(57)【要約】【課題】接合品質の低下を防止しかつ接合作業が容易にし、接合領域を大きくすることができるスポット接合方法およびスポット接合装置を提供する。【解決手段】ツール保持具２１に接合ツールを保持し、自転駆動手段２２、公転駆動手段２３および変位駆動手段２４によってツール保持具２１を駆動し、接合ツール１１を自転、公転およびスライド変位させ、被接合物１４を撹拌する。このように接合ツール１１を自転とともに公転させることによって、被接合物１４に挿入されるピン部２６を大きくすることなく、被接合物１４における接合領域を大きくすることができる。したがって接合後に残存する孔を小さく抑えるとともに、撹拌時における被接合物の素材の飛散量を少なく抑え、品質を高くすることができる。また接合ツール１４の被接合物への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。【選択図】　　　図１
2004122211.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わされて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を局所的に接合するスポット接合方法であって、
接合ツールを部分的に被接合物に挿入して、接合ツールの軸線と一致する自転軸線まわりに回転するとともに、接合ツールを被接合物に対して、自転軸線とは異なる公転軸線まわりに相対的に回転して、被接合物を撹拌することを特徴とするスポット接合方法。
【請求項２】
自転軸線まわりの回転方向と、公転軸線まわりの回転方向とが同一であることを特徴とする請求項１記載のスポット接合方法。
【請求項３】
軸線に垂直な端面を有する本体部と、本体部の端面から軸線方向に突出するピン部とを有する接合ツールを用い、ピン部を被接合物に挿入し、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転軸線まわりに回転するとともに軸線軸線に平行な公転軸線まわりに回転して、被接合物を固相撹拌し、
公転軸線まわり回転されたときに、本体部の端面と自転軸線との公転が被接合物に対して移動する軌跡の直径は、本体部の端面における直径以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスポット接合方法。
【請求項４】
軸線に垂直な端面を有する本体部と、本体部の端面から軸線方向に突出する突出位置と、本体部の端面から退避した没入位置とにわたって、本体部に対して変位自在なピン部とを有する接合ツールを用い、ピン部を突出位置に配置して被接合物に挿入し、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転軸線まわりに回転するとともに軸線軸線に平行な公転軸線まわりに回転して、被接合物を固相撹拌し、
接合ツールを自転軸線および公転軸線まわりに回転しながら、ピン部を本体部に対して変位させて没入位置に退避させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスポット接合方法。
【請求項５】
複数の被接合部材が重ね合わされて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を局所的に接合するスポット接合装置であって、
予め定める自転軸線まわりに回転自在に、かつ自転軸線と異なる公転軸線まわりに回転自在に設けられるとともに、公転軸線に沿って変位自在に設けられ、接合ツールが装着されるツール保持具と、
ツール保持具を自転軸線まわりに回転駆動する自転駆動手段と、
ツール保持具を被接合物に対して相対的に公転軸線まわりに回転駆動する公転駆動手段と、
ツール保持具を被接合物に対して相対的に公転軸線に沿ってスライド変位駆動する変位駆動手段とを含むことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項６】
基体と、
基体に公転軸線まわりに回転自在に支持され、公転軸線から偏心した自転軸線まわりに回転自在にかつ公転軸線に沿ってスライド変位自在に、ツール保持具を支持する回転支持台とをさらに含み、
自転駆動手段は、
基体に固定される自転駆動部と、
自在継手を備え、自転駆動部の回転駆動力をツール保持具に伝達する自転伝達部とを有し、
公転駆動手段は、
基体に固定される公転駆動部と、
公転駆動部の回転駆動力を回転支持台に伝達する公転伝達部とを有することを特徴とする請求項５記載のスポット接合装置。
【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重ね合されて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を局所的に接合するスポット接合方法およびスポット接合装置に関する。
本発明において、用語「回転」は、３６０度未満の角変位を含む。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は、従来の技術のスポット接合方法を示す断面図である。図１８は、従来の技術のスポット接合方法によって接合された接合部１を示す断面図である。従来のスポット接合方法では、接合すべき２枚の板材２，３を積重し、本体部４からピン部５が突出する接合ツール６を用いて、接合ツール６を、その軸線Ｌ６まわりに回転させながら軸線Ｌ６に沿って、各板部材２，３に近づく方向Ａ１へ変位させ、本体部４のショルダー部分７が板材２に当接する状態までピン部５を各板材２，３内に挿入し、各板材２，３を軟化および流動化させて、固相撹拌する。その後、接合ツール６を、軸線Ｌ６に沿って各板部材２，３から遠ざかる方向Ａ２へ変位させ、ピン部５が各板部材２，３から退避させている。このように接合ツール６を自転させながら、その軸線に沿って変位させることによって、その軸線付近を、したがって図１８に黒く塗りつぶして示す領域８を、局所的に撹拌し、各板材２，３を局所的に接合している（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１４９８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように局所的に接合するスポット接合では、ピン部５の外形が大きいほど、摩擦効率が良く、各板材２，３の軟化領域が大きくなって接合領域８が大きくなり、接合強度は高くなるが、次のような３つの問題点を有する。第１に、接合後に、ピン部５が挿入されていた場所に残る孔の内径が大きくなる。第２に、撹拌時に、板部材２，３の素材の一部の飛び散り量が多くなる。第３に、各板材２，３に、ピン部５を挿入しにくくなる。
【０００５】
したがって本発明の目的は、前記課題を回避したうえで、接合領域を大きくすることができるスポット接合方法およびスポット接合装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、複数の被接合部材が重ね合わされて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を局所的に接合するスポット接合方法であって、
接合ツールを部分的に被接合物に挿入して、接合ツールの軸線と一致する自転軸線まわりに回転するとともに、接合ツールを被接合物に対して、自転軸線とは異なる公転軸線まわりに相対的に回転して、被接合物を撹拌することを特徴とするスポット接合方法である。
【０００７】
本発明に従えば、接合ツールを部分的に被接合物に挿入した状態で、その接合ツールを、軸線と一致する自転軸線まわりに回転（以下「自転」という場合がある）するとともに、被接合物に対して相対的に、自転軸線とは異なる公転軸線まわりに回転（以下「公転」という場合がある）する。このように接合ツールを自転させるだけでなく、自転とともに公転させることによって、被接合物に挿入される部分を大きくすることなく、被接合物における軟化および流動化させて撹拌する撹拌領域を大きくし、接合領域を大きくすることができる。したがって接合領域を大きくして接合強度を大きくすることができるうえ、接合後に残存する孔を小さく抑えるとともに、撹拌時における被接合物の素材の飛散量を少なく抑え、品質を高くすることができる。また接合ツールの被接合物への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、自転軸線まわりの回転方向と、公転軸線まわりの回転方向とが同一であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、接合ツールの自転方向と公転方向とが同一であるので、接合時に形成される可能性のある空洞をできるだけ接合領域の外周部に分散させることができる。つまり、接合ツールの自転軸線を変位させると、その自転軸線の移動軌跡に関して、自転によって接合ツールが回転変位する方向と自転軸線の変位方向とが略同一に成る側（以下「方向同一側」という場合がある）からその反対側に、被接合物の材料が流動されやすく、方向同一側に空洞ができやすくなる。これによって接合ツールの自転方向と公転方向とを同一にすれば、空洞は外周部に分散されるようになる。したがって自転方向と公転方向とが逆となって空洞が中心部に集中する場合に比べ、接合強度を高くすることができる。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、軸線に垂直な端面を有する本体部と、本体部の端面から軸線方向に突出するピン部とを有する接合ツールを用い、ピン部を被接合物に挿入し、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転軸線まわりに回転するとともに軸線軸線に平行な公転軸線まわりに回転して、被接合物を固相撹拌し、
