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(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】
(24)【登録日】2023-06-12
(45)【発行日】2023-06-20
(54)【発明の名称】自動接合システム
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20230613BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 340
B23K20/12 344
B23K20/12 346
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019146257
(22)【出願日】2019-08-08
(65)【公開番号】P2021023980
(43)【公開日】2021-02-22
【審査請求日】2022-02-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000004743
【氏名又は名称】日本軽金属株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】堀 久司
(72)【発明者】
【氏名】山中 宏介
(72)【発明者】
【氏名】半田 岳士
(72)【発明者】
【氏名】土屋 清美
(72)【発明者】
【氏名】高橋 聡
(72)【発明者】
【氏名】高橋 伸樹
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２６９７７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１５２６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２６３２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１５３９８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３０１５７９（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】
架台の上に配置された第一金属部材と第二金属部材とを、前記第一金属部材の表面よりも前記第二金属部材の表面が低くなるように端面同士を突き合わせて段差を備えた突合せ部を形成した状態で固定する固定装置と、摩擦攪拌を行う回転ツールを備え、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌装置と、
前記固定装置に設けられ前記架台の温度の測定及び前記温度の調整を行う温度調整部と、
前記固定装置及び前記摩擦攪拌装置を制御する制御装置と、を備え、
前記回転ツールは、基端側ピン、及び前記基端側ピンに連続して形成される先端側ピンを有し、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面に階段状のピン段差部が形成され、
前記摩擦攪拌装置は、前記回転ツールの所定の狙い角度を維持しつつ、前記ピン段差部の段差底面で塑性流動材を押さえながら前記突合せ部に沿って摩擦攪拌を行い、
前記制御装置は、摩擦攪拌接合を行う前の前記温度が所定の数値範囲内か否かを判定する判定部を備えていることを特徴とする自動接合システム。
【請求項2】
前記制御装置は、前記温度を上昇又は下降させるように前記温度調整部を制御可能であり、前記温度が前記所定の数値範囲外と判定された場合、前記制御装置は前記温度が前記所定の数値範囲内に含まれるように前記温度を上昇又は下降させることを特徴とする請求項１に記載の自動接合システム。
【請求項3】
前記温度が前記所定の数値範囲外と判定された場合、前記制御装置は当該第一金属部材及び当該第二金属部材を数値範囲外品と判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動接合システム。
【請求項4】
摩擦攪拌接合後の接合部のバリ高さ及び表面粗さの少なくとも一方を測定する検査部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の自動接合システム。
【請求項5】
前記摩擦攪拌装置は、前記回転ツールに作用する軸方向の反力荷重を測定する荷重測定部を有し、前記摩擦攪拌装置は、前記荷重測定部の結果に基づいて前記反力荷重が概ね一定となるように荷重制御されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の自動接合システム。
【請求項6】
前記架台の表面側はアルミニウム又はアルミニウム合金板で形成され、その表面に陽極酸化被膜が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の自動接合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動接合システムに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１には、金属部材の端部同士を突き合わせて突合せ部を形成し、当該突合せ部に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－２０３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
金属部材の配置位置がずれていたり、金属部材の稜線が曲がっていたりすると、予め設定された移動ルートから回転ツールが外れてしまうおそれがある。特に、金属部材同士の表面の高さ位置が異なると、回転ツールの位置がわずかにずれるだけで、バリが多く発生する、接合表面が荒れる、接合部にアンダーカットが発生する等の不具合が生じるおそれがある。また、金属部材の温度が低いと、塑性化領域に空洞欠陥が発生するおそれがある。
【0005】
このような観点から、本発明は、表面の高さ位置が異なる金属部材同士を好適に摩擦攪拌接合することができる自動接合システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために、本発明は、架台の上に配置された第一金属部材と第二金属部材とを、前記第一金属部材の表面よりも前記第二金属部材の表面が低くなるように端面同士を突き合わせて段差を備えた突合せ部を形成した状態で固定する固定装置と、摩擦攪拌を行う回転ツールを備え、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌装置と、前記固定装置に設けられ前記架台の温度の測定及び前記温度の調整を行う温度調整部と、前記固定装置及び前記摩擦攪拌装置を制御する制御装置と、を備え、前記回転ツールは、基端側ピン、及び前記基端側ピンに連続して形成される先端側ピンを有し、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面に階段状のピン段差部が形成され、前記摩擦攪拌装置は、前記回転ツールの所定の狙い角度を維持しつつ、前記ピン段差部の段差底面で塑性流動材を押さえながら前記突合せ部に沿って摩擦攪拌を行い、前記制御装置は、摩擦攪拌接合を行う前の前記温度が所定の数値範囲内か否かを判定する判定部を備えていることを特徴とする。
【0007】
かかる自動接合システムによれば、基端側ピンのピン段差部の段差底面で塑性流動材を押さえながら摩擦攪拌接合を行うことで、バリの発生やアンダーカットの発生を防ぐとともに、接合表面をきれいにすることができる。また、温度調整部の温度が所定の数値範囲内か否かを判定する判定部を備えることにより、温度に起因する不具合を防ぐことができる。
【0008】
また、前記制御装置は、前記温度を上昇又は下降させるように前記温度調整部を制御可能であり、前記温度が前記所定の数値範囲外と判定された場合、前記制御装置は前記温度が前記所定の数値範囲内に含まれるように前記温度を上昇又は下降させることが好ましい。
【0009】
かかる自動接合システムによれば、第一金属部材及び第二金属部材の温度に起因する空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【0010】
また、前記温度調整部の温度が前記所定の数値範囲外と判定された場合、前記制御装置は当該第一金属部材及び当該第二金属部材を数値範囲外品と判定することが好ましい。
【0011】
かかる自動接合システムによれば、品質管理を容易に行うことができる。
【0012】
また、摩擦攪拌接合後の接合部のバリ高さ及び表面粗さの少なくとも一方を測定する検査部をさらに備えることが好ましい。
【0013】
かかる自動接合システムによれば、品質管理をより容易に行うことができる。
【0014】
また、前記摩擦攪拌装置は、前記回転ツールに作用する軸方向の反力荷重を測定する荷重測定部を有し、前記摩擦攪拌装置は、前記荷重測定部の結果に基づいて前記反力荷重が概ね一定となるように荷重制御されていることが好ましい。
【0015】
かかる自動接合システムによれば、回転ツールの反力荷重を概ね一定にすることができるため、接合精度を高めることができる。
【0016】
また、前記架台の表面側はアルミニウム又はアルミニウム合金板で形成され、その表面に陽極酸化被膜が施されていることが好ましい。
【0017】
かかる自動接合システムによれば、架台の耐摩耗性、耐食性を高めることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る自動接合システムによれば、表面の高さ位置が異なる金属部材同士を好適に摩擦攪拌接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。
【図2】回転ツールの拡大断面図である。
【図3】回転ツールの第一変形例を示す断面図である。
【図4】回転ツールの第二変形例を示す断面図である。
【図5】回転ツールの第三変形例を示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る自動接合システムの全体斜視図である。
【図7】本実施形態に係る自動接合システムの要部斜視図である。
【図8】本実施形態に係る自動接合システムのブロック図である。
【図9】本実施形態に係る許容範囲を説明するための模式平面図である。
【図10】本実施形態に係る差分を説明するための模式平面図である。
【図11】本実施形態に係る摩擦攪拌接合中の回転ツールの位置を説明するための模式平面図である。
【図12】本実施形態に係る回転ツールの挿入状態を示す断面図である。
【図13】本実施形態に係る自動接合システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図14A】実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法を示す模式図である。
【図14B】実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が大きい状態を示す模式側面図である。
【図14C】実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が小さい状態を示す模式側面図である。
【図14D】実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が小さい他の状態を示す模式側面図である。
【図15】実施例の試験１の段差寸法とバリ高さとの関係を示すグラフである。
【図16】実施例の試験２の走行距離と接合前の隙間量との関係を示すグラフである。
【図17】実施例の試験２の開始位置側の隙間量と、開始位置側のバリ高さとの関係を示すグラフである。
【図18】実施例の試験２の終了位置側の隙間量と、終了位置側のバリ高さとの関係を示すグラフである。
【図19】実施例の試験３の概要を示す模式平面図である。
【図20】実施例の試験３の接合距離とＹ方向位置との関係を示すグラフである。
【図21A】実施例の試験３の接合距離が１００ｍｍの位置の断面図である。
【図21B】実施例の試験３の接合距離が６００ｍｍの位置の断面図である。
【図21C】実施例の試験３の接合距離が８００ｍｍの位置の断面図である。
【図22A】実施例の試験３の接合距離が１０００ｍｍの位置の断面図である。
【図22B】実施例の試験３の接合距離が１２００ｍｍの位置の断面図である。
【図22C】実施例の試験３の接合距離が１８００ｍｍの位置の断面図である。
【図23A】実施例の試験３の接合距離が１００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図23B】実施例の試験３の接合距離が６００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図23C】実施例の試験３の接合距離が８００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図24A】実施例の試験３の接合距離が１０００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図24B】実施例の試験３の接合距離が１２００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図25】実施例の試験３の接合距離が１８００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。
【図26】実施例の試験３の回転ツールの位置とバリ高さ及び酸化被膜高さとの関係を示すグラフである。
【図27】実施例の試験３の摩擦攪拌接合中の回転ツールの位置を示す模式平面図である。
【図28】実施例の試験３の接合速度と空洞欠陥サイズとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。まずは、本実施形態に係る自動接合システムで用いる回転ツールについて説明する。
【0021】
〔回転ツール〕
回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。
回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。
【0022】
基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５～１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。
【0023】
なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。
【0024】
段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１～０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。
【0025】
