JP5022502B2 - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦撹拌接合によって被接合物を、たとえばスポット接合などする摩擦撹拌接合装置に関する。

図９は、先行技術の摩擦撹拌接合装置１の一部の断面図である。回転子２は、被接合物３，４に向けて突出した直円柱状のピン５と、このピン５の基端部が一体的に設けられる先端部６とを有し、先端部６のピン５に臨む図９の下方の端面はショルダ部７を形成する。図９の上方で、回転子２はその軸線まわりに回転駆動されながら、被接合物３，４に直進移動し、ピン５の下端面が被接合物３の表面に接触し、回転子２がさらに図９の下方に変位されて被接合物３，４を押圧するように加圧し、さらに先端部６のショルダ部７が被接合物３に接触してピン５とともに加圧し、こうしてピン５およびショルダ部７が被接合物３，４に入り込んでゆく。回転子２と被接合物３，４との摩擦熱によって、被接合物３，４が部分的に軟化され、その軟化部分が撹拌されて、被接合物３，４が接合される。

図１０は、図９に示される先行技術の回転子２を用いて摩擦撹拌接合された被接合物３，４の拡大断面図である。被接合物３，４は、たとえばアルミニウム板などである。この先行技術では、ピン５とショルダ部７を有する先端部６とが一体的に回転しながら被接合物３，４を押圧するので、図１０に示される被接合物３へのショルダ部７の食い込みが大きく、その結果、被接合物３，４の接合領域８，９における被接合物３の接合部分１１，１２の厚みΔｄ１が小さい。したがって被接合物３，４の図１０における左右方向の剪断強度が小さいという問題がある。この接合部分１１，１２の厚みΔｄ１を大きくしようとすれば、ショルダ部７の被接合物３への食い込み量がわずかとなり、これによって被接合物３の板厚方向（図１０の上下方向）の材料の撹拌が不充分となり、このことによって接合強度が低下する。また接合部分１１，１２の厚みΔｄ１を適切な厚みに設定するには、被接合物３，４の厚みの違いに応じて、各種の寸法形状を有する回転子２を準備しなければならない。そうすると回転子２の交換作業が必要であり作業性が悪く、生産性が劣る。

ショルダ部７が被接合部３に深く入り込むことによって、その先端部６の外周には、バリと呼ぶことができる隆起部１３が形成され、その隆起部１３の材料が接合のために使われておらず、このことによっても強度が低下することになるとともに、接合品質が劣る。

回転子２は、回転駆動されている状態で、被接合物３，４に接触して押圧するので、回転子が横ぶれして、ピン５およびショルダ部７の被接合物３，４における接合位置の精度が低いという問題がある。

また被接合物に、高速回転したピン５が最初に接触するので、重合わされた被接合物３，４が十分に密着していない状態、すなわちギャップがある状態で摩擦撹拌動作が行われるおそれがある。ギャップがある状態の２つの被接合物３，４に摩擦撹拌動作が行われると、被接合物３の接合部分が少なくなり、接合される被接合物３，４の剪断強度が低下してしまう。

本発明の目的は、剪断強度などの接合強度を向上することができるとともに、各種の厚みを有する被接合物にかかわらず共通の摩擦撹拌接合治具を用いることができ、接合品質を向上することができるようにした摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合治具を提供することである。

本発明は、摩擦撹拌接合治具であって、
被接合物を押圧する端部を有し、軸線に沿って延びる挿通孔が形成される治具本体と、
挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部とを含む摩擦撹拌接合治具と、
治具本体の前記端部を被接合物に加圧する治具本体用加圧手段と、
軸部の前記端部を被接合物に加圧する軸部用加圧手段と、
軸部を回転駆動する軸部用回転駆動手段と、
治具本体に設けられ、押圧される被接合物を加熱する加熱手段と、
治具本体用加圧手段と軸部用加圧手段と軸部用回転駆動手段と加熱手段とを個別的に制御する制御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。

また本発明は、制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部を被接合物に加圧した状態で、加熱手段によって被接合物を加熱し、
治具本体の前記加圧状態で、軸部用加圧手段によって軸部の前記端部を被接合物に加圧しつつ、軸部用回転駆動手段によって軸部を回転駆動することを特徴とする。

