專利名稱：摩擦攪拌接合系統(tǒng)以及摩擦攪拌接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從雙面對金屬材料的接合部進(jìn)行摩擦攪拌并將其接合的摩擦攪拌接合系統(tǒng)以及摩擦攪拌接合方法。
背景技術(shù)：
公知這樣一種摩擦攪拌接合技術(shù)一邊使旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)，一邊使設(shè)在旋轉(zhuǎn)工具的工具主體上的臺肩部的表面與接合部件的表面相接觸，利用臺肩部的表面與接合部件的表面的摩擦熱進(jìn)行摩擦攪拌，在使接合部件為熔點(diǎn)以下的固相狀態(tài)下對材料進(jìn)行攪拌并接合。該接合技術(shù)以鋁合金為主體，正在各種工業(yè)領(lǐng)域中被實(shí)際應(yīng)用。摩擦攪拌接合技術(shù)中，將摩擦攪拌接合裝置安裝在具有至少一個以上的關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手的前端，從雙面進(jìn)行摩擦攪拌接合的手法，例如在專利文獻(xiàn)I (日本專利第4313020號)的圖5中示出。該摩擦攪拌接合裝置，在具有至少一個以上的關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手的前端，經(jīng)由保持框架(基臺)而被安裝。該保持框架(基臺)上，將旋轉(zhuǎn)工具以及加壓工具以相對置的方式配置，以接合部位于旋轉(zhuǎn)工具與加壓工具之間的方式通過機(jī)械手而移動，利用加壓工具的按壓力和基于旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)的摩擦熱，對接合部進(jìn)行摩擦攪拌接
口 ο該摩擦攪拌接合裝置，能夠通過機(jī)械手的驅(qū)動而移動至任意的接合位置。另外，通過采用對旋轉(zhuǎn)工具以及加壓工具獨(dú)立地進(jìn)行驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，能夠使驅(qū)動機(jī)構(gòu)簡單化以及小型化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本專利第4313020號

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題專利文獻(xiàn)I中記載的摩擦攪拌接合，是點(diǎn)接合。因此，在通過機(jī)械手的驅(qū)動沿著兩張金屬板的接合部進(jìn)行移動由此將其適用于線接合的情況下，對于現(xiàn)有技術(shù)的摩擦攪拌接合裝置以及基于摩擦攪拌接合裝置而進(jìn)行的單面摩擦攪拌接合來說，存在以下的課題。第一，存在包含摩擦攪拌接合裝置的系統(tǒng)的大型化以及生產(chǎn)效率的問題。旋轉(zhuǎn)側(cè)的接合部，由于接合部因旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的摩擦熱而發(fā)生軟化，因此將旋轉(zhuǎn)工具沿著接合部移動時的阻力小。另一方面，由于加壓工具處于不旋轉(zhuǎn)地按壓的狀態(tài)，所以將加壓工具沿著接合部移動時的阻力增大。因此，驅(qū)動加壓工具的機(jī)械手，需要超過加壓工具的阻力的大的驅(qū)動力，因而大型化。由于機(jī)械手的大型化，摩擦攪拌接合系統(tǒng)大型化。另外，為了防止不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具與接合部間的粘著滑動(stick slip)，需要限制接合速度，在提高生產(chǎn)效率的方面存在較大制約。
第二，存在非対稱殘留應(yīng)カ以及強(qiáng)度不平衡的問題。在單面摩擦攪拌接合的情況下，由于熱量輸入僅來自旋轉(zhuǎn)工具側(cè)的單側(cè)，所以存在表背面產(chǎn)生殘留應(yīng)カ差，接合部件翹曲的問題。并且，會產(chǎn)生板厚方向的強(qiáng)度的不平衡，無法在表背面得到相同的耐拉伸、耐彎曲強(qiáng)度。第三，存在固定的問題。在對接接合中，在接合部件的厚度薄的情況下，加壓工具的臺肩面與旋轉(zhuǎn)工具的臺肩面間的距離短，接合部在高溫狀態(tài)下被按壓于加壓工具的臺肩面，因此，存在在接合部件與加壓工具的臺肩面的接觸面發(fā)生固定的情況。因此，難以實(shí)現(xiàn)Imm左右的板厚的對接接合。第四，存在熱效率的問題。一般地，接合部件的厚度越厚，摩擦攪拌接合時的攪拌深度越深，與之相應(yīng)地，需要増加投入的熱量。而且，在單面摩擦攪拌接合中，對材料投入的熱會向不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具發(fā)生熱擴(kuò)散，接合部的溫度降低，因此必須投入相當(dāng)于熱擴(kuò)散的量的多余的熱量，存在熱效率不良的問題。

本發(fā)明的目的在于，提供摩擦攪拌接合系統(tǒng)以及摩擦攪拌接合方法，能夠抑制大型化，提高生產(chǎn)效率，抑制非対稱殘留應(yīng)カ以及強(qiáng)度不平衡，不發(fā)生固定且熱效率優(yōu)異。用于解決課題的方式解決上述課題的第一技術(shù)方案，是ー種摩擦攪拌接合系統(tǒng)，具備機(jī)械手裝置；摩擦攪拌接合裝置，其設(shè)置在該機(jī)械手裝置上，通過機(jī)械手裝置沿兩張金屬板的接合部移動，其特征在于，所述摩擦攪拌接合裝置，是在接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲玫牡谝灰约暗诙Σ翑嚢杞雍涎b置，其具有第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具，其對所述接合部進(jìn)行摩擦攪拌；第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，其將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具以在接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)认鄬χ玫姆绞竭M(jìn)行安裝，對所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；第一以及第二工具按壓裝置，其使安裝于所述第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置上的所述第ー以及第ニ旋轉(zhuǎn)工具向相互接近的方向移動，將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具按壓于所述接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。另外，解決上述課題的第二技術(shù)方案，在上述摩擦攪拌接合系統(tǒng)中，其特征在干，還具備保持框架，其具有第一以及第二保持部，所述保持框架安裝于所述機(jī)械手裝置所含有的、具有ー個以上的關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)的機(jī)械手的前端，所述第一摩擦攪拌接合裝置保持于所述第一保持部，所述第二摩擦攪拌接合裝置保持于所述第二保持部。另外，解決上述課題的第三技術(shù)方案，在上述摩擦攪拌接合系統(tǒng)中，其特征在干，所述機(jī)械手裝置具有多關(guān)節(jié)的第一以及第二機(jī)械手，該第一以及第ニ機(jī)械手具有ー個以上的關(guān)節(jié)，所述第一摩擦攪拌接合裝置安裝于所述第一機(jī)械手的前端，所述第二摩擦攪拌接合裝置安裝于所述第二機(jī)械手的前端。另外，解決上述課題的第四技術(shù)方案，在上述摩擦攪拌接合系統(tǒng)中，其特征在干，所述第一旋轉(zhuǎn)工具具有工具主體，在其前端部分形成有臺肩部；至少ー個突起部，其以從該工具主體的前端部分突出的方式形成，所述第二旋轉(zhuǎn)工具具有工具主體，其在前端部分形成有臺肩部；至少ー個凹部，其形成于該工具主體的前端部分，當(dāng)所述兩張金屬板接合時收納所述突起部的前端部。
