JP2003117668A

JP2003117668A - 摩擦攪拌接合装置

Info

Publication number: JP2003117668A
Application number: JP2002296558A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kashiki; 一樫木; Yasue Nagao; 保栄長尾; Masayuki Inuzuka; 雅之犬塚; Takehiro Heiko; 猛宏兵江
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP4772260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な制御で、実用的に問題のない摩擦攪拌
スポット接合を行うことができる摩擦攪拌接合装置を提
供する。【解決手段】スポット接合ガン２０は、回転用モータ
２５で回転子２２を回転駆動し、直進用モータ２４で回
転子を直進駆動する。回転用モータ２５は、回転制御部
１２によって制御され、直進用モータ２４は、直進制御
部１１によって制御される。回転子２２を回転させなが
ら、回転子先端をワークに押圧することで、スポット接
合が行われる。このとき、回転制御部１２によって回転
子２２の回転の初期部では高速回転とし、中間部では低
速とし、終了部では高速となるように、３段階に回転速
度を変化させる。回転子２２の直進移動時、回転子２２
の直進の速度を、時間経過に伴って上昇する傾斜部分を
有する三角波形状の速度指令値で制御し、回転子２２が
被接合物に急激に衝突して被接合物が振動することを防
ぎ、摩擦攪拌接合を正確に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転による摩擦熱
で被接合物を軟化、攪拌して接合する摩擦攪拌接合装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のアルミボディの接合法には、ア
ルミ用スポット溶接、リベット接合などがあるが、ロボ
ット機上の配管、ユーティリティが複雑であり、また大
騒音、火花の発生など作業環境が悪いといった問題を有
する。このような問題に鑑み、摩擦攪拌接合を用いたス
ポット接合装置が提案されている。

【０００３】摩擦攪拌接合では、先端にピンを有する回
転子を高速で回転させながら被接合物であるワークに押
圧し、摩擦攪拌してスポット接合を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】摩擦攪拌接合を用いた
スポット接合装置は、抵抗溶接である既存のスポット溶
接ガンに適用することができるが、スポット溶接では、
電極を回転させることはなかったので、スポット溶接の
制御方法を、単に摩擦攪拌接合を用いたスポット接合装
置に適用することはできない。

【０００５】また、従来のスポット溶接ガンは、加圧力
はサーボ制御を行っている。つまり、接合作業中にリア
ルタイムで加圧力を検出し、力に対応したモータ電流と
なるようにフィードバック制御している。このような制
御は、現行のスポット溶接の制御としては、接合品質上
とくに問題はない。

【０００６】一方、摩擦攪拌接合では、摩擦攪拌という
摩擦熱にかかわる現象ゆえの特異な挙動特性もあり、そ
の定義解明は関係者により緒についたばかりであり、摩
擦攪拌接合の制御方法についてはまだ提案されていな
い。

【０００７】そこで、摩擦攪拌接合の制御に、既存のス
ポット溶接のサーボ制御を適用する方法が考えられる。
つまり、接合作業中に、回転速度をリアルタイムで監視
し、つねに最適な回転速度となるようにフィードバック
制御する。さらに加圧力もリアルタイムで監視し、つね
に最適な加圧力となるようにフィードバック制御すると
いった方法が考えられる。しかしながら、このように回
転速度と加圧力制御をサーボ制御することは、非常に複
雑であり、実現が困難である。

【０００８】本発明の目的は、簡単な制御で、実用的に
問題のない摩擦攪拌スポット接合を行うことができる摩
擦攪拌接合装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、高速回転する
回転子を回転軸線方向に直進移動させ、先端部を被接合
物に押圧し、回転により前記先端部と前記被接合物との
接触部との摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物をスポ
ット接合する摩擦攪拌接合装置において、摩擦攪拌の接
合作業中、時間経過に伴って、回転子の回転速度を変化
して制御する回転制御手段と、回転子を直進移動させ
て、摩擦攪拌の接合作業中、加圧力を制御する直進制御
手段とを備えることを特徴とする摩擦攪拌接合装置であ
る。

