JP7720701B2 - 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Description

本発明は摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法に関する。

材料の接合手法として摩擦攪拌接合が用いられている（特許文献１参照）。
特許文献１では、汎用の工作機械に専用のアタッチメントおよび接合ツールを装着して摩擦攪拌接合装置としている。
既存の摩擦攪拌接合装置では、例えば接合する一対のワークを各々の上面が水平に揃う状態で並べておき、互いの継ぎ目に直交する軸まわりに回転する接合ツールを押し当て、摩擦攪拌することで継ぎ目に沿って接合してゆく。

特許文献１の摩擦攪拌接合装置では、接合ツールは工作機械の主軸に接続されて回転力を伝達されており、接合ツールの回転軸は主軸の回転軸線上に配置されていた。
これに対し、接合ツールの回転軸が主軸の回転軸と交差方向に配置されたＬ型アタッチメントが本出願人により提案されている（特願２０２０－０７５４９０）。
提案されたＬ型アタッチメントでは、接合ツールの駆動をアタッチメントに内蔵したエアモータなどで行うことで、接合ツールの回転軸を主軸と交差方向に配置でき、さらに主軸の回転を利用してアタッチメントないし接合ツールの向きを選択可能である。
このようなＬ型アタッチメントでは、ワークの水平な上面の摩擦攪拌接合だけでなく、垂直な側面についても摩擦攪拌接合を行うことができる。

特許第６７８７７６４号公報

前述したＬ型アタッチメントを用いてワークの側面を摩擦攪拌接合する場合、回転する接合ツールをワークの側面に法線方向で押し当てつつ、ワークの側面に沿ってワークを周回するようにＬ型アタッチメントを移動させてゆく。この際、ワークの平面的な輪郭が多角形状や曲線状である場合、常に接合ツールがワーク側面に対して法線方向となるように、主軸を回転させてＬ型アタッチメント向きを調整する必要がある。
つまり、Ｌ型アタッチメントを用いて多角形状や曲線状の輪郭のワーク側面の摩擦攪拌接合を行う際には、ワークの輪郭に応じてＬ型アタッチメントの水平位置（Ｘ軸Ｙ軸平面移動）を制御するとともに、Ｌ型アタッチメントの向き（主軸のＣ軸回転）を制御する必要があった。とくに、Ｌ型アタッチメントの水平位置については、曲線に対する工作機械のＸ軸およびＹ軸の協調制御が必要になり、制御の煩雑さが避けられなかった。

本発明の目的は、多角形状や曲線状の輪郭のワーク側面の摩擦攪拌接合が容易に行える摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法を提供することにある。

本発明の摩擦攪拌接合装置は、ワークを載置する載物面を有しかつ前記載物面に交差するテーブル回転軸まわりに回転可能なテーブルと、前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動可能かつ前記テーブル回転軸と平行なホルダ回転軸まわりに回転可能なツールホルダと、前記ツールホルダに支持されて前記ホルダ回転軸と交差するツール回転軸まわりに回転する接合ツールと、前記テーブル、前記ツールホルダ、および前記接合ツールの動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記接合ツールを回転させた状態で前記ワークの側面の接合部位に押し付け、前記テーブルを回転させて前記接合ツールを前記接合部位に沿って相対移動させるとともに、前記接合ツールが前記接合部位の法線方向に向くように前記ツールホルダを回転させる二軸動作モードを有することを特徴とする。

このような本発明では、ツールホルダに支持されてホルダ回転軸と交差するツール回転軸まわりに回転する接合ツール、つまりいわゆるＬ型ツールホルダに装着された接合ツールにより、ワーク側面の接合を行うことができる。
接合の際には、テーブルの回転によりワーク側面の接合部位を接合ツールに向けることができ、ツールホルダをワーク側面に沿って移動させる動作を簡略化できる。この際、接合ツールが接合部位の法線方向に向くようにツールホルダを回転させることで、接合ツールによってワークに適切な摩擦攪拌接合を行うことができる。
従って、本発明により、多角形状や曲線状の輪郭のワーク側面の摩擦攪拌接合が容易に行える。
なお、制御装置は、前述したテーブルおよびツールホルダの各々を回転させる二軸動作モードのほかに、テーブルを停止させておきツールホルダをワーク側面に沿って移動させつつ回転させる一軸動作モードを有するとしてもよい。

