TWI828002B - 接合裝置以及接合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供一種能夠防止接合不良的接合裝置以及接合方法。特徵包括測量部（23）、設定部、以及摩擦攪拌主體部（22）。測量部（23）測量接合部附近的高度而得到測量值，其中接合部是由配置於對接或重疊而進行接合的位置關係的第一金屬構件（1）與第二金屬構件（2）形成的進行接合的部分。設定部基於在測量部（23）得到的測量值而設定旋轉工具（F）的高度位置。摩擦攪拌主體部（22）基於高度位置而使沿著接合部旋轉的旋轉工具（F）相對移動。
Description
本發明係關於一種接合裝置以及接合方法。
例如，專利文獻1公開了將第一金屬構件以及第二金屬構件對接而形成對接部，並且使旋轉工具沿著對接部移動而進行摩擦攪拌接合的技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-65164號公報
第一金屬構件以及第二金屬構件的高度位置由於各金屬構件的翹曲、扭曲等變形、尺寸公差等而有差異。又，異物可能夾在架台的夾具與第一金屬構件以及第二金屬構件之間、夾具的按壓可能不足、或者可能發生按壓不良。如果第一金屬構件以及第二金屬構件的高度位置超過允許範圍，則無論旋轉工具如何控制，都會接合不良的可能很高。
從這樣的觀點，本發明的目的在於提供一種能夠防止接合不良的接合方法。
為了解決前述問題，本發明的特徵在於包括測量部、設定部、以
及摩擦攪拌主體部。測量部測量接合部附近的高度而得到測量值，其中前述接合部是由配置於對接或重疊而進行接合的位置關係的第一金屬構件與第二金屬構件形成的進行接合的部分。設定部基於在前述測量部得到的前述測量值而設定旋轉工具的高度位置。摩擦攪拌主體部基於前述高度位置而使沿著前述接合部旋轉的前述旋轉工具相對移動。
又，本發明的特徵在於包括測量步驟、設定步驟、以及摩擦攪拌步驟。測量步驟是測量接合部附近的高度而得到測量值，其中前述接合部是由配置於對接或重疊而進行接合的位置關係的第一金屬構件與第二金屬構件形成的進行接合的部分，設定步驟是基於在前述測量步驟得到的前述測量值而設定旋轉工具的高度位置，摩擦攪拌步驟是基於在前述設定步驟設置的前述高度位置使沿前述接合部旋轉的旋轉工具相對移動。
又，更包括將前述第一金屬構件固定在架台的固定部，前述測量部測量在固定在前述架台的狀態下的前述第一金屬構件而得到前述測量值較佳。
又，更包括將前述第一金屬構件固定在架台的固定步驟，在前述測量步驟中，測量在前述固定步驟中固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件而得到前述測量值較佳。
又，更包括將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在架台的固定部，前述固定部在前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於對接或重疊而進行接合的位置關係並且形成前述接合部的狀態下，將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在架台，前述測量部測量固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件中的至少一個而得到前述測量值較佳。
又，更包括將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在架台的固定步驟，在前述固定步驟中，在前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於對
接或重疊而進行接合的位置關係並且形成前述接合部的狀態下，將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在架台，在前述測量步驟中，測量在前述固定步驟中固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件中的至少一個而得到前述測量值較佳。
又，前述測量部設置在保持前述旋轉工具的部分的附近較佳。
又，前述設定部將前述測量值設定為前述高度位置較佳。
又，前述旋轉工具具有連結於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的連結部、以及從前述連結部垂下的攪拌銷，前述摩擦攪拌主體部將前述連結部從前述接合部分離的狀態下使前述旋轉工具相對移動較佳。
又，前述設定部將前述測量值中的最低值設定為前述高度位置較佳。
又，前述旋轉工具具有連結於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的肩部、以及從前述肩部垂下的攪拌銷，將前述摩擦攪拌主體部與前述攪拌銷接觸前述接合部的狀態下使前述旋轉工具相對移動較佳。
又，前述設定部將前述測量值的平均值設定為前述高度位置較佳。
