(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合物のうちで予め設定される第１接合部分の近傍に、円柱状の接合ツールを移動させる第１移動工程と、
接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第１接合部分に没入させて、被接合物を構成する複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第１摩擦撹拌工程と、
接合ツールを被接合物の第１接合部分から退出させ、被接合物のうちで、第１接合部分に近接する位置に設定される第２接合部分の近傍に、接合ツールを移動させる第２移動工程と、
接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第２接合部分に没入させて、複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第２摩擦撹拌工程とを含み、
第１摩擦撹拌工程と、第２摩擦撹拌工程とで、接合条件を異ならせ、
第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌工程に比べて、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を短くすることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
第１摩擦撹拌工程によって被接合物の温度が上昇する高温部分の一部に第２接合部分が設定されることを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項３】
各摩擦撹拌工程によって被接合物の金属結晶組織が均一化される接合領域がそれぞれ略円環状となるように、第１接合部分の中心と第２接合部分の中心との間の距離である打点間隔Ｐが設定されることを特徴とする請求項２記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項４】
略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される接合ツールを用い、
第１摩擦撹拌工程によって形成される第１接合領域の外径半径ｗ１と、ショルダ部の半径Ｓｒとを加算した値（ｗ１＋Ｓｒ）よりも大きくなるように、前記打点間隔Ｐが設定されることを特徴とする請求項３記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項５】
接合後の被接合物に力が与えられる方向に対して直交するように、第１接合部分と第２接合部分との並ぶ方向が設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項６】
各摩擦撹拌工程では、接合ツールが被接合物に没入する没入量が予め定める値に達すると、被接合物からの接合ツールの退出を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項７】
第２移動工程において、第１接合部分から退出させた接合ツールを、被接合物表面に近接した位置を通過させて、第２接合部分の近傍に移動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの摩擦撹拌接合方法を摩擦撹拌接合装置に行わせる制御装置であって、接合すべき被接合物と各接合部分に関連する関連情報に基づいて、接合ツールの移動経路を決定することを特徴とする制御装置。
【請求項９】
ロボットアームの先端部に連結される基体と、
基体に、予め定める基準軸線まわりに回転可能でかつ基準軸線に沿って直線に変位可能に支持されるツール保持部と、
ツール保持部を基準軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
ツール保持部を基準軸線に沿う方向に直進駆動する直進駆動手段と、
回転駆動手段と、直進駆動手段と、ロボットアームに設けられる複数のアーム駆動手段とを制御するコントローラと、
基体に固定され、ツール保持部に対して対向する位置に配置される受け台と、
ツール保持部に着脱可能に設けられる円柱状の接合ツールとを含み、
受け台と接合ツールとで被接合物を挟持して、当該被接合物に設定される複数の接合部分を順番にスポット接合し、
前記コントローラは、被接合物のうちで予め設定される第１接合部分の近傍に、円柱状の接合ツールを移動させ、接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第１接合部分に没入させて、被接合物を構成する複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第１摩擦撹拌を行い、
接合ツールを被接合物の第１接合部分から退出させ、被接合物のうちで、第１接合部分に近接する位置に設定される第２接合部分の近傍に、接合ツールを移動させ、接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第２接合部分に没入させて、複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第２摩擦撹拌を行い、
第１摩擦撹拌と、第２摩擦撹拌とで、接合条件を異ならせ、
第２摩擦撹拌では、第１摩擦撹拌に比べて、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を短くするように各駆動手段を制御することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の被接合部材を接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被接合物を構成する複数の被接合部材を接合する従来技術として、摩擦撹拌接合方法がある。この方法は、回転する接合ツールを被接合物に押付けたときに発生する摩擦熱によって、複数の被接合部材の重ね合わせ部分を流動化させるとともに撹拌して、複数の被接合部材を接合する方法である。摩擦撹拌接合のうち、第１の従来技術として摩擦撹拌スポット接合があり（特許文献１参照）、第２の従来技術として摩擦撹拌連続接合がある（特許文献２参照）。
【０００３】
第１の従来技術では、高い接合強度を得るためには、大径の接合ツールが用いられることになる。この場合、接合ツールが被接合物に与える入熱量が大きくなり、接合すべき複数の被接合部材が流動化する流動領域が増大して、被接合物の接合強度が向上する。
【０００４】
第２従来技術では、回転させながら接合ツールをその軸線と直交する方向に移動させることで、流動領域が増大して被接合物の接合強度が向上する。
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７１３３８号明細書
【特許文献２】特許第２７１２８３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１の従来技術において、接合強度を局所的に向上するためにツール径を太くすると、被接合物の接合可能領域が狭い場合には、スポット接合を行うことが困難となる。また接合部分の周囲の空間が狭い場合には、他の部材などに干渉してしまう。したがって、接合可能な適用箇所が制限されてしまう。また大径の接合ツールでは、被接合物に没入させるに費やす没入時間が長くなり、作業性が低いという問題がある。
【０００７】
第２の従来技術では、第１の従来技術と同様の問題が生じる。また第２の従来技術では、接合ツールをその軸線と直交する方向に移動させる必要があるので、接合装置に要求される剛性が高くなる。これによって接合装置が大形化してしまい、接合可能な適用箇所が制限されるという問題がある。
【０００８】
このほかに複数の被接合部材を接合する方法として、抵抗スポット接合がある。抵抗スポット接合は、被接合物に電流を流したときに被接合物に発生するジュール熱を利用して、複数の被接合部材を接合する方法である。抵抗スポット接合方法を用いると、被接合物に設定される第１接合部分をスポット接合したあとで、第１接合部分に近接する第２接合部分を接合しようとした場合、電流が第１接合部分を流れる分流現象が生じ、接合不良が発生してしまう。したがって第１接合部分と第２接合部分とを十分に離反させなければならず、被接合物の接合強度を局所的に高くすることができない。
【０００９】
したがって本発明の目的は、被接合物の接合強度を局所的に向上するとともに、接合可能な適用範囲を広げることができる接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被接合物のうちで予め設定される第１接合部分の近傍に、円柱状の接合ツールを移動させる第１移動工程と、
接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第１接合部分に没入させて、被接合物を構成する複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第１摩擦撹拌工程と、
接合ツールを被接合物の第１接合部分から退出させ、被接合物のうちで、第１接合部分に近接する位置に設定される第２接合部分の近傍に、接合ツールを移動させる第２移動工程と、
接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第２接合部分に没入させて、複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第２摩擦撹拌工程とを含み、
第１摩擦撹拌工程と、第２摩擦撹拌工程とで、接合条件を異ならせ、
第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌工程に比べて、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を短くすることを特徴とする摩擦撹拌接合方法である。
【００１１】
また本発明は、第１摩擦撹拌工程によって被接合物の温度が上昇する高温部分の一部に第２接合部分が設定されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、各摩擦撹拌工程によって被接合物の金属結晶組織が均一化される接合領域がそれぞれ略円環状となるように、第１接合部分の中心と第２接合部分の中心との間の距離である打点間隔Ｐが設定されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、略円柱状に形成されるショルダ部と、ショルダ部に対して同軸に形成されてショルダ部から軸線方向一方に突出し、ショルダ部よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部とが形成される接合ツールを用い、