另外，解決上述課題的第五技術(shù)方案，在上述摩擦攪拌接合系統(tǒng)中，其特征在于，還具備控制裝置，該控制裝置具有機(jī)械手裝置控制部，其控制機(jī)械手裝置；摩擦攪拌接合裝置控制部，其控制摩擦攪拌接合裝置。另外，解決上述課題的第六技術(shù)方案，是一種摩擦攪拌接合方法，通過摩擦攪拌接合系統(tǒng)對兩張金屬板進(jìn)行摩擦攪拌接合，所述摩擦攪拌接合系統(tǒng)具備機(jī)械手裝置；設(shè)于該機(jī)械手裝置，并具有第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具、第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、以及第一以及第二工具按壓裝置的第一以及第二摩擦攪拌接合裝置，該摩擦攪拌接合方法的特征在于，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具中的一方的旋轉(zhuǎn)工具構(gòu)成為具有在前端部分形成有臺肩部的工具主體；以從該工具主體的前端部分突出的方式形成的至少一個突起部，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具中的另一方的旋轉(zhuǎn)工具構(gòu)成為具有在前端部分形成有臺肩部的工具主體；形成于該工具主體的前端部分，當(dāng)所述兩張金屬板接合時對所述突起部的前端部進(jìn)行收納的至少一個凹部，通過所述機(jī)械手裝置，將第一以及第二摩擦攪拌接合裝置在所述兩張金屬板的接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲?，由此，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具在接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲?，通過所述第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)，通過所述第一以及第二工具按壓裝置，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具向相互接近的方向移動，將所述第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部的前端部插入所述第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部內(nèi)，并且，將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具的所述臺肩部的臺肩面按壓于所述接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)龋趯⑺龅谝恍D(zhuǎn)工具的突起部的前端部插入所述第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部內(nèi)，并將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具的所述臺肩部的臺肩面按壓于所述接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊臓顟B(tài)下，通過所述機(jī)械手裝置，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具沿所述接合部移動，通過所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具，對所述接合部的板厚方向整個區(qū)域進(jìn)行摩擦攪拌。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得以下的效果。在第一、第二、第三、第六技術(shù)方案中，通過使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)，由此不會產(chǎn)生如現(xiàn)有技術(shù)那樣使不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具沿接合部移動時的較大的阻力。由此，能夠抑制機(jī)械手、系統(tǒng)的大型化。另外，能提高接合速度由此提高生產(chǎn)效率。另外，通過進(jìn)行雙面摩擦攪拌接合，來自表背面的熱量輸入量成為大致相同，因此，能夠抑制在表背面產(chǎn)生殘留應(yīng)力差，能夠減少接合部件的翹曲。而且，能夠抑制板厚方向的強(qiáng)度的不平衡，能夠在表背面獲得相同的耐拉伸、耐彎曲強(qiáng)度。另外，通過第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的雙面摩擦攪拌接合，能夠避免如現(xiàn)有技術(shù)那樣不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具在與接合部件的接觸面發(fā)生固定，能夠容易地進(jìn)行Imm左右的板厚的對接接合。另外，通過從表背面進(jìn)行熱量輸入的雙面摩擦攪拌接合，能夠防止現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的向不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具的熱損失，能夠改善熱效率。在第四、第六技術(shù)方案中，由于相對于接合部的表背面以相對置的方式配置的第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具是分體的，因此能夠在第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部在第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部內(nèi)的插入量(第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具間的距離)不為零的范圍內(nèi)，自由調(diào)整該插入量。由此即使金屬板的厚度不同，也能夠與金屬板的厚度相符地將第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部插入第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部內(nèi)，能夠?qū)ν黄鸩康拈L度的范圍內(nèi)的厚度的金屬板從雙面對接合部的整個范圍進(jìn)行摩擦攪拌接合。由此，不需要配合金屬板的厚度而更換具有不同探針長度的旋轉(zhuǎn)工具，因此不必準(zhǔn)備多個具有不同探針長度的旋轉(zhuǎn)工具，能夠抑制運(yùn)轉(zhuǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)性。另外，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具對金屬板的接合部的板厚方向整個區(qū)域進(jìn)行摩擦攪拌，因此能夠使接合部的強(qiáng)度提高。第五技術(shù)方案中，具備控制裝置，該控制裝置具有摩擦攪拌接合裝置控制部，由此，能夠?qū)Φ谝灰约暗诙D(zhuǎn)工具進(jìn)行位置恒定控制以及負(fù)荷恒定控制。然而，第二技術(shù)方案中，由于具備保持框架，因而產(chǎn)生了金屬板的寬度受到限制這一新的課題。在金屬板大型化的情況下，需要將保持框架大型化。但若保持框架大型化，則需要將保持框架制成高剛性，保持框架的重量也增加，因此，需要將對其進(jìn)行驅(qū)動的機(jī)械手大型化。即，需要將摩擦攪拌接合系統(tǒng)整體大型化。第三技術(shù)方案中，由于不需要第二技術(shù)方案那樣的保持框架，因此能夠大幅減少對金屬板的寬度的限制。由此，能夠抑制摩擦攪拌接合系統(tǒng)的大型化。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的整體圖。圖2是為進(jìn)行比較而表示的現(xiàn)有技術(shù)的摩擦攪拌接合系統(tǒng)。圖3是雙面摩擦攪拌接合用工具組件的優(yōu)選的一個例子。圖4是沿著使上下旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)并且進(jìn)行摩擦攪拌接合的情況下的接合方向(與圖3的剖面呈直角方向)的剖視圖。圖5是表示使上下旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橥较?，使旋轉(zhuǎn)工具的臺肩直徑相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具的軸芯相對于旋轉(zhuǎn)工具的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的立體圖。圖6是表示使上下旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橥较?，使旋轉(zhuǎn)工具的臺肩直徑相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具的軸芯相對于旋轉(zhuǎn)工具的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的剖視圖。