又，前述旋轉工具具有連結於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的連結部、以及從前述連結部垂下的攪拌銷，前述摩擦攪拌主體部將前述連結部從前述接合部分離的狀態下使前述旋轉工具相對移動較佳。
又，在前述測量值不包括在預先設定的允許範圍的情況下，重置前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件較佳。
又，在前述測量值不包括在預先設定的允許範圍的情況下，將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件特定為在允許範圍外的物品較佳。
根據關於本發明的接合裝置以及接合方法，容易防止接合不良。
1:第一金屬構件
1b,2b:表面
1e:開口邊緣
2:第二金屬構件
2a:側面
2c:內面
2d:周緣部
11:段差部
11a:段差底面
11b:段差側面
21,21a,21b:固定部
22:摩擦攪拌主體部
23:測量部
24:控制裝置
25:演算部
26:設定部
27:輸入部
28:顯示部
29:儲存部
100:接合裝置
C:旋轉中心軸線
EP1:結束位置
F,G:旋轉工具
F1:連結部
F2,G2:攪拌銷
F3,G3:平坦面
F4,G4:攪拌銷基準點
G1:肩部
G1a:底面
J1:接合部/對接部
J2:接合部
J3:接合部/重疊部
J4:接合部/內角部
K:架台
Ka:表面
P0,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8:測量點
S1,S2:行進預定位置
SP1:起始位置
W:塑性化區域
第1圖是示出關於本發明的實施方式的第一金屬構件、第二金屬構件、以及摩擦攪拌主體部的立體圖。
第2圖是示出本實施方式的接合裝置的方塊圖。
第3圖是示出本實施方式的第一配置步驟的剖面圖。
第4圖是示出本實施方式的第二配置步驟的剖面圖。
第5圖是示出本實施方式的摩擦攪拌步驟的立體圖。
第6圖是示出本實施方式的摩擦攪拌步驟的剖面圖。
第7圖是示出重疊而形成的接合部的剖面圖。
第8圖是示出關於本實施方式的第一變形例的摩擦攪拌步驟的剖面圖。
第9圖是示出關於本實施方式的第二變形例的摩擦攪拌步驟的剖面圖。
第10圖是示出關於本實施方式的第三變形例的摩擦攪拌步驟的剖面圖。
將適當參考附圖說明關於本發明的實施方式。本發明不限定於以下實施方式。又，可以適當地組合實施方式以及變形例中的部分或全部構成元件。
[1.實施方式]
[1-1.接合裝置]
如第1圖所示，關於本發明實施方式的接合裝置100是使用旋轉工具F而將第一金屬構件1以及第二金屬構件2摩擦攪拌接合的裝置。
第一金屬構件1在中央形成有開口部10，沿開口部10的周緣形成有段差部11。段差部11具有段差底面11a以及從段差底面11a立起的段差側面11b。開口部10在俯視時呈大致矩形的板狀。開口部10的四個角被倒圓角。第一金屬構件1由鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鈦、鈦合金等可摩擦攪拌接合的金屬形成。在本實施方式中，第一金屬構件1由壓鑄成型的鋁合金鑄造材料形成。
第二金屬構件2在俯視時呈大致矩形的板狀。第二金屬構件2形成幾乎沒有間隙地配置在段差部11的形狀。第二金屬構件2的板厚與段差側面11b的高度尺寸相同或比其大。經由將第二金屬構件2的板厚尺寸設定為比段差側面11b大，能夠防止接合部J1(參考第4圖)的金屬不足。雖然第二金屬構件2只要是能夠進行摩擦攪拌接合的金屬即可，但是在本實施方式中是由鋁合金鍛造材料形成。
如第1圖以及第2圖所示，在本實施方式中接合裝置100為加工中心(machining center)，具有固定部21a、21b、摩擦攪拌主體部22、測量部23、以及控制裝置24(參考第2圖)。固定部21a是將第一金屬構件1固定在架台K的構件(夾具)。固定部21a以能夠將第一金屬構件1的周圍在複數個地方限制的方式複數個設置於架台K。固定部21b(參考第2圖以及第5圖)是將第二金屬構件2固定在架台K的構件(夾具)。固定部21b以能夠將第二金屬構件2的周圍在複數個地方限制的方式複數個設置於架台K。固定部21a、21b與控制裝置24電性連接，基於來自控制裝置24的控制信號固定或解除各金屬構件。此外，以下，在不特別區分固定部21a以及固定部21b的情況下，統稱為固定部21而說明。
摩擦攪拌主體部22是旋轉工具F安裝的旋轉軸內置的部分。摩擦攪拌主體部22相對於架台K可相對移動。摩擦攪拌主體部22基於在後述的設定部設定的旋轉工具F的X位置(橫向位置)、Y位置(縱向位置)以及Z位置(高度位置)使旋轉工具F相對移動。
測量部23設置在摩擦攪拌主體部22。也就是說，測量部23設置在保持旋轉工具F的部分的附近。測量部23可以是例如使用雷射位移計等的高度測量儀器。