公転軸線まわり回転されたときに、本体部の端面と自転軸線との公転が被接合物に対して移動する軌跡の直径は、本体部の端面における直径以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、ピン部を被接合物に挿入し、ピン部によって撹拌するとともに、本体部の端面を被接合物に接触させて、本体部によっても撹拌することができる。このように本体部によっても被接合物を撹拌することができるので、ピン部だけによって撹拌する場合に比べて撹拌領域を大きくすることができる。この撹拌領域は、本体部の端面が接触される領域とほぼ同一となる。
【００１２】
このような接合ツールを用いて、公転されたときに自転軸線が移動する軌跡の直径が、本体部の端面における直径以下となるように、接合ツールを公転させる。これによって公転軸線付近となる中心部に撹拌されない非接合領域が形成されることを防止することができる。中心部に非接合領域が形成されてしまうと強度低下を招くおそれがあるが、これを防ぐことができるので、大きい接合強度で接合することができる。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、軸線に垂直な端面を有する本体部と、本体部の端面から軸線方向に突出する突出位置と、本体部の端面から退避した没入位置とにわたって、本体部に対して変位自在なピン部とを有する接合ツールを用い、ピン部を突出位置に配置して被接合物に挿入し、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転軸線まわりに回転するとともに軸線軸線に平行な公転軸線まわりに回転して、被接合物を固相撹拌し、
接合ツールを自転軸線および公転軸線まわりに回転しながら、ピン部を本体部に対して変位させて没入位置に退避させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、ピン部を突出位置に配置して被接合物に挿入し、ピン部によって撹拌するとともに、本体部の端面を被接合物に接触させて、本体部によっても撹拌することができる。このように本体部によっても被接合物を撹拌することができるので、ピン部だけによって撹拌する場合に比べて撹拌領域を大きくすることができる。その後、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転および公転させて撹拌し、その後、接合ツールを自転および公転しながら、ピン部を没入位置に退避させる。これによって本体部による撹拌を続行しながらピン部を被接合物から退避させることができる。したがって本体部による撹拌によって、ピン部を退避させた後の領域に被接合物の素材を流動させて、ピン部を退避させた後にできる孔を小さく抑えることができ、接合強度を高くするとともに美感を良くすることができる。
【００１５】
請求項５記載の本発明は、複数の被接合部材が重ね合わされて設けられる被接合物を部分的に固相撹拌して、各被接合部材を局所的に接合するスポット接合装置であって、
予め定める自転軸線まわりに回転自在に、かつ自転軸線と異なる公転軸線まわりに回転自在に設けられるとともに、公転軸線に沿って変位自在に設けられ、接合ツールが装着されるツール保持具と、
ツール保持具を自転軸線まわりに回転駆動する自転駆動手段と、
ツール保持具を被接合物に対して相対的に公転軸線まわりに回転駆動する公転駆動手段と、
ツール保持具を被接合物に対して相対的に公転軸線に沿ってスライド変位駆動する変位駆動手段とを含むことを特徴とするスポット接合装置である。
【００１６】
本発明に従えば、ツール保持具に接合ツールを保持し、自転駆動手段によってツール保持具を自転させて接合ツールを自転させ、公転駆動手段によってツール保持具を被接合物に対して相対的に公転させて接合ツールを公転させ、変位駆動手段によってツール保持具を被接合物に対してスライド変位させることができる。このようなスポット接合装置を用いれば、ツール保持具に保持した接合ツールを、部分的に被接合物に挿入した状態で、その接合ツールを、自転および公転させることができる。このように接合ツールを自転させるだけでなく、自転とともに公転させることによって、被接合物に挿入される部分を大きくすることなく、被接合物における軟化および流動化させて撹拌する撹拌領域を大きくし、接合領域を大きくすることができる。したがって接合後に残存する孔を小さく抑えるとともに、撹拌時における被接合物の素材の飛散量を少なく抑え、品質を高くすることができる。また接合ツールの被接合物への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。
【００１７】
請求項６記載の本発明は、基体と、
基体に公転軸線まわりに回転自在に支持され、公転軸線から偏心した自転軸線まわりに回転自在にかつ公転軸線に沿ってスライド変位自在に、ツール保持具を支持する回転支持台とをさらに含み、
自転駆動手段は、
基体に固定される自転駆動部と、
自在継手を備え、自転駆動部の回転駆動力をツール保持具に伝達する自転伝達部とを有し、
公転駆動手段は、
基体に固定される公転駆動部と、
公転駆動部の回転駆動力を回転支持台に伝達する公転伝達部とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、回転支持台が公転軸線まわりに回転自在に基体に支持され、この回転支持台に公転軸線から偏心した自転軸線まわりに回転自在にツール保持具が支持される。これによってツール保持具を自転および公転自在に保持することができる。自転駆動手段は、自在継手を備える自転伝達部によって、基体に固定される自転駆動部の回転駆動力を、基体に対して公転する回転支持台に偏心して支持されるツール保持具に伝達して、ツール保持具を自転駆動することができる。また公転駆動手段は、公転伝達部によって、基体に固定される公転駆動部の回転駆動力を回転支持台に伝達して回転させ、ツール保持具を公転駆動することができる。このように簡単な構成によって、ツール保持具の自転および公転を実現することができる。また自転駆動部および公転駆動部のいずれも基体に固定される構成とし、これら各駆動部によって駆動する構成体を小さくし、装置全体を小形にすることができるとともに、ツール保持具の自転および公転駆動を容易にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態であるスポット接合装置１０における接合ガン１５の主要な構成を示す断面図である。図２は、接合ツール１１の先端部付近を示す断面図である。図３は、図２の切断面線Ｓ３−Ｓ３から見た断面図である。図４は、スポット接合装置１０の全体の構成を簡略化して示す正面図である。スポット接合装置（以下、単に「接合装置」という場合がある）１０は、複数の被接合部材１２，１３が重ね合わされて、被接合部保持手段によって固定位置に保持されて設けられる被接合物１４を、接合ツール１１によって部分的に固相撹拌し、各被接合部材１２，１３を局所的に接合する装置である。本実施の形態では、２枚の板状の被接合部材１２，１３を厚み方向に積重して接合し、たとえば自動車および鉄道車両の外板を形成する構造部材を得るために、接合装置１０が用いられる。
【００２０】
接合装置１０は、装置本体である接合ガン１５と、接合ガン１５が装着されるロボット１６とを含む。ロボット１６は、工場の床などの設置対象１７に設けられる汎用ロボットであって、本実施の形態では、先端部１８を、直交３軸まわりに角変位させかつ前記直交３軸に沿ってスライド変位させることができる６軸ロボットである。接合ガン１５は、大略的にＣ字状の基体１９を有し、この基体１９において、ロボット１６の先端部１８に固定される。この接合ガン１５は、前記基体１９と、ツール保持具２１と、自転駆動手段２２と、公転駆動手段２３と、変位駆動手段２４とを有する。
【００２１】
接合ツール１１は、大略的に円柱状の部材であって、本体部２５と、ピン部２６とを有する。本体部２５は、軸線方向一端部が先細状に形成される略円柱状であって、その軸線方向一端部には、接合ツール１１の軸線Ｌ１１と同一軸線を有する円柱状の台座部分２７を有する。この台座部分２７は、接合ツール１１の軸線Ｌ１１に垂直な端面２８が形成される。ピン部２６は、台座部分２７よりも外径が小さい円柱状であって、台座部分２７と同軸に設けられ、端面２８から接合ツール１１の軸線Ｌ１１に沿って突出する。