段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５～１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して－５°～１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。
【0026】
図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転軸に対して垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本実施形態では回転ツールＦを右回転させるため、基端側から先端側に向けて左回りに刻設されている。
【0027】
なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度ＤＡは例えば、４５～９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。
【0028】
回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。
【0029】
図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。
【0030】
図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。
【0031】
［１．自動接合システム］
次に、図６に示すように、本発明の実施形態に係る自動接合システム１について説明する。なお、以下の説明では「裏面」の反対側の面を「表面」とする。
次に、図６に示すように、本発明の実施形態に係る自動接合システム１について説明する。なお、以下の説明では「裏面」の反対側の面を「表面」とする。
【0032】
図６及び図７に示すように、自動接合システム１は、搬送装置２と、固定装置３と、摩擦攪拌装置４と、制御装置５とを含んで構成されている。自動接合システム１は、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２の端部同士を自動で摩擦攪拌接合するシステムである。
【0033】
図７に示すように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金等の摩擦攪拌可能な金属で形成された板状部材である。第二金属部材１０２の板厚寸法は、第一金属部材１０１の板厚寸法よりも小さくなっている。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、本実施形態では、例えば、アルミニウム合金で形成されている。
【0034】
図７に示すように、第一金属部材１０１の端面１０１ａと、第二金属部材１０２の端面１０２ａとが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成されている。第一金属部材１０１の裏面１０１ｃ及び第二金属部材１０２の裏面１０２ｃ同士は面一となっているため、表面１０１ｂ，１０２ｂには段差が形成されている。すなわち、第一金属部材１０１の表面１０１ｂよりも第二金属部材１０２の表面１０２ｂの高さ位置が低くなるように、端面１０１ａ，１０２ａ同士が突き合わされている。
【0035】
なお、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、摩擦攪拌接合工程ごとに順次搬送され、接合後に固定装置３の外部へ取り出されるが、各第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を識別するために、接合の順番で通し番号（以下、「ワーク番号」という。）を付すものとする。また、本実施形態では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚寸法が異なっているが、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚寸法を同一にして表面１０１ｂ，１０２ｂの高さ位置に差を設けて突き合わせてもよい。
【0036】
［１－１．搬送装置］
搬送装置２は、図６及び図８に示すように、アームロボット１１と、基部フレーム１２と、４つの吸着部１３とを含んで構成されている。アームロボット１１は、制御装置５と電気的に接続されている。制御装置５の搬送制御部５１（図８参照）は、アームロボット１１の搬送動作を制御する装置である。アームロボット１１は、多関節のアーム１１ａ及びアーム駆動部（図示省略）を備えており、搬送制御部５１から送信される制御信号に基づいて立体的な動作が可能となっている。
搬送装置２は、図６及び図８に示すように、アームロボット１１と、基部フレーム１２と、４つの吸着部１３とを含んで構成されている。アームロボット１１は、制御装置５と電気的に接続されている。制御装置５の搬送制御部５１（図８参照）は、アームロボット１１の搬送動作を制御する装置である。アームロボット１１は、多関節のアーム１１ａ及びアーム駆動部（図示省略）を備えており、搬送制御部５１から送信される制御信号に基づいて立体的な動作が可能となっている。
【0037】
基部フレーム１２は、アームロボット１１のアームの先端に取り付けられた枠状部材である。基部フレーム１２は、アーム１１ａの軸方向に対して垂直に取り付けられている。吸着部１３は、基部フレーム１２の四隅に、基部フレーム１２の平面に対して垂直に設けられている。吸着部１３は、搬送制御部５１の制御信号に基づいて、先端に設けられた吸着パッド１３ａに負圧又は正圧を作用させることができる。つまり、吸着パッド１３ａに負圧を作用させることで、第一金属部材１０１又は第二金属部材１０２の四隅を吸着することでき、正圧を作用させることにより第一金属部材１０１又は第二金属部材１０２を離脱させることができる。これにより、アームロボット１１は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定装置３の予め設定された位置にそれぞれ搬送することができる。例えば、接合前の第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、搬送装置２による第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の吸着が可能な範囲内の位置にある材料配置エリア（図示省略）にそれぞれ積層して配置しておくことができる。搬送装置２は、材料配置エリアに配置された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を、それぞれ一部材ずつ架台２１の所定位置まで搬送することができる。
【0038】
また、アームロボット１１は、摩擦攪拌接合後に、接合された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２（以下、「被接合金属部材１０３」とも言う。）を固定装置３から取り出して、所定の位置に搬送することができる。アームロボット１１は、例えば、制御装置５に合格品と判定された場合は被接合金属部材１０３を合格品配置エリア１５（図６参照）に搬送し、数値範囲外品と判定された場合は被接合金属部材１０３を数値範囲外品配置エリア１６に搬送することができる。なお、数値範囲外品とは、制御装置５で所定の数値範囲内ではない（数値範囲外）と判定された被接合金属部材１０３を言う。
【0039】
［１－２．固定装置］
固定装置３は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定するとともに、摩擦攪拌接合の台座となる装置である。図６及び図８に示すように、固定装置３は、架台２１と、吸引部２２と、温度調整部２３と、クランプ部２４とを含んで構成されている。
固定装置３は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定するとともに、摩擦攪拌接合の台座となる装置である。図６及び図８に示すように、固定装置３は、架台２１と、吸引部２２と、温度調整部２３と、クランプ部２４とを含んで構成されている。
【0040】
＜架台＞
架台２１は、上部の表面に第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が配置される台であって、外形が直方体を呈する。架台２１の上部表面における中央位置には、架台２１の長手方向の稜線２１ａに対して垂直な基準位置Ｙ０が設定されている。基準位置Ｙ０は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置決めの基準となる位置である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、基準位置Ｙ０の位置において突合せ部Ｊ１を形成するように配置される。ここで、以下の説明におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図６，図７に示す矢印に基づく。図６，図７に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直行している。Ｘ方向は、架台２１の上部平面において、基準位置Ｙ０に対して平行となっている。Ｙ方向は、架台２１の上部平面において、基準位置Ｙ０に対して垂直となっている。Ｚ方向は、架台２１の上部平面に対して垂直となっている。
架台２１は、上部の表面に第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が配置される台であって、外形が直方体を呈する。架台２１の上部表面における中央位置には、架台２１の長手方向の稜線２１ａに対して垂直な基準位置Ｙ０が設定されている。基準位置Ｙ０は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置決めの基準となる位置である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、基準位置Ｙ０の位置において突合せ部Ｊ１を形成するように配置される。ここで、以下の説明におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図６，図７に示す矢印に基づく。図６，図７に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直行している。Ｘ方向は、架台２１の上部平面において、基準位置Ｙ０に対して平行となっている。Ｙ方向は、架台２１の上部平面において、基準位置Ｙ０に対して垂直となっている。Ｚ方向は、架台２１の上部平面に対して垂直となっている。
【0041】
架台２１の表面側の中央部には、基準位置Ｙ０に沿って凹溝２５ａが形成されている。凹溝２５ａ内には、基準位置Ｙ０に沿って、突合せ部Ｊ１に対応する位置に載置部２５が設けられている。載置部２５は、本実施形態では架台２１のＸ方向の長さと概ね同じ長さからなり、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との摩擦撹拌接合によって形成される塑性流動領域の幅と同程度かこれよりも大きい幅に形成されている。また、載置部２５は、アルミニウム又はアルミニウム合金板で形成されている。載置部２５の表面側には陽極酸化被膜が施されている。載置部２５は、架台２１の表面に配置されて、その上に載置された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を支持するとともに、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の温度調整を行うためのバッキングプレートとして機能する。
【0042】
＜吸引部＞
吸引部２２は、第二金属部材１０２の端部を裏面１０２ｃ側から吸引する装置である。吸引部２２は、吸引管２６と、ホース２８と、吸引機２９とを含んで構成されている。吸引管２６は、断面矩形の中空管である。図７に示すように、吸引管２６は、架台２１の表面側においてＸ方向と平行に設けられた凹溝２５ａ内に設置されている。凹溝２５ａ内において、第一金属部材１０１側に配置される載置部２５と、第二金属部材１０２側に配置される吸引管２６とが、長手方向で隣接して設置されている。吸引管２６の表面と、載置部２５の表面は面一になっている。本実施形態では、例えば、吸引管２６の表面長手方向の第一金属部材１０１側の稜線２６ａは、基準位置Ｙ０に対して第二金属部材１０２の側に位置するように設定されている。
吸引部２２は、第二金属部材１０２の端部を裏面１０２ｃ側から吸引する装置である。吸引部２２は、吸引管２６と、ホース２８と、吸引機２９とを含んで構成されている。吸引管２６は、断面矩形の中空管である。図７に示すように、吸引管２６は、架台２１の表面側においてＸ方向と平行に設けられた凹溝２５ａ内に設置されている。凹溝２５ａ内において、第一金属部材１０１側に配置される載置部２５と、第二金属部材１０２側に配置される吸引管２６とが、長手方向で隣接して設置されている。吸引管２６の表面と、載置部２５の表面は面一になっている。本実施形態では、例えば、吸引管２６の表面長手方向の第一金属部材１０１側の稜線２６ａは、基準位置Ｙ０に対して第二金属部材１０２の側に位置するように設定されている。
【0043】
吸引管２６の表面には、所定の間隔で複数の孔部２７が開口している。吸引管２６は、ホース２８を介して吸引機２９に連結されている。吸引機２９は、吸引して負圧を発生させる機械であり、制御装置５の吸引制御部５２（図８参照）と電気的に接続されている。制御装置５の吸引制御部５２は、吸引機２９の吸引動作を制御する。つまり、吸引機２９は、吸引制御部５２から送信される制御信号に基づいて吸引ＯＮ又は吸引ＯＦＦとすることができる。吸引部２２は、孔部２７周りに負圧を発生させることにより、第二金属部材１０２の端部を吸引して、当該端部の浮き上がりを防ぐことができる。
【0044】
なお、本実施形態では、第二金属部材１０２を吸引するようにしたが、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方を吸引するようにしてもよい。吸引管２６は複数本設けてもよい。
【0045】
＜温度調整部＞
温度調整部２３は、図６及び図８に示すように、固定装置３の架台２１の内部に設けられ、架台２１の温度の測定、及び架台２１表面の温度調整を行う装置である。温度調整部２３は、ヒーター（図示省略）、及び温度センサ２３ａ（図８参照）を含んで構成されている。架台２１の表面側から、載置部２５と、温度センサ２３ａと、ヒーターとが、この順で設けられている。ヒーターは、基準位置Ｙ０に沿って、載置部２５と概ね同じ位置に対応するように配置されている。温度センサ２３ａは載置部２５の温度を測定し、ヒーターは載置部２５の温度を調整する。温度調整部２３は、制御装置５の温度制御部５３と電気的に接続されている。温度調整部２３は、温度制御部５３から送信される制御信号に基づいて、ヒーターの動作を制御可能に構成されている。例えば、ヒーターを作動させることで載置部２５を加温し、又はヒーターを停止させることで載置部２５を室温付近まで冷却することができるように構成されている。このようにして、温度調整部２３は、温度センサ２３ａによって架台２１表面の載置部２５の温度を測定し、ヒーターによって架台２１表面の載置部２５の温度を調整することができる。そして、載置部２５の温度を調整することで、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の温度を上昇又は下降させることができる。なお、温度調整部２３は、さらに冷却装置を備え、この冷却装置を作動させることで載置部２５を冷却するようにしてもよい。
