摩擦点接合装置の回転工具処理方法およびその処理装置
【課題】 回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去する。
【解決手段】 複数の金属部材を重ね合わせ、回転工具１６を回転させながら金属部材に押圧してスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置６０であって、回転工具１６を回転させながら金属部材に押圧する駆動手段と、回転工具１６を接合位置に移動させる移動手段と、ショルダ部１６ｂへの金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で回転工具１６を処理用金属部材Ｗ３に対向して位置させ、上記駆動手段で回転工具１６を回転させながらピン部１６ｃおよびショルダ部１６ｂを処理用金属部材Ｗ３に押圧して凝着物Ｗ１ａを除去する動作を行わせる制御手段とを備えるように構成する。
【解決手段】 複数の金属部材を重ね合わせ、回転工具１６を回転させながら金属部材に押圧してスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置６０であって、回転工具１６を回転させながら金属部材に押圧する駆動手段と、回転工具１６を接合位置に移動させる移動手段と、ショルダ部１６ｂへの金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で回転工具１６を処理用金属部材Ｗ３に対向して位置させ、上記駆動手段で回転工具１６を回転させながらピン部１６ｃおよびショルダ部１６ｂを処理用金属部材Ｗ３に押圧して凝着物Ｗ１ａを除去する動作を行わせる制御手段とを備えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、回転工具を用いて当該金属部材同士を摩擦熱でスポット接合させる摩擦点接合装置に関し、詳しくは、その回転工具に金属部材が凝着したときに適切に処理する回転工具処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のボディ等においては、軽量化等を目的として、アルミニウム合金材料等
が多く採用されるようになり、それに伴い、例えばアルミニウム合金材料からなる部材同士を接合させたり、アルミニウム合金材料からなる部材と鉄や鋼材料等からなる部材とを接合させたりする機会が多くなってきている。このような接合を溶接で行うことは困難であるため、通常はリベット接合が行われるが、このリベット接合ではコストが高くなる。
【０００３】
そこで、このような接合を低コストで行うのに好適な方法として、摩擦点接合が知られている。この方法は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながらピン部およびショルダ部を金属部材に押圧し、摩擦熱でこの金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させるものである。この接合は、ワーク（接合対象の金属部材）を融点以下の温度で固相接合（溶融を伴わない固相状態のままの接合）するものである。
【０００４】
例えば特許文献１には、亜鉛メッキ鋼板とアルミニウム板とを摩擦点接合させる方法および装置が示されている。この特許文献１に示されるように、通常、回転工具は略円柱状であり、軸まわりに回転駆動させられる。そしてその略円柱の端部に形成されたショルダ部をワークに押圧するようになっている。ショルダ部の中心部には、微小突起であるピン部が形成されている。
【特許文献１】特開２００５−３４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばワークが自動車の各種パネル等である場合、その接合点は多数であるため、連続して摩擦点接合を行うことが効率的である。しかしながら、摩擦点接合を多数回繰り返すうちに、ショルダ部にワークの一部が凝着（付着）してしまう場合がある。例えば特許文献１に示されるような異種金属同士の接合の場合、ショルダ部は、ピン部を除く中央部がやや凹んだ形状である（環状凹部が形成されている）ことが好ましいが、このような場合、特にショルダ部への凝着が起こり易くなる。
【０００６】
ショルダ部、特にピン部の周囲に多くの凝着物がある状態で摩擦点接合を行うと、接合時の回転工具の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具やその駆動機構、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑み、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる摩擦点接合装置の回転工具処理方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする。
【０００９】
また請求項２に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また請求項３に係る発明は、請求項２記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項５に係る発明は、請求項２乃至４の何れか１項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記移動手段はロボットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によると、以下説明するように、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。
【００１４】
金属材料は比較的強固に凝着するため、純機械的な除去方法、例えばタガネ等を用いて除去する方法では除去が困難である。また除去できたとしても、回転工具の損傷を伴う懸念が大である。
【００１５】
しかし本発明によれば、凝着物除去工程を実行することにより、凝着した金属材料（凝着物）を軟化させ、塑性流動を起こさせて、これを処理用金属部材に転写することにより、回転工具を損傷することなく容易に凝着物を除去することができる。
【００１６】
また本発明によれば、凝着物除去工程を、所定値以上の凝着が検知された好適なタイミングで行うことができる。すなわち、凝着物除去工程の実行頻度を必要最小限とすることにより、効率化が図られる。
【００１７】
このように本発明によれば、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。そして常に凝着状態を所定値以下に保つことにより、接合時の回転工具の回転振れが抑制されるので、接合品質の低下や、回転工具をはじめとする各部の損傷を効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項２の発明によると、当該摩擦点接合装置の回転工具処理装置は、請求項１について記した効果と同様の効果を奏する。
【００１９】
請求項３の発明によると、検知プレートを介してショルダ部への凝着状態を検知することにより、凝着状態を検知プレートの変位に変換して変位センサに検知させることができる。従って容易に凝着状態を検知することができる。
【００２０】
またショルダ部の凝着状態を適宜増幅して検知プレートが変位するように構成することが容易にできるので、簡単な構造で検知精度を高めることができる。
【００２１】
請求項４の発明によると、比較的凝着の起こり易い環状凹部を有する回転工具に対して特に効果的に適用することができる。
【００２２】
請求項５発明によると、移動の自由度が高いロボットを移動手段とすることにより、凝着状態を検知する動作や凝着物除去動作を容易に行わせることができる。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る摩擦点接合装置１について説明する。
【００２４】
図１は摩擦点接合装置１の概略構成図である。この摩擦点接合装置１は、主たる構成要素として、接合ガン１０と、該接合ガン１０を手首に備えるロボット４０（移動手段）とを含んでいる。このロボット４０としては、汎用される６軸垂直多関節型ロボットが好適に用いられる。
【００２５】
ロボット４０は、ハーネス５１を介して制御盤５０と接続されている。また接合ガン１０は、ハーネス５２，５４．５５及び中継器５３を介して制御盤５０と接続されている。制御盤５０内には制御ユニット５０ａ（制御手段）が内蔵されており、ロボット４０を制御して、接合ガン１０が予め設定された所定の位置や傾きとなるように動作させる。また制御ユニット５０ａは、接合ガン１０に搭載された、後述する押圧用モータ１４および回転用モータ１５（図２参照）を制御して、回転工具１６および受け具１７からなる接合用工具１８に、予め設定された所定の動作を行わせる。
【００２６】
図２は接合ガン１０の正面図であり、図３は接合ガン１０の側面図である。これらの図に示すように、接合ガン１０は、ロボット４０への取付ボックス１１と、この取付ボックス１１の下面から下方に延びるＬ字状のアーム１２と、このアーム１２の上方で取付ボックス１１の側面に取り付けられた本体ケース１３と、ハーネス５４に接続された押圧用モータ１４と、ハーネス５５に接続された回転用モータ１５とを有している。
【００２７】
本体ケース１３の下端部には、接合用工具１８の一方である回転工具１６が設けられている。一方、アーム１２の先端部には、回転工具１６と該回転工具１６の軸心Ｘ方向に対向して、接合用工具１８の他方である受け具１７が設けられている。
【００２８】
摩擦点接合は、この回転工具１６と受け具１７とでワーク（重ね合わせた複数の金属部材）を挟むようにして行われる。詳しくは、ワークの一方の面を受け具１７の先端に当接させて受け、ワークの他方の面に対し、後述の如く、軸心Ｘ回りに回転する回転ツール１６の先端部を押圧することによって摩擦点接合が行われるように構成されている。
【００２９】
図４は、本体ケース１３の内部構造を示す断面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。本体ケース１３の内部には、互いに平行に上下方向に延びるネジ軸（昇降軸）２４及びスプライン軸（回転軸）２５がそれぞれの軸心回りに回転自在に設けられている。これら両軸２４，２５の上端部は、上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで両軸２４，２５に従動プーリ２６，２７がそれぞれ組み付けられている。上蓋部材２１及び上部カバー２２は、図５に示すように、本体ケース１３の上部から該本体ケース１３の側方に張り出しており、上蓋部材２１の該張出し部の下面に押圧用モータ１４及び回転用モータ１５が固定されている。これら両モータ１４，１５の出力軸１４ａ，１５ａの先端部（上端部）は、上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで両出力軸１４ａ，１５ａに駆動プーリ１４ｂ，１５ｂがそれぞれ組み付けられている。そして、上記各駆動プーリ１４ｂ，１５ｂと従動プーリ２６，２７との間には、駆動伝達用のベルト２８．２９がそれぞれ巻き掛けられており、押圧用モータ１４の回転により、ネジ軸２４が図５のＡ方向（ｄｏｗｎ方向）又はＢ方向（ｕｐ方向）に回転駆動され、回転用モータ１５の回転により、スプライン軸２５が図５のＣ方向に回転駆動されるようになっている。
【００３０】
図４に戻って説明を続ける。ネジ軸２４のネジ部２４ａには、昇降ブロック３１が螺合されておりスプライン軸２５のスプライン部２５ａには、回転筒体３５がスプライン結合されている。この回転筒体３５は、昇降ブロック３１に結合部材３２を介して一体結合された昇降筒体３３の内部に回転自在に設けられている。スプライン軸２５、昇降筒体３３及び回転筒体３５は、互いに同心状に配置されている。なお、以下、昇降ブロック３１、結合部材３２及び昇降筒体３３の一体物を昇降体３０という。
【００３１】
本体ケース１３の下面には、円筒状の下方突出部１３ａが形成されており、この下方突出部１３ａの下端部には下部カバー２３が設けられている。上記昇降筒体３３及び回転筒体３５の下端部は、この下部カバー２３を貫通して下方に突出している。そして、内側にある回転筒体３５の方が、外側にある昇降筒体３３よりも長く下方に突出して、その回転筒体３５の下端部に取付部材３６が固着されている。この取付部材３６に対し回転ツール１６の先端部と反対側の端部である基端部が着脱自在（交換自在）に取り付けられている。この取り付けられた回転工具１６の軸心Ｘは、上記スプライン軸２５の軸心の延長線上にある。なお、下部カバー２３と昇降筒体３３の下端部との間には、昇降筒体３３の外表面を本体ケース１３の外部の汚染等から保護する伸縮自在の蛇腹部材３４が配設されている。