【００２２】
ツール保持具２１は、大略的に円柱状であり、軸線方向一端部に、接合ツール１１が同軸に挿入されて、接合ツール１１を着脱自在に保持する。ツール保持具２１は、接合ツール１１のピン部２６側の部分を突出させ、ツール保持具２１に対する接合ツール１１の軸線Ｌ１１まわりの回転および軸線Ｌ１１に沿う変位を阻止して、接合ツール１１を保持する。このツール保持具２１は、予め定める自転軸線Ｌ１１まわりに回転（以下「自転」という場合がある）自在に、かつ自転軸線Ｌ１１と異なる公転軸線Ｌ３０まわりに回転（以下「公転」という場合がある）自在に設けられるとともに、公転軸線Ｌ３０に沿って変位自在に設けられる。本実施の形態では、自転軸線Ｌ１１と公転軸線Ｌ３０とは、平行である。自転軸線Ｌ１１は、接合ツール１１の軸線Ｌ１１と一致するので、同一の符号「Ｌ１１」を付す。
【００２３】
自転駆動手段２２は、ツール保持具２１を自転軸線Ｌ１１まわりに回転駆動する。公転駆動手段２３は、ツール保持具２１を被接合物１４に対して相対的に、公転軸線Ｌ３０まわりに回転駆動する。変位駆動手段２４は、ツール保持具２１を被接合物１４に対して相対的に、公転軸線Ｌ３０に沿ってスライド変位駆動する。
【００２４】
図５は、図１の切断面線Ｓ５−Ｓ５から見た断面図である。図６は、図１の切断面線Ｓ６−Ｓ６から見た断面図である。図１および図４を併せて参照して、接合ガン１５は、回転支持台３０をさらに有する。回転支持台３０は、軸線方向に挿通する挿通孔３１が形成される大略的に円筒状の部材である。回転支持台３０の軸線Ｌ３０と挿通孔３１の軸線Ｌ１１とは、偏心している。回転支持台３０の軸線Ｌ３０は、公転軸線Ｌ３０と一致するので、同一の符号「Ｌ３０」を付し、挿通孔３１の軸線Ｌ１１は、自転軸線Ｌ１１と一致するので、同一の符号「Ｌ１１」を付す。
【００２５】
回転支持台３０は、回転支持台３０に外嵌される複数、本実施の形態では２つの支持台軸受３３，３４を介して、回転支持台３０の軸線Ｌ３０まわりに回転自在に、基体１９に支持される。また回転支持台３０は、挿通孔３１に嵌まり込んむ保持具軸受３５，３６を介して、環状の保持具スプライン受３７，３８を支持する。本実施の形態では、複数たとえば２つの保持具スプライン受３７，３８が、同数の保持具軸受３５，３６によって１つずつ、挿通孔３１の軸線Ｌ１１まわりに回転自在に支持される。一方の支持台軸受３３、一方の保持具軸受３５および一方の保持具スプライン受３７は、軸線方向に関して同一の位置に配置され、他方の支持台軸受３４、他方の保持具軸受３６および他方の保持具スプライン受３８は、軸線方向に関して同一の位置に配置される。
【００２６】
ツール保持具２１は、回転支持台３０に支持される各保持具スプライン受３７，３８を共通に挿通して、挿通孔３１と同軸に設けられる。ツール保持具２１の外周部には、スプラインが形成されており、ツール保持具２１は、各保持具スプライン受３７，３８にスプライン結合されて、各保持具スプライン受３７，３８に対して、ツール保持具２１の軸線まわりの回転が阻止されかつツール保持具２１の軸線に沿って変位自在に設けられる。このようにしてツール保持具２１は、その軸線と一致する自転軸線Ｌ１１まわりに回転自在かつ回転支持台３０の軸線と一致する公転軸線Ｌ３０まわりに回転自在に、さらに公転軸線Ｌ３０に沿ってスライド変位自在に設けられる。
【００２７】
自転駆動手段２２は、自転モータ４０と、自転伝達機構４１とを有する。自転駆動部である自転モータ４０は、サーボモータによって実現され、基体１９に固定されて設けられる。自転モータ４０の出力軸４２は、自転軸線Ｌ１１と平行に配置され、自転モータ軸受４３を介して、その軸線まわりに回転自在に基体１９に支持されている。
【００２８】
自転伝達部である自転伝達機構４１は、回転体４５と、索条連結体４６と、軸連結体４７とを有する。基体１９には、回転体軸受４８〜５０を介して、環状の回転体スプライン受５１〜５３が、軸線を公転軸線Ｌ３０と一致させて支持されている。本実施の形態では、複数たとえば３つの回転体スプライン受５１〜５３が、同数の回転体軸受４８〜５０によって１つずつ、それらの軸線まわりに回転自在に支持される。回転体４５は、略円柱状の部材であり、その軸線を公転軸線Ｌ３０と一致させ、各回転体スプライン受５１〜５３を共通に挿通して設けられる。回転体４５の外周部には、スプラインが形成されており、回転体４５は、各回転体スプライン受５１〜５３にスプライン結合されて、各回転体スプライン受５１〜５３に対して、回転体４５の軸線まわりの回転が阻止されかつ回転体４５の軸線に沿って変位自在に設けられる。このようにして回転体４５は、その軸線と一致する公転軸線Ｌ３０まわりに回転自在かつ公転軸線Ｌ３０に沿ってスライド変位自在に設けられる。
【００２９】
索条連結体４６は、回転自在である動力伝達輪間に無端状の索条が巻き掛けられて、動力を伝達可能に構成されている。動力伝達輪は、プーリ、有歯ベルト車およびスプロケットホイールなどであってもよく、索条は、ロープ、ベルト、タイミングベルトおよびチェーンなどであってもよいが、本実施の形態では、有歯ベルト車とタイミングベルトの組合わせが用いられる。したがって索条連結体４６は、２つの有歯ベルト車５５，５６と、タイミングベルト５７とを有する。一方の有歯ベルト車５５は、自動モータ４０の出力軸４２に固定される。他方の有歯ベルト車５６は、前記３つの回転体スプライン受のうち、中央に配置されるスプライン受５２の外周部に、一体に形成される。タイミングベルト５７は、各有歯ベルト車５５，５６にわたって巻き掛けられる。このような構成によって、自転モータ４０の出力軸４２の回転力を、回転体４５に伝達することができる。
【００３０】
軸連結体４７は、軸部材５９と、２つの自在継手６０，６１とを有する。軸部材５９は、その軸線を自転軸線Ｌ１１および公転軸線Ｌ３０に対して傾斜させて設けられる。この軸部材５９の軸線方向一端部は、一方の自在継手６０によって、回転体４５の軸線方向一端部に連結される。また軸部材５９の軸線方向他端部は、他方の自在継手６１によって、ツール保持具２１の軸線方向他端部に連結される。このような構成によって、回転体４５の公転軸線Ｌ３０まわり回転力を、偏心したツール保持具２１に、自転軸線Ｌ１１まわりの回転として伝達することができるとともに、回転体４５の公転軸線Ｌ３０に方向に沿う変位力を、偏心したツール保持具２１に、公転軸線Ｌ３０に平行な自転軸線Ｌ１１に沿う方向の変位として伝達することができる。また回転体４５がツール保持具２１の公転軸線Ｌ３０まわりに回転自在に設けられているので、ツール保持具２１は、公転軸線Ｌ３０に沿って変位しないように公転することができる。もちろんこのようにツール保持具２１が公転しても、回転体４５の回転力をツール保持具２１に伝達することができる。
【００３１】
このような自転駆動手段２２は、自転モータ４０の回転駆動力を、自転伝達機構４１によってツール保持具２１に伝達し、ツール保持具２１を自転駆動することができる。自転モータ４０は、正逆両方向へ回転駆動力を出力することができ、自転駆動手段２２は、ツール保持具２１を自転軸線Ｌ１１まわりの両方向へ回転駆動することができる。
【００３２】
公転駆動手段２３は、公転モータ６５と、公転伝達機構６６とを有する。公転駆動部である公転モータ６５は、サーボモータによって実現され、基体１９に固定されて設けられる。自転モータ６５の出力軸６７は、公転軸線Ｌ３０と平行に配置され、公転モータ軸受６８を介して、その軸線まわりに回転自在に基体１９に支持されている。
【００３３】
公転伝達部である公転伝達機構６６は、歯車列によって実現され、本実施の形態では、２つの外歯平歯車である歯車７０，７１を有する。一方の歯車７０は、公転モータ６５の出力軸６７に固定される。他方の歯車７１は、回転支持台３０の外周部に、支持台軸受３３，３４のほぼ中央位置に配置されて、一体に形成される。各歯車７０，７１は、互いに噛合している。このような構成によって、公転モータ６５の出力軸６６の回転力を、回転支持台３０に伝達することができる。
【００３４】
したがって公転駆動手段２３は、公転モータ６５の回転駆動力を、公転伝達機構６６によって回転支持台３０に伝達して回転支持台３０を公転軸線Ｌ３０まわりに回転し、これによって回転支持台３０に偏心して支持されるツール保持具２１を公転駆動することができる。公転モータ４０は、正逆両方向へ回転駆動力を出力することができ、公転駆動手段２３は、ツール保持具２１を公転軸線Ｌ３０まわりの両方向へ回転駆動することができる。
【００３５】
変位駆動手段２４は、ねじ軸７５と、ナット部材７６と、電磁ブレーキ７７とを有する。ねじ軸７５は、軸線方向一端部に外ねじが形成されるねじ部７８を有し、その軸線を公転軸線Ｌ３０と一致させて設けられる。このねじ軸７５は、ねじ軸受７９を介して、その軸線まわりに回転自在に、基体１９に支持されている。ねじ軸受７９は、スラスト軸受であり、ねじ軸７５の軸線方向の変位を阻止して、ねじ軸７５を支持している。ナット部材７６は、ボールねじである内ねじが形成され、回転体４５の軸線方向他端部に、回転体４５と同軸に固定される。このナット部材７６とねじ軸７５とは相互に螺着されている。
