(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成であって適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位を相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる摩擦攪拌接合装置を提供する。【解決手段】プローブ３２を加工対象部材Ｗに対して相対回転させかつ押圧侵入させることにより加工対象部材を攪拌しながら、アーム５４を移動して接合ツール３０を加工対象部材に対して移動する摩擦攪拌接合時に、装着治具５２の変形に起因する接合ツールの変位を検出する変位検出装置２０を備え、装着治具が、摩擦攪拌接合時に、アームよりも変形自在であり、変位検出装置が、接合ツールに固定された変位センサ２２と、装着治具とアームとの固定部に固定されて変位センサに対しその変位検出の規準位置を与える規準部材２８と、を有する。【選択図】図１
2014046364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象部材の加工対象側面に対して上下移動自在であり、前記加工対象部材に対して回転自在であるプローブを有する接合ツールと、
前記加工対象部材を載置する載置部材と、
前記接合ツールが装着される装着治具を固定したアームを有して、前記アームを移動して前記接合ツールを前記加工対象部材に対して移動自在な移動機構と、
前記プローブを前記加工対象部材に対して回転させかつ押圧侵入させることにより前記加工対象部材を攪拌しながら、前記アームを移動して前記接合ツールを前記加工対象部材に対して移動する摩擦攪拌接合時に、前記装着治具の変形に起因する前記接合ツールの変位を検出する変位検出装置と、
を備え、
前記装着治具は、前記摩擦攪拌接合時に、前記アームよりも変形自在であり、
前記変位検出装置は、前記接合ツールに固定された変位センサと、前記装着治具と前記アームとの固定部に固定されて前記変位センサに対し前記変位を検出する際の規準位置を与える規準部材と、を有する摩擦撹拌接合装置。
【請求項２】
前記変位センサは、接触式の変位センサであり、前記規準部材は、前記固定部に固定される第１の端部、前記第１の端部に対向する第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記装着治具に対して拘束されずに延在する延在部を有すると共に、前記変位センサの接触子が前記第２の端部に接触自在である請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項３】
前記変位センサの前記接触子の移動方向は、前記プローブの中心軸と平行であり、前記変位センサ及び前記規準部材は、前記接触子及び前記第２の端部が前記プローブの前記中心軸と対称に各々配設されるような第１の組及び第２の組を含む請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項４】
更に、前記第１の組における前記規準部材の前記延在部と前記第２の組における前記規準部材の前記延在部との間を連結する連結部材を有する請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項５】
前記装着治具は、更に、前記接合ツールと前記固定部との間に補強部材を備える請求項１から４のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項６】
前記補強部材は、前記固定部に向けて拡張された拡張部を有する請求項５に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項７】
前記移動機構は、産業用ロボットである請求項１から６のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項８】
更に、前記載置部材を補助支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記補助支持機構は前記装着部材に装着される請求項１から７のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項９】
更に、前記補助支持部材を案内する案内部材を有する請求項８に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１０】
前記装着治具は、前記接合ツールと前記固定部とを連絡する第１の装着部と、前記補助支持機構と前記固定部とを連絡する第２の装着部と、を有し、前記アームが前記装着治具
を移動する際の前記第１の装着部の慣性重量は、前記アームが前記装着治具を移動する際の前記第２の装着部の慣性重量よりも小さい請求項８又は９に記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項１１】
前記装着治具は、金属製の一体形成品であり、前記第１の装着部及び前記第２の装着部は、各々の縦壁面をそれらの周縁部を残した態様で陥設した凹部を有し、前記第２の装着部の周端部は、円弧状の形状を有する請求項８から１０のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合装置に関し、特に、変位検出装置を有する摩擦攪拌接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般的なアーク溶接等に加えて、アルミニウム板等の複数の金属板から成る加工対象部品における所定の接合部位を高速で回転するプローブで摩擦攪拌して、その金属板同士を接合する摩擦攪拌接合装置が提案されてきており、自動車等の移動体の強度部品においても、摩擦攪拌接合装置で接合された接合部を有する構成が実現されるようになってきている。
【０００３】
かかる摩擦攪拌接合装置では、プローブと加工対象部品とを相対移動して、所定の接合部位を正確に接合する必要があるから、プローブと加工対象部品とが不要に相対偏位することなく正確に相対移動されることが重要である。
【０００４】
かかる状況下で、特許文献１は、摩擦攪拌接合装置に関するものではないが、傾き制御溶接方法に関し、トーチ１の左右側面及び前面に備えた距離計測センサ１５、１６及び１７によりトーチ１のワーク２に対する距離を時々刻々計測し、その計測値に基づいてトーチ１のワーク２に対する相対的な左右角及び前後退角を夫々所定の角度に保持し得るよう制御すると共に、トーチ１の頂部に備えたトーチ傾斜計測センサ１８によりトーチ１の左右の絶対角度と前後の絶対角度を時々刻々計測し、その計測値に基づいてトーチ１の絶対角度別の溶接条件のうちからトーチ１の絶対角度に応じた最適な溶接条件を選定して制御する構成を開示する。
【０００５】
また、特許文献２は、摩擦撹拌接合装置２０に関し、ツール回転駆動手段２４と、ツール変位駆動手段２５と、ツール移動量検出手段４０と、加圧力検出手段４１と、たわみ補正データ蓄積手段４２と、接合条件データ蓄積手段４３と、ツール間距離取得手段４４と、たわみ量算出手段４５と、入力手段４６と、表示手段４７と、制御手段４８と、を備えた構成を開示する。ここで、たわみ補正データ蓄積手段４２は、接合ツール２１の加圧力Ｆ１に対して、摩擦撹拌接合装置２０がたわむたわみ量δをデータベース化して蓄積するもので、このたわみ量δは、実験によって予め求められる。また、たわみ量算出手段４５は、加圧力検出手段４１から与えられる検出結果に基づいて、たわみ補正データ蓄積手段４２からたわみ量δを抽出するものである。また、たわみ量δを実測及び保管して求めることについても開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−８７０７５号公報
【特許文献２】特開２００４−１３６３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１においては、トーチ１の左右側面及び前面に備えた距離計測センサ１５、１６、１７によりトーチ１のワーク２に対する距離を時々刻々計測し、かかる計測値に基づいてトーチ１のワーク２に対する相対的な左右角及び前後退角を夫々所定の角度に保持し得るよう制御すると共に、トーチ１の頂部に備えたトーチ傾斜計測センサ１８によりトーチ１の左右の絶対角度と前後の絶対角度を時々
刻々計測し、かかる計測値に基づいてトーチ１の絶対角度別の溶接条件のうちからトーチ１の絶対角度に応じた最適な溶接条件を選定して制御する構成が開示されるものではあるが、摩擦攪拌接合装置において、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することについては何等の教示はなされていないものである。
【０００８】
また、本発明者の検討によれば、特許文献２においては、たわみ補正データ蓄積手段４２が、予め接合ツール２１が被接合物２２を介して支持ツール３０に複数の異なる加圧力Ｆ１を与えた場合のたわみ量δを各々実測した実測値やそれらの補完値に基づいて求めたたわみ量δをデータベース化して記憶し、ツール間距離取得手段４４が、ツール保持具２３における規準軸線Ｌ１方向の移動距離を検出するツール移動量検出手段４０の検出結果と、接合ツール２１が被接合物２２に与える加圧力Ｆ１を検出する加圧力検出手段４１からの検出結果に基づきたわみ補正データ蓄積手段４２からたわみ量δを抽出するたわみ量算出手段４５の抽出結果と、に基づいて、ツール間距離Ｄ３を算出し、制御手段４８が、このように算出されたツール間距離Ｄ３に基づいて、ツール回転駆動手段２４及びツール変位駆動手段２５を制御して、接合ツール２１の加圧力Ｆ１を調整し、目標ツール間距離Ｄ４となる位置まで接合ツール２１を被接合物２２に没入させる構成を開示するものではあるが、予めたわみ量δを各々実測した実測値やそれらの補完値に基づいて求めたたわみ量δをデータベース化して記憶しておく必要があるもので、その構成が煩雑である。特に、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対しては、最適なたわみ量δを都度データベース化して用意することは不可能に近い状況となり、改良の余地がある。
