摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、摩擦撹拌接合装置、及び摩擦撹拌接合設備
【課題】接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押圧力を所望の値に制御することが容易な摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造を提供する。
【解決手段】回転ツール保持具３７は、その一端部がＦＳＪガン本体２６に取り付けられる。他端部には、嵌合孔部６１を有すると共にその周面に前記一端部と反対側に開口する複数の取付け通路６０が周方向に間隔をあけて形成される。取付け具３８は、複数のピン部材６７を有し、ピン部材を取付け通路６０の開口から先端部分まで移動させて嵌め込むことで前記ツール保持具に取付けられる。取付け具には、回転ツール３３が挿通されている。回転ツールは、一端部に形成される取合い部が前記保持手段の嵌合孔部に嵌合されている。さらに取付け具には、ピン部材が先端部分から離脱しないように回転ツール保持具を付勢する付勢手段６９が設けられている。
【解決手段】回転ツール保持具３７は、その一端部がＦＳＪガン本体２６に取り付けられる。他端部には、嵌合孔部６１を有すると共にその周面に前記一端部と反対側に開口する複数の取付け通路６０が周方向に間隔をあけて形成される。取付け具３８は、複数のピン部材６７を有し、ピン部材を取付け通路６０の開口から先端部分まで移動させて嵌め込むことで前記ツール保持具に取付けられる。取付け具には、回転ツール３３が挿通されている。回転ツールは、一端部に形成される取合い部が前記保持手段の嵌合孔部に嵌合されている。さらに取付け具には、ピン部材が先端部分から離脱しないように回転ツール保持具を付勢する付勢手段６９が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、それを有する摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、第１の従来技術の回転ツール保持具１を示す断面図である。従来の技術の摩擦撹拌接合装置である摩擦撹拌接合ガン（以下、「ＦＳＷガン」という）は、ガンアダプタを介して、ロボットの先端部に装着される。このＦＳＷガンは、Ｃ字状の支持フレームを有する。この支持フレームの一端部には、図示しない固定ツール保持具が設けられ、また支持フレームの他端部には、回転ツール保持具１が設けられている。
【０００３】
回転ツール保持具１は、回転ツール２を保持するためのものである。この回転ツール保持具１は、ＦＳＷガンの駆動軸に固定され、テーパ状の内周面が形成される回転基台３と、回転基台３に嵌まり込んで保持され、テーパ状の外周面が形成されるチャック部材４と、チャック部材４に着脱可能に連結されて回転基台３に螺着される操作片５とを有する。回転基台３に対して操作片５を回転させて軸方向に変位させることによって、チャック部材４の内径を変化させることができる。
【０００４】
この回転ツール保持具１は、チャック部材４内に回転ツール２の円筒状の軸部６を挿入し、操作片５を手作業で回転させてチャック部材４の内径を収縮させることで、回転ツール２を把持する。このように把持することにより、回転ツール２は、回転基台３と共に回転し、摩擦撹拌接合後に接合対象物と接合された回転ツール２を接合対象物から引き抜くことが可能となる。
【０００５】
このような回転ツール保持具１は、操作片５の手動操作によって、回転ツール２を着脱することができるように構成され、回転ツール２が摩耗した場合などに、交換することができる。（例えば特許文献１および特許文献２参照）
摩擦撹拌接合では、接合対象物の部位の形状及び材質に応じて回転ツール２を交換する必要がある。第１の従来技術のように回転ツール２を手作業で行うことは、極めて効率が悪いので、機械操作によって自動的に回転ツール２を交換できるツールチェンジャの開発が望まれている。そして１つとして第２の従来技術のようなロボット先端のロボットハンドに取付けられたグリップを機械操作によって自動的に交換できる装置を適用することが考えられる。
【０００６】
図１７には、第２の従来技術の取付け構造におけるロボットハンド１０とグリップ１５とを示す断面図である。ロボットハンド１０は、円筒状の上下送り軸１１と、上下送り軸１１内に回動可能に収容された有底円筒状の回転軸１２と、前記回転軸１２内にコイルスプリング１３によって下方に付勢されて収容されたグリップ押さえ１４とを備えている。また回転軸１２は、下方に開口しており、その下端には、鉤状の溝部１２ａが複数形成されている。
【０００７】
グリップ１５は、前記回転軸１２内に嵌合するシャンク１６を有し、このシャンク１６の周面には、前記複数の溝部１２ａに対応させて複数のローラ１７が設けられている。そしてシャンク１６の下端には、プレート１８が設けられており、このプレート１８が収納ベース１９に設けられた位置決めピン１９ａにより位置決めされて、収納ベース１９に載置されている。
【０００８】
グリップ１５をロボットハンド１０に装着する際、まず上下送り軸１１を下方に移動させ、各ローラ１７を各溝部１２ａの開口に挿入しつつシャンク１６を回転軸１２に挿入する。更に上下送り軸１１の上下動及び回転軸１２の回動を組み合わせて、各ローラ１７を各溝部１２ａの先端部分へと移動させて嵌めこむ。先端部分に嵌まり込んだ各ローラ１７は、シャンク１６がグリップ押さえ１４により下方に押圧されているため、その先端部分からの離脱が阻止される。これによりグリップ１５がロボットハンド１０に自動的に装着される。（例えば特許文献３参照）
【特許文献１】特開２００１−３１４９８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７０６７号公報
【特許文献３】特開昭５５−１５１４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
摩擦撹拌接合では、回転基台３を介して回転ツール２を接合対象物に押し付けながら接合対象物を撹拌する必要があり、その押付力は、図示しない制御装置により所望の値になるように制御されている。第２の従来技術の取付け構造を第１の従来技術の摩擦撹拌接合装置の適用した場合、回転ツール保持具１はグリップ押さえ１４を介してグリップ１５に相当する回転ツール２を下方に押圧する。これにより回転ツール保持具１から回転ツール２に与える押付力がコイルスプリング１４により吸収されてしまう。そのため回転ツール２を所望の押付力で押し付けるためには、グリップ押え１４に付勢される付勢力をも考慮しなければならない。グリップ押え１４に付勢される付勢力をも考慮すると、接合対象物に対する回転ツール２の押付力の制御が複雑となる。
【００１０】
本発明の目的は、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押圧力を所望の値に制御することが容易な摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、それを備える摩擦撹拌接合装置及びそれ備える摩擦撹拌接合設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造は、摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造であって、一端部が前記摩擦撹拌接合装置本体に取り付けられ、他端部の周面において、前記一端部と反対側に開口する開口端を有する複数の取付け通路が周方向に間隔をあけて形成される保持手段と、前記取付け通路の開口端から挿入される複数の取付け部材を有し、これら複数の取付け部材が前記取付け通路を移動して前記取付け通路の先端部分にそれぞれ嵌まり込むことで前記保持手段の他端部に取付けられる取付け手段と、前記取付け手段に設けられ、一端部が保持手段の他端部に当接し、かつ他端部に摩擦撹拌部を有する工具とを有し、前記取付け手段には、前記各取付け部材が前記先端部分から離脱しないように前記保持手段をその一端部側に付勢する付勢手段が設けられることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に従えば、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く際、工具と接合対象物とがくっついてしまっているが、このような状態でも前記工具に複数の取付け部材が先端部分から離脱することなく工具を引き抜くことができる。つまり摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く際、前記工具が保持手段から外れることがない。それ故、連続して摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１３】
また本発明では、保持手段と工具とが当接しているので、摩擦撹拌接合において保持手段により工具をして工具を接合対象物に押し付ける際、保持手段と工具との間には相対変位が生じない。そのため保持手段との間にも相対変位が生じず、工具を接合対象物に押付けても、付勢手段から保持手段に与えられる付勢力も変化しない。それ故、工具の接合対象物に対する押付力を所望の値に制御する際、前記付勢手段の付勢力を考慮する必要がなく、前記押付力を所望の値に制御することが容易である。
【００１４】
また付勢手段を取付け手段に設けることで、保持手段の構成が簡単になる。そして保持手段を摩擦撹拌接合装置本体に取付けたままにすることができる。これにより工具を交換する際、保持手段を摩擦撹拌接合装置に取付ける作業を省くことができる。また工具の取付けが、複数の取付け部材を各取付け通路の開口端から先端部まで移動させる動作を行うことで実現できる。従って工具の取付けが容易である。
【００１５】
上記発明においては、前記保持手段の他端部には、嵌合孔部が形成され、前記工具の一端部には、取合い部が形成され、前記嵌合孔部に前記取合い部を嵌合することで、前記保持手段と工具とが互いに当接することが好ましい。本発明に従えば、嵌合孔部に取合い部を嵌合させることで、回転軸に対して直交する方向への位置ズレを抑制し、所望の位置での接合を可能にする。
【００１６】
上記発明においては、前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいてテーパ状に形成されたテーパ部分を有し、前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいて前記嵌合孔部に対応するテーパ状に形成された調芯部を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に従えば、嵌合孔部のテーパ部分に取合い部の調芯部を嵌合することによって、前記テーパ部分への調芯部の挿入が容易であると共に、工具の軸と保持手段の軸とが調芯される。これにより所望の位置に工具を押し付けて回転させることができ、所望の位置と実際の接合位置とのズレを少なくすることができる。また回転軸に沿う方向の荷重を面全体で受けることができる。
【００１８】
上記発明においては、前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記回転軸に沿う方向に見て非円形状に形成された非円形部分を有し、前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記嵌合孔部の非円形部分に対応する非円形状に形成された回動阻止部を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に従えば、嵌合孔部の非円形部分に取合い部の回動阻止部が嵌合する。これにより保持手段と工具とがすべることなく、保持手段の回動力が回動阻止部を介して工具に伝達される。第２の従来の技術では、ロボットハンドに対してグリップを回動させる際、ロボットハンドの回動力はローラを介してグリップに与えられている。そのためローラに大きな荷重が作用する。これに対し本発明では、回動阻止部で保持手段の回動力を受けることができるので、取付け部材に大きな負荷が作用しない。これによって取付け部材の破損を防ぐことができる。また保持手段と工具とがすべらないので、保持手段からの回動力を工具に確実に伝達することができる。これによって保持手段と工具とがすべることを想定して、摩擦撹拌接合装置本体が保持手段に対し余剰な回動力を与える必要がなく、摩擦撹拌接合装置本体の出力を小さくすることができる。
【００２０】
上記発明においては、前記複数の取付け通路は、前記開口端及び先端部分に接続し周方向に伸びる回動案内溝部を有する鉤形状に形成され、互いに隣接する前記取付け通路の前記回動案内溝部は、互いに接続されていることが好ましい。
【００２１】
本発明に従えば、取付け部材を取付け通路の開口端から先端部分まで移動させる際、取付け部材を開口端に挿入して回動案内溝部まで移動させた後、保持手段を回動させることで取付け部材が回動案内溝部内を移動する。そしてその後、取付け部材を先端部分に嵌め込む。互いに隣接する取付け通路の回動案内溝部が互いに接続されることにより、保持手段を過剰に回動させても、取付け部材が前記回動案内溝部に衝突することがない。
【００２２】
本発明の摩擦撹拌接合装置は、上記発明のうちの何れか１つの摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造と、前記摩擦撹拌接合装置本体とを備えるものである。本発明に従えば、上記のような摩擦撹拌接合装置を実現することができる。
【００２３】
本発明の摩擦撹拌接合設備は、上記発明の摩擦撹拌接合装置と、前記保持手段の回動及び移動を制御する制御装置と前記工具が挿通された前記取付け手段を載置可能な工具交換装置とを備え、前記取付け手段及び前記工具交換装置は、前記工具交換装置に対して前記取付け手段が前記工具の回転軸まわりに回転不能に載置されているものである。
【００２４】
本発明に従えば、まず工具が挿通された状態で前記取付け手段が載置された工具交換装置の取付け手段が載置された側に保持手段を配置する。次に制御装置は、保持手段を取付け手段に向って移動させて、保持手段の嵌合孔部に工具の取合い部を嵌合させると共に、各取付け部材を各取付け通路の開口端に挿入させる。その後、制御装置は、保持手段を移動及び回動させる。このとき取付け手段が交換装置に対して回転軸まわりに回転不能に載置されているため、保持手段と取付け手段とが共回りせずに保持手段だけを回動させることができる。これにより複数の取付け部材を取付け通路の先端部分まで移動させることができ、保持手段に取付け手段が取付けられる。交換装置を用いることにより、このような方法で工具の自動装着を行うことができる。また前記方法とは逆に動かすことによって、工具の自動離脱が可能となる。このように交換装置を用いることにより、工具の自動装着及び自動取外し、つまり工具の自動交換が可能となる。
