JP2002066763A - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents
摩擦撹拌接合装置Info
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 板状部材の突合せ接合部に起伏や板厚の変化
があっても、その突合せ接合部の表面に回転工具のシャ
ンクを追従させて突合せ接合部に対するプローブの挿入
量を一定に維持することができ、特に、加工用ロボット
のアームに装着して良好な接合作業を行うことができる
摩擦撹拌接合装置を提供する。 【解決手段】 摩擦撹拌接合用の回転工具（２）と、回
転工具（２）を装着して回転駆動する回転駆動手段
（３）のスピンドルモータ（３Ｂ）と、回転駆動手段
（３）を装着して回転工具（２）のシャンク（２Ｂ）を
突合せ接合部（Ｂ）の表面に押圧する加圧駆動手段
（４）のサーボモータ（４Ａ）と、加圧駆動手段（４）
を支持するマウントブラケット（５）とを備えている。
そして、突合せ接合部（Ｂ）へのシャンク（２Ｂ）の押
圧力を検出する圧力センサ（６）と、圧力センサ（６）
の検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内となるよ
うにサーボモータ（４Ａ）の駆動を制御する制御手段と
を備えている。
があっても、その突合せ接合部の表面に回転工具のシャ
ンクを追従させて突合せ接合部に対するプローブの挿入
量を一定に維持することができ、特に、加工用ロボット
のアームに装着して良好な接合作業を行うことができる
摩擦撹拌接合装置を提供する。 【解決手段】 摩擦撹拌接合用の回転工具（２）と、回
転工具（２）を装着して回転駆動する回転駆動手段
（３）のスピンドルモータ（３Ｂ）と、回転駆動手段
（３）を装着して回転工具（２）のシャンク（２Ｂ）を
突合せ接合部（Ｂ）の表面に押圧する加圧駆動手段
（４）のサーボモータ（４Ａ）と、加圧駆動手段（４）
を支持するマウントブラケット（５）とを備えている。
そして、突合せ接合部（Ｂ）へのシャンク（２Ｂ）の押
圧力を検出する圧力センサ（６）と、圧力センサ（６）
の検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内となるよ
うにサーボモータ（４Ａ）の駆動を制御する制御手段と
を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、板状部材の突合せ
接合部を回転工具による摩擦熱で軟化させつつ回転工具
の進行方向後方に塑性流動させ、その冷却固化により前
記突合せ接合部を接合する摩擦撹拌接合装置に関するも
のである。
接合部を回転工具による摩擦熱で軟化させつつ回転工具
の進行方向後方に塑性流動させ、その冷却固化により前
記突合せ接合部を接合する摩擦撹拌接合装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】比較的に軟質なアルミニウム合金等の板
状部材を突き合わせて接合する方法および装置として、
特表平９−５０８０７３号公報に記載された方法および
特開平１０−１５６５５７号公報に記載された装置が従
来知られている。この種の摩擦撹拌接合方法および装置
は、一般に、板状部材より硬い鋼製の回転工具を回転駆
動させつつ板状部材の突合せ接合部のラインに沿って移
動させることにより、その突合せ接合部を回転工具によ
る摩擦熱で軟化させつつ回転工具の移動方向後方に塑性
流動させ、その冷却固化により突合せ接合部を接合する
ことを原理としている。
状部材を突き合わせて接合する方法および装置として、
特表平９−５０８０７３号公報に記載された方法および
特開平１０−１５６５５７号公報に記載された装置が従
来知られている。この種の摩擦撹拌接合方法および装置
は、一般に、板状部材より硬い鋼製の回転工具を回転駆
動させつつ板状部材の突合せ接合部のラインに沿って移
動させることにより、その突合せ接合部を回転工具によ
る摩擦熱で軟化させつつ回転工具の移動方向後方に塑性
流動させ、その冷却固化により突合せ接合部を接合する
ことを原理としている。
【０００３】前記のような摩擦撹拌接合装置において、
前記回転工具は、板状部材の突合せ接合部の表面に当接
するシャンクと、このシャンクから突設されて前記突合
せ接合部に挿入されることにより突合せ接合部に摩擦回
転接触するプローブとを有する段付き柱状に形成されて
いる。そして、このような回転工具を有する摩擦撹拌接
合装置は、通常、前記回転工具をチャックに装着して回
転駆動する電動モータと、この電動モータを装着して前
記回転工具のシャンクを板状部材の突合せ接合部の表面
に当接させるボールネジ式の位置決め機構などを備えて
いる。
前記回転工具は、板状部材の突合せ接合部の表面に当接
するシャンクと、このシャンクから突設されて前記突合
せ接合部に挿入されることにより突合せ接合部に摩擦回
転接触するプローブとを有する段付き柱状に形成されて
いる。そして、このような回転工具を有する摩擦撹拌接
合装置は、通常、前記回転工具をチャックに装着して回
転駆動する電動モータと、この電動モータを装着して前
記回転工具のシャンクを板状部材の突合せ接合部の表面
に当接させるボールネジ式の位置決め機構などを備えて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の摩擦撹拌接合装置における位置決め機構は、単に、
回転工具のシャンクを板状部材の突合せ接合部の表面に
当接するように位置決めする機能しか有していない。こ
