JP7725209B2 - 摩擦攪拌ツールの制御方法及び摩擦攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに圧入され摩擦攪拌を行うツールの制御方法、及び、前記ツールを備えた摩擦攪拌装置に関する。

航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材として、金属部材、樹脂部材、繊維強化材が混合された熱可塑性樹脂部材などが用いられている。前記構造物の製造に際しては、二以上の部材を重ね合わせての接合が必要となる場合がある。この接合の手法として、摩擦攪拌接合が知られている。摩擦攪拌接合では、高速で回転しながらワークに圧入されるツールが用いられる。このツールに対向してバックアップ部材が配置される。バックアップ部材で背面支持されたワークに対して、前記ツールが圧入される。前記ツールは、例えばロボットアームの先端に取り付けられる。また、前記バックアップ部材も、例えばＣ型フレームを用いてロボットアームの先端に取り付けられる。

摩擦攪拌接合においては、予め定めた圧入深さ（押し込み量）までツールをワークに圧入させて、摩擦攪拌動作を行わせることが肝要となる。特許文献１には、前記ツールのワークへの押し込み量を検出するセンサを備えた摩擦攪拌装置が開示されている。この装置では、前記センサの検出結果に基づいて、摩擦攪拌の接合時間を補正する。

特開２００６－１８７７７８号公報

予めワーク種に応じて設定された設定加圧力通りに、ツールがワークに圧入されたならば、ツールをワークへ所要の圧入量で圧入させて摩擦攪拌を行うことができる。しかし、実際にツールがワークに加える実加圧力は、種々の要因により設定加圧力と差異が生じることがある。前記要因は、例えば、前記Ｃ型フレームの撓み、ワークへの圧入抵抗等である。設定加圧力と実加圧力とに乖離があると、的確な摩擦攪拌が行えない場合が生じる。

前記実加圧力は、例えばロードセルを前記バックアップ部材側に配置すれば検出可能である。そして、前記ロードセルの検出値に基づき、ツールをフィードバック制御すれば、前記齟齬を解消した制御が可能である。しかし、ロードセルのようなセンサの適用は、摩擦攪拌装置のコストアップを招来するほか、ノイズの影響による誤動作が問題となる。

本発明は、センサ類を用いることなく、ツールのワークへの圧入量を的確に制御できる摩擦攪拌ツールの制御方法、及びこの方法が適用された摩擦攪拌装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る摩擦攪拌ツールの制御方法は、摩擦攪拌を行うツールの駆動源に所要の駆動電流を与えて前記ツールの動作を制御する制御方法であって、前記ツールのワークへの圧入時における加圧力として定められる設定加圧力と、前記設定加圧力を発生させる駆動電流を前記駆動源に与えて実際に前記ワークへ圧入させた際の実加圧力と、を比較することによって加圧力変化比率を求め、前記設定加圧力に前記実加圧力が近づくよう、前記加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を補正して前記駆動源を駆動することを特徴とする。

本発明の他の局面に係る摩擦攪拌装置は、摩擦攪拌を行うツールと、所要の駆動電流を与えられて前記ツールを駆動する駆動源と、前記駆動源を制御する制御部と、前記ツールのワークへの圧入時における加圧力として定められる設定加圧力と、前記設定加圧力を発生させる駆動電流を前記駆動源に与えて実際に前記ワークへ圧入させた際の実加圧力と、を比較することによって求めた加圧力変化比率を記憶する記憶部と、を備え、前記制御装置は、前記設定加圧力に前記実加圧力が近づくよう、前記加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を補正して前記駆動源を駆動することを特徴とする。

上記の摩擦攪拌ツールの制御方法及び摩擦攪拌装置によれば、加圧力変化比率に応じてツールの駆動源の駆動電流が補正されることによって、実加圧力が設定加圧力に近づけられる。このため、ワークについて前記加圧力変化比率を予め求めておけば、摩擦攪拌ツールの運転時においてセンサ類を用いて実際に実加圧力を計測せずとも、実加圧力を設定加圧力に近づける制御が可能となる。すなわち、センサレスでの摩擦攪拌ツールを制御し、設定通りにツールをワークに圧入させて摩擦攪拌を行わせることができる。

本発明によれば、センサ類を用いることなく、ツールのワークへの圧入量を的確に制御できる摩擦攪拌ツールの制御方法、及びこの方法が適用された摩擦攪拌装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る摩擦攪拌装置が装着されたロボットの、要部拡大図を含む斜視図である。 図２は、本発明に係る摩擦攪拌ツールの一例である複動式の摩擦攪拌点接合用ツールを備えた摩擦攪拌点接合装置の構成を示す模式的な側面図である。 図３は、摩擦攪拌装置の電気的構成を示すブロック図である。 図４（Ａ）～（Ｅ）は、図２に例示した複動式の摩擦攪拌点接合用ツールを、ショルダ先行プロセスで使用する場合の接合工程を順次示す図である。 図５は、摩擦攪拌点接合装置の側面図であって、Ｃ型フレームの撓みを説明するための図である。 図６は、ツールの設定加圧力と、ツールをワークに実際に圧入した際の実加圧力との関係を示すグラフである。 図７（Ａ）は、ショルダ駆動部（７軸）の駆動電流の補正状況を示すグラフ、図７（Ｂ）は、加圧力－駆動電流テーブルの一例を示す表、図７（Ｃ）は、駆動電流の補正比率の一例を示す表である。 図８は、図２の摩擦攪拌点接合用ツールを、ショルダ先行プロセスで使用して摩擦攪拌接合を行う場合の動作を示すフローチャートである。 図９は、ロードセルレス方式でショルダ駆動部（７軸）の駆動電流の補正を行う場合の処理を示すフローチャートである。 図１０（Ａ）～（Ｃ）は、単動式の摩擦攪拌点接合用ツールで、ワークの摩擦攪拌接合を行う場合の接合工程を順次示す図である。 図１１（Ａ）は、単動式のツールについての設定加圧力と実加圧力との関係を示すグラフ、図１１（Ｂ）は、その駆動電流を示すグラフである。 図１２（Ａ）、単動式のツールについての駆動電流の補正後の設定加圧力と実加圧力との関係を示すグラフ、図１２（Ｂ）は、駆動電流の補正状況を示すグラフである。 図１３は、単動式の摩擦攪拌点接合用ツールを使用して摩擦攪拌接合を行う場合の動作を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明に係る制御方法において制御対象となる摩擦攪拌ツール及び摩擦攪拌装置は、金属、熱可塑性樹脂、熱可塑性複合材等からなるプレート、フレーム、外装材或いは柱状材等の構造部材を、二つ以上重ね合わせて点接合してなる各種接合体の製造に適用することができる。前記熱可塑性複合材は、例えば炭素繊維等の繊維補強体を含む複合材である。製造される接合体は、例えば、航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材となる。

