(57)【要約】【課題】摩擦撹拌接合にあたって被接合物を保持し、被接合物の位置ずれによる接合不良を防止する保持装置を提供する。【解決手段】予め定める位置に設けられる基部２４と、被接合物２２を保持する保持部２５ａ，２５ｂと、基部２４に対して保持部２５ａ，２５ｂが変位可能に基部２４と保持部２５ａ，２５ｂとを連結する連結部２６とを含む。裏当て部材２３を移動させて、被接合物２２を固相撹拌するための設定位置に達するまでに被接合物２２を裏当て部材２３に当接させた場合、被接合物２２が裏当て部材２３に当接した状態で裏当て部材２２ともに移動し、被接合物２２を挟持すべき挟持位置に配置させることができる。これによって接合ツール２１が裏当て部材２３よりも先に被接合物２２に当接することを防止することができ、被接合物２２の位置ずれに起因する接合不良を解消することができる。【選択図】      図１
2004167510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合部材が重ね合されて設けられる被接合物を、接合ツールと裏当て部材とによって挟持した状態で、被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を接合するにあたって、被接合物を保持する保持装置であって、
予め定める位置に設けられる基部と、
被接合物を保持する保持部と、
外力が与えられたとき、基部に対して保持部が変位可能に基部と保持部とを連結する連結部とを含むことを特徴とする保持装置。
【請求項２】
連結部は、基部に対する保持部の位置が、自然状態における基準位置に復帰する方向のばね力を保持部に与えるばね力発生部分を有することを特徴とする請求項１記載の保持装置。
【請求項３】
保持部に与えられる外力を検出する検出手段をさらに含み、
連結部は、検出手段によって検出された外力に基づいて、保持部を基部に対して変位駆動する駆動部分を有することを特徴とする請求項１記載の保持装置。
【請求項４】
複数の被接合部材が重ね合されて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌する接合ツールを保持するツール保持具と、
被接合物を接合ツールと反対側から支持する裏当て部材と、
予め定める位置に設けられる基部、裏当て部材を保持する保持部、および外力が与えられたとき、基部に対して保持部が変位可能に基部と保持部とを連結する連結部を有する裏当て支持手段と、
ツール保持具を被接合物に近接および離反する方向へ変位駆動するツール変位駆動手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項５】
連結部は、基部に対する保持部の位置が、自然状態における基準位置に復帰する方向のばね力を保持部に与えるばね力発生部分を有することを特徴とする請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。
【請求項６】
連結部は、阻止解除可能に、基部に対する保持部の変位を阻止するロック部分を有することを特徴とする請求項４または５記載の摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の被接合部材が当接されて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を接合する摩擦撹拌接合装置および接合にあたって被接合物を保持する保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の被接合部材３ａ，３ｂを接合する従来の技術として、抵抗スポット溶接がある。図１４は、抵抗スポット溶接の動作を説明するための図である。図１４において、図１４（１）〜図１４（３）の順に動作が行なわれる。図１４（１）に示すように、抵抗スポット溶接では、まず被接合部材３ａ，３ｂが重ね合されて設けられる被接合物３の両側に、２つの電極端子１，２を互いに対向させてそれぞれ配置する。次に図１４（２）に示すように、２つの電極端子１，２を互いに近接させ、各電極端子１，２によって被接合物３を協働して挟持する。次に図１４（３）に示すように、電極端子１，２の間に電流を流し、被接合物３を通電する。
【０００３】
被接合物３は、電流が流れることによって発熱する。これによって重なり合う互いの被接合部材３ａ，３ｂが溶融して、各被接合部材３ａ，３ｂが接合される。電極端子１，２は、２つの被接合部材３ａ，３ｂが当接した状態で通電するように制御される。
【０００４】
また複数の被接合部材３ａ，３ｂを接合する他の従来の技術として、摩擦撹拌接合がある。図１５は、従来の技術の摩擦撹拌接合の動作を説明するための図である。図１５において、図１５（１）〜図１５（３）の順に動作が行なわれる。図１５（１）に示すように、従来の摩擦撹拌接合では、まず被接合物３ａ，３ｂが重ね合されて設けられる被接合物３の一方側に接合ツール４を配置し、被接合物３の他方側であって、接合ツール４に対向する位置に裏当て部材５を配置する。次に図１５（２）に示すように、接合ツール４を回転させ、接合ツール４および裏当て部材５を互いに近接させる。図１５（３）に示すように、接合ツール４を回転させながら被接合物３に挿入することによって、摩擦熱によって各被接合部材３ａ，３ｂを非溶融の状態で部分的に軟化して、各被接合部材３ａ，３ｂの流動化した部分を撹拌して各被接合部材３ａ，３ｂを接合する（たとえば特許文献１、特許文献２参照）。
摩擦撹拌接合は、抵抗スポット溶接に比べて、溶融電流、冷却水および供給空気が不必要であり、設備費用が安価となる。また各被接合部材３ａ，３ｂを接合するために必要とするエネルギ消費量が少ない。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１４９８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述する抵抗スポット溶接をするためのスポット溶接装置は、同一形状の２つの電極端子１，２によって被接合物３を挟持した状態で通電する。したがって被接合物３の位置がずれて、いずれか一方の電極端子が、先に被接合物３に当接することがあっても、各電極端子１，２がともに被接合物３に当接した状態で接合が行なわれる。これによって抵抗スポット溶接では、被接合物３の位置ずれに起因する接合不良が少ない。しかし抵抗スポット溶接は、摩擦撹拌接合に比べて設備費用が増加し、エネルギ消費量が大きいという問題がある。
【０００７】
また上述する摩擦撹拌接合をするための摩擦撹拌接合装置は、被接合物３の位置が接合ツールの移動方向にずれている場合には、裏当て部材５よりも接合ツール４が先に被接合物３に当接することがある。この場合、被接合物３が裏当て部材５によって支持されない状態で、接合ツール５が被接合物３に当接する。これによって接合ツール４が被接合物３に没入する没入量が増加し、接合不良が生じるという問題がある。
【０００８】
従来の摩擦撹拌接合装置は、予め定める挟持位置に配置される被接合物３に接合ツール４および裏当て部材５が同時に当接するように制御されている。また被接合物３の位置ずれを解消する機構について何ら具備されていない。
【０００９】
たとえば正常な位置よりも接合ツール側に被接合物３がずれる場合には、裏当て部材５よりも先に接合ツール４が被接合物３に当接する。この場合、接合ツール４の被接合物３への加圧力が過大となり、没入量が増加して接合不良が生じる。特に、被接合物３の位置ずれが著しく大きいときには、被接合物３が大きく変形した状態で接合が行なわれ、接合不良が生じる。また正常な位置よりも裏当て部材側に被接合物３がずれる場合には、接合ツール４よりも先に裏当て部材５が被接合物３に当接し、接合ツール４の被接合物３への加圧力が不足する。このように従来の技術では、保持される被接合物３の接合ツールの移動方向の位置ずれに起因する接合不良を防ぐことができないという問題がある。図１６は、正常な位置よりも裏当て部材側に被接合物３がずれた状態で摩擦攪拌接合された被接合物３を示す図である。図１６に示すように、被接合物３がずれて固定される場合には、接合ツール４の被接合物３への加圧力が不足し、接合ツールが被接合物に充分に没入せず、充分に接合されない接合部分６が形成され、良好な接合品質を得ることができない。
【００１０】