第１摩擦撹拌工程によって形成される第１接合領域の外径半径ｗ１と、ショルダ部の半径Ｓｒとを加算した値（ｗ１＋Ｓｒ）よりも大きくなるように、前記打点間隔Ｐが設定されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、接合後の被接合物に力が与えられる方向に対して直交するように、第１接合部分と第２接合部分との並ぶ方向が設定されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、各摩擦撹拌工程では、接合ツールが被接合物に没入する没入量が予め定める値に達すると、被接合物からの接合ツールの退出を開始することを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、第２移動工程において、第１接合部分から退出させた接合ツールを、被接合物表面に近接した位置を通過させて、第２接合部分の近傍に移動させることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記摩擦撹拌接合方法を摩擦撹拌接合装置に行わせる制御装置であって、接合すべき被接合物と各接合部分に関連する関連情報に基づいて、接合ツールの移動経路を決定することを特徴とする制御装置である。
また本発明は、ロボットアームの先端部に連結される基体と、
基体に、予め定める基準軸線まわりに回転可能でかつ基準軸線に沿って直線に変位可能に支持されるツール保持部と、
ツール保持部を基準軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
ツール保持部を基準軸線に沿う方向に直進駆動する直進駆動手段と、
回転駆動手段と、直進駆動手段と、ロボットアームに設けられる複数のアーム駆動手段とを制御するコントローラと、
基体に固定され、ツール保持部に対して対向する位置に配置される受け台と、
ツール保持部に着脱可能に設けられる円柱状の接合ツールとを含み、
受け台と接合ツールとで被接合物を挟持して、当該被接合物に設定される複数の接合部分を順番にスポット接合し、
前記コントローラは、被接合物のうちで予め設定される第１接合部分の近傍に、円柱状の接合ツールを移動させ、接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第１接合部分に没入させて、被接合物を構成する複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第１摩擦撹拌を行い、
接合ツールを被接合物の第１接合部分から退出させ、被接合物のうちで、第１接合部分に近接する位置に設定される第２接合部分の近傍に、接合ツールを移動させ、接合ツールを軸線まわりに回転させながら、接合ツールを軸線に沿って被接合物の第２接合部分に没入させて、複数の被接合部材を互いに摩擦撹拌接合する第２摩擦撹拌を行い、
第１摩擦撹拌と、第２摩擦撹拌とで、接合条件を異ならせ、
第２摩擦撹拌では、第１摩擦撹拌に比べて、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を短くするように各駆動手段を制御することを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の本発明に従えば、第１移動工程において接合ツールを被接合物の第１接合部分の近傍に移動させた後、第１摩擦撹拌工程において第１接合部分を摩擦撹拌接合する。次に、第２移動工程において接合ツールを被接合物の第２接合部分の近傍に移動させた後、第２摩擦撹拌工程において第２接合部分を摩擦撹拌接合する。
【００２３】
本発明によれば、各接合部分で摩擦撹拌接合することによって、抵抗スポット接合に比べて、第１接合部分と第２接合部分との間隔を狭めることができ、被接合物の接合強度を局所的に高めることができる。また、複数回の没入を繰返すことで、大径の接合ツールを用いずとも、大径の接合ツールによって被接合物に生じる流動領域とほぼ同じ体積の流動領域を形成することができる。これによって大径の接合ツールを用いて摩擦撹拌接合した場合と同等の接合強度を得ることができる。また小径の接合ツールを用いることで、被接合物の接合可能部分が狭い場合、接合部分の周囲の空間が狭い場合などであっても、接合部分を接合することができ、摩擦撹拌適用可能な範囲を広げることができる。
【００２４】
また大径の接合ツールを被接合物に没入する場合に比べて、各摩擦撹拌工程でそれぞれ発生する入熱量を低くすることができるので、被接合物に生じる熱ひずみを小さくすることができ、接合品質を向上することができる。また摩擦撹拌連続接合を行う場合に比べて、接合装置が必要とする剛性を低くすることができ、接合装置を小形化することができる。また接合装置を小形化することで、摩擦撹拌適用可能な範囲を広げることができる。
また第１摩擦撹拌工程と、第２摩擦撹拌工程とで接合条件を異ならせることによって、第１摩擦撹拌工程と、第２摩擦撹拌工程とにおける接合部分の温度の違いに応じた摩擦撹拌接合を行うことができる。このように本発明によれば、接合部分の温度変化に応じた摩擦撹拌接合を行うことができる。
また第２摩擦撹拌工程で、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を低下させる。第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌工程に比べて、接合ツールおよび第２接合部分の温度が上昇している。本発明によれば、第２摩擦撹拌工程で、接合ツールの没入時間を短縮することで、接合後の第２接合部分の板厚を予め定める値に保つことができ、接合ツールが被接合物を貫通することを防ぐことができる。また接合ツールの没入時間を短縮することで、短時間に第２摩擦撹拌工程を終了することができ、作業効率を向上することができる。
【００２５】
請求項２記載の本発明に従えば、第１摩擦撹拌工程によって、被接合物のうちで常温に比べて温度が上昇する高温部分が生じる。次に、第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌工程によって生じた高温部分の一部を第２接合部分として、その第２接合部分に接合ツールを没入する。
【００２６】
本発明によれば、第２接合部分は、第１摩擦撹拌工程で既に温度上昇した状態であるので、第１摩擦撹拌工程に比べて接合ツールを被接合物に没入させやすくすることができる。これによって接合ツールの摩耗を少なくして、ツール寿命を延ばすことができる。
【００２７】
請求項３記載の本発明に従えば、各摩擦撹拌工程によって形成される接合領域がそれぞれ略円環状となるように打点間隔Ｐが設定される。接合領域が略円環状に対して乱れた形状となると接合強度が低下してしまうが、本発明によれば、上述したように各接合領域がそれぞれ略円環状となるように打点間隔Ｐが設定されるので、接合領域の変形に起因する接合強度の低下を抑えることができ、被接合物の接合強度を向上することができる。
【００２８】
請求項４記載の本発明に従えば、第１接合領域の外径半径ｗ１と、ショルダ部の半径Ｓｒとを加算した値（ｗ１＋Ｓｒ）よりも大きくなるように、前記打点間隔Ｐが設定される。この場合、第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌接合工程で生じた第１接合領域に対して半径方向に離れた位置にショルダ部が位置する。言い換えると第１接合領域の軸線方向にショルダ部が並ぶことが防がれる。これによって、第２摩擦撹拌工程におけるショルダ部の回転によって、第１接合領域が変形することが防がれる。
【００２９】
本発明によれば、第１接合領域の変形が防がれるので、各摩擦撹拌工程で形成される接合領域をそれぞれ略円環状となるように形成することができ、接合領域の変形に起因する接合強度の低下を抑えることができる。したがって被接合物の接合強度を向上することができる。
【００３０】
また請求項５記載の本発明に従えば、接合後の被接合物に力が与えられる方向に対して直交する方向に各接合部分が並べられる。これによって接合後の被接合物に力が与えられる方向の接合強度を向上することができ、複数の被接合部材が互いに離反することをより確実に防ぐことができる。たとえば接合後の接合物に引張力が与えられる引張方向が決定している場合、その引張方向に直交する方向に並べて、第１接合部分および第２接合部分を設定する。これによって接合後の被接合物が引張力によって離反することをより確実に防ぐことができる。
【００３４】
また請求項６記載の本発明に従えば、各摩擦撹拌工程では、接合ツールの位置を調べ、被接合物における接合ツールの没入量が予め定める値に達すると、接合ツールを被接合物から退出させる。これによって被接合物に形成される接合跡の形状を所定形状に保つことができる。具体的には、各接合部分における板厚、いわゆる残母板厚を一定に保つことができ、接合品質を向上することができる。特に、第２摩擦撹拌工程では、第１摩擦撹拌工程における第２接合部分の温度上昇によって、第２接合部分の接合跡の形状を所定形状に保つことが困難となるが、本発明のように接合ツールの没入量が予め定める値に達すると接合ツールを被接合物から退出させることによって、第２接合部分の接合跡の形状も所定形状に保つことができ、接合品質を向上することができる。
【００３５】
このように本発明によれば、複数の摩擦撹拌工程を連続して行った場合における接合部分の温度バラツキが生じたとしても、接合ツールの没入量を制御することで、各接合部分の接合跡を予め定める形状に保つことができ、接合品質を向上することができる。
【００３７】
また請求項７記載の本発明に従えば、第２移動工程において、接合ツールを被接合物表面に近接した位置を通過させて、第２接合部分の近傍に移動させる。この場合、第２摩擦撹拌工程を開始してから、接合ツールが被接合物に没入するまでの時間を短縮させることができ、接合動作に費やす接合時間を短縮することができる。
【００３８】
また請求項８記載の本発明に従えば、制御装置は、接合すべき被接合物と各接合部分に関連する関連情報に基づいて、接合ツールの移動経路を決定する。制御装置は、決定した移動経路を接合ツールが移動するように接合装置を制御して、上述する第１移動工程、第１摩擦撹拌工程、第２移動工程および第２摩擦撹拌接合工程を順番に行う。これによって作業者などは、関連情報を入力するだけでよい。したがって本発明によれば、第１接合部分、第２接合部分および接合ツールの移動経路などの詳細を制御装置に教示する教示作業を行う必要がなく、利便性を向上することができる。