【０００９】
従って、現状では、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成で適用の自由度が高い態様で、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる新規な構成の摩擦攪拌接合装置が待望された状況にあるといえる。
【００１０】
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成であって適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位を相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる新規な構成の摩擦攪拌接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面における摩擦撹拌接合装置は、加工対象部材の加工対象側面に対して上下移動自在であり、前記加工対象部材に対して相対回転自在であるプローブを有する接合ツールと、前記加工対象部材を載置する載置部材と、前記接合ツールが装着される装着治具を固定したアームを有して、前記アームを移動して前記接合ツールを前記加工対象部材に対して移動自在な移動機構と、前記プローブを前記加工対象部材に対して相対回転させかつ押圧侵入させることにより前記加工対象部材を攪拌しながら、前記アームを移動して前記接合ツールを前記加工対象部材に対して移動する摩擦攪拌接合時に、前記装着治具の変形に起因する前記接合ツールの変位を検出する変位検出装置と、を備え、前記装着治具は、前記摩擦攪拌接合時に、前記アームよりも変形自在であり、前記変位検出装置は、前記接合ツールに固定された変位センサと、前記装着治具と前記アームとの固定部に固定されて前記変位センサに対し前記変位を検出する規準位置を与える規準部材と、を有する。
【００１２】
また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記変位センサは、接触式の変位センサであり、前記規準部材は、前記装着治具が前記アームに固定される固定部に対して固定される第１の端部、前記第１の端部に対向する第２の端部、及び前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記装着治具に対して拘束されずに延在する延在部を有すると共に、前記変
位センサの接触子が前記第２の端部に接触自在であることを第２の局面とする。
【００１３】
また、本発明は、かかる第２の局面に加え、前記変位センサの前記接触子の移動方向は、前記プローブの中心軸と平行であり、前記変位センサ及び前記規準部材は、前記接触子及び前記第２の端部が前記プローブの前記中心軸と対称に配設されるような第１の組及び第２の組を含むことを第３の局面とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる第３の局面に加え、更に、前記第１の組における前記規準部材の前記延在部と前記第２の組における前記規準部材の前記延在部との間を連結する連結部材を有することを第４の局面とする。
【００１５】
また、本発明は、かかる第１から第４のいずれかの局面に加え、前記装着治具は、更に、前記接合ツールと前記固定部との間に補強部材を備えることを第５の局面とする。
【００１６】
また、本発明は、かかる第５の局面に加え、前記補強部材は、前記固定部に向けて拡張された拡張部を有することを第６の局面とする。
【００１７】
また、本発明は、かかる第１から第６のいずれかの局面に加え、前記移動機構は、産業用ロボットであることを第７の局面とする。
【００１８】
また、本発明は、かかる第１から第７のいずれかの局面に加え、更に、前記載置部材を補助支持部材で支持して、前記加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持する補助支持機構を備え、前記補助支持機構は前記装着部材に装着されることを第８の局面とする。
【００１９】
また、本発明は、かかる第８の局面に加え、更に、前記補助支持部材を案内する案内部材を有することを第９の局面とする。
【００２０】
また、本発明は、かかる第８又は第９の局面に加え、前記装着治具は、前記接合ツールと前記固定部とを連絡する第１の装着部と、前記補助支持機構と前記固定部とを連絡する第２の装着部と、を有し、前記アームが前記装着治具を移動する際の前記第１の装着部の慣性重量は、前記アームが前記装着治具を移動する際の前記第２の装着部の慣性重量よりも小さいことを第１０の局面とする。
【００２１】
また、本発明は、かかる第８から第１０のいずれかの局面に加え、前記装着治具は、金属製の一体形成品であり、前記第１の装着部及び前記第２の装着部は、各々の縦壁面をそれらの周縁部を残した態様で陥設した凹部を有し、前記第２の装着部の周端部は、円弧状の形状を有することを第１１の局面とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の局面における構成によれば、プローブを加工対象部材に対して相対回転させかつ押圧侵入させることにより加工対象部材を攪拌しながら、アームを移動して接合ツールを加工対象部材に対して移動する摩擦攪拌接合時に、装着治具の変形に起因する接合ツールの変位を検出する変位検出装置を備え、装着治具が、摩擦攪拌接合時に、アームよりも変形自在であり、変位検出装置が、接合ツールに固定された変位センサと、装着治具とアームとの固定部に固定されて変位センサに対しその変位検出の規準位置を与える規準部材と、を有することにより、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成であって適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位を相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる。
【００２３】
また、本発明の第２の局面における構成によれば、変位センサが、接触式の変位センサであり、規準部材は、装着治具がアームに固定される固定部に対して固定される第１の端部、第１の端部に対向する第２の端部、及び第１の端部と第２の端部との間で装着治具に対して拘束されずに延在する延在部を有すると共に、変位センサの接触子が第２の端部に接触自在であることにより、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、より簡便な構成であってより適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位をより確実に相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御することができる。
【００２４】
また、本発明の第３の局面における構成によれば、変位センサの接触子の移動方向が、プローブの中心軸と平行であるため、接触子が、摩擦攪拌接合時に規準部材に当接しながら上下方向に移動し、その結果、装着治具の変形に起因するプローブの上下方向の変位が精度よく検出され得ると共に、変位センサ及び規準部材は、接触子及び第２の端部がプローブの中心軸と対称に配設されるような第１の組及び第２の組を含むものであるため、かかるプローブの上下方向の変位を、それに近接した２箇所の変位検出箇所でもって、より算出処理がし易い態様で得ることができる。
【００２５】
また、本発明の第４の局面における構成によれば、更に、第１の組における規準部材の延在部と第２の組における規準部材の延在部との間を連結する連結部材を有することにより、規準部材同士の連結強度が増して規準部材全体の強度・剛性を向上することができ、変位センサの位置的な規準をより正確に得ることができる。
【００２６】
また、本発明の第５の局面における構成によれば、装着治具が、更に、接合ツールと固定部との間に補強部材を備えることにより、摩擦攪拌接合時に装着治具に発生する応力を低減することができる。
【００２７】
また、本発明の第６の局面における構成によれば、補強部材が、固定部に向けて拡張された拡張部を有することにより、摩擦攪拌接合時に装着治具に発生する応力をより確実に低減することができる。
【００２８】
また、本発明の第７の局面における構成によれば、移動機構が、産業用ロボットであることにより、より汎用的な構成で、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御することができる摩擦攪拌接合装置を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の第８の局面における構成によれば、更に、載置部材を補助支持部材で支持して、加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持すべくアームに装着される補助支持機構を備えることにより、プローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦攪拌接合することができる。
【００３０】
また、本発明の第９の局面における構成によれば、更に、補助支持部材を案内する案内部材を有することにより、プローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離により確実に制御しながら摩擦攪拌接合することができる。