［摩擦攪拌装置の適用例］
図１は、本実施形態に係る摩擦攪拌装置が装着された多関節ロボット５を示す斜視図である。ここでは、前記摩擦攪拌装置として、複動式の摩擦攪拌点接合用ツール１を備えた摩擦攪拌点接合装置Ｍが、多関節ロボット５に装着されている例を示している。図２は、摩擦攪拌点接合装置Ｍの構成を示す模式的な側面図である。なお、図１には「上」「下」の方向表示を付しているが、これは説明の便宜のためであり、実際のツール１の使用方向を限定する意図ではない。

多関節ロボット５は、基台上に立設されたロボットアーム５１を備える。ロボットアーム５１は、複数のアーム片と、これらアーム片を連結する６つの関節軸を有している。すなわち、ロボットアーム５１は、図１に示す１軸ＡＸ１、２軸ＡＸ２、３軸ＡＸ３、４軸ＡＸ４、５軸ＡＸ５及び６軸ＡＸ６の軸回りに各々回転することができる。

ロボットアーム５１のアーム先端部５１Ｔには、ガン５２が取り付けられている。ガン５２は、ロボットアーム５１の１軸ＡＸ１～６軸～ＡＸ６回りの回動によって、自在に三次元移動が可能である。このガン５２に、ツール１を備えた摩擦攪拌点接合装置Ｍが組付けられている。

図１には、ガン５２の拡大図が付記されている。ガン５２は、筐体部５３とＣ型フレーム５４とを含む。筐体部５３は、摩擦攪拌点接合装置Ｍのメカ機構を収容している。Ｃ型フレーム５４は、筐体部５３のアーム先端部５１Ｔ側に位置する基端部５４１と、基端部５４１から、ツール１の下方まで延び出した先端部５４２とを含む。先端部５４２は、後述するバックアップ部材１５を保持している。

本発明に係る摩擦攪拌装置は、多関節ロボット５以外の他の装置に取り付けられても良い。例えば、１軸に沿って昇降だけを行う機械装置に摩擦攪拌装置が取り付けられる実施態様とすることができる。また、摩擦攪拌装置は、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１を備えた摩擦攪拌点接合装置Ｍに限らない。これに代えて、前記ツールとして、摩擦攪拌の線接合用のツール、単動式の摩擦攪拌点接合用のツール（図１０に例示している）、接合以外の用途で使用される摩擦攪拌用のツール等を用いるようにしても良い。

［摩擦攪拌点接合装置の構成］
図２を参照して、摩擦攪拌点接合装置Ｍのメカ構成例を説明する。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１と、ツール１を回転及び昇降駆動するツール駆動部２と、ツール１をワークに対して固定するツール固定部５５とを含む。本実施形態では前記ワークは、第１部材３１と第２部材３２とが上下方向に重ね合わされてなる重なり部３０であって、摩擦攪拌点接合によって最終的に接合体３を構成する。

ツール１は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、クランプ部材１３及びスプリング１４を含む。ピン部材１１は円柱状に形成された部材であり、その軸線方向が上下方向に延びるように配置されている。ピン部材１１は、前記軸線を回転軸Ｒとして回転が可能であり、且つ、回転軸Ｒに沿って矢印Ｚ１で示す上下方向に進退移動が可能である。なお、ツール１の使用時には、回転軸Ｒと重なり部３０における点接合位置Ｗとが位置合わせされるように、ツール１が重なり部３０に固定される。

ショルダ部材１２は、ピン部材１１の外周を覆うように位置している。ショルダ部材１２は、ピン部材１１が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。ショルダ部材１２の軸心は、ピン部材１１の軸線（回転軸Ｒ）と同軸上にある。ショルダ部材１２は、ピン部材１１と同一の回転軸Ｒ回りに回転が可能であり、且つ、回転軸Ｒに沿って上下方向に沿って矢印Ｚ２で示す上下方向に進退移動が可能である。ショルダ部材１２と、前記中空部に内挿されたピン部材１１とは、共に回転軸Ｒの軸回りに回転しつつ、回転軸Ｒ方向に相対移動が可能である。すなわち、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転軸Ｒに沿って同時に昇降するだけでなく、一方が下降し他方が上昇するという独立移動が可能である。

クランプ部材１３は、ショルダ部材１２が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。クランプ部材１３の軸心も、回転軸Ｒと同軸上にある。クランプ部材１３は、軸回りに回転はしないが、回転軸Ｒに沿って矢印Ｚ３で示す上下方向に進退移動が可能である。クランプ部材１３は、ピン部材１１又はショルダ部材１２が摩擦攪拌を行う際に、これらの外周を囲う役目を果たす。クランプ部材１３の囲いによって、摩擦攪拌材料を四散させず、摩擦攪拌点接合部分を平滑に仕上げることができる。

スプリング１４は、クランプ部材１３の上端部１３１に、上方へ延び出すように取り付けられている。スプリング１４は、クランプ部材１３を重なり部３０に向かう方向（下方）に付勢している。

ツール固定部５５は、回転ツール固定器５５１と、クランプ固定器５５２とを含む。回転ツール固定器５５１は、ピン部材１１が内挿されたショルダ部材１２の上方に配置され、ピン部材１１及びショルダ部材１２を支持している。クランプ固定器５５２は、スプリング１４を介してクランプ部材１３を支持している。また、クランプ固定器５５２は、後述の回転駆動部２３を介して、回転ツール固定器５５１を支持している。

ツール１の下端面に対向して、バックアップ部材１５が配置されている。バックアップ部材１５は、接合対象のワーク（重なり部３０）の下面側に当接する支持平面１５１を備える。バックアップ部材１５は、ピン部材１１又はショルダ部材１２が重なり部３０に圧入される際に、当該重なり部３０を支持する裏当て部材である。バックアップ部材１５は、Ｃ型フレーム５４の先端部５４２にて保持されている。スプリング１４で付勢されたクランプ部材１３は、重なり部３０をバックアップ部材１５に押し当てる。これにより、ツール１は重なり部３０に固定される。

以上の通り、ピン部材１１の進退移動軸及びショルダ部材１２の進退移動軸は、いずれも回転軸Ｒに沿う軸線である。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転軸Ｒの軸回りに回転する。本実施形態では、ロボットアーム５１が１軸ＡＸ１～６軸ＡＸ６を有していることから、図１の要部拡大図に示すように、ショルダ部材１２の進退移動軸を７軸ＡＸ７、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転軸を８軸ＡＸ８、ピン部材１１の進退移動軸を９軸ＡＸ９と扱う。

ツール駆動部２は、ピン駆動部２１、ショルダ駆動部２２及び回転駆動部２３を含む。ピン駆動部２１は、回転軸Ｒに沿ってピン部材１１を進退移動（昇降）させる機構である。ピン駆動部２１により、ピン部材１１の下端部１１Ｔが重なり部３０へ向かうよう下降する、若しくは、重なり部３０に対して上昇するように駆動される。ピン駆動部２１としては、例えば直動アクチュエータを用いることができる。直動アクチュエータとしては、サーボモータ及びラック／ピニオンで構成されるアクチュエータ、或いは、サーボモータ及びボールねじで構成されるアクチュエータ等を用いることができる。