また本発明は、被接合物を押圧する端部を有し、軸線と同軸の挿通孔が形成される治具本体と、
挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部と、
治具本体に内蔵され、押圧される被接合物を加熱する加熱手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合治具である。

本発明に従えば、摩擦撹拌接合治具の治具本体は、回転することなく、被接合物を押圧して加圧する。この加熱手段によって加熱された被接合物は軟化し、その治具本体を挿通する軸部が軟化部分を撹拌し、接合が行われる。したがって治具本体の被接合物への食い込みが生じることはなく、これによって被接合物の剪断強度などの接合強度を向上することができ、また接合に必要な軟化部分の範囲にわたって軸部の加圧、回転駆動によって、その材料の撹拌が促進され、このことによっても接合強度が向上され、さらに各種の板厚を有する被接合物に共通に摩擦撹拌接合治具を用いることができ、作業性が良好であり、さらに前述の先行技術に関連して述べた隆起部が生じることはなく、このことによってもまた、接合強度の向上を図るとともに接合品質を向上することができる。

加熱手段は、治具本体に設けられ、たとえば治具本体に内蔵されてもよい。加熱手段は、たとえば電気ヒータであってもよく、または被接合物を誘導加熱する誘導加熱コイルであってもよく、その誘導加熱コイルに、交流電源から交流電力が与えられる。

本発明に従えば、被接合物を、治具本体の端部で加圧することによって、被接合物を加熱手段によって加熱し、この加圧状態で、軸部を加圧、回転駆動する。これによって高精度の接合位置で、大きな接合強度の接合状態を達成することができる。

また本発明は、スポット接合を行うための装置であることを特徴とする。
また本発明は、スポット接合を行うための治具であることを特徴とする。

本発明に従えば、上述の装置または治具によってスポット接合を行うことによって、接合部分の接合強度を向上することができ、良好な接合品質を得ることができる。

以上のように本発明によれば、治具本体を回転させずに加熱手段によって被接合物を軟化させる場合、治具本体の被接合物への食い込みが生じることはなく、これによって被接合物の剪断強度などの接合強度を向上することができ、また接合に必要な軟化部分の範囲にわたって軸部の加圧、回転駆動によって、その材料の撹拌が促進され、このことによっても接合強度が向上され、さらに各種の板厚を有する被接合物に共通に摩擦撹拌接合治具を用いることができる。

また本発明によれば、スポット接合を行うことによって、接合部分の接合強度を向上することができ、良好な接合品質を得ることができる。

図１は、本発明の参考例の接合動作を示す断面図である。上下に重ねられた複数たとえば２つの被接合物２１，２２は、本発明に従う摩擦撹拌接合治具２３を備える摩擦撹拌装置によって接合される。この治具２３は、治具本体２４と、治具本体２４を挿通する軸部２５とを含む。治具本体２４は、直円筒状であり、その軸線２６と同軸に挿通孔２７が形成される。軸部２５は、この挿通孔２７を、軸線２６と同軸に配置される。軸部２５は、直円柱状である。治具本体２４の端部３１の端面３２は、軸線２６に垂直である。軸部２５の端部３３の端面３４も、軸線２６に垂直である。軸部２５は、治具本体２４に没入および突出可能に形成される。なお軸部２５は、被接合物２１，２２を加圧および回転摩擦熱を与えることができる形状であればよく、直円柱状以外の形状、たとえば先端に進むにつれて縮経する円錐形状であってもよい。

図２は、図１に示される摩擦撹拌接合治具２３を用いる摩擦撹拌接合装置３５の簡略化した断面図である。被接合物２１，２２は、定盤３６上に乗載されて固定される。この状態に固定的に設けられる装置本体３７には、治具本体２４の端部３１を被接合物２１，２２に加圧する治具本体用加圧手段４１と、治具本体２４を、その軸線２６まわりに回転駆動する治具本体用回転駆動手段４２と、軸部２５の端部３３を被接合物２１，２２に加圧する軸部用加圧手段４３と、軸部２５をその軸線２６まわりに回転駆動する軸部用回転駆動手段４４とを含む。これらの各手段４１〜４４は、たとえばサーボモータを含んで構成される。検出手段４６は、治具２３による被接合物２１，２２の接合状態を検出する。検出手段２６は、たとえば光学式センサまたはテレビカメラなどによって実現されてもよい。図２に示す摩擦撹拌接合装置３５は、本発明の例示に過ぎず、多関接ロボットたとえば６軸多関接ロボットの手首に摩擦撹拌接合装置を装着してもよい。