【００１０】本発明に従えば、回転制御手段を有するの
で、回転子の回転速度を可変に制御することができる。
これによって、最適な回転速度でスポット接合を行うこ
とができる。また、直進制御手段によって、加圧力のき
め細かな制御を行うことができ、スポット接合に最適な
加圧力で接合することができる。

【００１１】また本発明は、回転制御手段は、摩擦攪拌
の接合作業中、時間経過に伴って、回転速度を、低下す
るように変化することを特徴とする。

【００１２】また本発明は、回転制御手段は、摩擦攪拌
の接合作業中、時間経過に伴って、回転速度を、増加す
るように変化することを特徴とする。

【００１３】また本発明は、回転制御手段は、摩擦攪拌
の接合作業中、時間経過に伴って、回転速度を、高速、
低速、高速の順で変化することを特徴とする。

【００１４】また本発明は、回転制御手段は、回転速度
を、段階的に、または連続的に、変化することを特徴と
する。

【００１５】本発明に従えば、摩擦攪拌の接合作業中、
回転制御手段によって回転子２２の回転速度を時間経過
に伴って低下または増加するように変化し、あるいはま
た高速、低速、高速の順で変化し、このような速度変化
を、段階的に、または連続的に行うようにし、これによ
って被接合物であるワークの摩擦攪拌の接合を最適な条
件で行うことができ、接合強度の向上を図ることができ
る。

【００１６】また本発明は、直進制御手段は、摩擦攪拌
接合作業の初期に、時間経過に伴って回転子２２の速度
を上昇する傾斜部分を有する形状の速度指令値を導出す
ることを特徴とする。

【００１７】また本発明は、速度指令値の前記形状は、
三角波形状であることを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、直進制御手段から直進駆
動源である直進用モータ２４に与えられる速度指令値が
たとえば三角波形状であるので、回転子２２の先端が被
接合物であるワークに急激に衝突してワークが振動する
ことを防止し、正確な摩擦攪拌の接合を達成することが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の摩擦攪拌接合装
置の実施の一形態であるスポット接合ガン２０の構造を
示す図である。スポット接合ガン２０は、たとえば６軸
垂直多関節型ロボットの手首に装備され、自動車のアル
ミボディなど、アルミニウム合金製のワークを摩擦攪拌
方式でスポット接合する場合に用いられる。

【００２０】スポット接合ガン２０は、回転子２２、ロ
ボットの手首に取り付けられ、回転子２２を支持する支
持部材として機能するガンアーム２１、回転子２２を回
転駆動させる回転用モータ２５、直進移動させる直進用
モータ２４、回転用モータ２５の回転力を回転子２２に
伝達する回転伝達手段３０、ボールねじ５０を有し、直
進用モータ２４の直進力を回転子２２に伝達する直進伝
達手段４５および制御装置１０を備える。

【００２１】ロボットの各関節軸は、第１軸〜第６軸の
６個のサーボモータで駆動され、第７軸が、スポット接
合ガン２０の直進用モータ２４であり、第８軸が回転用
モータ２５となる（第８軸を旋回軸と称する場合もあ
る）。これらのサーボモータが制御装置１０によって制
御される。つまり、直進用モータ２４は、制御装置１０
の直進制御部１１によって制御され、回転用モータ２５
は、制御装置１０の回転制御部１２によって制御され、
ロボットの第１軸〜第６軸の各モータは、図示しない
が、制御装置１０のそれぞれ対応する制御部によって制
御される。

【００２２】回転子２２は、円錐台状であり、先端部を
下方にし、中心軸線を回転軸線Ｌとして回転可能にガン
アーム２１に取り付けられる。また、回転子２２の先端
部には円柱状のショルダー部５１が形成され、このショ
ルダー部５１の下端面には、回転軸線Ｌを軸心とする円
柱状のピン５２が下方に突出する。また、回転子２２
は、回転軸線Ｌに沿って昇降することができる。