のため、板状部材の突合せ接合部が平坦でその板厚が一
定している場合には、その突合せ接合部に対するプロー
ブの挿入量を一定に保持することができるが、突合せ接
合部が平坦でない場合や、その板厚が変化する場合に
は、その突合せ接合部に対するプローブの挿入量が変化
してしまい、その結果、前記突合せ接合部を安定して確
実に接合することが困難となる。
来の摩擦撹拌接合装置における位置決め機構は、単に、
回転工具のシャンクを板状部材の突合せ接合部の表面に
当接するように位置決めする機能しか有していない。こ
のため、板状部材の突合せ接合部が平坦でその板厚が一
定している場合には、その突合せ接合部に対するプロー
ブの挿入量を一定に保持することができるが、突合せ接
合部が平坦でない場合や、その板厚が変化する場合に
は、その突合せ接合部に対するプローブの挿入量が変化
してしまい、その結果、前記突合せ接合部を安定して確
実に接合することが困難となる。
【０００５】また、従来の摩擦撹拌接合装置を加工用ロ
ボットのアームに装着し、このアームの駆動により摩擦
撹拌接合装置のプローブを板状部材の突合せ接合部のラ
インに沿って移動させつつその突合せ接合部を接合する
場合、前記アームは一般に複数のサーボモータにより駆
動される関係で位置復元精度が不安定であるため、アー
ムは前記プローブを所望の高さ位置に保持することが困
難となる。従って、この場合にも、前記突合せ接合部に
対するプローブの挿入量が変化していまい、突合せ接合
部を安定して確実に接合することが困難となる。
ボットのアームに装着し、このアームの駆動により摩擦
撹拌接合装置のプローブを板状部材の突合せ接合部のラ
インに沿って移動させつつその突合せ接合部を接合する
場合、前記アームは一般に複数のサーボモータにより駆
動される関係で位置復元精度が不安定であるため、アー
ムは前記プローブを所望の高さ位置に保持することが困
難となる。従って、この場合にも、前記突合せ接合部に
対するプローブの挿入量が変化していまい、突合せ接合
部を安定して確実に接合することが困難となる。
【０００６】そこで、本発明は、板状部材の突合せ接合
部に起伏や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の
表面に回転工具のシャンクを追従させて突合せ接合部に
対するプローブの挿入量を一定に維持することができ、
特に、加工用ロボットのアームに装着して良好な接合作
業を行うことができる摩擦撹拌接合装置を提供すること
を課題とする。
部に起伏や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の
表面に回転工具のシャンクを追従させて突合せ接合部に
対するプローブの挿入量を一定に維持することができ、
特に、加工用ロボットのアームに装着して良好な接合作
業を行うことができる摩擦撹拌接合装置を提供すること
を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する手
段として、本発明に係る摩擦撹拌接合装置は、板状部材
の突合せ接合部の表面に当接するシャンクおよび前記突
合せ接合部に挿入されて摩擦回転接触するプローブを有
する摩擦撹拌接合用の回転工具と、この回転工具を装着
して回転駆動する回転駆動手段と、この回転駆動手段を
装着して前記回転工具のシャンクを前記突合せ接合部の
表面に押圧する加圧駆動手段と、この加圧駆動手段を支
持するマウントブラケットとを備えた摩擦撹拌接合装置
であって、前記突合せ接合部の表面に対する前記回転工
具のシャンクの押圧力を検出する圧力センサと、この圧
力センサの検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内
となるように前記加圧駆動手段の駆動を制御する制御手
段とを備えていることを特徴とする。
段として、本発明に係る摩擦撹拌接合装置は、板状部材
の突合せ接合部の表面に当接するシャンクおよび前記突
合せ接合部に挿入されて摩擦回転接触するプローブを有
する摩擦撹拌接合用の回転工具と、この回転工具を装着
して回転駆動する回転駆動手段と、この回転駆動手段を
装着して前記回転工具のシャンクを前記突合せ接合部の
表面に押圧する加圧駆動手段と、この加圧駆動手段を支
持するマウントブラケットとを備えた摩擦撹拌接合装置
であって、前記突合せ接合部の表面に対する前記回転工
具のシャンクの押圧力を検出する圧力センサと、この圧
力センサの検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内
となるように前記加圧駆動手段の駆動を制御する制御手
段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】本発明に係る摩擦撹拌接合装置では、回転
駆動手段が回転工具を回転駆動し、加圧駆動手段が回転
工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に挿入して回
転工具のシャンクを突合せ接合部の表面に押圧する。そ
して、この状態で摩擦撹拌接合装置が板状部材の突合せ
接合部のラインに沿って相対移動することにより、回転
工具のプローブが突合せ接合部に摩擦回転接触し、その
摩擦熱で突合せ接合部を軟化させつつプローブの相対移
動方向の後方に塑性流動させ、その冷却固化により突合
せ接合部を接合する。
駆動手段が回転工具を回転駆動し、加圧駆動手段が回転
工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に挿入して回
