JP3471313B2 - 摩擦攪拌接合装置 - Google Patents

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
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、ピンをワークに挿入
し、摩擦熱でワークを軟化、攪拌して接合する。従来の
摩擦攪拌接合、特にスポット接合において、回転子を引
き上げて、埋入していたピンを抜き出すと、該接合部位
には、ピンに対応した空洞が生じる。

【０００３】このように空洞部が形成されると、この空
洞部分に応力が集中し、接合強度が低下する。特に、疲
労破壊が生じやすい。また、外観も悪化し、美観上好ま
しくなく、汚れも入る。このように、用途面で様々な支
障を来たし、製品品質上問題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この空洞をなくすため
に、たとえば、特開平１１−１５６５６１号公報には、
孔埋め材を埋入する方法が開示されているが、この場
合、埋入自体が困難である上に、多点について行なうこ
とはさらに困難である。

【０００５】また、特開平１０−１９３１４０号公報に
は、ピンを可動とし、連続接合において、移動させなが
ら徐々にピンを引き抜くことによって、空洞を形成させ
ない方法が開示されているが、スポット接合において空
洞を埋める方法に関しては記載されておらず、また、ス
ポット接合に単純に適用することもできない。

【０００６】また、この方法では、ばね力を用いてショ
ルダー部を押圧しており、徐々にピンを引き抜き、連続
接合の接合終点では、押圧力が発生しないこととなり、
接合終了点での接合品質が低下するといった問題を有す
る。

【０００７】本発明の目的は、ピンによる大きな空洞を
形成させずに接合することができる摩擦攪拌接合装置お
よび方法を提供することである。

【０００８】

【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移動させ、回転子先端部を被接
合物に押圧し、回転子先端部と前記被接合物との接触部
を、回転による摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を
接合する摩擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回
転子に挿通され、回転軸線方向に変位可能に設けられる
ピンを有し、被接合物をスポット接合することを特徴と
する摩擦攪拌接合装置である。

【０００９】また本発明は、高速回転する回転子を回転
軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、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、 （ａ）前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向
に変位可能に設けられるピンを有し、 （ｂ）回転子とピンとを前記回転軸線方向に相対的に変
位する手段を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合装置で
ある。また本発明は、回転子にピンを挿通して回転軸線
方向に変位可能に設け、高速回転する回転子を回転軸線
方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回
転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転による摩
擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物をスポット接合する
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法である。本発明に従
えば、ピンが可動に設けられるので、スポット接合終了
時に、ピンを退避させることで、大きな空洞を形成させ
ずに、スポット接合することが可能である。

【００１０】また本発明は、回転子先端に、円筒状のリ
ング部が形成され、前記ピンは、リング部に変位可能に
挿入される内軸であることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、ピンを円筒状とすること
で、ピンの被接合物への接触面積を増大させ、摩擦熱を
効率良く発生させることが可能となり、接合効率が向上
する。

【００１２】また本発明は、回転子の回転方向を切り替
えることで、前記ピンの固定状態と可動状態とが切り替
わることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、回転方向を切り替えるこ
とで、ピンの固定状態と可動状態を切り替えることがで
き、制御が容易である。

【００１４】また本発明は、前記ピンを、回転子先端か
ら突出させた状態で接合し、その後、ピンを引込んで回
転子の先端を平坦な状態として再度、所定押圧力で所定
時間押圧することを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、ピンを退避させて再接合
するので、接合終了時にも押圧力を与えて接合すること
ができ、接合品質を向上することができる。再接合とい
うのは、後述のように、先ず、回転子先端からピンを突
出させた状態で接合を行った後、次に、ピンを引込んで
再度、所定押圧力で所定時間押圧し、こうしてスポット
接合または連続接合を行うことをいう。

【００１６】また本発明は、前記再度押圧する際、ピン
の固定状態に切り替えることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、再接合時にピンを退避さ
せ、固定状態に切り替えることで、大きな空洞を形成せ
ずに再接合することができる。

