(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、
前記装置本体に取り付けられたＺ軸上下動駆動モータと、
主軸支持部を介して前記Ｚ軸上下動駆動モータに取り付けられた主軸と、
前記主軸の内部に配置された接合ヘッドと、
前記接合ヘッドに支持された接合ツールと、
前記接合ツールに連結されて前記接合ツールを所定の回転数で回転させる主軸モータと、を備え、
前記装置本体は、前記接合ツールにより被接合部材の摩擦攪拌接合を開始する前段階において、前記主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により設定する前記主軸モータの目標負荷率と前記Ｚ軸上下動駆動モータの目標追込み量とを設定し、
前記Ｚ軸上下動駆動モータを駆動して前記主軸をＺ軸下方向に下降動作させ、前記主軸モータにより所定の回転数で回転させながら前記接合ツールを前記被接合部材に挿入する挿入処理を開始し、
前記目標負荷率に基づいて設定する第一の挿入処理終了条件、または、前記目標追込み量に基づいて設定する第二の挿入処理終了条件、のいずれかが成立した場合、前記挿入処理を終了することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記装置本体は、予め定められたサンプリング周期において、前記主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により設定する前記主軸モータの現在の負荷率を示す現在負荷率と、前記Ｚ軸上下動駆動モータの追込み量の現在値を示す現在追込み量とを取得するとともに、それぞれの前記サンプリング周期において、前記現在負荷率と前記目標負荷率との第一の偏差が第一の許容範囲内に到達したか否かを判定し、
前記第一の偏差が前記第一の許容範囲内に到達したと判定した場合、前記第一の挿入処理終了条件を成立させ、
前記現在追込み量と前記目標追込み量との第二の偏差が第二の許容範囲内に到達したか否かを判定し、
前記第二の偏差が前記第二の許容範囲内に到達したと判定した場合、前記第二の挿入処理終了条件を成立させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項３】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記装置本体は、
前記第一の挿入処理終了条件の成立状態を確認した後に、前記第二の挿入処理終了条件の成立状態を確認することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項４】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記装置本体は、
前記挿入処理が終了した後、前記接合ツールにより前記被接合部材を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合処理に移行することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項５】
請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記装置本体は、前記挿入処理の段階において、
前記現在追込み量が前記接合ツールの損傷を検出する損傷検出追込み量に到達した時点において、前記現在負荷率が損傷検出負荷率に到達していない場合、前記接合ツールのプローブの損傷を検出することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項６】
請求項５に記載の摩擦攪拌接合装置であって、
前記装置本体は、
前記主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により、前記損傷検出負荷率を算出することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項７】
摩擦攪拌接合装置による被接合部材への接合ツールの挿入方法であって、
（ａ）接合ツールにより被接合部材の摩擦攪拌接合を開始する前段階において、主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により設定する前記主軸モータの目標負荷率とＺ軸上下動駆動モータの目標追込み量とを設定する目標値設定ステップと、
（ｂ）前記（ａ）ステップの後、前記Ｚ軸上下動駆動モータを駆動して主軸をＺ軸下方向に下降動作させ、前記主軸モータにより所定の回転数で回転させながら前記接合ツールを前記被接合部材に挿入する挿入処理を実行するステップと、を有し、
前記（ｂ）ステップにおいて、
