摩擦点接合装置
【課題】 複数の被接合材を摩擦点接合により接合する際に、回転ツールの被接合材への押し込み量のばらつきを抑制し、接合品質をより安定化させることができる摩擦点接合装置を提供する。
【解決手段】 複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置が、前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、それらの接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】 複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置が、前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、それらの接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属板材の点接合に適用し得る摩擦点接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２枚の金属板材を点接合する方法として、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）或いはその合金等の軽金属を対象に、重ね合わせた２枚の金属板材の一方側からピン部を有する回転ツールを回転させながら押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で金属板材を軟化せしめ塑性流動させることにより、両金属板材どうしを接合する摩擦点接合方法が知られている。また、かかる摩擦点接合法を適用して、鋼板とアルミニウム合金板などの異種金属板材どうしを接合する方法も知られている。
【０００３】
上記のように２枚の金属板材を重ね合わせて摩擦点接合で接合する場合には、回転ツールのピン部の先端が両金属板材の接合部の界面近くに至るまで回転ツールを押し込むことが好ましいのであるが、ピン部の先端が受け具側の金属板材の表面にまで達し、押し込み側の金属板材に貫通孔があいてしまうと、その貫通孔部分に水など溜まり易いこともあり、その部分から腐食が生じるという問題がある。
【０００４】
特に、回転ツールが押し込まれる金属板材の板厚が薄い場合には、回転ツールの最大押し込み深さを受け具側の金属板材の表面近傍で制御することは、実際上難しい。このため、押し込み深さが不足して所要の接合強度が得られないか、或いは、押し込み深さが過剰となって押し込み側の金属板材に貫通孔があいてしまい、耐食性が損なわれる場合が生じるという問題がある。このように、回転ツールの押し込み量の精度を良好に確保することは、安定した接合品質を得る上で非常に重要である。
【０００５】
尚、回転ツールの押し込み量の精度確保に直接に関連したものではないが、例えば、特許文献１では、被接合物の接合点近傍を押圧する押圧手段を用いて、２枚の被接合物の間に隙間がある場合であっても前記押圧手段で押圧することによって接合点での隙間をなくすようにすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、摩擦点接合で接合される板厚には限りがあり、その板厚の範囲内で回転ツールの押し込み量を精度よく確保することはなかなかに難しい。また、摩擦点接合は一般にかなり短時間に行われることもあり、上記回転ツールの被接合材への押し込み量のばらつきを制御することは一般に困難である。例えば、自動車の車体部材の接合にこの摩擦点接合を適用する場合、ロボット装置の接合ガンを使用して接合が行われることが多いが、ロボット装置による位置制御では、回転ツールの被接合材への押し込み量の精度を良好に確保することは一般に難しい。この押し込み量にばらつきが生じると、前述のように、接合強度の不足や貫通孔があいてしまうなど、安定した接合品質が得られなくなる。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、複数の被接合材を摩擦点接合により接合する際に、回転ツールの被接合材への押し込み量のばらつきを抑制し、接合品質をより安定化させることができる摩擦点接合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】
このため、本願の請求項１に係る発明は、複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置において、前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定された規制部材であり、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記回転ツールと前記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えたことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記規制部材が、前記回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、前記筒状体に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記接合部近傍の前記被接合材表面に当接する当接部材と、を有することを特徴としたものである。
【００１０】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記当接部材が、前記筒状体に対して着脱可能であり、前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願の請求項１の発明によれば、複数の被接合材を点接合する摩擦点接合装置が、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