【００３６】
電磁ブレーキ７７は、基体１９に固定されて設けられ、ねじ軸７５の軸線方向他端部が挿入されており、ねじ軸７５の軸線まわりの回転に制動させるための手段である。電磁ブレーキ７７は、内部にコイルを有しており、コイルが通電されて励磁される励磁状態と、コイルが通電されず励磁されていない非励磁状態とで、ねじ軸７５の回転を制動する制動状態と、ねじ軸７５の回転を制動しない非制動状態とに切り換わる。本実施の形態では、励磁状態において制動状態となり、非励磁状態において非制動状態となる。
【００３７】
電磁ブレーキ７７が非制動状態にあるとき、ねじ軸７５は自在に回転できるので、回転体４５が自転モータ４０からの回転駆動力で回転されると、ねじ軸７５は、回転体と共に回転し、回転体４５に対しては回転しない。この状態では、回転体４５は、公転軸線Ｌ３０に沿って変位しない。
【００３８】
電磁ブレーキ７７が制動状態にあるとき、ねじ軸７５は、回転阻止されているので、回転体４５が自転モータ４０からの回転駆動力で回転されると、ねじ軸７５は、回転体４５に対して相対的に回転する。この状態では、ねじ軸７５とナット部材７６とが相対的に回転するので、ナット部材７６が固定される回転体４５が、ねじ軸７５に対して公転軸線Ｌ３０に沿って変位する。ねじ軸７５は、軸線方向の変位が阻止されているので、回転体４５が公転軸線Ｌ３０に沿って変位する。このような構成によって、変位駆動手段２４は、自転駆動手段２２による回転体４５の回転を利用して、ツール保持具２１を、公転軸線Ｌ３０に沿って変位駆動することができる。
【００３９】
回転体４５が軸線に沿って変位する方向は、回転体４５が回転する方向によって変化する。たとえばねじ軸７５が右ねじである場合、自転モータ４０を正転させて、接合ツール１１の軸線方向他端部から軸線方向一端部に向かう方向（図１の下方：以下、この方向を前進方向といい、反対方向を後退方向という場合がある）に見て、回転体４５を時計回りに回転させると、回転体４５が前進方向へ変位（以下「前進」という場合がある）する。このように回転体４５が前進すると、その変位が軸連結体４７によってツール保持具２１に伝達され、ツール保持具２１が同様に前進する。ねじ軸７５が右ねじである場合に、自転モータ４０を逆転させて、前進方向に見て、回転体４５を反時計回りに回転させると、回転体４５が後退方向へ変位（以下「後退」という場合がある）する。このように回転体４５が後退すると、その変位が軸連結体４７によってツール保持具２１に伝達され、ツール保持具２１が同様に後退する。ねじ軸７５が左ねじの場合は、回転体４５の回転方向に対して軸線方向の変位方向が逆になる。
【００４０】
このような摩擦撹拌接合装置１０は、ツール保持具２１に対向して基体１９に設けられる裏当て部材８０を有しており、ツール保持具２１に保持される接合ツール１１と裏当て部材８０との間に、被接合物１４が配置されるように、ロボット１６によって接合ガン１５が変位され、接合ツール１１が被接合物１４の接合すべき位置に臨むように配置される。裏当て部材８７は、その中心が公転軸線Ｌ３０と一致するように設けられており、接合ツール１１は、公転軸線Ｌ３０に垂直な平面に投影したとき、台座部分２７が、裏当て部材８７内に配置されるように構成されている。このような撹拌開始状態にされた後、接合ツール１１を回転させながら、この接合ツール１１と裏当て部材８０とによって被接合物１４を挟むようにして、接合ツール１１を部分的に被接合物１４に挿入し、被接合物１４の接合ツール１１に接触する部分を摩擦熱によって軟化させ、流動化させる。このように被接合物１４を、軟化流動させて固相撹拌し、各被接合部材１２，１３を接合する。
【００４１】
図７は、スポット接合装置１０を用いて実行されるスポット接合方法を示すフローチャートである。ステップａ０でスポット接合方法に従う接合動作を開始して、前述のような撹拌開始状態にする。この撹拌開始状態では、接合ツール１１は、たとえば図２に仮想線で示すように、被接合物（以下「ワーク」という場合がある）１４に対して間隔をあけた位置８６に配置され、裏当て部材８０は、図２に実線で示すように、接合ツール１１と反対側からワーク１４に当接する位置８７に配置されている。また自転軸線Ｌ１１および公転軸線Ｌ３０は、平板状のワーク１４に対して略垂直な状態にある。撹拌開始状態にした後、ステップａ１で、自転駆動手段２２によって、ツール保持具２１を自転駆動し、接合ツール１１を自転駆動する。
【００４２】
次に、ステップａ２で、変位駆動手段２４によって、ツール保持具２１を、被接合物（以下「ワーク」という場合がある）１４に近づくように、公転軸線Ｌ３０に沿って前進駆動し、接合ツール２１を前進駆動する。このようにツール保持具２１を、前進させることによって、ステップａ３で、接合ツール１１のピン部２６をワーク１４に当接させ、さらにツール保持具２１を前進させることによって、ステップａ４で、図２に実線で示す位置８８に接合ツール１１を配置して、接合ツール１１のショルダー部８１をワーク１４に当接させる。ショルダー部８１は、接合ツール１１の台座部分２７におけるピン部２６寄りの端部であって、端面２８が形成される軸線方向一端部であり、この状態でピン部２６は、ワーク１４内に没入されている。
【００４３】
このようにショルダー部８１をワーク１４に当接させた状態で、ステップａ５で、変位駆動手段２４によるツール保持具２１の公転軸線Ｌ３０に沿う方向の変位を停止し、公転駆動手段２３によって、少なくとも１回転、ツール保持具２１を公転駆動して、接合ツール１１を図２に仮想線で示す位置８９を通るように公転駆動する。つまり、自転軸線Ｌ１１が、被接合物１４に対して相対的に、公転軸線Ｌ３０を中心とする円軌跡９０に沿って移動するように、接合ツール１１が回転駆動される。自転方向および公転方向は、いずれの方向であってもよいが、本実施の形態では、自転方向と、公転方向とは同一である。つまり、図３に示すように前進方向に見て、自転方向が自転軸線Ｌ１１まわりに時計まわり方向Ａ１である場合、公転方向が公転軸線Ｌ３０まわりに時計まわり方向Ｂ１となり、自転方向が自転軸線Ｌ１１まわりに反時計まわり方向Ａ２である場合、公転方向が公転軸線Ｌ３０まわりに反時計まわり方向Ｂ２となるように、決定されている。また公転されるときに自転軸線Ｌ１１が被接合物１４に対して移動する軌跡９０の直径（以下「公転直径」という場合がある）Ｄ９０は、本体部の端面２８における直径（以下「端面直径」という場合がある）Ｄ２８、したがってショルダー部８１の外径Ｄ２８以下に決定される。
【００４４】
１回転以上の予め定める回転回数だけ、たとえばちょうど１回転、ツール保持具２１を公転させた後、ステップａ６で、ツール保持具２１の公転を停止し、ステップａ７で、ツール保持具２１を、ワーク１４から遠ざかるように、変位駆動手段２４によって、公転軸線Ｌ３０に沿って後退駆動し、接合ツール２１を後退駆動する。ツール保持具２１のスライド変位駆動は、前述のようにツール保持具２１の自転駆動を利用しており、前進駆動時と、後退駆動時とでは、自転方向を逆にしなければならいので、ステップａ７では、ツール保持具２１の自転駆動を一旦停止し、逆方向に自転駆動して、後退駆動する。このようにして接合ツール１１をワーク１４から離脱させ、接合ツール１１がワーク１４に対して間隔をあける位置、たとえば前述の位置８６まで退避させた後、後退駆動を停止し、ステップａ８で、自転駆動手段２２によるツール保持具２１の自転駆動を停止し、ステップａ９で、接合動作を終了する。
【００４５】
図８は、図７に示すスポット方法によって接合された被接合物１４の接合領域Ｓ１４を示す断面図である。図８には、接合領域Ｓ１４を黒く塗りつぶして示す。図７を参照して説明したように、スポット接合装置１０を用いて、接合ツール１１を部分的に被接合物１４に挿入して、接合ツール１１を自転させるとともに公転させて、被接合物１４を撹拌する。このようにして、接合ツール１１を自転させるだけでなく、自転とともに公転させ、被接合物１４を固相撹拌すれば、被接合物１４に挿入される部分を大きくすることなく、換言すれば、外径Ｄ２６が小さいピン部２６を有する接合ツール１１を用いて、被接合物１４における軟化および流動化させて撹拌する撹拌領域を大きくし、接合領域Ｓ１４を大きくすることができる。撹拌領域と同一である接合領域Ｓ１４は、被接合物１４における接合ツール１１が接触する領域である。被接合物１４は、ショルダー部８１によっても撹拌されており、公転軸線Ｌ３０に垂直な平面に投影した場合、接合領域Ｓ１４は、図３に仮想線で示すように、ショルダー部８１が公転によって通過する領域である。このように図３および図８に示すように、接合領域Ｓ１４を大きくして接合強度を大きくすることができるうえ、接合後に残存する孔８４を小さく抑えるとともに、被接合物１４に接触するピン部２６の外周面の速度を小さく抑えて撹拌時における被接合物１４の素材の飛散量を少なくし、接合品質を高くすることができる。また接合ツール１１の被接合物１４への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。