圖7是表示使上下旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾捶较?，使旋轉(zhuǎn)工具臺肩直徑相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具的軸芯相對于旋轉(zhuǎn)工具的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的立體圖。圖8是表示使上下旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾捶较?，使旋轉(zhuǎn)工具臺肩直徑相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具的軸芯相對于旋轉(zhuǎn)工具的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的剖視圖。圖9是將上下旋轉(zhuǎn)工具的傾斜角度設(shè)定為O度(不使工具傾斜)而將上下旋轉(zhuǎn)工具從接合部端面插入時的說明圖。圖10是表示使上下旋轉(zhuǎn)工具適度地傾斜并將上下旋轉(zhuǎn)工具從接合部端面插入時的樣子的圖。圖11是表示使旋轉(zhuǎn)工具的軸心傾斜并無突進(jìn)地進(jìn)行雙面摩擦攪拌接合的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的圖。圖12是表示控制裝置所進(jìn)行的處理順序的控制流程圖。
圖13是表示控制裝置所進(jìn)行的處理順序的其他的例子的控制流程圖。圖14是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的整體圖。圖15是對為進(jìn)行比較而表示的第一實(shí)施方式中的問題點(diǎn)進(jìn)行說明的圖。圖16是對為進(jìn)行比較而表示的第一實(shí)施方式中的相同的問題點(diǎn)進(jìn)行說明的圖。
具體實(shí)施例方式<第一實(shí)施方式>參照附圖對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的基本的特征進(jìn)行說明。對本實(shí)施方式的基本構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1是本實(shí)施方式所涉及的雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的整體圖。第一以及第二摩擦攪拌接合裝置3、4具有第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6 ;第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(馬達(dá))7、8 ;第一以及第二工具按壓裝置9、10。第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6，以與接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)认鄬χ玫姆绞脚渲?，對接合部J進(jìn)行摩擦攪拌。工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(馬達(dá))7、8安裝旋轉(zhuǎn)工具5、6并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。工具按壓裝置9、10將旋轉(zhuǎn)工具5、6向相互接近的方向移動，并將其按壓于金屬板的接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。摩擦攪拌接合裝置3、4，經(jīng)由保持框架32安裝于機(jī)械手裝置11的機(jī)械手12的前端，由此,構(gòu)成雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)。保持框架32呈大致コ字型形狀，具有第一保持部33和第二保持部34和背面部35。背面部35安裝于機(jī)械手12的前端。第一保持部33經(jīng)由設(shè)置在第一保持部33端面上的軌道36而保持第一摩擦攪拌接合裝置3。第一摩擦攪拌接合裝置3通過工具按壓裝置9的驅(qū)動而在軌道36上移動。第二保持部34經(jīng)由設(shè)在第二保持部34端面上的軌道37而 保持第二摩擦攪拌接合裝置4。第二摩擦攪拌接合裝置4通過エ具按壓裝置10的驅(qū)動而在軌道37上沿按壓方向移動。機(jī)械手裝置11具有多關(guān)節(jié)的機(jī)械手12。機(jī)械手12經(jīng)由保持框架32，使摩擦攪拌接合裝置3、4移動至規(guī)定的接合開始位置，并且，使其沿著兩張金屬板1、2的接合部J移動。機(jī)械手12具有多個關(guān)節(jié)，具有與關(guān)節(jié)數(shù)相應(yīng)的自由度，能夠進(jìn)行復(fù)雜的驅(qū)動。例如，不僅能夠應(yīng)對接合部J為直線形狀的情況，即使在該接合部J為曲線形狀或波浪形狀等的情況下也能夠應(yīng)對。雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)還具備對機(jī)械手裝置用控制裝置41和摩擦攪拌接合裝置用控制裝置42進(jìn)行統(tǒng)一控制的統(tǒng)ー控制裝置43。機(jī)械手裝置用控制裝置41對機(jī)械手12的移動驅(qū)動進(jìn)行控制。摩擦攪拌接合裝置用控制裝置42，對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動進(jìn)行控制，并控制工具按壓裝置9、10的按壓驅(qū)動。對本實(shí)施方式的基本動作進(jìn)行說明。接合的方式，作為ー個例子為對接焊接。此夕卜，在本說明書中，所謂接合部指的是兩張金屬板的應(yīng)被接合的部分，在對接焊接中相當(dāng)于對接部，在重疊焊接中相當(dāng)于重疊部。首先，驅(qū)動機(jī)械手12，將第一以及第ニ旋轉(zhuǎn)工具5、6以在兩張金屬板1、2的接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)认鄬χ玫姆绞脚渲?。接著，?qū)動工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8和工具按壓裝置9、10，使旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)的同時向相互接近的方向移動，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。接著，在該狀態(tài)下(將旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于所述接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊臓顟B(tài)下)，驅(qū)動機(jī)械手12，邊使旋轉(zhuǎn)エ具5、6旋轉(zhuǎn)邊使其沿接合部J移動。由此接合部J被摩擦攪拌，兩張金屬板1、2在接合部J被接合。對本實(shí)施方式的基本效果進(jìn)行說明。圖2是為進(jìn)行比較而表示的現(xiàn)有技術(shù)的摩擦攪拌接合系統(tǒng)。該摩擦攪拌接合系統(tǒng)具備機(jī)械手112 ;安裝于機(jī)械手112的前端的保持框架132 ;以與保持框架132相對置的方式配置的旋轉(zhuǎn)工具107以及加壓工具109，驅(qū)動機(jī)械手112從而使接合部位于旋轉(zhuǎn)工具107與加壓工具109之間，利用加壓工具109的按壓力和基于旋轉(zhuǎn)工具107的旋轉(zhuǎn)的摩擦熱，對接合部進(jìn)行摩擦攪拌接合。該摩擦攪拌接合系統(tǒng)，是進(jìn)行點(diǎn)接合的系統(tǒng)，在將其適用于通過機(jī)械手112使其沿著兩張金屬板的接合部移動并由此進(jìn)行的線接合的情況下，存在包含摩擦攪拌接合裝置的系統(tǒng)的大型化以及生產(chǎn)效率的問題。而且，接合部是單面摩擦攪拌接合，存在非對稱殘留應(yīng)力等以及固定和熱效率的問題。本實(shí)施方式的雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)，通過使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)，不會產(chǎn)生如現(xiàn)有技術(shù)那樣的、使不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具109沿接合部J移動時的較大的阻力。