ショルダ駆動部２２は、回転軸Ｒに沿ってショルダ部材１２を進退移動（昇降）させる機構である。ショルダ駆動部２２により、ショルダ部材１２の下端部１２Ｔが重なり部３０への圧入及び退避を行うように駆動される。ショルダ駆動部２２としては、上記の同様な直動アクチュエータを用いることができる。本実施形態のショルダ駆動部２２は、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３を支持するツール固定部５５自体を昇降させる機構とされている。このため、図２に示している、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３の矢印Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３方向の移動は、全てショルダ駆動部２２の駆動によって実現可能である。

但し、ピン部材１１については、ピン駆動部２１で駆動されることによって、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３とは独立して進退移動が可能である。例えば、ショルダ駆動部２２によりショルダ部材１２が下降駆動されている状況でも、ピン駆動部２１によりピン部材１１が上昇駆動されることが可能である。また、クランプ部材１３には、ショルダ駆動部２２によって下降され、その下端部１３Ｔが重なり部３０に当接した状態では、スプリング１４の付勢力も作用する。前記付勢力により、クランプ部材１３は重なり部３０をバックアップ部材１５に押圧し、重なり部３０に対してツール１を固定する。

回転駆動部２３は、サーボモータ及び駆動ギア等を含み、クランプ固定器５５２に保持されている。回転駆動部２３は、回転ツール固定器５５１を回転駆動する。この回転駆動により、回転ツール固定器５５１に支持されているピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転軸Ｒ回りに回転する。

［摩擦攪拌点接合装置の制御構成］
図３は、摩擦攪拌点接合装置Ｍの制御構成を示すブロック図である。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、制御構成として、コントローラ６１、入力部６２及び記憶部６３を備えている。コントローラ６１は、マイクロコンピュータ等からなり、所定の制御プログラムを実行することで、ツール駆動部２の各部の動作、並びにロボット駆動部５１Ｍを制御する。なお、ロボット駆動部５１Ｍは、ロボットアーム５１の１軸ＡＸ１～６軸ＡＸ６を駆動するアクチュエータを含む。

具体的にはコントローラ６１は、ピン駆動部２１を制御して、ピン部材１１を独立的に進退移動させる。また、コントローラ６１は、ショルダ駆動部２２を制御して、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３に、所要の進退移動を行わせる。これら進退移動により、重なり部３０へのツール１の固定、重なり部３０へのピン部材１１又はショルダ部材１２の圧入動作などが実行される。さらに、コントローラ６１は回転駆動部２３を制御して、前記進退移動の適宜の期間にピン部材１１及びショルダ部材１２を回転軸Ｒ回りに回転させ、重なり部３０の点接合位置Ｗにおいて摩擦攪拌を実行させる。これらに加え、コントローラ６１は、ロボット駆動部５１Ｍを制御して、ツール１の点接合位置Ｗへの位置決めを行わせる。

上述した複動式の摩擦攪拌点接合用ツール１の使用方法としては、ピン先行プロセスと、ショルダ先行プロセスとがある。ピン先行プロセスにて摩擦攪拌を行わせる場合、コントローラ６１は、ツール１のピン部材１１を先行して重なり部３０へ圧入させて摩擦攪拌を実行させる一方、ショルダ部材１２を上昇（退避）させる。その後の埋め戻し工程では、ピン部材１１を上昇させて退避させる一方で、ショルダ部材１２を下降させる。

一方、ショルダ先行プロセスにて摩擦攪拌を行わせる場合、コントローラ６１は、ツール１のショルダ部材１２を先行して重なり部３０へ圧入させて摩擦攪拌を実行させる一方、ピン部材１１を上昇（退避）させる。その後の埋め戻し工程では、ショルダ部材１２を上昇させて退避させる一方で、ピン部材１１を下降させる。本実施形態では、ショルダ先行プロセスが採用される例を示す。このショルダ先行プロセスについては、図４に基づき後記で詳述する。

入力部６２は、キーボードやタッチパネル等からなり、コントローラ６１に対する所要のデータ入力を受け付ける。入力されるデータは、例えば、摩擦攪拌接合の制御に関する各種パラメータ、ワークの厚み、材質、ツール１の圧入深さ、点接合位置Ｗの座標データなどである。

記憶部６３は、摩擦攪拌点接合装置Ｍの制御プログラム、各種の基本設定データ、入力部６２から入力されたデータなどを記憶する。本実施形態の記憶部６３は、テーブル記憶部６４及び補正比率記憶部６５を備える。テーブル記憶部６４は、ツール１をワークに圧入させる際の加圧力と、ツール１を圧入させる駆動部（本実施形態ではショルダ駆動部２２）の駆動電流との関係を示す加圧力－駆動電流テーブルを記憶する。前記テーブルは、後出の図７（Ｂ）に例示されている。補正比率記憶部６５は、摩擦攪拌のステージと前記駆動電流の補正比率との関係を示す補正比率テーブルを記憶する。前記補正比率テーブルは、後出の図７（Ｃ）に例示されている。

［ショルダ先行プロセスによる摩擦攪拌接合］
続いて、上述のショルダ先行プロセスについて具体的に説明する。図４（Ａ）～（Ｅ）は、図２に例示した複動式の摩擦攪拌点接合用ツール１を、ショルダ先行プロセスで使用する場合の摩擦攪拌接合工程を、順次実行されるステージＳＴ１～ＳＴ５に区分して示す図である。ここでは、第１部材３１と第２部材３２との重なり部３０をワークとして、摩擦攪拌点接合する場合の工程を示す。

図４（Ａ）のステージＳＴ１は、重なり部３０の予熱工程を示している。予熱工程は、ツール１の圧入前に重なり部３０を摩擦力で予め加熱する工程である。重なり部３０は、スプリング１４の付勢力を伴ったクランプ部材１３の下端部１３Ｔで押圧され、バックアップ部材１５に押し付けられている。ピン部材１１の下端部１１Ｔ及びショルダ部材１２の下端部１２Ｔは、第１部材３１の表面に当接されている。この状態で、ピン部材１１及びショルダ部材１２を回転軸Ｒの軸回りに高速回転させる。

図４（Ｂ）のステージＳＴ２は、ショルダ部材１２の圧入工程を示している。圧入工程では、ショルダ部材１２を下降させて下端部１２Ｔを重なり部３０へ圧入させる一方、ピン部材１１を上昇（退避）させる。ピン部材１１の動作に注目すると、この圧入工程はワークに対して上昇する方向に向かう上昇工程となる。上記の動作により、ショルダ部材１２の圧入領域の材料が攪拌され、重なり部３０には摩擦攪拌部４０が形成される。また、ショルダ部材１２の圧入によって摩擦攪拌部４０の一部は重なり部３０から溢れ出し、ピン部材１１の退避によって生じた、ショルダ部材１２の中空空間に逃がされる。

図４（Ｃ）のステージＳＴ３は、溢れ出した摩擦攪拌材料の埋め戻し工程を示している。埋め戻し工程では、ショルダ部材１２を上昇させて重なり部３０から退避させる一方で、ピン部材１１を下降させる。ピン部材１１の動作に注目すると、この埋め戻し工程はワークに対して下降する方向に向かう下降工程となる。ピン部材１１の下降により、前記中空空間に逃がされた摩擦攪拌材料が下端部１１Ｔに押され、ショルダ部材１２の圧入領域に埋め戻される。