【００３２】
なお、スプライン軸２５と上蓋部材２１との間には軸受２５ｂが、昇降筒体３３と回転筒体３５との間には軸受３５ａが、昇降筒体３３と取付部材３６との間には軸受３３ａが、それぞれ設けられている。
【００３３】
また、押圧用モータ１４としては、回転角の制御及び検知が容易なサーボモータが好ましく、回転用モータ１５としては、同じく回転角の制御及び検知が容易なサーボモータ、又は回転速度の制御が容易なインダクションモー夕が好ましい。これら押圧用モータ１４および回転用モータ１５は、回転工具１６（詳しくは、図６に示す回転工具１６のショルダ部１６ｂおよびピン部１６ｃ）を回転させながらワークに押圧する駆動手段を構成している。
【００３４】
図６は回転工具１６の先端部の拡大図である。この回転工具１６の先端部は、円柱状の胴体部１６ａの下端面（その輪郭は円形である）とされた、ワークと対向するショルダ部１６ｂと、回転工具１６の軸心Ｘ上に位置し、かつショルダ部１６ｂから該ショルダ部１６ｂよりも小径でワークに対向する側に所定長さｈだけ突出するピン部１６ｃと、該ピン部１６ｃの周囲におけるショルダ部１６ｂに設けられた環状凹部１６ｄとで構成されている。当実施形態では、この環状凹部１６ｄの底面が、径方向外側に向かって凹み量が小さくなるように傾斜しており、環状凹部１６ｄは、回転工具１６の軸心Ｘを中心とする円錐形状に凹んでいる。この回転工具１６の具体的寸法としては、例えば、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１が１０ｍｍ、ピン部１６ｃの直径Ｄ２が２ｍｍ，ピン部１６ｃの突出長さｈが０．３ｍｍ〜０．３５ｍｍ、環状凹部１６ｄの底面のショルダ部１６ｂに対する傾斜角θが５°〜７゜とされる。
【００３５】
但し、回転工具１６の最適形状は一義的に決定されるものではなく、ワークの材質、厚さ、重ね合わせるワークの枚数等、用途に応じて異なる。従って、用途別に好適な複数種類の回転工具１６を準備しておき、用途に応じて適宜交換して用いるようにするのが望ましい。図６に示すような環状凹部１６ｄを有する回転工具１６の形状は、特に融点の異なる異種の金属部材を接合する際に用いると好適である。
【００３６】
次に、摩擦点接合装置１の摩擦点接合時の動作について説明する。
【００３７】
まず、回転工具１６の昇降動作および回転動作について説明する。なお、回転工具１６の軸心Ｘの向きは、ロボット４０によって自在に変化させることができるが、説明の都合上、回転工具１６を受け具１７に接近させる方向の動作を下降、受け具１７から遠ざける方向の動作を上昇と言う。
【００３８】
押圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のＡ方向に回転駆動されたときには、昇降体３０がネジ部２４ａとの螺合によって下降し、昇降体３０における昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び該回転筒体３５の下端部に取付部材３６を介して取り付けられた回転工具１６が一緒に下降する。逆に、押圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のＢ方向に回転駆動されたときには、昇降体３０がネジ部２４ａとの螺合によって上昇し、回転筒体３５及び回転工具１６が一緒に上昇する。このことで、押圧用モータ１４は、回転工具１６を、後述の如く回転工具１６と受け具１７との間に位置するワークに対して、該回転工具１６の軸心Ｘ方向に進退移動させるように構成されていることになる。また、押圧用モータ１４は、回転工具１６を上記ワークに対し押圧させるように構成されているとともに、該押圧時の加圧力を、押圧用モータ１４へ供給する電流により変更することができるようになっている。
【００３９】
また、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のＣ方向に回転駆動されたときには、上記のような昇降体３０の動きとは独立して、回転筒体３５がスプライン部２５ａとのスプライン結合によってスプライン軸２５と同じＣ方向に回転し、回転筒体３５に取り付けられた回転工具１６も、該回転工具１６の軸心Ｘ回りにスプライン軸２５と同じＣ方向に回転する。また、回転用モータ１５は、回転工具１６の軸心Ｘ回りの回転速度を、回転用モータ１５へ供給する電流により変更することができるようになっている。
【００４０】
次に、上記回転工具１６の昇降動作を伴うワークの接合動作について説明する。
【００４１】
図７は、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを摩擦点接合する際の概略図である。第１及び第２金属部材Ｗ１，Ｗ２は、例えば自動車のボディを構成する部材であり、ここでは第１金属部材Ｗ１がアルミニウム合金材料（アルミニウム合金板）からなり、第２金属部材Ｗ２が鋼材料（鋼板）からなるものとする。また第２金属部材Ｗ２の表面には、防錆対策として亜鉛メッキ層Ｚ（図８参照）が施されているものとする。
【００４２】
摩擦点接合装置１により第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを摩擦点接合するには、先ず図７に例示するように、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との接合部（図示の例では５箇所の接合部Ｐ）を含む部分を重ね合わせ、このワークを図示しない把持手段によって把持して固定する。
【００４３】
続いて、ロボット４０の作動により、接合ガン１０を、上記ワークにおいて接合しようとする複数の接合部Ｐの１つに近接させ、回転工具１６が接合部Ｐの第１金属部材Ｗ１側に位置し、受け具１７がその接合部Ｐの第２金属部材Ｗ２側に位置するようにする。次いで、接合ガン１０全体を第１金属部材Ｗ１側に移動させて、受け具１７の先端を第２金属部材Ｗ２の下面に当接させる。
【００４４】
そして、上記受け具１７の先端が第２金属部材Ｗ２に当接した状態で、上記の下降動作と回転動作とにより、回転工具１６を回転させつつ第１金属部材Ｗ１に押し当て、接合させる。この接合の工程は、詳しくは初期移動工程、第１押圧工程、第２押圧工程、第３押圧工程を順に行うように設定されている。
【００４５】
まず初期移動工程では、回転工具１６を降下させて第１金属部材Ｗ１の近接位置である初期位置に移動させる。この初期位置は、回転工具１６のピン部１６ｃの先端が第１金属部材Ｗ１に対し僅かに離れるような位置である。この初期移動工程では、回転工具１６を回転させるようにしても、回転させないようにしても良いが、当実施形態では、次の第１押圧工程へ直ぐに移行できるように、続く第１押圧工程と同じ回転速度（第１回転速度）で回転させるようにしておく。
【００４６】
続く第１押圧工程では、図８に示すように、回転工具１６を第１回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、上記初期移動工程における回転工具１６の移動抵抗値よりも大きい第１加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第１所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触させる。
【００４７】
なお、回転工具１６の第１金属部材Ｗ１に対する加圧力は、押圧用モータ１４へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット５０ａは、押圧用モータ１４へ供給する電流を、上記第１押圧工程では、上記第１所定時間の間、上記第１加圧力に対応する電流値になるように制御する。また、回転工具１６の回転速度は、回転用モータ１５へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット５０ａは、回転用モータ１５へ供給する電流を、上記第１押圧工程（及び初期移動工程）では、上記第１回転速度に対応する電流値になるように制御する。
【００４８】
上記移動抵抗値は、上記ネジ軸２４や昇降体３０等によって構成された、昇降筒体３３（回転工具１６）を移動させる機構内で生じる摩擦抵抗により決まるものであるが、この摩擦抵抗値は安定しておらず、特に可動部と固定部との間の隙間量やグリス等の影響によってばらつく。このため、上記第１加圧力が移動抵抗値以下であると、移動抵抗値の大きさによって、第１金属部材Ｗ１に第１加圧力が実際に作用するまでの時間がばらつき、第１金属部材Ｗ１に対し第１加圧力で実際に押圧する時間は、上記第１所定時間に対してかなりばらつくことになる。しかし当実施形態では、第１加圧力を上記移動抵抗値よりも大きく設定しているので、移動抵抗値の大きさに関係なく、第１押圧工程開始直後に、第１加圧力で回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に対し押圧されることとなり、第１加圧力が第１金属部材Ｗ１に実際に作用する時間は上記第１所定時間と略同じになり、安定する。
【００４９】
上記第１加圧力は、上記移動抵抗値のばらつき範囲の最大値よりも大きくて、２．４５ｋＮ以上３．４３ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第１回転速度は、１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。さらに、上記第１所定時間は、０．２秒以上２．０秒以下に設定することが好ましい。これら第１加圧力、第１回転速度及び第１所定時間は、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し、環状凹部１６ｄの底面の一部（深さが深い軸心Ｘ側の部分）が第１金属部材Ｗ１に接触しないで、ショルダ部１６ｂの周縁部及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に接触する程度に押し込まれるようにそれぞれ設定する。
【００５０】
上記第１押圧工程においては、ショルダ部１６ｂの周縁部及びピン部１６ｃが回転ツール１６の軸心Ｘ回りに回転しながら第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触されることで、その２箇所の接触部位で摩擦熱が生じ、この摩擦熱は、ワークにおける該２箇所の接触部位の間の部分（環状凹部１６ｄの底面が接触していない部分）、延いては接合部Ｐ全体に速やかに拡散され、第１金属部材Ｗ１におけるショルダ部１６ｂに対向する部分（接合部Ｐ）全体が良好に軟化する。また、第２金属部材Ｗ２の表面に施されている亜鉛メッキ層Ｚも、接合部Ｐにおいて軟化する。このように、上記第１加圧力、第１回転速度及び第１所定時間を、上記好ましい範囲に設定することで、第１金属部材Ｗ１を剪断破壊させることなく良好に軟化させることができるようになる。
【００５１】
またこの第１押圧工程の初期段階において、ショルダ部１６ｂよりも所定長さｈだけ突出したピン部１６ｃが、ショルダ部１６ｂよりも先に第１金属部材Ｗ１に当接する。このように細い径のピン部１６ｃを最初に当接させることにより、回転工具１６の位置決めが良好になされ、回転振れが効果的に抑制される（アンカー機能）。
【００５２】
続く第２押圧工程では、図９に示すように、回転用モータ１５により、回転工具１６を第２回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、上記第１加圧力よりも大きい第２加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第２所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に押し込む。
【００５３】