【００４６】
また接合ツール１１の自転方向と公転方向とを同一にすれば、接合時に形成される可能性のある空洞をできるだけ接合領域Ｓ１４の外周部に分散させることができる。詳細に説明すると、接合ツール１１の自転軸線Ｌ１１を変位させると、その自転軸線Ｌ１１の移動軌跡９０に関して、自転によって接合ツール１１が回転変位する方向と自転軸線Ｌ１１の変位方向とが略同一に成る側（以下「方向同一側」という場合がある）からその反対側に、被接合物１４の材料が流動されやすく、方向同一側に空洞ができやすくなる。この性質を考慮し、接合ツール１１の自転方向と公転方向とを同一にすれば、空洞は接合領域Ｓ１４の外周部に分散されるようになる。空洞が中心部に集中するよりも分散される場合の方が、局所的な強度低下が防がれ、接合強度は大きくなる。したがって自転方向と公転方向とが逆となって空洞が中心部に集中する場合に比べ、接合強度を高くすることができる。
【００４７】
図９は、公転直径Ｄ９０が、端面直径Ｄ２８よりも大きい場合の接合領域Ｓ１４を示す被接合物１４の平面図である。前述のように、被接合物１４が撹拌される領域は、公転時にショルダー部８１が接触、つまり端面２８が接触する領域であり、公転直径Ｄ９０が、端面直径Ｄ２８よりも大きい場合、公転軸線Ｌ３０付近に撹拌されない領域が存在する。この領域は、接合されていない非接合領域Ｓ９１である。このように中心部に非接合領域Ｓ９１が形成されてしまうと、接合強度が低下してしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態では、公転直径Ｄ９０が、端面直径Ｄ２８以下に決定されており、図３に示すように、公転軸線Ｌ３０付近となる中心部に撹拌されない非接合領域が形成されることを防止することができる。したがって円形状の接合領域Ｓ１４を得て、大きい接合強度で接合することができる。
【００４８】
またスポット接合装置１０では、回転支持台３０が公転軸線Ｌ３０まわりに回転自在に基体１９に支持され、この回転支持台３０に公転軸線Ｌ３０から偏心した自転軸線Ｌ１１まわりに回転自在にツール保持具２１が支持される。これによってツール保持具２１を自転および公転自在に保持することができる。自転駆動手段２２は、自在継手６０，６１を備える自転伝達機構４１によって、基体１９に固定される自転モータ４０の回転駆動力を、公転するツール保持具２１に伝達して、ツール保持具２１を自転駆動することができる。また公転駆動手段２３は、公転伝達機構６６によって、基体１９に固定される公転モータ６５の回転駆動力を回転支持台３０に伝達して回転させ、ツール保持具２１を公転駆動することができる。このように簡単な構成によって、ツール保持具２１の自転および公転を実現することができる。また自転モータ４０および公転モータ４１のいずれも基体１９に固定される構成とし、これら各モータ４０，６５によって駆動される構成体を小さくし、装置全体を小形にすることができるとともに、ツール保持具２１の自転および公転駆動を容易にすることができる。
【００４９】
また自転伝達機構４１が、公転軸線Ｌ３０まわりに回転自在である回転体４５を設け、この回転体４５とツール保持具２１とを、軸部材５９および２つの自在継手６０，６１を有する軸連結体４７を用いて連結する構成とすることによって、ツール保持具２１が、公転軸線Ｌ３０に沿う方向に変位しない状態で、ツール保持具２１を公転させながら自転させることができる。また回転体４５は、軸線方向に関して、回転体軸受４８，５０によって支持される支持位置間の中央において、自転モータ４０からの駆動力が入力されるので、安定した回転を実現することができ、接合ツール２１の安定した自転を実現することができる。また回転支持台３０は、軸線方向に関して、支持台軸受３３，３４によって支持される支持位置間の中央において、公転モータ６５からの駆動力が入力されるとともに、この回転支持台３０に対して、回転支持台３０が支持される位置と同一の位置において、ツール保持具２１が保持具軸受３５，３６に支持されるので、接合ツール２１の安定した公転を実現することができる。
【００５０】
図１０は、本発明の実施の他の形態であるスポット接合方法を示すフローチャートである。本実施の形態のスポット接合方法は、図１〜図６に示すスポット接合装置１０を用いて実行可能であるとともに、図７に示す前述の実施の形態と類似しており、異なる点についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。ステップｂ０で、接合動作を開始して、前述と同様の撹拌開始状態にする。撹拌開始状態にした後、ステップｂ１で、自転駆動手段２２によって、ツール保持具２１を自転駆動するとともに、公転駆動手段２３によって、ツール保持具２１を公転駆動し、接合ツール１１を自転および公転駆動する。
【００５１】
次に、ステップｂ２で、図７のステップａ２と同様に、接合ツール２１を前進駆動させ、図７のステップａ３，ａ４と同様に、ステップｂ３で、ピン部２６をワーク１４に当接させ、さらにステップｂ４で、ショルダー部８１をワーク１４に当接させる。そしてステップｂ５で、接合ツール１１の軸線方向の変位を停止して、接合ツール１１が少なくとも１回転以上公転を維持し、予め定める回転回数だけ接合ツール１１が公転するのを待機した後、ステップｂ６で、ツール保持具２１を、変位駆動手段２４によって、ワーク１４から遠ざかるように、公転軸線Ｌ３０に沿って後退駆動し、接合ツール２１を後退駆動する。本実施の形態でも、前進駆動時と、後退駆動時とでは、自転方向を逆にしなければならいので、ステップｂ６では、ツール保持具２１の自転駆動および公転駆動を一旦停止し、逆方向に自転駆動および公転駆動して、後退駆動する。公転駆動も反対にするのは、自転方向と公転方向を一致させるためである。このようにして接合ツール１１をワーク１４から離脱させ、接合ツール１１がワーク１４に対して間隔をあける位置まで退避させた後、後退駆動を停止し、ステップｂ７で、自転駆動および公転駆動を停止し、ステップｂ８で、接合動作を終了する。
【００５２】
このような本実施の形態は、図１〜図９を参照して説明した前述の実施の形態とは、公転駆動する時間が異なるが、その他は同様である。つまり前述の実施の形態では、ショルダー部８１が被接合物１４に当接している状態においてだけ、接合ツール１１が公転されたけれども、本実施の形態では、接合ツール１１が自転駆動されているときは、常に公転駆動されている。このような構成であっても、同様の効果を達成することができる。またこのように常に公転させる構成では、ピン部２６を被接合物１４から離脱させるときにも当然公転されているので、ピン部２６を没入したことに起因する孔が、１カ所に集中して残存することができる。これによって局所的に強度が低い部分が形成されてしまうことを防ぐことができる。また見栄えも向上し、品質が向上する。
【００５３】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態であるスポット接合装置１０Ｘの装置本体１５Ｘを示す主要な構成を示す断面図である。図１２は、スポット接合装置１０Ｘの全体の構成を簡略化して示す正面図である。本実施の形態のスポット接合装置１０Ｘは、図１〜図６に示すスポット接合装置１０と類似しており、対応する部分には同一の符号を付し、異なる点についてだけ説明して、同様の構成については説明を省略する。装置本体１５Ｘは、前述の実施の形態の接合ガン１５に対応する構成であり、基体１９を有し、この基体１９において、ロボット１６の先端部１８に固定される。この装置本体１５Ｘは、前記基体１９と、ツール保持具２１と、自転駆動手段２２と、変位駆動手段２４と、ピン駆動手段１００とを有する。
【００５４】
本実施の形態では、接合ツール１１は、ピン部２６が、本体部２５の端面２８から前述のように突出する突出位置と、本体部２５の端面から退避する没入位置とにわたって、本体部２５に対して、その軸線Ｌ１１に沿って変位自在に設けられる。このような接合ツール１１を保持するツール保持具２１は、大略的に円柱状であり、軸線方向一端部に、接合ツール１１が同軸に挿入されて、接合ツール１１を保持する。ツール保持具２１は、接合ツール１１のピン部２６側の部分を突出させ、ツール保持具２１に対する接合ツール１１の軸線Ｌ１１まわりの回転および軸線Ｌ１１に沿う変位を阻止して、接合ツール１１を保持する。
【００５５】