本発明の摩擦攪拌接合装置において、前記制御装置は、前記接合ツールの前記ツールホルダに対する回転を制御するツール回転制御部と、前記ツールホルダの前記載物面に沿った方向の位置を制御するツール位置制御部と、前記ツールホルダの前記ホルダ回転軸まわりの向きを制御するツール方向制御部と、前記テーブルの前記テーブル回転軸まわりの向きを制御するワーク方向制御部と、前記ワークの形状情報に基づいて前記ツール回転制御部、前記ツール位置制御部、前記ツール方向制御部、および前記ワーク方向制御部を動作させて前記二軸動作モードの接合動作を制御する接合制御部と、を有することが好ましい。

このような本発明では、接合制御部の制御のもとで、ワーク側面の形状に応じた二軸動作モードの動作が実行される。すなわち、ツール位置制御部により、ツールホルダを載物面に沿った方向の所定位置に定位させ、ワーク方向制御部により、テーブルを回転させてワークの接合部位をツールホルダの接合ツールに向ける。そして、ツール方向制御部により、ツールホルダを回転させて接合ツールを接合部位の法線方向に向ける。この状態で、ツール回転制御部により、接合ツールの回転を適切に制御することで、接合ツールによるワーク側面の接合部位に摩擦攪拌接合を行うことができる。
接合動作においては、ワーク方向制御部によりテーブルを回転させることで、接合ツールをワークの接合部位に沿って順次移動させることができる。この際、ツール位置制御部により接合ツールをワークの接合部位に対して適切な深さに維持するとともに、ツール方向制御部によりツールホルダの向きを調整し、接合ツールを常に接合部位の法線方向に向けることで、適切な摩擦攪拌接合が維持される。

本発明の摩擦攪拌接合装置において、前記テーブルは工作機械に設置され、前記ツールホルダは前記工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転により前記ホルダ回転軸まわりの回転が可能であり、前記主軸の前記テーブルに対する移動により前記載物面に沿った方向の位置を調整可能であり、前記ツールホルダには前記接合ツールを回転させる回転駆動部が設置されていることが好ましい。
このような本発明では、汎用の工作機械を利用して本発明の摩擦攪拌接合装置を実現できる。

本発明の摩擦攪拌接合方法は、ワークを載置する載物面を有しかつ前記載物面に交差するテーブル回転軸まわりに回転可能なテーブルと、前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動可能かつ前記テーブル回転軸と平行なホルダ回転軸まわりに回転可能なツールホルダと、前記ツールホルダに支持されて前記ホルダ回転軸と交差するツール回転軸まわりに回転する接合ツールと、を有する摩擦攪拌接合装置を用い、前記接合ツールを回転させた状態で前記ワークの側面の接合部位に押し付け、前記テーブルを回転させて前記接合ツールを前記接合部位に沿って移動させるとともに、前記接合ツールが前記接合部位の法線方向に向くように前記ツールホルダを回転させることを特徴とする。
このような本発明の摩擦攪拌接合方法によれば、前述した摩擦攪拌接合装置で説明した通りの効果が得られる。

本発明によれば、多角形状や曲線状の輪郭のワーク側面の摩擦攪拌接合が容易に行える摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法を提供できる。

本発明の一実施形態である摩擦攪拌接合装置を示す斜視図。 前記実施形態のツールホルダおよび接合ツールを示す側面図。 前記実施形態のワーク側面の接合動作を示す斜視図。 前記実施形態の制御装置を示すブロック図。 前記実施形態の円形ワークに対する一軸動作モードを示す平面図。 前記実施形態の円形ワークに対する二軸動作モードを示す平面図。 前記実施形態の多角形ワークに対する二軸動作モードを示す平面図。