転工具のシャンクを突合せ接合部の表面に押圧する。そ
して、この状態で摩擦撹拌接合装置が板状部材の突合せ
接合部のラインに沿って相対移動することにより、回転
工具のプローブが突合せ接合部に摩擦回転接触し、その
摩擦熱で突合せ接合部を軟化させつつプローブの相対移
動方向の後方に塑性流動させ、その冷却固化により突合
せ接合部を接合する。
【０００９】その際、本発明の摩擦撹拌接合装置におい
ては、板状部材の突合せ接合部の表面に対する回転工具
のシャンクの押圧力を圧力センサが検出し、この圧力セ
ンサの検出信号に基づいて制御手段が前記押圧力を所定
範囲内とするように加圧駆動手段の駆動を制御する。従
って、回転工具のシャンクは、板状部材の突合せ接合部
に起伏や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の表
面に追従し、突合せ接合部に対するプローブの挿入量を
一定に維持する。
ては、板状部材の突合せ接合部の表面に対する回転工具
のシャンクの押圧力を圧力センサが検出し、この圧力セ
ンサの検出信号に基づいて制御手段が前記押圧力を所定
範囲内とするように加圧駆動手段の駆動を制御する。従
って、回転工具のシャンクは、板状部材の突合せ接合部
に起伏や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の表
面に追従し、突合せ接合部に対するプローブの挿入量を
一定に維持する。
【００１０】本発明の摩擦撹拌接合装置において、前記
マウントブラケットが加工用ロボットのアームに装着可
能に構成されていると、このマウントブラケットを加工
用ロボットのアームに装着し、このアームの駆動により
回転工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に沿って
移動させることで、その突合せ接合部を接合することが
できる。その際、前記板状部材の突合わせ接合部に対す
る回転工具のプローブの挿入量が一定に維持されるた
め、加工用ロボットは、アームの位置復元精度が不安定
であっても、アームを前記突合せ接合部のラインに沿っ
て直線状に駆動すればよい。
マウントブラケットが加工用ロボットのアームに装着可
能に構成されていると、このマウントブラケットを加工
用ロボットのアームに装着し、このアームの駆動により
回転工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に沿って
移動させることで、その突合せ接合部を接合することが
できる。その際、前記板状部材の突合わせ接合部に対す
る回転工具のプローブの挿入量が一定に維持されるた
め、加工用ロボットは、アームの位置復元精度が不安定
であっても、アームを前記突合せ接合部のラインに沿っ
て直線状に駆動すればよい。
【００１１】本発明の摩擦撹拌接合装置において、前記
加圧駆動手段に前記回転駆動手段を固定して回転工具の
シャンクに前記押圧力を付与するマウントプレートを備
えていると、このマウントプレートと回転駆動手段との
間に前記圧力センサを挟持することができる。この場
合、圧力センサとしては、ピエゾ抵抗素子や圧電ポリマ
ーとするのが好ましい。
加圧駆動手段に前記回転駆動手段を固定して回転工具の
シャンクに前記押圧力を付与するマウントプレートを備
えていると、このマウントプレートと回転駆動手段との
間に前記圧力センサを挟持することができる。この場
合、圧力センサとしては、ピエゾ抵抗素子や圧電ポリマ
ーとするのが好ましい。
【００１２】なお、本発明の摩擦撹拌接合装置におい
て、前記回転駆動手段は、通常、電動モータを駆動源と
するが、油圧モータを駆動源としてもよい。また、加圧
駆動手段は、電動モータにより駆動されるボールネジ機
構で構成することができるが、リニアアクチュエータ、
空圧シリンダ、油圧シリンダ等で構成することもでき
る。
て、前記回転駆動手段は、通常、電動モータを駆動源と
するが、油圧モータを駆動源としてもよい。また、加圧
駆動手段は、電動モータにより駆動されるボールネジ機
構で構成することができるが、リニアアクチュエータ、
空圧シリンダ、油圧シリンダ等で構成することもでき
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る摩擦撹拌接合装置の実施の形態を説明する。参照する
図面において、図１は一実施形態に係る摩擦撹拌接合装
置の概略構造を示す側面図、図２は一実施形態に係る摩
擦撹拌接合装置を構成する制御装置の機能ブロック図、
図３は一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の使用例にお
ける作用説明図である。
る摩擦撹拌接合装置の実施の形態を説明する。参照する
図面において、図１は一実施形態に係る摩擦撹拌接合装
置の概略構造を示す側面図、図２は一実施形態に係る摩
擦撹拌接合装置を構成する制御装置の機能ブロック図、
図３は一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の使用例にお
ける作用説明図である。
【００１４】図１に示すように、一実施形態に係る摩擦
撹拌接合装置１は、例えばアルミニウム合金製の板状部
材の突合せ接合部を溶接する装置であり、摩擦撹拌接合
用の回転工具２と、この回転工具２を装着して回転駆動
する回転駆動手段３と、この回転駆動手段３を装着して
前記回転工具２を板状ワークＷの突合せ接合部Ｂの表面
に押圧する加圧駆動手段４と、この加圧駆動手段４を支