請求項９記載の本発明に従えば、接合ツールを被接合物の第１接合部分の近傍に移動させた後、第１摩擦撹拌において第１接合部分を摩擦撹拌接合する。次に、接合ツールを被接合物の第２接合部分の近傍に移動させた後、第２摩擦撹拌において第２接合部分を摩擦撹拌接合する。
本発明によれば、各接合部分で摩擦撹拌接合することによって、抵抗スポット接合に比べて、第１接合部分と第２接合部分との間隔を狭めることができ、被接合物の接合強度を局所的に高めることができる。また、複数回の没入を繰返すことで、大径の接合ツールを用いずとも、大径の接合ツールによって被接合物に生じる流動領域とほぼ同じ体積の流動領域を形成することができる。これによって大径の接合ツールを用いて摩擦撹拌接合した場合と同等の接合強度を得ることができる。また小径の接合ツールを用いることで、被接合物の接合可能部分が狭い場合、接合部分の周囲の空間が狭い場合などであっても、接合部分を接合することができ、摩擦撹拌適用可能な範囲を広げることができる。
また大径の接合ツールを被接合物に没入する場合に比べて、各摩擦撹拌でそれぞれ発生する入熱量を低くすることができるので、被接合物に生じる熱ひずみを小さくすることができ、接合品質を向上することができる。また摩擦撹拌連続接合を行う場合に比べて、接合装置が必要とする剛性を低くすることができ、接合装置を小形化することができる。また接合装置を小形化することで、摩擦撹拌適用可能な範囲を広げることができる。
また第１摩擦撹拌と、第２摩擦撹拌とで接合条件を異ならせることによって、第１摩擦撹拌と、第２摩擦撹拌とにおける接合部分の温度の違いに応じた摩擦撹拌接合を行うことができる。このように本発明によれば、接合部分の温度変化に応じた摩擦撹拌接合を行うことができる。
また第２摩擦撹拌で、接合ツールを被接合物に没入させる没入時間を低下させる。第２摩擦撹拌では、第１摩擦撹拌に比べて、接合ツールおよび第２接合部分の温度が上昇している。本発明によれば、第２摩擦撹拌で、接合ツールの没入時間を短縮することで、接合後の第２接合部分の板厚を予め定める値に保つことができ、接合ツールが被接合物を貫通することを防ぐことができる。また接合ツールの没入時間を短縮することで、短時間に第２摩擦撹拌を終了することができ、作業効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態である摩擦撹拌接合装置５１を含む接合設備５０を示す斜視図である。本発明の第１実施形態である摩擦撹拌接合装置５１（以下、単に接合装置５１と称する）は、被接合物２７を構成する複数の被接合部材２５，２６を摩擦撹拌接合（Friction Stir Welding：略称ＦＳＷ）する。接合装置５１は、ロボットなどの移動手段によって搬送されて、被接合物２７に複数点在して設定される接合部分２３，２４で、各被接合部材２５，２６をそれぞれスポット接合する。本実施の形態では、被接合物２７は、アルミニウム合金からなる２つの被接合部材２５，２６が重ねられて構成され、接合後の被接合物２７は、自動車ボディや鉄道車両構体などの外板の一部を構成する。
【００４０】
接合装置５１は、略円柱状の接合ツール２０を着脱可能に保持し、接合ツール２０を用いて摩擦撹拌接合を行う。接合装置５１は、接合ツール２０をその軸線まわりに回転させながら、接合ツール２０を軸線方向に沿って移動させて、被接合物２７に設定される接合部分２３，２４に押付ける。接合ツール２０の先端部が回転しながら被接合物２７に摺接することで、接合ツール２０と被接合物２７との間で摩擦熱が生じ、摩擦熱によって各被接合部材２５，２６の境界部分がそれぞれ流動化して撹拌される。流動化した各被接合部材２５，２６が互いに混ぜ合わされた接合領域が固まることで、接合領域で各被接合部材２５，２６を接合することができる。
【００４１】
図１に示すように、接合設備５０は、接合装置５１と、接合装置５１を変位自在に保持する多関節ロボット５２と、接合装置５１および多関節ロボット５２を制御するコントローラ５３と、接合装置５１および多関節ロボット５２に動力を供給するための電源供給装置５４と、２つの被接合部材２５，２６を重ね合わせた状態で保持する保持装置５５とを含んで構成される。接合装置５１は、多関節ロボット５２によって移動されることで、被接合物２７に設定される複数の接合部分２３，２４を順番にスポット接合することができる。
【００４２】
図２は、接合装置５１の構成を示すブロック図である。接合装置５１は、ツール保持部５７と、回転駆動手段５８と、直進駆動手段５９と、受け台６０と、基体６１とを含んで構成される。接合装置５１の基体６１には、予め定める基準軸線Ｌ１が設定される。
【００４３】
ツール保持部５７は、基準軸線Ｌ１まわりに回転可能でかつ基準軸線Ｌ１に沿って直線変位可能に基体６１に支持され、接合ツール２０を着脱可能に構成される。ツール保持部５７は、接合ツール２０の軸線と前記基準軸線Ｌ１とを一致させて、接合ツール２０を保持する。以下、接合ツール２０の軸線を接合装置５１の基準軸線Ｌ１と同じ参照符号を付する。
【００４４】
回転駆動手段５８は、ツール保持部５７を基準軸線Ｌ１まわりに回転駆動する。直進駆動手段５９は、ツール保持部５７を基準軸線Ｌ１に沿う方向である軸線方向Ｘに直進駆動する。具体的には、各駆動手段５８，５９は、サーボモータをそれぞれ含んで実現される。各サーボモータは、動力伝達機構を介して、動力をツール保持部５７に伝える。これによってツール保持部５７は、各駆動手段５８，５９によって、回転駆動または直線駆動される。
【００４５】
各駆動手段５８，５９は、各サーボモータの出力トルクおよび回転速度が予め定める値となるように、コントローラ５３によって制御される。本実施の形態では、各駆動手段５８，５９は、各サーボモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、サーボモータの出力軸の回転速度を検出する速度検出手段とがそれぞれ設けられる。各検出手段は、検出結果をコントローラ５３に与える。
【００４６】
ここで、回転駆動手段５８に設けられる速度検出手段は、接合ツール２０の回転速度を検出するツール回転速度検出手段となる。また直進駆動手段５９に設けられる速度検出手段は、接合ツール２０の没入量を検出するためのツール位置検出手段となる。また直進駆動手段５９に設けられる電流検出手段は、接合ツール２０が被接合物２７を加圧する加圧力を検出するツール加圧力検出手段となる。
【００４７】
受け台６０は、基体６１に固定され、ツール保持部５７に対して対向する位置に配置される。受け台６０は、摩擦撹拌接合にあたって、接合ツール２０と反対側から被接合物２７を支持する。本実施の形態では、受け台６０は、接合ツール２０と同様の直径を有する円柱状に形成され、基準軸線Ｌ１に同軸に配置される。
【００４８】
基体６１は、多関節ロボット５２のロボットアームの先端部５６に連結され、ツール保持部５７、各駆動手段５８，５９および受け台６０を直接または間接的に支持する。基体６１は、ロボット５２によって任意の位置および姿勢に変位駆動される。本実施の形態では、基体６１は、Ｃ字状に形成される。受け台６０は、基体６１のうちで周方向一端部６２に設けられる。ツール保持部５７は、基体６１のうちで周方向他端部６３に設けられる。
【００４９】
ツール保持部５７と受け台６０とは、軸線方向Ｘに間隔をあけて並んで配置される。ツール保持部５７と受け台６０との間に、被接合物２７が配置された状態で、ツール保持部５７が受け台６０に向けて軸線方向Ｘに移動することで、ツール保持部５７に保持される接合ツール２０と、受け台６０とによって被接合物２７を挟持することができる。以下、軸線方向Ｘのうちで、ツール保持部５７が受け台６０に近接する方向を前進方向Ｘ１と称し、ツール保持部５７が受け台６０から離反する方向を後進方向Ｘ２と称する。
【００５０】
コントローラ５３は、ロボットアームに設けられる複数のアーム駆動手段をそれぞれ制御する。またコントローラ５３は、回転駆動手段５８および直進駆動手段５９に設けられる各検出手段の検出結果に基づいて、回転駆動手段５８および直進駆動手段５９をフィードバック制御する。コントローラ５３が接合装置５１の各駆動手段５８，５９を制御することによって、目的とする回転速度および加圧力で、接合ツール２０を被接合物２７に没入させることができる。
【００５１】
コントローラ５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成される演算処理回路６４と、インターフェースとなる入出力回路６５と、ＲＡＭ（Random Access
Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含んで実現される記憶回路６６とを有する。記憶回路６６には、接合装置５１の動作条件と、基体６１の移動経路を示す移動情報と、接合動作手順とがそれぞれ記憶される。接合動作手順は、動作プログラムとして記憶回路に記憶され、演算処理回路６４が動作プログラムを実行することによって、接合装置５１の接合動作を制御することができる。
【００５２】
たとえば動作条件は、接合ツール２０の回転速度、加圧力および没入時間を含み、被接合物２７の材質および形状などの接合状態に応じて予め最適な値が記憶される。動作条件は、予め実験または理論式などによって求められ、作業者などから前もって入力される。また移動情報は、被接合物２７に設定される接合部分２３，２４の位置、基体６１の移動経路上に設定される教示位置などである。移動情報は、作業者によるロボット５２のティーチング動作などによって予め入力される。動作条件および移動情報は、接合動作を行う前に予め記憶回路６６に記憶される。
【００５３】
コントローラ５３の演算処理回路６４は、記憶回路６６から動作条件および移動情報を読出し、動作プログラムを実行することによって、予め定める接合手順に従って、接合装置５１の各駆動手段５８，５９およびロボット５２のアーム駆動手段を制御することができる。演算処理回路６４は、入出力回路６５を介して接合装置５１およびロボットアーム５２から与えられる情報を受取るとともに、入出力回路６５を介して接合装置５１およびロボット５２に演算結果を与える。また本実施の形態では、接合ツール２０の没入時間をカウントするためのタイマ回路６７を有する。
【００５４】
コントローラ５３は、接合ツール２０の回転速度が予め定める設定速度になるように回転駆動手段５８をフィードバック制御する。したがって接合ツール２０が被接合物２７に没入して、接合ツール２０の回転速度が低下した場合には、回転駆動手段５８のサーボモータに与える電流を増加させる。またコントローラ５３は、接合ツール２０の回転速度の低下、あるいは回転駆動手段５８に与える電流の増加を判断して、接合ツール２０の先端部が被接合物２７に没入した時点を判断することができる。