図３は、図２に示される摩擦撹拌接合装置３５の電気的構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路４７は検出手段４６の出力に応答し、前述の各手段４１〜４４の動作を制御する。検出手段４６は、各手段４１〜４４にそれぞれ含まれているモータの負荷電流を検出して接合状態を検出する構成を有してもよい。

図４は図１（１）〜図１（５）に示される摩擦撹拌接合装置３５の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図５は図３に示される処理回路４７の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路４７は、摩擦撹拌接合装置３５の表１に示される動作モードを順次的に達成する。

摩擦撹拌接合治具２３の治具本体２４は、治具本体用加圧手段４１によって、図４（Ａ）に示されるように下降および上昇移動され、治具本体用回転駆動手段４２によって図４（Ｃ）に示されるように回転駆動される。治具本体を加圧手段４１によって治具本体２４に作用する加圧力は、図４（Ｅ）に示される。

軸部２５は、軸部用加圧手段４３によって図４（Ｂ）に示されるように下降および上昇移動され、軸部用回転駆動手段４４によって図４（Ｄ）に示されるように回転駆動される。この軸部２５に作用する加圧力は、図４（Ｆ）に示される。

処理回路４７は、図５のステップａ１では、摩擦撹拌治具２３は、第1動作モードに移
行した状態であり、図１（１）に示されるように、前述の各手段４１〜４４が停止している。処理回路４７は、外部から摩擦撹拌接合命令が与えられると、摩擦撹拌治具２３を接合位置上方に配置し、ステップａ２に進む。

ステップａ２では、時刻ｔ１以降、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第２動作モードに移行させ、治具本体用加圧手段４１によって、治具本体２４を下降させる。次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２に達すると、摩擦撹拌治具２３を第３動作モードに移行させ、軸部用加圧手段４３によって、軸部２５を下降させる。

処理回路４７は、時刻ｔ２から時刻ｔ３に達すると、摩擦撹拌治具を第４動作モードに移行させ、軸部用回転駆動手段４４によって、軸部２５を回転駆動させる。治具本体２４および軸部２５が下降し、治具本体２４の端面３２が被接合物２１に接触したことが検出されると、ステップａ３に進む。

ステップａ３では、図１（２）に示されるように、治具本体２４の端面３２が被接合物２１に接触する。時刻ｔ３から時刻ｔ４に達すると、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第５動作モードに移行させ、治具本体用加圧手段４１によって、治具本体２４を被接合物２１に予備加圧力Ｐ１で予備加圧する。予備加圧を行うことによって、被接合物２１，２２間の隙間が解消され、被接合物２１，２２が密着する。被接合物２１，２２が密着すると、ステップａ４に進む。

ステップａ４では、時刻ｔ４から時刻ｔ５に達すると、軸部２５が被接合物２１に接触し、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第６動作モードに移行させる。第６動作モードでは、軸部用加圧手段４３によって、軸部２５を被接合物２１に加圧力Ｐ２で回転加圧する。これによって図１（３）に示されるように、軸部２５と被接合物２１とによって摩擦熱が生じ、軸部２５付近の被接合物２１が軟化し、軸部２５が被接合物２１に食い込む。

時刻ｔ５から時刻ｔ６に達すると、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第７動作モードに移行させる。第７動作モードでは、治具本体用加圧手段４１によって、治具本体２４を予備加圧力Ｐ１より大きい加圧力Ｐ３で加圧する。これによって図１（４）に示されるように、治具本体２４と被接合物２１とによって摩擦熱が生じ、治具本体２４付近の被接合物２１が軟化し、治具本体２４が被接合物に食い込み、被接合物２１，２２が部分的に摩擦撹拌状態となる。