したがって本発明の目的は、被接合物の位置ずれに起因する接合不良を防止するために、摩擦撹拌接合にあたって被接合物を保持する保持装置および摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の被接合部材が重ね合されて設けられる被接合物を、接合ツールと裏当て部材とによって挟持した状態で、被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を接合するにあたって、被接合物を保持する保持装置であって、
予め定める位置に設けられる基部と、
被接合物を保持する保持部と、
外力が与えられたとき、基部に対して保持部が変位可能に基部と保持部とを連結する連結部とを含むことを特徴とする保持装置である。
【００１２】
本発明に従えば、保持部に保持される被接合物に、裏当て部材を当接させた状態で裏当て部材を移動させることによって、被接合物を介して外力が保持部に与えられ、保持部が基部に対して変位する。すなわち保持部に保持される被接合物は、裏当て部材とともに変位する。
【００１３】
接合ツールおよび裏当て部材は、予め設定される設定位置で被接合物を協働して挟持し、被接合物を部分的に固相撹拌して各被接合部材を接合する。裏当て部材を、摩擦撹拌接合が行われる設定位置に移動させるまでに、裏当て部材を被接合物に当接させた場合、保持される被接合物が裏当て部材に当接した状態で裏当て部材ともに移動する。
【００１４】
すなわち保持部に保持される被接合物の位置がばらつく場合であっても、被接合物を裏当て部材に当接させた状態で、被接合物を挟持すべき挟持位置に配置させることができる。挟持位置に配置された被接合物には、既に裏当て部材が当接しているので、接合ツールが裏当て部材よりも先に被接合物に当接することを防止することができる。これによって被接合物の位置ずれに起因する接合不良を解消することができる。
【００１５】
また本発明は、連結部は、基部に対する保持部の位置が、自然状態における基準位置に復帰する方向のばね力を保持部に与えるばね力発生部分を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、被接合物を保持する保持部は、ばね力発生部分によって、基準位置に復帰する方向のばね力が与えられる。裏当て部材によって被接合物を基準位置から移動させて被接合物を挟持すべき挟持位置に配置させることによって、被接合物は、保持部を介して基準位置に復帰する方向の力が与えられる。ばね力が与えられた被接合物は、裏当て部材を押圧するので、裏当て部材に被接合物を確実に当接させることができる。
【００１７】
また接合後に裏当て部材が被接合物から離脱することによって、被接合物は、基準位置に復帰する。これによって接合後の被接合物を基準位置に保ち、接合後の作業性を向上することができる。
【００１８】
また本発明は、保持部に与えられる外力を検出する検出手段をさらに含み、
連結部は、検出手段によって検出された外力に基づいて、保持部を基部に対して変位駆動する駆動部分を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、裏当て部材を、摩擦撹拌接合が行われる設定位置に移動させるまでに、裏当て部材を被接合物に当接させた場合、被接合物を介して外力が保持部に与えられる。駆動部分が、保持部に与えられる外力に基づいて、保持部を基部に対して変位駆動することによって、裏当て部材が当接した状態で被接合物を挟持すべき挟持位置に配置させることができる。
【００２０】
保持部に与えられる外力に基づいて被接合物を移動することができるので、被接合物の位置がずれている場合であっても、被接合物と裏当て部材との当接状態を保つことができ、接合不良を防止することができる。
【００２１】
また本発明は、複数の被接合部材が重ね合されて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌する接合ツールを保持するツール保持具と、
被接合物を接合ツールと反対側から支持する裏当て部材と、
予め定める位置に設けられる基部、裏当て部材を保持する保持部、および外力が与えられたとき、基部に対して保持部が変位可能に基部と保持部とを連結する連結部を有する裏当て支持手段と、
ツール保持具を被接合物に近接および離反する方向へ変位駆動するツール変位駆動手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【００２２】
本発明に従えば、裏当て支持手段が変位駆動され、その基部が、摩擦撹拌接合が行なわれる設定位置に移動されるまでに、裏当て部材が被接合物に当接された場合、裏当て部材は、被接合物を設定位置に向かって押圧する。このとき裏当て部材は被接合物から反力を受け、保持部は裏当て部材を介して被接合物から外力が与えられる。外力を与えられた保持部は、基部に対して相対的に変位する。すなわち裏当て支持手段は、裏当て部材が被接合物に当接した状態で、保持部から基部が離反し、その基部が予め設定される設定位置まで変位する。
【００２３】
基部が設定位置まで変位すると、ツール変位駆動手段によってツール保持具を変位させ、ツール保持具に装着される接合ツールを被接合物に没入させて、被接合物を部分的に固相撹拌して複数の被接合部材を接合する。
【００２４】
このように基部に対して保持部を変位させることによって、保持される被接合物の位置と設定位置との位置関係がばらつく場合であっても、被接合物と裏当て部材とが当接した状態で、基部を設定位置に移動させることができる。これによって接合ツールが裏当て部材よりも先に被接合物に当接することを防止することができ、被接合物の位置ずれに起因する接合不良を解消することができる。
【００２５】
また本発明は、連結部は、基部に対する保持部の位置が、自然状態における基準位置に復帰する方向のばね力を保持部に与えるばね力発生部分を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、裏当て部材を支持する保持部は、ばね力発生部分によって、基準位置に復帰する方向のばね力が与えられる。基部が保持部を基準位置から移動させて設定位置に向かうことによって、裏当て部材は、保持部を介して基準位置に復帰する方向の力が与えられる。この力が与えられた裏当て部材は、被接合物を押圧する。裏当て部材が被接合物を押圧することによって、被接合物に裏当て部材を確実に当接させることができる。
【００２７】
また本発明は、連結部は、阻止解除可能に、基部に対する保持部の変位を阻止するロック部分を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、基部が設定位置に移動した状態で、基部と保持部との変位を阻止することによって、裏当て部材と接合ツールとによって被接合物を確実に挟持することができる。これによって被接合物を裏当て部材によって確実に支持することができ、さらに確実に接合不良を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である保持装置２０を示す斜視図である。また図２は、保持装置２０を示す断面図である。保持装置２０は、摩擦撹拌接合にあたって、接合される複数の被接合部材２２ａ，２２ｂが重ね合わされて設けられる被接合物２２を保持する。保持装置２０が各被接合部材２２ａ，２２ｂを保持した状態で、後述する摩擦撹拌接合装置４１によって各被接合部材２２ａ，２２ｂが接合される。摩擦撹拌接合は、たとえばアルミ合金製の薄厚および中厚製品の製造に用いられ、たとえばプレス成形される自動車ボディの接合に用いられる。
【００３０】
摩擦撹拌接合は、複数の被接合部材２２ａ，２２ｂが互いに重ね合されて設けられる被接合物２２の被接合部材２２ａ，２２ｂを非溶融状態で接合する。なお本発明において被接合部材２２ａ，２２ｂが重ね合わされる状態は、複数の被接合部材２２ａ，２２ｂの間に隙間が形成される場合も含む。
【００３１】
摩擦撹拌接合は、円筒状の接合ツール２１を予め定める基準軸線Ｌ１まわりに回転させるとともに接合ツール２１を基準軸線Ｌ１に沿って変位移動させる。保持装置２０に保持される被接合物２２に、回転する接合ツール２１を押付けて、接合ツール２１と被接合物２２とに摩擦熱を生じさせる。これによって被接合物２２を軟化させ、接合ツール２１を被接合物２２内に没入させる。接合ツール２１は、少なくとも各被接合部材２２ａ，２２ｂが互いに対向する対向部分１９ａ，１９ｂを含む領域である撹拌領域に没入するまで変位駆動される。
【００３２】
被接合物２２に没入した接合ツール２１によって、被接合部材２２ａ，２２ｂを流動化して撹拌し、各被接合部材２２ａ，２２ｂが混ざり合う接合領域を形成する。次に接合ツール２１を被接合物２２から離脱させることによって、流動する接合領域が冷却されて固体化し、各被接合部材２２ａ，２２ｂを接合することができる。