【００３１】
また、本発明の第１０の局面における構成によれば、装着治具が、接合ツールと固定部とを連絡する第１の装着部と、補助支持機構と固定部とを連絡する第２の装着部と、を有し、アームが装着治具を移動する際の第１の装着部の慣性重量が、アームが装着治具を移動する際の第２の装着部の慣性重量よりも小さく設定されていることにより、アームが装
着治具を移動して接合ツールを加工対象部材に近づけて接合方向に移動する際に、補助支持機構側の姿勢を安定させた状態で接合ツール側の回頭性を向上することができ、接合ツール及び補助支持機構を装着した装着治具のアームによる操作性を向上することができる。
【００３２】
また、本発明の第１１の局面における構成によれば、装着治具が、金属製の一体形成品であり、第１の装着部及び第２の装着部が、各々の縦壁面をそれらの周縁部を残した態様で陥設した凹部を有し、第２の装着部の周端部が、円弧状の形状を有することにより、装着治具の軽量化を図りながら、摩擦撹拌接合時において装着治具に不要な応力が発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図である。
【図３】本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大正面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。
【図５】本変形例における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図である。
【図６】本発明の実施形態の別の変形例における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。
【図７】図７（ａ）は、本変形例における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。
【図９】図９（ａ）は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ’−Ａ’断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、図８における装着治具、駆動機構及び補助支持機構のみを示す拡大図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）をｚ軸の負方向に見た上面図であり、また、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）をｚ軸の正方向に見た下面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１０（ａ）をｘ軸の正方向に見た正面図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ａ）をｘ軸の負方向に見た背面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図１２（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、図１２（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、また、図１２（ｄ）は、図１０（ａ）のＥ−Ｅ断面図ある。なお、図１２（ｄ）には、便宜上、図１０（ａ）のＦ−Ｆ断面及びＧ−Ｇ断面を併せて示している。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態における摩擦攪拌接合装置につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成す。また、ｘ軸及びｙ軸が成す平面は、水平面に平行な平面であり、ｚ軸の正方向は、上方向であるとする。
【００３５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における摩擦攪拌接合装置につき、図１から図７を参照して、詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。図２は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図である。また、図３は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大正面図である。
【００３７】
図１から図３に示すように、摩擦攪拌接合装置１は、加工対象部材Ｗを載置すべく床Ｆに固設された載置台１０と、載置台１０の上方で載置台１０に対向して配置自在な変位検出装置２０と、変位検出装置２０が装着されて載置台１０の上方で載置台１０に対向して配置自在な接合ツール３０と、載置台１０の下方で載置台１０の下面に当接するように配置自在な補助支持機構４０と、接合ツール３０及び補助支持機構４０を装着治具５２で保持して床Ｆに固設されたロボット５０と、を備える。ここで、摩擦攪拌接合時に装着治具５２が変形すると、それに装着された接合ツール３０が変位する。
【００３８】
詳しくは、載置台１０は、加工対象部材Ｗをその載置部１０ａ上に載置する載置治具１２と、載置治具１２上に配設されて加工対象部材Ｗを装脱自在に固定するストッパ１４と、備える載置部材である。加工対象部材Ｗは、典型的には第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２が上下方向に並置されて互いに重なり合った部分を有するアルミニウム材等の金属製の板状部材であり、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の重なり合った部分の所定の部位が、所定の加工方向に沿って移動されるべき接合ツール３０により所定の接合線でもって接合されるものである。載置治具１２上における加工対象部材Ｗの位置は、ストッパ１４で加工対象部材Ｗの一部を保持することにより、正確に維持される。なお、ストッパ１４を駆動する駆動源としては、モータやエアシリンダ等が挙げられる。もちろん、ストッパ１４は、手動で駆動されてもかまわない。
【００３９】
変位検出装置２０は、典型的には接触式の変位検出装置であり、一対の変位センサ２２と、変位検出時の変位センサ２２の各々に対応して規準位置を与える一対の典型的には金属製の規準部材２８と、を備える。各々の変位センサ２２は、センサ本体２４と、センサ本体２４に連絡する接触子２６ａ及び接触子２６ａを挿通してその端部以外を覆うベローズ２６ｂを有する可動部２６と、を備える。かかる接触子２６ａは、図示を省略するコイルスプリング等の付勢部材により、センサ本体２４に対して下方に付勢された付勢力を与えられて、センサ本体２４に装着されている。各々の変位センサ２２は、それらの接触子２６ａの下端部が対応する規準部材２８の上面に当接した状態で、かかる接触子２６ａが、規準部材２８によりセンサ本体２４内に付勢力に抗して押し込まれながら上方に移動される際の移動量や、かかる接触子２６ａが、規準部材２８から遠ざかろうとしてセンサ本体２４から付勢力で押し戻されながら下方に移動される際の移動量に応じて、装着治具５２の変形に起因する接合ツール３０のプローブ３２の変位を検出自在である。
【００４０】
接合ツール３０は、典型的には上下方向に延在する鉄材等の金属製の円柱部材であって、ｚ軸と平行な中心軸Ｚの周りに回転自在であると共に上下移動自在であるプローブ３２と、プローブ３２を保持するホルダ３４と、ホルダ３４に保持されたプローブ３２を上下移動させると共に、プローブ３２を中心軸Ｚの周りに回転させる駆動機構３８と、を備える。また、駆動機構３８は、その筐体３８ａ内に、いずれも図示を省略するモータやシャフト等を内蔵する。また、プローブ３２の中心軸Ｚの方向が、摩擦攪拌接合時にプローブ３２回転して加工対象部材Ｗを押圧する押圧方向である。
【００４１】
ここで、筐体３８ａは、各種構成部品を支持しながら装着治具５２に固定されるフレーム部材としても機能し、その構造の一例として中空直方体状の形状を有するとものとする。かかる筐体３８ａにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面及びｙ軸の負方向側の縦壁面には、各々、変位センサ２２が、固定部材２４ａを介してセンサ本体２４の部分で固定されている。かかる両縦壁面は、プローブ３２の中心軸Ｚについて対称の位置にあるため、一対の変位センサ２２、詳しくはそれらの接触子２６ａは、プローブ３２の中心軸Ｚについて互いに軸対称の位置に配設されることになると共に、各々の接触子２６ａは、ｙ軸の方向に見て、プローブ３２の中心軸Ｚと一致する移動軸に沿って上下方向に移動自在である。よって、変位検出装置２０は、精度よく、装着治具５２の変形に起因するプローブ３２の変
位を検出自在である。
【００４２】
かかる接合ツール３０においては、駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させた場合には、プローブ３２の下部は、加工対象部材Ｗに圧入されていき、加工対象部材Ｗにおいて、第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に侵入する位置まで到達自在である。なお、加工対象部材Ｗの第１部材Ｗ１における上面を、便宜上、加工対象側面Ｗｓと呼ぶ。
【００４３】