このとき、治具本体２４と軸部２５とは、各回転駆動手段４２，４３によって回転駆動され、各加圧手段４１，４３によって、被接合物２１，２２を加圧する。治具本体２４および軸部２５は、それぞれ摩擦撹拌接合が最適に行われる回転速度および加圧力に設定される。

軸部２５は、被接合物２１，２２の軟化部分を撹拌するのに十分な加圧力および回転速度に設定され、治具本体２４は、被接合物を軟化するとともに、軟化部分の撹拌が小さい加圧力および回転速度に設定される。

たとえば治具本体２４の治具本体用回転駆動手段４２による回転速度Ｖ１に比べて、軸部２５の軸部用回転駆動手段４４による回転速度Ｖ２は、高い値に設定される。すなわちＶ１＜Ｖ２に設定される。また治具本体２４と軸部２５とが各加圧手段４１，４３によって加圧され、治具本体２４の治具本体用加圧手段４１による加圧力Ｐ３に比べて、軸部２５の軸部用加圧手段４３による加圧力Ｐ２は大きい値に設定される。すなわちＰ３＜Ｐ２に設定される。

摩擦撹拌状態で予め定められた摩擦撹拌時間Ｗが経過するとステップａ５に進む。
ステップａ５では、摩擦撹拌時間Ｗが経過し時刻ｔ６から時刻ｔ７に達すると、２つの被接合物２１，２２が軟化撹拌されて接合部分が形成され、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第８動作モードに移行させる。第８動作モードでは、各加圧手段４１，４３によって治具本体２４および軸部２５が回転状態を保ったまま上昇される。

時刻ｔ７から時刻ｔ８に達すると、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第９動作モードに移行させる。第９動作モードでは、治具本体用回転駆動手段４２によって治具本体２４の回転を停止する。

時刻ｔ８から時刻ｔ９に達すると、処理回路４７は、摩擦撹拌治具２３を第１０動作モードに移行させる。第１０動作モードでは、各転駆動手段４２，４４によって治具本体２５および軸部２５の回転を停止し、ステップａ６に進む。ステップａ６では、図１（５）に示されるように、摩擦撹拌治具２３が被接合物の接合位置より上方の位置に配置され一連の動作を終了する。

摩擦撹拌治具は、ステップａ３で治具本体２４によって被接合物を予備加圧することによって、被接合物２１，２２間の隙間を解消した状態で摩擦撹拌動作を行う。これによって接合不良を生じることなく良好な摩擦撹拌接合を行うことができる。また治具本体２４と、軸部２５との回転速度および加圧力を個別に制御することができるので、治具本体２４には、被接合物２１，２２を軟化させるのに適した回転速度および加圧力に設定し、軸部２５には、被接合物２１，２２の軟化部分を撹拌させるのに適した回転速度および加圧力に設定することができる。これによって接合部分の領域を広範囲に形成することができ、接合強度を向上させることができる。また治具本体２４と軸部２５との回転方向は互いに同一方向であっても、逆方向であってもよく、さらに接合中に回転方向が反転してもよい。治具本体２４および軸部２５の回転方向は、摩擦撹拌接合が良好に行われる回転方向にそれぞれ個々に設定することができる。

またたとえば治具本体２４の前記端部が被接合物２１，２２を押圧して入り込む変位量ΔＬ１を、軸部用加圧手段４３によって軸部２５の前記端部５５が被接合物を押圧して入り込む変位量ΔＬ２未満となる値すなわちΔＬ１＜ΔＬ２となるように、治具本体２４と軸部２５との回転速度および加圧力を調整することによって、治具本体２４が被接合物２１に入り込む量を小さくして、剪断強度などの接合強度を向上することができるとともに、前述の先行技術に関連して述べた隆起部の発生を、抑制することができ、接合品質を向上することができる。たとえば治具本体２４の変位量ΔＬ１は、最初に治具本体２４が接触する被接合物２１の厚みの被接合物２１の厚みの１０％以下に設定される。被接合物の疲労強度は、前記変位量ΔＬ１が大きくなるにつれて低下するため、変位量ΔＬ１は、必要とされる被接合物の強度に応じて、必要最小限の変位量が適宜設定される。

