る摩擦接合装置及びその運転方法によれば、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図である。

【図4】図４は、本変形例１における摩擦接合装置の一例の要部を示す模式図である。

【図5】図５は、本変形例２における摩擦接合装置の一例の要部を示す模式図である。

【図6】図６は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。

【図7】図７は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

【0014】

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、ツールを軸線周りに回転させる回転駆動器と、ツールを軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、制御装置と、を備え、第１部材は、ツールと対向するように配置され、かつ、第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、第２部材は、鋼で構成されていて、制御装置は、ツールの先端部が被接合物の被接合部を押圧しながら、ツールを軸線周りに回転させて、被接合部の温度がＡ１変態点以上となるように、直動駆動器及び回転駆動器を制御する（Ａ）と、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、被接合部の温度をＡ１変態点以上に維持した状態で、軟化した第２部材が、軟化した第１部材に突き刺さるように、予め設定されている所定の第１位置までツールの先端部を到達させる（Ｂ）と、被接合部の温度をＡ１変態点以上に維持し、かつ、ツールを回転させた状態で被接合部から引き抜くように、直動駆動器及び回転駆動器を制御する（Ｃ）と、を実行するように構成されている。

【0015】

また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、制御装置は、（Ａ）において、被接合部の温度がＡ３変態点以上となるように、直動駆動器及び回転駆動器を制御してもよい。

【0016】

また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、制御装置は、（Ｂ）において、被接合部の温度をＡ３変態点以上に維持するように、直動駆動器及び回転駆動器を制御してもよい。

【0017】

また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、制御装置は、（Ｃ）において、被接合部の温度をＡ３変態点以上に維持するように、直動駆動器及び回転駆動器を制御してもよい。

【0018】

また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、第１部材は、アルミニウム、熱可塑性プラスチック、及び繊維強化プラスチックのうち、少なくとも１つの材料で構成されていてもよい。

【0019】

さらに、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、被接合部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、制御装置は、温度検出器が検出した温度により、被接合部の温度がＡ１変態点以上であるか否かを判断するように構成されていてもよい。

【0020】

以下、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の一例について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

【0021】

［摩擦接合装置の構成］
図１は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。

【0022】

図１に示すように、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１は、ツール１０、基体２、可動体３、ツール保持体４、直動駆動器７、回転駆動器８、温度検出器６０、及び制御装置３０を備えていて、被接合物Ｗの被接合部Ｗａを摩擦熱で軟化させて、接合するように構成されている。

【0023】

基体２は、ロボットアーム９の先端部に着脱可能に取り付けられている。基体２には、可動体３が、ツール保持体４の軸線Ｘ方向に移動可能に取り付けられている。可動体３の先端部には、ツール保持体４が設けられている。

【0024】

ツール保持体４は、その軸線Ｘ周りに回転可能であり、かつ、可動体３と一体となって、軸線Ｘの方向に移動可能に構成されている。ツール保持体４の先端部には、ツール１０が着脱可能に設けられている。なお、ツール１０は、摩擦攪拌接合の分野で公知の構成を用いることができる。

【0025】

また、基体２の内部には、直動駆動器７が配置されている。直動駆動器７は、可動体３（ツール１０）を軸線Ｘ方向に直動させるように構成されている。直動駆動器７としては、例えば、電動モータ（サーボモータ）を用いてもよい。また、直動駆動器７には、ツール１０の先端部の位置を検出するように構成されている、位置検出器が配置されていてもよい。位置検出器としては、例えば、エンコーダを用いてもよい。

【0026】

可動体３の内部には、回転駆動器８が配置されている。回転駆動器８は、ツール保持体４及びツール１０を軸線Ｘ周りに回転させるように構成されている。回転駆動器８としては、例えば、電動モータ（サーボモータ）を用いてもよい。

【0027】

さらに、基体２には、略Ｃ字状（略Ｌ字状）に形成されている湾曲フレーム５が固定されている。湾曲フレーム５は、その先端部が、ツール１０に対して、対向するように形成されている。また、湾曲フレーム５の先端部には、支持台６が設けられている。支持台６は、被接合物Ｗを支持するように構成されている。すなわち、本実施の形態１においては、基体２、可動体３、ツール保持体４、湾曲フレーム５、及び支持台６は、Ｃ型ガン（Ｃ型フレーム）で構成されている。