控制裝置24包括演算部25(中央處理單元(Central Processing Unit,CPU))、鍵盤以及觸控面板等的輸入部27、監視器以及顯示器等的顯示部28、隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)以及唯讀記憶體(Read only memory,ROM)等的儲存部29。
演算部25具有設定部26作為功能元件。設定部26是設定用以使旋轉工具F移動的指示位置(教示位置)的部分。指示位置藉由座標位置而指示旋轉工具F通過的軌跡。也就是說，指示位置可以用X、Y、Z座標軸設定旋轉工具F的X位置(橫向位置)、Y位置(縱向位置)、以及Z位置(高度位置)。
在本實施方式中，設定部26是以預先設定指示位置內的X位置以及Y位置，並且基於在測量部23得到的測量值以及設定程式而設定Z位置(高度位置)的方式構成。在本實施方式的設定程式中，如下之表1所示，將在測量部23得到的測量值設定為旋轉工具F的Z位置(高度位置)。此外，將測量值設定為旋轉工具F的高度位置是指將測量值與高度位置設定為一對一的對應關係。例如，如同本實施方式，可以相對於某一位置的測量值不加以變更，而將測量值原樣地設定為此位置的高度位置。又，例如，可以進行相對於某一位置的測量值而平移預定的數值的計算，並且設定作為此位置的高度位置。更具體地說，例如，可以對照得到的測量值與旋轉工具F的高度位置之間的關係，相對於某一位置的測量值根據期望寬度的數值進行相加或減去，並將此值設定作為此位置的高度位置。
表1
例如，演算部25從唯讀記憶體中讀取設定程式，經由在隨機存取記憶體展開而執行，而可以使設定部26發揮作用。又，設定程式可以記錄在光碟唯讀記憶體(Compact Disc Read only memory,CD-ROM)或唯讀式數位多功能影音光碟(Digital Versatile Disc Read only memory,DVD-ROM)等光碟、通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)記憶體或安全數位(Secure Digital,SD)記憶體等的快閃記憶體等的紀錄媒介而進行分發，也可以通過網際網路、內部網路等通訊網路而分發。控制裝置24可以從記錄媒介讀取設定程式，或藉由通訊網路而接收設定程式，以取得設定程式而執行。
此外，在本實施方式中，雖然作為接合裝置100以加工中心為例，但本發明不限於此。例如，可以將摩擦攪拌主體部22安裝到機械手臂的前端。
[1-2.接合方法]
在關於本實施方式的接合方法中，使用接合裝置100而進行第一配置步驟、第一固定步驟、測量步驟、第二配置步驟、第二固定步驟、設定步驟、以及摩擦攪拌步驟。
第一配置步驟是將第一金屬構件1配置在架台K上的步驟。
如第3圖所示，第一固定步驟是將第一金屬構件1夾持到架台K的表面Ka的步驟。例如，設置在架台K的複數個固定部21a將第一金屬構件1限制為
不能相對於架台K移動。
如第1圖所示，測量步驟是以測量部23測量第一金屬構件1的表面1b的高度的步驟。在測量步驟中，測量從基準點(例如，架台K的表面Ka)到測量點的高度。在測量步驟中，測量由第一金屬構件1與第二金屬構件2形成的進行接合的部分的接合部J1(參考第4圖)附近的高度。具體而言，如第1圖所示，在第一金屬構件1的表面1b，測量在開口邊緣1e的外側周圍以預定間隔設定的測量點P1~P8的高度。雖然在本實施方式中設定了八個測量點，但數量不限，可以設定為單個或複數個。
在測量步驟中，使摩擦攪拌主體部22(測量部23)沿著開口邊緣1e一周，同時與旋轉工具F以及接合部J1分離，而連續地計測測量點P1~P8的高度。測量的測量值與各測量點相關連而儲存在控制裝置24的儲存部29。
如第4圖所示，第二配置步驟是將第一金屬構件1與第二金屬構件2配置於進行接合的位置關係的步驟。第一金屬構件1與第二金屬構件可以配置於相互對接而進行接合的位置關係，也可以配置於重疊而進行接合的位置關係，也可以配置於對接並且重疊而進行接合的位置關係。在本實施方式中，第一金屬構件1的段差側面11b與第二金屬構件2的側面2a對接，並且段差底面11a與第二金屬構件2的內面2c重疊，而形成接合部J1。即，在第二配置步驟中，經由在第一金屬構件1的段差部11配置第二金屬構件2，形成將第一金屬構件1與第二金屬構件2對接的接合部(對接部)J1。接合部J1是在後述的摩擦攪拌步驟中用旋轉工具F摩擦攪拌接合的部分。
如第5圖所示，第二固定步驟是將第二金屬構件2夾持在架台K的表面Ka的步驟。例如，設置在架台K的複數個固定部21b將第二金屬構件2限制為不能相對於架台K移動。
如表1所示，設定步驟是基於在測量步驟得到的測量值以及設定
程式而設定旋轉工具F的高度位置的步驟。在本實施方式中，如前所述，預先設定旋轉工具F的X位置以及Y位置。Z位置(高度位置)則如表1所示，將得到的測量值原樣地設定為高度位置。