【００２３】ガンアーム２１は、上部にサーボモータに
よって実現される回転用モータ２５および直進用モータ
２４が固定され、下部が、Ｌ字状に屈曲し、先端部に受
け部２３が固定される。受け部２３は、円柱状であり、
回転軸線Ｌを軸心とし、上端面が回転子２２先端に臨ん
で配置される。

【００２４】回転子２２は、ヘッド４０に着脱可能に保
持され、このヘッド４０は、軸受け７０を介してヘッド
支持部４１に回転軸線Ｌまわりに回転自在に支持され
る。回転子２２、したがってヘッド４０には、回転軸線
Ｌに沿って上方に延びる回転軸２６が固定される。ま
た、前記ヘッド支持部４１には、回転軸線Ｌに沿って上
方に延び、前記回転軸２６が挿通する外筒が固定され
る。この外筒は、ボールねじ５０のおねじを有するねじ
軸２７として機能する。したがって、回転用モータ２５
で回転軸２６を回転駆動させながら、直進用モータ２４
でねじ軸２７を昇降させることによって、回転子２２を
回転させながら直進移動させることができる。

【００２５】つぎに、回転用モータ２５の回転を回転軸
２６に伝達する回転伝達手段３０の構成について説明す
る。回転伝達手段３０は、回転子２２が連結される回転
軸２６の回転軸線Ｌ方向への移動を許容し、かつ回転用
モータ２５の回転を回転子２２に伝達する機構を有し、
回転用モータ２５の出力軸に固定されるベルト車３１
と、回転軸２６に連結されるベルト車３２と、ベルト車
３１，３３に巻き掛けられる環状のタイミングベルト３
３とを有する。ベルト車３２と回転軸２６とは、たとえ
ばスプライン結合され、ベルト車３２と回転軸２６と
は、回転軸線Ｌまわりの回転が拘束され、かつ回転軸線
Ｌ方向の移動が許容される。したがって、回転用モータ
２５を回転させることによって、回転子２２を、回転軸
線Ｌ方向に移動可能に回転駆動させることができる。

【００２６】つぎに、直進伝達手段４５の構成について
説明する。直進伝達手段４５は、ねじ軸２７とナット部
材２８とから成るボールねじ５０、直進用モータ２４の
出力軸に固定されるベルト車４６、ナット部材２８に固
定されるベルト車４８、およびベルト車４６，４８に巻
き掛けられる環状のタイミングベルト４７を有する。ボ
ールねじ５０のねじ軸２７は、前述したように中空であ
り、内部に回転軸２６が遊通する。このねじ軸２７は、
リテーナ５５によってガンアーム２１に支持される。リ
テーナ５５は、複数のボールを有し、ねじ軸２７を回転
軸線Ｌ方向に変位自在に、かつ回転軸線Ｌまわりの回転
を拘束してねじ軸２７を保持する。このリテーナ５５の
下にナット部材２８が設けられる。ねじ軸２７の外周部
にはねじ溝が形成され、このねじ溝にナット部材２８が
螺合する。

【００２７】ナット部材２８は、軸受けを介してガンア
ーム２１に、回転軸線Ｌ方向にガンアーム２１と相対的
な移動が阻止された状態で、回転軸線Ｌまわりに回転自
在に支持される。このナット部材２８の下部に、ベルト
車４８が固定され、ベルト車４８とナット部材２８とは
一体となって回転する。したがって、直進用モータ２４
を回転させると、タイミングベルト４８を介してナット
部材２８が回転する。ナット部材２８が回転すると、ね
じ軸２７が回転軸線Ｌ方向に昇降する。ねじ軸２７の下
端部にはヘッド支持部４１が固定されており、このヘッ
ド支持部４１に、回転子２２を保持するヘッド４０が回
転自在に連結されている。