補助支持機構４０は、載置治具１２とは反対側で載置部１０ａの下面に当接する典型的には鉄材等の金属製のボール部材である補助支持部材４２と、補助支持部材４２をその中心位置を不動にしながら回転自在に保持するホルダ４４と、を備える。かかる補助支持機構４０においては、補助支持部材４２が加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下端部と対向した状態で、補助支持部材４２が、その上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接しながら載置台１０を補助的に支持自在である。
【００４４】
ロボット５０は、接合ツール３０と、載置台１０の載置治具１２上に固定された加工対象部材Ｗと、を相対移動自在な移動機構であり、典型的には産業用ロボットである。具体的には、ロボット５０は、側面視で２股形状を呈した金属製で接合ツール３０及び補助支持機構４０を対応して装着する上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂを有する典型的には鋼材の削り出し品である装着治具５２と、装着治具５２を装着して典型的には多関節を有するマニピュレータであるアーム５４と、いずれも図示は省略するがアーム５４を移動する駆動機構、演算処理装置及びメモリ等を内蔵するロボット本体５６と、を備える。
【００４５】
装着治具５２の上方装着部５２ａには、接合ツール３０の駆動機構３８の筐体３８ａが装着されて固定される一方で、装着治具５２の下方装着部５２ｂには、補助支持機構４０のホルダ４４が装着されて固定される。アーム５４の一端の支持部５４ａには、装着治具５２の上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂ間の結合部における固定部５２ｃが締結等により固定されて装着され、アーム５４の他端には、ロボット本体５６が連絡する。ロボット本体５６の駆動機構が動作することによりアーム５４が移動し、対応して、接合ツール３０と補助支持機構４０との相対的な位置的関係を維持したままで、上下左右等の多自由度でもって接合ツール３０及び補助支持機構４０を移動自在である。ここで、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、加工対象部材Ｗに押圧する摩擦攪拌接合時においては、装着治具５２、特に接合ツール３０とアーム５４とを接続する上方装着部５２ａの剛性は、アーム５４の剛性よりも低く設定されている。よって、このような場合には、かかる上方装着部５２ａの部分のみが、摩擦攪拌接合時に変形する変形部となる。換言すれば、このように摩擦攪拌接合時に変形する特定の変形部を設ければ、摩擦攪拌接合時には実質的にその変形部の変形のみを考慮してプローブ３２の変位を検出すれば足りることになる。
【００４６】
ここで、装着治具５２の固定部５２ｃにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）及びｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）には、各々、規準部材２８の第１の端部２８ａが締結等により固定されている。摩擦攪拌接合装置１による摩擦攪拌接合時においては、かかる装着治具５２における固定部５２ｃで固定された部分の剛性は、アーム５４の剛性と等しいものと評価されるものである。各々の規準部材２８は、更に、第１の端部２８ａに対向する第２の端部２８ｂと、第１の端部２８ａ及び第２の端部２８ｂ間を延在してこれらを結ぶ延在部２８ｃと、を有して、筐体３８ａ及び装着治具５２双方のｙ軸の正方向側及びｙ軸の負方向側に対応して配設される。詳しくは、ｙ軸の正方向側に設けられた規準部材２８においては、第２の端部２８ｂ上に固設された受け部材２８ｄの上面に、ｙ軸の正方向側に設けられた変位センサ２２の接触子２６ａの下端部
が当接自在であり、延在部２８ｃは、装着治具５２のｙ軸の正方向側の縦壁面から離間してそれに拘束されない状態で延在している。同様に、ｙ軸の負方向側に設けられた規準部材２８においては、第２の端部２８ｂ上に固設された受け部材２８ｄの上面に、ｙ軸の負方向側に設けられた変位センサ２２の接触子２６ａの下端部が当接自在であり、延在部２８ｃは、装着治具５２のｙ軸の負方向側の縦壁面から離間してそれに拘束されない状態で延在している。つまり、共にｙ軸の正方向側に設けられた変位センサ２２及び規準部材２８、並びに共にｙ軸の負方向側に設けられた変位センサ２２及び規準部材２８は、各々対応して組を成し、変位検出装置２０は、２箇所の変位を検出自在である。また、各々の規準部材２８の延在部２８ｃ間を、充分な剛性や強度を有する典型的には金属製の連結部材２８ｅで連結すると、規準部材２８同士の連結強度が増して規準部材２８全体の強度や剛性が向上するため好ましい。
【００４７】
かかる摩擦攪拌接合装置１の該当する各種構成要素は、コントローラＣから送出される制御信号を受けて適宜制御され、加工対象部材Ｗに摩擦攪拌接合を為すように動作するものである。具体的には、コントローラＣは、加工対象部材Ｗに対して接合ツール３０を下降させてプローブ３２を加工対象部材Ｗに圧入させると共に回転させることにより、プローブ３２で加工対象部材Ｗに摩擦熱を発生させながら撹拌すると共に、各々の変位センサ２２の接触子２６ａが対応する規準部材２８に当接しながら移動する移動量を検出しながら、ロボット５０のアーム５４でプローブ３２と加工対象部材Ｗとを相対移動して、加工対象部材Ｗを所定の接合線に沿って摩擦攪拌接合する制御を行う。ここで、各々の接触子２６ａは、ｙ軸の方向に見て、プローブ３２の中心軸Ｚと一致する移動軸に沿って上下方向に移動自在であるため、かかる接触子２６ａは、摩擦攪拌接合時に規準部材２８に当接しながら上下方向に移動し、その結果、装着治具５２の変形、特に上方装着部５２ａの変形に起因するプローブ３２の上下方向の変位が精度よく検出され得ると共に、各々の接触子２６ａ及び対応する受け部材２８ｄは、プローブ３２の中心軸Ｚについて互いに軸対称の位置に配設されるものでもあるため、かかるプローブ３２の上下方向の変位を、それに近接した２箇所の変位検出箇所でもって、より算出処理がし易い態様で得ることができる。なお、コントローラＣは、いずれも図示を省略する演算処理装置やメモリ等を内蔵し、メモリには、摩擦撹拌接合を実行するための制御プログラムや所定の加工方向に関するデータ等が記憶される。
【００４８】
ついで、以上の構成の摩擦攪拌接合装置１を用いて、加工対象部材Ｗに対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合方法につき、以下詳細に説明する。
【００４９】
まず、摩擦攪拌接合方法の一連の工程を開始する前にその準備として、ロボット５０においては、装着治具５２の上方装着部５２ａに接合ツール３０を装着して固定し、かつ装着治具５２の下方装着部５２ｂに補助支持機構４０を装着して固定する。
【００５０】
これと共に、一方で、摩擦攪拌接合を施すべき加工対象部材Ｗを載置台１０の載置治具１２上に載置した後、ストッパ１４で加工対象部材Ｗの一部を保持して加工対象部材Ｗを位置決めして固定する。
【００５１】
次に、以下のような摩擦攪拌接合方法の一連の工程が開始される。かかる一連の工程は、コントローラＣがそのメモリ中に格納された制御プログラムやデータを用いながらその制御プログラムに従って自動制御するものである。
【００５２】
まず、コントローラＣの制御の下で、図１に示すように、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を上下左右等に適宜移動させて、装着治具５２の上方装着部５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を、加工対象部材Ｗの上方の所定位置で、加工対象部材Ｗに対向するように配置すると共に、装着治具５２の下方装着部５２ｂに装着された補
助支持機構４０の補助支持部材４２を、加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下部と対向するようにその補助支持部材４２の上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接させる。この際、プローブ３２に対するｙ軸の正方向側及びｙ軸の負方向側において、各々、変位センサ２２の接触子２６ａを規準部材２８の上方の所定位置で、規準部材２８に対向するように配置する。
【００５３】
次に、このようにプローブ３２、２つの変位センサ２２及び補助支持部材４２の各々の位置が実現されたならば、コントローラＣの制御の下で、図２及び図３に示すように、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を保持するホルダ３４を下方に移動させてプローブ３２を下降させ、プローブ３２の下部を、加工対象部材Ｗにおいて第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に侵入する所定位置まで到達させる。かかるプローブ３２が第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に対する侵入深さは、摩擦溶融接合の実行時には実質的に一定に維持されるものである。この際、ｙ軸の正方向側及びｙ軸の負方向側において、各々、変位センサ２２の接触子２６ａの下端部は、規準部材２８の受け部材２８ｄの上面に当接されてセンサ本体２４内に所定量ほど押し込まれいる。なお、この際、必要に応じて、接合ツール３０の駆動機構３８は、ホルダ３４を介してプローブ３２を回転させていてもよい。
【００５４】