如第5圖以及第6圖所示，摩擦攪拌步驟是基於在設定步驟中設定的設定值，使旋轉工具F沿著接合部J1相對移動而進行摩擦攪拌接合的步驟。旋轉工具F包括連結部F1以及攪拌銷F2。連結部F1是安裝在摩擦攪拌主體部22中內置的旋轉軸的部分，呈圓柱狀。攪拌銷F2從連結部F1的前端面(下端面)向前端側突出(垂下)，並呈錐形。相對於旋轉中心軸線C而垂直的平坦面F3形成在攪拌銷F2的前端。此外，連結部F1不限於圓柱形，並且可以是直徑朝向前端側縮小的截頂圓錐狀。在這種情況下，連結部F1的前端部的直徑與攪拌銷F2的基端部的直徑相同。在摩擦攪拌步驟中，摩擦攪拌主體部22在將連結部F1從接合部J1分離的狀態下，僅將旋轉的攪拌銷F2***接合部J1，而使旋轉工具F相對移動。
如第6圖所示，將攪拌銷基準點F4設定為在作為旋轉中心的攪拌銷F2的旋轉中心軸線C中距平坦面F3的預定高度處。在本實施方式中，例如，由於將***深度設定為2.5mm，因此將預定高度設定為2.5mm。***深度是從第一金屬構件1的表面1b到攪拌銷F2的平坦面F3的距離。此外，從平坦面F3到攪拌銷基準點F4的距離可以基於***深度、在測定步驟中得到的測定值等而適當設定。
攪拌銷F2的外周面刻有螺旋溝槽。螺旋溝槽在旋轉工具F順時鐘旋轉的情況下從基端側朝向前端側逆時鐘方向形成，在旋轉工具F逆時鐘旋轉的情況下從基端側朝向前端側順時鐘方向形成。經由這樣，由於塑性流體材料被引導到攪拌銷F2的前端側，因此可以抑制毛邊的產生。
在摩擦攪拌步驟中，如第5圖所示，將攪拌銷F2***到設定在接合部J1上的起始位置SP1，使沿接合部J1旋轉的旋轉工具F相對於第二金屬構件2順時鐘地相對移動。固定部21b以基於來自控制裝置24的控制訊號，在旋轉工具
F即將通過前抬起，通過後再次固定第二金屬構件2的方式構成。由此，可以防止固定部21b與旋轉工具F之間的干涉。在旋轉工具F的運動軌跡中形成塑性化區域W。此時，以旋轉工具F的攪拌銷基準點F4的高度位置為在設定步驟設定的設定值(X位置、Y位置、Z位置)的方式，控制旋轉工具F的位置。特別是，在本實施方式中，以Z方向為表1所示的高度位置的方式使旋轉工具F的位置上下移動。也就是說，在接合部J1內對應於測量點P1的位置中，攪拌銷基準點F4控制為距離架台K的表面Ka在高度方向4.8mm的位置。
又，在接合部J1內對應於測量點P2的位置中，攪拌銷基準點F4控制為距離架台K的表面Ka在高度方向5.0mm的位置。此時，控制旋轉工具F的高度位置使得攪拌銷基準點F4的高度位置從測量點P1穩定地上升0.2mm到測量點P2。
又，在接合部J1內對應於測量點P3的位置中，攪拌銷基準點F4控制為距離架台K的表面Ka在高度方向5.4mm的位置。此時，控制旋轉工具F的高度位置使得攪拌銷基準點F4的高度位置從測量點P2穩定地上升0.4mm到測量點P3。
又，在接合部J1中對應於測量點P4的位置中，攪拌銷基準點F4控制為距離架台K的表面Ka在高度方向5.7mm的位置。此時，控制旋轉工具F的高度位置使得攪拌銷基準點F4的高度位置從測量點P3穩定地上升0.3mm到測量點P4。
又，在接合部J1中對應於測量點P5的位置中，攪拌銷基準點F4控制為距離架台K的表面Ka在高度方向5.5mm的位置。此時，控制旋轉工具F的高度位置使得攪拌銷基準點F4的高度位置從測量點P4穩定地下降0.2mm到測量點P5。
在以相同的順序升降旋轉工具F的高度位置的同時，當旋轉工具
F到達設定在接合部J1的結束位置EP1時，旋轉工具F從接合部J1脫離。在摩擦攪拌步驟中，以這種方式塑性化區域W的起始端與終止端重疊較佳。由此可以提高水密性以及氣密性。藉由以上的步驟，可以將第一金屬構件1與第二金屬構件2摩擦攪拌接合。
[1-3.作用/效果]
根據以上說明的接合方法以及接合裝置，測量設定狀態的接合前的接合部J1附近的高度，並且基於此測量結果控制旋轉工具F的高度位置(***深度)。由此，可以對照設定狀態的接合部J1的高度而改變旋轉工具F的高度位置，並且可以進行偽荷重控制。因此，即使在接合部J1的高度改變的情況下，也能夠將旋轉工具F的***深度保持恆定，而容易防止接合不良。
特別是，在本實施方式中，將測量值原樣地設定為旋轉工具F的高度位置，並且基於此設定值升降旋轉工具F的高度位置。由此，即使測量點P1~P8的高度不同，也可以使塑性化區域W的深度(攪拌銷F2的***深度)保持一定。經由使塑性化區域W的深度為一定，可以使接合部J1的接合強度在整個周邊方向大致一定。又，由於可以將測量值原樣地設置為高度位置，因此可以容易地設置高度位置(設置值)。
又，雖然旋轉工具F的類型(形狀)可以是任何類型(形狀)，但是在本接合方法中，在連結部F1與接合部J1分離的狀態下，僅將攪拌銷F2***至接合部J1，而進行摩擦攪拌接合。由此，與將旋轉工具的肩部按入的情況相比，可以減小塑性化區域的寬度，並且可以降低旋轉工具的按壓力。又，與將旋轉工具的肩部按入的情況相比，可以減輕施加到摩擦攪拌裝置的負荷。又，可以在不施加大負荷到摩擦攪拌裝置的狀態下，將對接部的較深位置接合。另外，在本實施方式中，由於僅攪拌銷F2與接合部J1接觸，因此即使在接合部J1的高度稍有變化的情況下，只有攪拌銷F2的接觸深度稍有變化，與將旋轉工具