【００１８】また本発明は、回転子にピンを挿通して回
転軸線方向に変位可能に設け、高速回転する回転子を回
転軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩
擦攪拌接合方法であって、前記ピンを回転子先端から突
出させた状態で被接合物を連続接合し、接合終了点で、
ピンを引込んで、ピン先端を、回転子先端の平坦面まで
変位させ、ピン固定状態に切り替え、再度、所定押圧力
で所定時間押圧することを特徴とする摩擦攪拌接合方法
である。

【００１９】本発明に従えば、連続接合において、接合
終了点でピンを変位させて再接合するので、接合終了点
においても押圧して接合することができ、従来技術のよ
うに、接合終了点で接合品質が低下するといったことが
防がれる。

【００２０】

【００２１】本発明に従えば、連続接合において、接合
終了点でピンを退避させ、固定状態に切り替えること
で、接合終了点に大きな空洞を形成せずに再接合するこ
とができる。

【００２２】

【００２３】本発明に従えば、ピンを平坦面まで変位さ
せ、この平坦面で接合することで、大きな空洞を形成す
ることなく接合することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある摩擦攪拌接合装置１の構造を示す断面図である。本
実施形態の摩擦攪拌接合装置１は、たとえば６軸垂直多
関節型ロボットの手首に装着してスポット接合ガンとし
て用いられる。

【００２５】摩擦攪拌接合装置１は、ガンアーム５に、
回転子２が回転軸線Ｌまわりに回転可能に、かつ回転軸
線Ｌにそって直進移動可能に支持される。また、ガンア
ーム５には、回転駆動源であるサーボモータ６および直
進駆動源であるインダクションモータ７が固定的に取り
付けられる。なお、この直進駆動源は、サーボモータで
あってもよい。

【００２６】回転子２は、回転子本体３と回転子保持部
材４とからなる。回転子本体３は、回転子保持部材４の
下端部に回転軸線Ｌを同軸として装着されて固定され
る。回転子本体３は、先端が先細となり、先端に円柱状
のショルダー部１１が形成される。回転子２には、回転
軸線Ｌに沿ってピン１２が挿入され、前記ショルダー部
１１の中心から、円柱状のピン１２が、出没可能に設け
られる。ガンアーム５は、Ｌ字状に屈曲し、屈曲した先
端部に、回転子先端に対向配置される受け部３６が設け
られる。

【００２７】回転子保持部材４は、有底円筒状のホルダ
１５に、挿入され、回転軸線Ｌ方向に直進移動可能に保
持される。このホルダ１５の外周部から、インダクショ
ンモータ７から回転力が伝達される。さらに詳しくは、
ホルダ１５の外周にスプライン１７が形成され、このス
プライン１７が嵌りこむスプライン受け１８が、ガンア
ーム５に固定支持される軸受け１９によって回転自在に
支持される。ガンアーム５に固定支持されるインダクシ
ョンモータ７の出力軸にはベルト車２０が固定され、前
記スプライン受け１８も外周にベルト車が形成され、こ
のベルト車からベルト車２０にわたってＶベルト２１が
巻き掛けられる。このような構成により、インダクショ
ンモータ７を回転駆動させることによって、回転子２を
回転軸線Ｌまわりに回転駆動させることができる。ま
た、スプライン１７を介して回転力が伝達されることに
より、回転軸線Ｌ方向の回転子２の直進移動が許容され
る。

【００２８】回転子２の直進駆動力は、ホルダ１５の上
端部から与えられる。詳しく説明すると、ホルダ１５の
上端部には、軸受け２５を介して、回転軸線Ｌまわりに
回転可能に、かつ回転軸線Ｌ方向への変位が阻止されて
連結部材２６がホルダ１５に連結される。ガンアーム５
には、回転軸線Ｌに平行にリニアガイド２７が固定され
ており、このリニアガイド２７によって、前記連結部材
２６が回転軸線Ｌ方向に直進移動可能にガンアーム５に
支持される。また、回転子保持部材４の下部を、回転軸
線Ｌまわりに回転自在に保持する軸受け１６も、前記リ
ニアガイド２７によって、回転軸線Ｌに平行に直進移動
可能に支持される。