以下本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、本実施形態の摩擦攪拌接合装置１は、縦型主軸を有する汎用の工作機械２に、Ｌ型のツールホルダ１０および摩擦攪拌接合用の接合ツール２０を装着して構成されている。摩擦攪拌接合アタッチメント１０に接合ツール２０を装着することで摩擦攪拌接合ヘッド１９が構成される。

工作機械２は、ワーク９が固定される載物面３１を有するテーブル３と、先端に工具を装着可能な主軸４と、主軸４を回転自在に支持する主軸ヘッド５と、主軸ヘッド５を任意位置へ移動させる移動機構６と、を備えている。
これらのテーブル３、主軸４、主軸ヘッド５および移動機構６は、それぞれベッド７の上面に設置され、全体を開閉自在なカバー８で囲うことができる。

主軸４は、Ｚ軸方向の軸線（ホルダ回転軸Ｃ１）回りに回転自在に支持され、主軸ヘッド５内の駆動モータで駆動されて回転（回転動作Ｒｃ１）が可能、かつ指定された角度位置に停止可能である。
従って、主軸４の先端に装着されたツールホルダ１０および接合ツール２０は、主軸４によるホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転（回転動作Ｒｃ１）によって任意の向きに設定可能である。

移動機構６は、水平なガイドバー６１に支持されたスライダ６２を有し、主軸ヘッド５はスライダ６２から下向きに支持されている。スライダ６２に対して主軸ヘッド５を昇降させることで、主軸４の先端をＺ軸方向の指定された位置に移動可能である。また、ガイドバー６１に沿ってスライダ６２を移動させることで、主軸４の先端をＸ軸方向の指定された位置に移動可能である。さらに、移動機構６は、テーブル３をＹ軸方向へ移動させるＹ軸移動機構を有し、テーブル３と主軸４の先端とをＹ軸方向の所定位置へと相対移動可能である。
従って、主軸４の先端に装着されたツールホルダ１０は、移動機構６によりテーブル３に対してＸＹＺ各軸方向へ相対移動可能であり、接合ツール２０のワーク９に対する位置を調整可能である。

テーブル３は、載物面３１がＸ軸およびＹ軸に沿った平面方向とされ、載物面３１に直交するＺ軸方向の軸線（テーブル回転軸Ｃ２）回りに回転自在に支持されている。テーブル３は、ベッド７内の駆動モータで駆動されて回転（回転動作Ｒｃ２）が可能、かつ指定された角度位置に停止可能である。
従って、主軸４に装着されたツールホルダ１０および接合ツール２０をワーク９の側方に配置した状態でテーブル３を回転（回転動作Ｒｃ２）させることで、ワーク９の任意の部位を接合ツール２０に向けることが可能である。

図２において、Ｌ型のツールホルダ１０は、工作機械２の主軸４に装着される本体１１と、回転自在に支持されて先端に接合ツール２０を装着可能な加工軸１４と、加工軸１４を回転駆動する回転駆動部１５と、を有する。

本体１１は、規格に基づくテーパーシャンク１１１で主軸４に装着可能であるとともに、軸心に沿ってセンタースルーホール１１２を有し、センタースルーホール１１２には主軸４からセンタースルーエアが供給可能である。本体１１の軸心は、主軸４の装着した際に主軸４の回転中心（ホルダ回転軸Ｃ１）と同軸とされる。
本体１１は、テーパーシャンク１１１と反対側に、本体１１の軸心と交差方向に張り出す拡張部１１３を有する。拡張部１１３には、センタースルーホール１１２に連通する拡張エア通路１１４が形成され、拡張エア通路１１４を通してセンタースルーホール１１２から回転駆動部１５へと駆動エアが供給可能である。