この第２押圧工程では、加圧力が大きくなることで、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に対し徐々に深く入り込み、環状凹部１６ｄの底面全体、つまりピン部１６ｃ及び環状凹部１６ｄを含むショルダ部１６ｂ全体が第１金属部材Ｗ１に接触する。これに伴い、第１金属部材Ｗ１の軟化に加えて塑性流動が行われる（図では模式的に破線で塑性流動Ｑを示す）。この塑性流動Ｑにおいて、ショルダ部１６ｂに環状凹部１６ｄが設けられている（特に環状凹部１６ｄが円錐形状をなしている）ことから、塑性流動する第１金属部材Ｗ１が、図の上下方向に流動して、回転工具１６の直下部分（接合部Ｐ）から外側へ流出することが抑制される。また、環状凹部１６ｄにより、第２加圧力が接合部Ｐに集中して、第１金属部材Ｗ１の塑性流動Ｑが促進される。さらに、上記両金属部材Ｗｌ，Ｗ２の接合境界面において、上記軟化した亜鉛メッキ層Ｚが接合部Ｐから押し出されることで、第２金属部材Ｗ２の新生面が露出するとともに、図示しないが、空気中の酸素により第１金属部材Ｗ１の表面に形成されている酸化被膜が接合部Ｐにおいて破壊されることで、第１金属部材Ｗ１の新生面が露出する。
【００５４】
上記第２加圧力は、３．９２ｋＮ以上５．８８ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第２回転速度は、２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満に設定することが好ましい。さらに、上記第２所定時間は、１．０秒以上２．０秒以下に設定することが好ましい。これら第２加圧力、第２回転速度及び第２所定時間は、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し所定の挿入位置よりも深く押し込まれないようにそれぞれ設定する。この所定の挿入位置は、該挿入位置よりも回転工具１６が深く入り込むと第１金属部材Ｗ１が過度に薄くなって引きちぎられるような位置である。
【００５５】
上記第２押圧工程の終了により、接合部Ｐでの接合を終了するようにしてもよいが、当実施形態では、さらに第３押圧工程を行うようにしている。
【００５６】
第３押圧工程では、図１０に示すように、回転用モータ１５により回転ツール１６を第３回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、第２加圧力よりも小さい第３加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第３所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触させる。
【００５７】
この第３押圧工程では、加圧力を第２押圧工程よりも小さくすることで、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し上記所定の挿入位置よりも深く押し込まれず、第２押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けることとなる。これにより、第１金属部材Ｗ１が過度に薄くなって引きちぎれるようなことがなくなるとともに、第２押圧工程時と同じ程度の温度が維持されて、良好な塑性流動が長時間に亘って行われる。この第３押圧工程の終了により、１つの接合部Ｐでの接合が終了することになる。
【００５８】
上記第３加圧力は、上記第１加圧力よりも小さくて、０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第３回転速度は、１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。さらに、上記第３所定時間は、０．５秒以上２．５秒以下に設定することが好ましい。これら第３加圧力、第３回転速度及び第３所定時間は、回転ツール１６が第１金属部材Ｗ１に対し、第２押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けかつ第１金属部材Ｗ１の塑性流動が生じるようにそれぞれ設定する。
【００５９】
上記第３押圧工程においては、回転工具１６で押し出された金属材料がバリＲとなって第１金属部材Ｗ１の表面に隆起するとともに、亜鉛メッキ層Ｚが更に接合部Ｐから押し出され、また酸化皮膜が更に破壊されて、両金属部材Ｗｌ，Ｗ２の新生面の露出範囲が拡大する（図１０中、×印で表示した範囲）。この結果、両金属部材の合わせ面部同士が、摩擦点接合によって固相接合され、その接合強度は安定的に高くなる。
【００６０】
なお、亜鉛メッキ層Ｚにおける接合部Ｐの近傍部分には、第１金属部材Ｗ１の金属と、亜鉛メッキ層Ｚの金属との金属混合物層Ｙが生成される。
【００６１】
上記１つの接合部Ｐでの接合が終了すると、押圧用モータ１４により、ネジ軸２４を図５のＢ方向に回転駆動させることで、回転工具１６を上昇させるとともに、接合ガン１０全体を回転工具１６の下降方向に移動させることにより、接合用工具１８をワークから離反させる。摩擦点接合が完了した後の接合部Ｐにおいては、図１１に示すように、ワーク（第１金属部材Ｗｌ）の表面に、ショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃの痕が残り、ショルダ部１６ｂの周囲には、バリＲが生じている。
【００６２】
接合部Ｐでの摩擦点接合が完了すると、制御ユニット５０ａはロボット４０によって接合ガン１０を次の接合部Ｐへと移動させる。そして接合ガン１０に上記と同様の動作を繰り返し行わせ、次の接合部Ｐでの接合を行わせる。こうして、複数の接合部Ｐにおいて摩擦点接合（固相接合）が順次行われる。
【００６３】
ところで、複数の接合部Ｐでの摩擦点接合を繰り返すうち、図１２に示すように、ショルダ部１６ｂ、特にピン部１６ｃの周囲に凝着物Ｗ１ａが生成することがある。凝着部Ｗ１ａは、接合時に軟化し、塑性流動した第１金属部材Ｗ１がショルダ部１６ｂに付着し、固まったものである。特にショルダ部１６ｂに環状凹部１６ｄが形成されている場合にこの凝着物Ｗ１ａが生成し易い。
【００６４】
凝着物Ｗ１ａが大きくなると、第１押圧工程におけるピン部１６ｃの上記アンカー機能が低下し、回転工具１６の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具１６や接合ガン１０の駆動機構（例えば図４に示す軸受２５ｂ、軸受３５ａおよび軸受３３ａなど）、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。
【００６５】
そこで当実施形態では、次に説明する回転工具処理装置６０を設け、凝着物Ｗ１ａを適切なタイミングで効率良く除去するようにしている。回転工具処理装置６０は、主として凝着検知部７０（図１３参照）と凝着除去部８０（図１４参照）からなる。回転工具処理装置６０は、ロボット４０による接合ガン１０の可動範囲内に設けられる。すなわち、以下に説明する回転工具処理装置６０に対する回転工具１６の動作は、回転工具１６を接合ガン１０に装着した状態で、ロボット４０の動作によってなされるように構成されている。
【００６６】
図１３は、凝着検知部７０を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はショルダ部１６ｂへの凝着が殆どない場合の検知動作図、（ｃ）はショルダ部１６ｂへの凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。
【００６７】
図１３（ａ）に示すように、凝着検知部７０は、上下に延びる支柱６１と、支柱６１の上端付近に設けられて水平方向の軸線を有するヒンジピン６５と、基端側がヒンジピン６５に揺動自在に軸支されるとともに、先端側に上方への折曲部６３ａを有する鋼板製の検知プレート６３と、検知プレート６３の先端側を下方から支持する受け台７３と、上下に延びて受け台７３を支持する支柱７１と、受け台７３から上方に立設されたセンサ支持部７５と、センサ支持部７５の上端付近に固設されたレーザー変位センサ７７と、このレーザー変位センサ７７の検知信号を摩擦点接合装置１の制御ユニット５０ａに伝達するケーブル７８とを備える。
【００６８】
検知プレート６３の比較的ヒンジピン６５寄りに、通し穴６７が穿設されている。通し穴６７の径は、ピン部１６ｃのピン径Ｄ２よりも所定値（例えば１ｍｍ）大きくなっている。
【００６９】
検知プレート６３はヒンジピン６５を中心に揺動自在となっているので、受け台７３の支持がなければ先端側が落下する。受け台７３はその落下を防止するために検知プレート６３を支持するものであり、通常の状態（図１３（ａ）に示すように、回転工具１６が検知プレート６３から充分離れている状態。）で検知プレート６３を略水平に支持する。
【００７０】
なお検知プレート６３は、通常の状態から検知プレート６３の先端側（折曲部６３ａ）が上方変位する方向には揺動可能である。その揺動によって折曲部６３ａが上方変位したとき、その上下方向の移動量を検知プレート６３の変位量というものとする。
【００７１】
レーザー変位センサ７７は周知のセンサであるため詳細説明を省略するが、レーザー光の発光部と受光部とを備え、発光部から発したレーザー光の反射光を受光することにより、検知対象の変位を検知するものである。当実施形態では、検知プレート６３の変位量が所定の判定閾値以上であるか否かを検知するセンサとしてレーザー変位センサ７７を用いている。レーザー変位センサ７７の発光部は、検知プレート６３の変位量＝０のとき、折曲部６３ａの上端よりもやや上方の空間に向けてレーザー光を発するように設定されている。
【００７２】
次に、凝着検知部７０での凝着状態検知工程および凝着状態検知動作について説明する。例えば所定回数の摩擦点接合を実行したとき等、所定の条件が成立すると、制御ユニット５０ａは次の接合部Ｐでの摩擦点接合を実行する前に凝着状態検知工程を実行する。すなわちロボット４０および接合ガン１０に凝着状態検知動作を行わせる。この凝着状態検知動作は、図１３（ａ）に示すように、回転工具１６のショルダ部１６ｂを上向きにするとともに、検知プレート６３の通し穴６７とピン部１６ｃとの位置を合わせた状態で回転工具１６を検知プレート６３に接近させる動作である（矢印ＡＷ１）。なお、このとき回転工具１６を回転させる必要はない。
【００７３】
図１３（ｂ）は、ショルダ部１６ｂに凝着のない回転工具１６を検知位置まで動作させた状態を示す。この検知位置は、ショルダ部１６ｂが検知プレート６３に略当接（ソフト接触）する位置である。予め凝着のない回転工具１６を用いて、ロボット４０（の制御ユニット５０ａ）に検知位置を認識させるティーチングを行っておくと良い。
【００７４】
ショルダ部１６ｂに凝着がなければ、或いはごく僅かな凝着状態であれば、ショルダ部１６ｂから突出したピン部１６ｃは通し穴６７に完全に嵌まり込む。従って図１３（ｂ）に示すように検知プレート６３は変位しない（変位量＝０）。
【００７５】
図１３（ｂ）に示すように、検知プレート６３の変位量＝０のとき、レーザー変位センサ７７の発光部から発せられたレーザー光７９は折曲部６３ａに当たらず、受光部は折曲部６３ａからの反射光を受光しない。このとき、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検出信号が送られない（ケーブル７８を介して凝着非検出信号を送るようにしても良い）。
【００７６】
図１３（ｃ）は、ショルダ部１６ｂのピン部１６ｃの周囲に凝着物Ｗ１ａがある場合を示す。凝着物Ｗ１ａがある程度以上の量（大きさ）になると、回転工具１６を検知位置まで動作させたとき、凝着物Ｗ１ａが妨げとなってピン部１６ｃか完全に通し穴６７に嵌まり込まなくなる。そして凝着物Ｗ１ａが検知プレート６３を押し上げる。すると検知プレート６３がヒンジピン６５を中心に揺動し、変位する。凝着状態が著しいほど、すなわち凝着物Ｗ１ａが多く大きいほど、検知プレート６３の変位量は大となる。
【００７７】
図１３（ｃ）は変位量＝ｈ１であって、ｈ１＞判定閾値である状態を示している。変位量ｈ１が判定閾値（例えば６ｍｍ程度）を越えると、レーザー変位センサ７７からのレーザー光７９が折曲部６３ａに当たり、その反射光が受光部に受光される。このとき、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａにケーブル７８を介して凝着検出信号が送られる。
【００７８】
以上説明したように、凝着検知部７０では、ショルダ部１６ｂへの凝着状態を検知プレート６３の変位量に変換することにより、容易に凝着状態を検知することができる。