【００３３】
なお本発明において、接合ツール２１に対して被接合物２２の反対側に裏当て部材２３が配置される。裏当て部材２３は、被接合物２２を接合ツール２１の反対側から支持する。また裏当て部材２３と接合ツール２１とによって被接合物２２を挟持した状態で、接合ツール２１が被接合物２２に没入する。
【００３４】
図１に示すように、保持装置２０は、床または壁などの予め定める位置に設けられる基部２４と、被接合物２２を保持する保持部２５と、基部２４と保持部２５とを連結する連結部２６とを含んで構成される。連結部２６は、保持部２５に外力が与えられたとき、基部２４に対する保持部２５の位置が変位可能に設けられる。
【００３５】
保持部２５は、被接合物２２の２つ以上の挟持部分を挟持する。保持部２５は、被接合物２２の２つの挟持部分をそれぞれ挟持する２つの保持部分２５ａ，２５ｂと２つの保持部分２５ａ，２５ｂを結合する結合部分２９とを有する。
【００３６】
各保持部分２５ａ，２５ｂは、被接合物２２の厚み方向両側に配置され、互いに対向する２つの挟持片２７と、それら２つの挟持片２７を連結する支持体２８とをそれぞれ備える。支持体２８は、略Ｃ字状に形成され、その周方向両端部２８ａ，２８ｂにそれぞれ１対の挟持片２７が連結される。対向する１対の挟持片２７は、互いに近接および離反する方向に変位可能であって、対向する１対の挟持片２７が協働して被接合物２２を挟持する。挟持片２７が被接合物２２を挟持する方向は、保持される被接合物２２に対して接合ツール２１が没入および離脱する方向となる第１方向Ａである。なお本実施の形態では、第１方向Ａは、被接合物２２の厚み方向となる。
【００３７】
また保持部２５は、各挟持片２７の少なくとも一方を第１方向Ａに変位駆動する変位駆動手段を有する。変位駆動手段によって挟持片２７が第１方向Ａに変位駆動し、対向する２つの挟持片２７の間隔を調整することによって、被接合物２２の挟持および挟持解除が実現される。変位駆動手段は、モータまたはエアシリンダなどによって実現される。また挟持片２７の間隔が手動で調整されてもよい。
【００３８】
結合部分２９は、第１方向Ａに垂直な第２方向Ｂに延びる。結合部分２９の第２方向両端部２９ａ，２９ｂには、２つの保持部分２５ａ，２５ｂがそれぞれ連なる。また結合部分２９は、その第２方向Ｂ中間部分２９ｃで連結部２６に連なる。
【００３９】
連結部２６は、保持部２５と一体に設けられ、結合部分２９に連なる可動部分３０と基部２４に一体に設けられる固定部分３１とが設けられる。可動部分３０と固定部分３１とは、互いに嵌合する嵌合体がそれぞれ設けられる。それぞれの嵌合体によって、可動部分３０および固定部分３１は、相対的に第１方向Ａに変位可能であって、第１方向Ａに交差する方向に変位することが阻止される。たとえば可動部分３０には可動部分嵌合体としてレール３２が設けられ、固定部分３１には固定部分嵌合体としてレールガイド３３が設けられる。
【００４０】
さらに可動部分３０と固定部分３１とは、ばね力発生部分３４によって連結される。ばね力発生部分３４は、たとえばコイルばねによって実現される。ばね力発生部分３４は、基準位置から移動した位置にある保持部２５に、基準位置に復帰する力を与える。基準位置は、保持部２５に重力以外の外力が与えられない自然状態での保持部２５の位置である。
【００４１】
図３は、本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合設備４０を示す側面図である。本発明の摩擦撹拌接合設備４０は、被接合物２２を保持する保持装置２０と、接合ツール２１によって各被接合部材２２ａ，２２ｂを接合する摩擦撹拌接合装置４１と、摩擦撹拌接合装置４１を保持装置２０に保持される被接合物２２に近接および離反する方向に変位駆動する接合装置駆動装置であるロボットアーム３９とを含む。
【００４２】
摩擦撹拌接合装置４１は、接合ツール２１を着脱自在に装着するツール保持具４２と、ツール保持具４２を予め定める基準軸線Ｌ１まわりに回転駆動するツール回転駆動手段４３と、接合ツール２１を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動するツール変位駆動手段４４と、ツール保持具４２に対向する位置に設けられ、ツール保持具４２と反対側から被接合物２２を支持するための支持ツール２３を有する裏当て支持手段４５と、ロボットアーム３９に連結される基台４６とを含んで構成される。
【００４３】
ツール保持具４２は、ツール回転駆動手段４３によって基準軸線Ｌ１まわりに回転するとともにツール変位駆動手段４４によって基準軸線Ｌ１に沿って移動する。ツール保持具４２に装着される接合ツール２１は、ツール保持具４２とともに基準軸線Ｌ１まわりに回転するとともに基準軸線Ｌ１に沿って移動する。
【００４４】
裏当て支持手段４５は、略Ｌ字状に形成される。裏当て支持手段４５は、基準軸線Ｌ１に略平行に延びる第１形成部分４７と、第１形成部分４７の基準軸線方向一端部４７ａに屈曲して連なる第２形成部分４８とを有する。
【００４５】
第１形成部分４７の基準軸線方向他端部４７ｂは、基台４６に固定される。第２形成部分４８は、第１形成部分４７の基準軸線方向一端部４７ａから基準軸線Ｌ１に向かって延びて、裏当て部材２３が設けられる。裏当て部材２３は、第２形成部分４８からツール保持具４２に向かって基準軸線Ｌ１に沿って突出する。裏当て部材２３は、基準軸線Ｌ１に同軸な円柱状に形成され、ツール保持具４２に装着される接合ツール２１と同軸に配置される。
【００４６】
基台４６には、ツール保持具４２を支持する部分と、裏当て部材支持手段４７の基準軸線方向他端部４７ｂとが固定される。また基台４６は、ロボットアーム３９の先端部３９ａに連結される。基台４６とロボットアーム３９とが連結されることによって、摩擦撹拌接合装置４１は、保持装置２０によって保持される被接合物２２に近接および離反する方向に変位移動することができる。
【００４７】
ツール変位駆動手段４４がツール保持具４２を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動することによって、裏当て部材２３とツール保持具４２との間の間隔は調整可能に構成される。また摩擦撹拌接合装置４０は、ツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４を制御する制御手段５１を有し、制御手段５１によってツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４が制御される。
【００４８】
ロボットアーム３９は、複数のアームがアクチュエータによって駆動される多関節型ロボットである。各アームを駆動するアクチュエータは、ロボットアーム３９の制御手段２９によって制御される。またロボットアーム３９は、ティーチングによって操作者から予め移動する位置である教示位置が教示される。教示位置は、ロボットアーム３９の制御手段２９に記憶される。
【００４９】
摩擦撹拌接合装置４０およびロボットアーム３９は、それぞれの制御手段２９，５１によって各手段を制御する。また各制御手段２９，５１は、ロボットアーム３９および摩擦撹拌接合装置４０と共通して設けられる１つの制御手段４９であってもよい。
【００５０】
図４は、摩擦撹拌接合動作を説明するための図であり、図４（１）〜図４（４）の順で動作が進む。ロボットアーム３９を動作するためのアクチュエータ、ツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４を共通して制御する場合の制御手段４９の動作を以下に説明する。
【００５１】
保持装置２０に被接合物２２が保持され、摩擦撹拌接合を行うための準備が完了すると制御手段４９は動作を開始する。被接合物２２は、保持装置２０に保持されて、ばね力発生部分３４によって基準位置Ｐ１に位置する。
【００５２】
基準位置Ｐ１は、接合時に被接合物２２が接合ツール２１と裏当て部材２３とによって被接合物２２が挟持される位置である挟持位置Ｑ１よりも第１方向一方Ａ１に配置されるように設定される。
【００５３】
基準位置Ｐ１に保持される被接合物２２は、被接合物２２の形状誤差、保持不良などによってその第１方向一方Ａ１側の表面位置Ｒ１が変化する。表面位置Ｒ１が変化したとしても、挟持位置Ｑ１が表面位置Ｒ１よりも第１方向他方Ａ２に配置するように挟持位置Ｑ１は設定される。
【００５４】
たとえば表面位置Ｒ１のずれ幅は２〜３ｍｍ程度であって、正常な状態での表面位置Ｒ１と挟持位置Ｑ１との距離は、１０ｍｍに設定される。
