JP3534735B2 - スポット接合システムおよび固定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合によ
って被接合材をスポット接合するスポット接合システム
およびそれに用いられる固定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に摩擦攪拌接合を用いたスポット接
合では、Ｃガンを有する多関節ロボットを用いる。図９
は、このようなガンタイプのスポット接合システム１を
示す図である。

【０００３】Ｃガン２は、Ｃ形アームを有し、上部にＦ
ＳＷ（Friction Stir Welding）ヘッド３を有し、多関
節ロボット４のアーム先端に取り付けられる。ＦＳＷヘ
ッド３は、接合ツール５を回転および昇降させる。接合
ツール５は、円柱状であり、先端から下方にピンが突出
する。Ｃガンの下部には、接合ツール５の下端に対向し
て裏当て金６が設けられる。

【０００４】被接合材である２枚の金属板状のワークＷ
を接合するには、まず、図９に示すようにＣガン２でワ
ークを挟むようにロボット４で位置決めを行う。つぎ
に、ＦＳＷヘッド３で接合ツールを高速で回転させなが
ら下降させ、接合ツール先端をワークの接合点に押圧す
る。すると、回転による摩擦によって押圧部が軟化し、
ピンが挿入される。さらに回転することによって、挿入
されたピンで接合点近傍が攪拌され、塑性流動を起こ
す。所定時間攪拌後、接合ツールを上昇させると、接合
点で２枚のワークＷが重ね継ぎ手でスポット接合され
る。

【０００５】このようにＣガン２を用いることで、ロボ
ットアームに回転反力が伝わらないように施工すること
ができる。しかしながら、Ｃガン２を用いる方法では、
接合できる位置がＣガンのＣ形アームに制限される。つ
まり、車両構体パネルや船殻パネルのような大きいワー
クにスポット接合を行う場合には、ワークの中央部を接
合できない。たとえばＣガン２の懐を大きくすれば、ワ
ーク中央部の接合も可能であるが実用的でない。

【０００６】このような大型のワークにスポット接合を
適用するために、図１０に示すように、ワークの片面か
らアクセスするスポット接合システム８が考えられる。
この方法では、Ｃガンを用いるのでなく、多関節ロボッ
トのアーム先端にＦＳＷヘッド３を直接取り付ける。ま
たワークＷは、床に設置される定盤７に載置し水平に保
持される。そして、ロボット４を用いて定盤７上でＦＳ
Ｗヘッド３を自由に移動させて接合する。つまり、ＦＳ
Ｗヘッド３は、ワークＷ上の任意の位置にアクセスで
き、ワークＷ上の任意の位置を接合することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】スポットＦＳＷ接合時
には、接合ツールを高速で回転させた状態でワークに圧
入するので、接合ツールは回転によるモーメント反力を
受ける。つまり、定盤に置かれたワークを多関節ロボッ
ト４で片面からアクセスして重ね継ぎ手のスポットＦＳ
Ｗを行う場合、高速回転する接合ツール５が受けるモー
メント反力によって、接合ツールが水平方向に横ブレし
て接合できないといった問題が生じる。

【０００８】本発明の目的は、片面からアクセスしてス
ポットＦＳＷを行う場合、回転による接合ツールの横ブ
レを防止することができるスポット接合システムを提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転する接合
ツールの先端を被接合材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌
接合でスポット接合するスポット接合システムにおい
て、被接合材を保持する保持装置と、被接合材の片面側
で、接合ツールを任意の位置に移動させる移動装置と、
接合ツールに連結され、接合時に被接合材に一時的に固
定されることで、接合時の接合ツールのブレを防止する
固定装置と、移動装置を制御し、接合ツールを接合位置
まで移動させ、固定装置を被接合材に一時的に固定した
状態で、回転する接合ツールを被接合材に押圧してスポ
ット接合する制御装置とを有し、固定装置は、接合ツー
ルを回転自在に保持する押圧部と、押圧部に軸線方向に
移動可能に装着される押圧部材と、接合時に被接合材に
接触し、押圧部材と一体に形成される固定部材と、固定
部材と押圧部との間に介在され、固定部材が被接合材に
押し付けられたとき圧縮して、固定部材を被接合材に押
圧する押圧手段とを備えることを特徴とするスポット接
合システムである。

【００１０】本発明に従えば、接合ツールは、たとえば
多関節ロボットなどの移動装置に設けられ、保持装置に
保持される被接合材の任意の位置にアクセスでき、片面
から接合する。接合ツールには固定装置が連結される。
接合ツールには固定装置が連結され、接合ツールを接合
位置まで移動させ、被接合材を接合するとき、固定装置
が被接合材に一時的に固定される。

【００１１】固定装置が摩擦撹拌接合装置に設けられる
ことによって、摩擦撹拌接合装置と被接合材とを固定す
ることができる。また固定装置は、押圧手段によって、
固定部材が被接合材に押し付けられて、固定部材に一体
に設けられる押圧部材と被接合材とが固定される。この
押圧部材が、接合ツールを保持する押圧部に装着される
ことで、接合ツールが被接合物に対して横ブレすること
を防ぐことができる。