【００５５】
接合ツール２０は、略円柱状に形成されるショルダ部２１と、ショルダ部２１に対して同軸に形成されてショルダ部２１から軸線方向一方に突出し、ショルダ部２１よりも外径が小さい略円柱状に形成されるピン部２２とを有する。接合ツール２０は、ピン部２２が受け台６０に臨むようにツール保持部５７に取り付けられる。これによって接合ツール２０は、ショルダ部２１よりも先にピン部２２が、被接合物６３に没入する。
【００５６】
図３は、コントローラ５３による接合動作を示すフローチャートである。また図４は、接合動作を示す断面図であり、図４（１）〜図４（６）の順番に接合動作が行われる。本実施の形態では、接合装置５１は、接合ツール２０を第１接合部分２３に没入させた後、第１接合部分２３に近接した第２接合部分２４に接合ツール２０を没入させる。
【００５７】
本実施形態では、ステップａ０で、ツール保持部５７に接合ツール２０が保持されるなどして接合準備が完了して、動作条件および位置情報を記憶した状態で、コントローラ５３は、作業者などによって接合開始命令が与えられると、ステップａ１に進み、接合動作を開始する。
【００５８】
ステップａ１では、コントローラ５３は、アーム駆動手段に動作指令を与え、基体６１を予め定める第１待機位置に移動させる。基体６１が第１待機位置に移動すると、接合ツール２０は、被接合物２７に設定される第１接合部分２３の近傍の第１準備位置に配置され、受け台６０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２７に当接する。接合ツール２０は、第１準備位置に配置された場合、第１接合部分２３に対して軸線方向Ｘに間隔をあけて配置される。このように基体６１を第１待機位置に移動させると、ステップａ２に進む。
【００５９】
ステップａ２では、コントローラ５３は、回転駆動手段５８を制御して、ツール保持部５７を回転させる。これによってツール保持部５７とともに接合ツール２０が軸線Ｌ１まわりに回転し、予め定める回転速度に達すると、ステップａ３に進む。ステップａ３では、コントローラ５３は、直進駆動手段５９を制御して、ツール保持部５７を被接合物２７に向かって前進方向Ｘ１に移動させる。これによって接合ツール２０は、軸線Ｌ１まわりに回転しながら被接合物２７に向かう。接合ツール２０の直進を開始するとステップａ４に進む。
【００６０】
ステップａ４において、図４（１）に示すように、接合ツール２０は、ピン部２２から被接合物２７の第１接合部分２３に没入する。接合ツール２０は、前進方向Ｘ１にさらに移動することで、図４（２）に示すように、ショルダ部２１が被接合物２７の第１接合部分２３に没入する。軸線Ｌ１まわりに回転した状態で、接合ツール２０が被接合物２７に没入するので、ショルダ部２１およびピン部２２と、被接合物２７との間で摩擦熱が生じる。この摩擦熱によって、軟化した各被接合部材２５，２６が接合ツール２０に引きずられて、軸線Ｌ１まわりに塑性流動して撹拌される。これによって第１接合部分２３に、各被接合部材２５，２６が流動化した流動化領域２８が形成される。
【００６１】
ステップａ４において、コントローラ５３は、ピン部２２が被接合物２７に没入したことを判断してから、タイマ回路６７による計測を開始して、予め定められる没入時間が経過すると、ステップａ５に進む。またステップａ４において、没入時間が経過していないと判断すると、接合ツール２０の軸線方向Ｘの進行を継続する。
【００６２】
ステップａ５では、コントローラ５３は、直進駆動手段５９を制御して、ツール保持部５７を被接合物２７から離反する後進方向Ｘ２に移動させる。これによって図４（３）に示すように、接合ツール２０は、軸線Ｌ１まわりに回転しながら被接合物２７から退出する。コントローラ５３は、後進方向Ｘ２の移動を開始してから予め定める退出時間が経過すると、接合ツール２０が被接合物２７から退出したことを判断し、ステップａ６に進む。
【００６３】
ステップａ６では、コントローラ５３は、第２接合部分２４の接合が完了したかどうかを判断し、第２接合部分２４の接合が完了していないと判断すると、ステップａ７に進む。ステップａ７では、コントローラ５３は、アーム駆動手段に動作指令を与え、基体６１を第２待機位置に移動させる。基体６１が第２待機位置に移動すると、接合ツール２０は、被接合物２７に設定される第２接合部分２４の近傍の第２準備位置に配置され、受け台６０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２７に当接する。接合ツール２０は、第２準備位置に配置された場合、第２接合部分２４に対して軸線方向Ｘに間隔をあけて配置される。このように基体６１を第２待機位置に移動させると、ステップａ３に戻る。そして図４（４）〜図４（６）に示すように、ステップａ３〜ステップａ６を順に進む。これによって第２接合部分２４に、各被接合部材２５，２６が流動化した流動化領域２９が形成される。
【００６４】
ステップａ６において、コントローラ５３は、第２接合部分２４の接合が完了したことを判断すると、ステップａ８に進む。ステップａ８では、コントローラ５３は、回転駆動手段５８を制御して、ツール保持部５７の回転を停止してステップａ９に進む。ステップａ９では、コントローラ５３は接合動作を終了する。
【００６５】
このように本実施の形態では、第１接合部分２３の近傍の第１準備位置に接合ツール２０を移動させる第１移動工程と、接合ツール２０を第１接合部分２３に没入させて、摩擦撹拌接合する第１摩擦撹拌工程と、接合ツール２０を被接合物２７の第１接合部分２３から退出させて、第２接合部分２４の近傍の第２準備位置に接合ツール２０を移動させる第２移動工程と、接合ツール２０を被接合物２７の第２接合部分２４に没入させて、摩擦撹拌接合する第２摩擦撹拌工程とを含む。本実施の形態によれば、実験の結果、１つの接合部分２３だけを接合した場合に比べて、接合後の被接合物２７の接合強度を約１．６倍〜１．８倍に向上させることができる。
【００６６】
図５は、被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す平面図である。図５（１）は接合跡１２３，１２４を示す写真であり、図５（２）は接合跡１２３，１２４を模式的に示す図である。本実施の形態では、被接合物２７に設定される第１接合部分２３と第２接合部分２４とでそれぞれ摩擦撹拌スポット接合する。これによって第１接合部分２３と第２接合部分２４とを、極めて近接した位置に配置可能であり、第１接合部分２３の接合跡１２３と、第２接合部分２４の接合跡１２４とを重ならせることができる。
【００６７】
したがって抵抗スポット接合を用いて、２つの接合部分２３，２４で被接合物２７を接合する場合に比べて、第１接合部分２３の中心と第２接合部分２４の中心との間隔である打点間隔Ｐを狭めることができ、被接合物２７の接合強度を局所的に高めることができる。ここで打点間隔Ｐは、第１摩擦撹拌工程での基準軸線Ｌ１と、第２摩擦撹拌工程での基準軸線Ｌ１との間の距離と一致する。
【００６８】
また本実施の形態では、第２接合部分２４は、被接合物２７のうちで第１摩擦撹拌工程によって温度が上昇する高温部分３２の一部に設定される。言い換えると、第２接合部分２４は、接合ツール２０が第２接合部分２４に没入するときに、常温よりも高い温度となる高温部分３２の一部に設定される。
【００６９】
たとえば第１摩擦撹拌工程を終えた状態で、被接合物２７の温度が常温に比べて上昇する高温領域を規定するような、第１接合部分２３を中心とする半径を昇温半径Ｒ１とする。この場合、打点間隔Ｐは、昇温半径Ｒ１よりも小さく設定される。
【００７０】
これによって第２接合部分２４に接合ツール２０を没入させる場合、第１摩擦撹拌工程によって、既に第２接合部分２４が予熱されているので、接合ツール２０を第２接合部分２４に没入させやすくすることができる。したがって接合ツール２０が被接合物２７から受ける抵抗力を減らして、接合ツール２０の寿命を延ばすことができる。
【００７１】
本実施の形態では、第２接合部分２４は、第１摩擦撹拌工程によって温度が常温に比べて約１００〜１５０℃以上に上昇する部分に設定される。これによって第１摩擦撹拌工程による第２接合部分２４の予熱効果を十分に得ることができる。また本実施形態では、打点間隔Ｐが、ショルダ部２１の直径よりも短い距離に設定される。これによって高温部分３２の一部に第２接合部分２４を確実に設定することができる。
【００７２】
図６は、被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す断面図である。図６（１）は接合跡１２３，１２４を示す写真であり、図６（２）は接合跡１２３，１２４を模式的に示す図である。第１接合部分２３の接合跡を第１接合跡１２３と称し、第２接合部分２４の接合跡を第２接合跡１２４と称すると、各接合跡１２３，１２４には、摩擦撹拌工程において接合ツール２０によって軸線まわりに塑性流動した流動化領域２８，２９が形成される。
【００７３】
各流動化領域２８，２９のうちで、摩擦撹拌工程においてピン部２２に隣接する領域が接合領域３０，３１となる。接合領域３０，３１は、流動化領域２８，２９のうちで、半径方向内周側部分に形成され、摩擦撹拌工程において２つの被接合部材２５，２６が互いに混ぜ合わされた領域である。また接合領域３０，３１の金属結晶組織は、緻密な再結晶組織からなり、被接合物２７の接合強度に与える影響が大きい。
【００７４】
各流動化領域２８，２９のそれぞれの接合領域３０，３１は、本実施形態では円環状に形成され、軸線を含んで軸線に平行な切断面線の形状が周方向にわたってほぼ一様に形成される。言い換えると、接合領域３０，３１の周方向の断面形状が一様な略円環形状に形成されるように、打点間隔Ｐの距離が設定される。
【００７５】
打点間隔Ｐは、ショルダ部２１の半径Ｓｒよりも小さくすると、第２摩擦撹拌工程において、ピン部２２が第１接合跡１２３に引込まれる現象が生じ、第２摩擦撹拌工程を安定して行うことができない。したがって本実施の形態では、打点間隔Ｐは、少なくともショルダ部２１の半径Ｓｒを超える寸法に設定される。
【００７６】
また図６（２）に示すように、本実施の形態では、打点間隔Ｐは、第１接合部分２３に形成される第１接合領域３０の外径半径ｗ１と、ショルダ部２１の半径Ｓｒとを加算した値（ｗ１＋Ｓｒ）よりも大きく設定される（Ｐ＞（ｗ１＋Ｓｒ））。この場合、第２摩擦撹拌工程では、第１接合領域３０に対して、半径方向に予め定める余分距離Ｆだけ離れた位置にショルダ部２１が位置する。言い換えると第２摩擦撹拌工程では、第１接合領域３０の軸線方向にショルダ部２１が位置することが防がれる。
【００７７】