【００５５】
まず摩擦撹拌接合のための準備が完了すると制御手段４９は、ロボットアーム３９を駆動させ、摩擦撹拌接合装置４０を被接合物２２に向かって移動させる。制御手段４９は、接合ツール２１と裏当て部材２３との間の距離を被接合物２２の厚み寸法よりも大きくなるように、ツール変位駆動手段４４を制御する。
【００５６】
制御手段４９は、保持される被接合物２２の第１方向Ａ両側に接合ツール２１と裏当て部材２３とがそれぞれ位置する第１教示位置にロボットアーム３９を移動させる。この第１教示位置は、操作者によって予め教示されている。次に制御手段４９は、摩擦撹拌接合が行なわれる位置である第２挟持位置にロボットアーム３９を移動させる。この第２挟持位置も、操作者によって予め教示されている。なお第２挟持位置は、第１挟持位置よりも第１方向他方Ａ２に設定される。
【００５７】
ロボットアーム３９が移動することによって、図４（１）に示すように、裏当て部材２３の端面３５が被接合物２２の第１方向一方Ａ１側の面５０に当接する。ロボットアーム３９は、裏当て部材２３が被接合物２２に当接した後も、第２挟持位置に向かって移動する。すなわち摩擦撹拌接合装置４１の裏当て部材２３が、摩擦撹拌接合が行なわれる位置に変位駆動されるまでの移動経路中に被接合物２２が配置される。
【００５８】
このとき被接合物２２は、裏当て部材２３から第１方向他方Ａ２に向かう外力が与えられる。被接合物２２に外力が与えられると被接合物２２を保持する保持部２５が基部２４に対して変位する。これによって被接合物２２は、裏当て部材２３に当接した状態で、裏当て部材２３とともに移動する。被接合物２２は、ばね力発生部分３４によって基準位置Ｐ１に復帰する力が与えられ、裏当て部材２３を第１方向一方Ａ１に向かって押圧する。これによって裏当て部材２３と被接合物２２とは、当接した状態で移動する。
【００５９】
図４（２）に示すように、ロボットアーム３９が第２挟持位置まで移動すると、制御手段４９は、ロボットアーム３９の移動を停止させる。このとき裏当て部材２３とともに移動する被接合物２２は、挟持位置Ｑ１まで移動し、摩擦撹拌接合装置４０と被接合物２２との位置決めが完了する。
【００６０】
摩擦撹拌接合装置２０と被接合物２２との位置決めが完了すると、制御手段４９は、ツール回転駆動手段４３を制御して予め定める回転速度で接合ツール２１を回転させ、ツール変位駆動手段４４を制御して接合ツール２１を第１方向一方Ａ１すなわち被接合物２２に向かって移動させる。
【００６１】
このとき被接合物２２は、保持部２５を介して、ばね力発生部分４３からばね力が与えられ、裏当て部材２３を第１方向一方Ａ１に押圧するので、裏当て部材２３が被接合物２２に当接した状態で、接合ツール２１が被接合物２２に当接する。
【００６２】
接合ツール２１は、被接合物２２に回転接触することによって、接合ツール２１と被接合物２２との間で摩擦熱を生じる。摩擦熱によって被接合物２２が軟化する。図４（３）に示すように、接合ツール２１は、被接合物２２を加圧しているので、接合ツール２１が被接合物２２に徐々に没入する。接合ツール２１は、秘説後物２２の流動化した領域を撹拌して被接合部材２２ａ，２２ｂを部分的に混ぜ合わせる。
【００６３】
接合ツール２１の変位駆動を開始してから所定時間が経過すると制御手段４９は、接合ツール２１を裏当て部材２３から離反する方向に変位駆動し、接合ツール２１を被接合物２２から離脱させる。接合ツール２１が予め定める初期位置に移動させると、制御手段４９は、接合ツール２１の回転を停止する。
【００６４】
次に制御手段４９は、ロボットアーム３９を第１教示位置に移動させる。摩擦撹拌接合装置４０が第１方向一方Ａ１に移動し、裏当て部材２３と被接合物２２との当接状態が解除されると、被接合物２２から離反し、接合動作が完了する。
【００６５】
このような制御手段４９の動作は、予め教示されており、ロボットアーム３９、ツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４は、教示される動作に応じて順次駆動する。たとえばロボットが移動する第１挟持位置および第２挟持位置は、予め操作者がティーチングによって制御手段４９に挟持する。
【００６６】
上述する動作は、ロボットアーム３９の制御と、ツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４の制御とを１つの制御手段４９によって制御する形態を例示したが、ロボットアーム３９の制御とツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４の制御とをそれぞれの制御手段２９，５１で個別に制御してもよい。
【００６７】
摩擦撹拌接合にあたって、以上のような保持装置２０を用いることによって、被接合物２２の表面位置Ｒ１にずれが生じる場合であっても、被接合物２２と裏当て部材２３とを当接させた状態で、被接合物２２を挟持位置Ｑ１に配置することができる。これによって、接合ツール２１よりも先に裏当て部材２３を被接合物２２に当接させることができ、接合不良を防止することができる。
【００６８】
被接合物２２の形状誤差および保持ずれなどによって、最も第１方向他方Ａ２側にずれるであろう表面位置である最大保持ずれ表面位置Ｒ１よりも、第１方向他方側Ａ２に挟持位置Ｑ１を設定することによって、被接合物２２の位置ずれによる接合不良を解消し、接合品質がばらつくことを防止することができる。
【００６９】
また第２挟持位置の教示精度が低い場合であっても、裏当て部材２３を被接合物２２に当接させた状態で、接合ツール２１を被接合物２２に接合させることができる。これによって第２挟持位置を正確に挟持位置を設定する必要がなく、挟持位置を設定するために作業時間を短縮することができる。
【００７０】
また摩擦撹拌接合装置４１を支持するロボットアーム３９が、移動時の慣性力によって第２挟持位置Ｐ２で急停止できない場合であっても、被接合物２２を移動させることができるので、被接合物が損傷することがない。またロボットアームの移動速度を向上させることができ、作業時間を短縮することができる。
【００７１】
またばね力発生部分３４によって、移動する被接合物２２にばね力を与えることによって、裏当て部材２３に被接合物２２を確実に当接させて、被接合物２２を挟持位置Ｑ１に移動させることができることができる。たとえば被接合物２２が移動される方向が鉛直上向き以外の方向であっても、被接合物２２と裏当て部材２３とを当接させて挟持位置Ｑ１に配置させることができる。これによって接合ツール２１が被接合物２２に当接する前に、裏当て部材２３と被接合物２２を確実に当接させることができる。
【００７２】
また摩擦撹拌接合における接合条件、たとえば接合ツール２１の回転速度、加圧力および接合時間などを被接合物２２の位置ずれに応じて変更する必要がなく、接合ツール２１の制御が容易である。また摩擦撹拌接合装置４１およびロボットアーム３９は、複雑な制御を行う必要なく、従来の制御法および装置を用いることができるので安価に接合不良を防止することができる。
【００７３】
また挟持位置Ｑ１に移動された被接合物２２に与えられる最大ばね力は、被接合部材２２ａ，２２ｂの接合に影響を与えないばね力に設定されることが好ましい。たとえばこの最大ばね力は、１００Ｎ以下に設定される。
【００７４】
以上のような保持装置２０は、本発明の実施の一形態であって、発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば基準位置Ｐ１に復帰する力を与えることができるならば、コイルばねを用いなくてもよい。たとえば第１方向Ａが鉛直方向に延び、基準位置Ｐ１よりも挟持位置Ｑ１のほうが上方にある場合には、自重によって被接合物２２は、基準位置Ｐ１に向かう力が与えられる。このように被接合物２２に基準位置Ｐ１に復帰する方向の力が与えられてもよい。
【００７５】
図５は、本発明の実施の他の形態である保持装置１２０を示す断面図である。保持装置１２０は、図１に示す保持装置２０とほぼ同様の構成を示し、ばね力発生部分について、コイルばねに換えてエアダンパ２０が用いられる。
【００７６】
保持装置１２０は、予め定める位置に設けられる基部１２４と、被接合物２２を保持する保持部１２５と、基部１２４と保持部１２５とを連結する連結部１２６とを含んで構成される。連結部１２６は、保持部１２５に外力が与えられたとき、基部１２４に対して保持部１２５の位置が変位可能に設けられる。
【００７７】