由此，能夠抑制機(jī)械手12的大型化，能夠抑制雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的大型化。另外，能夠提高接合速度并提高生產(chǎn)效率。使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6 —邊旋轉(zhuǎn)一邊向相互接近的方向移動，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?，即，?shí)現(xiàn)雙面摩擦攪拌接合，由此，來自表背面的熱量輸入量變得大致相同，因此，能夠抑制在表背面產(chǎn)生殘留應(yīng)力差的情況，能夠減少接合部件的翹曲。而且，能夠抑制板厚方向的強(qiáng)度的不平衡，能夠在表背面獲得相同的耐拉伸、耐彎曲強(qiáng)度。通過旋轉(zhuǎn)工具5、6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的雙面摩擦攪拌接合，能夠避免現(xiàn)有技術(shù)那樣的、不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具109在與接合部件的接觸面發(fā)生固定的情況，能夠容易地進(jìn)行Imm左右的板厚的對接接合。通過從表背面進(jìn)行熱量輸入的雙面摩擦攪拌接合，能夠防止現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的向不伴隨旋轉(zhuǎn)的加壓工具109的熱損失，能夠改善熱效率。下面，對本實(shí)施方式所涉及的其他特征進(jìn)行說明。作為其他特征，對雙面摩擦攪拌接合用工具組件進(jìn)行說明。圖3是本實(shí)施方式的雙面摩擦攪拌接合用工具組件的優(yōu)選的一個例子。所謂工具組件是兩個旋轉(zhuǎn)工具5、6的統(tǒng)稱。雙面摩擦攪拌接合用工具組件，具有在兩張金屬板1、2的接合部(對接部)J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲貌雍喜縅進(jìn)行摩擦攪拌的第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6。第一旋轉(zhuǎn)工具5具有工具主體5a，其在前端部分形成有臺肩部5c，該臺肩部5c具有按壓接合部J的臺肩面5b ;銷狀的突起部(探針)5d，其在該工具主體5a的前端部分以從臺肩面5b突出的方式形成。第二旋轉(zhuǎn)工具6具有工具主體6a，其在前端部分形成有臺肩部6c，該臺肩部6c具有按壓接合部J的臺肩面6b ;凹部6d，其形成于該工具主體6a的臺肩面6b，在兩張金屬板1、2的接合時收納突起部5d的前端部。對使用該雙面摩擦攪拌接合用工具組件而進(jìn)行的雙面摩擦攪拌接合的概要進(jìn)行說明。首先，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6以相對置的方式配置在兩張金屬板1、2的接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。接著，使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)并且向相互接近的方向移動，將第一旋轉(zhuǎn)工具5的突起部5d的前端部插入第二旋轉(zhuǎn)工具6的凹部6d內(nèi)，并且，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)取＝又?，在該狀態(tài)下(將第一旋轉(zhuǎn)工具5的突起部5d的前端部插入第二旋轉(zhuǎn)工具6的凹部6d內(nèi)，并將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊臓顟B(tài)下)，使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)并且使其沿接合部J移動。在該移動期間的摩擦攪拌時，突起部5d處于突入至接合部J的板厚方向整個區(qū)域的狀態(tài)。由此，接合部J的板厚方向整個區(qū)域被摩擦攪拌，兩張金屬板1、2在接合部J的板厚方向整個區(qū)域被接合。對基于該雙面摩擦攪拌接合用工具組件的效果進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式的雙面摩擦攪拌接合中，由于相對于接合部J的表背面以相對置的方式配置的第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6是分體的，因此，能夠在第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部向第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部內(nèi)的插入量(第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具間的距離)不為零的范圍內(nèi)自由地進(jìn)行調(diào)整。由此，即使金屬板1、2的厚度不同，也能夠與金屬板1、2的厚度相符地將第一旋轉(zhuǎn)工具5的突起部5d插入至第二旋轉(zhuǎn)工具6的凹部6d內(nèi)，能夠?qū)ν黄鸩?d的長度的范圍內(nèi)的厚度的金屬板從雙面對接合部J的整個范圍進(jìn)行摩擦攪拌接合。由此，不需要與金屬板的厚度相符地更換具有不同探針長度的旋轉(zhuǎn)工具，不需要準(zhǔn)備多個具有不同探針長度的旋轉(zhuǎn)工具，能夠抑制運(yùn)轉(zhuǎn)成本，能夠提高經(jīng)濟(jì)性。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的雙面摩擦攪拌接合，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6對對接的金屬板1、2的接合部J的板厚方向整個區(qū)域進(jìn)行摩擦攪拌，因此能夠使接合部J的強(qiáng)度提聞。而且，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6是分體的，能夠調(diào)整兩者間的距離，因此，能夠?qū)ο蛑辽僖环降男D(zhuǎn)工具的接合部的按壓采取負(fù)荷控制。由于能夠這樣采取負(fù)荷控制，所以根據(jù)金屬板的厚度(接合部的厚度)的微小變動調(diào)整第一旋轉(zhuǎn)工具5的突起部5d向第二旋轉(zhuǎn)工具6的凹部6d的插入量，由此，能夠不對第一以及第二臺肩面5b、6b間的距離進(jìn)行固定地，從雙面進(jìn)行摩擦攪拌接合。由此，能夠避免因金屬板的厚度的微小變動而導(dǎo)致的臺肩面5b、6b與金屬板接合部表面的接觸面上的面壓力發(fā)生變動，能夠抑制摩擦熱量的變動，防止接合部J的品質(zhì)降低(接合不良)，能夠進(jìn)行具有高可靠性的接合。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的雙面摩擦攪拌接合，由于第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6是分體的，因此，能夠以第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的前端部分朝向接合進(jìn)行方向先行的方式使各個旋轉(zhuǎn)工具軸芯傾斜(后述)。由此，能夠提高向金屬板1、2的按壓力，因此能夠使基于摩擦攪拌接合的接合部的流動性提高，抑制接合不良，能夠進(jìn)行具有高可靠性的接合。而且，由于第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6是分體的，因此能夠使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向在接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)葹橄喾捶较?后述)。由此，能夠使來自接合部J的表面?zhèn)鹊幕跀嚢璧募羟辛蛠碜员趁鎮(zhèn)鹊幕跀嚢璧募羟辛υ诮雍喜縅的內(nèi)部抵消，能夠防止材料的斷裂，能夠進(jìn)行具有高可靠性的接合。這一效果在使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b的直徑相同的情況下尤其明顯。作為其他特征，對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯的傾斜進(jìn)行說明。圖4是沿著使旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)并且進(jìn)行摩擦攪拌接合的情況下的接合方向(與圖3的剖面呈直角方向)的剖視圖。