持するマウントブラケット５とを備えている。また、こ
の摩擦撹拌接合装置１は、前記板状ワークＷに対する回
転工具２の押圧力を検出する圧力センサ６と、この圧力
センサ６の検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内
となるように前記加圧駆動手段４の駆動を制御する制御
手段７（図２参照）とを備えている。
撹拌接合装置１は、例えばアルミニウム合金製の板状部
材の突合せ接合部を溶接する装置であり、摩擦撹拌接合
用の回転工具２と、この回転工具２を装着して回転駆動
する回転駆動手段３と、この回転駆動手段３を装着して
前記回転工具２を板状ワークＷの突合せ接合部Ｂの表面
に押圧する加圧駆動手段４と、この加圧駆動手段４を支
持するマウントブラケット５とを備えている。また、こ
の摩擦撹拌接合装置１は、前記板状ワークＷに対する回
転工具２の押圧力を検出する圧力センサ６と、この圧力
センサ６の検出信号に基づいて前記押圧力が所定範囲内
となるように前記加圧駆動手段４の駆動を制御する制御
手段７（図２参照）とを備えている。
【００１５】前記回転工具２は、アルミニウム合金等か
らなる前記板状ワークＷより硬い材質の鋼製であり、後
記のチャックに把持される把持部２Ａと、この把持部２
Ａの先端面に突設されて前記板状ワークＷの突合せ接合
部Ｂの表面に押圧されるシャンク２Ｂと、このシャンク
２Ｂの先端面に突設されて前記突合せ接合部Ｂ内に挿入
されるプローブ２Ｃとを有する段付き柱状に形成されて
いる。この回転工具２は、２０００〜５０００ｒｐｍの
高速度で回転駆動されつつ板状ワークＷの突合せ接合部
Ｂのラインに沿って移動することにより、プローブ２Ｃ
が突合せ接合部Ｂを摩擦熱で軟化させつつプローブ２Ｃ
の移動方向後方に塑性流動させ、その冷却固化により突
合せ接合部Ｂを接合させる。
らなる前記板状ワークＷより硬い材質の鋼製であり、後
記のチャックに把持される把持部２Ａと、この把持部２
Ａの先端面に突設されて前記板状ワークＷの突合せ接合
部Ｂの表面に押圧されるシャンク２Ｂと、このシャンク
２Ｂの先端面に突設されて前記突合せ接合部Ｂ内に挿入
されるプローブ２Ｃとを有する段付き柱状に形成されて
いる。この回転工具２は、２０００〜５０００ｒｐｍの
高速度で回転駆動されつつ板状ワークＷの突合せ接合部
Ｂのラインに沿って移動することにより、プローブ２Ｃ
が突合せ接合部Ｂを摩擦熱で軟化させつつプローブ２Ｃ
の移動方向後方に塑性流動させ、その冷却固化により突
合せ接合部Ｂを接合させる。
【００１６】前記回転駆動手段３は、前記回転工具２の
把持部２Ａを把持するツールチャック３Ａと、このツー
ルチャック３Ａを回転軸に固定して回転駆動するスピン
ドルモータ３Ｂとを備えている。このスピンドルモータ
３Ｂは、ツールチャック３Ａと反対側の上端部がマウン
トプレート８を介して前記加圧駆動手段４に装着され
る。この場合、スピンドルモータ３Ｂの上端部は、その
上端面とマウントプレート８との間に前記圧力センサ６
を圧縮可能な状態に挟持してボルト・ナット等の締結具
によりマウントプレート８に固定される。
把持部２Ａを把持するツールチャック３Ａと、このツー
ルチャック３Ａを回転軸に固定して回転駆動するスピン
ドルモータ３Ｂとを備えている。このスピンドルモータ
３Ｂは、ツールチャック３Ａと反対側の上端部がマウン
トプレート８を介して前記加圧駆動手段４に装着され
る。この場合、スピンドルモータ３Ｂの上端部は、その
上端面とマウントプレート８との間に前記圧力センサ６
を圧縮可能な状態に挟持してボルト・ナット等の締結具
によりマウントプレート８に固定される。
【００１７】前記加圧駆動手段４は、回転軸を上方に向
けて前記マウントブラケット５に固定されたサーボモー
タ４Ａと、マウントブラケット５に上下両端部が回転自
在に支持されたボールネジシャフト４Ｂと、このボール
ネジシャフト４Ｂの上端部と前記サーボモータ４Ａの回
転軸とを伝動構成するベルト伝動機構４Ｃと、前記ボー
ルネジシャフト４Ｂに沿って上下移動自在に螺合するボ
ールネジナット４Ｄと、前記ボールネジシャフト４Ｂと
平行に配置されて上下両端部がマウントブラケット５に
固定された直動ベアリングレール４Ｅと、この直動ベア
リングレール４Ｅに沿って上下移動自在に嵌合し、か
つ、前記ボールネジナット４Ｄに一体に連結された直動
ベアリング４Ｆとを備えている。そして、この直動ベア
リング４Ｆには、前記回転駆動手段３のスピンドルモー
タ３Ｂを固定した前記マウントプレート８が固定されて
いる。
けて前記マウントブラケット５に固定されたサーボモー
タ４Ａと、マウントブラケット５に上下両端部が回転自
在に支持されたボールネジシャフト４Ｂと、このボール
ネジシャフト４Ｂの上端部と前記サーボモータ４Ａの回
転軸とを伝動構成するベルト伝動機構４Ｃと、前記ボー
ルネジシャフト４Ｂに沿って上下移動自在に螺合するボ
ールネジナット４Ｄと、前記ボールネジシャフト４Ｂと
平行に配置されて上下両端部がマウントブラケット５に
固定された直動ベアリングレール４Ｅと、この直動ベア
リングレール４Ｅに沿って上下移動自在に嵌合し、か
つ、前記ボールネジナット４Ｄに一体に連結された直動
ベアリング４Ｆとを備えている。そして、この直動ベア
リング４Ｆには、前記回転駆動手段３のスピンドルモー
タ３Ｂを固定した前記マウントプレート８が固定されて
いる。
【００１８】前記マウントブラケット５は、前記サーボ
モータ４Ａを固定する側壁部５Ａと、前記ボールネジシ
ャフト４Ｂおよび直動ベアリングレール４Ｅの上下両端
部を支持する上壁部５Ｂおよび下壁部５Ｃとを有する。