【００７９】
なお、上記判定閾値を変更するには、折曲部６３ａの長さ（高さ）又はセンサ支持部７５の高さ又はレーザー変位センサ７７の設置角度等を調整すれば良い。そして、予め凝着状態と検知プレート６３の変位量との関係をサンプリングしておき、少なくとも実害の発生しない凝着状態のときの変位量の範囲内で適宜判定閾値を設定すれば良い。
【００８０】
ところで、図１３（ａ）に示すように、ヒンジピン６５と通し穴６７との距離をＬ１、ヒンジピン６５と折曲部６３ａとの距離をＬ２とすると、距離Ｌ１＜距離Ｌ２である。このため、検知プレート６３の変位量は、凝着物Ｗ１ａによる検知プレート６３の押し上げ量よりも大きくなる。すなわち凝着検知部７０は、凝着状態を増幅して検知する増幅作用を有する。その増幅率Ｋは、Ｋ＝Ｌ２／Ｌ１である。この増幅率Ｋが大きいほど凝着状態の検知精度が高められる。また増幅率Ｋを小さくすれば凝着検知部７０を小型化することができる。そのバランスを考慮して適切な増幅率Ｋを設定すれば良い。
【００８１】
次に、回転工具処理装置６０の凝着除去部８０について説明する。図１４は、凝着除去部８０を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は凝着除去動作中の作動図、（ｃ）は凝着除去動作後の動作図である。凝着除去部８０は、凝着検知部７０においてレーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検出信号が送られたとき、回転工具１６のショルダ部１６ｂに凝着した凝着物Ｗ１ａを除去するために設けられている。
【００８２】
図１４（ａ）に示すように、凝着除去部８０は、上下に延びる支柱８１と、支柱８１の上端付近に設けられて水平方向に延びる受け台８２と、支柱８１の上端付近からさらに上方に立設されたアーム支持部８３と、アーム支持部８３の上端付近に設けられ、略水平方向の軸線を有する回動軸８６と、回動軸８６に支持されて略水平方向に延びるとともに、回動軸８６まわりに回動自在とされたアーム８５と、アーム８５の一端に固定され、受け台８２と対向する位置に設けられた押圧部８７と、アーム８５の、回動軸８６を挟む押圧部８７と反対側の端部と支柱８１とを連結する油圧シリンダ８４と、受け台８２と押圧部８７とによって挟持される処理用第１金属部材Ｗ３とを備える。
【００８３】
処理用第１金属部材Ｗ３（処理用金属部材）は、第１金属部材Ｗ１と同じ材質の板、つまりアルミニウム合金材料からなる板である。その厚みは例えば２ｍｍ程度とされる。
【００８４】
油圧シリンダ８４の軸線は上下方向に延び、その可動軸８４ａの先端がアーム８５の端部に接続されている。従って、可動軸８４ａを伸縮させることにより、アーム８５を回動軸８６まわりに回動させることができる。或いは回動する方向に押引することができる。
【００８５】
図１４（ａ）に示すように、受け台８２と押圧部８７とで処理用第１金属部材Ｗ３が挟持されているセッティング状態のとき、可動軸８４ａを延ばす方向に加圧力を加えることにより、アーム８５を介して押圧部８７には下向きの加圧力が作用する。この加圧力によって処理用第１金属部材Ｗ３が確実に固定される。
【００８６】
また可動軸８４ａを縮める方向に力を加えることにより、アーム８５を介して押圧部８７に上向きの力が作用する。これにより処理用第１金属部材Ｗ３の固定状態が解除され、取り外しや交換が可能となる。
【００８７】
次に、凝着除去部８０での凝着物除去工程および凝着物除去動作について説明する。上記凝着検知工程において、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検知信号が送られると、制御ユニット５０ａは凝着物除去工程を実行する。すなわちロボット４０および接合ガン１０に凝着物除去動作を行わせる。
【００８８】
凝着物除去動作は、図１４（ａ）に示すように、ロボット４０で回転工具１６を処理用第１金属部材Ｗ３に対向して位置させ、次に図１４（ｂ）に示すように、押圧用モータ１４および回転用モータ１５で回転工具１６を回転させながらショルダ部１６ｂおよびピン部１６ｃを処理用第１金属部材Ｗ３に押圧して凝着物を除去する動作である。この動作は、予めティーチングによってその動作を制御ユニット５０ａに記憶させておくことによってなされる。
【００８９】
凝着物除去動作は、上記ワークを摩擦点接合させる動作に類似しているが、ワークを接合させるわけではなく、捨て打ちとも呼ばれる。捨て打ちの条件は、例えば加圧力を３．４３ｋＮ程度、回転速度を２５００ｒｐｍ程度、所定時間を１．５秒程度に設定することが好ましい。
【００９０】
捨て打ちを行うと、凝着物Ｗ１ａと処理用第１金属部材Ｗ３が軟化し、塑性流動を起こす。そして両者の間に固相接合が起こり、接合する。つまり凝着物Ｗ１ａが処理用第１金属部材Ｗ３に転写された状態となる。
【００９１】
その後、処理用第１金属部材Ｗ３から回転工具１６および受け具１７を離反させると、図１４（ｃ）に示すように凝着物Ｗ１ａが処理用第１金属部材Ｗ３に残留する。すなわち回転工具１６を損傷することなく、ショルダ部１６ｂから凝着物Ｗ１ａが容易に除去される。
【００９２】
当実施形態では、１回の凝着物除去工程あたり捨て打ちを２回行い、凝着物Ｗ１ａの除去をより確実なものとしている。
【００９３】
図１５は、凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。制御ユニット５０ａでこのフローチャートがスタートすると、まず接合カウンタＦに０を入力する（ステップＳ１０）。次に最初の接合部Ｐにおいて、上記初期移動工程から第１押圧工程、第２押圧工程を経て第３押圧工程に至る摩擦点接合を実行させる（ステップＳ１２）。次に、全ての接合部Ｐにおいて接合が完了したか否かを判定し（ステップＳ１４）、ＮＯであれば接合カウンタＦに１を追加する（ステップＳ１６）。次に、接合カウンタＦの値が、所定回数Ｎ１に達したか否かが判定される（ステップＳ１８）。所定回数Ｎ１は予め設定される値であって、Ｎ１回の接合毎に凝着状態検知工程を実行するものとされる値である。ステップＳ１８でＮＯと判定され、接合カウンタＦの値が所定回数Ｎ１に達していない場合は、ステップＳ１２に移行し、次の接合部Ｐにおいて摩擦点接合を繰り返す。
【００９４】
そしてステップＳ１８でＹＥＳと判定され、接合カウンタＦの値が所定回数Ｎ１に達した場合は、ステップＳ２０に移行し、凝着検知部７０での上記凝着状態検知工程を実行する。ステップＳ２０でレーザー変位センサ７７から凝着検知信号が送られず、凝着なし（所定値以上の凝着状態ではない）と判定されたとき（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ１０に戻り、接合カウンタＦを０にリセットして接合が繰り返される。このように、所定回数Ｎ１回の接合を行った後であっても、凝着状態が所定値に達していない場合は引き続き接合を繰り返すことにより、不必要な凝着物除去工程を省略することができ、効率化が図られる。
【００９５】
一方、ステップＳ２０でレーザー変位センサ７７から凝着検知信号が送られ、凝着あり（所定値以上の凝着状態である）と判定されたとき（ステップＳ２２でＹＥＳ）、凝着除去部８０での上記凝着物除去工程を実行する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１０に戻って接合カウンタＦを０にリセットし、あらためて接合が繰り返される。
【００９６】
遡って、ステップＳ１４で全ての接合部Ｐでの接合が完了した（ＹＥＳ）と判定されたとき、次回の稼動に備えて凝着物除去工程を実行する（ステップＳ３０）。そして回転工具１６を、凝着物Ｗ１ａが除去された状態にして終了する。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。
【００９８】
例えば、第１金属部材Ｗ１および第２金属部材Ｗ２は、上記実施形態のような組み合わせである必要はなく、その他の金属材料の組み合わせ（同種の金属同士を含む）であっても良い。また処理用第１金属部材Ｗ３は、第１金属部材Ｗ１と同種の金属であることが望ましいが、必ずしもそうでなくても良い。
【００９９】
また回転工具１６のショルダ部１６ｂの形状は、環状凹部１６ｄが形成されたものである必要はない。環状凹部１６ｄが形成されたものは凝着が起こり易い傾向にあるので、本発明の効果を顕著に奏するが、それ以外の形状、例えばショルダ部１６ｂが軸心Ｘに垂直な平坦面である場合にも、凝着の検知及び除去に関する本発明の効果を奏することができる。
【０１００】
回転工具１６或いは接合ガン１０は、ロボット４０に搭載されていなくても良い。但し回転工具１６や接合ガン１０をロボット４０に搭載した場合は、その移動自由度の高さを利用し、凝着状態検知工程や凝着物除去工程を容易に行わせることができるという利点がある。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができるという利点もある。
【０１０１】
回転工具１６の形状（各部寸法）や加圧力等の各種パラメータは、用途や各種条件に応じて適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦点接合装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す接合ガンの正面図である。
【図３】図１に示す接合ガンの側面図である。
【図４】図１に示す本体ケースの内部構造を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示す回転工具の先端部の拡大図である。
【図７】第１金属部材と第２金属部材とを摩擦点接合する際の概略図である。
【図８】摩擦点接合における第１押圧工程の説明図である。
【図９】摩擦点接合における第２押圧工程の説明図である。
【図１０】摩擦点接合における第３押圧工程の説明図である。
【図１１】摩擦点接合の完了後の状態を示す図である。
【図１２】回転工具のショルダ部における凝着物の凝着状態を示す図である。
【図１３】回転工具処理装置の一部である凝着検知部を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はショルダ部への凝着が殆どない場合の検知動作図、（ｃ）はショルダ部への凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。
【図１４】回転工具処理装置の一部である凝着除去部を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は凝着除去動作中の作動図、（ｃ）は凝着除去動作後の動作図である。
【図１５】凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１４ 押圧用モータ（駆動手段）
１５ 回転用モータ（駆動手段）
１６ 回転工具
１６ｂ ショルダ部
１６ｃ ピン部
１６ｄ 環状凹部
５０ａ 制御ユニット（制御手段）
６０ 回転工具処理装置
６３ 検知プレート
７０ 凝着検知部（検知手段）
７７ レーザー変位センサ（変位センサ）
Ｗ１ 第１金属部材（金属部材）
ｗ１ａ 凝着物
Ｗ２ 第２金属部材（金属部材）
Ｗ３ 処理用第１金属部材（処理用金属部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、回転工具を用いて当該金属部材同士を摩擦熱でスポット接合させる摩擦点接合装置に関し、詳しくは、その回転工具に金属部材が凝着したときに適切に処理する回転工具処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のボディ等においては、軽量化等を目的として、アルミニウム合金材料等
が多く採用されるようになり、それに伴い、例えばアルミニウム合金材料からなる部材同士を接合させたり、アルミニウム合金材料からなる部材と鉄や鋼材料等からなる部材とを接合させたりする機会が多くなってきている。このような接合を溶接で行うことは困難であるため、通常はリベット接合が行われるが、このリベット接合ではコストが高くなる。
【０００３】