温度調整部２３は、図６及び図８に示すように、固定装置３の架台２１の内部に設けられ、架台２１の温度の測定、及び架台２１表面の温度調整を行う装置である。温度調整部２３は、ヒーター（図示省略）、及び温度センサ２３ａ（図８参照）を含んで構成されている。架台２１の表面側から、載置部２５と、温度センサ２３ａと、ヒーターとが、この順で設けられている。ヒーターは、基準位置Ｙ０に沿って、載置部２５と概ね同じ位置に対応するように配置されている。温度センサ２３ａは載置部２５の温度を測定し、ヒーターは載置部２５の温度を調整する。温度調整部２３は、制御装置５の温度制御部５３と電気的に接続されている。温度調整部２３は、温度制御部５３から送信される制御信号に基づいて、ヒーターの動作を制御可能に構成されている。例えば、ヒーターを作動させることで載置部２５を加温し、又はヒーターを停止させることで載置部２５を室温付近まで冷却することができるように構成されている。このようにして、温度調整部２３は、温度センサ２３ａによって架台２１表面の載置部２５の温度を測定し、ヒーターによって架台２１表面の載置部２５の温度を調整することができる。そして、載置部２５の温度を調整することで、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の温度を上昇又は下降させることができる。なお、温度調整部２３は、さらに冷却装置を備え、この冷却装置を作動させることで載置部２５を冷却するようにしてもよい。
【0046】
各摩擦攪拌接合を行う前において、温度調整部２３の温度センサ２３ａで計測された結果は、ワーク番号と関連付けられて制御装置５の温度制御部５３に送信されるとともに、記憶部４４に格納される。温度センサ２３ａで計測された結果は、ワーク番号とともに制御装置５の表示部４３に表示されるようにしてもよい。
【0047】
＜クランプ部＞
クランプ部２４は、図７及び図８に示すように、架台２１の周囲に移動可能に配置され、架台２１に対して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定又は解除する装置である。クランプ部２４は、制御装置５のクランプ制御部５４（図８参照）から送信される制御信号に基づいて、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の固定又は解除を行う。つまり、クランプ部２４は、架台２１に第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が配置された後、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に近接しつつ、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に移動不能に拘束する。一方、クランプ部２４は、摩擦攪拌接合が終了したら拘束を解除して、被接合金属部材１０３を取り出す際に干渉しない位置まで退避する。
クランプ部２４は、図７及び図８に示すように、架台２１の周囲に移動可能に配置され、架台２１に対して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定又は解除する装置である。クランプ部２４は、制御装置５のクランプ制御部５４（図８参照）から送信される制御信号に基づいて、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の固定又は解除を行う。つまり、クランプ部２４は、架台２１に第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が配置された後、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に近接しつつ、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に移動不能に拘束する。一方、クランプ部２４は、摩擦攪拌接合が終了したら拘束を解除して、被接合金属部材１０３を取り出す際に干渉しない位置まで退避する。
【0048】
［１－３．摩擦攪拌装置］
摩擦攪拌装置４は、図６及び図８に示すように、アームロボット３１と、回転駆動部３２と、荷重付与部３３と、測定部３４と、荷重測定部３５とを含んで構成されている。摩擦攪拌装置４は、回転ツールＦを回転させつつ移動させて第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを摩擦攪拌接合する装置である。
摩擦攪拌装置４は、図６及び図８に示すように、アームロボット３１と、回転駆動部３２と、荷重付与部３３と、測定部３４と、荷重測定部３５とを含んで構成されている。摩擦攪拌装置４は、回転ツールＦを回転させつつ移動させて第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを摩擦攪拌接合する装置である。
【0049】
アームロボット３１は、制御装置５と電気的に接続されている。制御装置５の摩擦攪拌制御部５５（図８参照）は、アームロボット３１の摩擦攪拌接合動作を制御する装置である。アームロボット３１は、多関節のアーム３１ａ及びアーム駆動部（図示省略）を備えており、摩擦攪拌制御部５５から送信される制御信号に基づいて立体的な動作が可能となっている。
【0050】
回転駆動部３２は、回転ツールＦを回転させるモータ等の回転駆動手段を含んで構成されている。回転駆動部３２、荷重付与部３３及び荷重測定部３５は、筐体３９（図６参照）内に収容されている。回転駆動部３２の先端には、回転ツールＦを着脱可能なチャック部が設けられている。摩擦攪拌制御部５５（図８参照）は、回転ツールＦが所定の回転数となるように回転駆動部３２を制御する。
【0051】
荷重付与部３３（図８参照）は、回転ツールＦの軸方向に移動可能なシリンダ機構等を含んで構成されており、摩擦攪拌接合中において、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に対する回転ツールＦの押圧力を調整する部位である。
【0052】
荷重測定部３５は、回転ツールＦとモータ等の回転駆動手段との間に介設されており、摩擦攪拌接合中に回転ツールＦが受ける軸方向の反力荷重を測定する装置である。荷重測定部３５で計測された結果は、ワーク番号と関連付けられて制御装置５の摩擦攪拌制御部５５に送信されるとともに、記憶部４４に格納される。
【0053】
荷重測定部３５で計測された結果は、ワーク番号とともに制御装置５の表示部４３に表示されるようにしてもよい。摩擦攪拌制御部５５は、回転ツールＦの反力荷重が、予め設定された設定荷重に近づくように荷重付与部３３をフィードバック制御する。
【0054】
回転ツールＦの押圧力（設定荷重）は、本実施形態では、例えば、２０００～４０００Ｎに設定され、好ましくは２５００～３５００Ｎに設定されている。
【0055】
＜測定部＞
測定部３４は、回転駆動部３２の外側に取り付けられた測定装置である。測定部３４は、本実施形態ではラインセンサを用いている。測定部３４は、照射されたラインレーザの反射光により、突合せ部Ｊ１（接合部）周りの凹凸、隙間、形状等を取得可能になっている。測定部３４で計測された結果は、ワーク番号と関連付けられて制御装置５の摩擦攪拌制御部５５に送信されるとともに、記憶部４４に格納される。測定部３４で計測された結果は、ワーク番号とともに制御装置５の表示部４３に表示されるようにしてもよい。
測定部３４は、回転駆動部３２の外側に取り付けられた測定装置である。測定部３４は、本実施形態ではラインセンサを用いている。測定部３４は、照射されたラインレーザの反射光により、突合せ部Ｊ１（接合部）周りの凹凸、隙間、形状等を取得可能になっている。測定部３４で計測された結果は、ワーク番号と関連付けられて制御装置５の摩擦攪拌制御部５５に送信されるとともに、記憶部４４に格納される。測定部３４で計測された結果は、ワーク番号とともに制御装置５の表示部４３に表示されるようにしてもよい。
【0056】
より詳しくは、測定部３４は、摩擦攪拌接合を行う前にアームロボット３１によって突合せ部Ｊ１に沿って移動することにより、突合せ部Ｊ１の段差寸法ｈ、隙間量Ｄ及び第一金属部材１０１の稜線位置Ｙｐを測定することができる。段差寸法ｈは、第一金属部材１０１の表面１０１ｂから第二金属部材１０２の表面１０２ｂまでの高さ寸法である。隙間量Ｄは、第一金属部材１０１の端面１０１ａから第二金属部材１０２の端面１０２ａまでの距離である。稜線位置Ｙｐは、図７に示すように、第一金属部材１０１の突合せ部Ｊ１に面する上面側の稜線１０１ｅの形状（ＸＹ平面上の位置）である。
【0057】
また、測定部３４は、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎ（ＸＹ平面上の位置：図１１参照）を測定することができる。また、測定部３４は、摩擦攪拌接合前の回転ツールＦの位置Ｙｂ（初期位置Ｙｂ0：図９参照）を測定することができる。この初期位置Ｙｂ0は、摩擦攪拌接合を行う際に、回転ツールＦを第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に挿入する直前の回転ツールＦの位置である。
【0058】
また、測定部３４は、摩擦攪拌接合後に突合せ部Ｊ１（接合部）に沿って移動することにより、接合部のバリ高さＳ（アンダーカット）及び表面粗さＲａを測定することができる。つまり、測定部３４は、摩擦攪拌接合後に接合部の状態、接合品質を確認するための検査部として機能することもできる。アンダーカットとは、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の各表面１０１ｂ，１０２ｂが接合前よりも凹んでいる（削れている）状態を言う。なお、本実施形態では、測定部３４は、接合部のバリ高さＳ（アンダーカット）及び表面粗さＲａの少なくとも一方を測定するようにしてもよい。また、測定部（検査部）３４は、回転駆動部３２を収容する筐体３９の外側に取り付けたが、例えば、他のアームロボットに取り付けてもよい。また、測定部と検査部とは別の装置であってもよい。
【0059】
［１－４．制御装置］
制御装置５は、図８に示すように、搬送装置２、固定装置３及び摩擦攪拌装置４の全体の動作を制御する制御装置である。制御装置５は、演算部（ＣＰＵ（Central Processing Unit）：図示省略）と、キーボード、タッチパネル等の入力部４２と、モニター、ディスプレイ等の表示部４３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read only memory）等の記憶部４４とを含んで構成されている。
制御装置５は、図８に示すように、搬送装置２、固定装置３及び摩擦攪拌装置４の全体の動作を制御する制御装置である。制御装置５は、演算部（ＣＰＵ（Central Processing Unit）：図示省略）と、キーボード、タッチパネル等の入力部４２と、モニター、ディスプレイ等の表示部４３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read only memory）等の記憶部４４とを含んで構成されている。
【0060】
また、制御装置５は、主制御部４１と、搬送制御部５１と、吸引制御部５２と、温度制御部５３と、クランプ制御部５４と、摩擦攪拌制御部５５とを備えている。主制御部４１は、搬送制御部５１、吸引制御部５２、温度制御部５３、クランプ制御部５４及び摩擦攪拌制御部５５の各制御を統括する部位である。また、主制御部４１は、一の摩擦攪拌接合が完了した後、記憶部４４からそのワーク番号の判定結果を読み出して、当該第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２（被接合金属部材１０３）が数値範囲外品と判定されたか否かを判定する判定部（図示省略）を備えている。
【0061】
主制御部４１、搬送制御部５１、吸引制御部５２、温度制御部５３、クランプ制御部５４、及び摩擦攪拌制御部５５は、自動接合プログラムとしてＲＯＭに格納されている。演算部がＲＯＭから自動接合プログラムを読み込んで、ＲＡＭに展開して実行することで、主制御部４１、搬送制御部５１、吸引制御部５２、温度制御部５３、クランプ制御部５４、及び摩擦攪拌制御部５５の各部位として機能させる。自動接合プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read only memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read only memory）等の光ディスク；ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤメモリ等のフラッシュメモリ等の記録媒体に記録されて配布されてもよく、インターネット、イントラネット等の通信ネットワークを通じて配布されてもよい。制御装置５は、記録媒体から自動接合プログラムを読みだしたり、通信ネットワークを介して自動接合プログラムを受信したりすることで、自動接合プログラムを取得して実行することができる。
【0062】
なお、本実施形態では、各制御部を制御装置５内に一括して設けたが、装置ごとに制御部を設けてもよいし、制御装置５と各装置で制御部を共有してもよい。
【0063】
＜搬送制御部＞
搬送制御部５１は、搬送装置２に制御信号を送信して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１の所定位置まで搬送する制御を行う。一方、搬送制御部５１は、一の摩擦攪拌接合が終了しクランプ部２４が退避したら、架台２１から被接合金属部材１０３を取り出す制御を行う。
搬送制御部５１は、搬送装置２に制御信号を送信して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１の所定位置まで搬送する制御を行う。一方、搬送制御部５１は、一の摩擦攪拌接合が終了しクランプ部２４が退避したら、架台２１から被接合金属部材１０３を取り出す制御を行う。
【0064】
また、搬送制御部５１は、一度でも数値範囲外品との判定を受けたと主制御部４１で判定された場合、架台２１から当該被接合金属部材１０３を取り出して、数値範囲外品配置エリア１６に搬送する制御を行う。一方、搬送制御部５１は、主制御部４１で数値範囲外品との判定を一度も受けていないと判定された場合、架台２１から当該被接合金属部材１０３を取り出して、合格品配置エリア１５に搬送する制御を行う。なお、数値範囲外品か否かの判定によらず、摩擦攪拌接合後に被接合金属部材１０３を同じ位置に搬送するように制御してもよい。
【0065】
＜吸引制御部＞