図６は、被接合物２１，２２の隙間を解消した状態で摩擦撹拌接合された被接合物２１，２２の拡大断面図である。被接合物２１，２２は、比較的広い接合領域４８，４９にわたって接合されており、それらの接合部分５１，５２の厚みΔｄ２は、充分に厚く、しかも隆起部５３は、ごくわずかとなる。本発明にしたがう摩擦撹拌接合でも被接合物２１，２２の隙間を解消した状態で接合することができる。したがって図６と同様な接合状態を得ることができ、被接合物２１，２２を広い接合領域４８，４９にわたって接合して、摩擦撹拌接合強度を充分に大きくすることができる。

上述の参考例では、第４〜第６動作モードにおいて、治具本体２４は回転せずに停止した状態であるが、本発明の実施の一形態として第４〜第６動作モードにおいて、治具本体２４は治具本体用回転駆動手段４２によって低速度Ｖ３で回転駆動されたままであってもよい。この低い回転速度Ｖ３は、軸部２５の加圧回転の時刻ｔ２以降における前述の速度Ｖ１未満である（Ｖ３＜Ｖ１）。このような実施の形態においてもまた、治具本体２４は、前述の低い回転速度Ｖ３で被接合物２１，２２に接触し、加圧するので、高い精度で、正確な位置に接合を行うことができる。

図７は、本発明の実施の他の形態の一部の断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、摩擦撹拌接合治具２３の治具本体２４の下部３１に、加熱手段５５が内蔵される。加熱手段５５は、たとえば電気ヒータであってもよく、あるいはまた交流電源から電力が供給される誘導加熱コイルであってもよい。図７に示される実施の形態では、治具本体２４を昇降移動して加圧する治具本体用加圧手段４１が設けられるが、治具本体用回転駆動手段４０には設けられず、この治具本体２４は回転しない。軸部２５は、軸部用加圧手段４３によって昇降移動、加圧し、また軸部用回転駆動手段４４によって回転駆動される。加熱手段５５は、被接合物２１，２２を、軟化することができる温度に加熱し、この軟化部分を、軸部２５の加圧、回転駆動によって、撹拌する。

図７に示される実施の形態では、前述のように治具本体２４が回転されず、停止されたままであるので、その端部３１の端面３２が被接合物２１に食い込むことはなく、被接合物２１，２２に入り込まない。したがって前述の先行技術に関連して述べたように、被接合物２１の接合領域における厚みが減少することはなく、剪断強度などの接合強度が高く達成される。

図８は、本発明の摩擦撹拌接合装置３５が、ロボット５７の手首５８に装着された状態を示す簡略化した側面図である。ロボット５７は、複数軸を有し、予め教示した教示内容を、メモリから読出し、再生動作を行い、スポット接合を自動的に行うことができ、さらにまた摩擦撹拌接合装置３５を予め定める接合線に沿って移動して接合動作を行うこともできる。また上述した記載において、治具本体２４および軸部２５が上昇および下降するとしたが、押圧方向に変位すればよく、水平方向に並ぶ２つの被接合物を接合してもよく、それ以外の方向でも接合可能である。

本発明は、以下の実施の形態が可能である。
（１）摩擦撹拌接合治具であって、
被接合物を押圧する端部を有し、軸線と同軸の挿通孔が形成される治具本体と、
挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部とを含む摩擦撹拌接合治具と、
治具本体の前記端部を被接合物に加圧する治具本体用加圧手段と、
治具本体を回転駆動する治具本体用回転駆動手段と、
軸部の前記端部を被接合物に加圧する軸部用加圧手段と、
軸部を回転駆動する軸部用回転駆動手段と、
治具本体用加圧手段と治具本体用回転駆動手段と軸部用加圧手段と軸部用回転駆動手段とを個別的に制御する制御手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

（２）被接合物を押圧する端部を有し、軸線と同軸の挿通孔が形成される治具本体と、
挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合治具。

（３）制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部を被接合物に加圧した状態で、治具本体用回転駆動手段によって治具本体の回転駆動を開始し、
治具本体の前記加圧状態で、軸部用加圧手段によって軸部の前記端部を被接合物に加圧しつつ、軸部用回転駆動手段によって軸部を回転駆動することを特徴とする。