在本實(shí)施方式中，對于第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的前端部分，在使工具軸芯15相對于旋轉(zhuǎn)工具5、6的進(jìn)行方向在各自的先行的方向上傾斜的狀態(tài)下，使旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)并且進(jìn)行摩擦攪拌接合。通過這樣使旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯15傾斜，能夠提高旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b與材料間的面壓力，能夠使基于摩擦攪拌接合的接合部的流動性提高并能夠抑制接合缺陷。這里，在使工具軸芯15傾斜的角度過大的情況下，進(jìn)行方向后側(cè)的臺肩面的向金屬板1、2的插入量增加。其結(jié)果是，與向金屬板1、2插入的臺肩部5c、6c的體積相應(yīng)的量的接合部的材料向焊道外部被放出，產(chǎn)生接合部的厚度的局部性的減少，接合部的強(qiáng)度降低。特別是在進(jìn)行接合的金屬板1、2的板厚為2mm以下的薄板的情況下，接合部的厚度的減少比例大，存在從接合部發(fā)生板斷裂的問題。因此，在金屬板1、2的板厚為2mm以下的情況下，使傾斜角Θ I或Θ 2超過0°但在3°以下，由此，能夠抑制接合部的厚度的局部性的減少所導(dǎo)致的接合部的強(qiáng)度降低，能夠抑制發(fā)生于接合部的板斷裂。另外，為了抑制接合部的厚度的局部的減少，優(yōu)選傾斜角Θ1或Θ2超過0°但在2°以下，更優(yōu)選超過0°但在1°以下。作為其他特征， 對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行說明。圖5以及圖6是表示使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橥较?，使旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩部5d、6d(臺肩面5b、6b)的直徑(臺肩徑)相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯15相對于旋轉(zhuǎn)工具5、6的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的圖，圖5為立體圖，圖6為剖視圖。如圖5以及圖6所示，在第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橥较虻那闆r下，上剪切力27a和下剪切力27b這兩個剪切力在同方向上作用在被夾在表背面的臺肩部5c、6c之間的金屬板的軟化區(qū)域部分上。因此，在金屬板1、2的厚度薄的情況下，存在因作用的剪切力超過容許剪切力而材料斷裂的情況。圖7以及圖8是表示使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾捶较?，使旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩部5c、6c(臺肩面5b、6b)的直徑(臺肩徑)相同，并且使旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯15相對于旋轉(zhuǎn)工具5、6的進(jìn)行方向以相同的角度傾斜而進(jìn)行摩擦攪拌接合的狀態(tài)的圖，圖7為立體圖，圖8為剖視圖。在本實(shí)施方式中，如圖7以及圖8所示，使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)方向在表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)葹橄喾捶较颉Ｓ纱?，在接合部的?nèi)部能夠使因來自表面?zhèn)鹊臄嚢瓒a(chǎn)生的剪切力27a和因來自背面?zhèn)鹊臄嚢瓒a(chǎn)生的剪切力27b抵消，能夠防止在母材與摩擦攪拌部的邊界發(fā)生斷裂。另外，能夠降低未圖示的對金屬板1、2進(jìn)行握持的握持裝置的握持力，能夠使該握持裝置簡單化。另外，以使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的旋轉(zhuǎn)速度為相同的速度的方式，從摩擦攪拌接合裝置用控制裝置42對進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的第一旋轉(zhuǎn)工具5旋轉(zhuǎn)用馬達(dá)7以及第二旋轉(zhuǎn)工具6旋轉(zhuǎn)用馬達(dá)8給予指令并進(jìn)行控制，由此，能夠使來自表背面的向接合部的熱量輸入量、基于摩擦力的剪切力相同。由此，在板厚方向上殘留應(yīng)力均勻，不會在表背面產(chǎn)生耐拉伸、耐彎曲強(qiáng)度差，能夠防止強(qiáng)度可靠性的降低。作為其他特征，對無突進(jìn)(plunging less)進(jìn)行說明。在以往的單面摩擦攪拌接合中，在線接合的情況下，在摩擦攪拌開始前，需要進(jìn)行被稱為突進(jìn)(plunging)的操作，該被稱為突進(jìn)的操作是，在旋轉(zhuǎn)工具的臺肩面與金屬板1、2的表面接觸的狀態(tài)下，使旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)，由此，保持插入位置直到通過旋轉(zhuǎn)工具的臺肩面與金屬板1、2的表面的摩擦發(fā)熱使金屬板材料的溫度上升到材料軟化的熔點(diǎn)的大約80%左右的溫度。在金屬板1、2軟化之后，在使摩擦攪拌深度位置固定的狀態(tài)下，或是在將摩擦攪拌裝置的工具旋轉(zhuǎn)用馬達(dá)負(fù)荷控制在恒定值的同時，使旋轉(zhuǎn)工具向接合方向移動，進(jìn)行摩擦攪拌接合。該突進(jìn)操作需要時間，與之相應(yīng)地，接合的節(jié)拍時間變長，在提高生產(chǎn)效率方面成為制約。本發(fā)明的發(fā)明人們注意到，在進(jìn)行雙面摩擦攪拌接合時，由于在接合部的雙面上產(chǎn)生摩擦熱，所以不存在單面摩擦攪拌接合中發(fā)生的那樣的向墊板的熱擴(kuò)散，能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度上升，因此考慮可以省略摩擦攪拌接合開始前的突進(jìn)エ序，不從金屬板1、2的端面進(jìn)行突進(jìn)而直接開始摩擦攪拌接合。其結(jié)果是，確認(rèn)了能夠通過旋轉(zhuǎn)工具5、6使金屬板1、2順暢地塑性流動。更優(yōu)選的是，如果事先對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的探針或者突起部5d與凹部6d間的縫隙進(jìn)行摩擦攪拌等，并埋入與進(jìn)行接合的金屬相同材質(zhì)的材料，則能夠抑制初始的偏芯負(fù)載所導(dǎo)致的振動。因此，根據(jù)本發(fā)明的接合方法，能夠?qū)崿F(xiàn)省略了突進(jìn)エ序的無突進(jìn)的摩擦攪拌接合，由此能夠縮短接合的節(jié)拍時間，提高生產(chǎn)效率。作為其他特征，對無突進(jìn)和第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯的傾斜進(jìn)行說明。圖9是將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的傾斜角度設(shè)定為0度(不使工具傾斜地)并將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6從接合部端面插入時的說明圖。為了無突進(jìn)地開始摩擦攪拌，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6從接合部端面24插入時的工具插入位置，由接合部J與所述旋轉(zhuǎn)工具5、6的相對位置決定。如圖9所示，在所述旋轉(zhuǎn)工具5、6的插入位置微小地錯位、形成過插入的情況下，存在以旋轉(zhuǎn)工具5、6側(cè)面按壓接合部端面24，產(chǎn)生使金屬板1、2壓曲等的故障以及引起摩擦攪拌不良的可能性。圖10是表示使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6適度地傾斜并將第一以及第二旋轉(zhuǎn)エ具5、6從接合部端面24插入時的樣子的圖。為了實(shí)現(xiàn)工具從接合部端面24順暢的插入，如圖10所示，在使工具軸心15向第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6前端部的探針相對于進(jìn)行方向先行的方向傾斜的狀態(tài)下進(jìn)行攪拌。