そして、この上壁部５Ｂが図示しない加工用ロボットの
アームＡにボルト・ナットを介して着脱自在に固定され
る。
モータ４Ａを固定する側壁部５Ａと、前記ボールネジシ
ャフト４Ｂおよび直動ベアリングレール４Ｅの上下両端
部を支持する上壁部５Ｂおよび下壁部５Ｃとを有する。
そして、この上壁部５Ｂが図示しない加工用ロボットの
アームＡにボルト・ナットを介して着脱自在に固定され
る。
【００１９】前記圧力センサ６は、ピエゾ抵抗素子や圧
電ポリマーから成り、少なくとも３００〜７００ｋｇｆ
の圧力を検出することができる。この圧力センサ６は、
検出した圧力信号を後記の制御手段７に出力する。
電ポリマーから成り、少なくとも３００〜７００ｋｇｆ
の圧力を検出することができる。この圧力センサ６は、
検出した圧力信号を後記の制御手段７に出力する。
【００２０】ここで、図２に示すように、前記制御手段
７は、圧力センサ６および入力装置９からの入力信号に
基づいて前記加圧駆動手段４のサーボモータ４Ａの回転
を制御するため、目標圧力設定部７Ａ、フィードバック
制御部７Ｂ、モータ制御信号出力部７Ｃおよびモータ駆
動回路７Ｄを備えている。なお、この制御手段７は、基
本的なハードウェア構成として、前記圧力センサ６およ
び入力装置９との間の入出力インターフェースＩ／Ｏ、
圧力センサ６から入力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄコンバータの他、各種のデータやプ
ログラムを記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、
各種のデータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access
Memory）、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Central Proc
essing Unit）等を備えている。
７は、圧力センサ６および入力装置９からの入力信号に
基づいて前記加圧駆動手段４のサーボモータ４Ａの回転
を制御するため、目標圧力設定部７Ａ、フィードバック
制御部７Ｂ、モータ制御信号出力部７Ｃおよびモータ駆
動回路７Ｄを備えている。なお、この制御手段７は、基
本的なハードウェア構成として、前記圧力センサ６およ
び入力装置９との間の入出力インターフェースＩ／Ｏ、
圧力センサ６から入力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄコンバータの他、各種のデータやプ
ログラムを記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、
各種のデータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access
Memory）、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Central Proc
essing Unit）等を備えている。
【００２１】前記目標圧力設定部７Ａには、入力装置９
から板状ワークＷの材質や厚さに応じた目標圧力ＰＴ
（例えば５００ｋｇｆ）が入力されて保持される。ま
た、フィードバック制御部７Ｂには、前記目標圧力設定
部７Ａから出力される目標圧力ＰＴの信号が入力される
と共に、前記圧力センサ６により検出された実圧力Ｐの
アナログ信号がデジタル信号に変換されて入力される。
から板状ワークＷの材質や厚さに応じた目標圧力ＰＴ
（例えば５００ｋｇｆ）が入力されて保持される。ま
た、フィードバック制御部７Ｂには、前記目標圧力設定
部７Ａから出力される目標圧力ＰＴの信号が入力される
と共に、前記圧力センサ６により検出された実圧力Ｐの
アナログ信号がデジタル信号に変換されて入力される。
【００２２】前記フィードバック制御部７Ｂは、目標圧
力ＰＴに対する実圧力Ｐの偏差に対して、比例（Propor
tional）、積分（Integral）、微分（Differential）の
各動作を与えることにより、その偏差を迅速にゼロに収
束させるためのＰＩＤ動作信号ＰＣを生成し、このＰＩ
Ｄ動作信号ＰＣをモータ制御信号出力部７Ｃに出力す
る。
力ＰＴに対する実圧力Ｐの偏差に対して、比例（Propor
tional）、積分（Integral）、微分（Differential）の
各動作を与えることにより、その偏差を迅速にゼロに収
束させるためのＰＩＤ動作信号ＰＣを生成し、このＰＩ
Ｄ動作信号ＰＣをモータ制御信号出力部７Ｃに出力す
る。
【００２３】モータ制御信号出力部７Ｃは、フィードバ
ック制御部７ＢからのＰＩＤ動作信号ＰＣに基いて前記
サーボモータ４Ａに流す電流をパルス幅変調により制御
するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号
ＩＰを生成し、このＰＷＭ制御信号ＩＰをモータ駆動回
路７Ｄに出力する。
ック制御部７ＢからのＰＩＤ動作信号ＰＣに基いて前記
サーボモータ４Ａに流す電流をパルス幅変調により制御
するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号
ＩＰを生成し、このＰＷＭ制御信号ＩＰをモータ駆動回
路７Ｄに出力する。
【００２４】モータ駆動回路７Ｄは、モータ制御信号出
力部７ＣからのＰＷＭ制御信号ＩＰに基いて図示しない
パワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）のブリッジ