【００１２】また本発明は、回転する接合ツールの先端
を被接合材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポッ
ト接合するスポット接合システムにおいて、被接合材を
保持する保持装置と、被接合材の片面側で、接合ツール
を任意の位置に移動させる移動装置と、接合ツールに連
結され、接合時に被接合材に一時的に固定されること
で、接合時の接合ツールのブレを防止する固定装置と、
移動装置を制御し、接合ツールを接合位置まで移動さ
せ、固定装置を被接合材に一時的に固定した状態で、回
転する接合ツールを被接合材に押圧してスポット接合す
る制御装置と、接合時に、接合ツールの回転による反力
を検出するセンサとを有し、前記固定装置は、固定力を
調整可能に被接合材に一時的に固定される調整固定装置
を有し、前記制御装置は、接合時に前記センサで反力を
検出し、検出した反力に基づいて前記調整固定装置の固
定力を制御することを特徴とするスポット接合システム
である。また本発明は、前記調整固定装置は、モータ、
空気圧、油圧、真空吸着および電磁力のいずれかの方法
で固定力を調整可能であることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、接合ツールは、たとえば
多関節ロボットなどの移動装置に設けられ、保持装置に
保持される被接合材の任意の位置にアクセスでき、片面
から接合する。接合ツールには固定装置が連結される。
接合ツールには固定装置が連結され、接合ツールを接合
位置まで移動させ、被接合材を接合するとき、固定装置
が被接合材に一時的に固定される。

【００１４】また接合時に接合ツールからの反力を検出
し、これに基づいて、反力が所定の値未満となるよう
に、固定装置の固定力を調節する。このようにフィード
バック制御することで、つねに最適な固定力で接合する
ことができる。

【００１５】また本発明は、回転する接合ツールの先端
を被接合材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポッ
ト接合するスポット接合システムにおいて、被接合材を
保持する保持装置と、被接合材の片面側で、接合ツール
を任意の位置に移動させる移動装置と、接合ツールに連
結され、接合時に被接合材に一時的に固定されること
で、接合時の接合ツールのブレを防止する固定装置と、
移動装置を制御し、接合ツールを接合位置まで移動さ
せ、固定装置を被接合材に一時的に固定した状態で、回
転する接合ツールを被接合材に押圧してスポット接合す
る制御装置と、複数台の多関節ロボットとを有し、複数
台の多関節ロボットのうち少なくとも一台はアーム先端
に接合ツールが取り付けられる移動装置であり、前記制
御装置は、接合ツールを有する多関節ロボットで被接合
材の一方側から接合ツールを押圧して接合させるとき、
被接合材の反対側に配置される多関節ロボットが、アー
ム先端で接合ツールの押圧力を受けるように、複数台の
ロボットを協調制御することを特徴とするスポット接合
システムである。

【００１６】本発明に従えば、接合ツールは、たとえば
多関節ロボットなどの移動装置に設けられ、保持装置に
保持される被接合材の任意の位置にアクセスでき、片面
から接合する。接合ツールには固定装置が連結される。
接合ツールには固定装置が連結され、接合ツールを接合
位置まで移動させ、被接合材を接合するとき、固定装置
が被接合材に一時的に固定される。たとえば保持装置で
被接合材を立てて保持し、被接合材の両側にロボットを
配置し、一方のロボットで被接合材の片面側からスポッ
トＦＳＷを行う。このとき、被接合材の反対側に配置さ
れる他方のロボットは、接合ツールの押圧力を受けるよ
うに協調制御される。このような場合にも、上記固定装
置を用いることで、回転による横ブレを防止して接合す
ることができる。このような協調制御による接合は、両
方のロボットに接合ツールを設け、同時に被接合材の両
側から接合し、互いの押圧力を受けるように制御するこ
とも可能である。

【００１７】また本発明は、回転する接合ツールの先端
を被接合材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポッ
ト接合するスポット接合システムにおいて、被接合材を
保持する保持装置と、被接合材の片面側で、接合ツール
を任意の位置に移動させる移動装置と、接合ツールに連
結され、接合時に被接合材に一時的に固定されること
で、接合時の接合ツールのブレを防止する固定装置と、
移動装置を制御し、接合ツールを接合位置まで移動さ
せ、固定装置を被接合材に一時的に固定した状態で、回
転する接合ツールを被接合材に押圧してスポット接合す
る制御装置とを有し、前記移動装置は、多関節ロボット
であり、アーム先端に接合ツールが取り付けられ、前記
制御装置は、多関節ロボットのアーム先端を被接合材に
押し付けて接合前にあらかじめロボットアームを撓ませ
ておき、その状態で接合することを特徴とするスポット
接合システムである。

【００１８】本発明に従えば、接合ツールは、たとえば
多関節ロボットなどの移動装置に設けられ、保持装置に
保持される被接合材の任意の位置にアクセスでき、片面
から接合する。接合ツールには固定装置が連結される。
接合ツールには固定装置が連結され、接合ツールを接合
位置まで移動させ、被接合材を接合するとき、固定装置
が被接合材に一時的に固定される。