【００２５】
上記発明においては、前記工具交換装置は、基台と、前期取付け手段を載置可能な載置台と、前記基台が前記一端部に設けられ、前記基台に対し近接離隔可能に前記載置台が他端部に設けられた支持手段と、前記載置台を前記基台から離反する方向に向って付勢する載置台付勢手段と、前記載置台の前記基台に近接する方向の変位が予め定められた許容範囲以上か否かを検出する検出手段とを備え、前記制御装置は、前記検出手段の検出結果に応じて保持手段の移動を停止することが好ましい。
【００２６】
本発明に従えば、保持手段に交換装置に載置された取付け手段を取付ける際、載置台に対して基台に向かう大きな荷重が作用しても、載置台を基台に近接する方向に変位させることにより前記荷重を付勢手段により吸収することができる。
【００２７】
また本発明では、載置台の変位が予め定められた許容範囲以上になると、そのことを検出手段が検出する。制御装置は、この検出結果に応じて保持手段の移動を停止する。これにより工具を自動交換する際、載置台、取付け手段及び保持手段に大きな荷重が作用することを防いでいる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押付力を所望の値に制御することが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合設備２１を示す正面図である。摩擦撹拌接合設備２１は、ロボット２２と、ロボット２２の先端部２５に設けられる摩擦撹拌接合ガン２３と、ツールチェンジャ８０とを含んで構成される。
【００３０】
ロボット２２は、汎用ロボットなどと呼ばれる多軸ロボット、本実施の形態では６軸ロボットであって、工場の床などの設置対象２４に設置される。このロボット２２は、その先端部２５を、互いに直交する３軸方向に変位させることができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位させることができるように構成されている。このロボット２２の先端部２５に摩擦撹拌接合ガン２３（以下、「ＦＳＪガン」という）が設けられている。従ってロボット２２は、摩擦撹拌接合ガン２３を前記互いに直交する３軸方向に変位することができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位することができる。このように構成されるロボット２２の前記互いに直交する３軸方向に変位及び前記互いに直交する３軸まわりに角変位は、制御装置３９によって制御されている。
【００３１】
摩擦撹拌接合装置であるＦＳＪガン２３は、複数の接合対象物を摩擦撹拌接合するための装置である。ＦＳＪガン２３は、工具である回転ツール３３を、複数の接合対象物の少なくともいずれか一方に当接させて高速で回転させることにより複数の接合対象物の一部を軟化させて流動させて複数の接合対象物を接合する装置である。このＦＳＪガン２３は、ＦＳＪガン本体２６と、回転ツール保持具３７と、回転ツール３３を備える回転ツールユニット３４（図２参照）を有する。またＦＳＪガン本体２６は、支持フレーム２７と、固定ツール保持具２８と、回転ツール装着具２９と、回転駆動手段３０と、スライド駆動手段３１とを有する。
【００３２】
支持フレーム２７は、大略的にＣ字状に形成される。この支持フレーム２７が、ガンアダプタ３２を介して、ロボット２２の先端部２５に固定される。固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７において、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位から遠い側の端部である一端部に設けられる。この固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７に固定されており、固定ツール３５を着脱自在に保持する。固定ツール３５は、固定ツール保持具２８に保持された状態で、その軸が予め定める基準軸Ｌ０と一致するように配置され、支持フレーム２７に対する相対変位が阻止されて固定的に設けられる。
【００３３】
回転ツール装着具２９は、支持フレーム２７において、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位に近い側の端部である他端部に、固定ツール保持具２８に対向するように設けられる。この回転ツール装着具２９は、回転ツール保持具３７を把持する回転基台４０を有する。回転ツール保持具３７は、回転ツールユニット３４を保持可能に構成されている。従って、回転ツールユニット３４を保持する回転ツール保持具３７を回転基台４０によって把持することで、前記回転ツールユニット３４を回転ツール装着具２９に装着することができる。
【００３４】
支持フレーム２７には、駆動軸３６が設けられ、この駆動軸３６の一端部に回転基台４０が固定されている。駆動軸３６は、その軸を基準軸Ｌ０と一致させて、回転軸である基準軸Ｌ０まわりに回転可能にかつ基準軸Ｌ０に沿ってスライド変位可能に設けられている。なおこの基準軸Ｌ０に平行な方向が回転軸方向Ｚである。この駆動軸３６の回転及び変位に伴って、回転基台４０が基準軸Ｌ０まわりに回転し、また回転軸方向Ｚに変位する。そしてこの回転基台４０に回転ツール保持具３７が保持される。回転ツール保持具３７は、そこに保持された回転ツールユニット３４の回転ツール３３の軸が基準軸Ｌ０と一致するように配置される。これにより駆動軸３６を回転させることで回転ツール３３が回転軸である基準軸Ｌ０まわりに回転し、また駆動軸３６を変位させることで回転ツール３３が回転軸方向Ｚに変位する。
【００３５】
回転駆動手段３０は、サーボモータによって実現される回転駆動源４１と、回転駆動源４１から駆動軸３６に駆動力を伝達する回転伝達機構４２とを有する。この回転駆動手段３０は、回転駆動源４１から出力される回転駆動力を回転伝達機構４２によって駆動軸３６に伝達し、駆動軸３６を基準軸Ｌ０まわりに回転駆動する。これによって回転ツール保持具３７を介して回転基台４０に装着された回転ツールユニット３４が基準軸Ｌ０まわりに回転駆動する。
【００３６】
スライド駆動手段３１は、サーボモータによって実現されるスライド駆動源４３と、スライド駆動源４３から駆動軸３６に駆動力を伝達するスライド伝達機構４４とを有する。このスライド駆動手段３１は、スライド駆動源４３から出力される回転駆動力を、スライド伝達機構４４によって回転軸方向Ｚへのスライド変位駆動力に変換して駆動軸３６に伝達する。これによって駆動軸３６が回転軸方向Ｚにスライド変位する。駆動軸３６がスライド変位することにより、回転ツール保持具３７を介して回転基台４０に装着された回転ツールユニット３４が回転軸方向Ｚに変位する。回転駆動手段３０及びスライド駆動手段３１は、ロボット２２と共に制御装置３９に電気的に接続されており、制御装置３９により制御される。これにより制御装置３９は、回転ツール保持具３７の回動及び移動を制御すると共に、回転ツール３３の回転及び移動を制御するように構成される。
【００３７】
このような構成を有するＦＳＪガン２３は、回転駆動手段３０により回転ツール３３を回転させた状態で、スライド駆動手段３１により回転ツール３３を固定ツール３５に向って変位させる。そして接合対象物の接合位置に回転ツール３３を約６００ｋｇｆの荷重で押付けることにより、前記接合位置の部分が軟化して流動し、そして接合される。この接合位置は、ロボット２２を駆動してロボット２２の先端に設けられたＦＳＪガン２３を変位及び角変位させることにより変えることができる。
【００３８】
ツールチェンジャ８０は、回転ツール３３をＦＳＪガン本体２６に着脱するために用いられる装置である。このツールチェンジャ８０は、ＦＳＪガン本体２６と協働することにより回転ツール３３の自動交換を実現する。ツールチェンジャ８０は、ロボット２２が設置される設置対象２４に設置される。
【００３９】
図２は、ＦＳＪガン２３の回転ツール装着具２９に回転ツールユニット３４を装着した状態を示す断面図である。回転ツール装着具２９は、支持基台４５と、回転基台４０と、チャック部材５１と、操作片５２とを含んで構成される。支持基台４５は、支持フレーム２７（図１参照）に回転軸方向Ｚにスライド変位可能に支持されている。この支持基台４５には、内方にボールベアリングによって実現される軸受手段４６が収容されている。この軸受手段４６内には、軸を基準軸Ｌ０と一致させた回転基台４０が部分的に嵌り込むように設けられている。そのため回転基台４０は、基準軸Ｌ０まわりに回転可能に支持基台４５に保持される。また回転基台４０は、回転軸方向Ｚのスライド変位が阻止された状態で支持基台４５に設けられ、駆動軸３６側の端部である回転軸方向一端部に形成される連結部４７で駆動軸３６に連結される。
【００４０】
また回転基台４０は、固定ツール保持具２８側の端部である回転軸方向他端部に、固定ツール保持具２８に向って開口する有底筒状の装着孔部４８が形成される。装着孔部４８の内周面は、開口端から離れるに従って縮経するテーパ状に形成されており、そこにチャック部材５１が嵌まり込んでいる。
【００４１】
チャック部材５１は、円筒形状を有し、その外周面が回転軸方向一端から他端に向かうに従って縮経するテーパ状に形成されている。またこの外周面の形状は、装着孔部４８の内周面の形状に略一致するように形成されている。そしてチャック部材５１の一端部には、操作片５２が着脱可能に連結されている。この操作片５２は、回転基台４０の開口端部に螺着されており、回転することで回転軸方向一方Ｚ１に変位することができる。この操作片５２を回転させて回転軸方向一方Ｚ１に変位させることで、チャック部材５１が回転基台４０を回転軸方向一方Ｚ１に摺動変位する。これによりチャック部材５１の内径が収縮する。チャック部材５１は、回転ツール保持具３７の一端部を挿通可能に構成されており、回転ツール保持具３７を挿通させた状態でチャック部材５１の内径を収縮させることで、回転ツール保持具３７がチャック部材５１に締め付けられて保持される。なお回転軸方向一方Ｚ１とは、回転ツール保持具３７から駆動軸３６に向う方向であり、図２の紙面上方向に相当する。そして回転軸方向他方Ｚ２は、回転軸方向一方Ｚ１の反対方向に相当する。
【００４２】
図３は、回転ツール保持具３７に回転ツールユニット３４を取付けた状態を示す斜視図である。図４は、回転ツール保持具３７及び回転ツールユニット３４の分解斜視図である。回転ツール保持具３７は、その回転軸方向他端部に回転ツールユニット３４が取付けられ、回転ツールユニット３４をＦＳＪガン本体２６に着脱可能に保持するものである。
【００４３】
図５は、回転ツール保持具３７を拡大して示す側面図である。図６は、回転ツール保持具３７を拡大して示す底面図である。以下、図２も参照しつつ説明する。保持手段である回転ツール保持具３７は、軸部５５と取付け部５６とを有する。軸部５５は、チャック部材５１に装着すべくチャック部材５１に挿通可能な円柱形状に形成されている。装着具５５の軸線方向一端部には、取付け部５６が一体的に設けられている。
【００４４】
取付け部５６は、装着具５５より大径の円板形状に形成され、その軸が軸部５５の軸と一致している。取付け部５６の外周部は軸部５５側の端部である軸線方向一端部がその周方向全周にわたって軸線方向に切欠かれている。それによって取付け部５６の外周部にその周方向全周にわたって伸びる回動案内溝部５７が形成される。更に取付け部５６の外周部には、その周方向に等間隔をあけて複数の挿入溝部５８が形成され、これら挿入溝部５８の間には、係合凹部５９がそれぞれ形成されている。実施の形態では、挿入溝部５８及び係合凹部５９は、前記取付け部５６の外周部において、その周方向９０度間隔で４つ形成されている。そして隣接する挿入溝部５８と係合凹部５９とは、周方向に４５度間隔で形成されている。ただしこれらの記載は、このような間隔に限定するものではない。
【００４５】
挿入溝部５８は、取付け部５６の軸線方向一端から他端まで貫通している。そのため前記挿入溝部５８は、一端が回動案内溝部５７に接続され、他端が回動案内溝部５７と反対側に開口している。また係合凹部５９は、一端が回動案内溝部５７に接続され、そこから取付け部５６の軸線方向中間部まで伸びている。そのため係合凹部５９の他端部は閉口している。このように形成された回動案内溝部５７、挿入溝部５８及び係合凹部５９は、互いに隣接する挿入溝部５８及び係合凹部５９と、回動案内溝５７におけるこれら挿入溝部５８及び係合凹部５９に挟まれた部分とによって、鉤状の取付け通路６０（図５の２点鎖線参照）が規定される。
【００４６】
また回転ツール保持具３７の取付け部５６側の端部である軸線方向他端部には、その軸線周りにおいて嵌合孔部６１（図２も参照）が形成されている。この嵌合孔部６１は、前記一端部から軸部５５にまで達しており、回転ツール保持具３７の一端側と他端側とで形状が異なっている。嵌合孔部６１は、回転ツール保持具３７の一端側が回転ツール保持具３７の一端に向うにつれて縮径するテーパ形状になり、他端側が非円形状、本実施の形態では正方形状になるように形成されている。即ち嵌合孔部６１は、前記一端側にテーパ状のテーパ部分６２を有し、前記他端側に非円形部分である正方形部分６３を有する。なお他端側の非円形状については、例えば楕円形、矩形、星型であってもよい。
【００４７】
このように構成された回転ツール保持具３７では、軸部５５の一部分がチャック部材５１に挿通される。そして操作片５２が回動し回転軸方向他方Ｚ２に変位することで、前記軸部５５がチャック部材５１に締め付けられる。これにより回転ツール保持具３７の一端部がＦＳＪガン本体２６に保持されて装着される。このとき回転ツール保持具３７は、軸部５５の軸が基準軸Ｌ０に一致するように回転ツール装着具２９に装着される。これにより回転ツール保持具３７の軸と回転ツール装着具２９の軸とが、基準軸Ｌ０に一致する。このようにして装着される回転ツール保持具３７の他端部、すなわち取付け部５６には、回転ツールユニット３４が取付けられる。
【００４８】
図７は、回転ツールユニット３４を拡大して示す拡大断面図である。図８は、回転ツールユニット３４を拡大して示す平面図である。以下では、図２乃至４も参照しつつ説明する。回転ツールユニット３４は、取付け具３８と回転ツール３３とを有する。取付け手段である取付け具３８は、ケーシング６６と、複数のピン部材６７と、ばね受け皿６８と、付勢部材６９とを有する。ケーシング６６は、有底円筒状に形成されている。ケーシング６６の底部６６ａには、ケーシング６６の軸線方向に貫通する挿通孔７０が形成され、また底部６６ａの周縁部には、軸線方向に沿って没入する複数の位置決め孔７１が周方向に等間隔をあけて形成されている。またケーシング６６の内周面６６ｂにおいて、前記底部側の部分が半径方向内方に突出している。これによりケーシング６６の内周面６６ｂには、段部６６ｃが形成される。そしてケーシング６６の開口端部には、周方向に等間隔をあけて複数のピン部材６７が設けられている。