【0028】

被接合物Ｗは、本実施の形態１においては、板状の第１部材Ｗ１と板状の第２部材Ｗ２で構成されている。第１部材Ｗ１は、金属材料（例えば、アルミニウム）、熱可塑性プラスチック（例えば、ポリアミド）、及び繊維強化プラスチック（例えば、炭素繊維強化プラスチック）のうち、少なくとも１つの材料を用いてもよく、第２部材Ｗ２は、第１部材Ｗ１とは異なる金属材料（例えば、鋼）を用いてもよい。

【0029】

なお、本実施の形態１においては、被接合物Ｗを板状の第１部材Ｗ１と板状の第２部材Ｗ２で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物Ｗ（第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２）の形状は任意であり、例えば、直方体状であってもよく、円弧状に形成されていてもよい。

【0030】

温度検出器６０は、被接合物Ｗの被接合部Ｗａの温度を検出して、検出した温度を制御装置３０に出力するように構成されている。温度検出器６０としては、被接合物Ｗの被接合部Ｗａの温度を検出することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、赤外線センサを用いてもよく、支持台６の内部に配置されている熱電対を用いてもよい。

【0031】

制御装置３０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等の演算処理器と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶器と、を備えている（図示せず）。記憶器には、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算処理器は、記憶器に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、直動駆動器７、回転駆動器８、及びロボットアーム９の各種動作を制御する。

【0032】

なお、制御装置３０は、集中制御する単独の制御装置３０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置３０によって構成されていてもよい。また、制御装置３０は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。

【0033】

［摩擦接合装置の動作（摩擦接合装置の運転方法）］
次に、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１の運転方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置３０の演算処理器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

【0034】

図２は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、摩擦接合を実行した状態を示す。

【0035】

まず、作業者が支持台６の上面に被接合物Ｗを載置する。ついで、作業者が入力器（図示せず）を操作して、制御装置３０に被接合物Ｗの接合実行を入力する。

【0036】

すると、図２に示すように、制御装置３０は、回転駆動器８を駆動させて、ツール保持体４及びツール１０を所定の回転数（例えば、５００〜３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１）。ついで、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、ツール１０の先端部が予め設定されている所定の第１位置まで移動するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ１０２）。このとき、制御装置３０は、ツール１０が予め設定された所定の押圧力（例えば、４ｋＮ〜７０ｋＮ）で被接合物Ｗを押圧するように、直動駆動器７を制御する。なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、予め実験等により、適宜設定することができる。また、第１位置については、後述する。

【0037】

これにより、ツール１０は、被接合物Ｗの被接合部Ｗａに当接し、ツール１０の先端部と被接合部Ｗａとの摩擦により、摩擦熱が発生し、被接合物Ｗの被接合部Ｗａが軟化されて、塑性流動が生じる。

【0038】

そして、図３に示すように、ツール１０の先端部が、被接合部Ｗａの内部に圧入されることにより、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２軟化部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１軟化部分４１に入り込む（突き刺さる）。なお、本明細書においては、第１軟化部分４１に入り込んだ第２軟化部分４２をアンカー部分と称する。

【0039】

次に、制御装置３０は、温度検出器６０が検出した被接合物Ｗの被接合部Ｗａの温度を取得する（ステップＳ１０３）。ついで、制御装置３０は、ステップＳ１０３で取得した温度が、Ａ１変態点以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

【0040】

なお、本実施の形態１においては、制御装置３０は、ステップＳ１０３で取得した温度が、Ａ１変態点以上であるか否かを判定する形態を採用したが、これに限定されない。被接合物Ｗの接合強度をより向上させる観点から、制御装置３０が、ステップＳ１０３で取得した温度が、Ａ１変態点よりも高いか否かを判定する形態を採用してもよく、Ａ３変態点以上であるか否かを判定する形態を採用してもよい。

【0041】

被接合部Ｗａの温度をＡ１変態点以上にすると、ツール１０を引き抜いた時に、第２軟化部分４２をマルテンサイト変態させることが可能となる。このため、アンカー部分である、第２軟化部分４２の強度を大きくすることができ、被接合物Ｗの引張強度を向上させることができる。

【0042】

また、被接合部Ｗａの温度をＡ３変態点以上にすると、第２軟化部分４２のマルテンサイト変態させる割合を増加させることが可能となる。このため、アンカー部分である、第２軟化部分４２の強度をより大きくすることができ、被接合物Ｗの引張強度を向上させることができる。