このように打点間隔Ｐを設定することで、第２摩擦撹拌工程においてショルダ部２１が回転しても、略円環状形状の第１接合領域３０が不所望に変形することが防がれる。本実施の形態では、第１接合領域３０の外径半径ｗ１は、２．８ｍｍに設定され、ショルダ部２１の半径Ｓｒが５．０ｍｍに設定されるので、打点間隔Ｐは、７．８ｍｍを超えて設定されることが好ましい。具体的には本実施形態では、打点間隔Ｐは、８ｍｍに設定される。
【００７８】
たとえば２つの被接合部材２５，２６を接合するにあたって、ショルダ部の直径が１０ｍｍ、ピン部の直径が３．５ｍｍの接合ツール２０を用いる。接合条件として、接合ツール２０の回転数を２０００ｒｐｍとし、没入時間を２．５秒とする。また接合状態として、接合ツール側の第１被接合部材２５の板厚が２．０ｍｍ、受け台６０側の第２被接合部材２６の板厚が２．０ｍｍの被接合物２７を接合した場合、打点間隔Ｐを７ｍｍとすることで、約５５００Ｎの接合強度が得られる。また同一条件で、１つの接合部分２３のみを接合した場合の接合強度は、約３０００Ｎとなる。したがって２つの接合部分２３，２４を接合した場合には、１つの接合部分２３を接合した場合に比べて、接合強度を約１．８倍に向上させることができる。
【００７９】
図７〜図１２は、打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。図７（１）〜図１２（１）は、被接合物２７の接合跡を示す断面図であり、図７（２）〜図１２（２）は、被接合物２７の接合跡を示す平面図である。図７から図１２に進むにつれて、打点間隔Ｐが徐々に大きくなる。
【００８０】
図７および図８に示すように、打点間隔Ｐが小さすぎると、第２摩擦撹拌工程の影響によって、第１接合領域３０が略円環状とは異なる形状に変形してしまう。これに対して、図１０〜図１２に示すように、打点間隔Ｐを大きくすることで、各接合領域３０，３１を略円環状に形成することができる。
【００８１】
図１３は、打点間隔Ｐを変化させた場合における引張せん断強度を示すグラフである。図１３において、黒三角記号を結ぶ実線の折れ線７４、白三角記号７７は、総板厚が２．１ｍｍの被接合物２７を試験片として用いた場合を示す。また黒四角記号を結ぶ破線の折れ線７５、白四角記号７８は、総板厚が２．２ｍｍの被接合物２７を試験片として用いた場合を示す。また黒丸記号を結ぶ２点鎖線の折れ線７６、白丸記号７９は、総板厚が４ｍｍの被接合物２７を試験片として用いた場合を示す。黒記号は、２つの接合部分２３，２４を接合した場合を示し、白記号は、１つの接合部分２３だけを接合した場合の強度を示す。ここで総板厚とは、２つの被接合部材２５，２６のうちの各板厚を加算した値である。
【００８２】
図１３に示すように、総板厚が厚くなるほど、接合強度を向上することができる。また２つの接合部分２３，２４を接合した場合は、被接合物の総板厚にかかわらずに、１つの接合部分２３を接合する場合に比べて、接合強度を約１．４倍〜１．８倍に向上することができる。また被接合物２７の総板厚にかかわらず、打点間隔Ｐが小さい場合に比べて、予め定める値以上に打点間隔Ｐを大きくすることで、接合強度をさらに向上することができる。
【００８３】
打点間隔Ｐが小さすぎると、図７、図８に示すように第１接合領域３０が変形することによって、接合強度が低下してしまう。本実施の形態では、第１接合領域３０が略円環形状に形成されるように打点間隔Ｐを広く設定することによって、第１接合領域３０の変形に起因する接合強度の低下を防ぐことができる。
【００８４】
上述したように本実施の形態によれば、打点間隔Ｐは、前記昇温半径Ｒ１以下、好ましくはショルダ直径（２・Ｓｒ）以下であって、ショルダ半径Ｓｒを超える範囲に設定される。これによって第２摩擦撹拌工程について、常温よりも高温の第２接合部分２４に接合ツール２０を円滑に没入させることができる。さらに打点間隔Ｐが、第１接合領域３０の外径半径ｗ１と、ショルダ部２１の半径Ｓｒとを加算した値（ｗ１＋Ｓｒ）よりも大きく設定される。これによって第１接合領域３０の変形を防いで、接合強度をさらに向上することができる。
【００８５】
図１４は、本実施形態における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す平面図であり、図１５は、比較例における被接合物１２７の接合跡２２３を示す平面図である。本実施形態では、各接合部分２３，２４において接合ツール２０をそれぞれ没入することで、１つの接合部分２３にのみ、接合ツール２０を没入する場合に比べて、各接合部分２３，２４の周囲に形成される流動化領域２８，２９を大きくすることができる。
【００８６】
また図１５に示すように第１接合部分２２３にだけ接合ツール２０を没入させて、本実施の形態と同様の大きさの流動化領域３０を形成するためには、本実施の形態に比べて大径の接合ツールを用いる必要がある。これに対して、本実施の形態では、小径の接合ツール２０を用いて、大径の接合ツールを用いる場合に生じる流動化領域３０と同様の大きさの流動化領域２８，２９を得ることができる。言い換えると、小径の接合ツール２０を用いて被接合物１２７の接合強度を向上することができる。
【００８７】
図１５に示すように大径の接合ツールを用いた場合には、接合部分の温度が過剰に上昇するとともに、温度上昇部分が集中してしまう。これによって被接合物２７に熱ひずみ３１が生じる場合がある。
【００８８】
これに対して図１４に示すように、本実施の形態では、小径の接合ツール２０を用いることで、接合ツール２０から被接合物２７に与えられる入熱量を小さくすることができる。また被接合物２７において温度上昇部分を分散することができる。これによって熱ひずみの発生を抑えることができ、接合品質を向上することができる。特に、本実施の形態によれば、複数の被接合部材２５，２６のうち、接合ツール側となる上板の変形を低減させることができる。
【００８９】
また接合可能な領域が狭いところであっても、摩擦撹拌接合によるスポット接合が可能となる。また本実施の形態では、要求される強度ごとに直径の異なる接合ツールを準備する必要がなく、少ない種類の接合ツール２０で被接合物２７に要求される接合強度を与えることができる。したがって不所望に接合ツール２０が増加する事を防ぐことで、接合ツール２０の管理費および設備費を低減することができる。また第１摩擦撹拌接合工程で第２接合部分を予熱して軟らかくすることができるので、接合ツール２０の摩耗を低減することができ、接合ツール２０の寿命を延ばすことができる。
【００９０】
図１６は、接合部分の周囲の空間が狭い状態を示す断面図である。車両のボディなどにおけるスポット接合を行う場合、他の部材によって接合部分の周囲の空間が狭い場合がある。本実施の形態では、小径の接合ツール２０を用いることができるので、接合部分の周囲空間が狭い場合であっても、被接合物２７に接合ツール２０と受け台６０とを到達させることができる。これによって局所的な接合強度を向上することができるとともに、スポット接合可能な部位を増やすことができ、接合作業を容易に行うことができる。
【００９１】
以上のように本実施の形態では、大径の接合ツールを用いることなく、接合強度を向上することができるので、大径の接合ツールでは接合不可能な接合部分であっても、摩擦撹拌接合することができる。これによって摩擦撹拌接合可能な適合箇所を増やすことができる。また摩擦撹拌連続接合を行う接合装置に比べて、接合装置に要求される剛性を軽減でき、接合装置の小形化を達成することができる。また接合装置を小形化することによって、接合可能な適合箇所をさらに増やすことができるとともに、接合工程上の制約を減らすことができる。
【００９２】
図１７は、各接合部分２３，２４の並ぶ方向を示す平面図である。図１７（１）は、基準軸線Ｌ１に垂直な平面、言い換えると被接合物２７の板厚方向に垂直な平面において、各接合部分２３，２４の並ぶ方向が、接合後の被接合物２７に引っ張り力が与えられる引張方向に平行な平行状態を示す。図１７（２）は、各接合部分２３，２４の並ぶ方向が、引張方向に垂直な垂直状態を示す。図１７（３）は、各接合部分２３，２４の並ぶ方向が引張方向に対して４５度傾く傾斜状態を示す。
【００９３】
各接合部分２３，２４が並ぶ方向は、引張方向に対して平行な状態から垂直な状態に向かうにつれて、その接合強度が向上する。したがって図１７（１）に示す平行状態よりも、図１７（３）に示す傾斜状態のほうが接合強度を向上させることができ、図１７（３）に示す傾斜状態よりも図１７（２）に示す垂直状態のほうが接合強度を向上することができる。したがって接合後の被接合物２７に与えられる外力の方向が予め決定されている場合、その外力の方向に対して直交する方向に、各接合部分２３，２４を並べることによって、接合強度をさらに向上することができる。
【００９４】
また本実施の形態では、近接して並ぶ２つの接合部分２３，２４に接合ツール２０が没入される実施例について説明したが、被接合物２７に２つ以上近接した位置に設定される接合部分について接合ツール２０が順次没入される場合も含む。この場合、以前に接合ツール２０が没入した接合部分を第１接合部分２３とし、次に接合ツールが没入すべき接合部分を第２接合部分２４として、第１接合部分２３と第２接合部分２４との位置関係を決定することで、上述する効果を達成することができる。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、接合ツール２０を被接合物２７に没入させる回数を増やすことで、被接合物２７のうちで局所的部分の接合強度を向上することができる。これによって複数の接合箇所が設定される被接合物２７において、複数の接合箇所のうちで、他の接合個所に比べて高い接合強度が要求される高強度接合箇所が存在する場合、その高強度接合箇所の強度を残余の接合個所に比べて高くすることができ、接合後の被接合物の全体的な強度を向上することができる。
【００９６】
図１８は、本発明の第２実施形態の接合動作を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態では、第１実施形態の接合装置５１と同様の接合装置５１が用いられ、第１実施形態の接合手順に比べて、接合方法が部分的に異なる。具体的には、コントローラ５３の動作プログラムおよび接合条件が、第１実施形態と異なる。接合装置５１およびコントローラ５３について、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略し、同様の参照符号を付する。
【００９７】
第２実施形態では、接合部分２３，２４毎の接合ツール２０の没入にあたって、接合条件を変更する。具体的には、接合部分２３，２４ごとに接合ツール２０が被接合物２７に与える加圧力を変更する。このような加圧力を変更するために必要な接合条件は実験または理論的に予め求められる。そして摩擦撹拌接合が行なわれる前に、接合部分２３，２４毎の接合条件が記憶回路６６に記憶される。また本実施形態では、２以上のＮ個の接合部分を順番に接合する場合について示す。