【００２８】このような回転伝達手段３０および直進伝
達手段４５を用いることで、回転用モータ２５によって
回転子２２を回転軸線Ｌまわりに高速で回転させなが
ら、回転子２２を、回転軸線Ｌに沿って直進用モータに
よって昇降させ、スポット接合ガン２０の開閉動作を行
うことができる。

【００２９】つぎに、図２および図３のフローチャート
および図４のタイミングチャートを参照して、制御装置
１０によるスポット接合時の制御方法について説明す
る。図４（１）は、加圧力を示し、（２）は、直進用モ
ータ（第７軸）２４への速度指令値であり、（３）は、
直進用モータ２４への移動変位指令値である。なお、速
度指令値（２）の微分値が、移動変位指令値（３）とな
り、逆に、移動変位指令値（３）の積分値が速度指令値
（２）となる。（４）は、回転用モータ（第８軸）２５
への回転速度指令値である。

【００３０】スポット接合作業は、たとえば厚さ２ｍｍ
程度の２枚のワークをスポット接合するものとする。ワ
ークはここではアルミニウム合金とし、ほぼ水平に２枚
が重畳配置されているものとし、接合個所は、１ワーク
あたり複数あるものとする。

【００３１】スポット接合制御が開始されると、まずス
テップＳ１で、スポット接合ガン２０を位置Ｐ１に位置
決めする。位置Ｐ１とは、ワークの接合個所を接合打点
Ｐ２とした場合、接合打点Ｐ２から所定距離上方に離反
した位置（たとえば５０ｍｍ上方）に、回転子２２のピ
ン５２先端が配置され、接合打点Ｐ２の下で、ワークか
ら所定距離下方に離反した位置に、スポット接合ガン２
０の受け部２３が配置される位置である。

【００３２】つぎに、ステップＳ２において、接合ガン
２０の閉じ動作を開始する。つまり、時刻ｔ１におい
て、図４（２）（３）に示すように、直進用モータ２４
に速度指令値および移動変位指令値を出力する。直進用
モータ２４への速度指令値が、三角波形状であるのは、
回転子先端がワークに急激に衝突してワークが振動する
ことを防止するためである。

【００３３】また、スポット接合ガン２０は、回転子２
２のみが直進移動して閉じ、受け部２３は固定されてい
るため、ワークを上下方向に挟むためには、回転子２２
を下降させるとともに、ロボットでガン２０を上昇させ
る必要がある。そのために、ステップＳ２の閉じ動作で
は、直進用モータ２４で回転子２２を下降させるととも
に、ロボット６軸を用いて、ガン２０が、回転子２２の
回転軸線Ｌ方向に沿って上昇するように移動させる。こ
のようにして、回転子先端がワークの上に当接する時点
と、受け部２３がワークの下に当接する時点とが一致す
るように、ロボット６軸を制御する。

【００３４】つぎにステップＳ３で、回転子２２の回転
を開始する（時刻ｔ２）。つぎのステップＳ４で接合打
点Ｐ２に到達（時刻ｔ３）、つまり回転子２２のピン５
２先端がワークに当接すると、ステップＳ５で加圧が開
始される。その後、ステップＳ６で、回転制御部１２
で、回転用モータ２５が所定の回転速度範囲内にあるか
否かを判断する。

【００３５】本実施形態では、この判断は、接合作業の
加圧中に一回行うものとし、加圧中にいずれかのタイミ
ングで回転制御部１２で回転速度の瞬時値を検出する。
本実施形態では、図４（１）に示すように、一回の加圧
時間をｔ_Lとすると、その中央の時点、つまり加圧開始
時刻ｔ３からｔ_L／２経過したときに、回転速度の瞬時
値を検出する。回転速度は、たとえば回転速度が３００
０ｒｐｍに指定されており、所定の回転速度範囲とは、
たとえば指定された回転速度の±１０％内、好ましくは
±５％内とする。または、％でなく、±Ｘｒｐｍ以内
と、回転速度で範囲を設定してもよい。