Ｌ型のツールホルダ１０とするために、接合ツール２０が装着される加工軸１４は、ホルダ回転軸Ｃ１と直交する軸線（ツール回転軸Ｃｃ）を中心に回転可能（回転動作Ｒｃ）とされている。
加工軸１４に装着された接合ツール２０の加工部位である先端Ｔｃは、ホルダ回転軸Ｃ１の軸線上に配置される。
回転駆動部１５は、外部から供給される駆動エアにより回転する複数のエアモータを有し、主軸４からセンタースルーホール１１２を通して回転駆動部１５にセンタースルーエアを供給することで、回転駆動部１５により加工軸１４および接合ツール２０が回転駆動され（回転動作Ｒｃ）、接合ツール２０によるワーク９の側面などに対する摩擦攪拌接合が可能である。
さらに、ワーク９の側面の向きに応じて、主軸４によりツールホルダ１０を回転させること（回転動作Ｒｃ１）で、接合ツール２０の向きＤｉ（ツール回転軸Ｃｃの向き）を変更可能である。

このようなＬ型のツールホルダ１０においては、ワーク９の側面に対して接合ツール２０による摩擦攪拌接合を行うことができる。
図３において、円柱状のワーク９の側面９３の開始位置９４から終了位置９５までの摩擦攪拌接合を行う場合、接合ツール２０を回転させた状態でツールホルダ１０を側面９３に沿って移動させるとともに、移動に従って接合ツール２０が側面９３に直交方向となるようにツールホルダ１０および接合ツール２０の向きＤｉの向き変えを行う。

先ず、ポジションＤ１において、接合ツール２０を回転（回転動作Ｒｃ）させながら、接合ツール２０を向きＤｉへ前進させ、開始位置９４でワーク９に押込んで接合動作を開始する。そして、接合ツール２０を進行方向Ｄｃへと移動させ（接合ツール２０の位置制御）、ポジションＤ２まで達したら接合ツール２０を後退させることで、開始位置９４から終了位置９５までの摩擦攪拌接合を実行できる。
この際、側面９３の表面に向きＤｉが直交するように、主軸４によりツールホルダ１０を回転（回転動作Ｒｃ１）させる（接合ツール２０の向き制御）。これにより、接合ツール２０は、側面９３に対して常に直交方向とされ、円柱状のワーク９の側面９３に対して適切な摩擦攪拌接合が可能である。

図１に戻って、工作機械２には、コンピュータシステムを用いた制御装置４０が接続されている。
制御装置４０により、工作機械２を含む摩擦攪拌接合装置１の各部の動作制御が行われ、とくに主軸４の回転制御（接合ツール２０の向き制御）、移動機構６の移動制御（接合ツール２０の位置制御）、およびテーブル３の回転制御（ワーク９の向き制御）を行うことができる。

図４において、制御装置４０は、ワーク９の形状情報を記憶するワーク形状記憶部４１を有するとともに、ワーク９の形状情報に基づいて接合ツール２０による接合動作を制御する接合制御部４２を有する。
接合制御部４２には、ツール回転制御部４３、ツール位置制御部４４、ツール方向制御部４５、ワーク方向制御部４６が接続されている。

ツール回転制御部４３は、接合ツール２０のツールホルダ１０に対する回転を制御する。具体的には、主軸４からツールホルダ１０の回転駆動部１５へ供給されるセンタースルーエアを制御することで、加工軸１４および接合ツール２０の回転の開始、停止、回転速度を制御する。

ツール位置制御部４４は、ツールホルダ１０の載物面３１に沿った方向（Ｘ軸およびＹ軸を含む水平方向）の位置を制御する。具体的には、移動機構６を制御することで接合ツール２０とワーク９とのＸＹＺ各軸相対位置を調整する。とくに、ワーク９の側面の接合を行う際には、接合動作の開始時に接合ツール２０をワーク９の側面の溶接部位に対向配置するとともに、接合動作の間はワーク９の側面形状（ワーク９の平面視での輪郭形状）に基づいてワーク９と接合ツール２０との相対位置を調整する。