【００９８】
本実施形態では、ステップｂ０で、ツール保持部５７に接合ツール２０が保持されるなどして接合準備が完了して、動作条件および位置情報を記憶した状態で、コントローラ５３は、作業者などによって接合開始命令が与えられると、ステップｂ１に進み、接合動作を開始する。
【００９９】
コントローラ５３は、上述したステップａ１〜ステップａ５と同様の手順として、ステップｂ１〜ステップｂ５を順に進み、ステップｂ５を終えると、ステップｂ６に進む。ステップｂ６では、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したか否かを判断する。Ｎ個の接合部分での摩擦撹拌が完了しているとステップｂ９に進み、そうでないとステップｂ７に進む。
【０１００】
たとえば第１〜第３接合部分での摩擦撹拌を行うことが設定されている場合、ステップｂ６において、第１接合部分の摩擦撹拌を終えた状態と、第１および第２接合部分の摩擦撹拌を終えた状態とのいずれかではステップｂ７に進み、第１〜第３接合部分の摩擦撹拌をすべて終えた状態ではステップｂ９に進む。
【０１０１】
ステップｂ７では、コントローラ５３は、アーム駆動手段に動作指令を与え、基体６１を次に摩擦撹拌すべき接合部分に対応した待機位置に移動させる。基体６１が次の待機位置に移動すると、接合ツール２０は、被接合物２７に設定される次の接合部分に対応する準備位置に配置され、受け台６０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２７に当接する。このように基体６１を待機位置に移動させると、ステップｂ８に進む。
【０１０２】
ステップｂ８では、記憶回路６６から接合条件を読出して、次に接合すべき接合部分に応じた接合条件を設定する。具体的には、摩擦撹拌接合すべき接合部分について、以前の摩擦撹拌工程で既に与えられている熱量を考慮して、接合条件を変更する。本実施の形態では、接合ツール２０が被接合物２７に与える加圧力が小さくなるように、接合条件を更新する。接合条件の更新が完了すると、ステップｂ３に戻る。そしてステップｂ３〜ステップｂ６の手順を順に行う。
【０１０３】
ステップｂ６において、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したことを判断すると、ステップｂ９に進む。ステップｂ９では、コントローラ５３は、回転駆動手段５８を制御して、ツール保持部５７の回転を停止してステップｂ１０に進む。ステップｂ１０では、コントローラ５３は接合動作を終了する。
【０１０４】
このように本実施の形態では、接合部分毎の摩擦撹拌工程について、接合条件を異ならせる。具体的には、第１接合部分に比べて、第１接合部分以外の接合部分の加圧力を低下させる。これによって接合部分ごとの温度の違いに応じた接合条件で接後部分をそれぞれ摩擦撹拌接合することができ、接合品質をさらに向上することができる。ここで、各接合部分の打点間隔Ｐおよび各接合部分の並ぶ方向などは、第１実施形態と同様に設定される。これによって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
図１９は、２つの接合部分２３，２４を接合した場合における、接合ツール２０が被接合物２７に与える加圧力と、残母板厚との関係を示すグラフである。残母板厚とは、接合部分２３，２４の接合跡１２３，１２４において、最も板厚が小さくなる部分のそれぞれの寸法である。第１接合部分２３における加圧力と残母板厚との関係を丸記号８０で示し、第２接合部分２４における加圧力と残母板厚との関係を三角記号８１で示す。
【０１０６】
第２接合部分２４は、第１接合部分２３を摩擦撹拌したときに与えられる予熱によって既に加熱されているので、第１接合部分２３に比べて軟化した状態で接合ツール２０が没入する。したがって第１接合部分２３と第２接合部分２４とで同じ加圧力で接合ツール２０を没入させると、第２接合部分２４の残母板厚は、第１接合部分２３の残母板厚よりも小さくなる。各接合部分２３，２４の残母板厚を同じにするためには、第１接合部分２３よりも第２接合部分２４のほうが、被接合物２７に与える接合ツール２０の加圧力を小さくする必要がある。
【０１０７】
たとえば図１９では、各接合部分２３，２４の残母板厚を０．４ｍｍに形成するためには、第１接合部分２３における接合ツール２０の加圧力を約５２０ｋｇｆ（５２００Ｎ）とし、第２接合部分２４における接合ツール２０の加圧力を約３４０ｋｇｆ（３４００Ｎ）とする必要がある。これによって上述したように各接合部分２３，２４における残母板厚のばらつきを抑えることができる。
【０１０８】
本実施の形態では、上述したように、第２接合部分２４における接合ツール２０の加圧力を、第１接合部分２３における接合ツール２０の加圧力よりも小さくする。具体的には、ステップｂ８において、接合部分２３，２４の温度に応じて、接合ツール２０の加圧力を変更する。コントローラ５３は、変更した加圧力に基づいて、直線駆動手段５９のサーボモータに与える電流を設定する。これによって、第１接合部分２３に比べて、第２接合部分２４に没入する接合ツール２０の加圧力を小さくすることができ、各接合部分２３，２４の残母板厚を一様にすることができる。また加圧力を小さくすることによって、接合ツール２０の寿命を延ばすとともに、エネルギー効率を向上することができる。
【０１０９】
図２０は、接合ツール２０における温度と加圧力との時間経過を示すグラフである。ここで、接合ツール２０の温度は、ショルダ部先端部から基端部に向けて約４ｍｍ上方の部分を放射温度計によって計測した計測結果である。したがって、グラフに示す温度値は、ピン部先端の温度値に比べて時間遅れが生じている。
【０１１０】
本実施の形態では、残母板厚が０．４ｍｍとなるように設定される。この場合、図１９に示すように、接合ツール２０は、第１接合部分２３に没入する第１没入期間Ｗ１０では、第１接合部分２３に与える加圧力が５２０ｋｇｆ（５２００Ｎ）となるように調整され、第２接合部分２４に没入する第２没入期間Ｗ１２では、第２接合部分２４に与える加圧力が３４０ｋｇｆ（３４００Ｎ）となるように調整される。
【０１１１】
また接合ツール２０の温度は、約１７℃の状態から第１没入期間Ｗ１０が開始すると温度が上昇する。第１没入期間Ｗ１０を終了した時点では約１０７℃となる。第２没入期間Ｗ１１を開始した時点で約１０７℃となる。第２没入期間Ｗ１１を終了した時点では約１４７℃となる。したがって、第２接合部分２４に接合ツール２０が没入される時点では、第１接合部分２３のみに接合ツール２０を没入した場合に比べて、ツール温度は、約１００℃（＝１０７−１７）高くなる。またツール温度の最高温度は、第１接合部分２３のみに接合ツール２０を没入する場合に比べて、約４０℃（＝１４７−１０７）高くなる。
【０１１２】
図２１は、本発明の第３実施形態の接合動作を示すフローチャートであり、図２２は、第３実施形態の接合動作を説明するための図面である。本発明の第３実施形態では、第１実施形態の接合装置５１と同様の接合装置５１が用いられる。また第３実施形態の接合装置５１は、接合ツール２０を冷却する冷却手段を有する。本実施の形態では、冷却手段は、接合ツール２０に常温または常温以下の温度の空気を噴射する空気噴射手段６８によって実現される。空気噴射手段６８は、コントローラ５３からの指令によって接合ツール２０に空気噴射を開始するとともに、接合ツール２０への空気噴射を停止する。
【０１１３】
第３実施形態では、第２実施形態の接合手順に比べて、接合方法が部分的に異なる。具体的には、第２実施形態における接合手順を行う。また図２２（１）に示すように第１接合部分２３への接合ツール２０の没入を行う。次に、図２２（２）に示すように、接合ツール２０が第１接合部分２３から退出すると、空気噴射手段６８によって接合ツール２０を冷却する。次に、図２２（３）に示すように、接合ツール２０の冷却を停止して、第２接合部分２４への接合ツール２０の没入を行う。
【０１１４】
本実施の形態では、コントローラ２０は、第２実施形態に類似した動作を行い、同様の動作については、説明を省略する。コントローラ２０は、ステップｃ０で、ツール保持部５７に接合ツール２０が保持されるなどして接合準備が完了して、動作条件および位置情報を記憶した状態で、コントローラ５３は、作業者などによって接合開始命令が与えられると、ステップｃ１に進み、接合動作を開始する。
【０１１５】
コントローラ５３は、上述したステップｂ１〜ステップｂ６と同様の手順として、ステップｃ１〜ステップｃ６の手順を順に行う。ステップｃ６では、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したか否かを判断する。Ｎ個の接合部分での摩擦撹拌が完了しているとステップｃ９に進み、そうでないとステップｃ７に進む。
【０１１６】
ステップｃ７では、コントローラ５３は、空気噴射手段６８に指令を与え、接合部分から退出した接合ツール２０に対して、接合ツール２０の温度よりも低い温度の空気を噴射させ、ステップｃ８に進む。
【０１１７】
ステップｃ８では、コントローラ５３は、アーム駆動手段に動作指令を与え、基体６１を次に摩擦撹拌すべき接合部分に対応した待機位置に移動させる。基体６１が次の待機位置に移動すると、接合ツール２０は、被接合物２７に設定される次の接合部分に対応する準備位置に配置され、受け台６０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２７に当接する。このように基体６１を待機位置に移動させると、ステップｃ９に進む。ステップｃ９では、コントローラ５３は、空気噴射手段６８に指令を与え、空気の噴射を停止させて、ステップｃ１０に進む。本実施の形態では、ステップｃ９を終えた状態で、接合ツール２０の温度を常温まで低下させる。
【０１１８】
ステップｃ１０では、記憶回路６６から接合条件を読出して、接合ツール２０の接合条件について、次に接合すべき接合部分に応じた接合条件に変更する。具体的には、摩擦撹拌接合すべき接合部分について、以前の摩擦撹拌工程で既に与えられている熱量を考慮して、接合条件を更新する。接合条件の更新が完了すると、ステップｃ３に戻る。そしてステップｃ３〜ステップｃ６の手順を順に行う。
【０１１９】
ステップｃ６において、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したことを判断すると、ステップｃ１１に進む。ステップｃ１１では、コントローラ５３は、回転駆動手段５８を制御して、ツール保持部５７の回転を停止してステップｃ１２に進む。ステップｃ１２では、コントローラ５３は接合動作を終了する。