（４）制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部を被接合物に加圧しつつ、治具本体用回転駆動手段によって治具本体を回転駆動し、
治具本体の前記加圧状態で、軸部用加圧手段によって軸部の前記端部を被接合物に加圧しつつ、軸部用回転駆動手段によって軸部を回転駆動し、
治具本体用回転駆動手段の回転速度は、軸部の加圧回転以前では、その後よりも、低速度であることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

摩擦撹拌接合治具の治具本体は、回転が停止している状態で、または治具本体が低い回転速度で回転駆動されている状態で、治具本体によって被接合物を押圧して加圧し、こうして治具本体が停止し、または低回転速度で回転している状態で、軸部を加圧しつつ回転駆動する。したがって治具本体によって被接合物が加圧されており、接合位置、特にスポット接合時の接合位置を高精度で設定することができる。また重なり合う２つの被接合物を接合する場合には、被接合物を軸部よりも大きい面積を有する治具本体で押圧することによって、被接合物間のギャップを広範囲にわたって解消することができ、確実な接合を行うことができる。

（５）制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部が被接合物を押圧して入り込む変位量ΔＬ１を、小さい値となるように制御することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

（６）本発明は、摩擦撹拌接合治具であって、
被接合物を押圧する端部を有し、軸線と同軸の挿通孔が形成される治具本体と、
挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部とを含む摩擦撹拌接合治具と、
治具本体の前記端部を被接合物に加圧する治具本体用加圧手段と、
治具本体を回転駆動する治具本体用回転駆動手段と、
軸部の前記端部を被接合物に加圧する軸部用加圧手段と、
軸部を回転駆動する軸部用回転駆動手段と、
治具本体用加圧手段と治具本体用回転駆動手段と軸部用加圧手段と軸部用回転駆動手段とを個別的に制御する制御手段とを含み、
制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部を被接合物に加圧しつつ、治具本体用回転駆動手段によって治具本体を回転駆動し、
治具本体の前記加圧状態で、軸部用加圧手段によって軸部の前記端部を被接合物に加圧しつつ、軸部用回転駆動手段によって軸部を回転駆動し、
治具本体用回転駆動手段の回転速度は、軸部の加圧回転以前では、その後よりも、低速度であることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。

摩擦撹拌接合治具は、治具本体と、その治具本体の挿通孔を同軸に挿通する軸部とを含み、治具本体と軸部とが、治具本体用の加圧および回転駆動の各手段によって動作し、軸部が、その軸部用の加圧および回転駆動の各手段によって動作する。したがって治具本体と軸部とを、加圧と回転駆動とを個別的に制御することができる。したがって母材である被接合物への食い込み量を、治具本体と軸部とに関して個別的に設定することができ、したがって剪断強度などの接合強度の向上を図ることができるとともに、各種の厚みを有する被接合物に共通な摩擦撹拌接合治具を用いることができ、作業性が良好であり、さらに前述の図１０に関連して述べた隆起部１３の発生を抑制し、その隆起部の材料分、接合強度の向上を図ることができる。なお治具本体と軸部との回転方向は、同一方向でも逆方向でもよい。

治具本体と軸部とを加圧と回転駆動とを個別に動作することによって、母材である被接合物への食い込み量を、治具本体と軸部とに関して個別的に設定することができ、したがって剪断強度などの接合強度の向上を図ることができるとともに、各種の厚みを有する被接合物に共通な摩擦撹拌接合治具を用いることができ、作業性が良好であり、さらに前述の図１０に関連して述べた隆起部１３の発生を抑制し、その隆起部の材料分、接合強度の向上を図ることができる。

摩擦撹拌接合治具の治具本体は、治具本体が低い回転速度Ｖ３で回転駆動されている状態で、治具本体によって被接合物を押圧して加圧し、こうして治具本体が低回転速度で回転している状態で、軸部を加圧しつつ回転駆動する。したがって治具本体によって被接合物が加圧されており、接合位置、特にスポット接合時の接合位置を高精度で設定することができる。また重なり合う２つの被接合物を接合する場合には、被接合物を軸部よりも大きい面積を有する治具本体で押圧することによって、被接合物間のギャップを広範囲にわたって解消することができ、確実な接合を行うことができる。