そこで、このような接合を低コストで行うのに好適な方法として、摩擦点接合が知られている。この方法は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながらピン部およびショルダ部を金属部材に押圧し、摩擦熱でこの金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させるものである。この接合は、ワーク（接合対象の金属部材）を融点以下の温度で固相接合（溶融を伴わない固相状態のままの接合）するものである。
【０００４】
例えば特許文献１には、亜鉛メッキ鋼板とアルミニウム板とを摩擦点接合させる方法および装置が示されている。この特許文献１に示されるように、通常、回転工具は略円柱状であり、軸まわりに回転駆動させられる。そしてその略円柱の端部に形成されたショルダ部をワークに押圧するようになっている。ショルダ部の中心部には、微小突起であるピン部が形成されている。
【特許文献１】特開２００５−３４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばワークが自動車の各種パネル等である場合、その接合点は多数であるため、連続して摩擦点接合を行うことが効率的である。しかしながら、摩擦点接合を多数回繰り返すうちに、ショルダ部にワークの一部が凝着（付着）してしまう場合がある。例えば特許文献１に示されるような異種金属同士の接合の場合、ショルダ部は、ピン部を除く中央部がやや凹んだ形状である（環状凹部が形成されている）ことが好ましいが、このような場合、特にショルダ部への凝着が起こり易くなる。
【０００６】
ショルダ部、特にピン部の周囲に多くの凝着物がある状態で摩擦点接合を行うと、接合時の回転工具の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具やその駆動機構、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑み、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる摩擦点接合装置の回転工具処理方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする。
【０００９】
また請求項２に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また請求項３に係る発明は、請求項２記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項５に係る発明は、請求項２乃至４の何れか１項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記移動手段はロボットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によると、以下説明するように、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。
【００１４】
金属材料は比較的強固に凝着するため、純機械的な除去方法、例えばタガネ等を用いて除去する方法では除去が困難である。また除去できたとしても、回転工具の損傷を伴う懸念が大である。
【００１５】
しかし本発明によれば、凝着物除去工程を実行することにより、凝着した金属材料（凝着物）を軟化させ、塑性流動を起こさせて、これを処理用金属部材に転写することにより、回転工具を損傷することなく容易に凝着物を除去することができる。
【００１６】
また本発明によれば、凝着物除去工程を、所定値以上の凝着が検知された好適なタイミングで行うことができる。すなわち、凝着物除去工程の実行頻度を必要最小限とすることにより、効率化が図られる。
【００１７】
このように本発明によれば、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。そして常に凝着状態を所定値以下に保つことにより、接合時の回転工具の回転振れが抑制されるので、接合品質の低下や、回転工具をはじめとする各部の損傷を効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項２の発明によると、当該摩擦点接合装置の回転工具処理装置は、請求項１について記した効果と同様の効果を奏する。
【００１９】
請求項３の発明によると、検知プレートを介してショルダ部への凝着状態を検知することにより、凝着状態を検知プレートの変位に変換して変位センサに検知させることができる。従って容易に凝着状態を検知することができる。
【００２０】
またショルダ部の凝着状態を適宜増幅して検知プレートが変位するように構成することが容易にできるので、簡単な構造で検知精度を高めることができる。
【００２１】
請求項４の発明によると、比較的凝着の起こり易い環状凹部を有する回転工具に対して特に効果的に適用することができる。
【００２２】
請求項５発明によると、移動の自由度が高いロボットを移動手段とすることにより、凝着状態を検知する動作や凝着物除去動作を容易に行わせることができる。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る摩擦点接合装置１について説明する。
【００２４】
図１は摩擦点接合装置１の概略構成図である。この摩擦点接合装置１は、主たる構成要素として、接合ガン１０と、該接合ガン１０を手首に備えるロボット４０（移動手段）とを含んでいる。このロボット４０としては、汎用される６軸垂直多関節型ロボットが好適に用いられる。
【００２５】
ロボット４０は、ハーネス５１を介して制御盤５０と接続されている。また接合ガン１０は、ハーネス５２，５４．５５及び中継器５３を介して制御盤５０と接続されている。制御盤５０内には制御ユニット５０ａ（制御手段）が内蔵されており、ロボット４０を制御して、接合ガン１０が予め設定された所定の位置や傾きとなるように動作させる。また制御ユニット５０ａは、接合ガン１０に搭載された、後述する押圧用モータ１４および回転用モータ１５（図２参照）を制御して、回転工具１６および受け具１７からなる接合用工具１８に、予め設定された所定の動作を行わせる。
【００２６】
図２は接合ガン１０の正面図であり、図３は接合ガン１０の側面図である。これらの図に示すように、接合ガン１０は、ロボット４０への取付ボックス１１と、この取付ボックス１１の下面から下方に延びるＬ字状のアーム１２と、このアーム１２の上方で取付ボックス１１の側面に取り付けられた本体ケース１３と、ハーネス５４に接続された押圧用モータ１４と、ハーネス５５に接続された回転用モータ１５とを有している。
【００２７】
本体ケース１３の下端部には、接合用工具１８の一方である回転工具１６が設けられている。一方、アーム１２の先端部には、回転工具１６と該回転工具１６の軸心Ｘ方向に対向して、接合用工具１８の他方である受け具１７が設けられている。
【００２８】
摩擦点接合は、この回転工具１６と受け具１７とでワーク（重ね合わせた複数の金属部材）を挟むようにして行われる。詳しくは、ワークの一方の面を受け具１７の先端に当接させて受け、ワークの他方の面に対し、後述の如く、軸心Ｘ回りに回転する回転ツール１６の先端部を押圧することによって摩擦点接合が行われるように構成されている。
【００２９】
図４は、本体ケース１３の内部構造を示す断面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。本体ケース１３の内部には、互いに平行に上下方向に延びるネジ軸（昇降軸）２４及びスプライン軸（回転軸）２５がそれぞれの軸心回りに回転自在に設けられている。これら両軸２４，２５の上端部は、上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで両軸２４，２５に従動プーリ２６，２７がそれぞれ組み付けられている。上蓋部材２１及び上部カバー２２は、図５に示すように、本体ケース１３の上部から該本体ケース１３の側方に張り出しており、上蓋部材２１の該張出し部の下面に押圧用モータ１４及び回転用モータ１５が固定されている。これら両モータ１４，１５の出力軸１４ａ，１５ａの先端部（上端部）は、上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで両出力軸１４ａ，１５ａに駆動プーリ１４ｂ，１５ｂがそれぞれ組み付けられている。そして、上記各駆動プーリ１４ｂ，１５ｂと従動プーリ２６，２７との間には、駆動伝達用のベルト２８．２９がそれぞれ巻き掛けられており、押圧用モータ１４の回転により、ネジ軸２４が図５のＡ方向（ｄｏｗｎ方向）又はＢ方向（ｕｐ方向）に回転駆動され、回転用モータ１５の回転により、スプライン軸２５が図５のＣ方向に回転駆動されるようになっている。
【００３０】
図４に戻って説明を続ける。ネジ軸２４のネジ部２４ａには、昇降ブロック３１が螺合されておりスプライン軸２５のスプライン部２５ａには、回転筒体３５がスプライン結合されている。この回転筒体３５は、昇降ブロック３１に結合部材３２を介して一体結合された昇降筒体３３の内部に回転自在に設けられている。スプライン軸２５、昇降筒体３３及び回転筒体３５は、互いに同心状に配置されている。なお、以下、昇降ブロック３１、結合部材３２及び昇降筒体３３の一体物を昇降体３０という。
【００３１】
本体ケース１３の下面には、円筒状の下方突出部１３ａが形成されており、この下方突出部１３ａの下端部には下部カバー２３が設けられている。上記昇降筒体３３及び回転筒体３５の下端部は、この下部カバー２３を貫通して下方に突出している。そして、内側にある回転筒体３５の方が、外側にある昇降筒体３３よりも長く下方に突出して、その回転筒体３５の下端部に取付部材３６が固着されている。この取付部材３６に対し回転ツール１６の先端部と反対側の端部である基端部が着脱自在（交換自在）に取り付けられている。この取り付けられた回転工具１６の軸心Ｘは、上記スプライン軸２５の軸心の延長線上にある。なお、下部カバー２３と昇降筒体３３の下端部との間には、昇降筒体３３の外表面を本体ケース１３の外部の汚染等から保護する伸縮自在の蛇腹部材３４が配設されている。
【００３２】
なお、スプライン軸２５と上蓋部材２１との間には軸受２５ｂが、昇降筒体３３と回転筒体３５との間には軸受３５ａが、昇降筒体３３と取付部材３６との間には軸受３３ａが、それぞれ設けられている。
【００３３】
また、押圧用モータ１４としては、回転角の制御及び検知が容易なサーボモータが好ましく、回転用モータ１５としては、同じく回転角の制御及び検知が容易なサーボモータ、又は回転速度の制御が容易なインダクションモー夕が好ましい。これら押圧用モータ１４および回転用モータ１５は、回転工具１６（詳しくは、図６に示す回転工具１６のショルダ部１６ｂおよびピン部１６ｃ）を回転させながらワークに押圧する駆動手段を構成している。
【００３４】
図６は回転工具１６の先端部の拡大図である。この回転工具１６の先端部は、円柱状の胴体部１６ａの下端面（その輪郭は円形である）とされた、ワークと対向するショルダ部１６ｂと、回転工具１６の軸心Ｘ上に位置し、かつショルダ部１６ｂから該ショルダ部１６ｂよりも小径でワークに対向する側に所定長さｈだけ突出するピン部１６ｃと、該ピン部１６ｃの周囲におけるショルダ部１６ｂに設けられた環状凹部１６ｄとで構成されている。当実施形態では、この環状凹部１６ｄの底面が、径方向外側に向かって凹み量が小さくなるように傾斜しており、環状凹部１６ｄは、回転工具１６の軸心Ｘを中心とする円錐形状に凹んでいる。この回転工具１６の具体的寸法としては、例えば、ショルダ部１６ｂの直径Ｄ１が１０ｍｍ、ピン部１６ｃの直径Ｄ２が２ｍｍ，ピン部１６ｃの突出長さｈが０．３ｍｍ〜０．３５ｍｍ、環状凹部１６ｄの底面のショルダ部１６ｂに対する傾斜角θが５°〜７゜とされる。
【００３５】
但し、回転工具１６の最適形状は一義的に決定されるものではなく、ワークの材質、厚さ、重ね合わせるワークの枚数等、用途に応じて異なる。従って、用途別に好適な複数種類の回転工具１６を準備しておき、用途に応じて適宜交換して用いるようにするのが望ましい。図６に示すような環状凹部１６ｄを有する回転工具１６の形状は、特に融点の異なる異種の金属部材を接合する際に用いると好適である。
【００３６】
次に、摩擦点接合装置１の摩擦点接合時の動作について説明する。
【００３７】
まず、回転工具１６の昇降動作および回転動作について説明する。なお、回転工具１６の軸心Ｘの向きは、ロボット４０によって自在に変化させることができるが、説明の都合上、回転工具１６を受け具１７に接近させる方向の動作を下降、受け具１７から遠ざける方向の動作を上昇と言う。