的肩部按入的情況相比，相對於接合部J1的高度變化的公差較大。因此，根據本接合方法，將測定值原樣地設定為旋轉工具F的高度位置，基於此設定值使旋轉工具F的高度位置升降而進行接合之際，即使在第一金屬構件1或第二金屬構件2的位置偏離測量步驟中的位置，或攪拌銷F2的位置偏離設定步驟中設定的高度位置這樣的情況下，也不易發生接合失敗。
又，在本接合裝置以及本接合方法中，包括將第一金屬構件1固定在架台K的固定部21a，而進行測量固定在架台K的狀態的第一金屬構件1的測量步驟。由此，由於能夠在接近接合時的狀態下正確地測量進行高度位置測量的第一金屬構件1的高度，因此較容易防止接合不良。
若測量部23設置在遠離旋轉工具F的位置，則測量位置與接合位置之間容易發生位置偏移，並且也容易發生高度測量偏移。然而，根據本實施方式，經由在保持旋轉工具F的部分的附近設置測量部23，可以在接近接合狀態的狀態下測量高度位置。也就是說，在本實施方式中，由於測量部23設置在摩擦攪拌主體部22的行進方向前部，因此能夠在接近接合狀態的狀態下測量高度位置。
[1-4.其他]
這裡，例如在上述實施方式中，以第一配置步驟、第一固定步驟、測量步驟、第二配置步驟、以及第二固定步驟這樣的順序進行，並且例示了僅將第一金屬構件1固定在架台K後進行測量步驟的情況並說明。可以進行第一配置步驟以及第一固定步驟、與第二配置步驟以及第二固定步驟，並且在第一金屬構件1以及第二金屬構件2兩方都固定在架台K之後進行測量步驟。此時，在測量步驟中，可以測量固定在架台K的狀態的第一金屬構件1以及第二金屬構件2中的至少一個的接合部J1附近的表面的高度。即使這樣，由於可以在接近接合時的狀態下正確地測量高度，因此更容易防止不良接合。
在上述實施方式中，例示了在作為接合部J1附近的第一金屬構件
1的表面1b中，測量設定在開口邊緣1e的外側周圍的測量點P1~P8的高度的情況並且說明。測量點的位置可對照第一金屬構件1以及第二金屬構件2的配置與固定順序、第一金屬構件1以及第二金屬構件2的配置關係、第一金屬構件1與第二金屬構件2的接合部J1的位置適當設定。特別是，將測量點的位置設定在對接合的影響大的地方較佳。又，配置步驟、固定步驟、以及測量步驟的順序可以對照測量點的位置適當變更。
例如，如上述實施方式，考慮關於第一金屬構件1的段差側面11b與第二金屬構件2的側面2a對接，並且段差底面11a與第二金屬構件2的內面2c重疊，第一金屬構件1的段差側面11b與第二金屬構件2的側面2a對接的部分形成接合部J1的情況。在這種情況下，可以將在第二金屬構件2的表面2b的周緣部2d(參考第4圖)作為測量點。此外，在第二金屬構件2的表面2b的周緣部2d作為測量點的情況下，以第一配置步驟、第一固定步驟、第二配置步驟、第二固定步驟、以及測量步驟這樣的順序進行，在將第一金屬構件1以及第二金屬構件2固定在架台K之後進行測量步驟較佳。即，在將進行高度位置的測量的地方固定之後進行測量步驟較佳。
又，如第7圖所示，第一金屬構件1的段差側面11b與第二金屬構件2的側面2a對接，並且段差底面11a與第二金屬構件2的內面2c重疊，在段差底面11a與第二金屬構件2的內面2c重疊的部分形成接合部J2的情況下，可以將在接合部J2附近的第一金屬構件1的段差底面11a作為測量點P0。此時，以第一配置步驟、第一固定步驟、測量步驟、第二配置步驟、以及第二固定步驟這樣的順序進行，並且僅將第一金屬構件1固定在架台K後進行測量步驟是必要的。
[2.第一變形例]
接下來，說明關於前述實施方式的第一變形例。如第8圖所示，第一變形例與前述實施方式的不同之處在於使用了旋轉工具G。在第一變形例中，將以與前
述實施方式不同的部分為中心說明。
旋轉工具G具有肩部G1以及攪拌銷G2。
肩部G1是基端部安裝在摩擦攪拌主體部22的旋轉軸的部分，並且是底面G1a在抵接於被接合構件的狀態下按壓被接合構件的部分。肩部G1形成為從攪拌銷G2的基端部擴徑的圓柱狀，並且包括平面且環狀的前端面。也就是說，攪拌銷G2的前端面從肩部G1的前端面朝向前端側突出。換言之，攪拌銷G2從肩部G1的底面G1a垂下。肩部G1的形狀不限於圓柱狀，並且可以包括截頂錐狀或研缽狀的前端面。
攪拌銷G2是一邊旋轉一邊***被接合構件，相對於被接合構件進行摩擦攪拌的部分。攪拌銷G2從肩部G1的底面G1a垂下，呈截頂圓錐形狀。攪拌銷G2的前端部是朝向前端逐漸變細。攪拌銷G2的前端部的前端是與軸方向正交的平坦面狀的平坦面G3。肩部G1一體地形成在攪拌銷G2的基端部。攪拌銷G2的外周面刻有螺旋溝槽。螺旋溝槽在旋轉工具G順時鐘旋轉的情況下是從基端側朝向前端側逆時鐘方向形成，在旋轉工具G逆時鐘旋轉的情況下是從基端側朝向前端側順時鐘方向形成。經由這樣，由於塑性流體材料被引導到攪拌銷G2的前端側，從而容易抑制毛邊的產生。
在本接合裝置中，摩擦攪拌主體部22在將肩部G1以及攪拌銷G2與接合部J1接觸的狀態下使旋轉工具G相對移動。