基体１９には、保持具軸受軸受１０１，１０２を介して、環状の回転体スプライン受１０３，１０４が支持されている。本実施の形態では、複数たとえば２つの保持具スプライン受１０３，１０４が、同数の保持具軸受４８〜５０によって１つずつ、それらの軸線まわりに回転自在に支持される。ツール保持具２１は、保持具スプライン受１０３，１０４を共通かつ同軸に挿通して設けられる。ツール保持具２１には、軸線方向他端部寄りの部分の外周部にスプラインが形成されており、ツール保持具２１は、各保持具スプライン受１０３，１０４にスプライン結合されて、各保持具スプライン受１０３，１０４に対して、接合ツール１１の軸線Ｌ１１と一致するツール保持具２１の軸線まわりの回転が阻止されかつツール保持具２１の軸線に沿って変位自在に設けられる。このようにしてツール保持具２１は、その軸線と一致する接合ツール１１の軸線（自転軸線）Ｌ１１まわりに回転自在に、かつこの自転軸線Ｌ１１に沿ってスライド変位自在に設けられる。
【００５６】
自転駆動手段２２は、自転モータ４０と、自転伝達機構４１とを有する。本実施の形態では、自転モータ４０は、インダクションモータによって実現される。自転駆動機構４１は、動力伝達輪間に無端状の索条が巻き掛けられて、動力を伝達する構成であり、本実施の形態では、動力伝達輪としてＶベルト車と、索条としてＶベルトとの組合わせが用いられる。したがって自転伝達機構４１は、２つのＶベルト車１０５，１０６と、Ｖベルト１０７とを有する。一方のＶベルト車１０５は、自動モータ４０の出力軸４２に固定される。他方のＶベルト車１０６は、前記２つの保持具スプライン受のうち、軸線方向他端部寄りに配置される保持具スプライン受１０３の外周部に、一体に形成される。Ｖベルト１０７は、各Ｖベルト車１０５，１０６にわたって巻き掛けられる。このような構成によって、自転モータ４０の出力軸４２の回転力を、ツール保持具２１に伝達することができる。
【００５７】
このような自転駆動手段２２は、自転モータ４０の回転駆動力を、自転伝達機構４１によってツール保持具２１に伝達し、ツール保持具２１を自転駆動することができる。自転モータ４０は、正逆両方向へ回転駆動力を出力することができ、自転駆動手段２２は、ツール保持具２１を自転軸線Ｌ１１まわりの両方向へ回転駆動することができる。
【００５８】
変位駆動手段２４は、スライド駆動部であるスライドモータ１１０と、スライド伝達部であるスライド伝達機構１１１とを有する。スライドモータ１１０は、サーボモータによって実現され、基体１９に固定されて設けられる。スライドモータ１１０の出力軸１１２は、自転軸線Ｌ１１と平行に配置され、スライドモータ軸受１１３を介して、その軸線まわりに回転自在に基体１９に支持されている。
【００５９】
スライド伝達機構１１１は、スライド機構部１２０と、索条連結体１２１とを有する。スライド機構部１２０は、スライド部材１２５と、回転部材１２６とを有する。スライド部材１２５は、ツール保持具２１の軸線方向一端部に外嵌して装着される。このスライド駆動部材２０は、円筒状であり、２つの駆動部材軸受１２２，１２３を介して、ツール保持具２１に対して、自転軸線Ｌ１１まわりに回転自在に、かつ自転軸線Ｌ１１に沿う方向の変位が阻止されて支持されている。このスライド部材１２５の外周部には、外ねじが形成されている。
【００６０】
またこのスライド部材１２５の外周部には、軸線方向に延びる案内溝１２７が形成されている。スライド部材１２５には、環状の回転阻止部材１２８が外嵌されて、スライド部材１２５に対して自転軸線Ｌ１１に沿う方向に変位自在に装着されている。回転阻止部材１２８は、内周部に突起が形成されており、この突起が前記案内溝１２７に嵌まり込んで、スライド部材１２５に対して、自転軸線Ｌ１１まわりの回転が阻止されている。この回転阻止部材１２８は、基体１９に固定されており、これによってスライド部材１２５の自転軸線Ｌ１１まわりの回転が阻止されている。
【００６１】
回転部材１２６は、環状の部材であって、内周部に内ねじが形成されている。この回転部材１２６は、スライド部材１２５に螺着されるとともに、回転部材軸受１２９によって、自転軸線Ｌ１１まわりに回転自在に、基体１９に支持されている。このようなスライド機構部１２０は、回転部材１２６が自転軸線Ｌ１１まわりに回転することによって、スライド部材１２５が自転軸線Ｌ１１に沿う方向へ変位する。これに伴って、ツール保持具２１を自転軸線Ｌ１１に沿う方向へ変位する。またスライド部材１２５がツール保持具２１に対して回転自在であるので、ツール保持具２１の自転に影響を与えることはない。
【００６２】
索条連結体１２１は、動力伝達輪間に無端状の索条が巻き掛けられて、動力を伝達する構成であり、本実施の形態では、動力伝達輪として有歯ベルト車と、索条としてタイミングベルトとの組合わせが用いられる。したがって索条連結体１２１は、２つの有歯ベルト車１３０，１３１と、タイミングベルト１３２とを有する。一方の有歯ベルト車１３０は、スライドモータ１１０の出力軸１１２に固定される。他方の有歯ベルト車１３１は、前記回転部材１２６の外周部に、一体に形成される。タイミングベルト１３２は、各有歯ベルト車１３０，１３１にわたって巻き掛けられる。このような構成によって、スライドモータ１１０の出力軸１１２の回転力を、回転部材１２６に伝達することができる。
【００６３】
このような変位駆動手段２４では、スライドモータ１１０によって回転部材１２６を回転駆動することによって、スライド部材１２５を自転軸線Ｌ１１に沿ってスライド変位駆動し、これによってツール保持具２１を自転軸線Ｌ１１に沿ってスライド変位駆動することができる。ツール保持具２１が軸線に沿って変位する方向は、回転部材１２６が回転する方向によって変化する。たとえばスライド部材１２５に刻設されるねじが右ねじである場合、スライドモータ１１０を正転させて、前進方向に見て、回転部材１２６を時計回りに回転させると、ツール保持具は後退し、スライドモータ１１０を逆転させて、前進方向に見て、回転体４５を反時計回りに回転させると、ツール保持具２１は前進する。このようにツール保持具２１をスライド変位駆動することができる。スライド部材２５のねじが左ねじの場合は、回転部材１２６の回転方向に対して軸線方向の変位方向が逆になる。
【００６４】
ピン駆動手段１００は、前述のように出没自在に設けられる接合ツール１１のピン部２６を、本体部２５に対して、軸線Ｌ１１に沿ってスライド変位駆動する手段である。このピン駆動手段１００は、ピン軸１４０と、駆動軸１４１と、ナット部材１４２と、ブレーキ軸体１４３と、電磁ブレーキ１４４とを有する。
【００６５】
ピン軸１４０は、軸部材であり、自転軸線Ｌ１１に沿って、接合ツール１１およびツール保持具２１を挿通し、接合ツール１１およびツール保持具２１に対して、自転軸線Ｌ１１に沿って変位自在に設けられる。このピン軸１４０の軸線方向一端部に、接合ツール１１のピン部２６が一体に形成されている。
【００６６】
駆動軸１４１は、軸線方向一端部に外ねじが形成されるねじ部１４５を有し、その軸線を自転軸線Ｌ１１と一致させて設けられる。この駆動軸１４１は、その軸線方向一端部で、ピン軸１４０の軸線方向他端部に固定されている。ナット部材１４２は、ボールねじである内ねじが形成され、ツール保持具２１の軸線方向他端部に、ツール保持具２１と同軸に固定される。このナット部材１４２と駆動軸１４１とは相互に螺着されている。
【００６７】
ブレーキ軸体１４３は、自転軸線Ｌ１１まわりに回転自在に支持される。ブレーキ軸体１４３の一端部には、外周部にスプラインが形成されており、駆動軸１４１の軸線方向他端部に同軸に挿入されている。駆動軸１４１の軸線方向他端部には、スプライン孔が形成されており、一方の軸部材１４７と駆動軸１４１とは、スプライン結合され、自転軸線Ｌ１１まわりの相互の回転が阻止され、かつ自転軸線Ｌ１１に沿って相互に変位自在に設けられる。
【００６８】
電磁ブレーキ１４４は、駆動軸１４１の軸線まわりの回転に制動させるための手段であり、基体１９に固定されて設けられる。この電磁ブレーキ１４４は、ブレーキ軸体１４３の他端部が、挿入されている。電磁ブレーキ１４４は、内部にコイルを有しており、コイルが通電されて励磁される励磁状態と、コイルが通電されず励磁されていない非励磁状態とで、駆動軸１４１の回転を制動する制動状態と、駆動軸１４１の回転を制動しない非制動状態とに切り換わる。本実施の形態では、励磁状態において制動状態となり、非励磁状態において非制動状態となる。
【００６９】
電磁ブレーキ１４４が非制動状態にあるとき、ブレーキ軸体１４３は自在に回転できるので、駆動軸１４も自在に回転できる。この状態では、ツール保持具２１が自転モータ４０からの回転駆動力で回転されると、駆動軸１４１は、ツール保持具２１と共に回転し、ツール保持具２１に対しては回転せず、駆動軸１４１およびこれに固定されるピン軸１４０は、自転軸線Ｌ１１に沿って変位しない。
【００７０】
電磁ブレーキ１４４が制動状態にあるとき、ブレーキ軸体１４３が回転阻止されているので、駆動軸１４１も回転阻止され、ツール保持具２１が自転モータ４０からの回転駆動力で回転されると、駆動軸１４１は、ツール保持具２１に対して相対的に回転する。この状態では、駆動軸１４１とナット部材１４２とが相対的に回転するので、駆動軸１４１がツール保持具２１に対して自転軸線Ｌ１１に沿って変位し、ピン軸１４０がツール保持具２１に対して自転軸線Ｌ１１に沿って変位する。これによってピン軸１４０が接合ツール２１の本体部２５に対して自転軸線Ｌ１１に沿って変位し、ピン部２６が本体部２５に対して自転軸線Ｌ１１に沿って変位する。このような構成によって、ピン駆動手段１００は、自転駆動手段２２によるツール保持具２１の回転を利用して、ピン部２６を本体部２５に対して、自転軸線Ｌ１１に沿って、本体部２５の端面２８から突出する方向および端面２８に対して没入する方向へ、変位駆動することができる。