【００２９】連結部材２６の上部には、回転軸線Ｌを中
心とするナット３０が、連結部材２６に固定される。こ
のナット３０には、ネジ軸３１が螺合し、このネジ軸３
１はガンアーム５に固定支持される軸受け３２によっ
て、軸線Ｌまわりに回転自在にに支持される。ネジ軸３
１の上端部には有歯ベルト車３３が固定され、ガンアー
ム５に固定支持されるサーボモータ６の出力軸にも有歯
ベルト車３５が固定される。これらのベルト車３３，３
５間にわたってタイミングベルト３４が巻き掛けられ
る。したがって、サーボモータ６を回転させることで、
ネジ軸３１を軸線Ｌまわりに回転させ、これによって、
回転子２を回転軸線Ｌに沿って直進移動させることがで
きる。また、連結部材２６とホルダ１５とは軸受け２５
を介して連結されるので、回転子２を高速で回転させな
がら回転軸線Ｌ方向に直進移動させることができる。ま
た、サーボモータ６の回転方向を変えることで、移動方
向を切り替えることができる。

【００３０】回転子本体３および回転子保持部材４に
は、回転軸線Ｌに沿ってピン挿通孔４０が貫通し、この
ピン挿通孔４０にピン１２が挿通される。ピン１２の上
端部は、ホルダ１５の天壁１５ａに固定される。ピン１
２の先端は、ショルダー部１１の中央部から突出してい
る。

【００３１】回転子保持部材４は、ホルダ１５に挿入さ
れ、上端面４ａと、ホルダ１５の天壁１５ａとの間に
は、ばね４１が介在される。このばね４１によって、回
転子保持部材４は、軸線Ｌに沿って下方（ホルダ１５の
天壁１５ａから離反する側）にばね付勢される。

【００３２】また、ホルダ１５と回転子保持部材４と
は、移動可能状態および固定状態の２つの状態に切替機
構４２によって切り替えられ、移動可能状態にあるとき
には、回転子保持部材４が、ホルダ１５に対して回転軸
線Ｌ方向に移動可能にあり、固定状態にあるときには、
回転軸線Ｌ方向への移動が固定されている。

【００３３】図２は、切替機構４２を示す正面図であ
る。切替機構４２は、ホルダ１５に形成されるＬ字状の
切欠き４３と、回転子保持部材４から半径方向外方に突
出し、切欠き４３に嵌りこむ係止凸部４４とから構成さ
れ、切欠き４３は、回転軸線Ｌを中心として周方向に延
びる横切欠き部４５と、回転軸線Ｌに平行に上下方向に
延びる縦切欠き部４６とから構成され、この切欠き４３
に沿って係止凸部４４は移動することができる。係止凸
部４４が縦切欠き部４６にあるときは、回転子保持部材
４が回転軸線Ｌに沿って移動可能状態にあり、横切欠き
部４５にあるときには、回転子保持部材４の回転軸線Ｌ
方向の移動が阻止され、固定状態となる。このような切
替機構４２は、回転軸線Ｌを挟んで両側に２箇所形成さ
れる。

【００３４】つぎに、図３に示す切替機構４２および図
４に示すタイムチャートを参照して、摩擦攪拌接合装置
１の接合方法について説明する。ここでは、スポット接
合の場合について説明する。したがって、２枚のワーク
は水平に重畳配置されており、まず、ワークの接合点
が、摩擦攪拌接合装置１（スポット接合ガン）の受け部
３６上に配置されるようにロボットによって位置決めを
行なう。