【００４９】
取付け部材である複数のピン部材６７は、本実施の形態では段付平行ピンであり、ケーシング６６の外周部から半径方向内方に向かって貫通させて、その先端が前記ケーシング６６の内周面６６ｂから突出している。この複数のピン部材６７は、回転ツール保持具３７の挿入溝部５８に対応させて設けられている。従って本実施の形態では、周方向９０度間隔で４つ形成される。
【００５０】
更にケーシング６６内であって段部６６ｃと複数のピン部材６７との間には、ばね受け皿６８が設けられている。ばね受け皿６８は、円環状に形成された円板である。ばね受け皿６８は、ばね受け皿６８がケーシング６６の段部６６ｃと複数のピン部材６７との間を摺動可能に形成されている。またばね受け皿６８は、複数のピン部材６７によりケーシング６６から離脱することが阻止されているとともに、段部６６ｃから底部側に摺動変位することも阻止されている。そしてこのばね受け皿６８とケーシング６６の底部６６ａとの間には、付勢手段である付勢部材６９が介在している。付勢部材６９は、例えば圧縮コイルばねであり、そのばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上６０Ｎ／ｍｍ以下である。この付勢部材６９は、その内径がばね受け皿６８の内径及び挿通孔７０の径より大きく形成され、ばね受け皿６８を付勢している。このように構成された取付け具３８には、回転ツール３３が挿通されている。
【００５１】
回転ツール３３は、大略的に円柱状に形成されている。回転ツール３３の軸方向一端部には取合い部７４が形成され、軸方向他端部には摩擦撹拌部７５が形成され、軸方向中間部には位置決め部７８が形成されている。取合い部７４は、回転ツール保持具３７の嵌合孔部６１に嵌合可能に形成されており、嵌合孔部６１の形状に対応させて形成されている。即ち回転ツール３３の軸方向一端部の先端側と軸方向他端部側とで、その形状が異なっている。
【００５２】
更に具体的に説明すると、取合い部７４における軸方向一端部の先端側の部分はその先端に向って進むにつれて縮径するテーパ形状に形成されており、軸方向他方部側の部分は非円形状、本実施の形態では正方形状に形成されている。これにより取合い部７４は、前記先端側においてテーパ状に形成された調芯部７６を有し、前記他端部側において正方形状に形成された回動阻止部７７を有する。調芯部７６及び回動阻止部７７の外形は、嵌合孔部６１のテーパ部分６２及び正方形部分６３の内形とそれぞれ略同形である。そのため嵌合孔部６１に取合い部７４を嵌合すると、回転ツール３３は、調芯部７６によりその軸が回転ツール保持具３７の軸に一致するように調整され、回動阻止部７７により回転ツール保持具３７に対し回動不能になる。なお回動阻止部７７の非円形状は、例えば楕円形、矩形、星型であり、回動阻止部７７が嵌合孔部６１に嵌合した状態で回転ツール３３が回動不能になるような形状であればよい。更に回動阻止部７７は、その対角線の長さが少なくとも取付け具３８のばね受け皿６８の内径より長く形成されている。そのため回転ツール３３を取付け具３８に挿通する際、回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置され、ばね受け皿６８により回転ツール３３が支持される（図７参照）。
【００５３】
摩擦撹拌部７５は、接合対象物の接合部位に当接しながら高速で回転することで、前記２つの接合対象物を摩擦撹拌接合するものである。また位置決め部７８は、取合い部７４の回動阻止部７７に一体的に設けられている。位置決め部７８は、その外形がばね受け皿６８の内径と略同一になるように形成されている。そのため位置決め部７８をばね受け皿６８に挿入することで、回転ツール３３の取付け具３８に対する半径方向の位置決めが行われる。
【００５４】
このような構成を有する回転ツールユニット３４は、取付け具３８のばね受け皿６８の内孔、付勢部材６９内及び挿通孔７０に回転ツール３３を挿入し、回転ツール３３の回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置されるまで押し込む。回転ツール３３の回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置されることにより、回転ツール３３は位置決め部７８により取付け具３８に対する位置決めがなされ、回転ツールユニット３４が構成される。
【００５５】
そしてこのようにして構成された回転ツールユニット３４を回転ツール保持具３７に取付ける。具体的には、まず取付け具３８の開口部、つまりケーシング６６の開口部６６ｄに回転ツール保持具３７の取付け部５６を挿入する。このとき、平面視（回転軸方向Ｚに見た状態）において、嵌合孔部６１と取合い部７４との外形が一致し、かつ取付け具３８の各ピン部材６７と取付け部５６の各挿入溝部５８とが対応するような位置に配置してから取付け部５６を挿入する。なお取付け部５６の一部分だけを挿入した後に、回転ツールユニット３４回転させる等して前記位置に配置してもよい。
【００５６】
このように回転ツール保持具３７を取付け具３８に挿入することにより、嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合して回転ツール保持具３７の他端部と回転ツール３３の一端部が互いに当接し、そして各ピン部材６７が各挿入溝部５８に挿入される。このとき嵌合孔部６１のテーパ部６２及びに取合い部７４の調芯部７６より回転ツール３３の軸が回転ツール保持具３７の軸と一致するように調整される。そして回転ツール保持具３７とばね受け皿６８との間には僅かであるが間隙が形成されており、ばね受け皿６８は複数のピン部材６７に当接した状態にある。
【００５７】
この状態から更に回転ツール保持具３７を挿入方向である回転軸方向他方Ｚ２に押し込むことによって、回動阻止部７７がばね受け皿６８を押し込んで回転軸方向他方Ｚ２に移動させる。これによって各ピン部材６７が各取付け通路６０の回動案内溝部５７の部分に達する。そして取付け具３８を保持しつつ回転ツール保持具３７を回動させると、各ピン部材６７が回転案内溝部５７を周方向に移動する。このとき回転案内溝部５７が周方向全周にわたって形成されているので、つまり連なっているので、回転ツール保持具３７をいくら回動させても、ピン部材６７が前記回動案内溝部５７に衝突することがない。
【００５８】
そして各ピン部材６７が係合凹部５９の開口端に達した後、回転ツール保持具３７を回転軸方向一方Ｚ１に戻すことによって各ピン部材６７が各係合凹部５９に嵌まり込む。これによって回転ツールユニット３４が回転ツール保持具３７に取付けられる。
【００５９】
このようにして取付けられると、前記付勢部材６９の付勢力により各ピン部材６７が各係合凹部５９に押し付けられて、各ピン部材６７の各係合凹部５９から離脱が阻止される。即ち取付け具３８の離脱が阻止された状態で回転ツール保持具３７に取付けられる。またこのように取付けられると、回転ツール３３の取合い部７４は、ばね受け皿６８を介して付勢部材６９に付勢され他状態で回転ツール保持具３７の嵌合孔部６１に嵌合される。そのため回転ツール３３は、回転ツール保持具３７とばね受け皿６８とによって挟持されて、回転ツール保持具３７に装着されている。このように装着された回転ツール３３と取付け具３８は、その軸線が基準軸Ｌ０に一致している。
【００６０】
このような取付け方で回転ツールユニット３４を回転ツール保持具に取付けることによって、摩擦撹拌接合後に接合対象物から回転ツール３３を引抜く際、回転ツール３３と接合対象物とがくっついてしまっているが、このような状態でも前記回転ツール３３に複数のピン部材６７を先端部分から離脱することなく回転ツール３３を引き抜くことができる。これにより前記複数のピン部材６７が取付け通路６０から抜けることを阻止することができる。つまり摩擦撹拌接合後に接合対象物から回転ツール３３を引抜く際、前記回転ツール３３が回転ツール保持具３７から外れることがない。それ故、異なる部位に対して連続して摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００６１】
またＦＳＪガン２３では、摩擦撹拌接合する際、回転ツール保持具３７が嵌合孔部６１に嵌合する回転ツール３３の取合い部７４を押すことにより回転ツール３３を接合対象物に押し付けている。これにより、押付け時には、回転ツール保持具３７と回転ツール３３との間には相対変位が生じず、ましてや回転ツール保持具３７と取付け具３８との間にも相対変位が生じない。そのため、回転ツール３３を接合対象物に押付けても回転ツール保持具３７に対して付勢部材６９が与える付勢力に変化がない。そのため、回転ツール３３の接合対象物に対する押付力を所望の値に制御する際、前記付勢部材６９の付勢力を考慮する必要がなく、前記押付力を所望の値に制御することが容易である。この作用効果については、回転ツール保持具３７の他端部と回転ツール３３の一端部が互いに対応する形状に形成されて当接するような形状であっても同様に得られる
また嵌合孔部６１のテーパ部分６２に取合い部７４の調芯部７６を嵌合することによって、前記テーパ部分６２への調芯部７６の挿入が容易であると共に、回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸とが調芯される。これにより所望の位置にて回転ツール３３を回転させることができ、所望の位置と実際の接合位置とのズレを少なくすることができる。また回転軸方向Ｚの荷重を面全体で受けることができる。
【００６２】
また嵌合孔部６１の正方形部分６３に取合い部７４の回動阻止部７７が嵌合する。これにより回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべることなく、回転ツール保持具３７の回動力が回動阻止部７７を介して回転ツール３３に伝達される。これにより回動阻止部７７で回転ツール保持具３７からの回動力を受けることができるので、ピン部材６７に大きな負荷が作用しない。これによってピン部材の破損を防ぐことができる。また回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべらないので、回転ツール保持具３７からの回動力を回転ツール３３に確実に伝達することができる。これによって回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべることを想定して、ＦＳＪガン本体２６が回転ツール保持具３７に対し余剰な回動力を与える必要がなく、ＦＳＪガン本体２６の出力を小さくすることができる。
【００６３】
また付勢部材６９を取付け具３８に設けることで、回転ツール保持具３７の構成が簡単になる。また取付け作業が複雑な回転ツール保持具３７をＦＳＪ本体２６に取付けたままにすることができる。これにより回転ツール３３を交換する際、回転ツール保持具３７に取付ける作業を省くことができる。また回転ツール３３の取付けに関し、回転ツール３３を挿入した取付け具３８の複数のピン部材６７を各取付け通路６０の開口端から係合凹部５９まで移動させるような動作を行うことで実現できる。従って、回転ツール３３の取付けが容易である。そのため作業者が手作業で行わなくとも、機械により自動的に回転ツール３３を取付けることができる。以下では、ＦＳＪガン２３を用いて回転ツール３３を自動的に着脱するために用いられるツールチェンジャ８０について説明する。
【００６４】
図９は、ツールチェンジャ８０を拡大して示す拡大断面図である。工具交換装置であるツールチェンジャ８０は、基台８１と、複数の支持体８２と、工具載置台８３と、ばね部材８４と、リミットスイッチ８９とを有する。基台８１は、設置対象２４に立設されている。この基台８１の上端部には、複数の支持体８２が立設されている。本実施の形態では、３つの支持体８２が設けられている。これら立設された３つの支持体８２には、上下方向にスライド変位可能に工具載置台８３が設けられている。載置台である工具載置台８３は、板状のプレート部８５と円筒状の載置部８６とを有する。プレート部８５には、３つの支持体８２が貫通しており、これにより３つの支持体８２に対し上下方向にスライド変位することができる。また３つの支持体８２上端部側にストッパ部材８７がそれぞれ設けられており、これによりプレート部８５が支持体８２から離脱することが阻止される。そしてプレート部８５の上面には、載置部８６が設けられている。
【００６５】
載置部８６の下端は、プレート部８５に固定されている。また載置部８６の上端の周縁部には、複数の位置決めピン８８が周方向に互いに間隔をあけて設けられている。位置決めピン８８は、載置部８６の上端の周縁部から上方に突出するように設けられている。また位置決めピン８８は、取付け具３８のケーシング６６に形成される位置決め孔７１に対応するように形成されている。このように構成される工具載置台８３と基台８１との間には、３つの支持体８２の各々に巻装されたばね部材８４が介在している。これらばね部材８４は、圧縮コイルばねであり、３つの支持体８２にそれぞれ巻装された状態で、基台８１と工具載置台８３とにより挟持される。
【００６６】
このように配設された工具載置台８３は、ばね部材８４により上方に付勢されて基台８１から所定距離だけ離隔して配置される。これにより工具載置台８３が下方に押付けられても工具載置台８３を下方に逃がすことができ、前記押付け動作を許容することができる。またばね部材８４では許容できない程、過度に押付けられた場合を想定し、工具載置台８３には、リミットスイッチ８９が設けられる。リミットスイッチ８９は、制御装置３９に電気的に接続されており、工具載置台８３の上下方向の変位を検出している。リミットスイッチ８９は、予め定められた許容範囲以上の工具載置台８３の下降を検出し、その検出結果を制御装置３９に出力するように構成されている。制御装置３９は、その検出結果に応じて回転駆動手段３０、スライド駆動手段３１及びロボット２２の駆動を停止する。これにより回転ツールユニット３４を自動着脱する際、回転ツールユニット３４に工具載置台８３を予め定められた許容範囲以上下降させるような大きな荷重が作用することを防ぐことができる。
【００６７】