如第8圖所示，在作為旋轉的中心的旋轉中心軸線C，攪拌銷基準點G4設定在距攪拌銷G2的平坦面G3預定高度處。在本實施方式中，例如，由於***深度設定為2.5mm，因此此預定高度設定為2.5mm。***深度是指從第一金屬構件1的表面1b到攪拌銷G2的平坦面G3的距離。此外，從平坦面G3到攪拌銷基準點G4的距離可以基於***深度、測定步驟中得到的測量值等適當設定。
在摩擦攪拌步驟中，與前述實施方式相同要領地沿著接合部J1
進行摩擦攪拌接合。此時，控制旋轉工具G的位置，使得旋轉工具G的攪拌銷基準點G4的高度位置為在設定步驟設定的設定值(X位置、Y位置、Z位置)。特別是，在本實施方式中，使旋轉工具G的位置上下移動，使得Z方向成為表1所示的高度位置。也就是說，在接合部J1內對應於測量點P1的位置，以攪拌銷基準點G4位於距架台K的表面Ka在高度方向4.8mm的位置的方式，使旋轉工具G沿接合部J1相對移動。此時，肩部G1的底面G1a與第一金屬構件1以及第二金屬構件2的表面1b、2b接觸。
這樣，在摩擦攪拌步驟中，可以使用包括肩部G1以及攪拌銷G2的旋轉工具G。根據旋轉工具G，由於可以用肩部G1的底面G1a按壓塑性流體材料，所以容易抑制毛邊的產生。
[3.第二變形例]
接著，說明關於前述實施方式的第二變形例。如第9圖所示，第二變形例與前述實施方式的不同之處在於第一金屬構件1與第二金屬構件2重疊。在第二變形例中，以與前述實施方式不同的部分為中心說明。
在關於第二變形例的接合方法中，進行第一配置步驟、第一固定步驟、測量步驟、第二配置步驟、第二固定步驟、設定步驟、以及摩擦攪拌步驟。如第9圖所示，在關於第二變形例的第二配置步驟中，將第一金屬構件1的表面1b與第二金屬構件2的內面2c重疊而形成接合部(重疊部)J3。
在測量步驟中，將測量部23沿著對應於接合部J3的位置行進，而測量在配置第二金屬構件之前的第一金屬構件1的表面1b的高度。測量的位置在接合部J3附近較佳。故，在本變形例中，第一金屬構件1的表面1b內，在摩擦攪拌步驟測量旋轉工具F行進的行進預定位置S1或其附近的高度較佳。
在第二固定步驟中，重疊的第一金屬構件1以及第二金屬構件2藉由固定部21而固定在架台K。
在設定步驟中，基於在測量步驟得到的測量值而設定旋轉工具F的高度位置。在本第二變形例中，將測量值原樣地設定為旋轉工具F的高度位置。
在摩擦攪拌步驟中，例如，使用旋轉工具F將攪拌銷F2相對於第二金屬構件2的表面2b垂直地***，並且將接合部(重疊部)J3接合。關於摩擦攪拌步驟中的旋轉工具F的高度位置，與前述實施方式相同要領地進行控制。雖然旋轉工具F的攪拌銷F2的***深度可以適當設定，但設定為到達第一金屬構件1的表面1b較佳。此外，在第二變型例中，可以使用旋轉工具G代替旋轉工具F而將接合部J3摩擦攪拌接合。
如上所述，在本接合裝置以及本接合方法中，對應於作為接合部的第一金屬構件1與第二金屬構件2重疊部的位置，測量第一金屬構件1的表面1b的高度。這樣，測量作為旋轉工具***的目標位置並且影響接合狀態的部分的高度，並且基於其測量結果控制旋轉工具F的高度位置(***深度)。由此，以到達第一金屬構件1的表面1b的方式***旋轉工具F，並且經由接合重疊部，從而容易防止接合不良。
[4.第三變形例]
接著，說明關於前述實施方式的第三變形例。如第10圖所示，第三變型與前述實施方式的不同之處在於第一金屬構件1以及第二金屬構件2彼此重疊。在第三變形例中，以與前述實施方式不同的部分為中心說明。
在關於第三變形例的接合方法中，進行第一配置步驟、第二配置步驟、固定步驟、測定步驟、設定步驟、以及摩擦攪拌步驟。如第10圖所示，在關於第三變形例的第二配置步驟中，在第一金屬構件1的表面1b與第二金屬構件2的側面2a形成接合部(內角部)J4。
在固定步驟中，如第10圖所示，重疊的第一金屬構件1以及第二金屬構件2藉由固定部21而固定在架台K。
在測量步驟中，測量部23沿著接合部J4行進而測量第一金屬構件1的表面1b的高度。測量的位置在接合部J4附近較佳。因此，在本變形例中，在摩擦攪拌步驟測量旋轉工具F行進並且位於第一金屬構件1的表面1b與第二金屬構件2的側面2a形成的內角部的行進預定位置S2或是其附近的高度較佳。
在設定步驟中，基於在測量步驟得到的測量值而設定旋轉工具F的高度位置。在本第二變形例中，將測量值原樣地設定為旋轉工具F的高度位置。
在摩擦攪拌步驟中，如第10圖所示，使用旋轉工具F從接合部(內角部)J4傾斜地***旋轉工具F，並且將接合部J4摩擦攪拌接合。關於摩擦攪拌步驟中的旋轉工具F的高度位置，以與前述實施方式相同要領地進行控制。
如上所述，在本接合裝置以及本接合方法中，對應於作為接合部J4的第一金屬構件1與第二金屬構件2的內角部的位置，測量第一金屬構件1的表面1b的高度。這樣，測量作為旋轉工具F***的目標位置並且影響接合狀態的部分的高度，並且基於其測量結果控制旋轉工具F的高度位置(***深度)。由此，以到達第一金屬構件1與第二金屬構件2的內角部的方式***旋轉工具F，並且經由接合內角部，從而容易防止接合不良。
[5.第四變形例]