【００３５】（１）初期状態では、回転子２は、ワーク
から所定距離、上方に離反した原点にあるものとする。
また切替機構４２は、図３（１）に示す位置、つまり係
止凸部４４が、横切欠き部４５の端部Ａにあるものとす
る。このとき、回転子先端のショルダー部１１からはピ
ン１２は突出せず、ショルダー部１１の下端面が平坦と
なっている。

【００３６】（２）直進駆動源であるサーボモータ６を
駆動させる。すると連結部材２６を介してホルダ１５お
よび回転子２がスライドして下降する。

【００３７】（３）回転駆動源であるインダクションモ
ータ７によってホルダ１５を正転、つまり図３（２）で
＋方向に回転させる。

【００３８】（４）ホルダ１５を＋方向に回転させる
と、係止凸部４４が切欠き４３で、Ａの位置からＢの位
置に移動する。つまり、縦切欠き部４６に移動し、回転
子保持部材４は、ホルダ１５に対して回転軸線Ｌ方向に
直進移動可能状態となる。なお、この段階で回転を開始
する場合に限らず、連続して接合する場合には、前回の
接合終了での正転を維持している。この状態で、回転子
２はさらに下降と続ける。

【００３９】（５）回転子先端、つまりショルダー部１
１の下端面がワークに当接する。ここでは、切替機構４
２は、（４）で係止凸部４４がＢ位置に移動した場合を
想定しているが、（４）でＢまで移動しなかった場合に
は、ショルダー部１１がワークに当接したとき、ワーク
とショルダー部１１との摩擦力で、回転子保持部材４
は、ホルダ１５に対して相対的に−方向に移動しようと
する。ホルダ１５と回転子保持部材４との間にも摩擦力
が生じるが、ワークとショルダー部１１との摩擦力の方
が大きくなるように設定することによって、回転子保持
部材４が−方向に回転し、係止凸部４４がＢ位置に係止
され、切替機構４２は、確実に移動可能状態に切り替わ
る。

【００４０】（６）サーボモータ６でホルダ１５をさら
に下降させて押圧すると、切替機構４２が移動可能状態
にあるので、ばね４１が圧縮されて回転子保持部材４が
ホルダ１５に対して相対的に上方に移動し、これによっ
て、ショルダー部１１先端からピン１２が突出し始め
る。このようにして、所定押圧力に達するまで押圧す
る。このようにして、ショルダー部１１の摩擦熱によっ
て、ワークの接合点が軟化し、押し出されるピン１２が
ワークに挿入される。これとともに、ショルダー部１１
およびピン１２が高速で回転することによって、母材が
攪拌され塑性流動が生じる。なお、押圧力は、サーボモ
ータ６の電流値によって判断する。

【００４１】（７）所定押圧力に達すると、この押圧力
で、所定時間押圧する。これによってさらにワークが攪
拌され、２枚のワークが接合点で一体となる。このと
き、コイルばね４１は、隙間がなくなるまで縮んでも良
く、縮むのに余裕があってもよい。また、切替機構４２
は、係止凸部４４が縦切欠き部４６の上端である位置Ｃ
に達していてもよく、余裕があってもよい。

【００４２】（８）所定時間経過すると、サーボモータ
６を逆転させてホルダ１５を上昇させる。すると、ばね
４１の作用によって、ショルダー部１１の先端がワーク
当接を維持した状態で、ピン１２のみが上昇し、ピン１
２がショルダー部１１に引き込まれる。このとき、軟化
した母材がピン１２の引き込まれた後に入り、空洞がふ
さがれる。このようにして、係止凸部４４がＢ位置に係
止されるまでホルダ１５を引き上げ停止させる。このと
き、ショルダー部１１先端がワークに当接して摩擦がわ
ずかにある状態が好ましい。