此時的傾斜角0 1以及0 2優(yōu)選超過0°但在10°以下，更優(yōu)選超過0°但在6°以下，更優(yōu)選超過0°但在3°以下。由此，旋轉(zhuǎn)工具5、6從其臺肩面卡合在接合部端面24上，因此，不會通過工具側(cè)面推靠接合部端面24，不會引起金屬板壓曲等的故障及摩擦攪拌不良，能夠以無突進(jìn)方式順暢地開始摩擦攪拌接合。而且，此后的接合過程中，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸芯傾斜，由此，如前述那樣，能夠提高旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩與材料間的面壓力，能夠抑制摩擦攪拌接合時所產(chǎn)生的毛刺或接合缺陷。作為其他特征，對無突進(jìn)地進(jìn)行雙面摩擦攪拌接合的運(yùn)轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說明。首先，對該運(yùn)轉(zhuǎn)方法所涉及的控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖11是表示使旋轉(zhuǎn)工具5、6的軸心15傾斜從而無突進(jìn)地進(jìn)行雙面摩擦攪拌接合的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的圖。圖12是表示控制裝置41 43 (參照圖1)所進(jìn)行的處理順序的控制流程圖。
如圖11以及圖12所示，摩擦攪拌接合開始前，第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8處于待機(jī)位置20a、20b。在該待機(jī)位置20a、20b，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6處于使軸芯15傾斜的狀態(tài)。另外，使用安裝于未圖示的第一以及第二主體箱的未圖示的第一以及第二位置計(jì)測器對接合部J與第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8間的距離進(jìn)行測定，并運(yùn)算旋轉(zhuǎn)工具5、6的預(yù)定插入深度(步驟SI)。接下來，驅(qū)動第一以及第二工具按壓裝置9、10內(nèi)的按壓用馬達(dá)并通過位置控制使第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6移動直至預(yù)定插入深度(步驟S2)。此時，根據(jù)未圖示的位置計(jì)測器的計(jì)測值，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b設(shè)定在規(guī)定范圍(例如板厚t)。而且，在這樣通過位置控制保持工具插入位置的狀態(tài)下，使第一以及第二摩擦攪拌接合裝置3、4向接合方向移動(步驟S2)，并從接合部端面24的摩擦攪拌開始位置21a、21b開始進(jìn)行摩擦攪拌接合。此時，如前述那樣，在保持位置控制的狀態(tài)下從接合部端面24開始，一邊使旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b抵在接合部端面24上一邊將旋轉(zhuǎn)工具5、6插入金屬板1、2，由此，以無突進(jìn)的方式開始摩擦攪拌接合(參照圖11等)。步驟S2中記載的摩擦攪拌接合裝置3、4向接合方向的移動，通過驅(qū)動機(jī)械手12而進(jìn)行。此外，也可以是機(jī)械手12保持摩擦攪拌接合裝置3、4不動，而使兩張金屬板1、2移動。摩擦攪拌接合開始后，以如下方式進(jìn)行控制，進(jìn)行負(fù)荷恒定控制即根據(jù)第一工具5的工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7的控制電流以工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7的負(fù)荷成為規(guī)定的值的方式控制工具插入位置(步驟S3)，在到達(dá)摩擦攪拌接合結(jié)束的摩擦攪拌結(jié)束位置22a、22b前，切換為保持該時刻的工具插入位置的位置恒定控制(步驟S3 — S4)，使其通過摩擦攪拌結(jié)束位置22a、22b。對于第二工具6，在摩擦攪拌接合開始后仍維持位置控制，保持位置控制不變地通過摩擦攪拌結(jié)束位置22a、22b (步驟S3 — S4)。這樣在摩擦攪拌接合開始后，第二旋轉(zhuǎn)工具6維持位置控制，而將第一旋轉(zhuǎn)工具5切換為負(fù)荷恒定控制，由此，即使在接合部J的厚度發(fā)生變動的情況下也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行摩擦攪拌。另外，由于向第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的負(fù)荷恒定，因此能夠抑制旋轉(zhuǎn)工具5、6的損耗及折損，能夠延長旋轉(zhuǎn)工具5、6的壽命。所述的各步驟的控制通過下述方式進(jìn)行控制裝置41 43輸入未圖示的第一以及第二位置計(jì)測器的計(jì)測值，根據(jù)該計(jì)測值和第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8的控制電流對第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8、第一以及第二工具按壓裝置9、10等的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)給予工作指令。此外，所述運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，第一旋轉(zhuǎn)工具5的負(fù)荷恒定控制是使用工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7的控制電流進(jìn)行的，但也可以取而代之使用負(fù)載計(jì)測器的計(jì)測值。另外，第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的位置控制是使用第一以及第二位置計(jì)測器的計(jì)測值進(jìn)行的，但也可以取而代之使用檢測第一以及第二按壓用馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量的編碼器等的旋轉(zhuǎn)傳感器。圖13是表示控制裝置41 43(參照圖1)所進(jìn)行的處理順序的其他的例子的控制流程圖。該例中，在從圖12的摩擦攪拌開始位置21a、21b到摩擦攪拌結(jié)束位置22a、22b的范圍內(nèi)，不僅對第一旋轉(zhuǎn)工具5進(jìn)行負(fù)荷恒定控制，還對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6 —同進(jìn)行負(fù)荷恒定控制(步驟S3A)。圖11中，該例子在摩擦攪拌開始位置21a、21b和摩擦攪拌結(jié)束位置22a、22b的范圍內(nèi)被補(bǔ)充記載在括號中。在第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的控制方法中，在對第二旋轉(zhuǎn)工具6在摩擦攪拌接合后也進(jìn)行位置恒定控制的情況下，金屬板的下表面成為基準(zhǔn)面。此時，在由于金屬板的變形等而導(dǎo)致基準(zhǔn)面不恒定的情況下，當(dāng)材料薄(或材料的剛性低)、材料的變形阻力低的情況下，通過基于只對第一旋轉(zhuǎn)工具5進(jìn)行負(fù)荷恒定控制的從第一旋轉(zhuǎn)工具5對金屬板的推壓力，就能夠使表背面的摩擦攪拌范圍基本一致。但是，當(dāng)材料厚(或材料的剛性高)、材料的變形阻力高時，通過基于只對第一旋轉(zhuǎn)工具5進(jìn)行負(fù)荷恒定控制的對金屬板的推壓力，有時難以使金屬板的表背面的摩擦攪拌接合范圍一致，這一點(diǎn)已經(jīng)被確認(rèn)。在金屬板的表背面的摩擦攪拌接合范圍不同的情況下，有可能在板厚方向上發(fā)生殘留應(yīng)力的失衡，在表背面產(chǎn)生耐拉伸、耐彎曲強(qiáng)度差，從而成為使強(qiáng)度可靠性降低的一個原因。另外，在對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的一方進(jìn)行位置控制的情況下，由于表背面的按壓力的不平衡，會對握持金屬板的握持裝置產(chǎn)生基于按壓力的力，因此，除了金屬板的保持力，還需要對因該表背面的推壓力的失衡而產(chǎn)生的作用在握持裝置7、8上的力進(jìn)行保持，所以可能導(dǎo)致握持裝置大型化。