（ｂ１）予め定められたサンプリング周期において、前記主軸モータの負荷率の現在値を示す現在負荷率と、前記Ｚ軸上下動駆動モータの追込み量の現在値を示す現在追込み量とを取得する状態量取得ステップと、
（ｂ２）前記現在負荷率と前記目標負荷率とを比較し、その後、前記現在追込み量と前記目標追込み量とを比較する比較ステップと、をさらに有することを特徴とする接合ツールの挿入方法。
【請求項８】
請求項７に記載の接合ツールの挿入方法であって、
前記（ｂ２）ステップにおいて、前記現在負荷率と前記目標負荷率との偏差が所定の許容範囲内に到達すること、または、前記現在追込み量と前記目標追込み量との偏差が所定の許容範囲内に到達すること、のいずれかが成立することにより前記（ｂ）ステップの挿入処理を終了することを特徴とする接合ツールの挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合部材同士を摩擦攪拌接合により接合する摩擦攪拌接合装置の構成とその制御に係り、特に、高品質（高精度）な接合が要求される被接合部材の接合に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
円柱状の接合ツールを回転させて発生する摩擦熱で被接合材料を軟化させ、その部分を攪拌することで被接合材料同士を接合する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）は、材料以外の素材を用いないため、疲労強度が高く、材料も溶融しないことから溶接変形（ひずみ）の少ない接合が可能であり、航空機や自動車のボディなど、幅広い分野での応用が期待されている。
【０００３】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「接合ツール本体の外周面にマーキングを施し、接合ツールを被接合部材に挿入しながら測定装置を用いて現在マーキングの位置（現在マーキング位置）を検出し、現在マーキング位置が目標マーキング位置に到達した時点で挿入処理を終了する制御方法」が開示されている。
【０００４】
この制御方法により、接合ツール先端部にバリ等の異物が付着した際の影響を排除し、適正挿入位置まで接合ツールを被接合部材に挿入することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１９−２０６０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された接合ツールを被接合部材に挿入する方法は、被接合部材の板厚が均一であり、且つ、被接合部材の表面が平坦でうねり等がなく、表面のＺ軸方向の位置が一定である場合において有効である。
【０００７】
しかしながら、本願発明者らは、この制御方法では、被接合部材にうねり等がある場合においては、必ずしも有効ではなく、適正に接合ツールを被接合部材に挿入できない場合があることを突き止めた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、接合ツールを回転しながら被接合部材に挿入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置において、板厚の不均一やうねり等により被接合部材の表面が平坦でない場合であっても、摩擦攪拌接合を開始する前段階において、接合ツールを適正な鉛直下方向（Ｚ軸下方向）の位置に挿入可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置及び接合ツールの挿入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、装置本体と、前記装置本体に取り付けられたＺ軸上下動駆動モータと、主軸支持部を介して前記Ｚ軸上下動駆動モータに取り付けられた主軸と、前記主軸の内部に配置された接合ヘッドと、前記接合ヘッドに支持された接合ツールと、前記接合ツールに連結されて前記接合ツールを所定の回転数で回転させる主軸モータと、を備え、前記装置本体は、前記接合ツールにより被接合部材の摩擦攪拌接合を開始する前段階において、前記主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により設定する前記主軸モータの目標負荷率と前記Ｚ軸上下動駆動モータの目標追込み量とを設定し、前記Ｚ軸上下動駆動モータを駆動して前記主軸をＺ軸下方向に下降動作させ、前記主軸モータにより所定の回転数で回転させながら前記接合ツールを前記被接合部材に挿入する挿入処理を開始し、前記目標負荷率に基づいて設定する第一の挿入処理終了条件、または、前記目標追込み量に基づいて設定する第二の挿入処理終了条件、のいずれかが成立した