【００３６】そして、回転速度が所定範囲内にない場合
は、回転速度異常として、ステップＳ７で回転用モータ
（第８軸）異常と判断し、ロボット異常信号を出力し、
ステップＳ８で、第１軸〜第８軸の全てのモータを停止
させてロボットを停止させる。

【００３７】ステップＳ６で所定の回転速度範囲内にあ
ると判断した場合には、ステップＳ９に進み、直進制御
部１１で加圧力の瞬時値を検出し、所定の加圧力範囲内
にあるか否かを判断する。たとえば加圧力が２．９４ｋ
Ｎ（３００ｋｇ）に指定されている場合、所定の加圧力
範囲は、±５％内、好ましくは±１％内とする。また
は、％でなく、ＹｋＮ以内と、加圧力で範囲を設定して
もよい。加圧力の瞬時値の検出は、直進用モータ（第７
軸）２４の電流値を直進制御部１１で検出し、実勢モー
タ負荷電流を瞬時に登録データと照合することで行う。
このようにして、所定の加圧力範囲にないと判断した場
合には、加圧軸（第７軸）加圧力異常として、ステップ
Ｓ１０でロボット異常信号を出力し、ステップＳ８で第
１軸〜第８軸の全てのモータを停止させる。

【００３８】ステップＳ９で、所定の加圧力範囲内にあ
ると判断した場合には、ステップＳ１１に進む。ステッ
プＳ１１では、回転制御部１２で、図４（４）に示すよ
うに、回転速度を変化させる。摩擦攪拌接合では、接合
開始時から接合終了時まで一定の回転速度で攪拌するよ
りも、接合初期には高速回転し、終了時には低速で回転
させるほうが、接合品質を良好とすることができる。本
実施形態では、図４（４）に示すように、回転速度を３
段階に切り替え、加圧開始時刻ｔ３から時刻ｔ４までの
初期部では、高速回転とし、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで
の中間部には中速とし、時刻ｔ５からの終了部では低速
に切り替える。これらは基準回転速度、ここでは３００
０ｒｐｍに対し、別途パラメータで設定する。

【００３９】回転子２２のピン５２の先端が、ワークに
押圧された状態で高速で回転すると、ピン５２とワーク
とで摩擦熱が発生し、接合打点が軟化してピン５２がワ
ークに挿入される。ピン５２が挿入されると、回転子２
２のショルダー部５１もワーク表面に押し付けられ、こ
こでも摩擦熱が発生し、ワークが軟化、攪拌される。こ
のようにして、初期部において、高速で攪拌したのち、
中間部で回転速度を落とし、中速でさらに攪拌し、終了
部では、さらに速度を落として低速で攪拌する。

【００４０】このようにして、一定の押圧力を加えた状
態で、回転速度を低速まで切り替えた後、ステップＳ１
２に進む。ステップＳ１２では、たとえば加圧開始時か
ら所定時間を内部タイマによって計時し、所定時間、た
とえば０．５〜１秒計時すると加工完了として、次のス
テップＳ１３で開動作を開始する。このときの時刻が時
刻ｔ６である。

【００４１】開動作は、図４（２）（３）に示すよう
に、回転子２２が上昇するように、直進制御部１１から
直進用モータ２４に対して、速度指令値および移動変位
指令値を出力する。またこのとき、回転子先端と受け部
２３とが同時にワークから離反するように、ロボット６
軸に対しても指令する。

【００４２】つぎのステップＳ１４では、溶着が発生し
たか否かを判断する。溶着発生判断は、本実施形態で
は、直進制御部１１および回転制御部１２で行い、たと
えば直進制御部１１で検出した直進用モータ（第７軸）
２４の電流値が、規定値（たとえば定格トルクのＸ％相
当）より大きい場合、または、回転制御部１２で検出し
た回転用モータ（第８軸）２５のモータ電流値が、規定
値（たとえば定格トルクのＸ％相当）より大きい場合
に、ロボット異常と判断してステップＳ１５に進み、た
とえば「溶着を検知しました」または「衝突または異常
外乱を検知しました」といった表示とともに警報を発し
て第１軸〜第８軸を全て停止させてロボット停止する。
なお、この溶着検知は、直進用モータ２４の電流値のみ
の判断であってもよく、回転用モータ２５の電流値のみ
の判断であってもよく、両モータ２４，２５の電流値か
ら総合して判断してもよい。