吸引制御部５２は、クランプ部２４が第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に固定した後、吸引部２２に制御信号を送信して吸引機２９を吸引ＯＮとし、架台２１に固定された第二金属部材１０２の端部を吸引する制御を行う。吸引制御部５２は、その摩擦攪拌接合が終了したら、吸引ＯＦＦとする制御を行う。
吸引制御部５２は、クランプ部２４が第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に固定した後、吸引部２２に制御信号を送信して吸引機２９を吸引ＯＮとし、架台２１に固定された第二金属部材１０２の端部を吸引する制御を行う。吸引制御部５２は、その摩擦攪拌接合が終了したら、吸引ＯＦＦとする制御を行う。
【0066】
＜温度制御部＞
温度制御部５３は、温度調整部２３に制御信号を送信して設定された温度となるようにヒーターを作動又は停止させる制御を行う。温度調整部２３の所定の数値範囲は、定義設定すればよいが、例えば、３０～１２０℃に設定し、好ましくは６０～９０℃に設定する。
温度制御部５３は、温度調整部２３に制御信号を送信して設定された温度となるようにヒーターを作動又は停止させる制御を行う。温度調整部２３の所定の数値範囲は、定義設定すればよいが、例えば、３０～１２０℃に設定し、好ましくは６０～９０℃に設定する。
【0067】
また、温度制御部５３は、判定部６５を備えている。判定部６５は、一の摩擦攪拌接合の直前において、温度制御部５３の温度センサ２３ａから送信された結果（温度Ｔ）が所定の数値範囲内か否かを判定する。なお、温度Ｔは、架台２１表面の温度、より具体的には載置部２５の温度を表すものである。
【0068】
判定部６５は、温度Ｔを所定の数値範囲外と判定した場合、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をワーク番号と関連付けて数値範囲外品と判定する。判定部６５は、当該判定結果を主制御部４１に送信するとともに記憶部４４に格納する。当該判定結果は、表示部４３に表示させるようにしてもよいし、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。また、判定部６５は、主制御４１に設けてもよい。
【0069】
なお、温度センサ２３ａから送信された結果が所定の数値範囲外と判定された場合、温度制御部５３は、温度調整部２３のヒーターの制御により載置部２５を加温又は冷却させて、温度センサ２３ａから送信される結果が所定の数値範囲に含まれるように制御してもよい。
【0070】
＜クランプ制御部＞
クランプ制御部５４は、クランプ部２４に制御信号を送信して架台２１に載置された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定（セット）する制御を行う。また、摩擦攪拌接合が終了したら、クランプ部２４に制御信号を送信して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の固定を解除する制御を行う。
クランプ制御部５４は、クランプ部２４に制御信号を送信して架台２１に載置された第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定（セット）する制御を行う。また、摩擦攪拌接合が終了したら、クランプ部２４に制御信号を送信して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の固定を解除する制御を行う。
【0071】
なお、摩擦攪拌接合前の固定状態（段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ）が所定の数値範囲外と判定された場合、クランプ部２４は、直ちに第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の固定を解除する制御を行ってもよい。この場合、例えば、搬送装置２のアームロボット１１で第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置を微修正するようにしてもよいし、当該第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１から取り出して、新たな第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を配置するようにしてもよい。
【0072】
＜摩擦攪拌制御部＞
摩擦攪拌制御部５５は、摩擦攪拌装置４に制御信号を送信して第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを摩擦攪拌接合する制御を行う。摩擦攪拌制御部５５は、目標移動ルート生成部６１と、許容範囲生成部６２と、修正移動ルート生成部６３と、判定部６４とを備えている。
摩擦攪拌制御部５５は、摩擦攪拌装置４に制御信号を送信して第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを摩擦攪拌接合する制御を行う。摩擦攪拌制御部５５は、目標移動ルート生成部６１と、許容範囲生成部６２と、修正移動ルート生成部６３と、判定部６４とを備えている。
【0073】
目標移動ルート生成部６１は、図９に示すように、回転ツールＦの目標移動ルートＲ１を生成する部位である。ここで、図９は、摩擦撹拌接合を行う際に回転ツールＦが移動する目標移動ルートＲ１と、無負荷の状態で回転ツールＦが移動する修正移動ルートＲ２との関係を示す模式図である。目標移動ルートＲ１は、突合せ部Ｊ１の摩擦攪拌接合を行う際に、回転ツールＦが移動する目標となる軌跡を設定するものである。目標移動ルート生成部６１は、摩擦攪拌接合を行う前に測定部３４から送信された稜線位置Ｙｐを目標移動ルートＲ１として算出する。第一金属部材１０１の稜線１０１ｅは、公差等により必ずしも直線にはなっていないため、稜線位置Ｙｐは概ねギザギザな線となる。目標移動ルートＲ１は、稜線位置Ｙｐと同一のルート（ギザギザなルート）としてもよいし、最小二乗法等に基づいて直線としてもよい。
【0074】
許容範囲生成部６２は、摩擦攪拌接合中に回転ツールＦのＹ方向の移動を許容する許容範囲Ｍを設定する。図９に示すように、許容範囲Ｍは、例えば、稜線位置Ｙｐを中心として幅方向に距離ｍ，ｍとなる境界線Ｍａ，Ｍｂで囲まれた範囲として算出する。より詳しくは、許容範囲Ｍは、境界線Ｍａ，Ｍｂ、第一金属部材１０１の稜線１０１ｆ，１０１ｇ、第二金属部材１０２の稜線１０２ｆ，１０２ｇで囲まれた範囲となる。許容範囲Ｍの大きさは、摩擦攪拌接合で要求される精度等に合わせて適宜設定すればよいが、例えば、距離ｍを０．３～０．６ｍｍで設定してもよい。特には、第一金属部材１０１側の許容範囲Ｍ１、第二金属部材１０２側の許容範囲Ｍ２よりも広く設定することが好ましい。なお、許容範囲Ｍの境界線Ｍａ，Ｍｂは稜線位置Ｙｐに応じてギザギザな線としてもよいし、最小二乗法等に基づいて直線としてもよい。また、境界線Ｍａ，Ｍｂは本実施形態では稜線位置Ｙｐから等距離としたが、異なる距離に設定してもよい。
【0075】
修正移動ルート生成部６３は、修正移動ルートＲ２を生成する部位である。修正移動ルートＲ２は、突合せ部Ｊ１の摩擦攪拌接合を行う際に、回転ツールＦがこのルートに沿って移動するように制御される軌跡を示す。回転ツールＦを修正移動ルートＲ２に沿って移動するように制御することで、回転ツールＦは目標移動ルートＲ１に沿って移動するように摩擦攪拌接合が行われる。
【0076】
ここで、図１０は、テスト軌跡Ｑ１と、テスト軌跡Ｑ２をと示す模式図である。図１０に示すように、摩擦攪拌接合を行う前に、一対の金属部材３０１，３０２を用いて修正移動ルートＲ２を生成するためのテスト試行を行う。金属部材３０１，３０２は、実際に摩擦攪拌接合を行う第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２と同じ、若しくは、近い材料、厚さ等であることが好ましい。つまり、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２による突合せ部Ｊ１と同様に、金属部材３０１，３０２同士を突き合わせて突合せ部Ｊ３０を形成する。すなわち、このテスト試行では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２と比して、同様の材種の金属からなり、同様の板厚寸法を有する板状部材を、同様の高さの段差を形成するようにして突き合わせた、表面の高さ位置が異なる二つの金属部材３０１，３０２を用いることが好ましい。
【0077】
テスト軌跡Ｑ１は、回転ツールＦを金属部材３０１，３０２に挿入しないで、予め設定された設定移動ルートに従って、試験的に摩擦攪拌装置４を移動させた走行軌跡を示している。つまり、テスト軌跡Ｑ１は、無負荷状態で摩擦攪拌装置４のアームロボット３１を移動させた走行軌跡である。このとき、回転ツールを金属部材３０１，３０２に挿入せずに無負荷の状態で移動させたものであれば、回転ツールＦを取り付けずに移動させたものであってもよい。なお、本明細書において、「走行軌跡」は、単に「軌跡」と称することがある。
【0078】
一方、テスト軌跡Ｑ２は、回転ツールＦを金属部材３０１，３０２に挿入して、予め設定されたテスト軌跡Ｑ１と同じ設定移動ルートに従って、試験的に摩擦攪拌を行った軌跡である。テスト軌跡Ｑ１とテスト軌跡Ｑ２は、いずれも同じ設定移動ルートにしたがって移動させたにも関わらず、実際に摩擦攪拌を行うことで所定の差分（差分ＹＬ）が発生する。
【0079】
これは、表面の高さ位置が異なるように突き合わされた二つの金属部材に回転ツールＦが接触することで、アームロボット３１に生じるたわみによって回転ツールＦの位置がテスト軌跡Ｑ１からテスト軌跡Ｑ２に変位することに起因すると推察される。また、アームロボット３１の癖、金属部材の材料抵抗等にも影響を受けていると推察される。したがって、摩擦攪拌接合でテスト軌跡Ｑ２を走行させたい場合は、差分ＹＬを考慮して設定移動ルートを設定する必要がある。差分ＹＬは、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の摩擦攪拌接合前に、金属部材に回転ツールＦを挿入した状態で摩擦攪拌接合を行ったテスト試行と、無負荷の状態で行ったテスト試行とを行い、これらに基づいて予め算出することができる。より詳しくは、差分ＹＬは、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２による突合せ部Ｊ１と同様に突合せ部を形成した金属部材に回転ツールＦを挿入した状態で摩擦攪拌接合を行いながら回転ツールＦを移動させた場合のテスト軌跡Ｑ２と、回転ツールＦを金属部材に挿入せずに無負荷の状態で移動させた場合のテスト軌跡Ｑ１との走行軌跡の差分（差分の平均）から算出することができる。なお、テスト軌跡Ｑ１及びテスト軌跡Ｑ２を得るための設定移動ルートは、突き合わせた金属部材の突合せ部Ｊ３０をテスト軌跡Ｑ２が通過するように設定することが好ましい。特には、テスト軌跡Ｑ２の開始位置付近で突合せ部Ｊ３０を通過して、突合せ部Ｊ３０に沿って、厚板の金属部材側に向けて移動するように設定移動ルートを設定することが好ましい。なお、テスト試行を行う際は、金属部材３０１，３０２の少なくとも一方に回転ツールＦを挿入してテスト軌跡Ｑ１，Ｑ２を取得すればよい。
【0080】
修正移動ルート生成部６３では、図９に示すように、目標移動ルートＲ１及び差分ＹＬに基づいて、修正移動ルートＲ２を算出する。本実施形態では、図１０に示すように、実際に摩擦攪拌接合を行ったテスト軌跡Ｑ２は、無負荷の状態のテスト軌跡Ｑ１から左側（薄板側）へ差分ＹＬだけ略平行に変位する傾向があるため、修正移動ルートＲ２は、目標移動ルートＲ１に対して右側（厚板（第一金属部材１０１）側）へ差分ＹＬだけ変位させた位置に設定する。つまり、摩擦攪拌制御部５５は、修正移動ルートＲ２で回転ツールＦが移動するように制御することにより、差分ＹＬが吸収されて、目標移動ルートＲ１上を回転ツールＦが移動して、摩擦撹拌接合が行われるようになる。
【0081】
なお、テスト軌跡Ｑ１及びテスト軌跡Ｑ２の差分ＹＬが小さい又は無い場合は、修正移動ルートは設定せずに、目標移動ルートＲ１に基づいて回転ツールＦを移動させてもよい。また、差分ＹＬの取得（算出）は摩擦攪拌接合ごとに行う必要はないが、例えば、回転ツールＦを交換する場合、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚寸法、材種、表面の高さ位置等を変更する場合に応じて取得し、差分ＹＬと修正移動ルートＲ２を算出することが好ましい。
【0082】
修正移動ルート生成部６３は、判定部６４によって摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置が許容範囲Ｍ外と判定された場合、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置に応じて回転ツールＦの位置を再設定した修正移動ルートＲ２を算出することが好ましい。具体的には、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦのＹ方向の位置が第一金属部材１０１側となっていた箇所では、この箇所の回転ツールＦの位置が第二金属部材１０２側となるように修正移動ルートＲ２を再設定する。同様に、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦのＹ方向の位置が第二金属部材１０２側となっていた箇所では、この箇所の回転ツールＦの位置が第一金属部材１０１側となるように修正移動ルートＲ２を再設定する。
【0083】
判定部６４は、図８に示すように、測定部３４から送信される結果が所定の数値範囲内か否かを判定する部位である。つまり、判定部６４は、摩擦攪拌接合前の段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ、回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0がそれぞれ所定の数値範囲内か否かを判定する。また、判定部６４は、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが所定の数値範囲（許容範囲Ｍ）内か否かを判定する。また、判定部６４は、摩擦攪拌接合後の接合部のバリ高さＳ及び表面粗さＲａの両方が所定の数値範囲内か否かを判定する。
【0084】
＜段差寸法ｈ＞
判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させることで、測定部３４から送信された結果（段差寸法ｈ（ｍｍ））が、所定の数値範囲内か否かを判定する。
判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させることで、測定部３４から送信された結果（段差寸法ｈ（ｍｍ））が、所定の数値範囲内か否かを判定する。
【0085】