ツール方向制御部４５は、ツールホルダ１０のホルダ回転軸Ｃ１まわりの向きを制御する。具体的には、ツールホルダ１０の現在位置、テーブル３の現在の角度位置、およびワーク９の側面形状に基づいて、ワーク９の側面の溶接部位に対して接合ツール２０の向きＤｉが直交方向となるように主軸４を回転させる。

ワーク方向制御部４６は、テーブル３のテーブル回転軸Ｃ２まわりの向きを制御する。具体的には、ツールホルダ１０の現在位置、テーブル３の現在の角度位置、およびワーク９の側面形状に基づいて、ワーク９の側面の溶接部位が接合ツール２０に対向するようにテーブル３を回転させる。

接合制御部４２は、ワーク形状記憶部４１に記憶されているワーク９の形状情報に基づいて、ツール回転制御部４３、ツール位置制御部４４、ツール方向制御部４５、およびワーク方向制御部４６を動作させ、接合ツール２０によるワーク９の側面の接合動作を実行する。
接合制御部４２は、接合ツール２０によるワーク９の側面の接合動作の制御手順として、テーブル３を固定した状態でワーク９の側面に沿ってツールホルダ１０を移動させつつ回転させる一軸動作モードと、ツールホルダ１０およびテーブル３の各々を回転させる二軸動作モードと、を有する。

図５において、一軸動作モードでは、テーブル３を停止させておきツールホルダ１０をワーク９の側面に沿って移動させる動作を行う。
接合動作に先立って、テーブル３を定位置に固定した状態で、テーブル３の載物面３１にワーク９を載置する。次に、接合制御部４２は、ツール位置制御部４４により移動機構６を動作させ、ツールホルダ１０を移動させてワーク９の側面のポジションＤ１に配置し、ツール方向制御部４５により主軸４を回転させ、接合ツール２０の先端をワーク９の側面に対向させておく。

接合動作では、ツール回転制御部４３により回転駆動部１５を動作させ、接合ツール２０を回転させてワーク９の側面の接合を行いつつ、ツール位置制御部４４により移動機構６を動作させ、ツールホルダ１０をポジションＤ１からポジションＤ２まで移動させる。
移動の際、ツール位置制御部４４は、ツールホルダ１０のＸ軸方向の移動ＭｘおよびＹ軸方向の移動Ｍｙの協調制御を行い、これにより接合ツール２０の先端がワーク９の側面に沿って移動する。併せて、ツール方向制御部４５の制御のもと、ツールホルダ１０のホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転動作Ｒｃ１により、接合ツール２０はワーク９の側面の溶接部位に対して直交方向に保たれる。
これにより、ワーク９の側面には、ポジションＤ１からポジションＤ２にわたって水平方向に延びる溶接跡が形成される。

このような一軸動作モードに対し、二軸動作モードでは、接合ツール２０を回転させた状態でワーク９の側面の接合部位に押し付け、テーブル３を回転させて接合ツール２０を接合部位に沿って相対移動させるとともに、接合ツール２０が接合部位の法線方向に向くようにツールホルダ１０を回転させる。

図６において、二軸動作モードでは、ワーク９の輪郭が円形で中心がテーブル回転軸Ｃ２にある場合、ツールホルダ１０を定位置としてツールホルダ１０およびテーブル３の各々を回転させる動作を行う。
接合動作に先立って、テーブル３を定位置に固定した状態で、テーブル３の載物面３１にワーク９を載置する。次に、接合制御部４２は、ツール位置制御部４４により移動機構６を動作させ、ツールホルダ１０を移動させてワーク９の側面のポジションＤ１に配置し、ツール方向制御部４５により主軸４を回転させ、接合ツール２０の先端をワーク９の側面に対向させる。