【００３８】
押圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のＡ方向に回転駆動されたときには、昇降体３０がネジ部２４ａとの螺合によって下降し、昇降体３０における昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び該回転筒体３５の下端部に取付部材３６を介して取り付けられた回転工具１６が一緒に下降する。逆に、押圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のＢ方向に回転駆動されたときには、昇降体３０がネジ部２４ａとの螺合によって上昇し、回転筒体３５及び回転工具１６が一緒に上昇する。このことで、押圧用モータ１４は、回転工具１６を、後述の如く回転工具１６と受け具１７との間に位置するワークに対して、該回転工具１６の軸心Ｘ方向に進退移動させるように構成されていることになる。また、押圧用モータ１４は、回転工具１６を上記ワークに対し押圧させるように構成されているとともに、該押圧時の加圧力を、押圧用モータ１４へ供給する電流により変更することができるようになっている。
【００３９】
また、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のＣ方向に回転駆動されたときには、上記のような昇降体３０の動きとは独立して、回転筒体３５がスプライン部２５ａとのスプライン結合によってスプライン軸２５と同じＣ方向に回転し、回転筒体３５に取り付けられた回転工具１６も、該回転工具１６の軸心Ｘ回りにスプライン軸２５と同じＣ方向に回転する。また、回転用モータ１５は、回転工具１６の軸心Ｘ回りの回転速度を、回転用モータ１５へ供給する電流により変更することができるようになっている。
【００４０】
次に、上記回転工具１６の昇降動作を伴うワークの接合動作について説明する。
【００４１】
図７は、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを摩擦点接合する際の概略図である。第１及び第２金属部材Ｗ１，Ｗ２は、例えば自動車のボディを構成する部材であり、ここでは第１金属部材Ｗ１がアルミニウム合金材料（アルミニウム合金板）からなり、第２金属部材Ｗ２が鋼材料（鋼板）からなるものとする。また第２金属部材Ｗ２の表面には、防錆対策として亜鉛メッキ層Ｚ（図８参照）が施されているものとする。
【００４２】
摩擦点接合装置１により第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを摩擦点接合するには、先ず図７に例示するように、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との接合部（図示の例では５箇所の接合部Ｐ）を含む部分を重ね合わせ、このワークを図示しない把持手段によって把持して固定する。
【００４３】
続いて、ロボット４０の作動により、接合ガン１０を、上記ワークにおいて接合しようとする複数の接合部Ｐの１つに近接させ、回転工具１６が接合部Ｐの第１金属部材Ｗ１側に位置し、受け具１７がその接合部Ｐの第２金属部材Ｗ２側に位置するようにする。次いで、接合ガン１０全体を第１金属部材Ｗ１側に移動させて、受け具１７の先端を第２金属部材Ｗ２の下面に当接させる。
【００４４】
そして、上記受け具１７の先端が第２金属部材Ｗ２に当接した状態で、上記の下降動作と回転動作とにより、回転工具１６を回転させつつ第１金属部材Ｗ１に押し当て、接合させる。この接合の工程は、詳しくは初期移動工程、第１押圧工程、第２押圧工程、第３押圧工程を順に行うように設定されている。
【００４５】
まず初期移動工程では、回転工具１６を降下させて第１金属部材Ｗ１の近接位置である初期位置に移動させる。この初期位置は、回転工具１６のピン部１６ｃの先端が第１金属部材Ｗ１に対し僅かに離れるような位置である。この初期移動工程では、回転工具１６を回転させるようにしても、回転させないようにしても良いが、当実施形態では、次の第１押圧工程へ直ぐに移行できるように、続く第１押圧工程と同じ回転速度（第１回転速度）で回転させるようにしておく。
【００４６】
続く第１押圧工程では、図８に示すように、回転工具１６を第１回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、上記初期移動工程における回転工具１６の移動抵抗値よりも大きい第１加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第１所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触させる。
【００４７】
なお、回転工具１６の第１金属部材Ｗ１に対する加圧力は、押圧用モータ１４へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット５０ａは、押圧用モータ１４へ供給する電流を、上記第１押圧工程では、上記第１所定時間の間、上記第１加圧力に対応する電流値になるように制御する。また、回転工具１６の回転速度は、回転用モータ１５へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット５０ａは、回転用モータ１５へ供給する電流を、上記第１押圧工程（及び初期移動工程）では、上記第１回転速度に対応する電流値になるように制御する。
【００４８】
上記移動抵抗値は、上記ネジ軸２４や昇降体３０等によって構成された、昇降筒体３３（回転工具１６）を移動させる機構内で生じる摩擦抵抗により決まるものであるが、この摩擦抵抗値は安定しておらず、特に可動部と固定部との間の隙間量やグリス等の影響によってばらつく。このため、上記第１加圧力が移動抵抗値以下であると、移動抵抗値の大きさによって、第１金属部材Ｗ１に第１加圧力が実際に作用するまでの時間がばらつき、第１金属部材Ｗ１に対し第１加圧力で実際に押圧する時間は、上記第１所定時間に対してかなりばらつくことになる。しかし当実施形態では、第１加圧力を上記移動抵抗値よりも大きく設定しているので、移動抵抗値の大きさに関係なく、第１押圧工程開始直後に、第１加圧力で回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に対し押圧されることとなり、第１加圧力が第１金属部材Ｗ１に実際に作用する時間は上記第１所定時間と略同じになり、安定する。
【００４９】
上記第１加圧力は、上記移動抵抗値のばらつき範囲の最大値よりも大きくて、２．４５ｋＮ以上３．４３ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第１回転速度は、１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。さらに、上記第１所定時間は、０．２秒以上２．０秒以下に設定することが好ましい。これら第１加圧力、第１回転速度及び第１所定時間は、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し、環状凹部１６ｄの底面の一部（深さが深い軸心Ｘ側の部分）が第１金属部材Ｗ１に接触しないで、ショルダ部１６ｂの周縁部及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に接触する程度に押し込まれるようにそれぞれ設定する。
【００５０】
上記第１押圧工程においては、ショルダ部１６ｂの周縁部及びピン部１６ｃが回転ツール１６の軸心Ｘ回りに回転しながら第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触されることで、その２箇所の接触部位で摩擦熱が生じ、この摩擦熱は、ワークにおける該２箇所の接触部位の間の部分（環状凹部１６ｄの底面が接触していない部分）、延いては接合部Ｐ全体に速やかに拡散され、第１金属部材Ｗ１におけるショルダ部１６ｂに対向する部分（接合部Ｐ）全体が良好に軟化する。また、第２金属部材Ｗ２の表面に施されている亜鉛メッキ層Ｚも、接合部Ｐにおいて軟化する。このように、上記第１加圧力、第１回転速度及び第１所定時間を、上記好ましい範囲に設定することで、第１金属部材Ｗ１を剪断破壊させることなく良好に軟化させることができるようになる。
【００５１】
またこの第１押圧工程の初期段階において、ショルダ部１６ｂよりも所定長さｈだけ突出したピン部１６ｃが、ショルダ部１６ｂよりも先に第１金属部材Ｗ１に当接する。このように細い径のピン部１６ｃを最初に当接させることにより、回転工具１６の位置決めが良好になされ、回転振れが効果的に抑制される（アンカー機能）。
【００５２】
続く第２押圧工程では、図９に示すように、回転用モータ１５により、回転工具１６を第２回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、上記第１加圧力よりも大きい第２加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第２所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に押し込む。
【００５３】
この第２押圧工程では、加圧力が大きくなることで、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃが第１金属部材Ｗ１に対し徐々に深く入り込み、環状凹部１６ｄの底面全体、つまりピン部１６ｃ及び環状凹部１６ｄを含むショルダ部１６ｂ全体が第１金属部材Ｗ１に接触する。これに伴い、第１金属部材Ｗ１の軟化に加えて塑性流動が行われる（図では模式的に破線で塑性流動Ｑを示す）。この塑性流動Ｑにおいて、ショルダ部１６ｂに環状凹部１６ｄが設けられている（特に環状凹部１６ｄが円錐形状をなしている）ことから、塑性流動する第１金属部材Ｗ１が、図の上下方向に流動して、回転工具１６の直下部分（接合部Ｐ）から外側へ流出することが抑制される。また、環状凹部１６ｄにより、第２加圧力が接合部Ｐに集中して、第１金属部材Ｗ１の塑性流動Ｑが促進される。さらに、上記両金属部材Ｗｌ，Ｗ２の接合境界面において、上記軟化した亜鉛メッキ層Ｚが接合部Ｐから押し出されることで、第２金属部材Ｗ２の新生面が露出するとともに、図示しないが、空気中の酸素により第１金属部材Ｗ１の表面に形成されている酸化被膜が接合部Ｐにおいて破壊されることで、第１金属部材Ｗ１の新生面が露出する。
【００５４】
上記第２加圧力は、３．９２ｋＮ以上５．８８ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第２回転速度は、２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満に設定することが好ましい。さらに、上記第２所定時間は、１．０秒以上２．０秒以下に設定することが好ましい。これら第２加圧力、第２回転速度及び第２所定時間は、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し所定の挿入位置よりも深く押し込まれないようにそれぞれ設定する。この所定の挿入位置は、該挿入位置よりも回転工具１６が深く入り込むと第１金属部材Ｗ１が過度に薄くなって引きちぎられるような位置である。
【００５５】
上記第２押圧工程の終了により、接合部Ｐでの接合を終了するようにしてもよいが、当実施形態では、さらに第３押圧工程を行うようにしている。
【００５６】
第３押圧工程では、図１０に示すように、回転用モータ１５により回転ツール１６を第３回転速度で回転させながら、押圧用モータ１４により、第２加圧力よりも小さい第３加圧力で、回転工具１６のショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃを、第３所定時間の間、第１金属部材Ｗ１に対し押圧接触させる。
【００５７】
この第３押圧工程では、加圧力を第２押圧工程よりも小さくすることで、回転工具１６が第１金属部材Ｗ１に対し上記所定の挿入位置よりも深く押し込まれず、第２押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けることとなる。これにより、第１金属部材Ｗ１が過度に薄くなって引きちぎれるようなことがなくなるとともに、第２押圧工程時と同じ程度の温度が維持されて、良好な塑性流動が長時間に亘って行われる。この第３押圧工程の終了により、１つの接合部Ｐでの接合が終了することになる。