保持部１２５は、被接合物２２の少なくとも２つ以上の部分を挟持する。保持部１２５は、被接合物２２を厚み方向両側から挟持する２つの保持部分１２５ａ，１２５ｂとを有する。各保持部分１２５ａ，１２５ｂは、対向する２つの挟持片１２７と各挟持片１２７を支持する支持部をそれぞれ備える。支持部は、略Ｃ字状に形成され、周方向両端部にそれぞれ挟持片１２７が連結される。対向する２つの挟持片１２７は、被接合物２２を保持した場合において被接合物２２の厚み方向に平行に延びる第１方向Ａに相互に近接および離反可能に形成され、協働して被接合物２２を挟持する。
【００７８】
連結部２６は、エアダンパ１３４ａ，１３４ｂによって実現され、基部１２４と保持部１２５とを連結する。本実施の形態では、２つのエアダンパ１３４ａ，１３４ｂが設けられ、一方のエアダンパ１３４ａが一方の保持部分１２５ａを支持し、他方のエアダンパ１３４ｂが他方の保持部分１２５ｂを支持する。また各エアダンパ１３４ａ，１３４は、基部１２４に支持される。
【００７９】
エアダンパ１３４ａ，１３４ｂは、それぞれ支持する保持部分１２５ａ，１２５ｂを、第１方向Ａに直線変位可能であって、第１方向Ａに交差する方向に変位することが阻止される。
【００８０】
上述するほかの構成については、図１に示す保持装置２０と同様であって、説明を省略する。また保持装置１２０は、図１に示す保持装置と同様の効果を得ることができる。さらにエアダンパ１３４ａ，１３４ｂを用いることによって第１方向以外の方向に保持部１２５が変位することを防止することができ、図１に示す保持装置２０に比べてガイドレールおよびガイドを必要としない。
【００８１】
なおばね力発生部分は、上述するようにコイルばね、エアダンパ以外の構成であってもよい。たとえば油圧、磁力および真空吸着などに変更することが可能である。また保持部２５と基部２４との間にスポンジやウレタンなどの可撓性および弾発性を有する材料を挟んで、基準位置Ｐ１に復帰する力を与えてもよい。
【００８２】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態である保持装置２２０を示す断面図である。保持装置２２０は、ロボットアームによって実現される。予め定める位置に設けられる基部となるベース部２２４と、被接合物２２を保持する保持部となるロボットハンド部２２５と、ベース部２２４とロボットハンド部２２５とを連結し、ロボットハンド部２２５をベース部２２４に対して変位駆動する連結部２２６であるアーム部２２６とを含んで構成される。アーム部２２６は、ロボットハンド部２２５に外力が与えられたとき、ベース部２２４に対してロボットハンド部２２５の位置が変位可能に設けられる。
【００８３】
保持装置２２０は、さらにロボットハンド部２２５に与えられる外力を検出する検出手段２３４と、アーム部２２６を制御する制御手段２３２とをさらに備える。
【００８４】
制御手段２３２が検出手段２３４から外力の値を与えられることによって、外力の値に応じてアーム部２２６を駆動する。これによって裏当て部材２３を被接合物２２に当接させた状態で、被接合物２２を基準位置Ｐ１から挟持位置Ｑ１まで変位させることができる。アーム部２２６によって被接合物を３次元的に移動可能であるので、複雑な方向であっても被接合物２２を移動させることができる。検出手段２３４は、圧力センサ、近接センサ、接触センサなどによって実現することができる。またアーム部２２６を駆動するためのフィードバック電流値を検出することによって外力を検出してもよい。以上のような保持装置２２０は、図１に示す効果と同様の効果を得ることができ、被接合物２２の位置ずれに起因する接合不良を防止することができる。
【００８５】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態である摩擦撹拌接合装置３００を示すブロック図である。摩擦撹拌接合装置３００は、上述する摩擦撹拌接合装置４１と類似の構成を示し、前述の構成に対応する構成については、同様の参照符号を付して説明を省略する。
【００８６】
摩擦撹拌接合装置３００は、図３に示す摩擦撹拌接合装置４０に対して、裏当て支持手段３４５の構成が異なる。裏当て支持手段３４５は、基準軸線Ｌ１に略平行に延びる第１形成部分３４７と、第１形成部分３４７の基準軸線方向一端部３４７ａに屈曲して連なる第２形成部分３４８とを有する。
【００８７】
第１形成部分３４７の基準軸線方向他端部３４７ｂは、基台４６に固定される。第２形成部分３４８は、第１形成部分３４７の基準軸線方向一端部３４７ａから基準軸線Ｌ１に垂直に延びて、裏当て部材２３が設けられる。裏当て部材２３は、第２形成部分３４８からツール保持具４２に向かって突出する。
【００８８】
裏当て支持手段３４５のうち、裏当て部材２３を保持する部分が保持部３０２となる。また裏当て支持手段３４５のうち、基台４６と一体に固定される部分が基部３０１となる。また裏当て支持手段３４５のうち、基部３０１と保持部３０２とを連結する部分が連結部３０３となる。
【００８９】
連結部３０３は、保持部３０２に基準軸線Ｌ１方向の外力が与えられたとき、基部３０１に対して保持部３０２が変位可能に基部３０１と保持部３０２とを連結する。具体的には連結部３０３は、保持部３０２に外力が与えられた場合に伸縮する伸縮機構を有する。
【００９０】
連結部３０３は、自然状態における基準位置から保持部３０２が基部３０１に対して変位すると、基準位置に復帰する方向のばね力を保持部３０２に与えるばね力発生部分３０８と、基部３０１に対する保持部３０２の変位を阻止するロック部分３０９とをさらに有する。また、ロック部分３０９は、保持部３０２の変位を阻止する状態と、変位を阻止する状態を解除して、変位を許容する状態とに切換え可能である。基準位置は、重力以外の外力が与えられない自然状態での保持部３０２の位置である。
【００９１】
摩擦撹拌接合装置３００は、図３に示す接合設備４０と同様にロボットアーム３９に変位駆動される。また被接合物２２は、保持装置によって予め定められる固定位置に保持される被接合物２２に対して変位駆動される。すなわち本発明の他の摩擦撹拌接合設備として、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００と、接合装置駆動装置であるロボットアーム３９と、被接合物２２を予め定める固定位置に保持する保持装置とを含む。
【００９２】
図８は、連結部３０３付近を拡大して示す断面図である。連結部３０３は、基部３０１と一体に設けられる固定部分３０４と、保持部３０２と一体に設けられる可動部分３０５とが設けられる。可動部分３０５と固定部分３０４とは、互いに嵌合する嵌合部分がそれぞれ設けられる。可動部分３０５は嵌合部分によって変位方向が規制される。可動部分３０５は、固定部分３０４に対して基準軸線Ｌ１に平行な第３方向Ｃに沿って直線変位可能であって、第３方向Ｃに交差する方向に変位することが阻止される。これによって可動部分３０５に一体に固定される保持部３０２は、固定部分３０４に一体に固定される基部３０１に対して、第３方向Ｃに変位可能に構成される。
【００９３】
可動部分３０５が固定部分３０４から遠ざかることによって連結部分３０３は伸張し、可動部分３０５が固定部分３０４に近づくことによって連結部分３０３は縮退する。たとえば可動部分３０５の嵌合部分としてレールガイド３０６が設けられ、固定部分３０４の嵌合部分としてレール３０７が設けられる。レール３０７がレールガイド３０６によって案内されることによって、固定部分３０４に対して可動部分３０５が変位可能となる。
【００９４】
ばね力発生部分３０８は、たとえばコイルばねによって実現される。コイルばねは、その伸縮方向一端部３０８ａが可動部分３０５に固定され、伸縮方向他端部３０８ｂが固定部分３０４に固定される。
【００９５】
ばね力発生部分３０８は、摩擦撹拌接合前であって、保持部３０２が被接合物２２を保持した状態である自然状態から、可動部分３０５に外力が与えられ可動部分３０５が変位したとき、可動部分３０５の基準位置である可動部分基準位置に復帰するばね力を可動部分３０５に与える。いいかえると可動部分３０５に一体に固定される保持部３０２が、保持部３０２の基準位置である保持部基準位置から変位したとき、ばね力発生部分３０８から可動部分３０５を介して、保持部基準位置に復帰するばね力が与えられる。すなわち保持部３０２が外力によって保持部基準位置から第３方向一方Ｃ１に変位した場合、ばね力発生部分３０８は、保持部３０２を基準位置に復帰する第３方向他方Ｃ２に向かう力を与える。
【００９６】