本実施形態では、第一金属部材１０１の板厚寸法は２．０ｍｍであり、第二金属部材１０２の板厚寸法は１．２ｍｍに設定しているため、設定段差寸法は０．８ｍｍである。段差寸法ｈの所定の数値範囲は適宜設定すればよいが、例えば、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の設定段差寸法ｈが０．８ｍｍである場合、０．７５≦ｈ≦０．９３と設定することができる。判定対象となる段差寸法ｈは、測定部３４で取得された全数でもよいし、接合長全体に対する段差寸法の平均値であってもよいし、最大値であってもよいし、もしくは所定間隔ごとの複数の段差寸法を抽出してそれぞれ判定してもよい。
【0086】
判定部６４は、段差寸法ｈを所定の数値範囲外と判定した場合、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をワーク番号と関連付けて数値範囲外品と判定する。判定部６４は、当該判定結果を主制御部４１に送信するとともに記憶部４４に格納する。当該判定結果は、表示部４３に表示させるようにしてもよいし、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。
【0087】
＜隙間量Ｄ＞
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させることで、測定部３４から送信された隙間量Ｄ（ｍｍ）が、所定の数値範囲内か否かを判定する。隙間量Ｄの所定範囲は適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｄ≦０．４と設定することができる。判定する隙間量Ｄは、測定部３４で取得された全数でもよいし、接合長全体に対する隙間量の平均値でもよいし、最大値であってもよいし、もしくは所定間隔ごとの複数の隙間量を抽出してそれぞれ判定してもよい。
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させることで、測定部３４から送信された隙間量Ｄ（ｍｍ）が、所定の数値範囲内か否かを判定する。隙間量Ｄの所定範囲は適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｄ≦０．４と設定することができる。判定する隙間量Ｄは、測定部３４で取得された全数でもよいし、接合長全体に対する隙間量の平均値でもよいし、最大値であってもよいし、もしくは所定間隔ごとの複数の隙間量を抽出してそれぞれ判定してもよい。
【0088】
判定部６４は、隙間量Ｄを所定の数値範囲外と判定した場合、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をワーク番号と関連付けて数値範囲外品と判定する。判定部６４は、当該判定結果を主制御部４１に送信するとともに記憶部４４に格納する。当該判定結果は、表示部４３に表示させるようにしてもよいし、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。
【0089】
＜初期位置＞
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に、測定部３４によって回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0を測定することで、測定部３４から送信された初期位置Ｙｂ0が、修正移動ルートＲ２の開始位置に対して所定の数値範囲内か否かを判定する。初期位置Ｙｂ0の所定範囲は適宜設定すればよいが、修正移動ルートＲ２の開始位置を中心として、例えば、０ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の範囲内と設定することができる。特には、修正移動ルートＲ２の開始位置を中心として、Ｙ方向に０ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の範囲内と設定することができる。
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合を行う前に、測定部３４によって回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0を測定することで、測定部３４から送信された初期位置Ｙｂ0が、修正移動ルートＲ２の開始位置に対して所定の数値範囲内か否かを判定する。初期位置Ｙｂ0の所定範囲は適宜設定すればよいが、修正移動ルートＲ２の開始位置を中心として、例えば、０ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の範囲内と設定することができる。特には、修正移動ルートＲ２の開始位置を中心として、Ｙ方向に０ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の範囲内と設定することができる。
【0090】
判定部６４は、初期位置Ｙｂ0を所定の数値範囲外と判定した場合、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をワーク番号と関連付けて数値範囲外品と判定する。判定部６４は、当該判定結果を主制御部４１に送信するとともに記憶部４４に格納する。当該判定結果は、表示部４３に表示させるようにしてもよいし、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。
【0091】
＜許容範囲Ｍ＞
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合中に測定部３４から送信された回転ツールＦの位置Ｙｎが、許容範囲（数値範囲）Ｍ内か否かを判定する。図１１は、摩擦攪拌接合を行った後の回転ツールＦの位置Ｙｎ（移動軌跡）を示す模式図である。図１１では、説明の便宜上、Ｙ方向の移動が理解しやすいようにＸ方向とＹ方向の縮尺を変更して描画している。図１１では、図中の下側から上側に向けて回転ツールＦを移動させており、回転ツールＦの位置Ｙｎは許容範囲Ｍ内を移動している。
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合中に測定部３４から送信された回転ツールＦの位置Ｙｎが、許容範囲（数値範囲）Ｍ内か否かを判定する。図１１は、摩擦攪拌接合を行った後の回転ツールＦの位置Ｙｎ（移動軌跡）を示す模式図である。図１１では、説明の便宜上、Ｙ方向の移動が理解しやすいようにＸ方向とＹ方向の縮尺を変更して描画している。図１１では、図中の下側から上側に向けて回転ツールＦを移動させており、回転ツールＦの位置Ｙｎは許容範囲Ｍ内を移動している。
【0092】
許容範囲Ｍの範囲は適宜設定すればよいが、例えば、稜線位置Ｙｐの全長方向に対して稜線位置Ｙｐを中心としたＹ方向の第一金属部材１０１側に０．６ｍｍ（ｍ＝０．６）、第二金属部材１０２側に０．３ｍｍ（ｍ＝０．３）となる位置で囲まれた領域と設定することができる。
【0093】
判定部６４は、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎを許容範囲（数値範囲）Ｍ外と判定した場合、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をワーク番号と関連付けて数値範囲外品と判定する。判定部６４は、当該判定結果を主制御部４１に送信するとともに記憶部４４に格納する。当該判定結果は、表示部４３に表示させるようにしてもよいし、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。
【0094】
＜バリ高さＳ及び表面粗さＲａ＞
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合後において、摩擦攪拌装置４の測定部（検査部）３４を接合部（塑性化領域Ｗ）に沿って移動させることによって得られたバリ高さＳ及び表面粗さＲａの両方が所定の数値範囲内か否かを判定する。バリ高さＳは適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｓ≦０．１ｍｍに設定することができる。また、表面粗さＲａは適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｒａ≦５．０μｍに設定することができる。判定するバリ高さＳ及び表面粗さＲａは、測定部３４で取得された全数でもよいし、接合長全体に対する平均値でもよいし、最大値であってもよいし、もしくは所定間隔ごとの複数のバリ高さＳ及び表面粗さＲａを抽出してそれぞれ判定してもよい。
また、判定部６４は、摩擦攪拌接合後において、摩擦攪拌装置４の測定部（検査部）３４を接合部（塑性化領域Ｗ）に沿って移動させることによって得られたバリ高さＳ及び表面粗さＲａの両方が所定の数値範囲内か否かを判定する。バリ高さＳは適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｓ≦０．１ｍｍに設定することができる。また、表面粗さＲａは適宜設定すればよいが、例えば、０≦Ｒａ≦５．０μｍに設定することができる。判定するバリ高さＳ及び表面粗さＲａは、測定部３４で取得された全数でもよいし、接合長全体に対する平均値でもよいし、最大値であってもよいし、もしくは所定間隔ごとの複数のバリ高さＳ及び表面粗さＲａを抽出してそれぞれ判定してもよい。
【0095】
図１２は、本実施形態に係る回転ツールの挿入状態を示す断面図である。図１２に示すように、摩擦攪拌接合中においては、回転ツールＦを鉛直線に対して第二金属部材１０２側に所定の狙い角度θで傾けた状態で移動させる。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成されている。狙い角度θは、適宜設定すればよい。本実施形態では、例えば、上方から見た場合に先端側ピンＦ３の平坦面の中心Ｆ５が目標移動ルートＲ１と重なるように設定している。
【0096】
摩擦攪拌接合における挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１０１の表面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ｂにそれぞれ接触させつつ、先端側ピンＦ３が架台２１に接触しない程度に設定している。
【0097】
本実施形態では、回転ツールＦを右回転させて、進行方向右側に第一金属部材１０１が位置するように回転ツールＦの回転方向及び進行方向を設定している。回転ツールＦの回転方向及び進行方向は適宜設定すればよいが、本実施形態では回転ツールＦの移動軌跡に形成される塑性化領域Ｗのうち、第二金属部材１０２側がシアー側となり、第一金属部材１０１側がフロー側となるように設定している。
【0098】
なお、シアー側（Advancing side：アドバンシング側）とは、被接合部に対する回転ツールの外周の相対速度が、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側を意味する。一方、フロー側（Retreating side：リトリーティング側）とは、回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速度が低速になる側を言う。
【0099】
なお、本実施形態の自動接合システム１では、例えば、摩擦攪拌接合を行う際に、回転ツールＦの傾斜角度を進行方向に対して所定の角度で前傾又は後傾させてもよい。
【0100】
［２．動作フロー］
次に、本実施形態に係る自動接合システム１の動作フローの一例について説明する。図１３は、本実施形態に係る自動接合システムの動作の一例を示すフローチャートである。
本実施形態に係る自動接合システム１では、制御装置５から各装置に送信される制御信号に基づいて自動で摩擦攪拌接合を行う。
次に、本実施形態に係る自動接合システム１の動作フローの一例について説明する。図１３は、本実施形態に係る自動接合システムの動作の一例を示すフローチャートである。
本実施形態に係る自動接合システム１では、制御装置５から各装置に送信される制御信号に基づいて自動で摩擦攪拌接合を行う。
【0101】
図１３に示すように、ステップＳＴ１において、搬送制御部５１は、搬送装置２を制御して第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定装置３の所定位置に搬送させる。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２はクランプ部２４で固定されるとともに、吸引部２２によって第二金属部材１０２の端部が吸引される。
【0102】
ステップＳＴ２において、摩擦攪拌制御部５５は、摩擦攪拌装置４の測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させて固定状態（セット状態）を測定させる。つまり、測定部３４で、段差寸法ｈ、隙間量Ｄ及び第一金属部材１０１の稜線１０１ｅを測定する。また、測定部３４で、回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0を測定する。測定部３４は測定結果を摩擦攪拌制御部５５に送信する。また、温度調整部２３の温度センサ２３ａは、測定結果を温度制御部５３に送信する。
【0103】
ステップＳＴ３において、温度制御部５３の判定部６５及び摩擦攪拌制御部５５の判定部６４は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２のセット状態が所定の数値範囲内か否かをそれぞれ判定する。判定部６４，６５が、段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ、回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0の全てを数値範囲内と判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、ステップＳＴ５に移行する。段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ、及び回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0の少なくとも一つが数値範囲外と判定された場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、判定部６４又は判定部６５はワーク番号と関連付けてその第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を数値範囲外品と判定し（ステップＳＴ４）、ステップＳＴ５に移行する。
【0104】
ステップＳＴ５において、摩擦攪拌制御部５５（修正移動ルート生成部６３）は、稜線位置Ｙｐ及び予め取得した差分ＹＬに基づいて修正移動ルートＲ２を生成する。具体的には、稜線位置Ｙｐを目標移動ルートＲ１として算出するとともに、目標移動ルートＲ１に対して厚板側へ略平行に差分ＹＬだけ変位させた位置に修正移動ルートＲ２を設定する。
【0105】