【００４３】（９）ここで、回転駆動源であるインダク
ションモータ７を逆転し、ホルダ１５を−方向に回転さ
せる。このとき、ワークと回転子先端との摩擦力が、回
転子保持部材４とホルダ１５との摩擦力より大きくなる
ように設定することで、ホルダ１５が回転子保持部材４
に対して相対的に−方向に回転する。このようにして、
係止凸部４４がＡ位置まで移動し、切替機構４２は、固
定状態に切り替わる。なお、回転駆動源は本実施形態で
はインダクションモータとしたが、サーボモータとする
ことで、逆転を短時間で行なうことができる。

【００４４】（１０）そして、この状態でサーボモータ
６を逆転させ、再度押圧する。このときは、ピン１２は
引込んだ状態であるので、ショルダー部１１先端が平坦
な状態で押圧することになる。このようにして、所定押
圧力で所定時間押圧する。これによって、空洞がさらに
塞がれる。また、このとき切替機構４２は固定状態にな
っており、サーボモータ６からの押圧力が直接作用し、
ばね４１のばね力は介在しない。

【００４５】（１１）押圧終了後、サーボモータ６を逆
転し、ホルダ１５および回転子２を上昇させる。

【００４６】（１２）回転子２がワークから離れた後、
インダクションモータ７を正転（＋方向）に戻す。

【００４７】このようにして、スポット接合が終了す
る。続けてスポット接合を行なうときは、ロボットで次
の接合点に接合装置１を位置決めし、再び（１）からの
作業を順に行なう。

【００４８】図５は、従来のスポット接合での接合終了
後のワーク断面（Ａ）と、本発明の接合終了後のワーク
断面を示す図（Ｂ）である。（Ａ）のＰ１に示すよう
に、従来ではピンによる空洞が大きく形成されていた
が、本発明ではピンをショルダー部１１に引込めた状態
で再接合するので、（Ｂ）のＰ２に示すように、空洞を
従来にくらべて小さくすることができる。また、ショル
ダー部１１は、（Ｂ）に示すように、中央が凹となり、
外周が突出するように形成されている。これによって、
前述の工程（８）で、ショルダー部１１先端のみワーク
に当接させることができる。

【００４９】また、本実施形態ではスポット接合の場合
について説明したが、摩擦攪拌接合装置１は、連続接合
の場合にも適用することができる。この場合には、前述
した工程（７）の押圧において、ロボットで接合装置１
を、ワークに設定される接合線に沿って移動させる。こ
れによって連続接合が行なわれる。この場合において
も、接合終了点において、再接合することで、接合終了
点に形成される空洞を小さくすることができる。

【００５０】図６は、本発明の他の実施形態である摩擦
攪拌接合装置５０の構造を示す図である。本実施形態の
摩擦攪拌接合装置５０は、前述した摩擦攪拌接合装置１
とほぼ同様の構造を有するので、対応する構造には同一
の参照符号を付し説明を省略する。

【００５１】摩擦攪拌接合装置１の回転子保持部材４に
相当する部材は、本実施形態では、ホルダ５３と一体と
なっており、このホルダ５３の外周からインダクション
モータ７の回転力が伝達される。また、このホルダ５３
の下端部に回転子５４が装着される。

【００５２】本実施形態の最大の特徴は、円柱状のピン
でなく、筒状のリング型ピンを用いることである。した
がって、回転子５４のショルダー部１１の先端には、円
筒状のリング部５１が、回転軸線Ｌを中心として突出す
る。この円筒状のリング部５１の内径に相当する外径を
有する内軸５２が、リング部５１に移動可能に挿入され
ている。

【００５３】回転子５４およびホルダ５３には、回転軸
線Ｌに沿ってピン挿通孔５５が形成され、このピン挿通
孔５５に内軸５２が挿入される。ホルダ５３には、上部
に円柱状の空間５６が形成されており、この空間に円柱
体５７が軸線Ｌに移動可能に嵌りこむ。この円柱体５７
の下端に前記内軸５２が固定され、円柱体５７と内軸５
２とは一体となって移動する。また、円柱体５７とホル
ダ５３の天壁５３ａとの間にばね４１が介在される。