以下では、ツールチェンジャ８０を用いた回転ツールユニット３４の自動交換の方法について説明する。なお以下では、回転軸方向Ｚと上下方向とが略平行であるものとして説明する。図１０は、回転ツール装着具２９がツールチェンジャ８０の上方で待機している状態を一部拡大して示す拡大断面図である。ツールチェンジャ８０の工具載置台８３には、位置決めピン８８を位置決め孔７１に嵌合させた状態で取付け具３８が載置されている。この取付け具３８には、下側に摩擦撹拌部７５が配置されるように回転ツール３３が挿入されている。これにより回転ツール３３の取合い部７４の一部がケーシング６６の開口端６６ｄから上方に突出する。そしてＦＳＪガン本体２６は、図１０に示すように回転ツール装着具２９に回転ツール保持具３７を装着した状態で、回転ツール装着具２９をツールチェンジャ８０の上方に待機させている（待機状態）。なお待機状態では、回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸とが略一致し、平面視において複数のピン部材６７と複数の挿入溝部５８とをそれぞれ対応させて配置されている。この配置関係は、制御装置３９がロボット２２を制御することによって実現される。
【００６８】
図１１は、図１０の待機状態から回転ツール装着具２９が下降した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。図１１（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の切断線Ｂ−Ｂで切断して上方から見た拡大断面図である。待機状態において、制御装置３９は、図示しない操作手段又はプログラム等から回転ツール３３を装着すべき指令を受けると、待機状態にあるＦＳＪ本体２６のスライド駆動手段３１を駆動し回転ツール装着具２９を下降させる。回転ツール装着具２９を下降させていくと、嵌合孔部６１に取合い部７４の調芯部７６が容易に挿入される。
【００６９】
更に下降させていくと、嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合すると共に複数のピン部材６７が複数の挿入溝部５８へと挿入される。このとき嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合する際、調芯部７６が嵌合孔部６１のテーパ部分６２の内周面に摺動しながら上昇する。これにより回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸との軸ずれが更に小さくなるように調整される。
【００７０】
更に下降させていくと、回転ツール保持具３７が取合い部７４を押付けて取合い部７４を支持しているばね受け皿６８を下方へと押し下げる。これにより、図１１に示すように各ピン部材６７が挿入溝部５８を上昇していき回動案内溝部５７へと達する。制御装置３９は、このような下降完了状態になるまで回転ツール装着具２９を下降させる。このとき回転ツール装着具２９の下降動作によって、前記回転ツール装着具２９から工具載置台８３に与えられる荷重は、ばね部材８４によって吸収される。しかし前記荷重を吸収できない程に大きな荷重が作用した場合、つまり工具載置台８３が所定の許容範囲以上に下降した場合、リミットスイッチ８９が作動し、スライド駆動手段３１の駆動を停止させ、回転ツール３３の装着（交換）を停止する。
【００７１】
図１２は、図１１の下降完了状態から回転ツール装着具２９を回動させた状態を一部拡大して示す拡大断面図である。図１２（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す拡大断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の切断線Ｃ−Ｃで切断して上方から見た拡大断面図である。下降完了状態になると、制御装置３９は、下降制御を停止し、次に回転駆動手段３０を駆動して回転ツール装着具２９を基準軸Ｌ０周りに回動させる。これにより複数のピン部材６７は、回動案内溝５７内を周方向に移動する。そして４５度回動させると、図１２に示すように前記各ピン部材６７が各係合凹部５９の上方にそれぞれ配置される。
【００７２】
図１３は、図１２の回転ツール装着具２９に回転ツールユニット３４が取付けられた状態を一部拡大して示す拡大図である。図１３（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す断面図であり、図１３（ｂ）は、装着された状態における回転ツール保持具３７とピン部材６７との位置関係を示すべく、図１３（ａ）の矢符Ｄに示す方向に見た拡大側面図である。前記複数のピン部材６７が複数の係合凹部５９の上方にそれぞれ配置されると、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を少し上昇させる。それと共に付勢部材６９により回転ツール保持具３７が上方に押し上げられる。これによって各ピン部材６７は、図１３（ｂ）に示すように各係合凹部５９へと挿入され嵌まり込む。このとき回転ツール保持具３７が上方に付勢されたままの状態で各ピン部材６７が係合凹部５９に嵌まり込むので、各ピン部材６７は各係合凹部５９からの離脱が阻止されるように嵌まり込む。これによって取付け後に各ピン部材６７が各係合凹部５９から不用意に離脱することを防ぐことができる。
【００７３】
このように回転ツール装着具２９を下降及び回動させることにより、各ピン部材６７が取付け通路６０を移動し、前記各ピン部材６７を取付け通路６０の先端部分である係合凹部５９へと導くことができる。これによってＦＳＪガン本体２６に回転ツールユニット３４を自動的に取付けることができる。
【００７４】
図１４は、図１３の回転ツールユニット３４をツールチェンジャ８０から取り外した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。ＦＳＪガン本体２６に回転ツールユニット３４を取付けると、制御装置３９は、図１４に示すように回転ツール装着具２９を上昇させて、取付け具３８を工具載置台８３から取り外す。これによって回転ツール３３の取付けが終了する。
【００７５】
回転ツールユニット３４の取外しは、取付け動作の逆の動作を行うことによって可能である。具体的に説明すると、まず制御装置３９は、ロボット２２により回転ツールユニット３４が取付けられた回転ツール装着具２９を、ツールチェンジャ８０の上方に配置する。このとき、平面視において、回転ツール３３の摩擦撹拌部７５が載置部８６の内方に配置され、回転ツール３３の各位置決め孔７１が各位置決めピン８８に対応するように配置される。その後、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を下降させて、回転ツールユニット３４を工具載置台８３に載置させる。このとき各位置決めピン８８には、各位置決め孔７１が嵌まり込み、取付け具３８が工具載置台８３に対し回動不能になる。
【００７６】
制御装置３９は、更に回転ツール装着具２９を下降させて、ばね受け皿６８を下降させる。これによって複数のピン部材６７が係合凹部５９から離脱する。更に制御装置３９は、この状態から回転ツール装着具２９を回動させ、複数のピン部材６７を挿入溝部５８の上方まで移動させる。そして最後に、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を上昇させて、回転ツールユニット３４から回転ツール保持具３７を取り外す。このような容易な簡単な制御によって回転ツール３３を回転ツール保持具３７から取り外すことができる。
【００７７】
このようにツールチェンジャ８０を用いることによって、ＦＳＪガン本体２６が有する回動機能及びスライド機能によって回転ツール３３を交換することができ、更なる機能をＦＳＪガン本体２６に付加する必要がない。従って従来のＦＳＪガン本体２６も用いることができ、利便性が高い。
【００７８】
なお本実施の形態では、回転ツール保持具３７の外周面に取付け通路６０が形成されているけれども、その内周面に取付け通路６０が形成されていてもよい。この場合、回転ツール保持具３７は、その回転軸方向他端部が取付け具３８を覆うように構成され、また複数のピン部材６７が取付け具３８の外周面から突出して前記取付け通路６０を移動するように取付け具３８が構成される。また本実施の形態では、取付け通路６０について鉤状のものだけを説明しているけれども、それ以外の形状であってもよい。以下にその一部が鉤状に形成されているものであってもよい。具体的には、図１５（ａ）に示すように、隣接する回動案内溝部５７が互いに接続されていないものであってもよい。また図１５（ｂ）に示すように係合凹部５９が形成されていなくともよい。この場合、付勢部材６９は、圧縮コイルばねではなく、捻りばねを用いて回転ツール保持具３７を回動方向に付勢することによって、ピン部材６７の離脱を阻止することができる。
【００７９】
前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、工具を自動交換可能であって、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押付力を所望の値に制御することが容易であることが必要な摩擦撹拌接合装置及びそれを備える摩擦撹拌接合設備に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合設備を示す正面図である。
【図２】ＦＳＪガンの回転ツール装着具に回転ツールユニットを装着した状態を示す断面図である。
【図３】回転ツール保持具に回転ツールユニットを取付けた状態を示す斜視図である。
【図４】回転ツール保持具及び回転ツールユニットの分解斜視図である。
【図５】回転ツール保持具を拡大して示す側面図である。
【図６】回転ツール保持具を拡大して示す底面図である。
【図７】回転ツールユニットを拡大して示す拡大断面図である。
【図８】回転ツールユニットを拡大して示す平面図である。
【図９】ツールチェンジャ８０を拡大して示す拡大断面図である。
【図１０】回転ツール装着具がツールチェンジャの上方で待機している状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１１】図１０の待機状態から回転ツール装着具が下降した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１２】図１１の下降完了状態から回転ツール装着具を回動させた状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１３】図１２の回転ツール装着具に回転ツールユニットが取付けられた状態を一部拡大して示す拡大図である。
【図１４】図１３の回転ツールユニットをツールチェンジャから取り外した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１５】取付け通路の別形態を示す側面図である。
【図１６】第１の従来技術の回転ツール保持具を示す断面図である。
【図１７】第２の従来技術の取付け構造におけるロボットハンドとグリップとを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
２１ 摩擦撹拌接合設備
２３ 摩擦撹拌接合ガン
２４ 設置対象
２６ 摩擦撹拌接合ガン本体
３３ 回転ツール
３４ 回転ツールユニット
３９ 制御装置
４０ 回転基台
５７ 回動案内溝部
５８ 挿入溝部
５９ 係合凹部
６０ 取付け通路
６１ 嵌合孔部
６２ テーパ部分
６３ 正方形部分
６７ ピン部材
６９ 付勢部材
７０ 挿通孔
７１ 位置決め孔
７４ 取合い部
７５ 摩擦撹拌部
７６ 調芯部
７７ 回動阻止部
８０ ツールチェンジャ
８１ 基台
８２ 支持体
８３ 工具載置台
８８ ピン部材
８９ リミットスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、それを有する摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、第１の従来技術の回転ツール保持具１を示す断面図である。従来の技術の摩擦撹拌接合装置である摩擦撹拌接合ガン（以下、「ＦＳＷガン」という）は、ガンアダプタを介して、ロボットの先端部に装着される。このＦＳＷガンは、Ｃ字状の支持フレームを有する。この支持フレームの一端部には、図示しない固定ツール保持具が設けられ、また支持フレームの他端部には、回転ツール保持具１が設けられている。
【０００３】
回転ツール保持具１は、回転ツール２を保持するためのものである。この回転ツール保持具１は、ＦＳＷガンの駆動軸に固定され、テーパ状の内周面が形成される回転基台３と、回転基台３に嵌まり込んで保持され、テーパ状の外周面が形成されるチャック部材４と、チャック部材４に着脱可能に連結されて回転基台３に螺着される操作片５とを有する。回転基台３に対して操作片５を回転させて軸方向に変位させることによって、チャック部材４の内径を変化させることができる。
【０００４】
この回転ツール保持具１は、チャック部材４内に回転ツール２の円筒状の軸部６を挿入し、操作片５を手作業で回転させてチャック部材４の内径を収縮させることで、回転ツール２を把持する。このように把持することにより、回転ツール２は、回転基台３と共に回転し、摩擦撹拌接合後に接合対象物と接合された回転ツール２を接合対象物から引き抜くことが可能となる。
【０００５】
このような回転ツール保持具１は、操作片５の手動操作によって、回転ツール２を着脱することができるように構成され、回転ツール２が摩耗した場合などに、交換することができる。（例えば特許文献１および特許文献２参照）
摩擦撹拌接合では、接合対象物の部位の形状及び材質に応じて回転ツール２を交換する必要がある。第１の従来技術のように回転ツール２を手作業で行うことは、極めて効率が悪いので、機械操作によって自動的に回転ツール２を交換できるツールチェンジャの開発が望まれている。そして１つとして第２の従来技術のようなロボット先端のロボットハンドに取付けられたグリップを機械操作によって自動的に交換できる装置を適用することが考えられる。
【０００６】
図１７には、第２の従来技術の取付け構造におけるロボットハンド１０とグリップ１５とを示す断面図である。ロボットハンド１０は、円筒状の上下送り軸１１と、上下送り軸１１内に回動可能に収容された有底円筒状の回転軸１２と、前記回転軸１２内にコイルスプリング１３によって下方に付勢されて収容されたグリップ押さえ１４とを備えている。また回転軸１２は、下方に開口しており、その下端には、鉤状の溝部１２ａが複数形成されている。
【０００７】
グリップ１５は、前記回転軸１２内に嵌合するシャンク１６を有し、このシャンク１６の周面には、前記複数の溝部１２ａに対応させて複数のローラ１７が設けられている。そしてシャンク１６の下端には、プレート１８が設けられており、このプレート１８が収納ベース１９に設けられた位置決めピン１９ａにより位置決めされて、収納ベース１９に載置されている。
【０００８】