回路をスイッチング駆動することにより、サーボモータ
４Ａを所定の極性およびデューティ比の駆動電流によっ
て回転駆動する。
力部７ＣからのＰＷＭ制御信号ＩＰに基いて図示しない
パワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）のブリッジ
回路をスイッチング駆動することにより、サーボモータ
４Ａを所定の極性およびデューティ比の駆動電流によっ
て回転駆動する。
【００２５】以上のように構成された一実施形態に係る
摩擦撹拌接合装置１は、図３に示すように、アルミニウ
ム合金製などの板状ワークＷの突合せ接合部Ｂを接合す
るため、例えば加工用ロボットのアームＡの先端部にマ
ウントブラケット５の上壁部５Ｂが装着されて使用され
る。なお、前記加工用ロボットのアームＡは、複数のサ
ーボモータにより駆動される関係で位置復元精度は必ず
しも安定していないが、摩擦撹拌接合装置１による接合
作業を良好に行うことができる。以下、一実施形態に係
る摩擦撹拌接合装置１の使用例を説明する。
摩擦撹拌接合装置１は、図３に示すように、アルミニウ
ム合金製などの板状ワークＷの突合せ接合部Ｂを接合す
るため、例えば加工用ロボットのアームＡの先端部にマ
ウントブラケット５の上壁部５Ｂが装着されて使用され
る。なお、前記加工用ロボットのアームＡは、複数のサ
ーボモータにより駆動される関係で位置復元精度は必ず
しも安定していないが、摩擦撹拌接合装置１による接合
作業を良好に行うことができる。以下、一実施形態に係
る摩擦撹拌接合装置１の使用例を説明する。
【００２６】まず、摩擦撹拌接合装置１の回転工具２を
スピンドルモータ３Ｂによって２０００〜５０００ｒｐ
ｍの高速度で回転させる。この状態で図３に示すよう
に、図示しない加工用ロボットの制御によってそのアー
ムＡを板状ワークＷに向けて下降させ、回転工具２の下
端に突出するプローブ２Ｃを板状ワークＷの突合せ接合
部Ｂに挿入し、シャンク２Ｂの下端面を突合せ接合部Ｂ
の表面に当接させる。その際、突合せ接合部Ｂにはプロ
ーブ２Ｃの挿入孔を予め穿設しておくことが好ましい
が、挿入孔が穿設されていない場合であっても、プロー
ブ２Ｃは、高速回転による突合せ接合部Ｂとの摩擦熱で
突合せ接合部Ｂを軟化させることができ、軟化した突合
せ接合部Ｂに容易に挿入することができる。
スピンドルモータ３Ｂによって２０００〜５０００ｒｐ
ｍの高速度で回転させる。この状態で図３に示すよう
に、図示しない加工用ロボットの制御によってそのアー
ムＡを板状ワークＷに向けて下降させ、回転工具２の下
端に突出するプローブ２Ｃを板状ワークＷの突合せ接合
部Ｂに挿入し、シャンク２Ｂの下端面を突合せ接合部Ｂ
の表面に当接させる。その際、突合せ接合部Ｂにはプロ
ーブ２Ｃの挿入孔を予め穿設しておくことが好ましい
が、挿入孔が穿設されていない場合であっても、プロー
ブ２Ｃは、高速回転による突合せ接合部Ｂとの摩擦熱で
突合せ接合部Ｂを軟化させることができ、軟化した突合
せ接合部Ｂに容易に挿入することができる。
【００２７】回転工具２のプローブ２Ｃが板状ワークＷ
の突合せ接合部Ｂに挿入され、その表面にシャンク２Ｂ
の下端面が当接すると、その反力が圧力センサ６に作用
し、圧力センサ６が突合せ接合部Ｂの表面に対するシャ
ンク２Ｂの押圧力を検出する。そこで、制御手段７にお
いては、フィードバック制御部７Ｂが目標圧力設定部７
Ａから入力する目標圧力ＰＴと、圧力センサ６から入力
する実圧力Ｐとに基づき、実圧力Ｐを例えば５００ｋｇ
ｆに設定された目標圧力ＰＴに収束させるためのＰＩＤ
動作信号ＰＣをモータ制御信号出力部７Ｃに出力する。
そして、モータ制御信号出力部７Ｃが所定のＰＷＭ制御
信号ＩＰをモータ駆動回路７Ｄに出力し、このモータ駆
動回路７Ｄがサーボモータ４Ａを所定の極性およびデュ
ーティ比の駆動電流によって回転駆動する。
の突合せ接合部Ｂに挿入され、その表面にシャンク２Ｂ
の下端面が当接すると、その反力が圧力センサ６に作用
し、圧力センサ６が突合せ接合部Ｂの表面に対するシャ
ンク２Ｂの押圧力を検出する。そこで、制御手段７にお
いては、フィードバック制御部７Ｂが目標圧力設定部７
Ａから入力する目標圧力ＰＴと、圧力センサ６から入力
する実圧力Ｐとに基づき、実圧力Ｐを例えば５００ｋｇ
ｆに設定された目標圧力ＰＴに収束させるためのＰＩＤ
動作信号ＰＣをモータ制御信号出力部７Ｃに出力する。
そして、モータ制御信号出力部７Ｃが所定のＰＷＭ制御
信号ＩＰをモータ駆動回路７Ｄに出力し、このモータ駆
動回路７Ｄがサーボモータ４Ａを所定の極性およびデュ
ーティ比の駆動電流によって回転駆動する。
【００２８】この制御手段７の制御により、摩擦撹拌接
合装置１においては、サーボモータ４Ａがベルト伝動機
構４Ｃを介してボールネジシャフト４Ｂを正転方向また
は逆転方向に回転駆動し、ボールネジシャフト４Ｂがボ
ールネジナット４Ｄと共に直動ベアリング４Ｆを直動ベ
アリングレール４Ｅに沿って上昇または下降させ、直動
ベアリング４Ｆがマウントプレート８を介してスピンド
ルモータ３Ｂおよびツールチャック３Ａと共に回転工具
２を上昇または下降させる。こうして、前記圧力センサ
６により検出される実圧力Ｐが目標圧力ＰＴより高い場
合には、回転工具２が上昇方向に駆動され、反対に実圧
力Ｐが目標圧力ＰＴより低い場合には、回転工具２が下
降方向に駆動されるのであり、実圧力Ｐが目標圧力ＰＴ
に収束するように制御される。
合装置１においては、サーボモータ４Ａがベルト伝動機
構４Ｃを介してボールネジシャフト４Ｂを正転方向また