因此，在金屬板厚的情況下或金屬板的剛性高的情況下，如圖11的括號中文字以及圖13的控制流程的步驟S3A中所記載的那樣，在摩擦攪拌接合開始后，對第二旋轉(zhuǎn)工具6也進(jìn)行旋轉(zhuǎn)馬達(dá)負(fù)荷恒定控制，對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6都進(jìn)行負(fù)荷恒定控制。由此，來自金屬板的表面?zhèn)鹊臒崃枯斎肓恳约盁崃枯斎敕秶c來自背面?zhèn)鹊臒崃枯斎肓恳约盁崃枯斎敕秶嗤軌蚴贡肀趁娴臍埩魬?yīng)力均勻，防止金屬板的翹曲。另外，相反地，在金屬板充分薄的情況下或金屬板的剛性充分低的情況下，包括在摩擦攪拌過程中，可以始終對第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6進(jìn)行位置控制?！吹诙?shí)施方式〉對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的構(gòu)成中，第一以及第二摩擦攪拌接合裝置3、4與第一實(shí)施方式相同，機(jī)械手裝置11的詳細(xì)構(gòu)成與第一實(shí)施方式不同。圖14是本實(shí)施方式所涉及的雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的整體圖。機(jī)械手裝置11具有多關(guān)節(jié)的第一機(jī)械手13和第二機(jī)械手14。第一機(jī)械手13在前端面設(shè)有軌道36，經(jīng)由軌道36保持第一摩擦攪拌接合裝置3。第二機(jī)械手14在前端面設(shè)有軌道37，經(jīng)由軌道37保持第二摩擦攪拌接合裝置4。第一機(jī)械手13移動摩擦攪拌接合裝置3，第二機(jī)械手14移動摩擦攪拌接合裝置4。機(jī)械手13、14具有多個關(guān)節(jié)，具有與關(guān)節(jié)數(shù)相應(yīng)的自由度，能夠進(jìn)行復(fù)雜的驅(qū)動。另外，能夠通過機(jī)械手裝置用控制裝置41的控制而進(jìn)行連動的驅(qū)動。以相互連動的方式對機(jī)械手13、14進(jìn)行驅(qū)動，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6在兩張金屬板1、2的接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲?。接著，?qū)動工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置7、8和工具按壓裝置9、10，使旋轉(zhuǎn)工具5、6旋轉(zhuǎn)并且向相互接近的方向移動，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于接合部J的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。接著，在該狀態(tài)下(將旋轉(zhuǎn)工具5、6的臺肩面5b、6b按壓于所述接合部的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊臓顟B(tài)下)，以相互連動的方式對機(jī)械手13、14進(jìn)行驅(qū)動，使旋轉(zhuǎn)工具5、6 —邊旋轉(zhuǎn)一邊沿接合部J移動。由此接合部J被摩擦攪拌，兩張金屬板1、2在接合部J被接合。對本實(shí)施方式的效果進(jìn)行說明。圖15是對為進(jìn)行比較而表示的第一實(shí)施方式的問題點(diǎn)進(jìn)行說明的圖。驅(qū)動機(jī)械手12，使旋轉(zhuǎn)工具5、6從紙面左側(cè)向右側(cè)沿接合部J移動。此時，兩張金屬板1、2的寬度即接合部J的接合長度W被限制為不足長度L，該長度L是設(shè)于保持框架32的第一以及第二保持部33、34的臂長和摩擦攪拌接合裝置3、4的半徑長的合計(jì)值。圖16也是對為進(jìn)行比較而表示的第一實(shí)施方式的相同的問題點(diǎn)進(jìn)行說明的圖。驅(qū)動機(jī)械手12，使旋轉(zhuǎn)工具5、6從紙面近前側(cè)向里側(cè)沿接合部J移動。此時，金屬板2的長度L2被限制為不足長度L，該長度L是設(shè)于保持框架32的第一以及第二保持部33、34的臂長和摩擦攪拌接合裝置3、4的半徑長的合計(jì)值。因此，在金屬板1、2大型化，接合長度W或者長度L2變長的情況下，需要以增長長度L的方式將保持框架32大型化。若保持框架32大型化從而保持部33、34的臂長變長，則作用于保持框架32的力矩也增加，因此，需要將保持框架32制成高剛性。由于保持框架32的大型化、高剛性化，保持框架32的重量也増加，因此，需要將對其進(jìn)行驅(qū)動的機(jī)械手12大型化。即，需要將雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)整體大型化。在本實(shí)施方式中，由于不存在保持框架32，所以能夠大幅減少對金屬板1、2的寬度的限制。由此，能夠抑制雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)的大型化。另外，第一實(shí)施方式中的機(jī)械手12，保持摩擦攪拌接合裝置3、4和保持框架32，而第二實(shí)施方式中的機(jī)械手13保持摩擦攪拌接合裝置3，機(jī)械手14保持摩擦攪拌接合裝置4。每ー根機(jī)械手13、14所保持的重量減少，由此，能夠?qū)C(jī)械手13、14小型化。在本實(shí)施方式中，由于不存在保持框架32，所以第二實(shí)施方式中的機(jī)械手13、14的從支點(diǎn)到摩擦攪拌接合裝置3、4(作用點(diǎn))的長度，比第一實(shí)施方式中的機(jī)械手12的從支點(diǎn)到摩擦攪拌接合裝置3、4(作用點(diǎn))的長度短，與前述的重量減少相應(yīng)地，作用于機(jī)械手13、14的カ矩也減少，由此也能夠?qū)C(jī)械手13、14小型化。通過機(jī)械手13、14的小型化以及取消保持框架32，能夠使雙面摩擦攪拌接合系統(tǒng)小型化。附圖標(biāo)記的說明1、2金屬板3第一摩擦攪拌接合裝置4第二摩擦攪拌接合裝置5第一旋轉(zhuǎn)工具(上旋轉(zhuǎn)工具)5a工具主體5b臺肩部5c臺肩面5d突起部(探針)6第二旋轉(zhuǎn)工具(下旋轉(zhuǎn)工具)6a工具主體6b臺肩部6c臺肩面0146]6d凹部0147]5入側(cè)上握持裝置0148]5a、5b上下握持板0149]6出側(cè)下握持裝置0150]6a、6b上下握持板0151]7第一工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置0152]8第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置0153]9第一工具按壓裝置0154]10第二工具按壓裝置0155]11機(jī)械手裝置0156]12機(jī)械手0157]13第一機(jī)械手0158]14第二機(jī)械手0159]15工具軸芯0160]20a上旋轉(zhuǎn)工具待機(jī)位置0161]20b下旋轉(zhuǎn)工具待機(jī)位置0162]21a上摩擦攪拌接合開始位置0163]21b下摩擦攪拌接合開始位置0164]22a上摩擦攪拌接合結(jié)束位置0165]22b下摩擦攪拌接合結(jié)束位置0166]24摩擦攪拌開始金屬板端面0167]27a上剪切力0168]27b下剪切力0169]32保持框架0170]33第一保持部0171]34第二保持部0172]35背面部0173]36軌道`0174]37軌道0175]41機(jī)械手裝置用控制裝置0176]42摩擦攪拌接合裝置用控制裝置0177]43統(tǒng)一控制裝置0178]107旋轉(zhuǎn)工具0179]109加壓工具0180]112機(jī)械手0181]132保持框架0182]J接合部0183]Θ1、Θ2傾斜角0184]L保持部臂長和摩擦攪拌接合裝置半徑的合計(jì)長度
W接合長度L2金屬板長度
權(quán)利要求