図４（Ｄ）のステージＳＴ４は、ならし工程を示している。ならし工程では、ピン部材１１の下端部１１Ｔ及びショルダ部材１２の下端部１２Ｔを第１部材３１の表面の高さ位置に復帰させると共に両者を回転軸Ｒ回りに回転させ、摩擦攪拌部４０の上面を平滑化する。

図４（Ｅ）のステージＳＴ５は、摩擦攪拌接合が完了した状態を示している。ピン部材１１及びショルダ部材１２は上昇され、クランプ部材１３及びバックアップ部材１５による重なり部３０のクランプも解除されている。摩擦攪拌部４０は固化することにより攪拌接合部４となり、第１部材３１と第２部材３２とが接合されてなる接合体３が形成されている。

［ツールの圧入深さの誤差要因］
摩擦攪拌接合においては、ツール１を予め定められた圧入深さ（押し込み量）までワークに圧入させて、摩擦攪拌動作を行わせることが肝要となる。例えば上述のショルダ先行プロセスでは、例えば最も高い接合強度が得られる深さとして設定された圧入深さまで、ショルダ部材１２を重なり部３０へ押し込み、摩擦攪拌させることが求められる。

ツール１の圧入深さの制御には、ツール１のワークに対する加圧力が用いられる。前記加圧力には、設定加圧力、算出加圧力及び実加圧力がある。設定加圧力は、ツール１のワークへの圧入時における加圧力として予め設定され、接合対象のワーク種、厚さ等に応じて予め設定されている加圧力である。例えば、摩擦攪拌点接合装置Ｍを備える多関節ロボット５に、重なり部３０に対してショルダ部材１２を１０ｋＮの加圧力で圧入させるよう指令する加圧力が、設定加圧力である。この設定加圧力に応じたショルダ駆動部２２の駆動電流（７軸駆動電流；例えばサーボモータのモータ電流）が、指令電流として予めテーブル形式で定められている。一例として、１０ｋＮの設定加圧力の発生に必要な指令電流は１０Ａ（アンペア）であるとしておく。

算出加圧力は、多関節ロボット５側が認識している加圧力である。具体的には算出加圧力は、設定加圧力に対応した指令電流＝１０Ａをショルダ駆動部２２に与え、実際にショルダ駆動部２２に流れた電流である実駆動電流から算出される加圧力である。回路異常等が生じていない限り、指令電流と同じ電流がショルダ駆動部２２に流れるので、実駆動電流＝１０Ａとなる。従って、設定加圧力と算出加圧力とは等しくなる。

実加圧力は、実際にツール１が重なり部３０に対して与えている加圧力である。つまり実加圧力は、設定加圧力を発生させる指令電流（実駆動電流）をショルダ駆動部２２に与えたとき、具体的には実駆動電流＝１０Ａでショルダ駆動部２２を駆動し、ショルダ部材１２を重なり部３０に圧入させたときに、実際に発生している加圧力である。設定加圧力に等しい実加圧力が発生されていれば、ツール１が所要の圧入深さで重なり部３０に圧入され、適正な摩擦攪拌が行われる。しかし、次述の要因により設定加圧力と実加圧力とに差異が生じ、例えば実駆動電流＝１０Ａであっても、実加圧力＝９ｋＮとなることがある。

設定加圧力と実加圧力とに乖離が生じる要因の一つは、Ｃ型フレーム５４の撓みである。本実施形態のように、Ｃ型フレーム５４を有するガン５２に摩擦攪拌点接合装置Ｍが組み付けられる場合、ツール１の圧入深さのコントロールには、Ｃ型フレーム５４の撓みを考慮する必要がある。図５は、摩擦攪拌点接合装置Ｍの側面図であって、Ｃ型フレーム５４の撓みを説明するための図である。ワークである重なり部３０は、Ｃ型フレーム５４の自由端である先端部５４２で支持されたバックアップ部材１５で下支えされる。重なり部３０の上側からツール１を圧入させた場合、図５において点線で示すように、その押圧力によって先端部５４２が下方に向かうようにＣ型フレーム５４が撓む。この撓みが、重なり部３０のツール１に対する逃げとなり、加圧力にロスが生じる。

これに加え、本発明者らの検討によれば、ツール１が複動式の摩擦攪拌点接合用ツールである場合、ピン部材１１（９軸ＡＸ９）の動作方向も、加圧力変動の要因となることが判明した。具体的には、ピン部材１１がワークに対して上昇（退避）する方向に向かう上昇工程では実加圧力が低下し、逆にピン部材１１がワークに対して下降（接近）する方向に向かう下降工程では実加圧力が増加する傾向となることが判明した。

設定加圧力と実加圧力との乖離の他の要因は、ツール１の圧入動作自体による加圧力変動である。ツール１を回転軸Ｒ回りに回転させることなくワークを押圧する場合と、ツール１を回転させて摩擦攪拌を行いつつワークを押圧する場合とでは、実加圧力に差異が生じる。後者の場合、摩擦攪拌によって材料が軟化した部分をツール１が押圧するので、前者に比べて加圧力が低下する傾向がある。

さらに、制御上で、算出加圧力と実加圧力とを一致させることが困難な要因もある。前記実加圧力は、ロードセルのような加圧力検知センサをバックアップ部材１５側に配置すれば検出可能である。例えば、Ｃ型フレーム５４の先端部５４２にロードセルを設置しておくと、当該ロードセルの検出値に基づいて実加圧力をフィードバック制御すれば、算出加圧力と実加圧力との齟齬を解消できる。しかし、コスト面や誤動作の懸念の観点からロードセルを用いない制御を行う場合、実加圧力を直読できないので、算出加圧力と実加圧力との齟齬を解消することが難しい。

［設定加圧力と実加圧力とを一致させる制御］
本実施形態では、設定加圧力と実加圧力とを一致させるために、摩擦攪拌ツールの駆動源の駆動電流を補正する制御を行う。上掲の複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１を用いる場合、設定加圧力と、この設定加圧力を発生させる駆動電流をショルダ駆動部２２に与えて実際に重なり部３０へ圧入させた際の実加圧力とを比較することによって、予め加圧力変化比率を求めておく。そして、設定加圧力に実加圧力が近づくよう、望ましくは両者が一致するよう、前記加圧力変化比率に応じてショルダ駆動部２２に与える駆動電流を補正する。

図６は、摩擦攪拌点接合用のツール１を用いたショルダ先行プロセスでの摩擦攪拌接合における、設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとの関係を示すグラフである。つまり、設定加圧力に対する実加圧力の加圧力変化比率を示すグラフである。加圧力変化比率は、ワークのサンプル等を用いて実験的に導出する、或いは、ワークに対する摩擦攪拌の経験値等に基づいて、予め導出される。図６の上部に付記されているＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３の領域表示は、図４（Ａ）～（Ｃ）に例示したステージＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３に対応している。図６では、設定加圧力Ｐａは１０ｋＮであり、実加圧力Ｐｂは９ｋＮ～１１ｋＮの範囲で変動している例を示している。