接著，說明關於本實施方式的第四變形例。在第四變形例中，設定步驟不同於前述實施方式。在關於第四變形例的設定步驟中，例如，在得到表1所示的測量值的情況下，可以將測量值內的最低值設定為旋轉工具F、G的高度位置。在表1的情況下，由於最低值是4.8mm，因此以旋轉工具F、G的攪拌銷基準點F4、G4為距架台K的表面Ka為4.8mm的高度的方式使旋轉工具F、G相對移動。也就是說，在這種情況下，在設定旋轉工具F、G的高度位置之後，不使旋轉工具F、G升降，而使旋轉工具F、G以一定的高度相對移動。
根據關於此變形例的設定步驟，可以容易地進行設定旋轉工具
F、G的高度位置。又，經由將測量值內的最低值設置為高度位置，對照接合部內的最低處的深度***旋轉工具F、G。由此，即使在接合部的高度發生變化的情況下，也可以包含最低位置的接合部而進行摩擦攪拌，容易防止接合不良。
此時，雖然旋轉工具可以使用任一旋轉工具，但使用旋轉工具G較佳。由於旋轉工具的高度位置被設置為測量值的最低值，所以塑性流體材料總是可以被肩部G1按壓，而容易防止產生大量的毛邊。
另一方面，在關於第四變形例的設定步驟中，例如，在得到表1所示的測量值的情況下，可以將其測量值的平均值設定為旋轉工具F、G的高度位置。在表1的情況下，由於平均值約為5.3mm，以旋轉工具F、G的攪拌銷基準點F4、G4位於距架台K的表面Ka為5.3mm的高度的方式，使旋轉工具F、G相對移動。也就是說，在這種情況下，在設定旋轉工具F、G的高度位置之後，不升降旋轉工具F、G，而也是以一定的高度使旋轉工具F、G相對移動。
根據關於此變形例的設定步驟，可以容易地設定旋轉工具F、G的高度位置。
此時，雖然旋轉工具可以使用任一旋轉工具，但使用旋轉工具F較佳。在使用旋轉工具F的情況下，由於僅攪拌銷F2與接合部接觸，因此與使用旋轉工具G的情況相比，相對於接合部的高度的變化的公差較高。將旋轉工具F的高度位置設定為測量值的平均值，並且基於此設定值使旋轉工具F的高度位置升降而進行接合之際，即使各測量值的差異較大時，第一金屬構件1或第二金屬構件2的位置從測量步驟中的位置偏移，或者攪拌銷F2的位置從設定步驟中設定的高度位置偏移這樣的情況，也難以發生接合不良。
[6.第五變形例]
接著，說明關於前述實施方式的第五變形例。第五變形例與其他變形例的不同之處在於基於測量值而設定允許範圍。在此變形例中，設定了高度的測量
值的允許範圍。例如，在表1的測量值中，將允許範圍設定為4.8~5.5mm。控制裝置24包括判定部(未示出)，判定在測量部23得到的測量值是否包含在預先設定的允許範圍內。
例如，在前述實施方式的情況下，控制裝置24在測量步驟得到的測量值判定為預先設定的允許範圍的情況下(判定步驟)，便原樣地轉移到第二配置步驟。另一方面，控制裝置在測量步驟得到的測量值判定為預先設定的允許範圍外的情況下，輸出將此第一金屬構件1(第一金屬構件1以及第二金屬構件2)從架台K暫時移除重置的信號。將此第一金屬構件1(第一金屬構件1以及第二金屬構件2)重置在架台K之後，再次進行測量步驟以及判定步驟。
在摩擦攪拌接合中，第一金屬構件1以及第二金屬構件2的高度是重要的因素之一，例如，由於夾具的按壓不足而高度超過允許範圍時，無論將旋轉工具F、G如何控制，接合不良的機率都很高。然而，根據本變形例，經由在第一金屬構件1以及第二金屬構件2的高度設置允許範圍，更容易防止接合不良。
另一方面，控制裝置24在測量步驟得到的測量值判定為預先設定的允許範圍外的情況下(判定步驟)，可以將此第一金屬構件1(第一金屬構件1以及第二金屬構件2)特定為允許範圍外的物品，並儲存在儲存部29。根據本發明，更容易防止接合不良，並且可以容易地進行品質管理。
1:第一金屬構件
1b,2b:表面
1e:開口邊緣
2:第二金屬構件
2a:側面
2c:內面
10:開口部
11:段差部
11a:段差底面
11b:段差側面
21a:固定部
22:摩擦攪拌主體部
23:測量部
100:接合裝置
F:旋轉工具
F1:連結部
F2:攪拌銷
P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8:測量點
Claims (16)
- 一種接合裝置，包括：固定部，將第一金屬構件固定在架台；測量部，測量從前述架台的表面到接合部附近的前述第一金屬構件的旋轉工具***側的表面的高度而得到測量值，其中前述接合部是由配置於對接或重疊而進行接合的位置關係的前述第一金屬構件與第二金屬構件形成的進行接合的部分；設定部，基於在前述測量部得到的前述測量值而設定前述旋轉工具的高度位置；以及摩擦攪拌主體部，基於前述高度位置而使沿著前述接合部旋轉的前述旋轉工具相對移動。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中前述測量部測量固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件而得到前述測量值。