またロック部分３０９は、可動部分３０５の固定部分３０４に対する変位を阻止するために、可動部分３０５を固定部分３０４に係止する。ロック部分３０９は、固定部分３０４に設けられ、可動部分３０５を押圧する係止片３１０と係止片３１０を変位させる係止片変位駆動手段３１２とを有する。係止片変位駆動手段３１２によって、係止片３１０を可動部分３０５に押圧し、係止変３１０と可動部分３０５との摩擦抵抗力によって、可動部分３０５が固定部分３０４から変位することを阻止する。
【００９７】
具体的には、ロック部分３０９は、螺退および螺進可能に固定部分３０４に螺着する係止片３１０と、係止片３１０に螺着するナット部材３１１と、ナット部材３１１を回転させるナット回転モータ３１３と、係止片３１０がレールガイド３０６を挿通するための長孔３１４が形成される長孔部３１５とを含んで構成される。長孔３１４は、可動部分３０５が変位する変位距離以上の長さで第３方向Ｃに延びる。
【００９８】
係止片３１０は、固定部分３０４を挿通するとともに、レールガイド３０６の長孔３１４を挿通する挿通部３１６と、挿通部３１６の一端部に連なり、固定部分３０４と反対側のレールガイドの一表面３１８に当接し、長孔３１４に対して係止片３１０が抜け止めされる形状に形成される当接部３１７とを含む。挿通部３１６は、外ねじが形成され、内ねじが形成される固定部分３０４の内ねじ部に螺着する。ナット部材３１１は、挿通部３１６の他端部に螺着する。
【００９９】
ナット部材３１１をナット回転モータ３１３によって回転させることによって、ナット部材３１１に螺着する係止片３１０を固定部分３０４に対して、螺進および螺退することができる。係止片３１０を螺退して、その当接部３１７をレールガイドの一表面３１８に押圧することによって、可動部分３０５の固定部分３０４に対する変位を阻止することができる。また係止片３１０を螺進して、その当接部３１７をレールガイドの一表面３１８から離反させることによって、可動部分３０５の固定部分３０４に対する変位を許容することができる。当接部３１７とガイドレールの位置表面３１８は互いに摩擦力を高めるために凹凸が形成されてもよい。
【０１００】
図９は、摩擦撹拌接合装置３００の動作を説明するための図であり、図９（１）〜図９（４）の順に動作が進む。摩擦撹拌接合装置３００は、ロボットアーム３９によって予め定める教示位置に変位駆動される。摩擦撹拌接合装置３００およびロボットアーム３９は、１つの制御手段３４９によって制御される。この制御手段３４９は、ロボットアーム３９および摩擦撹拌接合装置３００のいずれが有してもよい。
【０１０１】
制御手段３４９は、接合開始前の状態である初期状態において、ロック部分３０９を制御し、ロック状態を解除して、基部３０１に対する保持部３０２の変位を許容する。また被接合物２２の厚み寸法よりも接合ツール２１と裏当て部材２３との間の間隔が大きくなるように接合ツール変位駆動手段４４を制御する。
【０１０２】
次に、被接合物２２の第１方向両側Ａ１，Ａ２に接合ツール２１と裏当て部材２３とが配置されるように、ロボットアーム３９を予め定められる第１教示位置Ｐ２に移動させる。第１方向Ａは、被接合物２２に対して接合ツール２１が没入および離脱する方向であって、本実施の形態では被接合物２２の厚み方向である。図９（１）に示すように、第１教示位置Ｐ２にロボットアーム３９が移動した場合には、被接合物２２の第１方向一方側Ａ１に裏当て部材２３が配置され、第１方向他方側Ａ２に接合ツール２１が配置される。
【０１０３】
次に、制御手段２４９は、ロボットアーム３９を第２挟持位置Ｑ２に移動させる。第２挟持位置Ｑ２は、第１教示位置Ｐ２よりも第１方向他方側Ａ２に配置される。摩擦撹拌接合装置３００は、ロボットアーム３９が第２挟持位置Ｑ２に達する前に、図９（２）に示すように、裏当て部材２３が被接合物２２の第１方向一方側Ａ１の面に当接する。すなわち摩擦撹拌接合装置３００が、摩擦撹拌接合が行なわれる位置に変位駆動されるまでの移動中に、裏当て部材２３が被接合物２２に当接される。
【０１０４】
ロボットアーム３９が第２挟持位置Ｑ２に移動することによって、摩擦撹拌接合装置３００は、裏当て部材２３が被接合物２２に当接した状態からさらに第１方向他方側Ａ２に変位駆動される。このとき被接合物２２に当接する裏当て部材２３は、外力として被接合物２２から反力Ｆ１が与えられる。これによって連結部分３０３が伸張し、基部３０１に対して保持部３０２が変位する。すなわち裏当て部材２３を保持する保持部３０２と被接合物２２との位置関係が変化しない状態で、残余の部分である基部３０１が第１方向他方側Ａ２に移動する。
【０１０５】
図９（３）に示すようにロボットアーム３９が第２教示位置Ｑ２に移動すると制御手段３４９がツール回転駆動手段４３、ツール変位駆動手段４４およびロック部分３０９の制御動作を開始する。図１０は、摩擦撹拌接合装置位置決め完了後の制御手段３４９の動作を示すフローチャートである。
【０１０６】
制御手段３４９は、ステップａ０でロボットアーム３９が第２教示位置Ｑ２に移動したことを確認すると、ステップａ１に進み、動作を開始する。ステップａ１では、基部３０１に対する保持部３０２の変位を阻止するようにロック部分３０９を制御し、基部３０１と保持部３０２との変位が阻止されるとステップａ２に進む。
【０１０７】
ステップａ２では、接合が開始され、予め定める回転速度で接合ツール２１を回転させるとともに接合ツール２１を第１方向一方側Ａ１に向かって変位させる。接合開始から予め定める接合時間が経過するとステップａ３に進む。ステップａ２では、図９（４）に示すように、接合ツール２１は、回転しながら被接合物２２に埋没し、摩擦熱によって被接合物２２を部分的に軟化して、流動化する領域を撹拌して被接合物２２の各被接合部材２２ａ，２２ｂを混ぜ合わせる。
【０１０８】
ステップａ３では、制御手段３４９は、接合ツール２１を第１方向他方側Ａ２に向かって変位させ、被接合物２２から離脱させる。接合ツール２１が被接合物２２から離脱することによって流動する領域を冷却して固体化し、各被接合部材２２ａ，２２ｂを接合する。制御手段３４９は、接合ツール２１が被接合物２２から離脱するとその回転を停止し、接合ツール２１を初期位置まで移動させ、ステップａ４に進む。
【０１０９】
ステップａ４では、制御手段３４９がロック部分３０９を制御し、保持部３０１の基部３０２に対する変位のロックを解除し、ステップａ５に進み、制御手段の動作を終了する。
【０１１０】
ロボットアーム３９は、第２教示位置Ｑ２から第１方向一方に変位して第１教示位置Ｐ２に移動し、裏当て部材２３と被接合物２２との当接状態を解除して裏当て部材から離反する。
【０１１１】
上述する動作は、ロボットアーム３９の制御と、ツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４の制御とを１つの制御手段３４９によって制御する形態を例示したが、ロボットアーム３９の制御とツール回転駆動手段４３およびツール変位駆動手段４４の制御とをそれぞれの制御手段で個別に制御してもよい。
【０１１２】
以上のように本発明の摩擦撹拌接合装置３００によれば、保持部３０２が連結部３０３によって変位可能に構成される。これによって保持部３０２に保持される裏当て部材２３が被接合物２２に当接した状態で、基部３０１を固相撹拌するための位置まで移動させることができる。これによって被接合物２２の位置とロボットアームの第２挟持位置とがずれている場合であっても、裏当て部材２３よりも先に接合ツール２１が被接合物２２に当接することをなくすことができ、接合不良を解消して接合品質を均一化することができる。
【０１１３】
またばね力発生部分３０８によって、移動する被接合物２２にばね力を与えることによって、裏当て部材２３に被接合物２２を確実に当接させて、裏当て部材２３を第２教示位置Ｑ２に移動させることができることができる。これによって接合ツール２１が被接合物２２に当接する前に、裏当て部材２３と被接合物２２を確実に当接させることができる。
【０１１４】
またロボットアーム３９が第２教示位置Ｑ２に移動した状態で、基部３０１と保持部３０２との変位を阻止することによって、接合ツール２１によって加圧される被接合物２２を裏当て部材２３によって確実に支持することができ、さらに確実に接合不良を防止することができる。
【０１１５】