ステージＳＴ１の予熱工程では、設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとは一致している。これは、予熱工程では、ツール１（ショルダ部材１２）の重なり部３０への圧入が行われない段階だからである。これに対し、ステージＳＴ２の圧入工程では、実加圧力Ｐｂは９ｋＮまで低下している。その低下要因としては、上述のＣ型フレーム５４の撓み、ツール１の回転圧入によるロスが含まれる。さらに、ステージＳＴ２は、ピン部材１１がワークに対して上昇する上昇工程であることに伴うロスも要因である。このステージＳＴ２における設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとの圧力差から、当該ステージＳＴ２の第１加圧力変化比率Ｄｐ１が予め求められる。

ステージＳＴ３の埋め戻し工程では、実加圧力Ｐｂは１１ｋＮまで増加している。ステージＳＴ３では、ショルダ部材１２が上昇することからＣ型フレーム５４の撓みロスが生じ難くなる。一方で、ピン部材１１がワークに対して下降する下降工程であることから、ピン部材１１が重なり部３０に押圧力を作用させることになる。このため、ステージＳＴ３では実加圧力Ｐｂは増加する。ステージＳＴ３における設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとの圧力差から、当該ステージＳＴ３の第２加圧力変化比率Ｄｐ２が予め求められる。このように、ツール１の圧入動作に関わるステージＳＴ１～ＳＴ３毎に、予め加圧力変化比率が求められる。

摩擦攪拌点接合装置Ｍを備える多関節ロボット５を制御して摩擦攪拌点接合を行う際には、ステージＳＴ１、ＳＴ２において、第１、第２加圧力変化比率Ｄｐ１、Ｄｐ２に応じてショルダ駆動部２２の駆動電流（７軸駆動電流）を補正する。図７（Ａ）は、ショルダ駆動部２２に与える７軸駆動電流の補正状況を示すグラフである。図７（Ａ）には、７軸駆動電流として、設定加圧力に対応した指令電流Ａａと、この指令電流Ａａを第１、第２加圧力変化比率Ｄｐ１、Ｄｐ２に応じて補正した補正電流Ａｂとが示されている。

設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとが一致しているステージＳＴ１では、指令電流Ａａの補正は為されない。よって、指令電流Ａａ＝補正電流Ａｂ＝１０Ａである。これに対し、実加圧力Ｐｂが低下するステージＳＴ２では、指令電流Ａａが第１加圧力変化比率Ｄｐ１に応じた補正分Ｄａ１だけ増加するように補正される。ここでは、補正分Ｄａ１＝＋１Ａで、指令電流Ａａ＝１０Ａから補正電流Ａｂ＝１１Ａに増加補正される例を示している。一方、実加圧力Ｐｂが増加するステージＳＴ３では、指令電流Ａａが第２加圧力変化比率Ｄｐ２に応じた補正分Ｄａ２だけ減少するように補正される。ここでは、補正分Ｄａ２＝－１Ａで、指令電流Ａａ＝１０Ａから補正電流Ａｂ＝９Ａに減少補正される例を示している。

図７（Ｂ）は、加圧力－駆動電流テーブルの一例を示す表である。この表の右欄の駆動電流Ａ１～Ａ５・・・は、設定加圧力Ｐ１～Ｐ５・・・毎に予め定めされたショルダ駆動部２２の指令電流である。図７（Ｂ）の表は、言わば、設定加圧力をショルダ駆動部２２の駆動電流に換算するテーブルである。この加圧力－駆動電流テーブルは、記憶部６３のテーブル記憶部６４（図３）に予め格納される。

図７（Ｃ）は、加圧力変化比率に基づく駆動電流の補正比率の一例を示す表である。ここでは、設定加圧力Ｐ１のときの、ステージＳＴ１～ＳＴ３の各々における駆動電流Ａ１の補正比率が示されている。上述の通り、ステージＳＴ１では駆動電流はゼロ補正、ステージＳＴ２ではプラスの補正比率、ステージＳＴ３ではマイナスの補正比率である。設定加圧力が異なると補正比率の数値が異なることがあるが、プラス／マイナスの傾向は変わらない。この補正比率テーブルは、記憶部６３の補正比率記憶部６５に予め格納される。

以上は、ショルダ先行プロセスが採用される場合の例であるが、ピン先行プロセスでも駆動電流の補正の考え方は同様である。ピン先行プロセスでは、ワークに圧入されるのはピン部材１１であるため、ツール１の圧入駆動源はピン駆動部２１となる。ピン部材１１がワークに圧入される圧入工程、つまりピン部材１１がワークに対して下降する下降工程では、ピン駆動部２１に与えられる駆動電流は、指令電流に対して減少補正される。一方、ピン部材１１がワークから退避する埋め戻し工程、つまりピン部材１１がワークに対して上昇する上昇工程では、ピン駆動部２１に与えられる駆動電流は、指令電流に対して増加補正される。

［摩擦攪拌接合処理のフロー］
図８は、図２の摩擦攪拌点接合用ツール１を、ショルダ先行プロセスで使用して摩擦攪拌接合を行う場合の、コントローラ６１（図３）の処理を示すフローチャートである。コントローラ６１は、入力部６２からの入力情報、若しくは記憶部６３に格納されている情報より、接合対象ワークの位置情報、属性情報を取得する（ステップＳ１）。具体的には、接合位置の座標情報、接合対象ワークの材質を示す種別データ、ワークの厚さ、ツール１の圧入深さなどの情報が取得される。

次に、コントローラ６１は、ステップＳ１で取得した接合位置についての設定加圧力、７軸駆動電流及びその補正比率の情報を取得する（ステップＳ２）。この際、コントローラ６１は、記憶部６３のテーブル記憶部６４の加圧力－駆動電流テーブル、及び、補正比率記憶部６５の補正比率テーブルを参照する。

続いて、コントローラ６１は、ツール１を接合対象ワークに位置決めするために、ロボットアーム５１を駆動する。具体的にはコントローラ６１は、ロボット駆動部５１Ｍを制御して、ロボットアーム５１の１軸ＡＸ１～６軸ＡＸ６を所要量駆動させる（ステップＳ３）。図２の例の場合、ステップＳ３が完了した状態は、ツール１の下端部１１Ｔ、１２Ｔが重なり部３０に所定間隔を置いて対峙し、点接合位置Ｗに対してツール１の回転軸Ｒが位置合わせされた状態である。

その後、コントローラ６１は、ツール１に摩擦攪拌動作を実行させる。コントローラ６１は、ショルダ駆動部２２を駆動してツール１を全体的に下降させる（７軸下降駆動）と共に、回転駆動部２３を駆動してピン部材１１及びショルダ部材１２を回転軸Ｒ回りに回転させる（８軸回転駆動）動作を開始する（ステップＳ４）。ツール１の下端面が重なり部３０の上面に当接すると、クランプ部材１３により重なり部３０がクランプされると共に、図４（Ａ）に示したステージＳＴ１の予熱工程が開始される（ステップＳ５）。既述の通り、予熱工程ではショルダ駆動部２２に与える７軸駆動電流は補正されず、ステップＳ２で取得した７軸駆動電流がそのまま適用される。