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中該固定部將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在前述架台，其中前述固定部在前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於對接或重疊而進行接合的位置關係並且形成前述接合部的狀態下，將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在前述架台，其中前述測量部測量固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件中的至少一個而得到前述測量值。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中前述測量部設置在保持前述 旋轉工具的部分的附近。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中前述設定部將前述測量值設定為前述高度位置。
- 如請求項5所述的接合裝置，其中前述旋轉工具具有連接於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的連結部、以及從前述連結部垂下的攪拌銷，其中前述摩擦攪拌主體部在將前述連結部從前述接合部分離的狀態下，僅將前述攪拌銷***前述接合部，並且使前述旋轉工具相對移動。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中前述設定部將前述測量值內的最低值設定為前述高度位置。
- 如請求項7所述的接合裝置，其中前述旋轉工具具有連結於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的肩部、以及從前述肩部垂下的攪拌銷，其中前述摩擦攪拌主體部在將前述肩部與前述攪拌銷接觸前述接合部的狀態下使前述旋轉工具相對移動。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中前述設定部將前述測量值的平均值設定為前述高度位置。
- 如請求項9所述的接合裝置，其中前述旋轉工具具有連結於前述摩擦攪拌主體部的旋轉軸的連結部、以及從前述連結部垂下的攪拌銷，其中前述摩擦攪拌主體部在將前述連結部從前述接合部分離的狀態下，僅將前述攪拌銷***前述接合部，並且使前述旋轉工具相對移動。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中在前述測量值不包括在預先設定的允許範圍的情況下，重置前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件。
- 如請求項1所述的接合裝置，其中在前述測量值不包括在預先 設定的高度的允許範圍的情況時，判斷前述第一金屬構件與前述第二金屬構件接合不良，而將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件從前述架台移除。
- 一種接合方法，包括：將第一金屬構件固定在架台的固定步驟；測量從前述架台的表面到接合部附近的前述第一金屬構件的旋轉工具***側的表面的高度而得到測量值的測量步驟，其中前述接合部是由配置於對接或重疊而進行接合的位置關係的前述第一金屬構件與第二金屬構件形成的進行接合的部分；基於在前述測量步驟得到的前述測量值而設定前述旋轉工具的高度位置的設定步驟；以及基於在前述設定步驟設定的前述高度位置而使沿著前述接合部旋轉的前述旋轉工具相對移動的摩擦攪拌步驟。
- 如請求項13所述的接合方法，其中在前述測量步驟中，測量在前述固定步驟中固定在前述架台的前述第一金屬構件而得到前述測量值。
- 如請求項13所述的接合方法，更包括將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定在架台的固定步驟，其中在前述固定步驟中，在前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於對接或重疊而進行接合的位置關係並且形成前述接合部的狀態下，將前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件固定於架台，其中在前述測量步驟中，測量在前述固定步驟中固定在前述架台的狀態的前述第一金屬構件以及前述第二金屬構件中的至少一個而得到前述測量值。
- 如請求項13所述的接合方法，更包括：將前述第一金屬構件配置在前述架台上的第一配置步驟；以及將前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於進行接合的位置關係的第二配置步驟；其中在前述固定步驟中，將在前述第一配置步驟中被配置的前述第一金屬構件固定，其中在前述第二配置步驟中，將在前述固定步驟中被固定的前述第一金屬構件與前述第二金屬構件配置於進行接合的位置關係。
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