【０１２０】
図２３は、接合ツール２０の冷却の有無による接合強度の違いを示すグラフである。図２３において、三角記号を結ぶ２つの折れ線９０，９１は、被接合物２７の総板厚が、３．２ｍｍである場合を示す。また丸記号を結ぶ２つの折れ線９２，９３は、被接合物２７の総板厚が２．１ｍｍである場合を示す。また黒記号を実線で結ぶ折れ線９０，９２は、接合ツール２０を冷却した場合を示し、白記号を破線で結ぶ折れ線９１，９３は、接合ツール２０を冷却していない場合を示す。
【０１２１】
総板厚の変化および打点間隔Ｐの変化にかかわらず、接合ツール２０を冷却することによって、接合ツール２０の強度を回復することができ、接合ツールの摩耗を抑えることができるとともに、接合ツール２０から被接合物２７に与えられる加圧力の低下を防ぐことができる。これによって図２３に示すように、接合強度を向上することができ、冷却しない場合に比べて、被接合物２７の接合強度を一割程度向上することができる。なお、第３実施形態では、ステップｃ１０で接合条件を変更したが、接合条件を変更しなくても、接合ツールの冷却に起因した接合強度の向上効果を図ることができる。
【０１２２】
以上のように第２および第３実施形態では、接合ツール２０の加圧力を変化させることによって接合条件を変更したが、加圧力以外の接合条件を変更してもよい。第２および第３の実施形態の変形例として、接合部分２３，２４ごとに接合ツール２０の没入時間を変更してもよい。具体的には、第２接合部分２４に接合ツール２０を没入する場合に、第１接合部分２３に接合ツール２０を没入する場合に比べて、接合ツール２０を被接合物２７に没入させる没入時間を短くする。これによって第２接合部分２４が予熱されていても、第１接合部分２３と同様の残母板厚にすることができ、接合品質を向上することができる。また没入時間を短くすることで、接合動作に費やす接合時間を短縮することができる。またさらに他の変形例として、接合ツール２０の回転速度を変更してもよい。
【０１２３】
このように第２接合部分２４に接合ツール２０を没入する場合に、第１接合部分２３に接合ツール２０が与える第１入熱量よりも、小さい入熱量を第２接合部分２４で与えることで、第２接合部分２４の残母板厚が第１接合部分２３の残母板厚に比べて小さくなることを防ぐことができる。またたとえば加圧力、没入時間および回転数の組合せの接合条件を変更してもよく、さらに他の接合条件を変更してもよい。またデータベースとして接合条件を予め記憶回路６６に記憶させておき、被接合物２７の材料および各被接合部材２５，２６の板厚の組合せによって、接合時に接合条件を選択可能としてもよい。また打点間隔Ｐについても、複数種類用意し、接合箇所に併せて選択可能としてもよい。表１は、記憶回路６６に記憶される接合条件の一例を示す表である。
【０１２４】
【表１】
0004768418.tif 000002
【０１２５】
図２４は、本発明の第４実施形態の接合動作を示すフローチャートである。本発明の第４実施形態では、第１実施形態の接合装置５１と同様の接合装置５１が用いられ、第１実施形態の接合手順に比べて、接合方法が部分的に異なる。具体的には、コントローラ５３の動作プログラムが、第１実施形態と異なる。接合装置５１およびコントローラ５３について、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略し、同様の参照符号を付する。
【０１２６】
第４実施形態では、接合部分毎に接合ツール２０を没入させるにあたって、接合部分２３，２４における接合ツール２０の没入量を検出し、没入量が予め定める値に達すると、接合ツール２０を退出させる。
【０１２７】
具体的には、コントローラ５３は、ピン部２２が接合部分２３，２４に当接したことを判断してからの接合ツール２０の移動量を没入量として検出する。コントローラ５３は、回転駆動手段５８に設けられる電流検出手段の電流値の変化に基づいて、ピン部２２が接合部分２３，２４に当接したことを判断する。また直進駆動手段５９に設けられるツール回転速度検出手段によって接合ツール２０の被接合物２７に対する没入量を検出することができる。
【０１２８】
本実施形態では、ステップｄ０で、ツール保持部５７に接合ツール２０が保持されるなどして接合準備が完了して、動作条件および位置情報を記憶した状態で、コントローラ５３は、作業者などによって接合開始命令が与えられると、ステップｄ１に進み、接合動作を開始する。
【０１２９】
コントローラ５３は、上述したステップａ１〜ａ３と同様の手順を行って、ステップｄ１〜ステップｄ３を順に進み、ステップｄ３を終えると、ステップｄ４に進む。ステップｄ４では、コントローラ５３は、接合ツール２０の没入量を検出し、その没入量が予め定める所定値に達しているか否かを判断する。そして予め定められる設定値に達すると、ステップｄ５に進む。またステップｄ４において、没入量が設定値に達していないと判断すると、接合ツール２０の軸線方向Ｘの進行を継続する。
【０１３０】
ステップｄ５では、コントローラ５３は、直進駆動手段５９を制御して、ツール保持部５７を被接合物２７から離反する後進方向Ｘ２に移動させ、ステップｄ６に進む。ステップｄ６では、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したか否かを判断する。Ｎ個の接合部分での摩擦撹拌が完了しているとステップｄ８に進み、そうでないとステップｄ７に進む。
【０１３１】
ステップｄ７では、コントローラ５３は、アーム駆動手段に動作指令を与え、基体６１を次に摩擦撹拌すべき接合部分に対応した待機位置に移動させる。基体６１が次の待機位置に移動すると、接合ツール２０は、被接合物２７に設定される次の接合部分に対応する準備位置に配置され、受け台６０は、接合ツール２０と反対側から被接合物２７に当接する。このように基体６１を待機位置に移動させると、ステップｄ３に戻る。
【０１３２】
またステップｄ６において、予め設定されるＮ個の接合部分での摩擦撹拌が完了したことを判断すると、ステップｄ８に進む。ステップｄ８では、コントローラ５３は、回転駆動手段５８を制御して、ツール保持部５７の回転を停止してステップｄ９に進む。ステップｄ９では、コントローラ５３は接合動作を終了する。
【０１３３】
このように本実施の形態では、接合ツール２０が予め定める没入量に達すると、接合ツール２０を接合部分２３，２４から退出させる。これによって接合部分２３，２４ごとの温度の違いに応じた没入時間で接合部分２３，２４をそれぞれ摩擦撹拌接合することができる。これによって、残母板厚を一定に保ち接合品質を向上することができる。また最初の接合部分の没入に比べて最初以外の没入時間を短縮させることができ、接合動作に費やす接合時間を短縮することができる。
【０１３４】
ここで、各接合部分２３，２４の打点間隔Ｐおよび各接合部分２３，２４の並ぶ方向などは、第１実施形態と同様に設定される。これによって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また接合動作に費やす接合時間を短縮することができる。また第４実施形態の変形例として、第２および第３実施形態と組み合わせてもよい。たとえば接合部分ごとに接合条件を変化させてもよい。これによってさらに残母板厚の調整を容易にすることができる。接合品質を向上することができる。また一方の没入部分から他方の没入部分に移動する間に、接合ツールを冷却してもよい。これによってさらに接合強度を向上することができる。
【０１３５】
図２５は、本発明における第１の位置教示方法を説明するための断面図であり、摩擦撹拌接合にあたって、図２５（１）〜図２５（８）の順で、接合ツール２０が移動する。接合ツール２０のピン部先端部表面の一点をピン部基準点１００とする。受け台６０の先端部表面の一点を受け部基準点１０１とする。接合部分２３，２４の表面のうち、受け台６０側の一点を代表点とする。ここでピン部基準点１００と、受け部基準点１０１とは、基準軸線Ｌ１上に配置され、互いに対向する。
【０１３６】
コントローラ５３は、摩擦撹拌接合が行なわれる前に、接合ツール２０の移動に必要な教示位置が、作業者によるロボットアームのティーチング操作によって、各教示位置Ｑ１，Ｑ２２が入力される。本実施の形態では、図２５（１）および図２５（５）に示すように、受け部基準点１０１が、第１接合部分２３の代表点に当接する第１教示位置Ｑ１と、受け部基準点１０１が、第２接合部分２４の代表点に当接する第２教示位置Ｑ２とがそれぞれ入力される。
【０１３７】
コントローラ５３は、各教示位置Ｑ１，Ｑ２が入力されると、各教示位置Ｑ１，Ｑ２に基づいて、接合ツール２０の移動経路上の各移動位置Ｃ１〜Ｃ４を計算する。各移動位置Ｃ１〜Ｃ４は、接合ツール２０の動きを最小限にするように設定される。具体的には、コントローラ５３は、図２５（４）、（５）に示すように各教示位置Ｑ１，Ｑ２に対して、後進方向Ｘ２に予め定める第１間隔Ｈ１離れた位置をツール移動位置Ｃ１，Ｃ３として計算する。
【０１３８】
第１間隔Ｈ１は、接合部分の板厚Ｈ１１と、余裕距離Ｈ１２とを加算した距離（Ｈ１１＋Ｈ１２）であって、可及的に短い距離に設定される。ここで余裕距離Ｈ１２とは、被接合物２７の形状誤差、被接合物２７の接合後の変形、アームおよび直進駆動手段５９の移動精度、アームの撓みなどが生じたとしても、接合ツール２０のピン部２２と接合部分２３，２４とが接触しない距離に設定される。ツール移動位置Ｃ１，Ｃ２に接合ツール２０の基準点１００が配置された場合、接合ツール２０は、接合部分２３，２４に対して後進方向Ｘ２に間隔をあけた位置に配置される。
【０１３９】
またコントローラ５３は、図２５（４）、（５）に示すように各教示位置Ｑ１，Ｑ２に対して、前進方向Ｘ１に予め定める第２間隔Ｈ２離れた位置を受け台移動位置Ｃ２，Ｃ４として計算する。第２間隔Ｈ２は、被接合物２７の形状誤差、被接合物２７の接合後の変形、アームの撓みなどが生じたとしても、受け台６０と接合部分２３，２４とが接触しない距離であって、可及的に短い距離に設定される。受け台移動位置Ｃ２，Ｃ４に受け台６０の基準点１０１が配置された場合、受け台６０は、接合部分２３，２４に対して前進方向Ｘ１に間隔をあけた位置に配置される。このようにコントローラ５３は、教示位置Ｑ１，Ｑ２に対して、接合ツール２０および受け台６０の移動に必要な移動位置Ｃ１〜Ｃ４を計算する。
【０１４０】
摩擦撹拌接合が行なわれる場合、コントローラ５３は、基体６１を移動させることによって、被接合物２７の両側に間隔をあけてそれぞれ接合ツール２０と受け台６０とを配置する。次に、図２５（１）に示すように、受け台６０の基準点１０１を第１教示位置Ｑ１に移動させて、受け台６０と被接合物２７の受け台側表面とを当接させる。