場合、前記挿入処理を終了することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、摩擦攪拌接合装置による被接合部材への接合ツールの挿入方法であって、（ａ）接合ツールにより被接合部材の摩擦攪拌接合を開始する前段階において、主軸モータの負荷トルクの最大値を１００とした数値により設定する前記主軸モータの目標負荷率とＺ軸上下動駆動モータの目標追込み量とを設定する目標値設定ステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップの後、前記Ｚ軸上下動駆動モータを駆動して主軸をＺ軸下方向に下降動作させ、前記主軸モータにより所定の回転数で回転させながら前記接合ツールを前記被接合部材に挿入する挿入処理を実行するステップと、を有し、前記（ｂ）ステップにおいて、（ｂ１）予め定められたサンプリング周期において、前記主軸モータの負荷率の現在値を示す現在負荷率と、前記Ｚ軸上下動駆動モータの追込み量の現在値を示す現在追込み量とを取得する状態量取得ステップと、（ｂ２）前記現在負荷率と前記目標負荷率とを比較し、その後、前記現在追込み量と前記目標追込み量とを比較する比較ステップと、をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接合ツールを回転しながら被接合部材に挿入して摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合装置において、板厚の不均一やうねり等により被接合部材の表面が平坦でない場合であっても、摩擦攪拌接合を開始する前段階において、接合ツールを適正な鉛直下方向（Ｚ軸下方向）の位置に挿入可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置及び接合ツールの挿入方法を実現することができる。
【００１２】
これにより、被接合部材同士の高品質（高精度）な摩擦攪拌接合が可能となる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る摩擦攪拌接合装置の全体概要を示す図である。
【図２】主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係を概念的に示す図である。
【図３】接合ツールのゼロ点設定時の様子を示す図である。
【図４】第一の挿入処理終了条件の成立時の各パラメータの関係を示す図である。
【図５】第二の挿入処理終了条件の成立時の各パラメータの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る接合ツールの挿入方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る接合ツールの損傷検出時の各パラメータの関係を示す図である。
【図８】従来の摩擦攪拌接合装置の接合ツール挿入時の様子を示す図である。
【図９】従来の摩擦攪拌接合装置の接合ツール挿入時の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【００１６】
また、以下で説明する「追込み量」とは、接合ツールが被接合部材の表面からどれだけの深さまで挿入するかを決める接合ツールの下降量、すなわち接合ツール及びＺ軸上下動駆動モータの回転軸に垂直な移動量を意味する。
【実施例１】
【００１７】
先ず、図８及び図９を参照して、上述した本発明が解決しようとする課題について詳しく説明する。図８及び図９は、いずれも従来の摩擦攪拌接合装置の接合ツール挿入時の様子を示す図であり、それぞれ被接合部材にうねりがない場合（図８）と被接合部材にうねりがある場合（図９）を示している。
【００１８】
上記特許文献１の制御方法を用いた場合、図８に示すように、被接合部材にうねり等がない場合は、接合ツール先端に異物１７が付着していても精度よく接合ツールを適正挿入位置まで挿入することが可能である。
【００１９】
しかしながら、図９に示すように、被接合部材にうねり等がある場合は、被接合部材の表面に凸部が存在し、凸量（ΔＩ分）だけ適正挿入位置を超えて挿入することとなり、精度よく挿入することができない。挿入処理終了時の接合ツール位置は、目標挿入量に一致するが、適切挿入量とはΔＩ分の位置ずれが生じる。
【００２０】
従って、図示していないが、被接合部材の厚みが薄く表面のＺ軸位置と摩擦攪拌接合装置の載置台のＺ軸位置との偏差が小さい場合、接合ツール先端部は被接合部材を突き抜けてしまう恐れもある。