次に、このようにプローブ３２の下部が所定位置に到達し、変位センサ２２の接触子２６ａの下端部が対応する規準部材２８の受け部材２８ｄの上面に当接されてセンサ本体２４内に所定量ほど押し込まれたならば、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８がプローブ３２を継続的に回転させた状態で、ロボット本体５６の駆動機構が、プローブ３２及び補助支持部材４２がこれらの加工対象部材Ｗに対する位置的な対応関係を維持した状態で所定の加工方向である移動方向に移動されるように、アーム５４を移動させる。その結果、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２とは、プローブ３２の下部の移動した軌跡に対応して、摩擦攪拌接合されていく。併せて、補助支持部材４２は、加工対象部材Ｗを挟んでプローブ３２の下部と対向するように補助支持部材４２の上部の１点において載置台１０の載置部１０ａの下面に当接した状態でホルダ４４内において回転しながら、所定の加工方向の方向に移動されている。
【００５５】
この際、プローブ３２が加工対象部材Ｗを押圧して第１部材Ｗ１を貫通し第２部材Ｗ２に侵入した状態で回転されながら所定の加工方向の方向に移動されていることに起因して、プローブ３２には加工対象部材Ｗの加工対象側面Ｗｓに垂直上方に加工反力が印加される。ここで、摩擦攪拌接合時には、加工対象部材Ｗが湾曲部材であっても、ロボット本体５６の駆動機構がアーム５４を移動して、プローブ３２は加工対象側面Ｗｓを垂直に押圧するものであるが、図２及び図３中では、便宜上、加工対象部材Ｗを平板部材として示し、加工反力は上向きであるとする。その結果、プローブ３２を保持する接合ツール３０を介して、接合ツール３０が固設された装着治具５２に対しても加工反力が印加され、装着治具５２の上方装着部５２ａには弾性的な変形が生じ、対応して、上方装着部５２ａに固定して装着された接合ツール３０のプローブ３２には上下方向の位置の誤差が生じることになる。ここで、接合ツール３０の駆動機構３８の筐体３８ａにｙ軸の正方向側及びｙ軸の負方向側において各々固設された変位センサ２２は、このように変形する装着治具５２に伴って移動する。このため、かかる各々の変位センサ２２の接触子２６ａは、加工反力の経時変化に対応する上方装着部５２ａの変形の経時変化に対応して、装着治具５２の固定部５２ｃに固設された規準部材２８に対してそれらの相対位置を変化させる。
【００５６】
詳しくは、装着治具５２における上方装着部５２ａがこのように変形する際に、接合ツール３０の駆動機構３８の筐体３８ａにｙ軸の正方向側及びｙ軸の負方向側において各々固設された変位センサ２２の接触子２６ａに関しては、それらの下端部が対応する規準部材２８の受け部材２８ｄの上面に当接した状態で、各々の変位センサ２２と対応する規準
部材２８との相対位置の変化に応じ、各々の接触子２６ａが、対応する受け部材２８ｄにより押されてセンサ本体２４内に付勢力に抗して押し込まれながら上方に移動されたり、あるいはセンサ本体２４から付勢力で押し戻されて対応する受け部材２８ｄを押すように下方に移動される。ここで、各々の変位センサ２２は、この際の各々の接触子２６ａの移動量に応じて、装着治具５２における上方装着部５２ａの変形、具体的には、ｙ軸の方向に見て各々の接触子２６ａの移動軸と同軸の中心軸Ｚを有するプローブ３２の上下方向の変位量、に応じた検出値を各々検出する。
【００５７】
これにより、コントローラＣは、このように各々の変位センサ２２が検出したプローブ３２の上下方向の変位量に応じた検出値に基づき、かかる変位量を相殺するような変位量をプローブ３２に与えるように接合ツール３０の駆動機構３８を制御する。その結果、駆動機構３８は、変位センサ２２が検出したプローブ３２の上下方向の変位量を相殺するようにプローブ３２を上下方向に移動して、つまり、プローブ３２が上方に変位しているのならば下方に移動し、又はプローブ３２が下方に変位しているのならば上方に移動して、その位置を調整しながらプローブ３２を加工対象部材Ｗに押圧させることにより、プローブ３２における第１部材Ｗ１を貫通して第２部材Ｗ２に対する侵入深さは、摩擦溶融接合の実行時には実質的に一定に維持される。更に、コントローラＣの制御の下で、ロボット本体５６の駆動機構は、プローブ３２及び補助支持部材４２が所定の加工方向である移動方向に移動されるように、アーム５４を移動させ続ける。ここで、各々の変位センサ２２が検出したプローブ３２の上下方向の変位量に関しては、単純にそれらの変位量を平均して、プローブ３２に与えるべき上下方向の変位量を算出することが簡便である。但し、加工対象部材Ｗの形状や加工方向の複雑さ等に応じて、各々の変位センサ２２が検出したプローブ３２の上下方向の変位量をパラメータとする所定の計算式を用いて、プローブ３２に与えるべき上下方向の変位量を算出してもよい。かかる摩擦攪拌接合を継続すると、プローブ３２の下部の移動した軌跡は所定の接合線に一致することになり、対応して、第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２においては、所定の接合線に沿って摩擦攪拌接合された接合部位を得られることになる。
【００５８】
次に、このようにアーム５４の移動に伴ってプローブ３２等を摩擦攪拌接合が必要な部位の終点である所定位置まで移動させ終えると、コントローラＣの制御の下で、接合ツール３０の駆動機構３８が、プローブ３２の回転を維持したままでプローブ３２を上方に移動させて加工対象部材Ｗから引き抜き、その上方位置まで上昇させた後にその移動を停止させる。そして、ロボット本体５６の駆動機構が、アーム５４を移動させて、プローブ３２及び補助支持部材４２を、加工対象部材Ｗの上下領域から退出させた後にその移動を停止させる。
【００５９】
最後に、ストッパ１４を外して加工対象部材Ｗを解放し、加工対象部材Ｗを載置台１０から取り外せば、所定の部位が摩擦攪拌接合された加工品が得られる。
【００６０】
なお、以上の本実施形態の構成においては、加工対象部材Ｗが載置台１０に固定され、かつ接合ツール３０及び補助支持機構４０がロボット５０のアーム５４に装着されて可動である構成例で説明したが、原理的には、加工対象部材Ｗと接合ツール３０及び補助支持機構４０とが相対的に可動であれば足りるため、これとは逆に、加工対象部材Ｗがロボット５０のアーム５４に装着されて可動であり、かつ接合ツール３０及び補助支持機構４０が載置台１０に固定された構成例も採用可能である。但し、かかる場合には、変位検出装置２０は、加工対象部材Ｗ側の装着治具の変位を検出することになる。
【００６１】
具体的には、摩擦攪拌接合を施すべき加工対象部材Ｗを載置して固定した載置治具１２を、ロボット５０のアーム５４の装着治具に装着した後で、載置台１０に装着されて固定された接合ツール３０のプローブ３２を加工対象部材Ｗに圧入して攪拌すると共に、加工
対象部材Ｗを固定した載置治具１２の下面に、載置台１０に装着されて固定された補助支持機４０の補助支持部材４２を当接した状態で、加工対象部材Ｗを固定した載置治具１２をアーム５４で移動しながら加工対象部材Ｗに摩擦攪拌接合を施せばよい。この際、載置治具１２に変位検出装置２０を固設し、かつ、アーム５４の装着治具における固定部に規準部材を固設することにより、摩擦攪拌接合時のアーム５４の装着治具の変形に起因するプローブ３２と加工対象部材Ｗとの相対的な上下方向の変位量を相殺しながら摩擦攪拌接合できることは同様である。
【００６２】
また、以上の本実施形態の構成においては、プローブ３２及び補助支持部材４２が加工対象部材Ｗに対するこれらの位置的な対応関係を維持した状態で摩擦攪拌接合するものであれば、加工対象部材Ｗは、平面状のみならず曲面状であってもよい。加工対象部材Ｗが曲面形状を有している場合には、変位検出装置２０及び接合ツール３０と補助支持機構４０とは、加工対象部材Ｗを挟んでその曲面に垂直な方向において対向し、接合ツール３０のプローブ３２の加工対象部材Ｗに対する押圧侵入方向及び変位センサ２２の接触子２６ａの移動方向は、加工対象部材Ｗの曲面に垂直な方向となればよい。また、加工方向は、直線状のみならず曲線状であってもよいことはもちろんである。
【００６３】
また、以上の本実施形態の構成においては、変位センサ２２は、構造を簡素化するのであれば、１個のみ設けてもよいし、よりその検出精度を上げるのであれば、３個以上の変位センサ２２を、それらの接触子２６ａがプローブ３２の中心軸Ｚについて互いに軸対称の位置に配設されるように配設してもかまわない。
【００６４】
また、以上の本実施形態の構成においては、規準部材２８が固定される固定部５２ｃは、アーム５４自体に設定されていてもよいことはもちろんである。また、装着治具５２は、単一の部材から構成されるのみならず、複数の部材から構成されていてもかまわない。また、規準部材２８の受け部材２８ｄを省略して、変位センサ２２の接触子２６ａの下端部が、規準部材２８の第２の端部２８ｂの上面に直接当接するように構成してもかまわない。
【００６５】
また、以上の本実施形態の構成においては、補助支持機構４０を適用した構成例で説明したが、必要とされる加工精度が相対的に低い場合等では、補助支持機構４０は省略してもかまわない。
【００６６】
また、以上の本実施形態の構成においては、補助支持機構４０の補助支持部材４２をボール部材として説明したが、その他の回転等の可動部材も適用できるし、摩擦等が発生しにくい場合には固定部材を用いてもかまわない。
【００６７】
以上の本実施形態の構成によれば、プローブを加工対象部材に対して相対回転させかつ押圧侵入させることにより加工対象部材を攪拌しながら、アームを移動して接合ツールを加工対象部材に対して移動する摩擦攪拌接合時に、装着治具の変形に起因する接合ツールの変位を検出する変位検出装置を備え、装着治具が、摩擦攪拌接合時に、アームよりも変形自在であり、変位検出装置が、接合ツールに固定された変位センサと、装着治具とアームとの固定部に固定されて変位センサに対しその変位検出の規準位置を与える規準部材と、を有することにより、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成であって適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位を相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる。