【００５４】摩擦攪拌接合装置１と同様に、ホルダ５３
の外周部には、切替機構４２が設けられる。この切替機
構４２も前述と同様に、ホルダ５３に形成されるＬ字状
の切欠き４３と、切欠き４３に嵌り込む係止凸部４４と
から構成され、係止凸部４４は、本実施形態では円柱体
５７に形成される。

【００５５】切替機構４２が固定状態にあるとき、内軸
５２の先端がリング部５１の先端と面一となって平坦と
なり、切替機構４２が移動可能状態となって内軸５２が
上方に移動すると、リング型ピンとなる。

【００５６】このような摩擦攪拌接合装置５０も、前述
した摩擦攪拌接合装置１と同様に動作させてスポット接
合を行なうことができるので、前述した図４のタイムチ
ャートを参照して、摩擦攪拌接合装置５０の制御動作に
ついて以下に説明する。

【００５７】（１）初期状態では、切替機構４２は、固
定状態にあるものとする。このとき、内軸５２の先端
は、リング部５１と面一となっている。

【００５８】（２）つぎに、直進駆動源であるサーボモ
ータ６を駆動させる。するとホルダ５３および回転子５
４がスライドして下降する。このとき、回転子５４と内
軸５２とが一体となって下降する。

【００５９】（３）つぎに回転駆動源であるインダクシ
ョンモータ７によってホルダ５３を正転、つまり図３
（２）で＋方向に回転させる。

【００６０】（４）すると、円柱体５７に対して相対的
にホルダ５３が＋方向に回転し、係止凸部４４が移動し
てＢ位置に係止され、切替機構４２は、移動可能状態に
となる。また、内軸５２と回転子５４とは一体となって
回転する。この状態で、回転子５４はさらに下降を続け
る。

【００６１】（５）回転子先端、つまりリング部５１と
内軸５２先端とがワークに当接する。そして、内軸５２
とワークとの間に摩擦力が生じる。すると、ホルダ５３
と円柱体５７との摩擦力と、ワークと内軸５２との摩擦
力とを比較して、後者の方が大きくなるように設定され
るので、内軸５２の方は止まろうとする力に対して、ホ
ルダ５３が＋方向に回転するので、（４）で係止凸部４
４がＢ位置に達していない場合であっても、係止凸部４
４が確実にＢ位置まで移動し、移動可能状態に切り替わ
る。

【００６２】（６）サーボモータ６でホルダ５３をさら
に下降させて押圧すると、切替機構４２が移動可能状態
にあるので、ばね４１が圧縮されて内軸５２がリング部
５１に対して相対的に引込んでいく。このとき、係止凸
部４２は上方に移動する。このようにして、所定押圧力
に達するまで押圧する。

【００６３】（７）所定押圧力に達すると、この押圧力
で、所定時間押圧する。なお、押圧力は、サーボモータ
６の電流値によって判断する。このとき、コイルばね４
１は、隙間がなくなるまで縮んでも良く、縮むのに余裕
があってもよい。また、切替機構４２は、係止凸部４４
が縦切欠き部４６の上端である位置Ｃに達していてもよ
く、余裕があってもよい。

【００６４】（８）所定時間経過すると、サーボモータ
６を逆転させてホルダ５３を上昇させる。すると、ばね
４１の作用によって、内軸５２の先端がワーク当接を維
持した状態で、回転子５４のみが上昇し、内軸５２がリ
ング部５１に引き込まれる。このようにして、切替機構
４２で、係止凸部４４が下降してＢ位置に係止される元
の位置までホルダ５３を引き上げる。ことのき、ワーク
と内軸５２先端との間に摩擦がわずかにある状態が好ま
しい。