【００７１】
ピン部２６が軸線に沿って変位する方向は、ツール保持具２１が回転する方向によって変化する。たとえば駆動軸１４１が右ねじである場合、自転モータ４０を正転させて、前進方向に見て、ツール保持具２１を時計回りに回転させると、ピン部２６は、本体部２５に対して、端面２８から没入する方向となる後退方向へ後退する。駆動軸１４１が右ねじである場合に、自転モータ４０を逆転させて、前進方向に見て、ツール保持具２１を反時計回りに回転させると、ピン部２６は、本体部２５に対して、端面２８から突出する方向となる前進方向へ前進する。駆動軸１４１が左ねじの場合は、ツール保持具２１の回転方向に対して軸線方向の変位方向が逆になる。
【００７２】
本実施の形態では、ロボット１６が、公転駆動手段として用いられる。ロボット１６は、前述のように、先端部１８を直交３軸まわりに回転させることができる構成であり、装置本体１５Ｘの全体を、自転軸線Ｌ１１と平行な公転軸線Ｌ３０まわりに回転させることができる。このように装置本体１５Ｘ全体を回転させることによって、接合ツール１１を公転軸線Ｌ３０まわりに公転駆動することができる。
【００７３】
このような摩擦撹拌接合装置１０Ｘは、設置対象１７に設定されて設けられる被接合物保持台１５０を有しており、被接合物保持台１５０に被接合物１４を載置して保持させ、ピン部２６を端面２８から突出させた突出位置に配置して、接合ツール１１が被接合物１４に臨むように配置される。このような撹拌開始状態にされた後、接合ツール１１を回転させながら、この接合ツール１１と裏当て部材８０とによって被接合物１４を挟むようにして、接合ツール１１を部分的に被接合物１４に挿入し、被接合物１４の接合ツール１１に接触する部分を摩擦熱によって軟化させ、流動化させる。このように被接合物１４を、軟化流動させて固相撹拌し、各被接合部材１２，１３を接合する。
【００７４】
図１３は、図１１および図１２に示すスポット接合装置１０Ｘを用いて実行されるスポット接合方法を示すフローチャートである。図１４は、図１３に示すスポット接合装置１０Ｘを用いたスポット接合方法を示す断面図である。本実施の形態のスポット接合方法は、図７に示す前述の実施の形態のスポット接合方法と類似しており、異なる点についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。ステップｃ０で、接合動作を開始して、撹拌開始状態にする。撹拌開始状態にした後、ステップｃ１で、自転駆動手段２２によって、ツール保持具２１を自転駆動する。次に、ステップｃ２で、図７のステップａ２と同様に、変位駆動手段２４によって、公転軸線Ｌ３０と平行な自転軸線Ｌ１１に沿って、接合ツール２１を前進駆動させ、図７のステップａ３，ａ４と同様に、ステップｃ３で、ピン部２６をワーク１４に当接させ、さらにステップｃ４で、図１４（１）に示すように、ショルダー部８１をワーク１４に当接させる。
【００７５】
そしてステップｃ５で、ロボット１６によって装置本体１５Ｘを公転軸線Ｌ３０まわりに回転させることによって、図７のステップａ５と同様に、接合ツール１１を少なくとも１回転、公転駆動する。予め定める回転回数だけ接合ツール１１を公転させた後、ステップｃ６で、図１４（２）に示すように、公転を維持した状態で、ピン駆動手段１００によって、ピン部２６を本体部２５に対して没入駆動する。ステップｃ７で、図１４（３）に示すように、ピン部２６を没入位置まで没入させた状態で、さらに所定回転回数、接合ツールを公転させ、ステップｃ８で、ツール保持具２１を、変位駆動手段２４によって、ワーク１４から遠ざかるように、公転軸線Ｌ３０に沿って後退駆動し、接合ツール２１を後退駆動する。このようにして接合ツール１１をワーク１４から離脱させ、接合ツール１１がワーク１４に対して間隔をあける位置まで退避させた後、後退駆動を停止し、ステップｃ９７で、自転駆動および公転駆動を停止し、ステップｃ１０で、接合動作を終了する。
【００７６】
このような本実施の形態の方法は、図７を参照して説明した前述の実施の形態の方法と、ピン部２６を撹拌後に引込む点で異なる。このような構成であっても、接合ツールを公転駆動することによる効果を、同様に達成することができる。またピン部２６を被接合物１４に没入させ、本体部２５の端面２８が被接合物１４に接触する状態で、接合ツール１１を自転および公転させて撹拌した後、接合ツール１１を自転および公転しながら、ピン部２６を没入位置に退避させる。これによって本体部２５による撹拌を続行しながらピン部２６を被接合物１４から退避させることができる。したがって本体部２５による撹拌によって、ピン部２６を退避させた後の領域に被接合物１４の素材を流動させて、ピン部２６を退避させた後に孔ができることを防ぐことができ、接合強度を高くすることができる。しかも本実施の形態では、ピン部２６を没入位置２６に退避させた状態では、接合ツール１１の先端部が前記端面２８を含む平坦面となり、この状態でさらに公転を継続することによって、接合領域Ｓ１４の表面をならすことができ、品質をさらに高くすることができる。
【００７７】
図１５は、本発明の実施のさらに他の形態であるスポット接合方法における公転を説明するために、接合ツール１１の一部を示す正面図である。本実施の形態のスポット接合方法は、図１１および図１２に示すスポット接合装置１０Ｘを用いて実行される。本実施の形態のスポット接合方法は、図１３に示す前述の実施の形態のスポット接合方法と類似しており、異なる点についてだけ説明し、同様の構成については説明を省略する。前述の実施の形態では、接合ツール１１を、その軸線と一致する自転軸線Ｌ１１と平行な公転軸線Ｌ３０まわりに公転駆動したけれども、本実施の形態では、接合ツール１１を、その軸線上の一点である錐揉み点１４０を中心にして錐揉み回転されるように、公転駆動する。詳細に述べると、接合ツール１１を、自転軸線Ｌ１１に対して予め定める傾斜角度θを成して傾斜する公転軸線Ｌ３０まわりに回転駆動する。これによって、自転軸線Ｌ１１と公転軸線Ｌ３０との交点となる前記錐揉み点１４０を中心に錐揉み回転される。本実施の形態では、錐揉み点１４０は、接合ツール１１のツール本体２５の台座部２７のピン部２６から離間した位置に存在する。
【００７８】
このような公転駆動は、６軸ロボットであるロボット１６を用いて装置本体１５Ｘを変位駆動すれば、容易に実現することができる。このように錐揉み回転状に公転する構成であっても、接合ツール１１を公転させることによる効果を、前述の各実施の形態と同様に達成することができる。またこのような構成は、被接合物１４が、凹状の部分を有する場合に、その凹状の部分を、凹となる側から接合ツール１１で撹拌して接合するために好適に用いることができる。
【００７９】
図１５に示す実施の形態では、錐揉み状に公転するにあたって、接合ツール１１の台座部２７のピン部２６から離間する位置に存在する錐揉み点１４０が存在したけれども、その他の位置に錐揉み点が存在してもよく、たとえば図１６に示すように、本体部２５とピン部２６との連結部付近に錐揉み点１４０が存在するように、公転駆動してもよく、同様の効果を達成することができる。
【００８０】
前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば図１に示す接合装置１０では、自転モータ４０と公転モータ６５とが個別に設けられる構成であったけれども、これらを１つのモータを共用し、この１つのモータの出力を自転伝達機構４１および公転伝達機構６６によって伝達し、自転および公転駆動するようにして、構成を簡略化するようにしてもよい。この場合、接合ツール１１が自転駆動されると、常に公転駆動されることになるので、たとえば図１０に示す方法を採用する場合には、この構成であってもよい。
【００８１】
また図１１および図１２に示す接合装置１０Ｘにおいて、接合ツール１１を自転駆動するとき、常に公転駆動するようにしてもよい。また接合装置１０Ｘを用いる場合、被接合物保持台１５０を、被接合物１４が載置される載置台と、載置台を公転軸線Ｌ３０まわりに回転駆動する回転駆動部とを有する構成とし、ロボット１６によって装置本体１５Ｘを回転させずに、載置台を回転させて、被接合物１４を回転駆動して、接合ツール１１が、被接合物１４に対して、自転軸線Ｌ１１と異なる軸線まわりに相対的に回転するようにしてもよい。この場合、被接合物保持台１５０が、公転駆動手段として機能する。
【００８２】