次にコントローラ６１は、図４（Ｂ）に示したステージＳＴ２の圧入工程を実行させる。具体的にはコントローラ６１は、ショルダ駆動部２２を駆動してショルダ部材１２をさらに下降（７軸下降駆動）させ、回転駆動部２３によるツール１の回転駆動を継続させ（８軸回転）、他方でピン駆動部２１を駆動してピン部材１１を上昇（９軸上昇駆動）させる（ステップＳ６）。この圧入工程では、ピン部材１１が上昇方向に移動することから、７軸駆動電流は増加補正される。コントローラ６１は、ステップＳ２で取得したステージＳＴ２における補正比率に基づいて、７軸駆動電流を増加補正する。

続いて、コントローラ６１は、図４（Ｃ）に示したステージＳＴ３の埋め戻し工程を実行させる。具体的にはコントローラ６１は、ショルダ駆動部２２を駆動してショルダ部材１２を上昇（７軸上昇駆動）させ、回転駆動部２３によるツール１の回転駆動を継続させ（８軸回転）、他方でピン駆動部２１を駆動してピン部材１１を下降（９軸下降駆動）させる（ステップＳ７）。この埋め戻し工程では、ピン部材１１が下降方向に移動することから、７軸駆動電流は減少補正される。コントローラ６１は、ステップＳ２で取得したステージＳＴ３における補正比率に基づいて、７軸駆動電流を減少補正する。

その後、コントローラ６１は、必要に応じてステージＳＴ４のならし工程を実行させた後、ショルダ駆動部２２を駆動してツール１が重なり部３０に対して上方に離間するように、ツール１全体を上昇させる（ステップＳ８）。この上昇により、クランプ部材１３による重なり部３０のクランプも解除される。しかる後、コントローラ６１は、回転駆動部２３によるツール１の回転駆動を停止させ（ステップＳ９）、ターゲットとする接合位置での処理を終える。

［加圧力センサレス方式による駆動電流制御］
図９は、ロードセルレス等の加圧力センサを用いない方式で、ショルダ駆動部２２の７軸駆動電流の補正を行う場合の処理を示すフローチャートである。この処理は、例えば図８に示すフローにおいて、７軸駆動電流の増減補正を行うステップＳ６、Ｓ７において、コントローラ６１が実行する処理である。なお、図９のフローチャートの右横に点線枠で付記している具体例は、図６に例示したステージＳＴ２の圧入工程（図８のステップＳ６）を想定している。

コントローラ６１は、今からワークに対して実行する摩擦攪拌点接合箇所について、予め設定されている設定加圧力を取得する（ステップＳ１１）。一例として、設定加圧力が１０ｋＮであるとする。続いて、コントローラ６１は、記憶部６３のテーブル記憶部６４に格納されている、図７（Ｂ）に例示したような、設定加圧力から算出される７軸駆動電流のテーブルを参照する。このテーブルに基づいてコントローラ６１は、７軸駆動部であるショルダ駆動部２２（７軸駆動部）の指令電流（第１駆動電流）を、ステップＳ１１で取得した設定加圧力に応じて特定する（ステップＳ１２）。一例として、設定加圧力＝１０ｋＮに対応する前記指令電流が１０Ａであるとする。

次にコントローラ６１は、図６に例示した加圧力変化比率に基づいて、ステップＳ１２で特定された指令電流を加減補正する。具体的にはコントローラ６１は、補正比率記憶部６５に格納されている、図７（Ｃ）に例示したような、７軸駆動電流の補正比率テーブルを参照する。このテーブルに基づいてコントローラ６１は、前記指令電流に摩擦攪拌点接合処理のステージ毎に設定された補正比率を掛けて、７軸駆動部に対する駆動電流指令値（第２駆動電流）を設定する（ステップＳ１３）。一例では、ステージＳＴ２の補正比率は＋２０％であるので、指令電流＝１０Ａを２０％増加させた１２Ａが駆動電流指令値となる。

続いてコントローラ６１は、ステップＳ１３で設定した駆動電流指令値に相当する電流を実際に７軸駆動部に供給し（ステップＳ１４）、ワークに対してツール１を作用させる。一例では、ショルダ駆動部２２に駆動電流指令値＝１２Ａを供給することで、ショルダ部材１２を重なり部３０に圧入させるよう動作させる。もし工程がステージＳＴ３の埋め戻し工程であれば、ワークに対するツール１の作用は、ショルダ部材１２の重なり部３０からの退避と、ピン部材１１の下降となる。

次にコントローラ６１は、７軸駆動部に駆動電流指令値の電流を供給してワークに対してツール１を作用させたときに、当該７軸駆動部に実際に流れた実駆動電流（第３駆動電流）を検出する（ステップＳ１５）。一例では、ショルダ駆動部２２に駆動電流指令値＝１２Ａを供給してショルダ部材１２に圧入動作を行わせたときに、ショルダ駆動部２２に実際に流れた実駆動電流を求める。ここでは、実駆動電流＝１２Ａであったとする。

その後、コントローラ６１は、前記実駆動電流に対して、ステージ毎に設定された補正比率（加圧力変化比率）に基づき、ステップＳ１３で実行した加減補正とは逆の加減補正を行う。この際、コントローラ６１は、補正比率記憶部６５の補正比率テーブルを参照する。この処理により逆補正駆動電流（第４駆動電流）が求められる（ステップＳ１７）。一例では、ステージＳＴ２の補正比率＝＋２０％を使用し、逆補正のため実駆動電流＝１２Ａを１．２で除することで、逆補正駆動電流＝１０Ａが求められる。

続いてコントローラ６１は、テーブル記憶部６４の加圧力－駆動電流テーブルを参照して、逆補正駆動電流から換算される算出加圧力（目標実加圧力）を求める（ステップＳ１７）。一例では、逆補正駆動電流＝１０Ａのときは算出加圧力＝１０ｋＮである。そして、コントローラ６１は、前記算出加圧力（目標実加圧力）に、実駆動電流（第３駆動電流）で７軸駆動部を駆動させた際の実加圧力が一致するよう、駆動電流指令値（第２駆動電流）を補正する（ステップＳ１８）。７軸駆動部は、補正された駆動電流指令値で駆動される。このような処理により、実測できていない実加圧力を、７軸駆動電流に基づいて制御することができる。

［単動式の摩擦攪拌点接合ツールを用いる場合の実施形態］
以上、本発明を複動式の摩擦攪拌点接合ツールを用いて実施する例を示したが、本発明は単動式の摩擦攪拌点接合ツールを用いる場合でも実施することができる。図１０（Ａ）～（Ｃ）は、単動式の摩擦攪拌点接合用ツールで、ワークの摩擦攪拌接合を行う場合の接合工程を順次示す図である。