は逆転方向に回転駆動し、ボールネジシャフト４Ｂがボ
ールネジナット４Ｄと共に直動ベアリング４Ｆを直動ベ
アリングレール４Ｅに沿って上昇または下降させ、直動
ベアリング４Ｆがマウントプレート８を介してスピンド
ルモータ３Ｂおよびツールチャック３Ａと共に回転工具
２を上昇または下降させる。こうして、前記圧力センサ
６により検出される実圧力Ｐが目標圧力ＰＴより高い場
合には、回転工具２が上昇方向に駆動され、反対に実圧
力Ｐが目標圧力ＰＴより低い場合には、回転工具２が下
降方向に駆動されるのであり、実圧力Ｐが目標圧力ＰＴ
に収束するように制御される。
【００２９】そこで、図３の矢印に示すように、図示し
ない加工用ロボットの制御によってそのアームＡを板状
ワークＷの突合せ接合部Ｂのラインに沿って移動させ
る。これにより、摩擦撹拌接合装置１は、回転工具２の
プローブ２Ｃが突合せ接合部Ｂに１００ｋｇｆ程度の進
行抵抗で摩擦回転接触し、その摩擦熱で突合せ接合部Ｂ
を軟化させつつプローブ２Ｃの移動方向の後方に塑性流
動させ、その冷却固化により突合せ接合部Ｂを接合す
る。
ない加工用ロボットの制御によってそのアームＡを板状
ワークＷの突合せ接合部Ｂのラインに沿って移動させ
る。これにより、摩擦撹拌接合装置１は、回転工具２の
プローブ２Ｃが突合せ接合部Ｂに１００ｋｇｆ程度の進
行抵抗で摩擦回転接触し、その摩擦熱で突合せ接合部Ｂ
を軟化させつつプローブ２Ｃの移動方向の後方に塑性流
動させ、その冷却固化により突合せ接合部Ｂを接合す
る。
【００３０】その際、一実施形態の摩擦撹拌接合装置１
においては、板状ワークＷの突合せ接合部Ｂの表面に対
する回転工具２のシャンク２Ｂの押圧力を圧力センサ６
が検出し、この圧力センサ６の検出信号に基づいて制御
手段７が前記押圧力を例えば５００ｋｇｆ前後の所定範
囲内とするようにサーボモータ４Ａの駆動を制御する。
従って、回転工具２のシャンク２Ｂは、板状ワークＷの
突合せ接合部Ｂに起伏や板厚の変化があっても、その突
合せ接合部Ｂの表面に追従し、突合せ接合部Ｂに対する
プローブ２Ｃの挿入量を一定に維持する。従って、一実
施形態の摩擦撹拌接合装置１によれば、板状ワークＷの
突合せ接合部Ｂを安定して確実に接合することができ
る。
においては、板状ワークＷの突合せ接合部Ｂの表面に対
する回転工具２のシャンク２Ｂの押圧力を圧力センサ６
が検出し、この圧力センサ６の検出信号に基づいて制御
手段７が前記押圧力を例えば５００ｋｇｆ前後の所定範
囲内とするようにサーボモータ４Ａの駆動を制御する。
従って、回転工具２のシャンク２Ｂは、板状ワークＷの
突合せ接合部Ｂに起伏や板厚の変化があっても、その突
合せ接合部Ｂの表面に追従し、突合せ接合部Ｂに対する
プローブ２Ｃの挿入量を一定に維持する。従って、一実
施形態の摩擦撹拌接合装置１によれば、板状ワークＷの
突合せ接合部Ｂを安定して確実に接合することができ
る。
【００３１】また、一実施形態の摩擦撹拌接合装置１に
おいては、板状ワークＷの突合せ接合部Ｂに対する回転
工具２のプローブ２Ｃの挿入量が一定に維持されるた
め、図示しない加工用ロボットのアームＡは、その位置
復元精度が不安定であっても、突合せ接合部Ｂのライン
に沿って平面内を直線状に移動させるだけでよく、アー
ムＡの駆動制御を簡便に行うことができる。
おいては、板状ワークＷの突合せ接合部Ｂに対する回転
工具２のプローブ２Ｃの挿入量が一定に維持されるた
め、図示しない加工用ロボットのアームＡは、その位置
復元精度が不安定であっても、突合せ接合部Ｂのライン
に沿って平面内を直線状に移動させるだけでよく、アー
ムＡの駆動制御を簡便に行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明に係る摩擦撹拌接合装置では、板
状部材の突合せ接合部の表面に対する回転工具のシャン
クの押圧力を圧力センサが検出し、この圧力センサの検
出信号に基づいて制御手段が前記押圧力を所定範囲内と
するように加圧駆動手段の駆動を制御する。このため、
回転工具のシャンクは、板状部材の突合せ接合部に起伏
や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の表面に追
従し、突合せ接合部に対するプローブの挿入量を一定に
維持する。従って、本発明の摩擦撹拌接合装置によれ
ば、板状部材の突合せ接合部を安定して確実に接合する
ことができる。
状部材の突合せ接合部の表面に対する回転工具のシャン
クの押圧力を圧力センサが検出し、この圧力センサの検
出信号に基づいて制御手段が前記押圧力を所定範囲内と
するように加圧駆動手段の駆動を制御する。このため、
回転工具のシャンクは、板状部材の突合せ接合部に起伏
や板厚の変化があっても、その突合せ接合部の表面に追
従し、突合せ接合部に対するプローブの挿入量を一定に
維持する。従って、本発明の摩擦撹拌接合装置によれ
ば、板状部材の突合せ接合部を安定して確実に接合する
ことができる。
【００３３】本発明の摩擦撹拌接合装置において、前記
マウントブラケットが加工用ロボットのアームに装着可
能に構成されている場合、このマウントブラケットを加
工用ロボットのアームに装着し、このアームの駆動によ
り回転工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に沿っ
て移動させることで、その突合せ接合部を接合すること
ができる。その際、前記板状部材の突合わせ接合部に対
する回転工具のプローブの挿入量が一定に維持されるた
め、加工用ロボットは、アームの位置復元精度が不安定
であっても、アームを前記突合せ接合部のラインに沿っ