接合動作では、ツール回転制御部４３により回転駆動部１５を動作させ、接合ツール２０を回転させてワーク９の側面の接合を行いつつ、ワーク方向制御部４６でテーブル３を動作させ、テーブル３のテーブル回転軸Ｃ２まわりの回転動作Ｒｃ２により、ワーク９に対してツールホルダ１０をポジションＤ１からポジションＤ２まで相対移動させる。
相対移動の際、ツール方向制御部４５で主軸４を回転させ、ツールホルダ１０のホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転動作Ｒｃ１により、接合ツール２０はワーク９の側面の溶接部位に対して直交方向に保たれる。
これにより、ワーク９の側面には、ポジションＤ１からポジションＤ２にわたって水平方向に延びる溶接跡が形成される。
ツールホルダ１０とワーク９との相対移動は、テーブル３の回転動作Ｒｃ２により実行され、その間、ツール位置制御部４４は基本的にツールホルダ１０を移動させない。ただし、ワーク９の中心とテーブル回転軸Ｃ２とがずれている場合やワーク９の側面に起伏がある場合など、Ｙ軸方向の移動Ｍｙにより、接合ツール２０の先端をワーク９の側面に追従させてもよい。

図７において、二軸動作モードでは、ワーク９の平面視の輪郭が多角形状など円形でない場合、あるいはワーク９が円形でも中心がテーブル回転軸Ｃ２からずれている場合、ツールホルダ１０およびテーブル３の各々の回転とともに、さらにツールホルダ１０をワーク９に対して近接離隔させる動作を行う。
接合動作に先立って、テーブル３を定位置に固定した状態で、テーブル３の載物面３１にワーク９を載置する。次に、接合制御部４２は、ツール位置制御部４４により移動機構６を動作させ、ツールホルダ１０を移動させてワーク９の側面のポジションＤ１に配置し、ツール方向制御部４５により主軸４を回転させ、接合ツール２０の先端をワーク９の側面に対向させる。

接合動作では、ツール回転制御部４３により回転駆動部１５を動作させ、接合ツール２０を回転させてワーク９の側面の接合を行いつつ、ワーク方向制御部４６でテーブル３を動作させ、テーブル３のテーブル回転軸Ｃ２まわりの回転動作Ｒｃ２により、ワーク９に対してツールホルダ１０をポジションＤ１からポジションＤ２まで相対移動させる。
相対移動の際、ツール位置制御部４４は、ワーク９の側面の接合ツール２０が接合する部位のテーブル回転軸Ｃ２からの距離に応じて、移動機構６にツールホルダ１０のＹ軸方向の移動Ｍｙを行わせ、接合ツール２０の先端をワーク９の側面に対して適切な深さに保持する。併せて、ツール方向制御部４５で主軸４を回転させ、ツールホルダ１０のホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転動作Ｒｃ１により、接合ツール２０はワーク９の側面の溶接部位に対して直交方向に保たれる。

溶接動作の進行にともない、ワーク９がテーブル回転軸Ｃ２まわりに回転することで、ワーク９の側面のテーブル回転軸Ｃ２からの距離が変化するが、この変化に対して、ツール位置制御部４４により移動機構６のＹ軸方向の移動Ｍｙが行われ、併せてツール方向制御部４５により接合ツール２０のホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転動作Ｒｃ１が行われ、接合ツール２０はワーク９の側面に対して適切な状態に保たれ、適切な接合が行われる。
これにより、ワーク９の側面には、ポジションＤ１からポジションＤ２にわたって水平方向に延びる溶接跡が形成される。

本実施形態の摩擦攪拌接合装置１によれば、下記に示す効果が得られる。
本実施形態では、ツールホルダ１０に支持されてホルダ回転軸Ｃ１と交差するツール回転軸Ｃｃまわりに回転する接合ツール２０、つまりいわゆるＬ型のツールホルダ１０に装着された接合ツール２０により、ワーク９の側面の接合を行うことができる。
接合の際には、テーブル３の回転によりワーク９の側面の接合部位を接合ツール２０に向けることができ、ツールホルダ１０をワーク９の側面に沿って移動させる動作を簡略化できる。この際、接合ツール２０が接合部位の法線方向に向くようにツールホルダ１０を回転させることで、接合ツール２０によってワーク９に適切な摩擦攪拌接合を行うことができる。
従って、本実施形態により、多角形状や曲線状の輪郭のものを含むワーク９の側面の摩擦攪拌接合が容易に行える。