【００１９】また本発明に従えば、移動装置として多関
節ロボットを用いることで、効率よくスポット接合を行
うことができる。また多関節ロボットは先端に力を受け
るとアームが撓みやすい。したがって、たとえばアーム
先端に設けられる接合ツールから回転反力を受けると、
アームが撓んで、より横ブレしやすくなる。本発明で
は、接合前に、あらかじめアーム先端を被接合材に押し
付け、アームが撓まなくなるまで撓ませてから接合する
ので、回転反力による横ブレをさらに確実に防止するこ
とができる。

【００２０】また本発明は、前記固定装置は、被接合材
に押圧されることで被接合材に一時的に固定される固定
部材を有することを特徴とする。

【００２１】本発明に従えば、固定装置は、被接合材に
押圧されることで被接合材に一時的に固定されるので、
バネ力、モータ、空気圧、および油圧などの簡単な構成
で被接合材へ一時的に固定することができる。また、重
ね継ぎ手接合では、被接合材間に隙間があると、接合品
質が悪くなるが、押圧手段で押圧して接合することで、
被接合材間の隙間をなくし、高品質にスポットＦＳＷ接
合することができる。また、このような被接合材に押圧
される固定部材を用いるということは、接合時の接合ツ
ールの姿勢角度が常に垂直であることを意味する。これ
によって、ロボットへの教示作業を容易に行うことがで
きる。

【００２２】また本発明は、前記固定装置は、静止摩擦
係数の大きな材料からなり、被接合材に押圧されること
で被接合材に固定される固定部材を有することを特徴と
する。

【００２３】本発明に従えば、固定部材が、静止摩擦係
数の大きな材料、たとえばポリウレタンや樹脂などゴム
系の材料からなる。これによって前記押圧手段で押圧さ
れたとき、固定装置が確実に被接合材に固定される。

【００２４】また本発明は、前記固定装置は、被接合材
に押圧されたとき被接合材に食い込む突起を有する固定
部材を有することを特徴とする。

【００２５】本発明に従えば、固定部材が被接合材に喰
い込む突起を有する。これによって前記押圧手段で押圧
されたとき、固定装置が確実に被接合材に固定される。

【００２６】また本発明は、前記移動装置は、被接合材
の片面側で、２軸方向に移動可能で、任意の位置に接合
ツールを移動させることを特徴とする。

【００２７】本発明に従えば、本発明に用いる移動装置
は、多関節ロボットに限らず、たとえばｘ軸・ｙ軸の２
軸に移動可能な移動装置を用いてもよい。この場合に
も、被接合材に一時的に固定される固定装置を用いるこ
とで、横ブレを防いでスポットＦＳＷ接合することが可
能となる。

【００２８】また本発明は、被接合材の片面側の任意の
位置に接合ツールを移動させ、回転する接合ツールの先
端を被接合材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌でスポット
接合するスポット接合システムに用いられる固定装置で
あって、接合ツールを回転自在に保持する押圧部と、押
圧部に軸線方向に移動可能に装着される押圧部材と、接
合時にワークに接触し、押圧部材と一体に形成される固
定部材と、固定部材と押圧部との間に介在され、固定部
材が被接合材に押し付けられたとき圧縮して、固定部材
を被接合材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴と
する固定装置である。

【００２９】本発明に従えば、スポット接合システムに
本発明の固定装置を設けることで、摩擦撹拌接合装置と
被接合材とを固定することができる。また固定装置は、
押圧手段によって、固定部材が被接合材に押し付けられ
て、固定部材に一体に設けられる押圧部材と被接合材と
が固定される。この押圧部材が、接合ツールを保持する
押圧部に装着されることで、接合ツールが被接合物に対
して横ブレすることを防ぐことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるスポット接合システム１０の構成を示す図である。
スポット接合システム１０は、摩擦攪拌によりワークＷ
を重ね継ぎ手でスポット接合するものであり、ロボット
１１、ＦＳＷヘッド１２、これらを制御するコントロー
ラ１４、およびワークＷを保持する定盤１３を有する。

【００３１】ロボット１１は、たとえば６軸垂直多関節
ロボットであり、手首先端にＦＳＷヘッド１２が装備さ
れる。このロボット１１に近接して定盤１３が配置され
る。定盤１３は、床に設置され、水平な乗載面１３ａを
有し、この乗載面１３ａにワークＷを水平に重ねて保持
する。ワークＷは、車両構体パネルや船殻パネルなど、
大きなパネル形の金属材である。

【００３２】ＦＳＷヘッド１２には、接合ツール１５
と、接合時にワークＷに一時的に固定される固定装置１
６とが取り付けられる。ＦＳＷヘッド１２は、接合ツー
ル１５を、軸線Ｌまわりに回転させる回転駆動源、およ
び接合ツール１５を軸線Ｌ方向に移動させてワークＷに
押圧させる押圧駆動源を内蔵する。これら回転駆動源お
よび押圧駆動源は、サーボモータからなり、前記コント
ローラ１４によって制御される。

【００３３】図２は、固定装置１６および接合ツール１
５を拡大して示す図である。接合ツール１５は、円柱状
であり、先端部に軸線Ｌに沿って突出するピン２１を有
する。この接合ツール１５は、軸受け１７を介して押圧
部２０に、軸線Ｌ回りに回転自在に保持される。押圧部
２０は、ＦＳＷヘッド１２に内蔵される押圧駆動源によ
って軸線Ｌ方向に昇降し、接合時にワークＷにツール１
５を押圧する。