【0043】

制御装置３０は、ステップＳ１０３で取得した温度が、Ａ１変態点未満であると判定した場合（ステップＳ１０４でＮｏ）には、ツール１０の回転数及び／又は押圧力を増加させるように、回転駆動器８及び／又は直動駆動器７を制御し（ステップＳ１０５）、被接合物Ｗの被接合部Ｗａの温度がＡ１変態点以上になるまで、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理を繰り返す。

【0044】

一方、制御装置３０は、ステップＳ１０３で取得した温度が、Ａ１変態点以上であると判定した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６の処理を実行する。

【0045】

ステップＳ１０６において、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達したか否かを判定する。なお、ツール１０の先端部の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置３０に出力される。

【0046】

ここで、第１位置とは、第２部材Ｗ２の第１部材Ｗ１と当接する面を０％とし、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面を１００％とした場合に、０％より大きく、かつ、１００％未満の間で任意に設定される位置をいう。なお、接合強度を向上させる観点から、第１位置は、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面に近い方がよく、２５％以上であってもよく、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、８０％以上であってもよく、９０％以上であってもよく、９５％以上であってもよい。

【0047】

制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達していないと判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）には、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達するまで、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０６の各処理を実行する。一方、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達していると判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）には、ステップＳ１０７の処理を実行する。

【0048】

ステップＳ１０７では、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、ツール１０の先端部を被接合部Ｗａから引き抜くように、直動駆動器７を駆動させる。そして、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、被接合部Ｗａから引き抜かれると、ツール保持体４及びツール１０の回転を停止するように、回転駆動器８を停止させて、本プログラムを終了する。なお、複数の被接合部Ｗａを接合する場合には、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０の回転を停止させずに、次の被接合部Ｗａの接合を開始するように構成されていてもよい。

【0049】

このように構成された、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１では、被接合物Ｗに対して、摩擦接合を実行することにより、第２部材Ｗ２の第２軟化部分４２が、第１部材Ｗ１の第１軟化部分４１に入り込み、引張せん断に対する強度が高くなり、相対的に剥離強度も高くなるといったアンカー効果が得られる。

【0050】

また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１では、制御装置３０が、被接合部Ｗａの温度がＡ１変態点以上となるように、直動駆動器７及び回転駆動器８を制御する。このため、第２部材Ｗ２の第２部分４２が、いわゆる焼入れ処理をされた状態となり、アンカー部分（第２軟化部分４２）の強度を向上させることができる。これにより、引張せん断に対する強度がより高くなり、アンカー効果をより向上させることができる。

【0051】

［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の変形例について、説明する。

【0052】

本変形例１における摩擦接合装置は、実施の形態１に係る摩擦接合装置において、第１部材は、複数の第１サブ部材で構成されている。

【0053】

以下、本変形例１における摩擦接合装置について、図４を参照しながら説明する。

【0054】

図４は、本変形例１における摩擦接合装置の一例の要部を示す模式図であり、摩擦接合を実行した状態を示す。

【0055】

図４に示すように、本変形例１における摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、第１部材Ｗ１が複数の第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂで構成されている点が異なる。複数の第１サブ部材は、少なくとも１つの第１サブ部材が、第２部材Ｗ２と異なる種類の材料で構成されていればよい。

【0056】

例えば、第２部材Ｗ２が、鋼で構成されていて、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂがアルミニウムで構成されていてもよい。この場合、図４に示すように、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂは、ツール１０の先端部との摩擦により、それぞれ軟化し、軟化した部分が攪拌されて、接合される。このため、第２部材Ｗ２の第２軟化部分４２は、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂが軟化して、攪拌されて接合された部分（第１軟化部分４１）に入り込む（突き刺さる）。

【0057】

このように構成された、本変形例１における摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。

【0058】

［変形例２］
本変形例２における摩擦接合装置は、実施の形態１に係る摩擦接合装置（変形例１における摩擦接合装置を含む）において、第２部材は、複数の第２サブ部材で構成されている。

【0059】

以下、本変形例２における摩擦接合装置について、図５を参照しながら説明する。

【0060】

図５は、本変形例２における摩擦接合装置の一例の要部を示す模式図であり、摩擦接合を実行した状態を示す。

【0061】

図５に示すように、本変形例２における摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、第２部材Ｗ２が複数の第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂで構成されている点が異なる。複数の第２サブ部材は、少なくとも１つの第２サブ部材が、第１部材Ｗ１と異なる種類の材料で構成されていればよい。