摩擦撹拌接合治具の治具本体が低い回転速度Ｖ３で回転駆動されている状態で、治具本体によって被接合物を押圧するので、スポット接合の接合位置を高精度で設定することができる。また被接合物間のギャップを解消することができ、確実な接合を行うことができる。

（７）制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部が被接合物を加圧して入り込む変位量ΔＬ１が、
軸部用加圧手段によって軸部の前記端部が被接合物を押圧して入り込む変位量ΔＬ２よりも小さい値となるように制御することを特徴とする。

治具本体の端部が被接合物に入り込む変位量ΔＬ１は、軸部の端部が被接合物に入り込む変位量ΔＬ２とは独立して、治具本体用および軸部用の各加圧手段によって制御することができ、したがって治具本体の変位量ΔＬ１を小さくすることによって、剪断強度などの接合強度を向上することができるとともに、前述の先行技術に関連して述べた隆起部の発生を、抑制することができ、接合品質を向上することができる。

こうして治具本体の回転による摩擦熱によって被接合物を軟化させる場合、治具本体の端部が被接合物に入り込む変位量ΔＬ１を、小さくすることによって、接合される被接合物の剪断強度などの接合強度を向上することができるとともに、前記隆起部の発生を抑制することができ、接合品質を向上することができる。

本発明の参考例の接合動作を示す断面図である。 図１に示される摩擦撹拌接合治具２３を用いる摩擦撹拌接合装置３５の簡略化した断面図である。 図２に示される摩擦撹拌接合装置３５の電気的構成を示すブロック図である。 図１（１）〜図１（５）に示される摩擦撹拌接合装置３５の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図３に示される処理回路４７の動作を説明するためのフローチャートである。 被接合物２１，２２の隙間を解消した状態で摩擦撹拌接合された被接合物２１，２２の拡大断面図である。 本発明の実施の一形態の一部の断面図である。 本発明の摩擦撹拌接合装置３５が、ロボット５７の手首５８に装着された状態を示す簡略化した側面図である。 先行技術の摩擦撹拌接合装置１の一部の断面図である。 図９に示される先行技術の回転子２を用いて摩擦撹拌接合された被接合物３，４の拡大断面図である。

２１，２２ 被接合物
２３ 摩擦撹拌接合治具
２４ 治具本体
２５ 軸部
２６ 軸線
２７ 挿通孔
３１，３３ 端部
３２，３４ 端面
３５ 摩擦撹拌接合装置
４１ 治具本体用加圧手段
４２ 治具本体用回転駆動手段
４３ 軸部用加圧手段
４４ 軸部用回転駆動手段
５５ 加熱手段

Claims (5)

1. 摩擦撹拌接合治具であって、
   被接合物を押圧する端部を有し、軸線に沿って延びる挿通孔が形成される治具本体と、
   挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部とを含む摩擦撹拌接合治具と、
   治具本体の前記端部を被接合物に加圧する治具本体用加圧手段と、
   軸部の前記端部を被接合物に加圧する軸部用加圧手段と、
   軸部を回転駆動する軸部用回転駆動手段と、
   治具本体に設けられ、押圧される被接合物を加熱する加熱手段と、
   治具本体用加圧手段と軸部用加圧手段と軸部用回転駆動手段と加熱手段とを個別的に制御する制御手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
2. 制御手段は、治具本体用加圧手段によって治具本体の前記端部を被接合物に加圧した状態で、加熱手段によって被接合物を加熱し、
   治具本体の前記加圧状態で、軸部用加圧手段によって軸部の前記端部を被接合物に加圧しつつ、軸部用回転駆動手段によって軸部を回転駆動することを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
3. スポット接合を行うための装置であることを特徴とする請求項または２記載の摩擦攪拌接合装置。
4. 被接合物を押圧する端部を有し、軸線と同軸の挿通孔が形成される治具本体と、
   挿通孔に挿通され、前記軸線方向に変位自在に設けられ、治具本体の前記端部から突出可能な端部を有する軸部と、
   治具本体に内蔵され、押圧される被接合物を加熱する加熱手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合治具。
5. スポット接合を行うための治具であることを特徴とする請求項４記載の摩擦攪拌接合治具。

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