【０１４１】
次に、図２５（２）、（３）に示すように、コントローラ５３は、ツール保持部２７を移動させて、接合ツール２０を第１接合部分２３に没入させる。次に、第１接合部分２３から退出する所定の条件が成立すると、接合ツール２０を第１接合部分２３から退出させる。次に、基体６１およびツール保持部２７を移動させて、図２５（４）に示すように、接合ツール２０の基準点１００を第１接合部分２３に対する第１ツール移動位置Ｃ１に移動させるとともに、受け台６０の基準点１０１を第１接合部分２３に対する第１受け台移動位置Ｃ２に移動させる。
【０１４２】
次に、図２５（５）に示すように、コントローラ５３は、基体６１を被接合物２７と平行に移動させることによって、接合ツール２０を被接合物表面に近接した位置を通過させる。こうして接合ツール２０の基準点１００を第２接合部分２４に対する第２ツール移動位置Ｃ３に移動させるとともに、受け台６０の基準点１０１を第２接合部分２４に対する第２受け台移動位置Ｃ４に移動させる。移動が終了すると、受け台６０の基準点１０１を第２教示位置Ｑ２に移動させて、受け台６０と被接合物２７の受け台側表面とを当接させる。
【０１４３】
次に、図２５（６）、（７）に示すように、コントローラ５３は、ツール保持部２７を移動させて、接合ツール２０を第２接合部分２４に没入させる。次に、第２接合部分２４から退出する所定の条件が成立すると、接合ツール２０を第２接合部分２４から退出させる。基体６１およびツール保持部２７を移動させて、図２５（８）に示すように、接合ツール２０の基準点１００を第２接合部分２４に対する第２ツール移動位置Ｃ３に移動させるとともに、受け台６０の基準点１０１を第２接合部分２４に対する第２受け台移動位置Ｃ４に移動させる。継続して、複数の接合部分に接合ツール２０を没入させる場合には、同様にして教示位置または計算位置に、接合ツール２０および受け台６０を移動させて、摩擦撹拌接合動作を継続する。また摩擦撹拌動作を終了する場合には、基体６１を予め定める位置に移動させる。
【０１４４】
このようにしてコントローラ５３は、入力された教示位置から、移動位置Ｃ１〜Ｃ４および移動経路を計算することによって、作業者が各移動位置Ｃ１〜Ｃ４を計算および入力する手間を省くことができる。これによって作業者は、実際に接合ツールが各接合部分に当接する位置を教示するだけでよく、接合ツール２０の移動情報の入力作業を短縮することができる。
【０１４５】
また第１間隔Ｈ１、第２間隔Ｈ２が適切な値に設定されることで、接合ツール２０および受け台６０が被接合物２７に当接することを防いで、第１接合部分２３から第２接合部分２４へ最短距離で移動させることができ、移動時間を短縮することができる。これによって接合動作に費やす時間を短縮することができ、作業効率を向上することができる。ここで、被接合物２７の板厚Ｈ１１、第１間隔Ｈ１、第２間隔Ｈ２は、パラメータとしてコントローラ５３の記憶回路６６に予め入力されることが好ましい。本実施の形態では、第１間隔Ｈ１は、Ｈ１１＋１ｍｍ以上Ｈ１１＋２０ｍｍ以下に設定される。また第２間隔Ｈ２は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。ここでＨ１１は、接合部分の板厚を示す。
【０１４６】
また本実施の形態では、受け台６０が各接合部分２３，２４に当接する位置を教示点Ｑ１，Ｑ２として設定したが、各接合部分２３，２４に関連する関連情報が予め与えられておけばよい。たとえば受け台６０に限らずに接合ツール２０が接合部分２３，２４に当接する位置が教示位置Ｑ１，Ｑ２として設定されていてもよい。これによっても、コントローラ５３が移動位置および移動経路を計算することができる。
【０１４７】
図２６は、本発明における第２の位置教示方法を説明するための斜視図である。第１の位置教示方法では、コントローラ５３は、各接合部分２３，２４に関する位置情報が作業者によって各教示位置Ｑ１，Ｑ２として入力された。これに対して、第２の位置教示方法では、コントローラ５３は、１つの接合部分に関する位置Ｑ１０と、１つの接合部分と他の接合部分との位置関係とを示す位置関係情報とが与えられることによって、他の接合部分の位置Ｃ１１，Ｃ１２を計算する。コントローラ５３は、他の接合部分の位置Ｃ１１，Ｃ１２を計算した後は、第１の位置教示方法と同様にして、接合ツール２０および受け台６０の移動経路を求める。
【０１４８】
図２６に示すように、本実施の形態では、コントローラ５３は、作業者によるロボットアームのティーチング操作などによって、第１接合部分２３の位置Ｑ１１が与えられる。具体的には、受け台６０または接合ツール２０が第１接合部分２３に当接した位置を第１接合部分２３の教示位置Ｑ１１として記憶する。また接合部分の位置関係情報として、打点数Ｎと、打点間隔Ｐと、配列情報とが入力される。ここで配列情報は、接合部分が並ぶ方向を表わす情報である。本実施の形態では、ティーチング操作によって与えられる方向指定教示点の位置Ｑ１２が、配列情報として与えられる。
【０１４９】
コントローラ５３は、１つの接合部分を表わす教示位置Ｑ１１と、方向指定教示点の位置Ｑ１２とを結ぶ仮想直線上に、接合部分が並ぶと判断する。次に、コントローラ５３は、教示位置Ｑ１１を始点として、前記仮想直線に沿って打点間隔Ｐで離れたＮ個の位置を各接合部分の位置Ｃ１１として計算する。コントローラ５３は、このようにして各接合部分の位置を求めると、第１の教示方法と同様にして、接合ツール２０および受け台６０の移動経路を求めるための移動位置を計算する。
【０１５０】
本実施の形態によれば、接合部分に関連する関連情報に基づいて、複数の接合部分２３，２４を計算することで、作業者の教示作業をさらに簡単化することができる。特に本発明では、複数の接合部分２３，２４の打点間隔Ｐを数ミリ単位で決定する必要が多い。本実施の形態の教示方法を適用することによって、各接合部分２３，２４が近接した位置に配置される場合であっても、教示作業を極めて容易に行うことができる。また本実施の形態では、方向指定教示点の位置が設定されたが、接合部分の位置関係を導出可能な情報が与えられればよく、方向指定位置教示点の位置以外の情報が与えられてもよい。たとえば接合部分が並ぶ方向が直接入力されてもよい。また第１の教示方法および第２の教示方法を用いた、コントローラ５３による接合ツール２０の移動経路の計算は、上述した各実施形態の接合方法のいずれにも適用することができる。
【０１５１】
上述した各実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば本実施の形態では、被接合物２７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成るとしたが、他の金属であっても同様の効果を得ることができる。また本実施の形態では、接合装置が６軸多関節ロボットに保持されるとしたが、専用の移動手段に保持されていてもよい。また各接合部分は、上述したように２つ以上であってもよい。また各接合部分２３，２４は、一直線上に並ばなくてもよく、予め定める領域内に配置されてもよい。また本実施の形態では、コントローラ５３の制御によって、接合装置５１が接合動作を行うとしたが、作業者がコントローラ５３の制御に相当する指令を接合装置５１に与えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の第１実施形態である摩擦撹拌接合装置５１を含む接合設備５０を示す斜視図である。
【図２】接合装置２１の構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラ５３による接合動作を示すフローチャートである。
【図４】接合動作を示す断面図である。
【図５】被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す平面図である。
【図６】被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す断面図である。
【図７】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図８】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図９】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図１０】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図１１】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図１２】打点間隔Ｐを変化させた場合における被接合物２７の接合跡１２３，１２４を示す簡略図である。
【図１３】打点間隔Ｐを変化させた場合における引張せん断強度を示すグラフである。
【図１４】本実施形態における被接合物２７の接合跡を示す平面図である。
【図１５】比較例における被接合物２７の接合跡を示す平面図である。
【図１６】接合部分の周囲の空間が狭い状態を示す断面図である。
【図１７】各接合部分２３，２４の並ぶ方向を示す平面図である。
【図１８】本発明の第２実施形態の接合動作を示すフローチャートである。
【図１９】２つの接合部分２３，２４を接合した場合における、接合ツール２０が被接合物２７に与える加圧力と、残母板厚との関係を示すグラフである。
【図２０】接合ツール２０における温度と加圧力との時間経過を示すグラフである。
【０１５３】
【図２１】本発明の第３実施形態の接合動作を示すフローチャートである。
【図２２】第３実施形態の接合動作を説明するための図面である。
【図２３】接合ツール２０の冷却の有無による接合強度の違いを示すグラフである。
【図２４】本発明の第４実施形態の接合動作を示すフローチャートである。
【図２５】本発明における第１の位置教示方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明における第２の位置教示方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【０１５４】
２０  接合ツール
２１  ショルダ部
２２  ピン部
２３  第１接合部分
２４  第２接合部分
２５，２６  被接合部材
２７  被接合物
２８，２９  流動化領域
３０，３１  接合領域
３２  高温部分
５０  摩擦撹拌接合設備
５１  摩擦撹拌接合装置
５２  ロボット
６０  受け台
６１  基体
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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