【００５８】
上記第３加圧力は、上記第１加圧力よりも小さくて、０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮ以下に設定することが好ましい。また、上記第３回転速度は、１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。さらに、上記第３所定時間は、０．５秒以上２．５秒以下に設定することが好ましい。これら第３加圧力、第３回転速度及び第３所定時間は、回転ツール１６が第１金属部材Ｗ１に対し、第２押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けかつ第１金属部材Ｗ１の塑性流動が生じるようにそれぞれ設定する。
【００５９】
上記第３押圧工程においては、回転工具１６で押し出された金属材料がバリＲとなって第１金属部材Ｗ１の表面に隆起するとともに、亜鉛メッキ層Ｚが更に接合部Ｐから押し出され、また酸化皮膜が更に破壊されて、両金属部材Ｗｌ，Ｗ２の新生面の露出範囲が拡大する（図１０中、×印で表示した範囲）。この結果、両金属部材の合わせ面部同士が、摩擦点接合によって固相接合され、その接合強度は安定的に高くなる。
【００６０】
なお、亜鉛メッキ層Ｚにおける接合部Ｐの近傍部分には、第１金属部材Ｗ１の金属と、亜鉛メッキ層Ｚの金属との金属混合物層Ｙが生成される。
【００６１】
上記１つの接合部Ｐでの接合が終了すると、押圧用モータ１４により、ネジ軸２４を図５のＢ方向に回転駆動させることで、回転工具１６を上昇させるとともに、接合ガン１０全体を回転工具１６の下降方向に移動させることにより、接合用工具１８をワークから離反させる。摩擦点接合が完了した後の接合部Ｐにおいては、図１１に示すように、ワーク（第１金属部材Ｗｌ）の表面に、ショルダ部１６ｂ及びピン部１６ｃの痕が残り、ショルダ部１６ｂの周囲には、バリＲが生じている。
【００６２】
接合部Ｐでの摩擦点接合が完了すると、制御ユニット５０ａはロボット４０によって接合ガン１０を次の接合部Ｐへと移動させる。そして接合ガン１０に上記と同様の動作を繰り返し行わせ、次の接合部Ｐでの接合を行わせる。こうして、複数の接合部Ｐにおいて摩擦点接合（固相接合）が順次行われる。
【００６３】
ところで、複数の接合部Ｐでの摩擦点接合を繰り返すうち、図１２に示すように、ショルダ部１６ｂ、特にピン部１６ｃの周囲に凝着物Ｗ１ａが生成することがある。凝着部Ｗ１ａは、接合時に軟化し、塑性流動した第１金属部材Ｗ１がショルダ部１６ｂに付着し、固まったものである。特にショルダ部１６ｂに環状凹部１６ｄが形成されている場合にこの凝着物Ｗ１ａが生成し易い。
【００６４】
凝着物Ｗ１ａが大きくなると、第１押圧工程におけるピン部１６ｃの上記アンカー機能が低下し、回転工具１６の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具１６や接合ガン１０の駆動機構（例えば図４に示す軸受２５ｂ、軸受３５ａおよび軸受３３ａなど）、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。
【００６５】
そこで当実施形態では、次に説明する回転工具処理装置６０を設け、凝着物Ｗ１ａを適切なタイミングで効率良く除去するようにしている。回転工具処理装置６０は、主として凝着検知部７０（図１３参照）と凝着除去部８０（図１４参照）からなる。回転工具処理装置６０は、ロボット４０による接合ガン１０の可動範囲内に設けられる。すなわち、以下に説明する回転工具処理装置６０に対する回転工具１６の動作は、回転工具１６を接合ガン１０に装着した状態で、ロボット４０の動作によってなされるように構成されている。
【００６６】
図１３は、凝着検知部７０を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はショルダ部１６ｂへの凝着が殆どない場合の検知動作図、（ｃ）はショルダ部１６ｂへの凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。
【００６７】
図１３（ａ）に示すように、凝着検知部７０は、上下に延びる支柱６１と、支柱６１の上端付近に設けられて水平方向の軸線を有するヒンジピン６５と、基端側がヒンジピン６５に揺動自在に軸支されるとともに、先端側に上方への折曲部６３ａを有する鋼板製の検知プレート６３と、検知プレート６３の先端側を下方から支持する受け台７３と、上下に延びて受け台７３を支持する支柱７１と、受け台７３から上方に立設されたセンサ支持部７５と、センサ支持部７５の上端付近に固設されたレーザー変位センサ７７と、このレーザー変位センサ７７の検知信号を摩擦点接合装置１の制御ユニット５０ａに伝達するケーブル７８とを備える。
【００６８】
検知プレート６３の比較的ヒンジピン６５寄りに、通し穴６７が穿設されている。通し穴６７の径は、ピン部１６ｃのピン径Ｄ２よりも所定値（例えば１ｍｍ）大きくなっている。
【００６９】
検知プレート６３はヒンジピン６５を中心に揺動自在となっているので、受け台７３の支持がなければ先端側が落下する。受け台７３はその落下を防止するために検知プレート６３を支持するものであり、通常の状態（図１３（ａ）に示すように、回転工具１６が検知プレート６３から充分離れている状態。）で検知プレート６３を略水平に支持する。
【００７０】
なお検知プレート６３は、通常の状態から検知プレート６３の先端側（折曲部６３ａ）が上方変位する方向には揺動可能である。その揺動によって折曲部６３ａが上方変位したとき、その上下方向の移動量を検知プレート６３の変位量というものとする。
【００７１】
レーザー変位センサ７７は周知のセンサであるため詳細説明を省略するが、レーザー光の発光部と受光部とを備え、発光部から発したレーザー光の反射光を受光することにより、検知対象の変位を検知するものである。当実施形態では、検知プレート６３の変位量が所定の判定閾値以上であるか否かを検知するセンサとしてレーザー変位センサ７７を用いている。レーザー変位センサ７７の発光部は、検知プレート６３の変位量＝０のとき、折曲部６３ａの上端よりもやや上方の空間に向けてレーザー光を発するように設定されている。
【００７２】
次に、凝着検知部７０での凝着状態検知工程および凝着状態検知動作について説明する。例えば所定回数の摩擦点接合を実行したとき等、所定の条件が成立すると、制御ユニット５０ａは次の接合部Ｐでの摩擦点接合を実行する前に凝着状態検知工程を実行する。すなわちロボット４０および接合ガン１０に凝着状態検知動作を行わせる。この凝着状態検知動作は、図１３（ａ）に示すように、回転工具１６のショルダ部１６ｂを上向きにするとともに、検知プレート６３の通し穴６７とピン部１６ｃとの位置を合わせた状態で回転工具１６を検知プレート６３に接近させる動作である（矢印ＡＷ１）。なお、このとき回転工具１６を回転させる必要はない。
【００７３】
図１３（ｂ）は、ショルダ部１６ｂに凝着のない回転工具１６を検知位置まで動作させた状態を示す。この検知位置は、ショルダ部１６ｂが検知プレート６３に略当接（ソフト接触）する位置である。予め凝着のない回転工具１６を用いて、ロボット４０（の制御ユニット５０ａ）に検知位置を認識させるティーチングを行っておくと良い。
【００７４】
ショルダ部１６ｂに凝着がなければ、或いはごく僅かな凝着状態であれば、ショルダ部１６ｂから突出したピン部１６ｃは通し穴６７に完全に嵌まり込む。従って図１３（ｂ）に示すように検知プレート６３は変位しない（変位量＝０）。
【００７５】
図１３（ｂ）に示すように、検知プレート６３の変位量＝０のとき、レーザー変位センサ７７の発光部から発せられたレーザー光７９は折曲部６３ａに当たらず、受光部は折曲部６３ａからの反射光を受光しない。このとき、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検出信号が送られない（ケーブル７８を介して凝着非検出信号を送るようにしても良い）。
【００７６】
図１３（ｃ）は、ショルダ部１６ｂのピン部１６ｃの周囲に凝着物Ｗ１ａがある場合を示す。凝着物Ｗ１ａがある程度以上の量（大きさ）になると、回転工具１６を検知位置まで動作させたとき、凝着物Ｗ１ａが妨げとなってピン部１６ｃか完全に通し穴６７に嵌まり込まなくなる。そして凝着物Ｗ１ａが検知プレート６３を押し上げる。すると検知プレート６３がヒンジピン６５を中心に揺動し、変位する。凝着状態が著しいほど、すなわち凝着物Ｗ１ａが多く大きいほど、検知プレート６３の変位量は大となる。
【００７７】
図１３（ｃ）は変位量＝ｈ１であって、ｈ１＞判定閾値である状態を示している。変位量ｈ１が判定閾値（例えば６ｍｍ程度）を越えると、レーザー変位センサ７７からのレーザー光７９が折曲部６３ａに当たり、その反射光が受光部に受光される。このとき、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａにケーブル７８を介して凝着検出信号が送られる。
【００７８】
以上説明したように、凝着検知部７０では、ショルダ部１６ｂへの凝着状態を検知プレート６３の変位量に変換することにより、容易に凝着状態を検知することができる。
【００７９】
なお、上記判定閾値を変更するには、折曲部６３ａの長さ（高さ）又はセンサ支持部７５の高さ又はレーザー変位センサ７７の設置角度等を調整すれば良い。そして、予め凝着状態と検知プレート６３の変位量との関係をサンプリングしておき、少なくとも実害の発生しない凝着状態のときの変位量の範囲内で適宜判定閾値を設定すれば良い。
【００８０】
ところで、図１３（ａ）に示すように、ヒンジピン６５と通し穴６７との距離をＬ１、ヒンジピン６５と折曲部６３ａとの距離をＬ２とすると、距離Ｌ１＜距離Ｌ２である。このため、検知プレート６３の変位量は、凝着物Ｗ１ａによる検知プレート６３の押し上げ量よりも大きくなる。すなわち凝着検知部７０は、凝着状態を増幅して検知する増幅作用を有する。その増幅率Ｋは、Ｋ＝Ｌ２／Ｌ１である。この増幅率Ｋが大きいほど凝着状態の検知精度が高められる。また増幅率Ｋを小さくすれば凝着検知部７０を小型化することができる。そのバランスを考慮して適切な増幅率Ｋを設定すれば良い。
【００８１】
次に、回転工具処理装置６０の凝着除去部８０について説明する。図１４は、凝着除去部８０を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は凝着除去動作中の作動図、（ｃ）は凝着除去動作後の動作図である。凝着除去部８０は、凝着検知部７０においてレーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検出信号が送られたとき、回転工具１６のショルダ部１６ｂに凝着した凝着物Ｗ１ａを除去するために設けられている。
【００８２】
図１４（ａ）に示すように、凝着除去部８０は、上下に延びる支柱８１と、支柱８１の上端付近に設けられて水平方向に延びる受け台８２と、支柱８１の上端付近からさらに上方に立設されたアーム支持部８３と、アーム支持部８３の上端付近に設けられ、略水平方向の軸線を有する回動軸８６と、回動軸８６に支持されて略水平方向に延びるとともに、回動軸８６まわりに回動自在とされたアーム８５と、アーム８５の一端に固定され、受け台８２と対向する位置に設けられた押圧部８７と、アーム８５の、回動軸８６を挟む押圧部８７と反対側の端部と支柱８１とを連結する油圧シリンダ８４と、受け台８２と押圧部８７とによって挟持される処理用第１金属部材Ｗ３とを備える。
【００８３】
処理用第１金属部材Ｗ３（処理用金属部材）は、第１金属部材Ｗ１と同じ材質の板、つまりアルミニウム合金材料からなる板である。その厚みは例えば２ｍｍ程度とされる。
【００８４】
油圧シリンダ８４の軸線は上下方向に延び、その可動軸８４ａの先端がアーム８５の端部に接続されている。従って、可動軸８４ａを伸縮させることにより、アーム８５を回動軸８６まわりに回動させることができる。或いは回動する方向に押引することができる。
【００８５】
図１４（ａ）に示すように、受け台８２と押圧部８７とで処理用第１金属部材Ｗ３が挟持されているセッティング状態のとき、可動軸８４ａを延ばす方向に加圧力を加えることにより、アーム８５を介して押圧部８７には下向きの加圧力が作用する。この加圧力によって処理用第１金属部材Ｗ３が確実に固定される。