【００３４】固定装置１６は、バネ１８および押圧部材
１９を有する。押圧部材１９は、円筒状であり、押圧部
２０の先端に、軸線Ｌ方向に移動可能に装着される。押
圧部材１９の下端部には接合時にワークＷに固定される
固定部材である固定リング２２が一体に形成される。固
定リング２２は、押圧部材１９と一体に、高い静止摩擦
係数を有する材料、たとえばポリウレタンや樹脂等ゴム
系の材料からなってもよく、実施の他の形態では、押圧
部材１９とは別体に固定リング２２を構成し、この固定
リング２２のみを、前述の高い静止摩擦係数を有する材
料からなるようにしてもよい。固定リング２２は、筒状
の押圧部材１９の下端部でフランジ状に形成され、この
固定リング２２と押圧部２０の段差との間にバネ１８が
介在される。バネ１８は、圧縮コイルバネであり、押圧
部材１９の下端の固定リング２２がワークＷに押し付け
られたとき圧縮して、固定リング２２をワークＷに押圧
する押圧手段としての機能を有する。

【００３５】つぎに、図３を参照してＦＳＷスポット接
合方法について説明する。ロボット１１は、定盤１３に
水平に保持されるワークＷの上面の任意の位置にアクセ
スできる。

【００３６】（１）まず、コントローラ１４で、接合ツ
ール１５を高速で回転させるとともに、ロボット１１の
各軸を制御し、ＦＳＷヘッド１２を接合点Ｐに位置決め
する。つまり、ワークＷに設定される接合点Ｐに、接合
ツール１５の回転軸線Ｌが一致し、かつ固定装置１６の
下端の固定リング２２が、ワークＷに平行となるように
位置決めする。 （２）つぎに、押圧駆動源によって押圧部２０を軸線Ｌ
方向に下降させる。すると、まず固定リング２２がワー
クＷの表面に当接する。さらに押し下げるとバネ１８が
圧縮され、バネ力で固定リング２２の下端面がワークＷ
表面に押し付けられてワークＷに固定される。 （３）この状態でさらに押し下げると、接合ツール１５
のピン２１がワークＷの接合点Ｐに接触する。すると、
ピン先端の回転による摩擦熱で接合点Ｐが軟化し、ピン
２１が挿入され、ピン２１の回転によって攪拌されて塑
性流動が生じる。さらに押し込むことで、ショルダー部
２３もワーク表面に当接してさらに攪拌され、２枚のワ
ークＷが接合点Ｐで一体となる。

【００３７】この接合時には、接合ツール１５が高速で
回転するため、回転反力によって横ブレしやすいが、本
実施形態では、固定装置１６によって横ブレが防がれ
る。つまり、固定リング２２がバネ１８でワークＷに押
圧されることで、固定リング２２および押圧部材１９が
接合時にワークＷに固定される。接合ツール１５は、軸
受け１７を介して、押圧部材１９に保持されているの
で、接合ツール１５の横ブレが、ワークに固定される押
圧部材１９によって防がれる。

【００３８】所定押圧力で所定時間押圧後、押圧部２０
を上昇させ、ロボット１１でＦＳＷヘッド１２を上昇さ
せることで、固定リング２２がワーク面から離反し、固
定装置１６によるワークＷへの固定が解除される。ま
た、押圧部２０の上昇によって接合ツール１５が引き抜
かれ、ＦＳＷスポット接合が終了する。

【００３９】重ね継ぎ手接合では、２枚のワークＷの間
に隙間があると、接合品質が悪くなるといった問題を有
するが、本実施形態では接合時に、固定装置１６でワー
クＷを押圧しているので、ワークＷ間に隙間が形成され
ることはなく、接合品質を良好とすることができる。

【００４０】また、接合時には、固定装置１６の固定リ
ング２２をワーク表面に押し付けているので、接合時の
ツールの姿勢はワークＷに対して必ず垂直となる。つま
り、接合時のツールの最適な姿勢がワークに対して垂直
と必然的に決まる。ロボットでの接合作業は、あらかじ
め接合位置をロボットに教示する必要があり、そのと
き、接合点ごとのツールの姿勢も最適な角度に決定しな
ければならず、教示作業は大変煩わしいものである。こ
れに対し、本発明では固定装置を用いることで、接合時
の最適な姿勢はワークに垂直と自動的に決定できるの
で、教示作業も非常に簡単となる。

【００４１】本実施形態では、固定装置１６の押圧手段
としてバネ１８を用いたが、押圧手段としてはこれに限
らず、たとえばサーボモータによって押圧してもよく、
油圧、空圧でもよい。また、固定装置としては、ワーク
表面に押圧することで接合時にワークに固定する方法に
限らず、たとえば真空吸着によってワークに固定される
方法であってもよく、磁気吸着によってワークに固定さ
れてもよい。