1.一種摩擦攪拌接合系統(tǒng)，具備機(jī)械手裝置(11);摩擦攪拌接合裝置，其設(shè)置在該機(jī)械手裝置(11)上，通過機(jī)械手裝置(11)沿兩張金屬板(1、2)的接合部(J)移動，其特征在于，所述摩擦攪拌接合裝置，是在接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲玫牡谝灰约暗诙Σ翑嚢杞雍涎b置(3、4)，其具有第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)，其對所述接合部(J)進(jìn)行摩擦攪拌；第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(7、8)，其將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)以在接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)认鄬χ玫姆绞竭M(jìn)行安裝，對所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、 6)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；第一以及第二工具按壓裝置(9、10)，其使安裝于所述第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置 (7,8)上的所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)向相互接近的方向移動，將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)按壓于所述接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)取?br> 2.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合系統(tǒng)，其特征在于，還具備保持框架(32)，其具有第一以及第二保持部(33、34)，所述保持框架(32)安裝于所述機(jī)械手裝置(11)所含有的、具有一個以上的關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)的機(jī)械手(12)的前端，所述第一摩擦攪拌接合裝置(3)保持于所述第一保持部(33)，所述第二摩擦攪拌接合裝置(4)保持于所述第二保持部(34)。
3.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械手裝置(11)具有多關(guān)節(jié)的第一以及第二機(jī)械手(13、14)，該第一以及第二機(jī)械手(13、14)具有一個以上的關(guān)節(jié)，所述第一摩擦攪拌接合裝置(3)安裝于所述第一機(jī)械手(13)的前端，所述第二摩擦攪拌接合裝置(4)安裝于所述第二機(jī)械手(14)的前端。
4.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合系統(tǒng)，其特征在于，所述第一旋轉(zhuǎn)工具(5)具有工具主體(5a)，在其前端部分形成有臺肩部(5c);至少一個突起部(5d)，其以從該工具主體的前端部分突出的方式形成，所述第二旋轉(zhuǎn)工具(6)具有工具主體(6a)，其在前端部分形成有臺肩部^c);至少一個凹部(6d)，其形成于該工具主體的前端部分，當(dāng)所述兩張金屬板接合時收納所述突起部(5d)的前端部。
5.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合系統(tǒng)，其特征在于，還具備控制裝置(43)，該控制裝置(43)具有機(jī)械手裝置控制部(41)，其控制機(jī)械手裝置(11);摩擦攪拌接合裝置控制部(42)，其控制摩擦攪拌接合裝置(3、4)。
6.一種摩擦攪拌接合方法,通過摩擦攪拌接合系統(tǒng)對兩張金屬板(1、2)進(jìn)行摩擦攪拌接合，所述摩擦攪拌接合系統(tǒng)具備機(jī)械手裝置(11);設(shè)于該機(jī)械手裝置(11)，并具有第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)、第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(7、8)、以及第一以及第二工具按壓裝置(9、10)的第一以及第二摩擦攪拌接合裝置(3、4)，該摩擦攪拌接合方法的特征在于，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)中的一方的旋轉(zhuǎn)工具(5)構(gòu)成為具有在前端部分形成有臺肩部(5c)的工具主體(5a);以從該工具主體的前端部分突出的方式形成的至少一個突起部(5d)，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具中的另一方的旋轉(zhuǎn)工具(6)構(gòu)成為具有在前端部分形成有臺肩部^c)的工具主體^a);形成于該工具主體的前端部分，當(dāng)所述兩張金屬板(1、2)接合時對所述突起部^d)的前端部進(jìn)行收納的至少一個凹部(6d)，通過所述·機(jī)械手裝置(11)，將第一以及第二摩擦攪拌接合裝置(3、4)在所述兩張金屬板的接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲?，由此，將第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具 (5,6)在接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲茫ㄟ^所述第一以及第二工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(7、8)，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)旋轉(zhuǎn)，通過所述第一以及第二工具按壓裝置(9、10)，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)向相互接近的方向移動，將所述第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部(5d)的前端部插入所述第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部^d)內(nèi)，并且，將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具的所述臺肩部的臺肩面(5b、6b)按壓于所述接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?，在將所述第一旋轉(zhuǎn)工具的突起部的前端部(5d)插入所述第二旋轉(zhuǎn)工具的凹部(6d) 內(nèi)，并將所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具的所述臺肩部的臺肩面(5b、6b)按壓于所述接合部 (J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊臓顟B(tài)下，通過所述機(jī)械手裝置(11)，使所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)沿所述接合部(J)移動，通過所述第一以及第二旋轉(zhuǎn)工具(5、6)，對所述接合部(J)的板厚方向整個區(qū)域進(jìn)行摩擦攪拌。
全文摘要
一種摩擦攪拌接合系統(tǒng)以及摩擦攪拌接合方法。能夠抑制大型化，提高生產(chǎn)效率，抑制非對稱殘留應(yīng)力以及強(qiáng)度不平衡，無固定地進(jìn)行熱效率優(yōu)異的摩擦攪拌接合，為此，驅(qū)動機(jī)械手(12)，將旋轉(zhuǎn)工具(5、6)在兩張金屬板(1、2)的接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)纫韵鄬χ玫姆绞脚渲?，?qū)動工具旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(7、8)和工具按壓裝置(9、10)，使旋轉(zhuǎn)工具(5、6)旋轉(zhuǎn)并且向相互接近的方向移動，將旋轉(zhuǎn)工具(5、6)的臺肩面(5b、6b)按壓于接合部(J)的表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?，該狀態(tài)下，驅(qū)動機(jī)械手(12)，使旋轉(zhuǎn)工具(5、6)旋轉(zhuǎn)并且使其沿接合部(J)移動，對接合部(J)進(jìn)行摩擦攪拌，將兩張金屬板(1、2)接合(雙面摩擦攪拌接合)。
文檔編號B23K20/12GK103052462SQ20108006838
公開日2013年4月17日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者加賀慎一, 小野瀨滿, 富永憲明, 齋藤武彥, 芳村泰嗣, 平野聰, 樸勝煥 申請人:三菱日立制鐵機(jī)械株式會社