【００８６】
また可動軸８４ａを縮める方向に力を加えることにより、アーム８５を介して押圧部８７に上向きの力が作用する。これにより処理用第１金属部材Ｗ３の固定状態が解除され、取り外しや交換が可能となる。
【００８７】
次に、凝着除去部８０での凝着物除去工程および凝着物除去動作について説明する。上記凝着検知工程において、レーザー変位センサ７７から制御ユニット５０ａに凝着検知信号が送られると、制御ユニット５０ａは凝着物除去工程を実行する。すなわちロボット４０および接合ガン１０に凝着物除去動作を行わせる。
【００８８】
凝着物除去動作は、図１４（ａ）に示すように、ロボット４０で回転工具１６を処理用第１金属部材Ｗ３に対向して位置させ、次に図１４（ｂ）に示すように、押圧用モータ１４および回転用モータ１５で回転工具１６を回転させながらショルダ部１６ｂおよびピン部１６ｃを処理用第１金属部材Ｗ３に押圧して凝着物を除去する動作である。この動作は、予めティーチングによってその動作を制御ユニット５０ａに記憶させておくことによってなされる。
【００８９】
凝着物除去動作は、上記ワークを摩擦点接合させる動作に類似しているが、ワークを接合させるわけではなく、捨て打ちとも呼ばれる。捨て打ちの条件は、例えば加圧力を３．４３ｋＮ程度、回転速度を２５００ｒｐｍ程度、所定時間を１．５秒程度に設定することが好ましい。
【００９０】
捨て打ちを行うと、凝着物Ｗ１ａと処理用第１金属部材Ｗ３が軟化し、塑性流動を起こす。そして両者の間に固相接合が起こり、接合する。つまり凝着物Ｗ１ａが処理用第１金属部材Ｗ３に転写された状態となる。
【００９１】
その後、処理用第１金属部材Ｗ３から回転工具１６および受け具１７を離反させると、図１４（ｃ）に示すように凝着物Ｗ１ａが処理用第１金属部材Ｗ３に残留する。すなわち回転工具１６を損傷することなく、ショルダ部１６ｂから凝着物Ｗ１ａが容易に除去される。
【００９２】
当実施形態では、１回の凝着物除去工程あたり捨て打ちを２回行い、凝着物Ｗ１ａの除去をより確実なものとしている。
【００９３】
図１５は、凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。制御ユニット５０ａでこのフローチャートがスタートすると、まず接合カウンタＦに０を入力する（ステップＳ１０）。次に最初の接合部Ｐにおいて、上記初期移動工程から第１押圧工程、第２押圧工程を経て第３押圧工程に至る摩擦点接合を実行させる（ステップＳ１２）。次に、全ての接合部Ｐにおいて接合が完了したか否かを判定し（ステップＳ１４）、ＮＯであれば接合カウンタＦに１を追加する（ステップＳ１６）。次に、接合カウンタＦの値が、所定回数Ｎ１に達したか否かが判定される（ステップＳ１８）。所定回数Ｎ１は予め設定される値であって、Ｎ１回の接合毎に凝着状態検知工程を実行するものとされる値である。ステップＳ１８でＮＯと判定され、接合カウンタＦの値が所定回数Ｎ１に達していない場合は、ステップＳ１２に移行し、次の接合部Ｐにおいて摩擦点接合を繰り返す。
【００９４】
そしてステップＳ１８でＹＥＳと判定され、接合カウンタＦの値が所定回数Ｎ１に達した場合は、ステップＳ２０に移行し、凝着検知部７０での上記凝着状態検知工程を実行する。ステップＳ２０でレーザー変位センサ７７から凝着検知信号が送られず、凝着なし（所定値以上の凝着状態ではない）と判定されたとき（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ１０に戻り、接合カウンタＦを０にリセットして接合が繰り返される。このように、所定回数Ｎ１回の接合を行った後であっても、凝着状態が所定値に達していない場合は引き続き接合を繰り返すことにより、不必要な凝着物除去工程を省略することができ、効率化が図られる。
【００９５】
一方、ステップＳ２０でレーザー変位センサ７７から凝着検知信号が送られ、凝着あり（所定値以上の凝着状態である）と判定されたとき（ステップＳ２２でＹＥＳ）、凝着除去部８０での上記凝着物除去工程を実行する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１０に戻って接合カウンタＦを０にリセットし、あらためて接合が繰り返される。
【００９６】
遡って、ステップＳ１４で全ての接合部Ｐでの接合が完了した（ＹＥＳ）と判定されたとき、次回の稼動に備えて凝着物除去工程を実行する（ステップＳ３０）。そして回転工具１６を、凝着物Ｗ１ａが除去された状態にして終了する。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。
【００９８】
例えば、第１金属部材Ｗ１および第２金属部材Ｗ２は、上記実施形態のような組み合わせである必要はなく、その他の金属材料の組み合わせ（同種の金属同士を含む）であっても良い。また処理用第１金属部材Ｗ３は、第１金属部材Ｗ１と同種の金属であることが望ましいが、必ずしもそうでなくても良い。
【００９９】
また回転工具１６のショルダ部１６ｂの形状は、環状凹部１６ｄが形成されたものである必要はない。環状凹部１６ｄが形成されたものは凝着が起こり易い傾向にあるので、本発明の効果を顕著に奏するが、それ以外の形状、例えばショルダ部１６ｂが軸心Ｘに垂直な平坦面である場合にも、凝着の検知及び除去に関する本発明の効果を奏することができる。
【０１００】
回転工具１６或いは接合ガン１０は、ロボット４０に搭載されていなくても良い。但し回転工具１６や接合ガン１０をロボット４０に搭載した場合は、その移動自由度の高さを利用し、凝着状態検知工程や凝着物除去工程を容易に行わせることができるという利点がある。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができるという利点もある。
【０１０１】
回転工具１６の形状（各部寸法）や加圧力等の各種パラメータは、用途や各種条件に応じて適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦点接合装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す接合ガンの正面図である。
【図３】図１に示す接合ガンの側面図である。
【図４】図１に示す本体ケースの内部構造を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示す回転工具の先端部の拡大図である。
【図７】第１金属部材と第２金属部材とを摩擦点接合する際の概略図である。
【図８】摩擦点接合における第１押圧工程の説明図である。
【図９】摩擦点接合における第２押圧工程の説明図である。
【図１０】摩擦点接合における第３押圧工程の説明図である。
【図１１】摩擦点接合の完了後の状態を示す図である。
【図１２】回転工具のショルダ部における凝着物の凝着状態を示す図である。
【図１３】回転工具処理装置の一部である凝着検知部を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はショルダ部への凝着が殆どない場合の検知動作図、（ｃ）はショルダ部への凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。
【図１４】回転工具処理装置の一部である凝着除去部を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は凝着除去動作中の作動図、（ｃ）は凝着除去動作後の動作図である。
【図１５】凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１４ 押圧用モータ（駆動手段）
１５ 回転用モータ（駆動手段）
１６ 回転工具
１６ｂ ショルダ部
１６ｃ ピン部
１６ｄ 環状凹部
５０ａ 制御ユニット（制御手段）
６０ 回転工具処理装置
６３ 検知プレート
７０ 凝着検知部（検知手段）
７７ レーザー変位センサ（変位センサ）
Ｗ１ 第１金属部材（金属部材）
ｗ１ａ 凝着物
Ｗ２ 第２金属部材（金属部材）
Ｗ３ 処理用第１金属部材（処理用金属部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、
少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、
上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、
上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理方法。
【請求項２】
複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、
上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、
上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、
少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、
上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項３】
上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、
上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、
上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項４】
上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項５】
上記移動手段はロボットであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項１】
複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、
少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、
上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、
上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理方法。
【請求項２】
複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、
上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、
上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、
少なくとも１回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、
上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項３】
上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、
上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、
上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項４】
上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【請求項５】
上記移動手段はロボットであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
【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】
【公開番号】特開２００７−８３２９５（Ｐ２００７−８３２９５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７７５１１（Ｐ２００５−２７７５１１）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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