ステップＳＴ６において、摩擦攪拌制御部５５は、摩擦攪拌装置４を制御して所定の回転速度で回転する回転ツールＦを第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に挿入して移動させることで摩擦攪拌接合を行わせる。具体的には、摩擦攪拌制御部５５は、回転ツールＦを修正移動ルートＲ２に沿って移動するように制御する。このとき、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２への回転ツールＦの挿入に伴い、回転ツールＦの位置は、修正移動ルートＲ２の開始位置付近となる挿入前の初期位置Ｙｂ0から第二金属部材１０２側に差分ＹＬの変位が生じて、稜線位置Ｙｐ付近に移動する。このようにして、回転ツールＦが目標移動ルートＲ１に沿って移動するようにして摩擦攪拌接合が行われる。
【0106】
ステップＳＴ７において、摩擦攪拌制御部５５の判定部６４は、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが、許容範囲（数値範囲）Ｍ内か否かを判定する。判定部６４が、回転ツールＦの位置Ｙｎを許容範囲Ｍ内であると判定した場合（ステップＳＴ７のＹＥＳ）、ステップＳＴ９に移行する。摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが一部でも許容範囲Ｍ外であると判定された場合（ステップＳＴ７のＮＯ）、判定部６４はワーク番号と関連付けてその第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を数値範囲外品と判定し（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ９に移行する。
【0107】
ステップＳＴ９において、摩擦攪拌接合が終了した後、摩擦攪拌制御部５５は、摩擦攪拌装置４の測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させてバリ高さＳ及び表面粗さＲａを測定させる。
【0108】
ステップＳＴ１０において、摩擦攪拌制御部５５の判定部６４は、摩擦攪拌接合後のバリ高さＳ及び表面粗さＲａの両方が所定の数値範囲内か否かを判定する。バリ高さＳ及び表面粗さＲａの両方が所定の数値範囲内であると判定された場合（ステップＳＴ１０のＹＥＳ）、ステップＳＴ１２に移行する。バリ高さＳ及び表面粗さＲａの少なくとも一方が所定の数値範囲外と判定された場合（ステップＳＴ１０のＮＯ）、判定部６４はワーク番号と関連付けてその被接合金属部材１０３を数値範囲外品と判定し（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ１２に移行する。
【0109】
ステップＳＴ１２において、主制御部４１は、一の摩擦攪拌接合工程中に数値範囲外品との判定を一度も受けていないか判定する。主制御部４１が、数値範囲外品との判定を一度も受けていないと判定した場合（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）、ステップＳＴ１３に移行する。主制御部４１が、数値範囲外品の判定を一度でも受けたと判定した場合（ステップＳＴ１２のＮＯ）、ステップＳＴ１４に移行する。
【0110】
ステップＳＴ１３において、搬送制御部５１は、搬送装置２を制御して被接合金属部材１０３を取り出し、被接合金属部材１０３を合格品配置エリア１５（図６参照）に配置して終了する。
【0111】
ステップＳＴ１４において、搬送制御部５１は、搬送装置２を制御して被接合金属部材１０３を取り出し、被接合金属部材１０３を数値範囲外品として数値範囲外品配置エリア１６に配置して終了する。
【0112】
以上本実施形態の動作フローの一例を説明したが、適宜変更が可能である。例えば、ステップＳＴ３においてセット状態に不具合がある場合、つまり、段差寸法ｈ、隙間量Ｄが所定の数値範囲外である場合、クランプ部２４を解除して、例えば、アームロボット１１で第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置の修正を行ってもよいし、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定装置３から取り出して、新たな第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を配置してもよい。また、ステップＳＴ３において、回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0が所定の数値範囲外である場合、回転ツールＦの位置の調整を行ってもよい。
【0113】
また、ステップＳＴ３において、段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ、及び回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0を判定しているが、これらの少なくとも一つを判定対象としてもよい。また、ステップＳＴ３において、温度Ｔが所定の数値範囲外であると判定された場合、温度調整部２３によって加熱又は冷却して温度Ｔが所定の数値範囲内になってからステップＳＴ５に移行するようにしてもよい。なお、温度調整部２３による温度Ｔの判定、及び加熱又は冷却は、摩擦攪拌接合工程中に行うようにしてもよい。
【0114】
また、ステップＳＴ３及びステップＳＴ７においてＮＯと判定された場合、自動接合システム１を停止させたり、当該判定結果を表示部４３に表示させたり、さらには、判定結果に応じて音や光などを出力する報知手段で報知するようにしてもよい。
【0115】
［３．作用効果］
第一金属部材１０１の稜線１０１ｅ（図７参照）は、本来直線であることが好ましいが、公差等もあり厳密には直線にはなっていない。また、搬送装置２で第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に搬送し固定する際に、固定位置（セット位置）がずれることもある。したがって、架台２１に設定された基準位置Ｙ０（図６参照）をなぞるように回転ツールＦを直線移動させたとしても、実際にセットされた突合せ部Ｊ１から回転ツールＦがずれてしまい、接合品質が低下するおそれがある。特に、本実施形態のように第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との表面１０１ｂ，１０２ｂの高さ位置が異なる場合、接合位置がわずかにずれるだけでも不具合が発生する傾向がある。
第一金属部材１０１の稜線１０１ｅ（図７参照）は、本来直線であることが好ましいが、公差等もあり厳密には直線にはなっていない。また、搬送装置２で第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を架台２１に搬送し固定する際に、固定位置（セット位置）がずれることもある。したがって、架台２１に設定された基準位置Ｙ０（図６参照）をなぞるように回転ツールＦを直線移動させたとしても、実際にセットされた突合せ部Ｊ１から回転ツールＦがずれてしまい、接合品質が低下するおそれがある。特に、本実施形態のように第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との表面１０１ｂ，１０２ｂの高さ位置が異なる場合、接合位置がわずかにずれるだけでも不具合が発生する傾向がある。
【0116】
しかし、本発明者らの検討により、突合せ部Ｊ１の摩擦撹拌接合を行う際に回転ツールＦが実際に移動する位置の軌跡は、回転ツールＦの移動が制御される位置の軌跡に対して、第二金属部材１０２側（薄板側）に向けて略平行に変位していることが見いだされた。本実施形態に係る自動接合システム１によれば、摩擦攪拌接合を行う前に測定した第一金属部材１０１の稜線位置Ｙｐに基づいて回転ツールＦの目標移動ルートＲ１を設定するとともに、目標移動ルートＲ１に対して第一金属部材１０１側（厚板側）に略平行に変位させた位置に修正移動ルートＲ２を設定する。そして、回転ツールＦを修正移動ルートＲ２に沿って移動するように制御することで、回転ツールＦを目標移動ルートＲ１に沿って摩擦攪拌接合を行うことができるようになった。このように、セットされた第一金属部材１０１ごとの稜線位置Ｙｐに基づいて、突合せ部Ｊ１の摩擦撹拌接合を行う際に生じる変位を補償した位置に回転ツールＦを移動するように制御することで、回転ツールＦの変位を抑えた的確な移動ルートを容易に設定することができる。これにより接合品質を高めることができる。
【0117】
また、アームロボット３１は、機械のたわみ、癖等があるとともに、回転ツールＦが第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２から受ける抵抗もあるため、制御装置５が設定した修正移動ルートＲ２に対して、回転ツールＦが実際に移動するルートが目標移動ルートＲ１とずれる場合がある。この点、本実施形態では、稜線位置Ｙｐに基づいた目標移動ルートＲ１と、予め算出された差分ＹＬに基づいて修正移動ルートＲ２を設定することにより、回転ツールＦが実際に移動するルートをより的確に設定することができる。このとき、本実施形態の目標移動ルートＲ１又は修正移動ルートＲ２によれば、その第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に応じた適切な位置で回転ツールＦを移動させることができる。これにより接合品質をいっそう高めることができる。
【0118】
また、回転ツールＦを薄板側の第二金属部材１０２側に狙い角度θで傾けつつ、基端側ピンＦ２のピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押さえながら摩擦攪拌接合を行うことで、バリの発生やアンダーカットの発生を防ぐとともに、接合表面をきれいにすることができる。
【0119】
より詳しくは、基端側ピンＦ２の外周面を第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の表面１０１ｂ，１０２ｂに接触させて塑性流動材を押さえることにより、バリの発生を抑制することができる。また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面（表面１０１ｂ，１０２ｂ）に形成される段差凹溝を無くすか若しくは小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、基端側ピンＦ２の階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、表面粗さＲａを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
【0120】
また、段差寸法ｈが所定の数値範囲外であると、バリ高さＳが減少して、アンダーカットが発生するおそれがある。また、隙間量Ｄが所定の数値範囲外であると、バリ高さＳが減少して、アンダーカットが発生するおそれがある。この点、本実施形態によれば、測定部３４で摩擦攪拌接合前に得られた段差寸法ｈ、隙間量Ｄのいずれかが所定の数値範囲外である場合、例えば、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を固定装置３に再セットすることで、適切にセットした状態で摩擦攪拌接合を好適に行うことができる。また、所定の数値範囲外である場合、例えば、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２（被接合金属部材１０３）を数値範囲外品と判定することで品質管理を容易に行うことができる。
【0121】
ここで、回転ツールの移動ルートを設定して移動を制御したとしても、実際に摩擦撹拌接合を行った場合には、回転ツールの走行軌跡が変化して、稜線位置に沿って回転ツールが移動しない場合がある。例えば、摩擦攪拌装置４、中でもアームロボット３１によっては、目標移動ルートＲ１に向けた回転ツールＦの変位量が変化することがある。また、アームロボット３１によっては、稜線位置Ｙｐに対する回転ツールＦの移動方向の傾きに変化が生じたり、回転ツールＦの走行軌跡が部分的に変化したりすることがある。この他、回転ツールＦの損耗や架台２１の損傷によっても、回転ツールＦの走行軌跡が変化することがある。また、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２、並びにこれらの突合せ条件が変わった場合にも、回転ツールＦの走行軌跡が変化することがある。
【0122】
本実施形態に係る自動接合システム１によれば、摩擦攪拌接合中において、判定部６４は、実際に移動している回転ツールＦの位置Ｙｎが許容範囲（所定の数値範囲）Ｍ内か否かを判定するため、接合品質をより向上させることができる。
【0123】
また、修正移動ルート生成部６３は、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置が許容範囲Ｍ外と判定された場合には、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置に応じて回転ツールＦの位置を再設定した修正移動ルートＲ２を算出する。これにより、実際に移動している回転ツールＦの位置Ｙｎに基づいて、摩擦攪拌接合中の情報をフィードバックすることで、回転ツールＦの走行軌跡をより的確に修正して、接合品質をさらに向上させることができる。
【0124】
さらに、摩擦攪拌接合後においては、検査部（本実施形態では測定部３４と兼用）で摩擦攪拌接合後の接合部のバリ高さＳ及び表面粗さＲａを測定することにより、接合品質をより高めることができる。
【0125】
つまり、本実施形態の自動接合システム１によれば、摩擦攪拌接合を行う全数をモニタリングすることができ、全数に対して品質検査を行うことができるため、品質管理を容易に行うことができる。また、摩擦攪拌接合前のセット状態（段差寸法ｈ、隙間量Ｄ、温度Ｔ、回転ツールＦの初期位置Ｙｂ0）を、品質管理の判断要素に入れることで、接合品質（品質の信頼度）をより向上させることができる。
【0126】
また、工程の途中で数値範囲外品と判定されても最後まで摩擦攪拌接合を行うことで、システムを停止させたり、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を再セットさせたりする場合に比べて作業効率を高めることができる。また、工程の途中で数値範囲外品と判定されても、最後まで摩擦攪拌接合を行うことにより、数値範囲外品のデータを蓄積して、より好適な接合条件や数値範囲の設定に資することができる。
【0127】
また、本実施形態の自動接合システム１では、摩擦攪拌接合前、摩擦攪拌接合中及び摩擦攪拌接合後の要因を品質管理の判断要素に繰り入れることで、品質管理をバランスよく行うことができる。
【0128】
また、本実施形態では、摩擦攪拌装置４の荷重付与部３３及び荷重測定部３５により、反力荷重をフィードバックさせて回転ツールＦが受ける反力荷重が概ね一定となるように荷重制御されているため、接合精度を高めることができる。つまり、本実施形態では、Ｙ方向に関しては許容範囲Ｍを設けるとともに、Ｚ方向については荷重制御がされているため接合精度をより高めることができる。