【００２１】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の対象となる摩擦攪拌接合装置の構成とその制御について説明する。図１は、本実施例に係る摩擦攪拌接合装置の全体概要を示す図である。図２は、主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係を概念的に示す図である。
【００２２】
本実施例の摩擦攪拌接合装置１は、図１に示すように、主要な構成として、装置本体２と、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して装置本体２に接続される主軸支持部４と、主軸支持部４により保持される主軸１５と、主軸１５により保持されるツールホルダ（接合ヘッド）５と、ツールホルダ（接合ヘッド）５により保持される接合ツール６とを備えて構成されている。
【００２３】
Ｚ軸上下動駆動機構部３には、図１に例示するように、例えばボールスクリュー、リニアガイドなどが用いられ、Ｚ軸上下動駆モータ１６により装置本体２に対して主軸支持部４をＺ軸方向（上下方向）に駆動させる。
【００２４】
接合ツール６はショルダ部７およびプローブ部（接合ピン）８で構成され、主軸モータ１４に連結（図１では直結）されている。主軸モータ１４は、接合ツール６を所定方向に回転させる。
【００２５】
装置本体２は、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して主軸支持部４を支持し、装置本体２に搭載（付属）された制御部（制御装置）１１から主軸モータ１４に駆動信号を付与して接合ツール６を回転させながら接合線に沿って進行させる。つまり、装置本体２は、主軸支持部４と、主軸１５と、ツールホルダ（接合ヘッド）５を保持し、接合ツール６を回転させると共に、接合ツール６を図１のＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させる。
【００２６】
接合ツール６を所定の回転数で回転させながら、載置台１０上に載置された被接合部材９（９ａ，９ｂ）表面の接合線上にショルダ部７とプローブ部８とを押し付けることにより摩擦熱を発生させて被接合部材９を軟化させ、ショルダ部７とプローブ部８とを被接合部材９に必要量挿入し、当該回転数を保持することで塑性流動が生じ、挿入部が攪拌される。接合ツール６を引き抜く、又は移動することで攪拌部（接合部）が冷却され、被接合部材９は接合される。
【００２７】
なお、図１では、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６が、主軸１５及び主軸支持部４、Ｚ軸上下動駆動機構部３を介して装置本体２に接続（保持）される構成を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｚ軸上下動駆動機構部３のみを介して装置本体２に接続（保持）される構成や、他の可動手段を介して装置本体２に接続（保持）される構成、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６が直接装置本体２に接続（保持）される構成、或いは、図１の構成に、さらにツールホルダ（接合ヘッド）５と装置本体２の間にＣ型フレームを設ける構成、多軸ロボットアームを有する装置本体２に接続（保持）される構成なども本実施例の範囲に含むものとする。
【００２８】
また、ショルダ部７とプローブ部（接合ピン）８とが同一である接合ツール（つまりプローブを有さず、ショルダのみ）であっても良く、また、ショルダ部７が回転しない構造であっても良い。
【００２９】
装置本体２には、摩擦攪拌接合装置１の動作を制御する制御部（制御装置）１１が設置（付属）されている。制御部（制御装置）１１は、接合ツール６による接合条件を決定する接合条件信号やＺ軸上下動駆動機構部３による接合ツール６の鉛直方向（Ｚ方向）の保持位置（接合ピン８の挿入量）を決定する保持位置決定信号などの接合パラメータ（ＦＳＷ接合条件）を記憶する記憶部（図示せず）を備えている。なお、制御部１１は、制御装置として装置本体とは別に構成してもよい。
【００３０】
また、装置本体２には、Ｘ軸方向に駆動可能なＸ軸前後駆動機構部１２が設けられており、Ｘ軸前後動駆モータ１３により装置本体２の上部をＸ軸方向に設けられたリニアガイドのレールに沿って移動させることで、ツールホルダ（接合ヘッド）５及び接合ツール６をＸ軸方向（接合方向）へ移動させることができる。
【００３１】
ここで、図２を用いて、主軸モータ負荷率とツール挿入動作の関係について説明する。図２に示すように、接合ツール位置は主軸モータ１４の負荷率と関係がある。
【００３２】
プローブ部（接合ピン）８を被接合部材９に接触させて接合ツール６の挿入を開始すると、接合ツール位置が深くなるに従い主軸モータ１４の負荷率は上昇する。
【００３３】