【0062】

例えば、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂが、鋼で構成されていて、第１部材Ｗ１がアルミニウムで構成されていてもよい。この場合、図５に示すように、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂは、ツール１０の先端部との摩擦により、それぞれ軟化し、軟化した部分が攪拌されて、接合される。このため、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂが軟化して、攪拌されて接合された部分（第２軟化部分４２）が、第１軟化部分４１に入り込む（突き刺さる）。

【0063】

このように構成された、本変形例２における摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。

【0064】

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る摩擦接合装置は、実施の形態１に係る摩擦接合装置（変形例１及び変形例２を含む）において、被接合部の温度と、ツールの押圧力及び回転数と、の相関関係を示す第１データが記憶されている記憶装置をさらに備える。

【0065】

以下、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の一例について、図６及び図７を参照しながら説明する。

【0066】

［摩擦接合装置の構成］
図６は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。

【0067】

図６に示すように、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、温度検出器６０に代えて、記憶装置７０を備えている点が異なる。

【0068】

記憶装置７０には、被接合部Ｗａの温度と、ツール１０の押圧力及び回転数と、の相関関係を示す第１データが記憶されている。第１データは、予め実験等により、適宜設定することができる。具体的には、例えば、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様にして、温度検出器６０により、被接合部Ｗａの温度を検出し、当該温度を検出したときのツール１０の押圧力と回転数（直動駆動器７の駆動量と回転駆動器８の駆動量）を取得して、これらの情報をデータベースにすることで得ることができる。

【0069】

記憶装置７０としては、制御装置３０を構成する記憶器（図示せず）で構成されていてもよく、外付けハードディスク、又はＵＳＢメモリ等の各種の記憶媒体で構成されていてもよい。

【0070】

［摩擦接合装置の動作（摩擦接合装置の運転方法）］
次に、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１の動作について、図６及び図７を参照しながら説明する。

【0071】

図７は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【0072】

まず、作業者が支持台６の上面に被接合物Ｗを載置する。ついで、作業者が入力器（図示せず）を操作して、制御装置３０に被接合物Ｗの接合実行を入力する。

【0073】

すると、図７に示すように、制御装置３０は、回転駆動器８を駆動させて、ツール保持体４及びツール１０を所定の回転数（例えば、５００〜３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２０１）。ついで、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、ツール１０の先端部が第１位置まで移動するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ２０２）。このとき、制御装置３０は、ツール１０が予め設定された所定の押圧力（例えば、４ｋＮ〜７０ｋＮ）で被接合物Ｗを押圧するように、直動駆動器７を制御する。なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、制御装置３０が、記憶装置７０に記憶されている第１データを読み出すことにより、適宜設定される。

【0074】

次に、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。なお、ツール１０の先端部の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置３０に出力される。

【0075】

制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達していないと判定した場合（ステップＳ２０３でＮｏ）には、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達するまで、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の処理を実行する。一方、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、第１位置まで到達していると判定した場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）には、ステップＳ２０４の処理を実行する。

【0076】

ステップＳ２０４では、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、ツール１０の先端部を被接合部Ｗａから引き抜くように、直動駆動器７を駆動させる。そして、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、被接合部Ｗａから引き抜かれると、ツール保持体４及びツール１０の回転を停止するように、回転駆動器８を停止させて、本プログラムを終了する。なお、複数の被接合部Ｗａを接合する場合には、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０の回転を停止させずに、次の被接合部Ｗａの接合を開始するように構成されていてもよい。

【0077】

このように構成された、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。

【0078】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明の摩擦接合装置及びその運転方法は、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得るため、有用である。

【符号の説明】

【0080】

１ 摩擦接合装置
２ 基体
３ 可動体
４ ツール保持体
５ 湾曲フレーム
６ 支持台
７ 直動駆動器
８ 回転駆動器
９ ロボットアーム
１０ ツール
３０ 制御装置
４１ 第１軟化部分
４２ 第２軟化部分
６０ 温度検出器
７０ 記憶装置
Ｗ 被接合物
Ｗ１ 第１部材
Ｗ１Ａ 第１サブ部材
Ｗ１Ｂ 第１サブ部材
Ｗ２ 第２部材
Ｗ２Ａ 第２サブ部材
Ｗ２Ｂ 第２サブ部材
Ｗａ 被接合部
Ｘ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】