【００４２】図４は、ワーク表面に固定される固定部材
の他の形態を示す接合ツール１５の下面からみた図であ
る。図１〜３で説明した固定部材は、筒状の押圧部材１
９の先端に設けられるので、（ａ）に示すようにリング
状の固定リング２２であったが、固定部材はこのような
形状に限らず、（ｂ）に示す固定部材２４のように、リ
ングの一部を接合ツール１５の両側に配置されるように
構成してもよく、さらには（ｃ）のように、リング形状
でなく矩形状の一対の固定部材２７をツール１５の両側
に設ける構成であってもよい。いずれも、接合ツール１
５近傍でワークＷに固定されることで、横ブレを防止す
ることができる。また、接合ツールの全周でなく両側の
みに設けることで、ワークに接触する面積が少なくてす
み、複雑な形状のワークでも接合可能となる。

【００４３】図５は、固定リング２２のさらに他の形態
を示す斜視図である。（ａ）の固定リング２５は、固定
リング本体２５ｂのワーク面に接触する側に高い静止摩
擦係数を有する材料、たとえばポリウレタンや樹脂等ゴ
ム系の材料からなる滑り止め部材２５ａが設けられる。
これによって、固定リング２２はさらにワークＷに固定
され、横ブレを確実に防ぐことができる。

【００４４】本発明の実施の他の形態では、滑り止め部
材２５ａの厚みを薄くし、固定リング本体２５ｂを、熱
伝導性の良好な材料、たとえば、銅などの金属材料から
なり、これによって接合時に過熱されるワークから熱
を、薄い滑り止め部材２５ａを介して、固定リング本体
２５ｂに奪い、ワークの耐食性が低下するといったこと
を防ぐことができる。滑り止め部材２５ａの厚みは、ワ
ークから固定リング本体２５ｂへの熱の伝導を大きく妨
げず、しかも滑り止め機能を達成するように、薄く設定
される。

【００４５】（ｂ）の固定リング２６は、ワークに接触
する側に、複数の小突起２６ａが形成される。固定リン
グ２６の小突起２６ａがワークＷに押圧されると、各小
突起２６ａがワークＷに食い込む。これによってワーク
表面に押圧される固定リング２６がずれることがなくな
り、接合ツールの横ブレを確実に防止することができ
る。

【００４６】つぎに、ロボットアームが撓まないように
制御することで、接合時の横ブレをさらに防止する接合
方法について説明する。ここでは固定装置１６は、押圧
手段を有する場合とし、押圧手段はバネでなく、サーボ
モータまたは油空圧機構などの外部軸を用いて押圧力を
制御可能な場合について説明する。

【００４７】多関節ロボットは、アーム先端に力がかか
るとある程度アームが撓むようになっている。したがっ
て、ＦＳＷスポット接合の場合、アーム先端の接合ツー
ルから作用する回転反力でアームが撓み、横ブレが生じ
やすくなると言える。そこで、このアームの撓みによる
横ブレを防止するために、あらかじめアームを撓ませ、
それ以上アームが撓まないようにしてから接合する。

【００４８】具体的には、接合ツールを位置決めし、固
定装置１６の押圧手段でワークＷを押圧するとき、アー
ムの撓みが一定になるまで押圧する。ワークを押圧する
と、その反力でロボットアームが撓み、押圧初期では、
押圧力を増加すれば撓み量が増える。しかしある程度押
圧した場合には、それ以上押圧してもロボットアームが
撓まなくなる。したがって、固定装置１６によって押圧
力を増加させ、ロボットアームの撓みが増加しない、ま
たは増加分が所定量未満となるまで固定装置１６で押圧
する。この状態では、接合時のツールからの反力がアー
ム先端にさらに作用したとしても、それ以上ロボットア
ームが撓まなくなる。これによって、接合時に発生する
回転反力でロボットアームが撓んで横ブレが発生するこ
とが防がれる。

【００４９】またこのようにロボットアームを撓ませる
方法は、外部軸で押圧する押圧手段で押圧する場合にか
ぎらず、多関節ロボット１１自体でワークＷを押圧する
ことで、アームを撓ませてから接合するようにしてもよ
い。

【００５０】つぎに、接合時の固定力を最適に制御する
方法について説明する。図１に示すように、ＦＳＷヘッ
ド１２に回転反力を計測する回転反力計測センサ３０を
設ける。このセンサは、たとえばロードセルから成り、
回転反力の大きさに応じた信号を出力する。また、固定
装置１６は、サーボモータ、油圧、空気圧、真空吸着、
または電磁力など、ワークＷへの固定力をコントローラ
１４で調整可能な装置とする。

【００５１】このような構成において、あらかじめ回転
反力の基準値をコントローラ１４に設定しておく。この
基準値は、それ以上回転反力が増加すると、横ブレが生
じる可能性のある値である。そして、接合時に、回転反
力計測センサ３０で反力を検出し、検出値が基準値を上
回ると固定力を増加させる。このように接合時に固定力
をフィードバック制御することで横ブレを確実に防ぎ、
必要以上にワークに固定されない最適な固定力でＦＳＷ
スポット接合を行うことができる。

【００５２】図６は、２台のロボットで協調制御してス
ポット接合を行うスポット接合システム４０を示す図で
ある。本実施形態のスポット接合システム４０では、ワ
ークＷは保持装置４５で鉛直に保持され、２台のロボッ
ト４１Ａ，４１ＢはワークＷの両側に設置される。な
お、その他の構成は基本的に前述したスポット接合シス
テム１０と同様であるので、対応する構成は同じ参照符
号とし、一方のロボット４１Ａに対応する構成には添え
字Ａを付し、他方のロボット４１Ｂに対応する構成には
添え字Ｂを付し、詳細な説明は省略する。