図１に示す保持装置２０は、ロボットアーム３９が第２挟持位置に移動するとともに、裏当て部材２３に当接して被接合物２２が変位する。これに対して図７に示す摩擦撹拌接合装置３００は、ロボットアーム３９が第２挟持位置Ｑ２に移動するとともに、被接合物２２に当接して裏当て部材２３が変位する。したがって図１に示す保持装置２０と図７に示す摩擦撹拌接合装置３００とは、被接合物２２と裏当て部材２３の相対的な関係は同様である。これによって図７に示す摩擦撹拌接合装置３００は、図１に示す保持装置２０と同様の効果を得ることができる。たとえば第２挟持位置を正確に挟持位置を設定する必要がなく、挟持位置を設定するために作業時間を短縮することができる。またロボットアーム３９および摩擦撹拌接合装置３００に複雑な制御を行う必要がない。
【０１１６】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態の摩擦撹拌装置４００の動作を説明するための図であり、図１１（１）〜図１１（４）の順に動作が進む。摩擦撹拌接合装置４００は、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００に対して、裏当て支持手段４４５の構成が異なり、他の構成については同様である。裏当て支持手段４４５は、ロボットアーム３９に連結される基台４６に一体に設けられる基部４０１と、裏当て部材２３およびツール保持具４２を保持する保持部４０２と、基部４０１と保持部４０２とを連結する連結部４０３とを含む。保持部４０２は、略Ｃ字状に形成され、周方向一端部に裏当て部材が設けられ、周方向他端部にツール保持具４２が設けられる。
【０１１７】
連結部４０３は、保持部４０２に基準軸線Ｌ１方向の外力が与えられたとき、基部４０１に対して保持部４０２が変位可能に基部４０１と保持部４０２とを連結する。連結部４０３は、自然状態における基準位置から保持部４０２が基部４０１に対して変位すると、基準位置に復帰する方向のばね力を保持部４０２に与えるばね力発生部分と、阻止解除可能に基部４０１に対する保持部４０２の変位を阻止するロック部分とをさらに有する。連結部４０３の構成については、図８に示す構成と同様であるので、説明を省略する。このように保持部４０２がツール保持具を保持する場合も図９と同様に被接合物の教示位置に対するずれに起因する接合不良を解消することができる。
【０１１８】
摩擦撹拌接合装置４００は、接合開始前の状態である初期状態において、制御手段によって、ロック部分を制御し、基部４０１に対する保持部４０２の変位を許容し、かつ被接合物２２の厚み寸法よりも接合ツール２１と裏当て部材２３との間の間隔が大きくなるように制御される。
【０１１９】
まず、制御手段によって、被接合物２２の第１方向両側Ａ１，Ａ２に接合ツール２１と裏当て部材２３とが配置されるように、ロボットアーム３９が第１教示位置Ｐ２に変位駆動される。図１１（１）に示すように、第１教示位置Ｐ２では、被接合物２２の第１方向一方側Ａ１に裏当て部材２３が配置され、第１方向他方側Ａ２に接合ツール２１が配置される。
【０１２０】
次に制御手段が、ロボットアーム３９を第１方向他方側Ａ２に変位駆動し、第２挟持位置Ｑ２に移動させる。摩擦撹拌接合装置４００は、第２挟持位置Ｑ２に達する前に、図１１（２）に示すように、裏当て部材２３が被接合物２２の第１方向一方側Ａ１の面に当接する。
【０１２１】
摩擦撹拌接合装置４００は、ロボットアーム３９によって裏当て部材２３が被接合物２２に当接した状態からさらに第１方向他方側Ａ２に変位駆動される。このとき被接合物２２に当接する裏当て部材２３は、外力として被接合物２２から反力Ｆ１が与えられる。これによって連結部分４０３が伸張し、基部４０１に対して保持部４０２が変位する。
【０１２２】
図１１（３）に示すようにロボットアーム３９の先端部が第２教示位置Ｑ２に移動すると制御手段が摩擦撹拌接合動作を開始する。摩擦撹拌接合装置４００の摩擦撹拌接合動作は、図１０に示す摩擦撹拌接合装置３００の動作と同一である。制御手段によって、接合ツール２１を被接合物２２に没入させて、被接合物２２を固相撹拌する。接合開始から所定時間経過すると接合ツール２１を被接合物２２から離脱させ、接合ツール２１を初期位置に戻し、接合動作が完了する。
【０１２３】
接合動作が完了すると、ロボットアーム３９は、第２教示位置Ｑ２から第１方向一方に変位して第１教示位置Ｐ２に移動し、裏当て部材２３と被接合物２２との当接状態を解除して裏当て部材から離反する。上述するほかの構成については、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００と同様であって、説明を省略する。また摩擦撹拌接合装置４００は、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００と同様の効果を得ることができる。さらに摩擦撹拌接合装置４００は、ロボットアーム３９との連結される部分の構成を変えるだけでよいので、従来の摩擦撹拌接合装置を流用することができ、安価に実現することができる。
【０１２４】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態の摩擦撹拌接合装置５００を示す側面図であり、図１３は、摩擦撹拌接合装置５００を示す断面図である。摩擦撹拌接合装置５００は、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００に対して、裏当て支持手段５４５の構成が異なり、他の構成については同様である。同様の構成については説明を省略する。
【０１２５】
裏当て支持手段５４５は、ロボットアーム３９に一体に設けられる基部５０１と、裏当て部材２３およびツール保持具４２を保持する保持部５０２と、基部５０１と保持部５０２とを連結する連結部５０３とを含む。保持部５０２は、基台４６に連結される。
【０１２６】
連結部５０３は、保持部５０２に基準軸線Ｌ１方向の外力が与えられたとき、基部５０１に対して保持部５０２が変位可能に基部５０１と保持部５０２とを連結する。連結部５０３は、自然状態における基準位置から保持部５０２が基部５０１に対して変位すると、基準位置に復帰する方向のばね力を保持部５０２に与えるばね力発生部分５０８と、阻止解除可能に基部５０１に対する保持部５０２の変位を阻止するロック部分５０９とをさらに有する。
【０１２７】
連結部５０３は、外力が保持部５０２に与えられたときに、基部５０１に対して保持部５０２を角変位可能に構成される。連結部５０３は、基部５０１と一体に設けられる固定部分５０４と、保持部５０２と一体に設けられる可動部分５０５とが設けられる。可動部分５０５と固定部分５０４とは、互いに嵌合する嵌合部分がそれぞれ設けられる。可動部分５０５は、固定部分５０４に対して基準軸線Ｌ１に垂直な方向と平行に延びる回転軸線Ｌ２まわりに角変位可能であって、その他の方向に変位することが阻止される。これによって保持部５０２は、基部５０１に対して、回転軸線Ｌ２まわりに角変位可能に構成される。裏当て部材２３が被接合物２２に当接して変位する変位量は小さいので、このような回転機構であっても、被接合物２２の位置ずれを解消することができる。
【０１２８】
ばね力発生部分５０８は、たとえばコイルばねによって実現される。コイルばねは、その伸縮方向一端部が可動部分５０５に固定され、伸縮方向他端部が固定部分５０４に固定される。ばね力発生部分５０８は、摩擦撹拌接合前であって、保持部５０２が被接合物２２を保持した状態である自然状態から、可動部分５０５に外力が与えられ可動部分５０５が回転軸線まわりに角変位したとき、可動部分５０５の基準位置である可動部分基準位置に復帰するばね力を可動部分５０５に与える。いいかえると可動部分５０５に一体に固定される保持部５０２が、保持部５０２の基準位置である保持部基準位置から変位したとき、ばね力発生部分５０８から可動部分５０５を介して、保持部基準位置に復帰するばね力が与えられる。すなわち保持部５０２が外力によって保持部基準位置から回転軸線Ｌ１まわりの一方に角変位した場合、ばね力発生部分５０８は、保持部５０２を基準位置に復帰する回転軸線Ｌ１まわりの他方に向かう力を与える。
【０１２９】
またロック部分５０９は、可動部分５０５の固定部分５０４に対する角変位を阻止するために、可動部分５０５を固定部分５０４に係止する。ロック部分５０９は、可動部分５０２に設けられ、可動部分５０５を押圧する係止片５１０と係止片５１０を固定部分５０４に当接および当接解除可能に変位させる係止片変位駆動手段５１２とを有する。
【０１３０】
係止片変位駆動手段５１２によって、係止片５１０を固定部分５０４に押圧し、係止変３１０と固定部分５０４との摩擦抵抗力によって、可動部分５０５が固定部分５０４から変位することを阻止する。ロック部分３０９の構成は、図７に示すロック部分３０９と同様であり、詳細な説明は書略する。以上のように基部５０１に対して保持部５０２が回転変位する構成であっても、図７に示す摩擦撹拌接合装置３００と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