【００４３】そして、ワークと回転子との離し作業を行
う。離し作業は、たとえば回転子を回転させながら引き
上げる。回転子の回転方向は、攪拌接合時の回転方向と
同じであっても逆転させてもよい。

【００４４】回転子先端のピン５２にはねじが切られて
いる場合がある。たとえば右ねじが切られている場合、
接合時に攪拌効率を向上させるために、左回りに回転さ
せて回転させる。つまり、ねじの回転によって、周囲の
母材が下に移動するように回転させる。したがって、こ
のような場合には、離し作業のときには、回転子の回転
方向を逆転させず、接合時と同じ方向とする。これによ
って、周囲の母材が下に移動して回転子を引き離す方向
に力が作用する。ピン５２にねじが切られていない場合
には、接合時と逆転させて引き離すほうが好ましい。

【００４５】ステップＳ１４で溶着が発生していないと
判断されると、つぎのステップＳ１６で開動作を継続
し、回転子２２のピン５２先端が、ワークから所定のク
リアランス距離分、離反するまで開動作を継続する。

【００４６】そして、次のステップＳ１７で、ワークの
全ての接合個所の接合が終了したか否かを判断し、終了
していなければ、ステップＳ１８に進んで１打点分、作
業完了とし、次の接合打点を設定してステップＳ１に戻
り、つぎの打点の接合作業を開始する。

【００４７】ステップＳ１７でワークの全ての接合打点
の作業が完了していると判断した場合には、ステップＳ
１９で、回転制御部１２から回転用モータ２５へ速度指
令値０を出力して回転を停止させる。つぎのステップＳ
２０で、回転用モータ２４の回転速度が０か否かを回転
制御部１２で判断し、０の場合はステップＳ２１に進
み、１ワークの作業が完了する。ステップＳ２１におい
て、回転停止指令を出力してから規定時間、たとえば２
秒経過しても回転速度が０に達しない場合には、ステッ
プＳ７に進み、回転用モータ（第８軸）２５異常とし
て、ロボットを停止（ステップＳ８）させる。

【００４８】上述した実施形態では、１ワーク内の接合
作業では、回転子の回転を停止させずに行ったが、これ
に限らず、各接合打点ごとに回転を停止させてもよく、
また、ワーク終了ごとに回転を停止させないように制御
してもよい。

【００４９】また、本実施形態では、加圧時に回転速度
を３段階に変化させたが、２段階でもよく、４段階もし
くはそれ以上でもよく、また無段階に連続的に回転速度
が変化するように制御してもよい。さらに、本実施形態
では初期に高速とし、時間経過にともなって回転速度を
低下させるように制御したが、これに限らず、ワークに
よっては、初期を低速とし、時間経過にともなって回転
速度を増加させるように制御してもよく、初期部に高速
とし、中間部で低速とし、終了部で再び高速とするよう
に制御してもよい。

【００５０】また、本実施形態では、回転速度の検出
は、一回の接合作業の加圧時間ｔ_Lをとすると、その中
央の時点ｔ_L／２で検出した。つまり、３段階の速度の
うちで、中間部の速度が所定の速度範囲内となっている
かのみを監視したが、これに限らず、回転速度が複数段
階に設定されている場合、各段階で回転速度を監視する
ように制御してもよい。つまり、各段階に所定の回転速
度範囲を設定しておき、各段階の中央で、所定の回転速
度範囲にあるか否かを監視し、所定の回転速度範囲にな
いと判断した時点で、回転速度異常としてロボットを停
止させてもよい。