【００５３】前述したスポット接合システム１０では、
定盤１３に水平に載置されたワークＷに対して上から押
圧して接合し、押圧力は定盤１３で受けるように構成さ
れるが、本実施形態では、鉛直に保持されるワークＷに
対して、両側から接合ツールを互いに押圧させて接合す
る。つまり、接合ツールの押圧力は、もう一方の接合ツ
ールで受けるようにする。また、ロボット４１Ａをメイ
ンとしロボット４１Ｂをスレーブとして協調制御される
ものとする。したがって、ロボット４１Ａのコントロー
ラ１４Ａをメインコントローラとし、ロボット４１Ｂの
コントローラ１４Ｂをスレーブコントローラとし、メイ
ンコントローラ１４Ａから制御信号がスレーブコントロ
ーラ１４Ｂに送られて、ロボット４１Ａとロボット４１
Ｂは協調制御される。

【００５４】つぎに、図７を参照して接合方法について
説明する。（ａ）は、ツール位置の相対関係を示す図で
あり、（ｂ）は接合面を示す図である。これらの図から
わかるように、接合位置Ｐは両方のロボットでわずかに
ずれる。さらに詳細に説明すると、一方のツール１５Ａ
はワークＷの一方側から接合し、他方のツール１５Ｂは
ワークＷの他方側から接合する。このとき、一方のツー
ル１５Ａのピン２１Ａの押圧力は、他方のツール１５Ｂ
のショルダー部２３Ｂで受けられ、他方のツール１５Ｂ
のピン２１Ｂの押圧力は、一方のツール１５Ａのショル
ダー部２３Ａで受けられる。このように、互いのピンの
押圧力をショルダー部で受けられるように、近接した位
置を接合する。このように近接した位置をワークＷの両
側から同時に接合することで、効率よく強固にＦＳＷス
ポット接合することができる。

【００５５】また、接合時には、前述したスポット接合
システム１０と同様に、固定装置１６Ａ，１６Ｂがワー
クＷに一時的に固定する。このとき、固定装置１６Ａ，
１６ＢがワークＷに押圧して固定する装置の場合、この
押圧力も互いに受けられるように、（ａ）に示すよう
に、押圧部材１９Ａ，１９Ｂはずれないで、同じ位置と
する。したがって、接合ツール１５Ａ，１５Ｂの中心
は、押圧部材１９Ａ、１９Ｂの中心からずれた位置に配
置される。このように固定装置１６Ａ，１６Ｂが設けら
れることで、両方の接合ツール１５Ａ，１５Ｂの横ブレ
を防止してＦＳＷスポット接合することができる。

【００５６】また、接合ツール１５Ａ，１５Ｂをわずか
にずらせて接合する場合に限らず、たとえばワークＷの
板厚が大きい場合には、同じ位置を両側から接合するよ
うにしてもよい。この場合には、押圧部材１９Ａ，１９
Ｂの中心に接合ツールが配置される。

【００５７】このようなスポット接合システム４０は、
２枚の板状のワークを重畳して接合する場合にかぎら
ず、たとえば自動車のボディーのような３次元形状のワ
ークであってもよい。この場合は、２台のロボット４１
Ａ，４１Ｂで、互いの押圧力がバランスする２箇所を同
時に接合する。つまり、この場合は離れた位置を接合す
る場合もある。

【００５８】また、ロボットは２台に限らず、３台また
はそれ以上で協調制御するようにしてもよい。

【００５９】また、ワークＷの両側から同時に接合する
場合に限らず、一方のロボット４１Ａのみに接合ツール
を設け、他方のロボット４１Ｂには接合ツールを設け
ず、一方側からの押圧力を受ける裏当てを設ける構成と
してもよい。

【００６０】つぎに、図８を参照して、多関節ロボット
を用いない場合について説明する。本発明のスポット接
合システムは、接合ツール１５を移動させる手段として
上述したように多関節ロボットを用いる場合に限らず、
図８に示すスポット接合システム５０のように、直交す
る２軸方向に接合ツールを移動させる直交移動装置５１
を用いてもよい。なお、スポット接合システム１０に対
応する構成には同一の参照符号を付し、説明を省略す
る。

【００６１】本実施形態のスポット接合システム５０
は、接合ツール１５を有するＦＳＷ装置５５と、ＦＳＷ
装置を移動させる直交移動装置５１と、ワークＷを保持
する定盤１３とから構成される。定盤１３には、板状の
ワークＷが水平に重ねて保持される。直交移動装置５１
は、定盤１３の両側で、定盤１３に沿ってｘ軸方向に伸
びる一対の第１レール５２と、定盤１３を跨ぎ、一対の
レール５２に沿って走行する門形移動装置５３とを有す
る。門形移動装置５３は、前記第１レール５２に対して
直角なｙ軸方向に延びる第２レール５４を有し、この第
２レール５４に沿って移動可能にＦＳＷ装置５５が設け
られる。ＦＳＷ装置５５は、接合ツール１５が取り付け
られるＦＳＷヘッド１２を鉛直なｚ軸方向に昇降させる
昇降機構５７および接合ツール１５を回転させる回転モ
ータ５８を有する。ＦＳＷヘッド１２には、接合ツール
１５および固定装置１６が取り付けられる。