接合ツール６の挿入中にショルダ部７が被接合部材９に接触すると、主軸モータ１４の負荷率の上昇率は一時的に低下するが、接合ツール６の挿入がさらに進むと、主軸モータ１４の負荷率の上昇率は再び上昇する。
【００３４】
接合ツール６の挿入時の目標負荷率または目標接合ツール位置に到達した時点で、接合ツール６の挿入処理を終了し、接合ツール位置を固定した状態で、接合ツール６を一定の時間回転させて被接合部材９への入熱処理を行う。
【００３５】
その後、被接合部材９の摩擦攪拌接合処理を行う。摩擦攪拌接合処理の間は、主軸モータ負荷率と接合ツール位置をともに一定の値（目標値）を保持するように、主軸モータ１４及びＺ軸上下動駆動モータ１６の駆動を制御する。
【００３６】
摩擦攪拌接合処理が終了した時点で、接合ツール６の引き抜きを開始すると、接合ツール位置が浅くなるに従い主軸モータ１４の負荷率は低下する。
【００３７】
上記のように、本実施例の摩擦攪拌接合装置１は、被接合部材９を摩擦攪拌接合する際、高品質の接合を確保するために、被接合部材９の材質、厚みなどの接合条件に基づき、挿入処理において、接合ツール６を所定の回転速度で回転させながら、適正挿入位置まで被接合部材９に接合ツール６を挿入する。その後、被接合部材９の接合部が目標入熱量に到達するまで、その挿入位置において接合ツール６を回転させて入熱処理を実行する。接合部が目標入熱量に到達すると、接合ツール６を接合線に沿って進行させて接合処理を実行する。
【００３８】
なお、図２中の「損傷検出負荷率」については、実施例２で後述する。
【００３９】
次に、図３から図６を参照して、本実施例に係る摩擦攪拌接合装置１の接合ツール６の挿入処理について説明する。図３は、接合ツール６のゼロ点設定時の様子を示す図である。図４は、第一の挿入処理終了条件の成立時の各パラメータの関係を示す図であり、図５は、第二の挿入処理終了条件の成立時の各パラメータの関係を示す図である。図６は、本実施例での接合ツール６の挿入方法を示すフローチャートである。
【００４０】
図３に示すように、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、装置本体２は、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を駆動することにより接合ツール６を下降駆動してその先端部を被接合部材９の表面に位置合わせをして、接合ツール６の位置を示す接合ツール位置のゼロ点設定を実行する。なお、ゼロ点は、鉛直下方向であるＺ軸下方向において、接合ツール位置の基準位置となる。
【００４１】
引続き、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、次のように試験的に挿入処理を実行する。装置本体２は、被接合部材９の接合条件に基づいて設定した主軸モータ１４の目標とする回転速度（目標回転速度）により主軸モータ１４を回転させながら、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を駆動し、追込み量を増加させながら、接合ツール６を下降動作して被接合部材９への挿入を開始し、所望の接合品質を確保できる接合ツール位置である適正挿入位置まで挿入し、このときのＺ軸上下動駆動モータ１６の追込み量を目標追込み量として設定する。
【００４２】
その後、接合ツール６により接合処理を実行する実運用を開始する。実運用の段階においては、装置本体２は、接合条件に基づいて設定した主軸モータ１４の目標回転速度とＺ軸上下動駆動モータ１６の目標追込み量を設定して、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を目標追込み量まで増加させて接合ツール６を適正挿入位置まで挿入し、接合部の入熱量が目標とする値（目標入熱量）に到達するまでその位置で接合ツール６を回転させて入熱処理を実行し、その後、被接合部材９を摩擦攪拌接合する接合処理に移行する。
【００４３】
しかし、上述した従来の挿入処理では、被接合部材９の表面にうねり等があり平坦でない場合には接合ツール６を適正挿入位置に挿入できない場合がある。
【００４４】
そこで、本実施例では、以下のように挿入処理を実行し、上記の課題を解決する。
【００４５】
先ず、従前同様に、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、装置本体２は、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を駆動することにより接合ツール６を下降駆動してその先端部を被接合部材９の表面に位置合わせをして、接合ツール６の位置を示す接合ツール位置のゼロ点設定を実行する（図３）。
【００４６】