用いられるツールは、円柱状に形成された単軸ツール１６である。単軸ツール１６は、軸線（回転軸Ｒ）回りの回転と、軸線に沿った方向への進退移動とが可能である。単軸ツール１６は、図略の駆動源により進退移動するように駆動される。また、単軸ツール１６は、図１に例示したような、ロボットアーム５１の先端部５１Ｔに取り付けられるガン５２に搭載される。つまり、Ｃ型フレーム５４の撓みを考慮した制御を行うに必要がある。

図１０（Ａ）は、単軸ツール１６の先端ピン１６Ｔが、ワークである第１部材３１と第２部材３２との重なり部３０に圧入されている状態を示す。単軸ツール１６は、回転軸Ｒ回りに高速回転されつつ、重なり部３０に先端ピン１６Ｔが押し込まれるように下降される。重なり部３０の背面は、バックアップ部材１５で支持されている。

図１０（Ｂ）は、先端ピン１６Ｔが所定の圧入深さまで重なり部３０に圧入された状態で、単軸ツール１６が回転軸Ｒ回りに高速回転され、摩擦攪拌が行われている状態を示す。この摩擦攪拌によって、先端ピン１６Ｔの周囲には、重なり部３０の材料が溶融してなる摩擦攪拌部４０が生じる。図１０（Ｃ）は、単軸ツール１６の先端ピン１６Ｔが重なり部３０から引き抜かれた状態を示す。摩擦攪拌部４０の硬化によって攪拌接合部４が形成され、第１部材３１と第２部材３２とが接合される。

図１１（Ａ）は、単動式の摩擦攪拌点接合用ツール（単軸ツール１６）についての設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとの関係を示すグラフ、図１１（Ｂ）は、単軸ツール１６の図略の駆動源の駆動電流を示すグラフである。ここでは、単軸ツール１６の設定加圧力Ｐａが１０ｋＮであるとき、前記駆動源に供給される指令電流Ａａ＝１０Ａである場合を例示している。設定加圧力Ｐａ＝１０ｋＮの期間は、図１０（Ａ）～（Ｂ）の、単軸ツール１６が重なり部３０に圧入されている期間である。

単軸ツール１６を用いる場合でも、Ｃ型フレーム５４の撓みや単軸ツール１６の圧入動作自体により、単軸ツール１６の実加圧力Ｐｂは低下する。ここでは、実加圧力Ｐｂ＝９ｋＮに低下している例を示している。つまり、設定加圧力Ｐａ＝１０ｋＮに対応した指令電流Ａａ＝１０Ａを前記駆動源に与えても、実加圧力Ｐｂ＝９ｋＮしか出ない例を示している。このような、設定加圧力Ｐａに対する実加圧力Ｐｂの低下度合いを示す加圧力変化比率Ｄｐ１が、実験的または経験的に予め求められる。

図１２（Ａ）、前記駆動電流の補正後の設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとの関係を示すグラフ、図１２（Ｂ）は、駆動電流の補正状況を示すグラフである。設定加圧力Ｐａに応じた指令電流Ａａで前記駆動源を駆動して単軸ツール１６を重なり部３０に圧入しても、加圧力変化比率Ｄｐの分だけ低下した実加圧力Ｐｂしか発生できない。このため、単軸ツール１６の圧入させる際、図１２（Ｂ）に示すように、指令電流Ａａを補正分Ｄａだけ増加させた補正駆動電流Ａを前記駆動源に与えるようにする。補正分Ｄａは、加圧力変化比率Ｄｐに応じた増加分である。このような補正により、図１２（Ａ）に示すように、設定加圧力Ｐａと実加圧力Ｐｂとを近づける、若しくは一致させることができる。

図１３は、単動式の摩擦攪拌点接合用の単軸ツール１６を使用して摩擦攪拌接合を行う場合のコントローラ６１の処理を示すフローチャートである。ここでは、７軸を単軸ツール１６の昇降軸、８軸を単軸ツール１６の回転軸と扱う。本実施形態でも電気的構成は、図３のブロック図に準じるものとなるが、ピン駆動部２１及びショルダ駆動部２２が単軸ツール１６を昇降させる駆動源に変更される。回転駆動部２３は、単軸ツール１６を回転軸Ｒの軸回りに回転させる駆動部となる。

コントローラ６１は、接合対象ワークの位置情報、属性情報を取得する（ステップＳ２１）。具体的には、接合位置の座標情報、接合対象ワークの材質を示す種別データ、ワークの厚さ、ツール１の圧入深さなどの情報が取得される。次に、コントローラ６１は、ステップＳ１で取得した接合位置についての設定加圧力、７軸駆動電流及びその補正比率の情報を取得する（ステップＳ２２）。この際、コントローラ６１は、記憶部６３の補正比率記憶部６５に格納されている補正比率テーブルを参照する。

続いて、コントローラ６１は、ツール１を接合対象ワークに位置決めするために、ロボットアーム５１を駆動する。具体的にはコントローラ６１は、ロボット駆動部５１Ｍを制御して、ロボットアーム５１の１軸ＡＸ１～６軸ＡＸ６を所要量駆動させる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３が完了した状態は、単軸ツール１６の先端ピン１６Ｔが重なり部３０に所定間隔を置いて対峙し、点接合位置に対して単軸ツール１６の回転軸Ｒが位置合わせされた状態である。

その後、コントローラ６１は、前記駆動源を駆動して単軸ツール１６の下降（７軸下降駆動）を開始させると共に、回転駆動部２３を駆動して単軸ツール１６の回転（８軸回転駆動）を開始させる（ステップＳ２４）。やがて、図１０（Ａ）に示すように、単軸ツール１６の先端ピン１６Ｔが重なり部３０の表面に当接し、圧入が開始される（ステップＳ２５）。

以降、圧入工程及び攪拌工程が実行される（ステップＳ２６）。コントローラ６１は、先端ピン１６Ｔが重なり部３０に対して所定の圧入深さに到達するまで単軸ツール１６を下降させる。この際、７軸駆動電流は、加圧力変化比率Ｄｐに応じた補正分Ｄａだけ増加され、加圧力低下分が補填される。また、コントローラ６１は、回転駆動部２３による単軸ツール１６の回転を継続させる。

攪拌工程を終えると、コントローラ６１は単軸ツール１６の引き抜き工程を実行させる（ステップＳ２７）。具体的にはコントローラ６１は、前記駆動源を駆動して単軸ツール１６を上昇（７軸上昇駆動）させると共に、回転駆動部２３による単軸ツール１６の回転を停止させる（８軸停止）。

以上説明した本実施形態に係る摩擦攪拌ツールの制御方法及び摩擦攪拌装置によれば、加圧力変化比率に応じて複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１の駆動源（ショルダ駆動部２２）、若しくは単動式の摩擦攪拌点接合用の単軸ツール１６の駆動電流が補正されることによって、実加圧力が設定加圧力に近づけられる。このため、ワークについて前記加圧力変化比率を予め求めておけば、ツール１又は単軸ツール１６の運転時においてセンサ類を用いて実際に実加圧力を計測せずとも、実加圧力を設定加圧力に近づける制御が可能となる。すなわち、センサレスでの摩擦攪拌点接合用のツールを制御し、設定通りにツールをワークに圧入させて摩擦攪拌を行わせることができる。