本実施形態では、接合制御部４２の制御のもとで、ワーク９の側面の形状（ワーク９の平面視での輪郭形状）に応じた二軸動作モードの動作が実行できる。
すなわち、ツール位置制御部４４により、ツールホルダ１０を載物面３１に沿った方向の所定位置に定位させ、ワーク方向制御部４６により、テーブル３を回転させてワーク９の接合部位をツールホルダ１０の接合ツール２０に向けることができる。そして、ツール方向制御部４５により、ツールホルダ１０を回転させて接合ツール２０を接合部位の法線方向に向けることができる。この状態で、ツール回転制御部４３により、接合ツール２０の回転を適切に制御することで、接合ツール２０によってワーク９の側面の接合部位に摩擦攪拌接合を行うことができる。
接合動作においては、ワーク方向制御部４６によりテーブル３を回転させることで、接合ツール２０をワーク９の接合部位に沿って順次移動させることができる。この際、ツール位置制御部４４により接合ツール２０をワーク９の接合部位に対して適切な深さに維持するとともに、ツール方向制御部４５によりツールホルダ１０の向きを調整し、接合ツール２０を常に接合部位の法線方向に向けることで、適切な摩擦攪拌接合が維持できる。

本実施形態では、テーブル３は工作機械２に設置され、ツールホルダ１０は工作機械２の主軸４に装着され、主軸４の回転によりホルダ回転軸Ｃ１まわりの回転が可能であり、主軸４のテーブル３に対する移動により載物面３１に沿った方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の位置を調整可能であり、ツールホルダ１０には接合ツール２０を回転させる回転駆動部１５が設置される構成とした。このため、汎用の工作機械２を利用して摩擦攪拌接合装置１を実現できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、制御装置４０において一軸動作モード（図５参照）と二軸動作モード（図６および図７参照）とを選択できるようにしたが、制御装置４０を二軸動作モードのみとし、常にテーブル３のテーブル回転軸Ｃ２まわりの回転により溶接部位を送る構成としてもよい。
前記実施形態では、ワーク９の側面の溶接経路がＺ軸方向に一定としたが、ワーク９の側面の溶接経路がＺ軸方向に変化する場合、接合ツール２０による溶接部位の進行に伴って移動機構６により接合ツール２０のＺ軸方向位置を調整することができる。

前記実施形態では、テーブル３の載物面３１が水平方向（Ｘ軸およびＹ軸）で、主軸４が垂直なＺ軸に沿って配置された工作機械２を用いたが、テーブル３の載物面３１が垂直で、主軸４が水平に延びる配置とされた工作機械を用いてもよい。
前記実施形態では、二軸動作モードでの協調動作をホルダ回転軸Ｃ１およびテーブル回転軸Ｃ２（いずれも垂直なＺ軸まわりのＣ軸回転）としたが、これらはＸ軸まわりの回転軸Ａ１，Ａ２あるいはＹ軸まわりの回転軸Ｂ１、Ｂ２であるとしてもよい。
前記実施形態の摩擦攪拌接合装置１は、工作機械２にＬ型のツールホルダ１０を装着することでワーク９の側面の接合を行うようにしたが、Ｌ型のツールホルダ１０を取り外し、ストレート型のツールホルダに交換することで、ワーク９の上面の接合を行うこともできる。