【0129】
また、架台２１の表面側に載置部２５が設けられるとともに、載置部２５の表面側に陽極酸化被膜が施されているため、架台２１の耐摩耗性、耐食性等を高めることができる。
【0130】
ここで、第二金属部材１０２は、板厚寸法が小さいためその端部が浮き上がりやすくなっている。また、後記する実施例でも示すように、第二金属部材１０２の端部が浮き上がり段差寸法ｈが過少となると接合不良になりやすい傾向もみられる。この点、本実施形態によれば、第二金属部材１０２の端部を裏面１０２ｃ側から吸引する吸引部２２を備えているため、第二金属部材１０２の端部の浮き上がりを抑制することができる。これにより、接合の精度をより向上させることができる。
【0131】
また、隙間量Ｄについては、後記する実施例に示すように、バリ高さＳは終了位置側よりも開始位置側の隙間量に大きく影響する傾向がみられる。したがって、隙間量Ｄの判定対象については、例えば、開始位置から所定距離（例えば、５～１５ｃｍ）における隙間量Ｄを抽出して、所定の数値範囲と対比・判定させてもよい。
【0132】
また、下記の実施例で示すように、温度Ｔが、例えば、３０℃未満であると空洞欠陥が大きくなり、６０～１２０℃であると空洞欠陥が小さいか、発生しない傾向がみられる。本実施形態のように、温度Ｔの所定の数値範囲を設定し、品質管理の判断要素に入れることで接合品質をより向上させることができる。
【実施例】
【0133】
＜試験１：段差寸法ｈとバリ高さＳとの関係＞
次に、本発明の実施例について説明する。まず、段差寸法ｈとバリ高さＳとの関係を確認するための試験１を行った。試験１では、図１４Ａに示すように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を用意した。段差寸法ｈとは、第一金属部材１０１の表面１０１ｂから第二金属部材１０２の表面１０２ｂまでの寸法を言う。バリ高さＳは、第二金属部材１０２の表面１０２ｂからバリの先端までの距離を測定部３４で測定した。
次に、本発明の実施例について説明する。まず、段差寸法ｈとバリ高さＳとの関係を確認するための試験１を行った。試験１では、図１４Ａに示すように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を用意した。段差寸法ｈとは、第一金属部材１０１の表面１０１ｂから第二金属部材１０２の表面１０２ｂまでの寸法を言う。バリ高さＳは、第二金属部材１０２の表面１０２ｂからバリの先端までの距離を測定部３４で測定した。
【0134】
第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２はいずれもアルミニウム合金である。第一金属部材１０１の板厚寸法は２．０ｍｍであり、第二金属部材１０２の板厚寸法は１．２ｍｍである。したがって、図１４Ａに示すように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の裏面１０１ｃ，１０２ｃの全面が架台２１に面接触すると段差寸法ｈは０．８ｍｍとなる。
【0135】
図１４Ｂは、実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が大きい状態を示す模式側面図である。図１４Ｂに示すように、両部材を突き合わせた際に、第一金属部材１０１の端部が上方に反り上がってしまうと、段差寸法ｈが大きくなる（過大となる）場合がある。第一金属部材１０１と架台２１との間にゴミなどの異物が入り込んで反り上がることもある。
【0136】
一方、図１４Ｃは、実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が小さい状態を示す模式側面図である。図１４Ｃに示すように、両部材を突き合わせた際に、第二金属部材１０２の端部が上方に反り上がってしまうと、段差寸法ｈが小さくなる（過少となる）場合がある。第二金属部材１０２と架台２１との間にゴミなどの異物が入り込んで反り上がることもある。
【0137】
また、図１４Ｄは、実施例の試験１において、第一金属部材及び第二金属部材の段差寸法が小さい他の状態を示す模式側面図である。図１４Ｄに示すように、両部材を突き合わせた際に、第二金属部材１０２の端部が湾曲してしまうと、段差寸法ｈが小さくなる（過少となる）場合がある。特に、第二金属部材１０２は板厚が小さいため、端部が反ったり湾曲したりしやすい。
【0138】
試験１では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２で一組の試験体を複数用意し、それぞれの試験体について突合せ部Ｊ１の全長にわたって測定部３４を移動させて段差寸法ｈを測定した後、それぞれ同じ条件で摩擦攪拌接合を行った。接合後にも各試験体について突合せ部Ｊ１の全長にわたって測定部３４を移動させてバリ高さＳを計測した。
【0139】
図１５は、実施例の試験１の段差寸法とバリ高さとの関係を示すグラフである。図１５では、複数の試験体から２体抽出し、さらにそれぞれの試験体から２地点を抽出して段差寸法ｈとバリ高さＳを確認した。図１５の結果Ｇ１は、一方の試験体において段差寸法ｈが小さい位置を抽出しており、段差寸法ｈ＝０．７３ｍｍであり、バリ高さＳ＝－０．１８５ｍｍである。バリ高さＳがマイナスの場合、アンダーカットになっていることを意味している。
【0140】
図１５の結果Ｇ２は、一方の試験体において段差寸法ｈが概ね中央値となる位置を抽出しており、段差寸法ｈ＝０．７５ｍｍであり、バリ高さＳ＝０．０６７ｍｍである。
【0141】
図１５の結果Ｖ１は、他方の試験体において段差寸法ｈが概ね中央値となる位置を抽出しており、段差寸法０．７８ｍｍであり、バリ高さＳ＝０．０６５ｍｍである。結果Ｖ２は、他方の試験体において段差寸法が大きい位置を抽出しており、段差寸法ｈ＝０．０９３ｍｍであり、バリ高さＳ＝０ｍｍである。
【0142】
図１５の結果から、段差寸法ｈは、バリ高さＳに影響していることがわかる。結果Ｇ１であるとアンダーカットが発生しているため、段差寸法ｈは過小となっている。また、結果Ｖ２に示すように、段差寸法ｈ＝０．９３ｍｍを超えると、アンダーカットが発生する傾向がみられる。したがって、段差寸法ｈの所定の数値範囲は、例えば、０．７５≦ｈ≦０．９３と設定することが好ましい。
【0143】
また、試験１によると、段差寸法ｈが中央値（０．８ｍｍ）付近から次第に大きくなると回転ツールＦの位置Ｙｎが、板厚が小さい第二金属部材１０２側に変位してバリ高さＳが小さくなる傾向がみられた。一方、段差寸法ｈが過少になると（０．７３ｍｍ程度になると）回転ツールＦの位置Ｙｎへの影響は小さいものの、第二金属部材１０２の端部の浮き上がり分だけ回転ツールＦが第二金属部材１０２の端部を削り取り、アンダーカットが発生したと推察される。
【0144】
また、段差寸法ｈの過少側のグラフの傾きは、過大側のグラフの傾きよりも大きい。つまり、バリ高さＳの低下量は、第二金属部材１０２の浮き上がりに大きく影響すると考えられる。
【0145】
＜試験２：隙間量Ｄとバリ高さＳの関係＞
次に、隙間量Ｄとバリ高さＳとの関係を確認するための試験２を行った。試験２では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２で一組の試験体を各６体（試験体ＴＰ１１，ＴＰ１２，ＴＰ１３，ＴＰ１４，ＴＰ１５，ＴＰ１６）用意して、摩擦攪拌接合を行った。摩擦攪拌接合を行う前に、測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させて隙間量Ｄをそれぞれ計測した。隙間量Ｄは、摩擦攪拌接合前における各部材同士の隙間寸法である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２はいずれもアルミニウム合金である。第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との段差寸法ｈは０．８ｍｍである。接合長は１８００ｍｍである。
次に、隙間量Ｄとバリ高さＳとの関係を確認するための試験２を行った。試験２では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２で一組の試験体を各６体（試験体ＴＰ１１，ＴＰ１２，ＴＰ１３，ＴＰ１４，ＴＰ１５，ＴＰ１６）用意して、摩擦攪拌接合を行った。摩擦攪拌接合を行う前に、測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させて隙間量Ｄをそれぞれ計測した。隙間量Ｄは、摩擦攪拌接合前における各部材同士の隙間寸法である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２はいずれもアルミニウム合金である。第一金属部材１０１と第二金属部材１０２との段差寸法ｈは０．８ｍｍである。接合長は１８００ｍｍである。
【0146】
図１６は、実施例の試験２の走行距離と接合前の隙間量との関係を示すグラフである。
図１６に示すように、試験体ＴＰ１１，ＴＰ１２，ＴＰ１３は、開始位置（走行距離０ｍｍ）から１０００ｍｍまでの隙間量を計測した結果である。試験体ＴＰ１４，ＴＰ１５，ＴＰ１６は、終了位置（走行距離１８００ｍｍの位置）から１０００ｍｍまでの隙間量を計測した結果である。図１６に示すように、摩擦攪拌接合前の隙間量Ｄは、開始位置側では開始位置から離れるにつれて隙間量Ｄが徐々に小さくなっている。一方、摩擦攪拌接合前の隙間量Ｄは、走行距離の真ん中付近から終了位置に近づくにつれて隙間量Ｄが徐々に大きくなっている。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の端面１０１ａ及び１０２ａは、通常は略直線状に形成されている。このため、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を突き合わせた際に、開始位置及び終了位置のいずれか一方が近接して、他方には隙間が生じるように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が平行よりもやや開いた状態で配置されることで、開始位置又は終了位置に近づくにつれて隙間量Ｄが大きくなったと考えられる。
図１６に示すように、試験体ＴＰ１１，ＴＰ１２，ＴＰ１３は、開始位置（走行距離０ｍｍ）から１０００ｍｍまでの隙間量を計測した結果である。試験体ＴＰ１４，ＴＰ１５，ＴＰ１６は、終了位置（走行距離１８００ｍｍの位置）から１０００ｍｍまでの隙間量を計測した結果である。図１６に示すように、摩擦攪拌接合前の隙間量Ｄは、開始位置側では開始位置から離れるにつれて隙間量Ｄが徐々に小さくなっている。一方、摩擦攪拌接合前の隙間量Ｄは、走行距離の真ん中付近から終了位置に近づくにつれて隙間量Ｄが徐々に大きくなっている。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の端面１０１ａ及び１０２ａは、通常は略直線状に形成されている。このため、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を突き合わせた際に、開始位置及び終了位置のいずれか一方が近接して、他方には隙間が生じるように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２が平行よりもやや開いた状態で配置されることで、開始位置又は終了位置に近づくにつれて隙間量Ｄが大きくなったと考えられる。
【0147】
【0148】
図１７では、図１６の試験体ＴＰ１１から結果Ｄｓ１を抽出し、図１６の試験体ＴＰ１２から結果Ｄｓ２を抽出し、図１６の試験体ＴＰ１３から結果Ｄｓ３を抽出した。
結果Ｄｓ１では、隙間量Ｄ＝０．６ｍｍ、バリ高さＳ＝－０．０１ｍｍであった。
結果Ｄｓ２では、隙間量Ｄ＝０．４ｍｍ、バリ高さＳ＝０ｍｍであった。
結果Ｄｓ３では、隙間量Ｄ＝０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０２９ｍｍであった。
結果Ｄｓ１では、隙間量Ｄ＝０．６ｍｍ、バリ高さＳ＝－０．０１ｍｍであった。
結果Ｄｓ２では、隙間量Ｄ＝０．４ｍｍ、バリ高さＳ＝０ｍｍであった。
結果Ｄｓ３では、隙間量Ｄ＝０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０２９ｍｍであった。
【0149】
図１８では、図１６の試験体ＴＰ１４から結果Ｄｅ１を抽出し、試験体ＴＰ１５から結果Ｄｅ２を抽出し、試験体ＴＰ１６から結果Ｄｅ３を抽出した。
結果Ｄｅ１では、隙間量Ｄ＝０．９５ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０６ｍｍであった。
結果Ｄｅ２では、隙間量Ｄ＝０．７０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０５ｍｍであった。
結果Ｄｅ３では、隙間量Ｄ＝０．３０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０６ｍｍであった。
結果Ｄｅ１では、隙間量Ｄ＝０．９５ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０６ｍｍであった。
結果Ｄｅ２では、隙間量Ｄ＝０．７０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０５ｍｍであった。
結果Ｄｅ３では、隙間量Ｄ＝０．３０ｍｍ、バリ高さＳ＝０．０６ｍｍであった。
【0150】
図１７及び図１８に示すように、開始位置側の隙間量Ｄが大きくなると、開始位置側のバリ高さＳは小さくなった。ただし、結果Ｄｓ１では、アンダーカットになっている。隙間量Ｄが大きくなると、同じ設定荷重（押込荷重）であっても回転ツールが深く挿入され、回転ツールＦが板厚の小さい第二金属部材１０２側に変位したと考えられる。
【0151】
図１８に示すように、終了位置側では、終了位置側の隙間量Ｄによらず、終了位置側のバリ高さＳは概ね一定だった。これは、突合せ部Ｊ１が接合されて摩擦攪拌接合が終了位置側に進むにつれて、隙間が徐々に小さくなることに起因すると推察される。また、摩擦熱によって第一金属部材１０１と第二金属部材１０２が膨張して隙間が小さくなることに起因すると推察される。図１７及び図１８の結果に鑑みると、終了位置側よりも開始位置側の隙間量Ｄの方がバリ高さＳに大きく影響することが分かった。つまり、隙間量Ｄと所定の数値範囲を対比する際に、突合せ部Ｊ１の全長の隙間量を対象としてもよいが、例えば、開始位置から所定の距離（例えば、５０～１００ｍｍ）の隙間量を抽出して対比することが好ましい。
【0152】
＜試験３：摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置とバリ高さ及び酸化被膜との関係＞