１ ツール
１１ ピン部材
１２ ショルダ部材
１６ 単軸ツール
２ ツール駆動部
２１ ピン駆動部
２２ ショルダ駆動部（ツールの駆動源）
２３ 回転駆動部
３０ 重なり部（ワーク）
４ 攪拌接合部
４０ 摩擦攪拌部
５ 多関節ロボット
５１ ロボットアーム
６１ コントローラ（制御部）
６３ 記憶部
６４ テーブル記憶部
６５ 補正比率記憶部
Ｍ 摩擦攪拌点接合装置（摩擦攪拌装置）
Ｐａ 設定加圧力
Ｐｂ 実加圧力

Claims (7)

1. 摩擦攪拌を行うツールの駆動源に所要の駆動電流を与えて前記ツールの動作を制御する制御方法であって、
   前記ツールのワークへの圧入時における加圧力として定められる設定加圧力と、前記設定加圧力を発生させる駆動電流を前記駆動源に与えて実際に前記ワークへ圧入させた際の実加圧力と、を比較することによって加圧力変化比率を予め求め、
   求められた前記加圧力変化比率を摩擦攪拌装置が備える記憶部に記憶させ、
   前記設定加圧力に前記実加圧力が近づくよう、前記記憶部から前記加圧力変化比率を読み出し、前記加圧力変化比率に基づく補正比率で前記駆動電流を補正して前記駆動源を駆動する、
   摩擦攪拌ツールの制御方法。
2. 摩擦攪拌を行うツールの駆動源に所要の駆動電流を与えて前記ツールの動作を制御する制御方法であって、
   前記ツールのワークへの圧入時における加圧力として定められる設定加圧力と、前記設定加圧力を発生させる駆動電流を前記駆動源に与えて実際に前記ワークへ圧入させた際の実加圧力と、を比較することによって加圧力変化比率を求め、
   前記設定加圧力に前記実加圧力が近づくよう、前記加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を補正して前記駆動源を駆動する、摩擦攪拌ツールの制御方法において、
   前記駆動電流と前記加圧力との関係を示すテーブルを求め、
   前記設定加圧力から算出される第１駆動電流を、前記加圧力変化比率に基づき補正した第２駆動電流で前記駆動源を動作させて前記ワークに対して前記ツールを作用させ、当該駆動源に実際に流れた第３駆動電流を求め、
   前記第３駆動電流を、前記加圧力変化比率に基づき補正を行って第４駆動電流を求めると共に、前記テーブルを参照して、前記第４駆動電流から換算される目標実加圧力を求め、
   前記目標実加圧力に前記第３駆動電流にて前記駆動源を駆動させた際の実加圧力が近づくよう、前記第２駆動電流を補正して前記駆動源を駆動する、摩擦攪拌ツールの制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の摩擦攪拌ツールの制御方法において、
   前記ツールが、
   軸線回りに回転し、当該軸線方向に沿って上下に移動可能な円柱状のピン部材と、
   前記ピン部材の外周を覆うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線回りに回転すると共に前記軸線方向に沿って上下に移動可能な円筒状のショルダ部材と、を含む複動式の摩擦攪拌点接合用のツールであって、
   前記ピン部材が前記ワークに対して上昇する方向に向かう上昇工程における、前記設定加圧力と前記実加圧力とから得られる第１加圧力変化比率と、
   前記ピン部材が前記ワークに対して下降する方向に向かう下降工程における、前記設定加圧力と前記実加圧力とから得られる第２加圧力変化比率と、を予め求め、
   前記上昇工程では、前記第１加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を増加させるように補正し、
   前記下降工程では、前記第２加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を減少させるように補正する、摩擦攪拌ツールの制御方法。
4. 請求項３に記載の摩擦攪拌ツールの制御方法において、
   複動式の摩擦攪拌点接合用のツールは、
   前記ピン部材及び前記ショルダ部材を前記ワークの表面に当接させると共に軸線回りに回転させ、当該ワークを予熱する予熱工程と、
   前記ショルダ部材を下降させて前記ワークに圧入させる一方で、前記ピン部材を上昇させる圧入工程と、
   前記ショルダ部材を上昇させて前記ワークから退避させる一方で、前記ピン部材を下降させる埋め戻し工程と、を実行するように使用され、
   前記予熱工程では、前記駆動電流を補正せず、
   前記圧入工程では、前記上昇工程に応じた前記駆動電流の増加補正を行い、
   前記埋め戻し工程では、前記下降工程に応じた前記駆動電流の減少補正を行う、摩擦攪拌ツールの制御方法。
5. 請求項１又は２に記載の摩擦攪拌ツールの制御方法において、
   前記ツールが、円柱状に形成され、軸線回りの回転と当該軸線に沿った方向への進退移動とが可能な単軸ツールを備えた単動式の摩擦攪拌点接合用のツールであって、
   前記単軸ツールが前記ワークへ圧入されている期間における、前記設定加圧力と前記実加圧力とから得られる加圧力低下比率を予め求め、
   前記単軸ツールを前記ワークへ圧入させる際、前記加圧力低下比率に応じて前記駆動電流を増加させるように補正する、摩擦攪拌ツールの制御方法。
6. 摩擦攪拌を行うツールと、
   所要の駆動電流を与えられて前記ツールを駆動する駆動源と、
   前記駆動源を制御する制御部と、
   前記ツールのワークへの圧入時における加圧力として定められる設定加圧力と、前記設定加圧力を発生させる駆動電流を前記駆動源に与えて実際に前記ワークへ圧入させた際の実加圧力と、を比較することによって求めた加圧力変化比率を予め記憶する記憶部と、を備え、
   前記制御部は、前記設定加圧力に前記実加圧力が近づくよう、前記記憶部から前記加圧力変化比率を読み出し、前記加圧力変化比率に基づく補正比率で前記駆動電流を補正して前記駆動源を駆動する、
   摩擦攪拌装置。
7. 請求項６に記載の摩擦攪拌装置において、
   前記ツールが、
   軸線回りに回転し、当該軸線方向に沿って上下に移動可能な円柱状のピン部材と、
   前記ピン部材の外周を覆うように位置し、当該ピン部材と同一の軸線回りに回転すると共に前記軸線方向に沿って上下に移動可能な円筒状のショルダ部材と、を含む複動式の摩擦攪拌点接合用のツールであって、
   前記記憶部は、
   前記ピン部材が前記ワークに対して上昇する方向に向かう上昇工程における、前記設定加圧力と前記実加圧力とから得られる第１加圧力変化比率と、
   前記ピン部材が前記ワークに対して下降する方向に向かう下降工程における、前記設定加圧力と前記実加圧力とから得られる第２加圧力変化比率と、を予め記憶しており、
   前記制御部は、
   前記上昇工程では、前記第１加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を増加させるように補正し、
   前記下降工程では、前記第２加圧力変化比率に応じて前記駆動電流を減少させるように補正する、摩擦攪拌装置。