【００６５】（９）ここで、回転駆動源であるインダク
ションモータ７を逆転し、ホルダ５３を−方向に回転さ
せる。このとき、ワークと内軸５２先端との摩擦力が、
ホルダ５３と円柱体５７との摩擦力より大きくなるよう
に設定することで、ホルダ５３が円柱体５７に対して相
対的に−方向に回転する。このようにして、係止凸部４
４がＡ位置まで移動し、切替機構４２は、固定状態に切
り替わる。

【００６６】（１０）そして、この状態でサーボモータ
６を逆転させ、再度押圧する。このときは、内軸５２先
端とリング部５１先端とは面一となり、平坦な状態で押
圧することになる。このようにして、所定押圧力で所定
時間押圧する。

【００６７】（１１）押圧終了後、サーボモータ６を逆
転し、ホルダ５３および回転子５４を上昇させる。

【００６８】（１２）回転子５４がワークから離れた
後、インダクションモータ７を正転（＋方向）に戻す。

【００６９】このようにして、スポット接合が行なわれ
る。図７（Ａ）は、リング型ピンのみを用いた場合の接
合後のワークの断面を示す図であり、図７（Ｂ）は、本
発明の摩擦攪拌接合装置５０を用いた場合の接合後のワ
ーク断面を示す図である。（Ａ）（Ｂ）の空洞Ｐ３，Ｐ
４を比較してわかるように、本発明を用いることで、接
合後の空洞の大きさを小さくすることができる。

【００７０】また、リング型ピンを用いることで、通常
の円柱ピンよりもワークへの接触面積を大きくし、摩擦
熱の発生効率および攪拌効率を向上させることができ
る。

【００７１】また、上述した各実施形態では、ピン１２
または内軸５２の固定／可動の切替を、回転方向を逆転
させることで行なったが、次の方法でもよい。

【００７２】（１）ピン１２または内軸５２を駆動する
サーボモータを別途設け、このサーボモータの回転を直
進運動に変換して、独立して進退駆動させる。

【００７３】（２）機械的なＯＮ／ＯＦＦ機構を用い
て、ＯＮ／ＯＦＦ的にピンまたは内軸の固定／可動を切
り替える。

【００７４】（３）モータ７の回転を別途電磁クラッチ
により適宜ＯＮ／ＯＦＦし、回転力を直進運動に変換し
て、ピン１２または内軸５２の固定／可動を切り替え
る。

【００７５】また、上述した実施形態では、（１）〜
（１２）の各工程において、本実施形態では回転子の回
転速度を一定、たとえば２０００ｒｐｍとしたが、適宜
変更するようにしてもよい。

【００７６】たとえば （１）〜（５）５００ｒｐｍ （６）１０００ｒｐｍ （７）２０００ｒｐｍ （８）１０００ｒｐｍ （９）−８００ｒｐｍ （１０）−１６００ｒｐｍ （１１）−５００ｒｐｍ （１２）５００ｒｐｍ このように回転速度を変更することによって、さらに接
合品質を向上させることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ピンが可
動に設けられるので、スポット接合終了時に、ピンを退
避させることで、大きな空洞を形成させずに、スポット
接合することが可能である。

【００７８】また本発明によれば、ピンを円筒状とする
ことで、ピンの被接合物への接触面積を増大させ、摩擦
熱を効率良く発生させることが可能となり、接合効率が
向上する。

【００７９】また本発明によれば、回転方向を切り替え
ることで、ピンの固定状態と可動状態を切り替えること
ができるので、制御が容易である。

【００８０】また本発明によれば、ピンを退避させて再
接合するので、接合終了時にも押圧力を与えて接合する
ことができ、接合品質を向上することができる。

【００８１】また本発明によれば、再接合時にピンを退
避させ、固定状態に切り替えることで、大きな空洞を形
成せずに再接合することができる。

【００８２】また本発明によれば、連続接合において、
接合終了点でピンを変位させて再接合するので、従来技
術のように、連続接合の接合終了点で接合品質が低下す
るといったことが防がれる。