【００６２】このスポット接合システム５０で接合する
には、門形移動装置５３を第１レール５２に沿って走行
させて接合ツール１５のｘ軸方向の位置決めを行い、Ｆ
ＳＷ装置５５を第２レール５４に沿って走行させてツー
ルのｙ軸方向の位置決めを行う。このようにして、ＦＳ
Ｗ装置５５を、ワークＷの任意の位置にアクセスするこ
とができる。そして、回転モータ５８で接合ツール１５
を回転させ、昇降機構５７でＦＳＷヘッド１２を降下さ
せて接合する。このとき、固定装置１６がバネを用いる
タイプの場合、まず固定装置１６の押圧部材１９がワー
クＷの表面に当接し、バネ力でワーク表面に固定され
る。このようにワークに固定された状態で、さらに降下
させるとＦＳＷスポット接合が行われる。このようにし
て、固定装置１６で接合ツール１６が接合時に横方向に
移動しないように固定されるので、回転反力によって接
合ツールが横ブレすることが防がれる。これらの動作
は、図示しないコントローラによって制御される。

【００６３】本実施形態の固定装置はバネに限らず、前
述したモータ、油空圧、磁力、真空吸着などいずれの方
法も適用可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接合ツー
ルに連結される固定装置が被接合材に接合時に一時的に
固定されるので、接合ツールの横ブレを防止し、確実に
スポット接合を行うことが可能である。

【００６５】また本発明によれば、接合時に接合ツール
からの反力を検出し、これに基づいて、反力が所定の値
未満となるように固定装置の固定力を調節する。このよ
うにフィードバック制御することで、つねに最適な固定
力とすることができる。たとえば固定力を調整する方法
として、モータ、空気圧、油圧、真空吸着および電磁力
のいずれかを用いることができる。

【００６６】また本発明は、２台のロボットを協調制御
して押圧力を互いに受けることでも実現できる。

【００６７】また本発明によれば、移動装置として多関
節ロボットを用いることで、効率よくスポット接合を行
うことができる。また、あらかじめアーム先端を被接合
材に押し付けてアームを撓ませ、それ以上アームが撓ま
ないようにして接合することで、回転反力による横ブレ
をさらに確実に防止することができる。

【００６８】また本発明によれば、固定装置は、被接合
材に押圧されることで被接合材に一時的に固定されるの
で、バネ力、モータ、空気圧、および油圧などの簡単な
構成で被接合材へ一時的に固定することができる。ま
た、重ね継ぎ手接合では、被接合材間に隙間があると、
接合品質が悪くなるが、固定装置で押圧して接合するこ
とで、被接合材間の隙間をなくし、高品質にスポットＦ
ＳＷ接合することができる。

【００６９】また、接合時に被接合材に押圧される固定
部材を用いるということは、接合時の接合ツールの姿勢
が一意に決定されることを意味する。つまり、接合時の
ツールの傾きが一定となる。これによって、たとえばロ
ボットへの教示作業を容易に行うことができる。

【００７０】また本発明によれば、固定装置は、摩擦係
数の大きい材料となる固定部材を備えることで、押圧手
段で押圧されたとき、固定装置が確実に被接合材に固定
される。

【００７１】また本発明によれば、固定装置は、被接合
材に食い込む突起を有する固定部材を備えることで、押
圧手段で押圧されたとき、固定装置が確実に被接合材に
固定される。

【００７２】また本発明によれば、移動装置は、多関節
ロボットに限らず、たとえばｘ軸・ｙ軸の２軸に移動可
能な移動装置でも実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スポット接合システム１０の構成を示す図であ
る。

【図２】固定装置１６の構造を示す断面図である。

【図３】ＦＳＷスポット接合方法を示す図である。

【図４】固定部材の他の形態を示す図である。

【図５】固定リングの他の形態を示す図である。

【図６】スポット接合システム４０を示す図である。

【図７】スポット接合システム４０の接合方法を説明す
るための図である。

【図８】スポット接合システム５０を示す図である。

【図９】Ｃガンを用いる従来のスポット接合システム１
を示す図である。

【図１０】定盤を用いる接合システムを示す図である。

【符号の説明】

１０，４０，５０ スポット接合システム １１ 多関節ロボット １２ ＦＳＷヘッド １３ 定盤 １４ コントローラ １５ 接合ツール １６ 固定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兵江 猛宏 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (56)参考文献 特開2003−154472（ＪＰ，Ａ) 特開2002−301580（ＪＰ，Ａ) 独国特許出願公開19731638（ＤＥ，Ａ １) 米国特許出願公開2002／0179682（Ｕ Ｓ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/12