【００５１】また上述した実施形態では、回転速度およ
び加圧力の少なくともいずれか一方でも所定の範囲内か
ら外れている場合に、接合作業を停止するように制御し
ているが、本発明はこれに限らず、いずれか一方が所定
の範囲であれば、接合作業を継続し、両方が所定の範囲
から外れたときのみ、接合作業を停止するように制御し
てもよい。

【００５２】本発明の他の実施形態として、接合時に回
転速度だけでなく、加圧力も変化させるように制御して
よい。たとえば、初期部の高速回転時には高圧とし、中
間部の中速回転時に中圧とし、終了部の低速回転時に低
圧とするように加圧制御を行ってもよい。これにより、
さらに接合品質を向上させることができる。またこの場
合にも、各加圧段階で、加圧力が所定の範囲内にあるか
否かを監視し、所定の加圧力範囲内にない場合に接合作
業を停止するように制御してもよい。

【００５３】また、ワークによっては、低速回転時に高
圧とし、高速回転時に低圧とするように加圧制御を行っ
ても良く、またさらに回転速度を一定として、接合時の
加圧力のみを変化させるように制御してもよい。

【００５４】また、上述した本実施形態ではワークはア
ルミニウム合金としたが、本発明はこれに限らず、他の
金属製ワーク、または合成樹脂製のワークであってもよ
い。

【００５５】本発明は、下記の実施の形態が可能であ
る。（１）前記回転制御手段および直進制御手段の少なくと
もいずれか一方を用いて、回転子先端が、被接合物に溶
着しているか否かを検出することを特徴とする摩擦攪拌
接合装置。

【００５６】たとえば回転子を回転させるのに、所定の
力以上の力を要することを回転制御手段で検出するか、
または回転子を引き上げるのに、所定の力以上の力を要
することを直進制御手段で検出した場合には、回転子先
端と被接合物とが溶着しているものと判断することがで
きる。このようにして、回転制御手段または直進制御手
段で溶着検出を確実に行うことができる。

【００５７】（２）前記回転制御手段は、回転する回転
子先端を被接合物に押圧する接合作業中に、回転子の回
転速度が、所定の回転速度範囲内にあるか否かを検出
し、所定の回転速度範囲内にないと判断したとき、接合
作業を停止することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。

【００５８】摩擦攪拌接合装置の制御は、接合作業中
に、回転速度が所定の範囲内にあるか否かの判断のみ行
い、所定範囲内にないとき、接合作業を停止する。この
ように接合中に回転速度の瞬時値を監視することによっ
て、確実に所定の回転速度で接合することができる。ま
た、所定範囲内にあるか否かの判断のみであるので、複
雑な制御を行う必要がなく、容易に実現できる。

【００５９】たとえば回転子を回転させるのに所定の力
以上の力を要することを回転制御手段で検出するか、ま
たは回転子を引き上げるのに、所定の力以上の力を要す
ることを直進制御手段で検出した場合には、回転子先端
と被接合物とが溶着しているものと判断することができ
る。このようにして、溶着検出を確実に行うことができ
る。

【００６０】（３）直進制御手段は、回転する回転子先
端を被接合物に押圧する接合作業中に、加圧力が、所定
の加圧力範囲内にあるか否かを検出し、所定の加圧力範
囲にないと判断したとき、接合作業を停止することを特
徴とする摩擦攪拌接合装置。

【００６１】摩擦攪拌接合装置の制御は、接合作業中
に、加圧力が所定の範囲内にあるか否かの判断のみ行
い、所定範囲内にないとき、接合作業を停止する。この
ように接合中に加圧力の瞬時値を監視することによっ
て、確実に所定加圧力で接合することができる。また、
所定範囲内にあるか否かの判断のみであるので、複雑な
制御を行う必要がなく、実現が容易である。

【００６２】回転速度制御は、接合作業中に検出した瞬
時値が、所定の範囲内にあるか否かで判断する。つま
り、適応制御のような複雑な制御を行わないので、制御
が簡単である。このような、検出した瞬時値が所定の範
囲にあるか否かの判断のみの制御であっても、摩擦攪拌
スポット接合においては、実用的にはまず問題のないロ
バストレベルを実現できる。