グリップ１５をロボットハンド１０に装着する際、まず上下送り軸１１を下方に移動させ、各ローラ１７を各溝部１２ａの開口に挿入しつつシャンク１６を回転軸１２に挿入する。更に上下送り軸１１の上下動及び回転軸１２の回動を組み合わせて、各ローラ１７を各溝部１２ａの先端部分へと移動させて嵌めこむ。先端部分に嵌まり込んだ各ローラ１７は、シャンク１６がグリップ押さえ１４により下方に押圧されているため、その先端部分からの離脱が阻止される。これによりグリップ１５がロボットハンド１０に自動的に装着される。（例えば特許文献３参照）
【特許文献１】特開２００１−３１４９８２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７０６７号公報
【特許文献３】特開昭５５−１５１４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
摩擦撹拌接合では、回転基台３を介して回転ツール２を接合対象物に押し付けながら接合対象物を撹拌する必要があり、その押付力は、図示しない制御装置により所望の値になるように制御されている。第２の従来技術の取付け構造を第１の従来技術の摩擦撹拌接合装置の適用した場合、回転ツール保持具１はグリップ押さえ１４を介してグリップ１５に相当する回転ツール２を下方に押圧する。これにより回転ツール保持具１から回転ツール２に与える押付力がコイルスプリング１４により吸収されてしまう。そのため回転ツール２を所望の押付力で押し付けるためには、グリップ押え１４に付勢される付勢力をも考慮しなければならない。グリップ押え１４に付勢される付勢力をも考慮すると、接合対象物に対する回転ツール２の押付力の制御が複雑となる。
【００１０】
本発明の目的は、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押圧力を所望の値に制御することが容易な摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造、それを備える摩擦撹拌接合装置及びそれ備える摩擦撹拌接合設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造は、摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造であって、一端部が前記摩擦撹拌接合装置本体に取り付けられ、他端部の周面において、前記一端部と反対側に開口する開口端を有する複数の取付け通路が周方向に間隔をあけて形成される保持手段と、前記取付け通路の開口端から挿入される複数の取付け部材を有し、これら複数の取付け部材が前記取付け通路を移動して前記取付け通路の先端部分にそれぞれ嵌まり込むことで前記保持手段の他端部に取付けられる取付け手段と、前記取付け手段に設けられ、一端部が保持手段の他端部に当接し、かつ他端部に摩擦撹拌部を有する工具とを有し、前記取付け手段には、前記各取付け部材が前記先端部分から離脱しないように前記保持手段をその一端部側に付勢する付勢手段が設けられることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に従えば、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く際、工具と接合対象物とがくっついてしまっているが、このような状態でも前記工具に複数の取付け部材が先端部分から離脱することなく工具を引き抜くことができる。つまり摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く際、前記工具が保持手段から外れることがない。それ故、連続して摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１３】
また本発明では、保持手段と工具とが当接しているので、摩擦撹拌接合において保持手段により工具をして工具を接合対象物に押し付ける際、保持手段と工具との間には相対変位が生じない。そのため保持手段との間にも相対変位が生じず、工具を接合対象物に押付けても、付勢手段から保持手段に与えられる付勢力も変化しない。それ故、工具の接合対象物に対する押付力を所望の値に制御する際、前記付勢手段の付勢力を考慮する必要がなく、前記押付力を所望の値に制御することが容易である。
【００１４】
また付勢手段を取付け手段に設けることで、保持手段の構成が簡単になる。そして保持手段を摩擦撹拌接合装置本体に取付けたままにすることができる。これにより工具を交換する際、保持手段を摩擦撹拌接合装置に取付ける作業を省くことができる。また工具の取付けが、複数の取付け部材を各取付け通路の開口端から先端部まで移動させる動作を行うことで実現できる。従って工具の取付けが容易である。
【００１５】
上記発明においては、前記保持手段の他端部には、嵌合孔部が形成され、前記工具の一端部には、取合い部が形成され、前記嵌合孔部に前記取合い部を嵌合することで、前記保持手段と工具とが互いに当接することが好ましい。本発明に従えば、嵌合孔部に取合い部を嵌合させることで、回転軸に対して直交する方向への位置ズレを抑制し、所望の位置での接合を可能にする。
【００１６】
上記発明においては、前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいてテーパ状に形成されたテーパ部分を有し、前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいて前記嵌合孔部に対応するテーパ状に形成された調芯部を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に従えば、嵌合孔部のテーパ部分に取合い部の調芯部を嵌合することによって、前記テーパ部分への調芯部の挿入が容易であると共に、工具の軸と保持手段の軸とが調芯される。これにより所望の位置に工具を押し付けて回転させることができ、所望の位置と実際の接合位置とのズレを少なくすることができる。また回転軸に沿う方向の荷重を面全体で受けることができる。
【００１８】
上記発明においては、前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記回転軸に沿う方向に見て非円形状に形成された非円形部分を有し、前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記嵌合孔部の非円形部分に対応する非円形状に形成された回動阻止部を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に従えば、嵌合孔部の非円形部分に取合い部の回動阻止部が嵌合する。これにより保持手段と工具とがすべることなく、保持手段の回動力が回動阻止部を介して工具に伝達される。第２の従来の技術では、ロボットハンドに対してグリップを回動させる際、ロボットハンドの回動力はローラを介してグリップに与えられている。そのためローラに大きな荷重が作用する。これに対し本発明では、回動阻止部で保持手段の回動力を受けることができるので、取付け部材に大きな負荷が作用しない。これによって取付け部材の破損を防ぐことができる。また保持手段と工具とがすべらないので、保持手段からの回動力を工具に確実に伝達することができる。これによって保持手段と工具とがすべることを想定して、摩擦撹拌接合装置本体が保持手段に対し余剰な回動力を与える必要がなく、摩擦撹拌接合装置本体の出力を小さくすることができる。
【００２０】
上記発明においては、前記複数の取付け通路は、前記開口端及び先端部分に接続し周方向に伸びる回動案内溝部を有する鉤形状に形成され、互いに隣接する前記取付け通路の前記回動案内溝部は、互いに接続されていることが好ましい。
【００２１】
本発明に従えば、取付け部材を取付け通路の開口端から先端部分まで移動させる際、取付け部材を開口端に挿入して回動案内溝部まで移動させた後、保持手段を回動させることで取付け部材が回動案内溝部内を移動する。そしてその後、取付け部材を先端部分に嵌め込む。互いに隣接する取付け通路の回動案内溝部が互いに接続されることにより、保持手段を過剰に回動させても、取付け部材が前記回動案内溝部に衝突することがない。
【００２２】
本発明の摩擦撹拌接合装置は、上記発明のうちの何れか１つの摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造と、前記摩擦撹拌接合装置本体とを備えるものである。本発明に従えば、上記のような摩擦撹拌接合装置を実現することができる。
【００２３】
本発明の摩擦撹拌接合設備は、上記発明の摩擦撹拌接合装置と、前記保持手段の回動及び移動を制御する制御装置と前記工具が挿通された前記取付け手段を載置可能な工具交換装置とを備え、前記取付け手段及び前記工具交換装置は、前記工具交換装置に対して前記取付け手段が前記工具の回転軸まわりに回転不能に載置されているものである。
【００２４】
本発明に従えば、まず工具が挿通された状態で前記取付け手段が載置された工具交換装置の取付け手段が載置された側に保持手段を配置する。次に制御装置は、保持手段を取付け手段に向って移動させて、保持手段の嵌合孔部に工具の取合い部を嵌合させると共に、各取付け部材を各取付け通路の開口端に挿入させる。その後、制御装置は、保持手段を移動及び回動させる。このとき取付け手段が交換装置に対して回転軸まわりに回転不能に載置されているため、保持手段と取付け手段とが共回りせずに保持手段だけを回動させることができる。これにより複数の取付け部材を取付け通路の先端部分まで移動させることができ、保持手段に取付け手段が取付けられる。交換装置を用いることにより、このような方法で工具の自動装着を行うことができる。また前記方法とは逆に動かすことによって、工具の自動離脱が可能となる。このように交換装置を用いることにより、工具の自動装着及び自動取外し、つまり工具の自動交換が可能となる。
【００２５】
上記発明においては、前記工具交換装置は、基台と、前期取付け手段を載置可能な載置台と、前記基台が前記一端部に設けられ、前記基台に対し近接離隔可能に前記載置台が他端部に設けられた支持手段と、前記載置台を前記基台から離反する方向に向って付勢する載置台付勢手段と、前記載置台の前記基台に近接する方向の変位が予め定められた許容範囲以上か否かを検出する検出手段とを備え、前記制御装置は、前記検出手段の検出結果に応じて保持手段の移動を停止することが好ましい。
【００２６】
本発明に従えば、保持手段に交換装置に載置された取付け手段を取付ける際、載置台に対して基台に向かう大きな荷重が作用しても、載置台を基台に近接する方向に変位させることにより前記荷重を付勢手段により吸収することができる。
【００２７】
また本発明では、載置台の変位が予め定められた許容範囲以上になると、そのことを検出手段が検出する。制御装置は、この検出結果に応じて保持手段の移動を停止する。これにより工具を自動交換する際、載置台、取付け手段及び保持手段に大きな荷重が作用することを防いでいる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押付力を所望の値に制御することが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合設備２１を示す正面図である。摩擦撹拌接合設備２１は、ロボット２２と、ロボット２２の先端部２５に設けられる摩擦撹拌接合ガン２３と、ツールチェンジャ８０とを含んで構成される。
【００３０】
ロボット２２は、汎用ロボットなどと呼ばれる多軸ロボット、本実施の形態では６軸ロボットであって、工場の床などの設置対象２４に設置される。このロボット２２は、その先端部２５を、互いに直交する３軸方向に変位させることができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位させることができるように構成されている。このロボット２２の先端部２５に摩擦撹拌接合ガン２３（以下、「ＦＳＪガン」という）が設けられている。従ってロボット２２は、摩擦撹拌接合ガン２３を前記互いに直交する３軸方向に変位することができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位することができる。このように構成されるロボット２２の前記互いに直交する３軸方向に変位及び前記互いに直交する３軸まわりに角変位は、制御装置３９によって制御されている。
【００３１】
摩擦撹拌接合装置であるＦＳＪガン２３は、複数の接合対象物を摩擦撹拌接合するための装置である。ＦＳＪガン２３は、工具である回転ツール３３を、複数の接合対象物の少なくともいずれか一方に当接させて高速で回転させることにより複数の接合対象物の一部を軟化させて流動させて複数の接合対象物を接合する装置である。このＦＳＪガン２３は、ＦＳＪガン本体２６と、回転ツール保持具３７と、回転ツール３３を備える回転ツールユニット３４（図２参照）を有する。またＦＳＪガン本体２６は、支持フレーム２７と、固定ツール保持具２８と、回転ツール装着具２９と、回転駆動手段３０と、スライド駆動手段３１とを有する。
【００３２】
支持フレーム２７は、大略的にＣ字状に形成される。この支持フレーム２７が、ガンアダプタ３２を介して、ロボット２２の先端部２５に固定される。固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７において、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位から遠い側の端部である一端部に設けられる。この固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７に固定されており、固定ツール３５を着脱自在に保持する。固定ツール３５は、固定ツール保持具２８に保持された状態で、その軸が予め定める基準軸Ｌ０と一致するように配置され、支持フレーム２７に対する相対変位が阻止されて固定的に設けられる。
【００３３】
回転ツール装着具２９は、支持フレーム２７において、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位に近い側の端部である他端部に、固定ツール保持具２８に対向するように設けられる。この回転ツール装着具２９は、回転ツール保持具３７を把持する回転基台４０を有する。回転ツール保持具３７は、回転ツールユニット３４を保持可能に構成されている。従って、回転ツールユニット３４を保持する回転ツール保持具３７を回転基台４０によって把持することで、前記回転ツールユニット３４を回転ツール装着具２９に装着することができる。
【００３４】