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する接合ツールの先端を被接合材に
   押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポット接合するス
   ポット接合システムにおいて、被接合材を保持する保持
   装置と、被接合材の片面側で、接合ツールを任意の位置
   に移動させる移動装置と、接合ツールに連結され、接合
   時に被接合材に一時的に固定されることで、接合時の接
   合ツールのブレを防止する固定装置と、移動装置を制御
   し、接合ツールを接合位置まで移動させ、固定装置を被
   接合材に一時的に固定した状態で、回転する接合ツール
   を被接合材に押圧してスポット接合する制御装置とを有
   し、 固定装置は、接合ツールを回転自在に保持する押圧部
   と、 押圧部に軸線方向に移動可能に装着される押圧部材と、 接合時に被接合材に接触し、押圧部材と一体に形成され
   る固定部材と、 固定部材と押圧部との間に介在され、固定部材が被接合
   材に押し付けられたとき圧縮して、固定部材を被接合材
   に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とするスポッ
   ト接合システム。
2. 【請求項２】 回転する接合ツールの先端を被接合材に
   押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポット接合するス
   ポット接合システムにおいて、被接合材を保持する保持
   装置と、被接合材の片面側で、接合ツールを任意の位置
   に移動させる移動装置と、接合ツールに連結され、接合
   時に被接合材に一時的に固定されることで、接合時の接
   合ツールのブレを防止する固定装置と、移動装置を制御
   し、接合ツールを接合位置まで移動させ、固定装置を被
   接合材に一時的に固定した状態で、回転する接合ツール
   を被接合材に押圧してスポット接合する制御装置と、接
   合時に、接合ツールの回転による反力を検出するセンサ
   とを有し、 前記固定装置は、固定力を調整可能に被接合材に一時的
   に固定される調整固定装置を有し、前記制御装置は、接
   合時に前記センサで反力を検出し、検出した反力に基づ
   いて前記調整固定装置の固定力を制御することを特徴と
   するスポット接合システム。
3. 【請求項３】 前記調整固定装置は、モータ、空気圧、
   油圧、真空吸着および電磁力のいずれかの方法で固定力
   を調整可能であることを特徴とする請求項２記載のスポ
   ット接合システム。
4. 【請求項４】 回転する接合ツールの先端を被接合材に
   押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポット接合するス
   ポット接合システムにおいて、被接合材を保持する保持
   装置と、被接合材の片面側で、接合ツールを任意の位置
   に移動させる移動装置と、接合ツールに連結され、接合
   時に被接合材に一時的に固定されることで、接合時の接
   合ツールのブレを防止する固定装置と、移動装置を制御
   し、接合ツールを接合位置まで移動させ、固定装置を被
   接合材に一時的に固定した状態で、回転する接合ツール
   を被接合材に押圧してスポット接合する制御装置と、複
   数台の多関節ロボットとを有し、 複数台の多関節ロボットのうち少なくとも一台はアーム
   先端に接合ツールが取り付けられる移動装置であり、前
   記制御装置は、接合ツールを有する多関節ロボットで被
   接合材の一方側から接合ツールを押圧して接合させると
   き、被接合材の反対側に配置される多関節ロボットが、
   アーム先端で接合ツールの押圧力を受けるように、複数
   台のロボットを協調制御することを特徴とするスポット
   接合システム。
5. 【請求項５】 回転する接合ツールの先端を被接合材に
   押圧し、被接合材を摩擦攪拌接合でスポット接合するス
   ポット接合システムにおいて、被接合材を保持する保持
   装置と、被接合材の片面側で、接合ツールを任意の位置
   に移動させる移動装置と、接合ツールに連結され、接合
   時に被接合材に一時的に固定されることで、接合時の接
   合ツールのブレを防止する固定装置と、移動装置を制御
   し、接合ツールを接合位置まで移動させ、固定装置を被
   接合材に一時的に固定した状態で、回転する接合ツール
   を被接合材に押圧してスポット接合する制御装置とを有
   し、 前記移動装置は、多関節ロボットであり、アーム先端に
   接合ツールが取り付けられ、前記制御装置は、多関節ロ
   ボットのアーム先端を被接合材に押し付けて接合前にあ
   らかじめロボットアームを撓ませておき、その状態で接
   合することを特徴とするスポット接合シス テム。
6. 【請求項６】 前記固定装置は、被接合材に押圧される
   ことで被接合材に一時的に固定される固定部材を有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の
   スポット接合システム。
7. 【請求項７】 前記固定装置は、静止摩擦係数の大きな
   材料からなり、被接合材に押圧されることで被接合材に
   固定される固定部材を有することを特徴とする請求項６
   記載のスポット接合システム。
8. 【請求項８】 前記固定装置は、被接合材に押圧された
   とき被接合材に食い込む突起を有する固定部材を有する
   ことを特徴とする請求項６記載のスポット接合システ
   ム。
9. 【請求項９】 前記移動装置は、被接合材の片面側で、
   ２軸方向に移動可能で、任意の位置に接合ツールを移動
   させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに
   記載のスポット接合システム。
10. 【請求項１０】 被接合材の片面側の任意の位置に接合
    ツールを移動させ、回転する接合ツールの先端を被接合
    材に押圧し、被接合材を摩擦攪拌でスポット接合するス
    ポット接合システムに用いられる固定装置であって、 接合ツールを回転自在に保持する押圧部と、 押圧部に軸線方向に移動可能に装着される押圧部材と、 接合時にワークに接触し、押圧部材と一体に形成される
    固定部材と、 固定部材と押圧部との間に介在され、固定部材が被接合
    材に押し付けられたとき圧縮して、固定部材を被接合材
    に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする固定装
    置。