次に、従前同様に、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、次のように試験的に挿入処理を実行する。装置本体２は、被接合部材９の接合条件に基づいて設定した主軸モータ１４の目標回転速度により主軸モータ１４を回転させながら、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を駆動し、追込み量を増加させながら、接合ツール６を下降動作して被接合部材９への挿入を開始し、所望の接合品質を確保できる限界点としての接合ツール位置である適正挿入位置まで挿入し、このときのＺ軸上下動駆動モータ１６の追込み量を目標追込み量として設定する。
【００４７】
さらに、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、装置本体２は、主軸モータ１４の目標回転速度とＺ軸上下動駆動モータ１６の目標追込み量を設定して、再度、試験的に挿入処理を実行し、最も精度の高い接合品質を得られると思われる接合ツール位置まで接合ツール６を被接合部材９に挿入し、このときの主軸モータ１４の負荷率（主軸モータ１４の負荷トルクの最大値を１００として算出する値）を取得して、目標負荷率として設定する。
【００４８】
実運用の段階においては、装置本体２は、被接合部材９の接合条件に基づいて設定した主軸モータ１４の目標回転速度により主軸モータ１４を回転させながら、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を駆動し、追込み量を増加させながら、接合ツール６を下降動作して被接合部材９への挿入を開始する。
【００４９】
さらに、Ｚ軸上下動駆動モータ１６を、目標追込み量に向けて追込み量を増加させながら接合ツール６を下降動作していき、その過程において定時に、つまり、予め設定されたサンプリング周期において、主軸モータ１４の負荷率の現在値を示す現在負荷率を取得し、Ｚ軸上下動駆動モータ１６の追込み量の現在値を示す現在追込み量を取得する。
【００５０】
次に、図４及び図５を用いて、挿入処理終了条件について説明する。
【００５１】
現在負荷率を取得した同一サンプリングにおいて、第一の挿入処理終了条件として、現在負荷率と目標負荷率とを比較し、その偏差である第一の偏差が許容範囲内に到達したか否かをチェックする。第一の偏差が許容範囲内に到達していれば、第一の挿入処理終了条件が成立したとして、この時点において挿入処理を終了する。
【００５２】
第一の挿入処理終了条件が成立していないときは、前述の同一サンプリングにおいて、第二の挿入処理終了条件として、現在追込み量と目標追込み量と比較し、その偏差である第二の偏差が許容範囲内に到達したか否かをチェックする。第二の偏差が許容範囲内に到達していれば、第二の挿入処理終了条件が成立したとして、この時点において挿入処理を終了する。
【００５３】
なお、第一の許容範囲および第二の許容範囲は、試験的に挿入処理を実行した際に、適正な範囲として設定してもよいし、被接合部材９の接合条件に基づいて設定してもよい。例えば、適正とする目標値±数パーセント、目標値＋数パーセントなどと設定してもよい。
【００５４】
第二の挿入処理終了条件が成立していないときは、さらにＺ軸上下動駆動モータ１６の追込み量を増加し、第一の挿入処理終了条件が成立しているか、第二の挿入処理終了条件が成立しているかを繰り返す。
【００５５】
このように、装置本体２は、Ｚ軸上下動駆動モータ１６の追込み量を増加して接合ツール６を被接合部材９に挿入しながら第一の挿入処理終了条件及び第二の挿入処理終了条件の成立状況をチェックしていき、第一の挿入処理終了条件または第二の挿入処理終了条件のいずれかが成立した時点において挿入処理を終了する。
【００５６】
なお、これらのことから分かるように、第二の挿入処理終了条件の成立要件である目標追込み量は、Ｚ軸上下動駆動モータ１６の最大追込み量として設定されることとなる。
【００５７】
以上のように挿入処理が終了した後、その接合ツール位置を初期値として、摩擦攪拌接合処理に移行する。
【００５８】
図６を用いて、上述した接合ツール６の挿入方法について説明する。
【００５９】
先ず、ステップＳ１において、制御部１１で接合ツール６の挿入処理の目標値を設定する。ここで、主軸モータ１４の目標負荷率をL0とし、Ｚ軸上下動駆動モータ１６の目標追込み量をD0とする。
【００６０】
次に、ステップＳ２において、所定のサンプリング周期で主軸モータ１４の負荷率の現在値及びＺ軸上下動駆動モータ１６の追込み量の現在値を取得する。ここで、現在負荷率をLtとし、現在追込み量をDtとする。
【００６１】
続いて、ステップＳ３において、現在負荷率：Ltと目標負荷率：L0の偏差（｜Lt - L0｜）を許容範囲と比較する。