【００６８】
また、本実施形態の構成によれば、変位センサが、接触式の変位センサであり、規準部材は、装着治具がアームに固定される固定部に対して固定される第１の端部、第１の端部
に対向する第２の端部、及び第１の端部と第２の端部との間で装着治具に対して拘束されずに延在する延在部を有すると共に、変位センサの接触子が第２の端部に接触自在であることにより、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、より簡便な構成であってより適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位をより確実に相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御することができる。
【００６９】
また、本実施形態の構成によれば、変位センサの接触子の移動方向が、プローブの中心軸と平行であるため、接触子が、摩擦攪拌接合時に規準部材に当接しながら上下方向に移動し、その結果、装着治具の変形に起因するプローブの上下方向の変位が精度よく検出され得ると共に、変位センサ及び規準部材は、接触子及び第２の端部がプローブの中心軸と対称に配設されるような第１の組及び第２の組を含むものであるため、かかるプローブの上下方向の変位を、それに近接した２箇所の変位検出箇所でもって、より算出処理がし易い態様で得ることができる。
【００７０】
また、本実施形態の構成によれば、更に、第１の組における規準部材の延在部と第２の組における規準部材の延在部との間を連結する連結部材を有することにより、規準部材同士の連結強度が増して規準部材全体の強度・剛性を向上することができ、変位センサの位置的な規準をより正確に得ることができる。
【００７１】
また、本実施形態の構成によれば、移動機構が、産業用ロボットであることにより、より汎用的な構成で、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御することができる摩擦攪拌接合装置を実現することができる。
【００７２】
また、本実施形態の構成によれば、更に、載置部材を補助支持部材で支持して、加工対象部材の上下方向の位置のみを補助的に支持すべくアームに装着される補助支持機構を備えることにより、プローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に確実に制御しながら摩擦攪拌接合することができる。
【００７３】
次に、本実施形態の変形例における摩擦攪拌接合装置につき、更に図４及び図５をも参照して、詳細に説明する。
【００７４】
図４は、本変形例における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。また、図５は、本変形例における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図である。
【００７５】
本変形例における摩擦攪拌接合装置１’においては、以上説明した本実施形態の構成に対して、それに補助支持機構４０が設けられた構成を前提として、更に補助支持部材４２を案内する案内部材６０が設けられたことが相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本変形例においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００７６】
具体的には、本変形例における摩擦攪拌接合装置１’においては、図４及び図５に示すように、案内部材６０は、載置台１０の載置部１０ａの下面に固設され、補助支持機構４０の補助支持部材４２を収容して案内する案内溝６２を有する。詳しくは、案内部材６０の案内溝６２は、下方に開いた凹形状を画成しながら、摩擦攪拌接合装置１’における摩擦攪拌接合の加工方向に対して、つまり結果として得られる接合線に対して下方に離間して、それと対向しかつ平行に延在するように配設される。摩擦攪拌接合装置１’を用いた摩擦攪拌接合時には、補助支持部材４２は、案内溝６２に収容された状態で、摩擦攪拌接合の加工方向に対して下方に離間して、それと対向しかつ平行に移動され、結果として得
られた接合線に対して下方に離間して、それと対向しかつ平行な軌跡を呈する。
【００７７】
例えば、補助支持部材４２にボール部材を用いる場合には、案内溝６２は、共に谷線６０ｃに端を発する第１傾斜面６０ａ及び第２傾斜面６０ｂから三角溝として構成される。ここで、かかる谷線６０ｃは、摩擦攪拌接合装置１’における摩擦攪拌接合の加工方向に対して、つまり結果として得られる接合線に対して下方に離間して、それと対向しかつ平行に設定されており、このような谷線６０ｃに端を発する第１傾斜面６０ａ及び第２傾斜面６０ｂから成る案内溝６２を有する案内部材６０も、接合線に対して下方に離間して、それと対向しかつ平行に延在することになる。かかる場合、ボール部材である補助支持部材４２は、第１傾斜面６０ａ及び第２傾斜面６０ｂに対して共に接するものである。
【００７８】
なお、以上の本変形例の構成において、案内部材６０の案内溝６２は、断面形状で曲面状の斜面から成っていてもよい。また、補助支持機構４０の補助支持部材４２として、ボール部材以外の可動部材や単なる固定部材を用いた場合には、案内部材６０の案内溝６２は、かかる可動部材や固定部材をボール部材と同様に収容して案内する機能を呈する形状を有すればよい。
【００７９】
また、本変形例の構成によれば、更に、補助支持部材を案内する案内部材を有することにより、プローブと加工対象部材とをより正確に位置させることができ、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離により確実に制御しながら摩擦攪拌接合することができる。
【００８０】
次に、本実施形態の別の変形例における摩擦攪拌接合装置につき、更に図６及び図７をも参照して、詳細に説明する。
【００８１】
図６は、本変形例における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。また、図７（ａ）は、本変形例における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００８２】
本変形例における摩擦攪拌接合装置１”においては、以上説明した本実施形態の構成に対して、アーム５４の一端の支持部５４ａの位置が変わり、更にリブ状に突設する補強部材７０が設けられたことが相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本変形例においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００８３】
具体的には、本変形例における摩擦攪拌接合装置１”においては、図６及び図７に示すように、アーム５４の一端の支持部５４ａが、装着治具５２のｙ軸の負方向側の縦壁面に対して、上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂ間の結合部における固定部５２ｃに締結等により固設されている。
【００８４】
また、補強部材７０は、接合ツール３０と固定部５２ｃとの間において、装着治具５２の上方装着部５２ａにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）にそれからｙ軸の負方向側に突設するように固設され、本体部７０ａ及び本体部７０ａから下方に延在する拡張部７０ｂを有する。
【００８５】
詳しくは、補強部材７０の本体部７０ａは、上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面からｙ軸の負方向側に突設しながら、上方装着部５２ａの形状が接合ツール３０に向かって張り出すようにｘ軸の負方向側に折れ曲がって変化する折れ曲がり線Ｐ（典型的にはｘ−ｚ平面に垂直に延在する）を、上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面において上下にわたって跨るような上下方向の長さを有すると共に、上方装着部５２ａのｘ軸の負
方向側の周縁部からｘ軸方向の正方向側に向けて延在する。
【００８６】
また、補強部材７０の拡張部７０ｂは、上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面からｙ軸の負方向側に突設しながら、固定部５２ｃに侵入するように、本体部７０ａから下方に延在する。
【００８７】
ここで、アーム５４の一端の支持部５４ａが装着治具５２の上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面に固設された摩擦攪拌接合装置１”を用いた摩擦攪拌接合時には、上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面において、折れ曲がり線Ｐの近傍の領域から固定部５２ｃの上方領域に至る部分の応力が最も大きいため、補強部材７０の本体部７０ａを設けることにより、かかる部分の断面積を増やして応力集中を緩和する。更に、補強部材７０の拡張部７０ｂを設けることにより、折れ曲がり線Ｐの近傍領域を高剛性部である固定部５２ｃに連絡してその変形をも抑えて応力集中を緩和する。
【００８８】