支持フレーム２７には、駆動軸３６が設けられ、この駆動軸３６の一端部に回転基台４０が固定されている。駆動軸３６は、その軸を基準軸Ｌ０と一致させて、回転軸である基準軸Ｌ０まわりに回転可能にかつ基準軸Ｌ０に沿ってスライド変位可能に設けられている。なおこの基準軸Ｌ０に平行な方向が回転軸方向Ｚである。この駆動軸３６の回転及び変位に伴って、回転基台４０が基準軸Ｌ０まわりに回転し、また回転軸方向Ｚに変位する。そしてこの回転基台４０に回転ツール保持具３７が保持される。回転ツール保持具３７は、そこに保持された回転ツールユニット３４の回転ツール３３の軸が基準軸Ｌ０と一致するように配置される。これにより駆動軸３６を回転させることで回転ツール３３が回転軸である基準軸Ｌ０まわりに回転し、また駆動軸３６を変位させることで回転ツール３３が回転軸方向Ｚに変位する。
【００３５】
回転駆動手段３０は、サーボモータによって実現される回転駆動源４１と、回転駆動源４１から駆動軸３６に駆動力を伝達する回転伝達機構４２とを有する。この回転駆動手段３０は、回転駆動源４１から出力される回転駆動力を回転伝達機構４２によって駆動軸３６に伝達し、駆動軸３６を基準軸Ｌ０まわりに回転駆動する。これによって回転ツール保持具３７を介して回転基台４０に装着された回転ツールユニット３４が基準軸Ｌ０まわりに回転駆動する。
【００３６】
スライド駆動手段３１は、サーボモータによって実現されるスライド駆動源４３と、スライド駆動源４３から駆動軸３６に駆動力を伝達するスライド伝達機構４４とを有する。このスライド駆動手段３１は、スライド駆動源４３から出力される回転駆動力を、スライド伝達機構４４によって回転軸方向Ｚへのスライド変位駆動力に変換して駆動軸３６に伝達する。これによって駆動軸３６が回転軸方向Ｚにスライド変位する。駆動軸３６がスライド変位することにより、回転ツール保持具３７を介して回転基台４０に装着された回転ツールユニット３４が回転軸方向Ｚに変位する。回転駆動手段３０及びスライド駆動手段３１は、ロボット２２と共に制御装置３９に電気的に接続されており、制御装置３９により制御される。これにより制御装置３９は、回転ツール保持具３７の回動及び移動を制御すると共に、回転ツール３３の回転及び移動を制御するように構成される。
【００３７】
このような構成を有するＦＳＪガン２３は、回転駆動手段３０により回転ツール３３を回転させた状態で、スライド駆動手段３１により回転ツール３３を固定ツール３５に向って変位させる。そして接合対象物の接合位置に回転ツール３３を約６００ｋｇｆの荷重で押付けることにより、前記接合位置の部分が軟化して流動し、そして接合される。この接合位置は、ロボット２２を駆動してロボット２２の先端に設けられたＦＳＪガン２３を変位及び角変位させることにより変えることができる。
【００３８】
ツールチェンジャ８０は、回転ツール３３をＦＳＪガン本体２６に着脱するために用いられる装置である。このツールチェンジャ８０は、ＦＳＪガン本体２６と協働することにより回転ツール３３の自動交換を実現する。ツールチェンジャ８０は、ロボット２２が設置される設置対象２４に設置される。
【００３９】
図２は、ＦＳＪガン２３の回転ツール装着具２９に回転ツールユニット３４を装着した状態を示す断面図である。回転ツール装着具２９は、支持基台４５と、回転基台４０と、チャック部材５１と、操作片５２とを含んで構成される。支持基台４５は、支持フレーム２７（図１参照）に回転軸方向Ｚにスライド変位可能に支持されている。この支持基台４５には、内方にボールベアリングによって実現される軸受手段４６が収容されている。この軸受手段４６内には、軸を基準軸Ｌ０と一致させた回転基台４０が部分的に嵌り込むように設けられている。そのため回転基台４０は、基準軸Ｌ０まわりに回転可能に支持基台４５に保持される。また回転基台４０は、回転軸方向Ｚのスライド変位が阻止された状態で支持基台４５に設けられ、駆動軸３６側の端部である回転軸方向一端部に形成される連結部４７で駆動軸３６に連結される。
【００４０】
また回転基台４０は、固定ツール保持具２８側の端部である回転軸方向他端部に、固定ツール保持具２８に向って開口する有底筒状の装着孔部４８が形成される。装着孔部４８の内周面は、開口端から離れるに従って縮経するテーパ状に形成されており、そこにチャック部材５１が嵌まり込んでいる。
【００４１】
チャック部材５１は、円筒形状を有し、その外周面が回転軸方向一端から他端に向かうに従って縮経するテーパ状に形成されている。またこの外周面の形状は、装着孔部４８の内周面の形状に略一致するように形成されている。そしてチャック部材５１の一端部には、操作片５２が着脱可能に連結されている。この操作片５２は、回転基台４０の開口端部に螺着されており、回転することで回転軸方向一方Ｚ１に変位することができる。この操作片５２を回転させて回転軸方向一方Ｚ１に変位させることで、チャック部材５１が回転基台４０を回転軸方向一方Ｚ１に摺動変位する。これによりチャック部材５１の内径が収縮する。チャック部材５１は、回転ツール保持具３７の一端部を挿通可能に構成されており、回転ツール保持具３７を挿通させた状態でチャック部材５１の内径を収縮させることで、回転ツール保持具３７がチャック部材５１に締め付けられて保持される。なお回転軸方向一方Ｚ１とは、回転ツール保持具３７から駆動軸３６に向う方向であり、図２の紙面上方向に相当する。そして回転軸方向他方Ｚ２は、回転軸方向一方Ｚ１の反対方向に相当する。
【００４２】
図３は、回転ツール保持具３７に回転ツールユニット３４を取付けた状態を示す斜視図である。図４は、回転ツール保持具３７及び回転ツールユニット３４の分解斜視図である。回転ツール保持具３７は、その回転軸方向他端部に回転ツールユニット３４が取付けられ、回転ツールユニット３４をＦＳＪガン本体２６に着脱可能に保持するものである。
【００４３】
図５は、回転ツール保持具３７を拡大して示す側面図である。図６は、回転ツール保持具３７を拡大して示す底面図である。以下、図２も参照しつつ説明する。保持手段である回転ツール保持具３７は、軸部５５と取付け部５６とを有する。軸部５５は、チャック部材５１に装着すべくチャック部材５１に挿通可能な円柱形状に形成されている。装着具５５の軸線方向一端部には、取付け部５６が一体的に設けられている。
【００４４】
取付け部５６は、装着具５５より大径の円板形状に形成され、その軸が軸部５５の軸と一致している。取付け部５６の外周部は軸部５５側の端部である軸線方向一端部がその周方向全周にわたって軸線方向に切欠かれている。それによって取付け部５６の外周部にその周方向全周にわたって伸びる回動案内溝部５７が形成される。更に取付け部５６の外周部には、その周方向に等間隔をあけて複数の挿入溝部５８が形成され、これら挿入溝部５８の間には、係合凹部５９がそれぞれ形成されている。実施の形態では、挿入溝部５８及び係合凹部５９は、前記取付け部５６の外周部において、その周方向９０度間隔で４つ形成されている。そして隣接する挿入溝部５８と係合凹部５９とは、周方向に４５度間隔で形成されている。ただしこれらの記載は、このような間隔に限定するものではない。
【００４５】
挿入溝部５８は、取付け部５６の軸線方向一端から他端まで貫通している。そのため前記挿入溝部５８は、一端が回動案内溝部５７に接続され、他端が回動案内溝部５７と反対側に開口している。また係合凹部５９は、一端が回動案内溝部５７に接続され、そこから取付け部５６の軸線方向中間部まで伸びている。そのため係合凹部５９の他端部は閉口している。このように形成された回動案内溝部５７、挿入溝部５８及び係合凹部５９は、互いに隣接する挿入溝部５８及び係合凹部５９と、回動案内溝５７におけるこれら挿入溝部５８及び係合凹部５９に挟まれた部分とによって、鉤状の取付け通路６０（図５の２点鎖線参照）が規定される。
【００４６】
また回転ツール保持具３７の取付け部５６側の端部である軸線方向他端部には、その軸線周りにおいて嵌合孔部６１（図２も参照）が形成されている。この嵌合孔部６１は、前記一端部から軸部５５にまで達しており、回転ツール保持具３７の一端側と他端側とで形状が異なっている。嵌合孔部６１は、回転ツール保持具３７の一端側が回転ツール保持具３７の一端に向うにつれて縮径するテーパ形状になり、他端側が非円形状、本実施の形態では正方形状になるように形成されている。即ち嵌合孔部６１は、前記一端側にテーパ状のテーパ部分６２を有し、前記他端側に非円形部分である正方形部分６３を有する。なお他端側の非円形状については、例えば楕円形、矩形、星型であってもよい。
【００４７】
このように構成された回転ツール保持具３７では、軸部５５の一部分がチャック部材５１に挿通される。そして操作片５２が回動し回転軸方向他方Ｚ２に変位することで、前記軸部５５がチャック部材５１に締め付けられる。これにより回転ツール保持具３７の一端部がＦＳＪガン本体２６に保持されて装着される。このとき回転ツール保持具３７は、軸部５５の軸が基準軸Ｌ０に一致するように回転ツール装着具２９に装着される。これにより回転ツール保持具３７の軸と回転ツール装着具２９の軸とが、基準軸Ｌ０に一致する。このようにして装着される回転ツール保持具３７の他端部、すなわち取付け部５６には、回転ツールユニット３４が取付けられる。
【００４８】
図７は、回転ツールユニット３４を拡大して示す拡大断面図である。図８は、回転ツールユニット３４を拡大して示す平面図である。以下では、図２乃至４も参照しつつ説明する。回転ツールユニット３４は、取付け具３８と回転ツール３３とを有する。取付け手段である取付け具３８は、ケーシング６６と、複数のピン部材６７と、ばね受け皿６８と、付勢部材６９とを有する。ケーシング６６は、有底円筒状に形成されている。ケーシング６６の底部６６ａには、ケーシング６６の軸線方向に貫通する挿通孔７０が形成され、また底部６６ａの周縁部には、軸線方向に沿って没入する複数の位置決め孔７１が周方向に等間隔をあけて形成されている。またケーシング６６の内周面６６ｂにおいて、前記底部側の部分が半径方向内方に突出している。これによりケーシング６６の内周面６６ｂには、段部６６ｃが形成される。そしてケーシング６６の開口端部には、周方向に等間隔をあけて複数のピン部材６７が設けられている。
【００４９】
取付け部材である複数のピン部材６７は、本実施の形態では段付平行ピンであり、ケーシング６６の外周部から半径方向内方に向かって貫通させて、その先端が前記ケーシング６６の内周面６６ｂから突出している。この複数のピン部材６７は、回転ツール保持具３７の挿入溝部５８に対応させて設けられている。従って本実施の形態では、周方向９０度間隔で４つ形成される。
【００５０】
更にケーシング６６内であって段部６６ｃと複数のピン部材６７との間には、ばね受け皿６８が設けられている。ばね受け皿６８は、円環状に形成された円板である。ばね受け皿６８は、ばね受け皿６８がケーシング６６の段部６６ｃと複数のピン部材６７との間を摺動可能に形成されている。またばね受け皿６８は、複数のピン部材６７によりケーシング６６から離脱することが阻止されているとともに、段部６６ｃから底部側に摺動変位することも阻止されている。そしてこのばね受け皿６８とケーシング６６の底部６６ａとの間には、付勢手段である付勢部材６９が介在している。付勢部材６９は、例えば圧縮コイルばねであり、そのばね定数は、１０Ｎ／ｍｍ以上６０Ｎ／ｍｍ以下である。この付勢部材６９は、その内径がばね受け皿６８の内径及び挿通孔７０の径より大きく形成され、ばね受け皿６８を付勢している。このように構成された取付け具３８には、回転ツール３３が挿通されている。
【００５１】
回転ツール３３は、大略的に円柱状に形成されている。回転ツール３３の軸方向一端部には取合い部７４が形成され、軸方向他端部には摩擦撹拌部７５が形成され、軸方向中間部には位置決め部７８が形成されている。取合い部７４は、回転ツール保持具３７の嵌合孔部６１に嵌合可能に形成されており、嵌合孔部６１の形状に対応させて形成されている。即ち回転ツール３３の軸方向一端部の先端側と軸方向他端部側とで、その形状が異なっている。
【００５２】
更に具体的に説明すると、取合い部７４における軸方向一端部の先端側の部分はその先端に向って進むにつれて縮径するテーパ形状に形成されており、軸方向他方部側の部分は非円形状、本実施の形態では正方形状に形成されている。これにより取合い部７４は、前記先端側においてテーパ状に形成された調芯部７６を有し、前記他端部側において正方形状に形成された回動阻止部７７を有する。調芯部７６及び回動阻止部７７の外形は、嵌合孔部６１のテーパ部分６２及び正方形部分６３の内形とそれぞれ略同形である。そのため嵌合孔部６１に取合い部７４を嵌合すると、回転ツール３３は、調芯部７６によりその軸が回転ツール保持具３７の軸に一致するように調整され、回動阻止部７７により回転ツール保持具３７に対し回動不能になる。なお回動阻止部７７の非円形状は、例えば楕円形、矩形、星型であり、回動阻止部７７が嵌合孔部６１に嵌合した状態で回転ツール３３が回動不能になるような形状であればよい。更に回動阻止部７７は、その対角線の長さが少なくとも取付け具３８のばね受け皿６８の内径より長く形成されている。そのため回転ツール３３を取付け具３８に挿通する際、回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置され、ばね受け皿６８により回転ツール３３が支持される（図７参照）。
【００５３】
摩擦撹拌部７５は、接合対象物の接合部位に当接しながら高速で回転することで、前記２つの接合対象物を摩擦撹拌接合するものである。また位置決め部７８は、取合い部７４の回動阻止部７７に一体的に設けられている。位置決め部７８は、その外形がばね受け皿６８の内径と略同一になるように形成されている。そのため位置決め部７８をばね受け皿６８に挿入することで、回転ツール３３の取付け具３８に対する半径方向の位置決めが行われる。
【００５４】
このような構成を有する回転ツールユニット３４は、取付け具３８のばね受け皿６８の内孔、付勢部材６９内及び挿通孔７０に回転ツール３３を挿入し、回転ツール３３の回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置されるまで押し込む。回転ツール３３の回動阻止部７７がばね受け皿６８に載置されることにより、回転ツール３３は位置決め部７８により取付け具３８に対する位置決めがなされ、回転ツールユニット３４が構成される。
【００５５】
そしてこのようにして構成された回転ツールユニット３４を回転ツール保持具３７に取付ける。具体的には、まず取付け具３８の開口部、つまりケーシング６６の開口部６６ｄに回転ツール保持具３７の取付け部５６を挿入する。このとき、平面視（回転軸方向Ｚに見た状態）において、嵌合孔部６１と取合い部７４との外形が一致し、かつ取付け具３８の各ピン部材６７と取付け部５６の各挿入溝部５８とが対応するような位置に配置してから取付け部５６を挿入する。なお取付け部５６の一部分だけを挿入した後に、回転ツールユニット３４回転させる等して前記位置に配置してもよい。