【００６２】
｜Lt - L0｜が許容範囲内であると判定された場合、接合ツール６の挿入処理を終了する。一方、｜Lt - L0｜が許容範囲外であると判定された場合は、ステップＳ４へ移行する。
【００６３】
次に、ステップＳ４において、現在追込み量：Dtと目標追込み量：D0の偏差（｜Dt - D0｜）を許容範囲と比較する。
【００６４】
｜Dt - D0｜が許容範囲内であると判定された場合、接合ツール６の挿入処理を終了する。一方、｜Dt - D0｜が許容範囲外であると判定された場合は、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返す。
【００６５】
以上説明したように、本実施例の摩擦攪拌接合装置及び接合ツールの挿入方法によれば、板厚の不均一やうねり等により被接合部材の表面が平坦でない場合であっても、摩擦攪拌接合を開始する前段階において、接合ツールを適正な鉛直下方向（Ｚ軸下方向）の位置に挿入可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置及び接合ツールの挿入方法を実現することができる。これにより、被接合部材同士の高品質（高精度）な摩擦攪拌接合が可能となる。
【実施例２】
【００６６】
図７を参照して、本発明の実施例２に係る摩擦攪拌接合装置及び接合ツールの挿入方法について説明する。図７は、本実施例の摩擦攪拌接合装置における接合ツールの損傷検出時の各パラメータの関係を示す図である。
【００６７】
図７に示すように、本実施例の装置本体２は、接合ツール６により接合処理を開始する前段階において、試験的に挿入処理を実行した際、目標負荷率と目標追込み量とを設定するとともに、実験的に接合ツール６の損傷を検出するための損傷検出負荷率と損傷検出追込み量とを設定する。
【００６８】
実運用の段階において、装置本体２は、挿入処理を開始してから、予め設定されたサンプリング周期において、主軸モータ１４の負荷率の現在値を示す現在負荷率を取得し、Ｚ軸上下動駆動モータ１６の追込み量の現在値を示す現在追込み量を取得する。
【００６９】
第一の挿入処理終了条件及び第二の挿入処理終了条件の成立状況をチェックするサンプリングにおいて、接合ツール損傷条件として、現在追込み量と損傷検出追込み量との偏差として第三の偏差を算出し、さらに現在負荷率と損傷検出負荷率との偏差として第四の偏差を算出する。
【００７０】
第三の偏差が許容範囲内に到達している状態において第四の偏差が許容範囲内に到達していないとき、接合ツール損傷条件が成立したとして、装置本体２は挿入処理を終了する。
【００７１】
本実施例によれば、主軸モータ１４の負荷率及び接合ツール６の追込み量をモニタすることで、接合ツール６（プローブ部８）の損傷の有無を検出することができる。これにより、接合ツール６（プローブ部８）に摩耗や折れ等の損傷が発生した場合に、損傷した接合ツール６による摩擦攪拌接合の継続を防止することができる。
【００７２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…摩擦攪拌接合装置、２…装置本体、３…Ｚ軸上下動駆動機構部、４…主軸支持部、５…ツールホルダ（接合ヘッド）、６…接合ツール、７…ショルダ部、８…プローブ部（接合ピン）、９，９ａ，９ｂ…被接合部材、１０…載置台、１１…制御部（制御装置）、１２…Ｘ軸前後駆動機構部、１３…Ｘ軸前後動駆モータ、１４…主軸モータ、１５…主軸、１６…Ｚ軸上下動駆動モータ、１７…異物。
【要約】      （修正有）【課題】板厚の不均一やうねり等により被接合部材の表面が平坦でない場合であっても、接合ツールを適正な鉛直下方向（Ｚ軸下方向）の位置に挿入可能な信頼性の高い摩擦攪拌接合装置を提供する。【解決手段】装置本体と、Ｚ軸上下動駆動モータと、主軸と、接合ヘッドと、接合ツールと、記接合ツールを所定の回転数で回転させる主軸モータと、を備え、前記装置本体は、前記主軸モータの目標負荷率と前記Ｚ軸上下動駆動モータの目標追込み量とを設定し、前記Ｚ軸上下動駆動モータを駆動して前記主軸をＺ軸下方向に下降動作させ、前記主軸モータにより所定の回転数で回転させながら前記接合ツールを前記被接合部材に挿入する挿入処理を開始し、前記目標負荷率に基づいて設定する第一の挿入処理終了条件、または、前記目標追込み量に基づいて設定する第二の挿入処理終了条件、のいずれかが成立した場合、前記挿入処理を終了することを特徴とする。【選択図】図４【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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