また、補強部材７０は、側面視で規準部材２８と交差する形状を採らざるを得ないから、補強部材７０の本体部７０ａ及び拡張部７０ｂは、規準部材２８の第１の端部２８ａのｙ軸方向の厚さを増やして上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面から離間された延在部２８ｃと、かかる縦壁面と、の間の空間を重畳的に通過して、規準部材２８を不要に迂回させることなくそれと不要に干渉することはない。
【００８９】
また、かかる補強部材７０は、装着治具５２の強度・剛性バランスをとる観点から、上方装着部５２ａにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）におけるものと同様に、それと対を成して計２個となるように、上方装着部５２ａにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）にそれからｙ軸の正方向側に突設するように固設されていてもよいが、その構成は同様であるため詳細な説明は省略する。
【００９０】
なお、以上の本変形例の構成において、摩擦攪拌接合装置１”を用いた摩擦攪拌接合時に発生する折れ曲がり線Ｐの近傍の領域から固定部５２ｃの上方領域に至る部分の応力が過度に大きくない場合には、補強部材７０には本体部７０ａのみ設けて拡張部７０ｂを省略してもかまわない。
【００９１】
また、以上の本変形例の構成においては、補強部材７０の一部を持ち上げて、それと装着治具１５２の縦壁面との間の空間を、規準部材２８を通過させてもよい。
【００９２】
また、以上の本変形例の構成において、補強部材７０を装着治具５２から独立した別部品として構成すれば、摩擦攪拌接合装置１”を用いた摩擦攪拌接合時に発生する応力を自由度高く低減できるが、予めその応力の大きい領域を正確に予測できる場合には、補強部材７０を装着治具５２と一体形成品として設けてもよい。
【００９３】
また、以上の本変形例の構成においては、アーム５４の一端の支持部５４ａが、装着治具５２の上方装着部５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面に対して、上方装着部５２ａ及び下方装着部５２ｂ間の結合部における固定部５２ｃに固設されているが、実施形態と同様に上方装着部５２ａのｘ軸の正方向側の端部に固設してもかまわない。かかる場合であっても、上方装着部５２ａのｙ軸の正負両方向側の両縦壁面に、それらに発生する応力を緩和するように補強部材７０を設けることが好ましい。
【００９４】
また、以上の本変形例の構成においては、上方装着部５２ａが接合ツール３０に向かって張り出す長さが短くなって、接合ツール３０が折れ曲がり線Ｐに接していても同様の補強部材７０が適用できる。また、上方装着部５２ａに折れ曲がり線Ｐが明確に認められない曲面形状の場合にも、接合ツール３０と固定部５２ｃとの間の応力の大きい領域に同様
の補強部材７０が適用できる。
【００９５】
また、本変形例の構成によれば、装着治具が、更に、接合ツールと固定部との間に補強部材を備えることにより、摩擦攪拌接合時に装着治具に発生する応力を低減することができる。
【００９６】
また、本変形例の構成によれば、補強部材が、固定部に向けて拡張された拡張部を有することにより、摩擦攪拌接合時に装着治具に発生する応力をより確実に低減することができる。
【００９７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置につき、更に図８から図１２をも参照して、詳細に説明する。
【００９８】
図８は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す側面図である。図９（ａ）は、本実施形態における摩擦攪拌接合装置の部分拡大側面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ’−Ａ’断面図である。図１０（ａ）は、図８における装着治具、駆動機構及び補助支持機構のみを示す拡大図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）をｚ軸の負方向に見た上面図であり、また、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）をｚ軸の正方向に見た下面図である。図１１（ａ）は、図１０（ａ）をｘ軸の正方向に見た正面図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ａ）をｘ軸の負方向に見た背面図である。図１２（ａ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図１２（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、図１２（ｃ）は、図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、また、図１１（ｄ）は、図１０（ａ）のＥ−Ｅ断面図ある。なお、図１２（ｄ）には、便宜上、図１０（ａ）のＦ−Ｆ断面及びＧ−Ｇ断面を併せて示している。
【００９９】
本実施形態における摩擦攪拌接合装置２においては、以上説明した各変形例を含む第１の実施形態の構成に対して、補助支持機構４０を設けた構成を前提として、装着治具１５２の細部構成や、補強部材１７０が設けられる場合のその細部構成が変わったことが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１００】
具体的には、本実施形態における摩擦攪拌接合装置２においては、図８から図１２に示すように、鋼材の削り出し品等の金属製の一体形成品である装着治具１５２は、第１の実施形態における装着治具５２に対して、より小型化された上方装着部１５２ａと、よりなだらかに変化する外観形状を有する下方装着部１５２ｂと、を備える。また、アーム５４が装着治具１５２を支持するその一端の支持部１５４ａは、装着治具１５２のｙ軸の負方向側の縦壁面に対して、上方装着部１５２ａ及び下方装着部１５２ｂ間の結合部における固定部１５２ｃに締結等により固設されている。
【０１０１】
ここで、上方装着部１５２ａの部分のみが摩擦攪拌接合時に変形する変形部となる力学的な特性は維持したままで、アーム５４が装着治具１５２を移動する際には、上方装着部１５２ａの慣性重量が、下方装着部１５２ｂの慣性重量よりも小さく設定されている。これは、下方装着部１５２ｂに装着された補助支持機構４０に加工対象部材Ｗの裏側を安定して支持させながら、上方装着部１５２ａに装着された接合ツール３０のプローブ３２を加工対象部材Ｗに対して迅速かつ確実に移動させるような装着治具１５２のハンドリング性を向上するためである。
【０１０２】
詳しくは、装着治具１５２において、固定部１５２ｃよりも上方部位を上方装着部１５
２ａとし、固定部１５２ｃよりも下方部位を下方装着部１５２ｂとすれば、本実施形態における固定部１５２ｃは、第１の実施形態における固定部５２ｃに対して、より上方に位置され、併せて、アーム５４の支持部１５４ａは、第１の実施形態の別の変形例における支持部５４ａに対してより上方に移動された状態で、装着治具１５２の固定部１５２ｃに連絡して固定される。
【０１０３】
併せて、上方装着部１５２ａにおける支持部１５４ａからの上下方向の長さは、下方装着部１５２ｂにおける支持部１５４ａからの上下方向の長さよりも短く、かつ、上方装着部１５２ａにおける駆動機構３８の筐体３８ａに対する合わせ面である前端は、下方装着部１５２ｂにおける補助支持機構４０のホルダ４４に対する合わせ面である前端よりもｘ軸の正方向側位置し、上方装着部１５２ａにおける支持部１５４ａからのｘ軸方向の長さは、下方装着部１５２ｂにおける支持部１５４ａからのｘ軸方向の長さよりも短く設定されている。なお、上方装着部１５２ａ及び下方装着部１５２ｂ双方のｙ軸方向の幅は同じであり、それらの材質も同じである。また、上方装着部１５２ａにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）１５２ｄ、固定部１５２ｃにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）、及び下方装着部１５２ｂにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）１５２ｆは、面一な平面を成し、上方装着部１５２ａにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）１５２ｄ、固定部１５２ｃにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）、及び下方装着部１５２ｂにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）１５２ｆは、面一な平面を成す。但し、上方装着部１５２ａの部分のみが摩擦攪拌接合時に変形する変形部となる力学的な特性は維持したままで、アーム５４が装着治具１５２を移動する際には、上方装着部１５２ａの慣性重量が、下方装着部１５２ｂの慣性重量よりも小さく設定される条件内では、これらのディメンジョンは、適宜設定自在である。
【０１０４】
また、上方装着部１５２ａにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面１５２ｄ及びｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄには、それらの周縁部を壁面部として残した態様で、それらを各々切削にて陥設した上方凹部１５２ｅが設けられて、上方装着部１５２ａの強度・剛性を不要に低減しない範囲内でそれの軽量化が図られることが好ましい。
【０１０５】