【００８３】また本発明によれば、連続接合において、
接合終了点でピンを退避させ、固定状態に切り替えるこ
とで、接合終了点に大きな空洞を形成せずに再接合する
ことができる。

【００８４】また本発明によれば、ピンを平坦面まで変
位させ、この平坦面で接合することで、大きな空洞を形
成することなく接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である摩擦攪拌接合装置
１の構造を示す図である。

【図２】切替機構４２を示す正面図である。

【図３】接合作業時における切替機構４２の状態を示す
図である。

【図４】摩擦攪拌接合装置１の接合方法を示すタイムチ
ャートである。

【図５】従来の装置での接合後のワーク断面と本発明を
用いたときの接合後のワーク断面を示す図である。

【図６】本発明の他の実施形態であるリング型ピンを用
いる摩擦攪拌接合装置５０の構造を示す図である。

【図７】リング型ピンを用いた従来装置の接合後のワー
ク断面と本発明の摩擦攪拌接合装置５０を用いた接合後
ワーク断面を示す図である。

【符号の説明】

１，５０ 摩擦攪拌接合装置 ２，５４ 回転子 １２ ピン ４２ 切替機構 ５１ リング部 ５２ 内軸

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
   動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
   部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
   化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置
   において、 前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向に変位
   可能に設けられるピンを有し、被接合物をスポット接合
   することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
2. 【請求項２】 回転子先端に、円筒状のリング部が形成
   され、前記ピンは、リング部に変位可能に挿入される内
   軸であることを特徴とする請求項１記載の摩擦攪拌接合
   装置。
3. 【請求項３】 回転子の回転方向を切り替えることで、
   前記ピンの固定状態と可動状態とが切り替わることを特
   徴とする請求項１または２記載の摩擦攪拌接合装置。
4. 【請求項４】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
   動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
   部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
   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、 （ａ）前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向
   に変位可能に設けられるピンを有し、 （ｂ）回転子とピンとを前記回転軸線方向に相対的に変
   位する手段を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
5. 【請求項５】 回転子にピンを挿通して回転軸線方向に
   変位可能に設け、 高速回転する回転子を回転軸線方向に移動させ、回転子
   先端部を被接合物に押圧し、回転子先端部と前記被接合
   物との接触部を、回転による摩擦熱で軟化させ、攪拌し
   て被接合物をスポット接合することを特徴とする摩擦攪
   拌接合方法。
6. 【請求項６】 回転子先端に、円筒状のリング部を形成
   し、 前記ピンは、リング部に変位可能に挿入される内軸であ
   ることを特徴とする請求項５記載の摩擦攪拌接合方法。
7. 【請求項７】 前記ピンを、回転子先端から突出させた
   状態で接合し、 その後、ピンを引込んで回転子の先端を平坦な状態とし
   て再度、所定押圧力で所定時間押圧することを特徴とす
   る請求項５または６記載の摩擦攪拌接合方法。
8. 【請求項８】 前記再度押圧する際、ピンの固定状態に
   切り替えることを特徴とする請求項７記載の摩擦攪拌接
   合方法。
9. 【請求項９】 回転子にピンを挿通して回転軸線方向に
   変位可能に設け、 高速回転する回転子を回転軸線方向に移動させ、回転子
   先端部を被接合物に押圧し、回転子先端部と前記被接合
   物との接触部を、回転による摩擦熱で軟化させ、攪拌し
   て被接合物を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記
   ピンを回転子先端から突出させた状態で被接合物を連続
   接合し、 接合終了点で、ピンを引込んで、ピン先端を、回転子先
   端の平坦面まで変位させ、ピン固定状態に切り替え、再
   度、所定押圧力で所定時間押圧することを特徴とする摩
   擦攪拌接合方法。
10. 【請求項１０】 回転子の回転方向を切り替えること
    で、前記ピンの固定状態と可動状態とを切り替えること
    を特徴とする請求項５〜９のうちの１つに記載の摩擦攪
    拌接合方法。