次に、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置とバリ高さ及び酸化被膜との関係を確認するための試験３を行った。図１９に示すように、試験３では、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成した後、回転ツールＦを突合せ部Ｊ１沿って移動させるのではなく、あえて突合せ部Ｊ１から徐々に離間するように斜めに移動させ、回転ツールＦの位置Ｙｎと、バリ高さＳ及び酸化被膜Ｋとの関係について確認した。図１９及び図２０では、説明の便宜上、Ｙ方向の移動が理解しやすいようにＸ方向とＹ方向の縮尺を変更して描画している。図１９では、図面の下側から上側に向けて回転ツールＦを移動させている。
次に、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置とバリ高さ及び酸化被膜との関係を確認するための試験３を行った。図１９に示すように、試験３では、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成した後、回転ツールＦを突合せ部Ｊ１沿って移動させるのではなく、あえて突合せ部Ｊ１から徐々に離間するように斜めに移動させ、回転ツールＦの位置Ｙｎと、バリ高さＳ及び酸化被膜Ｋとの関係について確認した。図１９及び図２０では、説明の便宜上、Ｙ方向の移動が理解しやすいようにＸ方向とＹ方向の縮尺を変更して描画している。図１９では、図面の下側から上側に向けて回転ツールＦを移動させている。
【0153】
図１９では、回転ツールＦを無負荷状態で移動させる際に制御する設定移動ルートＲｔと、回転ツールＦを金属部材に挿入して摩擦攪拌を行った際に実際に通過した移動ルートＲｎとの関係を示している。図１９に示すように、本実施例では、回転ツールＦの移動ルートＲｎは、地点αから地点βを通るように設定した。地点αは突合せ部Ｊ１上で、かつ、接合距離が１００ｍｍの位置である。地点βは接合距離が１８００ｍｍの位置で、かつ、突合せ部Ｊ１から第一金属部材１０１側へ１．０ｍｍの位置である。
【0154】
図２０は、本実施例において接合距離とＹ方向位置との関係を示したグラフである。図２０の設定移動ルートＲｔは、テスト試行用に設定した移動ルートである。位置Ｙｔは、回転ツールＦを挿入せずに、設定移動ルートＲｔに沿って移動させたときに、摩擦攪拌装置４の回転駆動手段の回転中心軸が実際に通った軌跡を示している。当該軌跡は、測定部３４（ラインセンサ）で測定することができる。図２０中のマイナス側は、突合せ部Ｊ１を挟んで第一金属部材１０１側であり、プラス側は第二金属部材１０２側である。位置Ｙｔに示すように、回転ツールＦを装着せずに、無負荷状態で移動させると設定移動ルートＲｔと、回転中心軸が実際に通った軌跡は概ね重なる。
【0155】
一方、図２０に示すように、回転ツールＦを装着し、設定移動ルートＲｔに沿って実際に摩擦攪拌接合を行うと、回転ツールＦは回転ツールＦの位置Ｙｎで表される軌跡を通る。つまり、機械（アームロボット３１）のたわみ、癖等があるとともに、回転ツールＦが第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２から受ける抵抗もあるため、開始位置で設定移動ルートＲｔ上に回転ツールＦを挿入しても、本実施例では回転ツールＦは直ちにＹ＝０の付近に変位し、その後は設定移動ルートＲｔからずれた位置を、設定移動ルートＲｔと概ね平行に移動する。図２０の（Ｙｎ－Ｙｔ）値で示すように、この実施例では、設定移動ルートＲｔと位置Ｙｎで表される軌跡との間に約１．５ｍｍずれ（差分）が発生している。したがって、摩擦攪拌接合では、この軌跡の差分を考慮して移動ルート（修正移動ルート）を設定することが好ましい。
【0156】
図２１Ａは、実施例の試験３の接合距離が１００ｍｍの位置の断面図である。図２１Ｂは、実施例の試験３の接合距離が６００ｍｍの位置の断面図である。図２１Ｃは、実施例の試験３の接合距離が８００ｍｍの位置の断面図である。図２２Ａは、実施例の試験３の接合距離が１０００ｍｍの位置の断面図である。図２２Ｂは、実施例の試験３の接合距離が１２００ｍｍの位置の断面図である。図２２Ｃは、実施例の試験３の接合距離が１８００ｍｍの位置の断面図である。
【0157】
図２１Ａ～Ｃ、図２２Ａ～Ｃは、突合せ部Ｊ１から摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが、接合距離が進むにつれて突合せ部Ｊ１から離間している状態を示している。図中の点線は、回転ツールＦの塑性化領域Ｗの範囲を示している。バリ高さＳは、第二金属部材１０２の表面１０２ｂからの高さ寸法を計測している。
【0158】
図２１Ａに示すように、接合距離１００ｍｍの位置の突合せ部Ｊ１と回転ツールＦの位置Ｙｎは一致している。バリ高さＳ（Ｓ１０）は０．０３４ｍｍである。
図２１Ｂに示すように、接合距離６００ｍｍの位置の突合せ部Ｊ１から回転ツールＦの位置Ｙｎまでの距離Ｌｊは５５４μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１１）は０．０９５ｍｍである。
図２１Ｂに示すように、接合距離６００ｍｍの位置の突合せ部Ｊ１から回転ツールＦの位置Ｙｎまでの距離Ｌｊは５５４μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１１）は０．０９５ｍｍである。
【0159】
図２１Ｃに示すように、接合距離８００ｍｍの位置の距離Ｌｊは６８６μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１２）は０．１０５ｍｍである。
【0160】
図２２Ａに示すように、接合距離１０００ｍｍの位置の距離Ｌｊは７４３μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１３）は０．０９２ｍｍである。
図２２Ｂに示すように、接合距離１２００ｍｍの位置の距離Ｌｊは８４０μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１４）は０．１１３ｍｍである。
図２２Ｂに示すように、接合距離１２００ｍｍの位置の距離Ｌｊは８４０μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１４）は０．１１３ｍｍである。
【0161】
図２２Ｃに示すように、接合距離１８００ｍｍの距離Ｌｊは１０８５μｍである。バリ高さＳ（Ｓ１５）は０．１２３ｍｍである。
【0162】
図２１Ａ～２１Ｃ、図２２Ａ～２２Ｃに示すように、回転ツールＦの位置Ｙｎが突合せ部Ｊ１から離間するにつれて、バリ高さＳ（第二金属部材１０２側のバリ高さ）が徐々に大きくなっていることがわかる。換言すると、回転ツールＦの位置Ｙｎが第二金属部材１０２側に寄るとバリ高さＳが小さくなることがわかる。
【0163】
図２３Ａは、実施例の試験３の接合距離が１００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。図２３Ｂは、実施例の試験３の接合距離が６００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。図２３Ｃは、実施例の試験３の接合距離が８００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。図２４Ａは、実施例の試験３の接合距離が１０００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。図２４Ｂは、実施例の試験３の接合距離が１２００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。図２５は、実施例の試験３の接合距離が１８００ｍｍの位置における突合せ部のマクロ断面図である。つまり、図２３Ａ～２３Ｃ、図２４Ａ，２４Ｂ、図２５は、各位置における突合せ部Ｊ１周りのマクロ断面図であって、酸化被膜Ｋの大きさ、形状を示している。
【0164】
図２３Ａに示すように、接合距離が１００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝０）における酸化被膜は存在しない（Ｋ０）。
図２３Ｂに示すように、接合距離が６００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝５５４μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ１）は３３μｍである。
図２３Ｂに示すように、接合距離が６００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝５５４μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ１）は３３μｍである。
【0165】
図２３Ｃに示すように、接合距離が８００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝６８６μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ２）は５９μｍである。
図２４Ａに示すように、接合距離が１０００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝７４３μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ３）は７２μｍである。
図２４Ａに示すように、接合距離が１０００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝７４３μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ３）は７２μｍである。
【0166】
図２４Ｂに示すように、接合距離が１２００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝８４０μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ４）は１１５μｍである。
図２５に示すように、接合距離が１８００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝１０８５μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ５）は２３５μｍである。
図２５に示すように、接合距離が１８００ｍｍの位置（回転ツールＦの位置Ｙｎ＝１０８５μｍ）における酸化被膜Ｋ（Ｋ５）は２３５μｍである。
【0167】
図２６は、実施例の試験３において、回転ツールの位置とバリ高さ及び酸化被膜高さとの関係を示すグラフである。図２６に示すように、バリ高さＳは、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが突合せ部Ｊ１から離間するにつれて徐々に大きくなっている。また、酸化被膜Ｋも、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが突合せ部Ｊ１から離間するにつれて徐々に大きくなっている。換言すると、摩擦攪拌接合中の回転ツールＦの位置Ｙｎが、突合せ部Ｊ１に近接すると、バリ高さＳ及び酸化被膜Ｋのいずれも小さくなる。
【0168】
図２６の結果によると、例えば、バリ高さＳ及び酸化被膜Ｋの高さの閾値を０．１０ｍｍと設定した場合、回転ツールＦの位置Ｙｎは、突合せ部Ｊ１から第二金属部材１０２側に向けて０．６ｍｍ（６００μｍ）以内に設定することが好ましい。
【0169】
したがって、図２７に示すように、測定部３４を突合せ部Ｊ１に沿って移動させて第一金属部材１０１の稜線を測定して稜線Ｙｐを測定した場合、稜線Ｙｐを中心にして第一金属部材１０１側に０．６ｍｍ（ｍ＝０．６ｍｍ）、第二金属部材１０２側に０．３ｍｍ（ｍ＝０．３）の範囲を許容範囲Ｍと設定することが好ましい。なお、当該許容範囲Ｍの範囲は、あくまで例示であって、要求される接合精度等に基づいて適宜設定すればよい。
【0170】
＜試験４：温度と空洞欠陥サイズの関係＞
次に、温度と空洞欠陥サイズとの関係を確認するための試験４を行った。試験４では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を４体（試験体ＴＰ４１，ＴＰ４２，ＴＰ４３，ＴＰ４４）用意して接合前に温度を設定し、それぞれの試験体で摩擦攪拌接合を行った。
次に、温度と空洞欠陥サイズとの関係を確認するための試験４を行った。試験４では、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を４体（試験体ＴＰ４１，ＴＰ４２，ＴＰ４３，ＴＰ４４）用意して接合前に温度を設定し、それぞれの試験体で摩擦攪拌接合を行った。
【0171】
試験体ＴＰ４１では、ヒーターなし（室温２０℃）で摩擦攪拌接合を行い、接合速度を５００ｍｍ／ｍｉｎから１２５０ｍｍ／ｍｉｎまで上昇させた。試験体ＴＰ４２では、温度調整部２３で３０℃に設定して摩擦攪拌接合を行い、接合速度を６００ｍｍ／ｍｉｎから１０００ｍｍ／ｍｉｎまで上昇させた。
【0172】
また、試験体ＴＰ４３では、温度調整部２３で６０℃に設定して接合速度を６００ｍｍ／ｍｉｎから１０００ｍｍ／ｍｉｎまで上昇させた。また、試験体ＴＰ４４では、温度調整部２３で９０℃に設定した接合速度を６００ｍｍ／ｍｉｎから１０００ｍｉｎ／ｍｉｎまで上昇させた。
【0173】
図２８に示すように、試験体ＴＰ４１では、温度調整部２３の温度が２０℃であり、空洞欠陥のサイズが著しく大きかった。接合速度を上昇させると、上昇させるにつれて空洞欠陥サイズは大きくなった。試験体ＴＰ４２では、温度調整部２３の温度が３０℃であり、空洞欠陥サイズの大きさは約５０μｍ２であった。温度調整部２３の温度を６０～９０℃に設定すると、空洞欠陥はほぼ見られなかった。この場合、接合速度を上昇させても空洞欠陥は見られなかった。
【0174】
以上より、温度調整部２３の温度Ｔの所定の数値範囲は６０≦Ｔ≦９０と設定することが好ましい。この場合、接合速度を上昇させても空洞欠陥が発生しづらいため、空洞欠陥の発生を抑制しつつ、接合時間を短くすることができる。
【符号の説明】
【0175】
１ 自動接合システム
２ 搬送装置
３ 固定装置
４ 摩擦攪拌装置
５ 制御装置
２２ 吸引部
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 基端側ピン
Ｆ３ 先端側ピン
Ｒ１ 目標移動ルート
Ｒ２ 修正移動ルート
θ 狙い角度
ｈ 段差寸法
Ｄ 隙間量
Ｔ 温度
２ 搬送装置
３ 固定装置
４ 摩擦攪拌装置
５ 制御装置
２２ 吸引部
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 基端側ピン
Ｆ３ 先端側ピン
Ｒ１ 目標移動ルート
Ｒ２ 修正移動ルート
θ 狙い角度
ｈ 段差寸法
Ｄ 隙間量
Ｔ 温度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22A】
【図22B】
【図22C】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図24A】
【図24B】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】