併せて、下方装着部１５２ｂにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面１５２ｆ及びｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｆには、それらの周縁部を壁面部として残した態様で、それらを各々切削にて陥設した第１下方凹部１５２ｇ、第２下方凹部１５２ｈ及び第３下方凹部１５２ｉが上方から下方に向かって順次設けられて、下方装着部１５２ｂの強度・剛性を不要に低減しない範囲内でそれの軽量化が図られることが好ましい。
【０１０６】
ここで、下方装着部１５２ｂの強度・剛性を不要に低減しないように、下方装着部１５２ｂのｙ軸の正方向側における第１下方凹部１５２ｇと第２下方凹部１５２ｈとの間には、ｙ軸の正方向側の縦壁面１５２ｆと面一の高さを有する第１リブ１５２ｊが設けられると共に、下方装着部１５２ｂのｙ軸の負方向側における第１下方凹部１５２ｇと第２下方凹部１５２ｈとの間には、ｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｆと面一の高さを有する第１リブ１５２ｊが設けられることが好ましい。また、同様に、下方装着部１５２ｂのｙ軸の正方向側における第２下方凹部１５２ｈと第３下方凹部１５２ｉとの間には、ｙ軸の正方向側の縦壁面１５２ｆと面一の高さを有する第２リブ１５２ｋが設けられると共に、下方装着部１５２ｂのｙ軸の負方向側における第２下方凹部１５２ｈと第３下方凹部１５２ｉとの間には、ｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｆと面一の高さを有する第２リブ１５２ｋが設けられることが好ましい。
【０１０７】
また、下方装着部１５２ｂにおけるｘ軸の正方向側の周端部は、単一円弧状の形状を有し、かつ、下方装着部１５２ｂにおけるｘ軸の負方向側の周端部は、交差する２つの直線
部が不要な角部を呈さないように円弧部で接続された滑らかな形状を有することにより、下方装着部１５２ｂに不要な応力集中が発生することを低減することが好ましい。かかる場合、下方装着部１５２ｂの強度バランスを不要に崩さないように、第１リブ１５２ｊ及び第２リブ１５２ｋは、下方装着部１５２ｂにおけるｘ軸の正方向側の周端部に付与された単一円弧状の形状の径方向に延在することが好ましい。また、下方装着部１５２ｂにおけるｘ軸の負方向側の周端部は、単一円弧状の形状を有して、下方装着部１５２ｂに不要な応力集中が発生することをより確実に低減してもよい。
【０１０８】
更に、上方装着部１５２ａから固定部１５２ｃにかけては、第１の実施形態の別の変形例で説明した補強部材７０と同様の狙いで、補強部材１７０が設けられていることが好ましい。
【０１０９】
かかる補強部材１７０は、接合ツール３０と固定部１５２ｃとの間において、装着治具１５２のｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）にそれからｙ軸の負方向側に突設するように固設され、本体部１７０ａ及び本体部１７０ａから下方に延在する拡張部１７０ｂを有する。
【０１１０】
詳しくは、補強部材１７０の本体部１７０ａは、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄからｙ軸の負方向側に突設しながら、高応力部である上方装着部１５２ａの前下端Ｑ（ｘ−ｚ平面に垂直に延在する）を、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄにおいて上下にわたって跨るような上下方向の長さを有すると共に、上方装着部１５２ａのｘ軸の負方向側の周縁部からｘ軸方向の正方向側に向けて延在して、上方装着部１５２ａの応力を緩和する。
【０１１１】
また、補強部材１７０の拡張部１７０ｂは、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄからｙ軸の負方向側に突設しながら、高剛性部である固定部１５２ｃに侵入するように、本体部１７０ａから下方に延在して、上方装着部１５２ａの応力を緩和する。
【０１１２】
併せて、補強部材１７０は、軽量化のために、ｘ軸方向の正方向側に向けて延在しながら、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄからのその突出高さを漸減させていくと共に、下方に向けて延在しながら、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄや固定部１５２ｃのｙ軸の負方向側の縦壁面（ｘ−ｚ平面に平行な面）からのその突出高さを漸減させていくことが好ましい。
【０１１３】
また、補強部材１７０は、補強部材１７０の本体部１７０ａ及び拡張部１７０ｂは、上方装着部１５２ａのｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄから離間された延在部２８ｃと、かかる縦壁面１５２ｄと、の間の空間を重畳的に通過して、規準部材２８に干渉することはない。
【０１１４】
また、かかる補強部材１７０は、装着治具１５２の上方装着部１５２ａにおけるｙ軸の負方向側の縦壁面１５２ｄにおけるものと同様に、それと対を成して計２個となるように、上方装着部１５２ａにおけるｙ軸の正方向側の縦壁面１５２ｄにそれからｙ軸の正方向側に突設するように固設されていてもよいが、その構成は同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１１５】
なお、以上の本実施形態の構成においても、上方装着部１５２ａの応力が過度に大きくない場合には、補強部材１７０には本体部１７０ａのみ設けて拡張部１７０ｂを省略してもかまわない。
【０１１６】
また、以上の本実施形態の構成においても、補強部材１７０の一部を持ち上げて、それと縦壁面１５２ｄとの間の空間を、規準部材２８を通過させてもよい。
【０１１７】
また、以上の本実施形態の構成においても、補強部材１７０を装着治具１５２と一体形成品として設けてもよい。
【０１１８】
また、以上の本実施形態の構成においても、アーム５４の一端の支持部１５４ａが上方装着部１５２ａのｘ軸の正方向側の端部に固設されている構成に対してもちろん適用可能である。
【０１１９】
また、以上の本実施形態の構成においても、補助支持機構４０が適用できることはもちろんである。
【０１２０】
また、本実施形態の構成によれば、装着治具が、接合ツールと固定部とを連絡する第１の装着部と、補助支持機構と固定部とを連絡する第２の装着部と、を有し、アームが装着治具を移動する際の第１の装着部の慣性重量が、アームが装着治具を移動する際の第２の装着部の慣性重量よりも小さく設定されていることにより、アームが装着治具を移動して接合ツールを加工対象部材に近づけて接合方向に移動する際に、補助支持機構側の姿勢を安定させた状態で接合ツール側の回頭性を向上することができ、接合ツール及び補助支持機構を装着した装着治具のアームによる操作性を向上することができる。
【０１２１】
また、本実施形態の構成によれば、装着治具が、金属製の一体形成品であり、第１の装着部及び第２の装着部が、各々の縦壁面をそれらの周縁部を残した態様で陥設した凹部を有し、第２の装着部の周端部が、円弧状の形状を有することにより、装着治具の軽量化を図りながら、摩擦撹拌接合時において装着治具に不要な応力が発生することを抑制することができる。
【０１２２】
また、本発明は、部材の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上のように、本発明においては、摩擦攪拌接合すべき部位の形状が様々である多種多様な加工対象部品に対し、簡便な構成であって適用の自由度が高い態様で、プローブの不要な変位を相殺しながら、プローブと加工対象部品との間の距離を所定の距離に制御することができる摩擦攪拌接合装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に自動車等の移動体の強度部材の接合分野に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【０１２４】
Ｗ…加工対象部材
Ｗ１…第１部材
Ｗ２…第２部材
Ｃ…コントローラ
Ｆ…床
１、１’、１”、２…摩擦攪拌接合装置
１０…載置台
１０ａ…載置部
１２…載置治具
１４…ストッパ
２０…変位検出装置
２２…変位センサ
２４…センサ本体
２４ａ…固定部材
２６…可動部
２６ａ…接触子
２６ｂ…ベローズ
２８…規準部材
２８ａ…第１の端部
２８ｂ…第２の端部
２８ｃ…延在部
２８ｄ…受け部材
２８ｅ…連結部材
３０…接合ツール
３２…プローブ
３４…ホルダ
３８…駆動機構
３８ａ…筐体
４０…補助支持機構
４２…補助支持部材
４４…ホルダ
５０…ロボット
５２、１５２…装着治具
５２ａ、１５２ａ…上方装着部
５２ｂ、１５２ｂ…下方装着部
５２ｃ、１５２ｃ…固定部
１５２ｄ、１５２ｆ…縦壁面
１５２ｅ…上方凹部
１５２ｇ…第１下方凹部
１５２ｈ…第２下方凹部
１５２ｉ…第３下方凹部
１５２ｊ…第１リブ
１５２ｋ…第２リブ
５４…アーム
５４ａ、１５４ａ…支持部
５６…ロボット本体
６０…案内部材
６０ａ…第１傾斜面
６０ｂ…第２傾斜面
６０ｃ…谷線
６２…案内溝
７０、１７０…補強部材
７０ａ、１７０ａ…本体部
７０ｂ、１７０ｂ…拡張部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014046364.tif 000011
【図１０】
2014046364.tif 000012
【図１１】
2014046364.tif 000013
【図１２】
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