【００６３】同様に、加圧制御においても、接合作業中
の瞬時値が所定の加圧力範囲内にあるか否かを判断する
だけであるので制御が簡単である。このような簡単な制
御であっても、実用的には全く問題がない。

【００６４】（４）前記回転制御手段は、接合作業中
に、回転子の回転速度を変化させることを特徴とする摩
擦攪拌接合装置。

【００６５】回転子先端を被接合物に押圧して接合する
接合作業中に、回転速度制御手段によって、回転子の回
転速度を変化させることで、最適に接合することができ
る。

【００６６】（５）前記直進制御手段は、接合作業中
に、加圧力を変化させることを特徴とする摩擦攪拌接合
装置。接合作業中に加圧力を変化させることで、最適に
接合することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転制御
手段を有するので、回転子の回転速度を可変に制御する
ことができる。これによって、最適な回転速度でスポッ
ト接合を行うことができる。また、直進制御手段によっ
て、押圧力のきめ細かな制御を行うことができ、スポッ
ト接合に最適な押圧力で接合することができる。

【００６８】本発明によれば、摩擦攪拌の接合作業中、
回転制御手段によって回転子２２の回転速度を時間経過
に伴って低下または増加するように変化し、あるいはま
た高速、低速、高速の順で変化し、このような速度変化
を、段階的に、または連続的に行うようにし、これによ
って被接合物であるワークの摩擦攪拌の接合を最適な条
件で行うことができ、接合強度の向上を図ることができ
る。

【００６９】本発明によれば、直進制御手段から直進駆
動源である直進用モータ２４に与えられる速度指令値が
たとえば三角波形状であるので、回転子２２の先端が被
接合物であるワークに急激に衝突してワークが振動する
ことを防止し、正確な摩擦攪拌の接合を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のスポット接合ガン２０
の構造を示す図である。

【図２】本発明の接合制御のフローチャートの前半部で
ある。

【図３】接合制御のフローチャートの後半部である。

【図４】接合制御のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０制御装置１１直進制御部１２回転制御部２０スポット接合ガン２２回転子２４直進用モータ２５回転用モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者犬塚雅之兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者兵江猛宏兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内Ｆターム(参考） 4E067 BG00 CA01 CA05 DC03 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速回転する回転子を回転軸線方向に直
進移動させ、先端部を被接合物に押圧し、回転により前
記先端部と前記被接合物との接触部との摩擦熱で軟化さ
せ、攪拌して被接合物をスポット接合する摩擦攪拌接合
装置において、摩擦攪拌の接合作業中、時間経過に伴って、回転子の回
転速度を変化して制御する回転制御手段と、回転子を直進移動させて、摩擦攪拌の接合作業中、加圧
力を制御する直進制御手段とを備えることを特徴とする
摩擦攪拌接合装置。
【請求項２】回転制御手段は、摩擦攪拌の接合作業
中、時間経過に伴って、回転速度を、低下するように変
化することを特徴とする請求項１記載の摩擦攪拌接合装
置。
【請求項３】回転制御手段は、摩擦攪拌の接合作業
中、時間経過に伴って、回転速度を、増加するように変
化することを特徴とする請求項１記載の摩擦攪拌接合装
置。
【請求項４】回転制御手段は、摩擦攪拌の接合作業
中、時間経過に伴って、回転速度を、高速、低速、高速
の順で変化することを特徴とする請求項１記載の摩擦攪
拌接合装置。
【請求項５】回転制御手段は、回転速度を、段階的
に、または連続的に、変化することを特徴とする請求項
１〜４のうちの１つに記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項６】直進制御手段は、摩擦攪拌接合作業の初期に、時間経過に伴って回転子の
速度を上昇する傾斜部分を有する形状の速度指令値を導
出することを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記
載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項７】速度指令値の前記形状は、三角波形状で
あることを特徴とする請求項６記載の摩擦攪拌接合装
置。