【００５６】
このように回転ツール保持具３７を取付け具３８に挿入することにより、嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合して回転ツール保持具３７の他端部と回転ツール３３の一端部が互いに当接し、そして各ピン部材６７が各挿入溝部５８に挿入される。このとき嵌合孔部６１のテーパ部６２及びに取合い部７４の調芯部７６より回転ツール３３の軸が回転ツール保持具３７の軸と一致するように調整される。そして回転ツール保持具３７とばね受け皿６８との間には僅かであるが間隙が形成されており、ばね受け皿６８は複数のピン部材６７に当接した状態にある。
【００５７】
この状態から更に回転ツール保持具３７を挿入方向である回転軸方向他方Ｚ２に押し込むことによって、回動阻止部７７がばね受け皿６８を押し込んで回転軸方向他方Ｚ２に移動させる。これによって各ピン部材６７が各取付け通路６０の回動案内溝部５７の部分に達する。そして取付け具３８を保持しつつ回転ツール保持具３７を回動させると、各ピン部材６７が回転案内溝部５７を周方向に移動する。このとき回転案内溝部５７が周方向全周にわたって形成されているので、つまり連なっているので、回転ツール保持具３７をいくら回動させても、ピン部材６７が前記回動案内溝部５７に衝突することがない。
【００５８】
そして各ピン部材６７が係合凹部５９の開口端に達した後、回転ツール保持具３７を回転軸方向一方Ｚ１に戻すことによって各ピン部材６７が各係合凹部５９に嵌まり込む。これによって回転ツールユニット３４が回転ツール保持具３７に取付けられる。
【００５９】
このようにして取付けられると、前記付勢部材６９の付勢力により各ピン部材６７が各係合凹部５９に押し付けられて、各ピン部材６７の各係合凹部５９から離脱が阻止される。即ち取付け具３８の離脱が阻止された状態で回転ツール保持具３７に取付けられる。またこのように取付けられると、回転ツール３３の取合い部７４は、ばね受け皿６８を介して付勢部材６９に付勢され他状態で回転ツール保持具３７の嵌合孔部６１に嵌合される。そのため回転ツール３３は、回転ツール保持具３７とばね受け皿６８とによって挟持されて、回転ツール保持具３７に装着されている。このように装着された回転ツール３３と取付け具３８は、その軸線が基準軸Ｌ０に一致している。
【００６０】
このような取付け方で回転ツールユニット３４を回転ツール保持具に取付けることによって、摩擦撹拌接合後に接合対象物から回転ツール３３を引抜く際、回転ツール３３と接合対象物とがくっついてしまっているが、このような状態でも前記回転ツール３３に複数のピン部材６７を先端部分から離脱することなく回転ツール３３を引き抜くことができる。これにより前記複数のピン部材６７が取付け通路６０から抜けることを阻止することができる。つまり摩擦撹拌接合後に接合対象物から回転ツール３３を引抜く際、前記回転ツール３３が回転ツール保持具３７から外れることがない。それ故、異なる部位に対して連続して摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００６１】
またＦＳＪガン２３では、摩擦撹拌接合する際、回転ツール保持具３７が嵌合孔部６１に嵌合する回転ツール３３の取合い部７４を押すことにより回転ツール３３を接合対象物に押し付けている。これにより、押付け時には、回転ツール保持具３７と回転ツール３３との間には相対変位が生じず、ましてや回転ツール保持具３７と取付け具３８との間にも相対変位が生じない。そのため、回転ツール３３を接合対象物に押付けても回転ツール保持具３７に対して付勢部材６９が与える付勢力に変化がない。そのため、回転ツール３３の接合対象物に対する押付力を所望の値に制御する際、前記付勢部材６９の付勢力を考慮する必要がなく、前記押付力を所望の値に制御することが容易である。この作用効果については、回転ツール保持具３７の他端部と回転ツール３３の一端部が互いに対応する形状に形成されて当接するような形状であっても同様に得られる
また嵌合孔部６１のテーパ部分６２に取合い部７４の調芯部７６を嵌合することによって、前記テーパ部分６２への調芯部７６の挿入が容易であると共に、回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸とが調芯される。これにより所望の位置にて回転ツール３３を回転させることができ、所望の位置と実際の接合位置とのズレを少なくすることができる。また回転軸方向Ｚの荷重を面全体で受けることができる。
【００６２】
また嵌合孔部６１の正方形部分６３に取合い部７４の回動阻止部７７が嵌合する。これにより回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべることなく、回転ツール保持具３７の回動力が回動阻止部７７を介して回転ツール３３に伝達される。これにより回動阻止部７７で回転ツール保持具３７からの回動力を受けることができるので、ピン部材６７に大きな負荷が作用しない。これによってピン部材の破損を防ぐことができる。また回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべらないので、回転ツール保持具３７からの回動力を回転ツール３３に確実に伝達することができる。これによって回転ツール保持具３７と回転ツール３３とがすべることを想定して、ＦＳＪガン本体２６が回転ツール保持具３７に対し余剰な回動力を与える必要がなく、ＦＳＪガン本体２６の出力を小さくすることができる。
【００６３】
また付勢部材６９を取付け具３８に設けることで、回転ツール保持具３７の構成が簡単になる。また取付け作業が複雑な回転ツール保持具３７をＦＳＪ本体２６に取付けたままにすることができる。これにより回転ツール３３を交換する際、回転ツール保持具３７に取付ける作業を省くことができる。また回転ツール３３の取付けに関し、回転ツール３３を挿入した取付け具３８の複数のピン部材６７を各取付け通路６０の開口端から係合凹部５９まで移動させるような動作を行うことで実現できる。従って、回転ツール３３の取付けが容易である。そのため作業者が手作業で行わなくとも、機械により自動的に回転ツール３３を取付けることができる。以下では、ＦＳＪガン２３を用いて回転ツール３３を自動的に着脱するために用いられるツールチェンジャ８０について説明する。
【００６４】
図９は、ツールチェンジャ８０を拡大して示す拡大断面図である。工具交換装置であるツールチェンジャ８０は、基台８１と、複数の支持体８２と、工具載置台８３と、ばね部材８４と、リミットスイッチ８９とを有する。基台８１は、設置対象２４に立設されている。この基台８１の上端部には、複数の支持体８２が立設されている。本実施の形態では、３つの支持体８２が設けられている。これら立設された３つの支持体８２には、上下方向にスライド変位可能に工具載置台８３が設けられている。載置台である工具載置台８３は、板状のプレート部８５と円筒状の載置部８６とを有する。プレート部８５には、３つの支持体８２が貫通しており、これにより３つの支持体８２に対し上下方向にスライド変位することができる。また３つの支持体８２上端部側にストッパ部材８７がそれぞれ設けられており、これによりプレート部８５が支持体８２から離脱することが阻止される。そしてプレート部８５の上面には、載置部８６が設けられている。
【００６５】
載置部８６の下端は、プレート部８５に固定されている。また載置部８６の上端の周縁部には、複数の位置決めピン８８が周方向に互いに間隔をあけて設けられている。位置決めピン８８は、載置部８６の上端の周縁部から上方に突出するように設けられている。また位置決めピン８８は、取付け具３８のケーシング６６に形成される位置決め孔７１に対応するように形成されている。このように構成される工具載置台８３と基台８１との間には、３つの支持体８２の各々に巻装されたばね部材８４が介在している。これらばね部材８４は、圧縮コイルばねであり、３つの支持体８２にそれぞれ巻装された状態で、基台８１と工具載置台８３とにより挟持される。
【００６６】
このように配設された工具載置台８３は、ばね部材８４により上方に付勢されて基台８１から所定距離だけ離隔して配置される。これにより工具載置台８３が下方に押付けられても工具載置台８３を下方に逃がすことができ、前記押付け動作を許容することができる。またばね部材８４では許容できない程、過度に押付けられた場合を想定し、工具載置台８３には、リミットスイッチ８９が設けられる。リミットスイッチ８９は、制御装置３９に電気的に接続されており、工具載置台８３の上下方向の変位を検出している。リミットスイッチ８９は、予め定められた許容範囲以上の工具載置台８３の下降を検出し、その検出結果を制御装置３９に出力するように構成されている。制御装置３９は、その検出結果に応じて回転駆動手段３０、スライド駆動手段３１及びロボット２２の駆動を停止する。これにより回転ツールユニット３４を自動着脱する際、回転ツールユニット３４に工具載置台８３を予め定められた許容範囲以上下降させるような大きな荷重が作用することを防ぐことができる。
【００６７】
以下では、ツールチェンジャ８０を用いた回転ツールユニット３４の自動交換の方法について説明する。なお以下では、回転軸方向Ｚと上下方向とが略平行であるものとして説明する。図１０は、回転ツール装着具２９がツールチェンジャ８０の上方で待機している状態を一部拡大して示す拡大断面図である。ツールチェンジャ８０の工具載置台８３には、位置決めピン８８を位置決め孔７１に嵌合させた状態で取付け具３８が載置されている。この取付け具３８には、下側に摩擦撹拌部７５が配置されるように回転ツール３３が挿入されている。これにより回転ツール３３の取合い部７４の一部がケーシング６６の開口端６６ｄから上方に突出する。そしてＦＳＪガン本体２６は、図１０に示すように回転ツール装着具２９に回転ツール保持具３７を装着した状態で、回転ツール装着具２９をツールチェンジャ８０の上方に待機させている（待機状態）。なお待機状態では、回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸とが略一致し、平面視において複数のピン部材６７と複数の挿入溝部５８とをそれぞれ対応させて配置されている。この配置関係は、制御装置３９がロボット２２を制御することによって実現される。
【００６８】
図１１は、図１０の待機状態から回転ツール装着具２９が下降した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。図１１（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の切断線Ｂ−Ｂで切断して上方から見た拡大断面図である。待機状態において、制御装置３９は、図示しない操作手段又はプログラム等から回転ツール３３を装着すべき指令を受けると、待機状態にあるＦＳＪ本体２６のスライド駆動手段３１を駆動し回転ツール装着具２９を下降させる。回転ツール装着具２９を下降させていくと、嵌合孔部６１に取合い部７４の調芯部７６が容易に挿入される。
【００６９】
更に下降させていくと、嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合すると共に複数のピン部材６７が複数の挿入溝部５８へと挿入される。このとき嵌合孔部６１に取合い部７４が嵌合する際、調芯部７６が嵌合孔部６１のテーパ部分６２の内周面に摺動しながら上昇する。これにより回転ツール３３の軸と回転ツール保持具３７の軸との軸ずれが更に小さくなるように調整される。
【００７０】
更に下降させていくと、回転ツール保持具３７が取合い部７４を押付けて取合い部７４を支持しているばね受け皿６８を下方へと押し下げる。これにより、図１１に示すように各ピン部材６７が挿入溝部５８を上昇していき回動案内溝部５７へと達する。制御装置３９は、このような下降完了状態になるまで回転ツール装着具２９を下降させる。このとき回転ツール装着具２９の下降動作によって、前記回転ツール装着具２９から工具載置台８３に与えられる荷重は、ばね部材８４によって吸収される。しかし前記荷重を吸収できない程に大きな荷重が作用した場合、つまり工具載置台８３が所定の許容範囲以上に下降した場合、リミットスイッチ８９が作動し、スライド駆動手段３１の駆動を停止させ、回転ツール３３の装着（交換）を停止する。
【００７１】
図１２は、図１１の下降完了状態から回転ツール装着具２９を回動させた状態を一部拡大して示す拡大断面図である。図１２（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す拡大断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の切断線Ｃ−Ｃで切断して上方から見た拡大断面図である。下降完了状態になると、制御装置３９は、下降制御を停止し、次に回転駆動手段３０を駆動して回転ツール装着具２９を基準軸Ｌ０周りに回動させる。これにより複数のピン部材６７は、回動案内溝５７内を周方向に移動する。そして４５度回動させると、図１２に示すように前記各ピン部材６７が各係合凹部５９の上方にそれぞれ配置される。
【００７２】
図１３は、図１２の回転ツール装着具２９に回転ツールユニット３４が取付けられた状態を一部拡大して示す拡大図である。図１３（ａ）は、ツールチェンジャ８０及び回転ツール装着具２９を側方から見たものを一部拡大して示す断面図であり、図１３（ｂ）は、装着された状態における回転ツール保持具３７とピン部材６７との位置関係を示すべく、図１３（ａ）の矢符Ｄに示す方向に見た拡大側面図である。前記複数のピン部材６７が複数の係合凹部５９の上方にそれぞれ配置されると、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を少し上昇させる。それと共に付勢部材６９により回転ツール保持具３７が上方に押し上げられる。これによって各ピン部材６７は、図１３（ｂ）に示すように各係合凹部５９へと挿入され嵌まり込む。このとき回転ツール保持具３７が上方に付勢されたままの状態で各ピン部材６７が係合凹部５９に嵌まり込むので、各ピン部材６７は各係合凹部５９からの離脱が阻止されるように嵌まり込む。これによって取付け後に各ピン部材６７が各係合凹部５９から不用意に離脱することを防ぐことができる。
【００７３】
このように回転ツール装着具２９を下降及び回動させることにより、各ピン部材６７が取付け通路６０を移動し、前記各ピン部材６７を取付け通路６０の先端部分である係合凹部５９へと導くことができる。これによってＦＳＪガン本体２６に回転ツールユニット３４を自動的に取付けることができる。
【００７４】