て直線状に駆動すればよく、板状部材の突合せ接合部を
効率的に、しかも安定して確実に接合することができ
る。
マウントブラケットが加工用ロボットのアームに装着可
能に構成されている場合、このマウントブラケットを加
工用ロボットのアームに装着し、このアームの駆動によ
り回転工具のプローブを板状部材の突合せ接合部に沿っ
て移動させることで、その突合せ接合部を接合すること
ができる。その際、前記板状部材の突合わせ接合部に対
する回転工具のプローブの挿入量が一定に維持されるた
め、加工用ロボットは、アームの位置復元精度が不安定
であっても、アームを前記突合せ接合部のラインに沿っ
て直線状に駆動すればよく、板状部材の突合せ接合部を
効率的に、しかも安定して確実に接合することができ
る。
【図１】本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の
概略構造を示す側面図である。
概略構造を示す側面図である。
【図２】一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置を構成する
制御装置の機能ブロック図である。
制御装置の機能ブロック図である。
【図３】一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の使用例に
おける作用説明図である。
おける作用説明図である。
１ ：摩擦撹拌接合装置 ２ ：回転工具 ２Ａ：把持部 ２Ｂ：シャンク ２Ｃ：プローブ ３ ：回転駆動手段 ３Ａ：ツールチャック ３Ｂ：スピンドルモータ ４ ：加圧駆動手段 ４Ａ：サーボモータ ４Ｂ：ボールネジシャフト ４Ｃ：ベルト伝動機構 ４Ｄ：ボールネジナット ４Ｅ：直動ベアリングレール ４Ｆ：直動ベアリング ５ ：マウントブラケット ６ ：圧力センサ ７ ：制御手段 ７Ａ：目標圧力設定部 ７Ｂ：フィードバック制御部 ７Ｃ：モータ制御信号出力部 ７Ｄ：モータ駆動回路 ８ ：マウントプレート ９ ：入力装置
Claims (3)
- 【請求項１】 板状部材の突合せ接合部の表面に当接す
るシャンクおよび前記突合せ接合部内に挿入されて摩擦
回転接触するプローブを有する摩擦撹拌接合用の回転工
具と、この回転工具を装着して回転駆動する回転駆動手
段と、この回転駆動手段を装着して前記回転工具のシャ
ンクを前記突合せ接合部の表面に押圧する加圧駆動手段
と、この加圧駆動手段を支持するマウントブラケットと
を備えた摩擦撹拌接合装置であって、前記突合せ接合部
の表面に対する前記回転工具のシャンクの押圧力を検出
する圧力センサと、この圧力センサの検出信号に基づい
て前記押圧力が所定範囲内となるように前記加圧駆動手
段の駆動を制御する制御手段とを備えていることを特徴
とする摩擦撹拌接合装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載された摩擦撹拌接合装置
であって、前記マウントブラケットが加工用ロボットの
アームに装着可能に構成されていることを特徴とする摩
擦撹拌接合装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された摩
擦撹拌接合装置であって、前記加圧駆動手段に前記回転
駆動手段を固定して回転工具のシャンクに前記押圧力を
付与するマウントプレートを備え、このマウントプレー
トと回転駆動手段との間に前記圧力センサが挟持されて
いることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264935A JP2002066763A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 摩擦撹拌接合装置 |
| US09/909,798 US6499649B2 (en) | 2000-09-01 | 2001-07-23 | Friction stir welding apparatus |
| GB0119458A GB2368307B (en) | 2000-09-01 | 2001-08-09 | Friction stir welding apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264935A JP2002066763A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 摩擦撹拌接合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002066763A true JP2002066763A (ja) | 2002-03-05 |
Family
ID=18752273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000264935A Pending JP2002066763A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 摩擦撹拌接合装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6499649B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002066763A (ja) |
| GB (1) | GB2368307B (ja) |
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