またさらに他の実施の形態として、ロボットアームの剛性を低く制御してロボットアーム自体を連結部分としてもよい。またさらに他の実施の形態として、摩擦撹拌接合装置は、被接合物２２と裏当て部材が当接したことを検出する当接検出手段を有してもよい。この検出手段は、たとえば圧力センサ、近接センサ、接触センサによって実現される。またロボットアームを駆動するモータのフィードバック電流に基づいて裏当て部材が当接したことを検出してもよい。この場合、裏当て部材２３が被接合物２２に当接したことを制御手段が判断すると、ロボットの移動を停止し、摩擦撹拌接合動作を行う。
【０１３２】
以上のような本発明の実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で構成を変更して適用してもよい。基準軸線Ｌ１は、鉛直方向に交差する方向に延びてもよい。これによってロボットアーム３９によって変位駆動される摩擦撹拌接合装置は、鉛直方向に交差する方向に重なる被接合部材２２ａ，２２ｂを互いに接合することができる。
【０１３３】
また本発明は、スポット接合に用いられるとしたが、被接合物２２に埋没した状態で、基準軸線Ｌ１に対して交差する方向に連続的に移動する連続摩擦撹拌接合であってもよい。また被接合物２２を構成する複数の被接合部材２２ａ，２２ｂの枚数は、２枚に限定されない。また重ね合わせのほか複数の被接合物２２ａ，２２ｂが突き合された状態で接合されてもよい。また複数の被接合部材２２ａ，２２ｂは、アルミ合金に限定されず、接合ツール２１よりも軟質であり、摩擦熱によって流動化する材料であればよい。各被接合部材２２ａ，２２ｂが異なる材質から成ってもよい。
【０１３４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、保持部が連結部によって変位可能に構成される。裏当て部材を移動させて、被接合物を固相撹拌するための設定位置に達するまでに被接合物を裏当て部材に当接させた場合、裏当て部材と被接合物とを当接させた状態で、被接合物を挟持すべき挟持位置に配置させることができる。これによって被接合物の位置のずれがあっても、裏当て部材よりも先に接合ツールが被接合物に当接することを防止し、接合不良を解消して接合品質を均一化することができる。
【０１３５】
また請求項２記載の本発明によれば、ばね力発生部分によって、移動する被接合物にばね力を与えることによって、裏当て部材に被接合物を確実に当接させて、被接合物を挟持位置に移動させることができることができる。たとえば被接合物が移動される方向が鉛直上向き以外の方向であっても、被接合物と裏当て部材とを当接させて挟持位置に配置させることができる。これによって接合ツールが被接合物に当接する前に、裏当て部材と被接合物を確実に当接させることができる。
【０１３６】
また請求項３記載の本発明によれば、裏当て部材を移動させ、被接合物を固相撹拌するための設定位置に達するまでに被接合物を裏当て部材に当接させた場合、被接合物を介して外力が保持部に与えられる。駆動部分が、保持部に与えられる外力に基づいて、保持部を基部に対して変位駆動することによって、裏当て部材が当接した状態で被接合物を挟持位置に配置させることができる。
【０１３７】
保持部に与えられる外力に基づいて被接合物を移動することができるので、被接合物の位置がずれている場合であっても、被接合物と裏当て部材との当接状態を保つことができ、接合不良を防止することができる。
【０１３８】
また請求項４記載の本発明によれば、保持部が連結部によって変位可能に構成される。これによって保持部に保持される裏当て部材が被接合物に当接した状態で、基部を固相撹拌するための設定位置まで移動させることができる。これによって設定位置と保持される被接合物との位置がずれている場合であっても、裏当て部材よりも先に接合ツールが被接合物に当接することをなくすことができ、接合不良を解消して接合品質を均一化することができる。
【０１３９】
また請求項５記載の本発明によれば、ばね力発生部分によって、移動する被接合物にばね力を与えることによって、裏当て部材に被接合物を確実に当接させて、裏当て部材を教示位置に移動させることができることができる。これによって接合ツールが被接合物に当接する前に、裏当て部材と被接合物を確実に当接させることができる。接合不良をより確実になくすことができる。
【０１４０】
また請求項６記載の本発明によれば、基部が教示位置に移動した状態で、基部と保持部との変位を阻止することによって、保持部に保持される裏当て部材と接合ツールとによって被接合物を確実に挟持することができ、接合ツールによって加圧される被接合物を裏当て部材によって確実に支持することができ、さらに確実に接合不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である保持装置２０を示す斜視図である。
【図２】保持装置２０を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合設備４０を示す側面図である。
【図４】摩擦撹拌接合動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の他の形態である保持装置１２０を示す断面図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態である保持装置２２０を示す断面図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態である摩擦撹拌接合装置３００を示すブロック図である。
【図８】連結部３０３付近を拡大して示す断面図である。
【図９】摩擦撹拌接合装置３００の動作を説明するための図である。
【図１０】摩擦撹拌接合装置位置決め完了後の制御手段３４９の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態の摩擦撹拌装置４００の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の実施の形態の摩擦撹拌接合装置５００を示す側面図である。
【図１３】摩擦撹拌接合装置５００を示す断面図である。
【図１４】抵抗スポット溶接の動作を説明するための図である。
【図１５】従来の技術の摩擦撹拌接合の動作を説明するための図である。
【図１６】位置ずれがある状態で接合された被接合物３を示す図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０  保持装置
２１  接合ツール
２２  被接合物
２２ａ，２２ｂ  被接合部材
２３  裏当て部材
２４  基部
２４  保持部
２５  連結部
３４，１３４  ばね力発生部分
３９  ロボットアーム
４０  接合設備
４１，３００，４００，５００  摩擦撹拌接合装置
４２  ツール保持具
４３  ツール回転駆動手段
４４  ツール変位駆動手段
４５  裏当て支持手段
４６  基台
４９  制御手段
２３４  ロードセル
３０１，４０１，５０１  基部
３０２，４０２，５０２  保持部
３０３，４０３，５０３  連結部
３０８，４０８，５０８  ばね力発生部分
３０９，４０９，５０９  ロック部分
Ｌ１  基準軸線
Ｌ２  回転軸線
Ａ  第１方向
Ｂ  第２方向
Ｃ  第３方向
Ｐ１  基準位置
Ｑ１  接合位置
Ｐ２  第１教示位置
Ｑ２  第２挟持位置
【図１】
2004167510.tif 000003
【図２】
2004167510.tif 000004
【図３】
2004167510.tif 000005
【図４】
2004167510.tif 000006
【図５】
2004167510.tif 000007
【図６】
2004167510.tif 000008
【図７】
2004167510.tif 000009
【図８】
2004167510.tif 000010
【図９】
2004167510.tif 000011
【図１０】
2004167510.tif 000012
【図１１】
2004167510.tif 000013
【図１２】
2004167510.tif 000014
【図１３】
2004167510.tif 000015
【図１４】
2004167510.tif 000016
【図１５】
2004167510.tif 000017
【図１６】
2004167510.tif 000018