また図１１および図１２に示す接合装置１０Ｘにも、接合ツール１１を自転させているとき、常に公転駆動するようにしてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、接合ツールを部分的に被接合物に挿入した状態で、その接合ツールを、軸線と一致する自転軸線まわりに回転（以下「自転」という場合がある）するとともに、被接合物に対して相対的に、自転軸線とは異なる公転軸線まわりに回転（以下「公転」という場合がある）する。このように接合ツールを自転させるだけでなく、自転とともに公転させることによって、被接合物に挿入される部分を大きくすることなく、被接合物における軟化および流動化させて撹拌する撹拌領域を大きくし、接合領域を大きくすることができる。したがって接合領域を大きくして接合強度を大きくすることができるうえ、接合後に残存する孔を小さく抑えるとともに、撹拌時における被接合物の素材の飛散量を少なく抑え、品質を高くすることができる。また接合ツールの被接合物への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。
【００８４】
また本発明によれば、接合ツールの自転方向と公転方向とが同一であるので、接合時に形成される可能性のある空洞をできるだけ接合領域の外周部に分散させることができる。つまり、接合ツールの自転軸線を変位させると、その自転軸線の移動軌跡に関して、自転によって接合ツールが回転変位する方向と自転軸線の変位方向とが略同一に成る側（以下「方向同一側」という場合がある）からその反対側に、被接合物の材料が流動されやすく、方向同一側に空洞ができやすくなる。これによって接合ツールの自転方向と公転方向とを同一にすれば、空洞は外周部に分散されるようになる。したがって自転方向と公転方向とが逆となって空洞が中心部に集中する場合に比べ、接合強度を高くすることができる。
【００８５】
また本発明によれば、ピン部を被接合物に挿入し、ピン部によって撹拌するとともに、本体部の端面を被接合物に接触させて、本体部によっても撹拌することができる。このように本体部によっても被接合物を撹拌することができるので、ピン部だけによって撹拌する場合に比べて撹拌領域を大きくすることができる。この撹拌領域は、本体部の端面が接触される領域とほぼ同一となる。
【００８６】
このような接合ツールを用いて、公転されたときに自転軸線が移動する軌跡の直径が、本体部の端面における直径以下となるように、接合ツールを公転させる。これによって公転軸線付近となる中心部に撹拌されない非接合領域が形成されることを防止することができる。中心部に非接合領域が形成されてしまうと強度低下を招くが、これを防ぐことができるので、大きい接合強度で接合することができる。
【００８７】
また本発明によれば、ピン部を突出位置に配置して被接合物に挿入し、ピン部によって撹拌するとともに、本体部の端面を被接合物に接触させて、本体部によっても撹拌することができる。このように本体部によっても被接合物を撹拌することができるので、ピン部だけによって撹拌する場合に比べて撹拌領域を大きくすることができる。その後、本体部の端面が被接合物に接触する状態で、接合ツールを自転および公転させて撹拌し、その後、接合ツールを自転および公転しながら、ピン部を没入位置に退避させる。これによって本体部による撹拌を続行しながらピン部を被接合物から退避させることができる。したがって本体部による撹拌によって、ピン部を退避させた後の領域に被接合物の素材を流動させて、ピン部を退避させた後にできる孔を小さく抑えることができ、接合強度を高くするとともに美感を良くすることができる。
【００８８】
また本発明によれば、ツール保持具に接合ツールを保持し、自転駆動手段によってツール保持具を自転させて接合ツールを自転させ、公転駆動手段によってツール保持具を被接合物に対して相対的に公転させて接合ツールを公転させ、変位駆動手段によってツール保持具を被接合物に対してスライド変位させることができる。このようなスポット接合装置を用いれば、ツール保持具に保持した接合ツールを、部分的に被接合物に挿入した状態で、その接合ツールを、自転および公転させることができる。このように接合ツールを自転させるだけでなく、自転とともに公転させることによって、被接合物に挿入される部分を大きくすることなく、被接合物における軟化および流動化させて撹拌する撹拌領域を大きくし、接合領域を大きくすることができる。したがって接合後に残存する孔を小さく抑えるとともに、撹拌時における被接合物の素材の飛散量を少なく抑え、品質を高くすることができる。また接合ツールの被接合物への挿入を容易にし、作業性を良好にすることができる。
【００８９】
また本発明によれば、回転支持台が公転軸線まわりに回転自在に基体に支持され、この回転支持台に公転軸線から偏心した自転軸線まわりに回転自在にツール保持具が支持される。これによってツール保持具を自転および公転自在に保持することができる。自転駆動手段は、自在継手を備える自転伝達部によって、基体に固定される自転駆動部の回転駆動力を、基体に対して公転する回転支持台に偏心して支持されるツール保持具に伝達して、ツール保持具を自転駆動することができる。また公転駆動手段は、公転伝達部によって、基体に固定される公転駆動部の回転駆動力を回転支持台に伝達して回転させ、ツール保持具を公転駆動することができる。このように簡単な構成によって、ツール保持具の自転および公転を実現することができる。また自転駆動部および公転駆動部のいずれも基体に固定される構成とし、これら各駆動部によって駆動する構成体を小さくし、装置全体を小形にすることができるとともに、ツール保持具の自転および公転駆動を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるスポット接合装置１０における接合ガン１５の主要な構成を示す断面図である。
【図２】接合ツール１１の先端部付近を示す断面図である。
【図３】図２の切断面線Ｓ３−Ｓ３から見た断面図である。
【図４】スポット接合装置１０の全体を示す正面図である。
【図５】図１の切断面線Ｓ５−Ｓ５から見た断面図である。
【図６】図１の切断面線Ｓ６−Ｓ６から見た断面図である。
【図７】スポット接合装置１０を用いて実行されるスポット接合方法を示すフローチャートである。
【図８】図７に示すスポット方法によって接合された被接合物１４の接合領域Ｓ１４を示す断面図である。
【図９】公転直径Ｄ９０が、端面直径Ｄ２８よりも大きい場合の接合領域Ｓ１４を示す被接合物１４の平面図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態であるスポット接合方法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であるスポット接合装置１０Ｘの装置本体１５Ｘを示す主要な構成を示す断面図である。
【図１２】スポット接合装置１０Ｘの全体の構成を簡略化して示す正面図である。
【図１３】スポット接合装置１０Ｘを用いて実行されるスポット接合方法を示すフローチャートである。
【図１４】スポット接合装置１０Ｘを用いたスポット接合方法を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施のさらに他の形態であるスポット接合方法における公転を説明するために、接合ツール１１の一部を示す正面図である。
【図１６】本発明の実施のさらに他の形態であるスポット接合方法における公転を説明するために、接合ツール１１の一部を示す正面図である。
【図１７】従来の技術のスポット接合方法を示す断面図である。
【図１８】従来の技術のスポット接合方法によって接合された接合部１を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ｘ　スポット接合装置
１１　接合ツール
１４　被接合物
１５　接合ガン
１５Ｘ　装置本体
１６　ロボット
１９　基体
２１　ツール保持具
２２　自転駆動手段
２３　公転駆動手段
２４　変位駆動手段
２５　本体部
２６　ピン部
２８　端面
１００　ピン駆動手段
１５０　被接合物保持台
Ｌ１１　自転軸線
Ｌ３０　公転軸線
【図１】
2004122211.tif 000003
【図２】
2004122211.tif 000004
【図３】
2004122211.tif 000005
【図４】
2004122211.tif 000006
【図５】
2004122211.tif 000007
【図６】
2004122211.tif 000008
【図７】
2004122211.tif 000009
【図８】
2004122211.tif 000010
【図９】
2004122211.tif 000011
【図１０】
2004122211.tif 000012
【図１１】
2004122211.tif 000013
【図１２】
2004122211.tif 000014
【図１３】
2004122211.tif 000015
【図１４】
2004122211.tif 000016
【図１５】
2004122211.tif 000017
【図１６】
2004122211.tif 000018
【図１７】
2004122211.tif 000019
【図１８】
2004122211.tif 000020