本発明は摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法に利用できる。

１…摩擦攪拌接合装置、２…工作機械、３…テーブル、３１…載物面、４…主軸、５…主軸ヘッド、６…移動機構、６１…ガイドバー、６２…スライダ、７…ベッド、８…カバー、９…ワーク、９３…側面、９４…開始位置、９５…終了位置、１０…ツールホルダ、１１…本体、１１１…テーパーシャンク、１１２…センタースルーホール、１１３…拡張部、１１４…拡張エア通路、１４…加工軸、１５…回転駆動部、２０…接合ツール、４０…制御装置、４１…ワーク形状記憶部、４２…接合制御部、４３…ツール回転制御部、４４…ツール位置制御部、４５…ツール方向制御部、４６…ワーク方向制御部、Ｃ１…ホルダ回転軸、Ｃ２…テーブル回転軸、Ｃｃ…ツール回転軸、Ｄ１…ポジション、Ｄ２…ポジション、Ｄｃ…進行方向、Ｄｉ…接合ツールの向き、Ｍｘ…Ｘ軸方向の移動、Ｍｙ…Ｙ軸方向の移動、Ｒｃ…回転動作、Ｒｃ１…ツールホルダの回転動作、Ｒｃ２…テーブルの回転動作、Ｔｃ…接合ツールの先端。

Claims (4)

1. 平面視の輪郭が多角形状のワークを載置する載物面を有しかつ前記載物面に交差するテーブル回転軸まわりに回転可能なテーブルと、
   前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動可能かつ前記テーブル回転軸と平行なホルダ回転軸まわりに回転可能なツールホルダと、
   前記ツールホルダに支持されて前記ホルダ回転軸と交差するツール回転軸まわりに回転可能かつ先端の加工部位が前記ホルダ回転軸の軸線上に配置された接合ツールと、
   前記テーブル、前記ツールホルダ、および前記接合ツールの動作を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記接合ツールを回転させた状態で前記ワークの側面の接合部位に押し付け、前記テーブルを回転させて前記接合ツールを前記接合部位に沿って相対移動させるとともに、前記接合ツールが前記接合部位の法線方向に向くように前記ツールホルダを回転させつつ、前記接合部位の前記テーブル回転軸からの距離に応じて前記ツールホルダを前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動させる二軸動作モードを有することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
2. 前記制御装置は、
   前記接合ツールの前記ツールホルダに対する回転を制御するツール回転制御部と、
   前記ツールホルダの前記載物面に沿った方向の位置を制御するツール位置制御部と、
   前記ツールホルダの前記ホルダ回転軸まわりの向きを制御するツール方向制御部と、
   前記テーブルの前記テーブル回転軸まわりの向きを制御するワーク方向制御部と、
   前記ワークの形状情報に基づいて前記ツール回転制御部、前記ツール位置制御部、前記ツール方向制御部、および前記ワーク方向制御部を動作させて前記二軸動作モードの接合動作を制御する接合制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載した摩擦攪拌接合装置。
3. 前記テーブルは工作機械に設置され、
   前記ツールホルダは前記工作機械の主軸に装着され、前記主軸の回転により前記ホルダ回転軸まわりの回転が可能であり、前記主軸の前記テーブルに対する移動により前記載物面に沿った方向の位置を調整可能であり、
   前記ツールホルダには前記接合ツールを回転させる回転駆動部が設置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した摩擦攪拌接合装置。
4. 平面視の輪郭が多角形状のワークを載置する載物面を有しかつ前記載物面に交差するテーブル回転軸まわりに回転可能なテーブルと、
   前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動可能かつ前記テーブル回転軸と平行なホルダ回転軸まわりに回転可能なツールホルダと、
   前記ツールホルダに支持されて前記ホルダ回転軸と交差するツール回転軸まわりに回転可能かつ先端の加工部位が前記ホルダ回転軸の軸線上に配置された接合ツールと、を有する摩擦攪拌接合装置を用い、
   前記接合ツールを回転させた状態で前記ワークの側面の接合部位に押し付け、前記テーブルを回転させて前記接合ツールを前記接合部位に沿って移動させるとともに、前記接合ツールが前記接合部位の法線方向に向くように前記ツールホルダを回転させつつ、前記接合部位の前記テーブル回転軸からの距離に応じて前記ツールホルダを前記テーブルに対して前記載物面に沿った方向へ相対移動させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。