図１４は、図１３の回転ツールユニット３４をツールチェンジャ８０から取り外した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。ＦＳＪガン本体２６に回転ツールユニット３４を取付けると、制御装置３９は、図１４に示すように回転ツール装着具２９を上昇させて、取付け具３８を工具載置台８３から取り外す。これによって回転ツール３３の取付けが終了する。
【００７５】
回転ツールユニット３４の取外しは、取付け動作の逆の動作を行うことによって可能である。具体的に説明すると、まず制御装置３９は、ロボット２２により回転ツールユニット３４が取付けられた回転ツール装着具２９を、ツールチェンジャ８０の上方に配置する。このとき、平面視において、回転ツール３３の摩擦撹拌部７５が載置部８６の内方に配置され、回転ツール３３の各位置決め孔７１が各位置決めピン８８に対応するように配置される。その後、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を下降させて、回転ツールユニット３４を工具載置台８３に載置させる。このとき各位置決めピン８８には、各位置決め孔７１が嵌まり込み、取付け具３８が工具載置台８３に対し回動不能になる。
【００７６】
制御装置３９は、更に回転ツール装着具２９を下降させて、ばね受け皿６８を下降させる。これによって複数のピン部材６７が係合凹部５９から離脱する。更に制御装置３９は、この状態から回転ツール装着具２９を回動させ、複数のピン部材６７を挿入溝部５８の上方まで移動させる。そして最後に、制御装置３９は、回転ツール装着具２９を上昇させて、回転ツールユニット３４から回転ツール保持具３７を取り外す。このような容易な簡単な制御によって回転ツール３３を回転ツール保持具３７から取り外すことができる。
【００７７】
このようにツールチェンジャ８０を用いることによって、ＦＳＪガン本体２６が有する回動機能及びスライド機能によって回転ツール３３を交換することができ、更なる機能をＦＳＪガン本体２６に付加する必要がない。従って従来のＦＳＪガン本体２６も用いることができ、利便性が高い。
【００７８】
なお本実施の形態では、回転ツール保持具３７の外周面に取付け通路６０が形成されているけれども、その内周面に取付け通路６０が形成されていてもよい。この場合、回転ツール保持具３７は、その回転軸方向他端部が取付け具３８を覆うように構成され、また複数のピン部材６７が取付け具３８の外周面から突出して前記取付け通路６０を移動するように取付け具３８が構成される。また本実施の形態では、取付け通路６０について鉤状のものだけを説明しているけれども、それ以外の形状であってもよい。以下にその一部が鉤状に形成されているものであってもよい。具体的には、図１５（ａ）に示すように、隣接する回動案内溝部５７が互いに接続されていないものであってもよい。また図１５（ｂ）に示すように係合凹部５９が形成されていなくともよい。この場合、付勢部材６９は、圧縮コイルばねではなく、捻りばねを用いて回転ツール保持具３７を回動方向に付勢することによって、ピン部材６７の離脱を阻止することができる。
【００７９】
前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、工具を自動交換可能であって、摩擦撹拌接合後に接合対象物から工具を引抜く時に前記工具が保持手段から外れることがなく、かつ接合対象物に対する工具の押付力を所望の値に制御することが容易であることが必要な摩擦撹拌接合装置及びそれを備える摩擦撹拌接合設備に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合設備を示す正面図である。
【図２】ＦＳＪガンの回転ツール装着具に回転ツールユニットを装着した状態を示す断面図である。
【図３】回転ツール保持具に回転ツールユニットを取付けた状態を示す斜視図である。
【図４】回転ツール保持具及び回転ツールユニットの分解斜視図である。
【図５】回転ツール保持具を拡大して示す側面図である。
【図６】回転ツール保持具を拡大して示す底面図である。
【図７】回転ツールユニットを拡大して示す拡大断面図である。
【図８】回転ツールユニットを拡大して示す平面図である。
【図９】ツールチェンジャ８０を拡大して示す拡大断面図である。
【図１０】回転ツール装着具がツールチェンジャの上方で待機している状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１１】図１０の待機状態から回転ツール装着具が下降した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１２】図１１の下降完了状態から回転ツール装着具を回動させた状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１３】図１２の回転ツール装着具に回転ツールユニットが取付けられた状態を一部拡大して示す拡大図である。
【図１４】図１３の回転ツールユニットをツールチェンジャから取り外した状態を一部拡大して示す拡大断面図である。
【図１５】取付け通路の別形態を示す側面図である。
【図１６】第１の従来技術の回転ツール保持具を示す断面図である。
【図１７】第２の従来技術の取付け構造におけるロボットハンドとグリップとを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
２１ 摩擦撹拌接合設備
２３ 摩擦撹拌接合ガン
２４ 設置対象
２６ 摩擦撹拌接合ガン本体
３３ 回転ツール
３４ 回転ツールユニット
３９ 制御装置
４０ 回転基台
５７ 回動案内溝部
５８ 挿入溝部
５９ 係合凹部
６０ 取付け通路
６１ 嵌合孔部
６２ テーパ部分
６３ 正方形部分
６７ ピン部材
６９ 付勢部材
７０ 挿通孔
７１ 位置決め孔
７４ 取合い部
７５ 摩擦撹拌部
７６ 調芯部
７７ 回動阻止部
８０ ツールチェンジャ
８１ 基台
８２ 支持体
８３ 工具載置台
８８ ピン部材
８９ リミットスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造であって、
一端部が前記摩擦撹拌接合装置本体に取り付けられ、他端部の周面において、前記一端部と反対側に開口する開口端を有する複数の取付け通路が周方向に間隔をあけて形成される保持手段と、
前記取付け通路の開口端から挿入される複数の取付け部材を有し、これら複数の取付け部材が前記取付け通路を移動して前記取付け通路の先端部分にそれぞれ嵌まり込むことで前記保持手段の他端部に取付けられる取付け手段と、
前記取付け手段に設けられ、一端部が保持手段の他端部に当接し、かつ他端部に摩擦撹拌部を有する工具とを有し、
前記取付け手段には、前記各取付け部材が前記先端部分から離脱しないように前記保持手段をその一端部側に付勢する付勢手段が設けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項２】
前記保持手段の他端部には、回転軸に沿う方向に没入する嵌合孔部が形成され、
前記工具の一端部には、前記回転軸に沿う方向に突出する取合い部が形成され、
前記嵌合孔部に前記取合い部が嵌合することで、前記保持手段と工具とが互いに当接することを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項３】
前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいてテーパ状に形成されたテーパ部分を有し、
前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいて、前記嵌合孔部に対応するテーパ状に形成された調芯部を有することを特徴とする請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項４】
前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記回転軸に沿う方向に見て非円形状に形成された非円形部分を有し、
前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記嵌合孔部の非円形部分に対応する非円形状に形成された回動阻止部を有することを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項５】
前記複数の取付け通路は、前記開口端及び先端部分に接続し周方向に伸びる回動案内溝部を有する鉤形状に形成され、
互いに隣接する前記取付け通路の前記回動案内溝部は、互いに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造と、
前記摩擦撹拌接合装置本体とを備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の摩擦撹拌接合装置と、
前記保持手段の回動及び移動を制御する制御装置と
前記工具が挿通された前記取付け手段を載置可能な工具交換装置とを備え、
前記取付け手段及び前記工具交換装置は、前記工具交換装置に対して前記取付け手段が前記工具の回転軸まわりに回転不能に載置されていることを特徴とする摩擦撹拌接合設備。
【請求項８】
前記工具交換装置は、
基台と、
前記取付け手段を載置可能な載置台と、
前記基台が前記一端部に設けられ、前記基台に対し近接離隔可能に前記載置台が他端部に設けられた支持手段と、
前記載置台を前記基台から離反する方向に向って付勢する載置台付勢手段と、
前記載置台の前記基台に近接する方向の変位が予め定められた許容範囲以上か否かを検出する検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記検出手段の検出結果に応じて保持手段の移動を停止することを特徴とする請求項７に記載の摩擦撹拌接合設備
【請求項１】
摩擦撹拌接合装置の工具を摩擦撹拌接合装置本体に取付けるための摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造であって、
一端部が前記摩擦撹拌接合装置本体に取り付けられ、他端部の周面において、前記一端部と反対側に開口する開口端を有する複数の取付け通路が周方向に間隔をあけて形成される保持手段と、
前記取付け通路の開口端から挿入される複数の取付け部材を有し、これら複数の取付け部材が前記取付け通路を移動して前記取付け通路の先端部分にそれぞれ嵌まり込むことで前記保持手段の他端部に取付けられる取付け手段と、
前記取付け手段に設けられ、一端部が保持手段の他端部に当接し、かつ他端部に摩擦撹拌部を有する工具とを有し、
前記取付け手段には、前記各取付け部材が前記先端部分から離脱しないように前記保持手段をその一端部側に付勢する付勢手段が設けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項２】
前記保持手段の他端部には、回転軸に沿う方向に没入する嵌合孔部が形成され、
前記工具の一端部には、前記回転軸に沿う方向に突出する取合い部が形成され、
前記嵌合孔部に前記取合い部が嵌合することで、前記保持手段と工具とが互いに当接することを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項３】
前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいてテーパ状に形成されたテーパ部分を有し、
前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記工具の回転軸周りにおいて、前記嵌合孔部に対応するテーパ状に形成された調芯部を有することを特徴とする請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項４】
前記保持手段の嵌合孔部は、その少なくとも一部に前記回転軸に沿う方向に見て非円形状に形成された非円形部分を有し、
前記工具の取合い部は、その少なくとも一部に前記嵌合孔部の非円形部分に対応する非円形状に形成された回動阻止部を有することを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項５】
前記複数の取付け通路は、前記開口端及び先端部分に接続し周方向に伸びる回動案内溝部を有する鉤形状に形成され、
互いに隣接する前記取付け通路の前記回動案内溝部は、互いに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の摩擦撹拌接合装置の工具取付け構造と、
前記摩擦撹拌接合装置本体とを備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の摩擦撹拌接合装置と、
前記保持手段の回動及び移動を制御する制御装置と
前記工具が挿通された前記取付け手段を載置可能な工具交換装置とを備え、
前記取付け手段及び前記工具交換装置は、前記工具交換装置に対して前記取付け手段が前記工具の回転軸まわりに回転不能に載置されていることを特徴とする摩擦撹拌接合設備。
【請求項８】
前記工具交換装置は、
基台と、
前記取付け手段を載置可能な載置台と、
前記基台が前記一端部に設けられ、前記基台に対し近接離隔可能に前記載置台が他端部に設けられた支持手段と、
前記載置台を前記基台から離反する方向に向って付勢する載置台付勢手段と、
前記載置台の前記基台に近接する方向の変位が予め定められた許容範囲以上か否かを検出する検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記検出手段の検出結果に応じて保持手段の移動を停止することを特徴とする請求項７に記載の摩擦撹拌接合設備
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１９００３７（Ｐ２００９−１９００３７Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９９２０（Ｐ２００８−２９９２０）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り １．博覧会名：２００７国際ロボット展 ２．主催者名：社団法人日本ロボット工業会／日刊工業新聞社 ３．開催日：２００７年１１月２８日〜１２月１日
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り １．博覧会名：２００７国際ロボット展 ２．主催者名：社団法人日本ロボット工業会／日刊工業新聞社 ３．開催日：２００７年１１月２８日〜１２月１日
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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