【００１２】
また、本願の請求項２の発明によれば、上記請求項１と同様の効果を得ることができる。特に、規制部材が、回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、上記筒状体に固定され、上記回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記接合部近傍の上記被接合材表面に当接する当接部材と、により別体で構成されているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材のみを交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【００１３】
また、本願の請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２と同様の効果を得ることができる。特に、当接部材が、筒状体に対して着脱可能であり、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量に対応した当接部材が上記筒状体に組み付けられているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材を容易に交換することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る接合装置の構成を概略的に示す説明図である。この接合装置は、例えば自動車の車体等に用いられるアルミニウム合金板と鋼板とを重ね合わせた状態で点接合する接合工程などで用いることができる。上記接合装置は、接合ガン１と、該接合ガン１がその手首に取り付けられているロボット２と、それらを制御する制御盤３と、を備えている。
【００１６】
上記ロボット２としては、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットが用いられる。このロボット２は、接合ガン１を、例えば上記アルミニウム合金板と上記鋼板との接合の接合位置に位置付ける機能を有している。
【００１７】
また、上記制御盤３は、図１に示されるように、上記ロボット２にハーネス３１を介して接続されると共に、上記接合ガン１に、ハーネス３３、中継ボックス３４、ハーネス３２を介して接続されている。この制御盤３は、ロボット２の６軸と、接合ガン１における回転軸モータ１１及び加圧軸モータ１２の２軸の合計８軸を同期制御するように構成されている。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る接合ガン１の構成を概略的に示す説明図である。この図に示すように、上記接合ガン１は、接合用の工具として回転ツール組立体４と受け具５とを備えている。
【００１９】
上記回転ツール組立体４は、その回転中心軸が接合ガン１の接合軸Ｘと一致するように配設されており、ガン本体１に固定された加圧軸モータ１２により上記接合軸Ｘに沿って昇降させられ、且つ、回転軸モータ１１により接合軸Ｘと一致した中心軸回りに回転させられるようになっている。上記回転軸モータ１１としては、例えばインダクションモータやサーボモータを好適に用いることができ、また、加圧軸モータ１２としては、例えばサーボモータを好適に用いることができる。
【００２０】
上記受け具５は、回転ツール組立体４に対向して配置されるもので、この配置状態は、ガン本体１の下部に位置する略Ｌ字形状のアーム１３の先端に受け具５を取り付けることにより保持されている。この受け具５及び上記回転ツール組立体４は共に、接合ガン１に対して着脱することができるように取り付けられている。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態に係る回転ツール組立体４の断面図である。図３に示されるように、上記回転ツール組立体４は、回転ツール７と規制部材８とを有する。更に、上記規制部材８は、筒状体９と当接部材１０とを有している。
【００２２】
上記筒状体９は、後述するように略円筒形に形成されており、上記筒状体９には、軸受１６、１７とカラー２３、２４とが止め輪６により固定されて組み込まれている。また、上記筒状体９には、スリーブ１４、軸受１５が取り付けられており、上記軸受１５には、オイルシール２０及びスプリング２１が備えられている。
図に示されるように、この筒状体９が上記回転ツール７に嵌め込まれ、上記筒状体９に固定された軸受１７に回転ツール７を介してナット２２を締め付けることにより上記筒状体が上記回転ツールに取り付けられる。
上記当接部材１０は、後述するようにその先端部と反対側の端部が略円筒形に形成されており、上記筒状体９の下部の外周面９ｂに上記当接部材１０の上記端部の内周面１０ｃを嵌め込み、止めねじ１８とナット１９とを用いて上記筒状体９に着脱可能に組み付けて固定される。
【００２３】
このようにして、上記筒状体９は、上記回転ツール７と同軸状に回動可能に配置され、且つ、上記回転ツール７の軸方向に固定される。また、上記規制部材８は、回転ツール７の先端部を重ね合わせられた複数の被接合材に押し込む際に、上記当接部材１０を上記回転ツール７と上記被接合材との接合部近傍の上記被接合材表面に当接させて、上記回転ツール７の先端部の上記被接合材への押し込み量を規制することができる。
【００２４】
上記回転ツール組立体４の回転ツール７、筒状体９及び当接部材１０がそれぞれ図４〜１０に示されている。
図４は上記回転ツール７の正面図であり、図５は図４に示した上記回転ツール７の平面図である。図４及び５に示されるように、上記回転ツール７は、その先端部に、被接合材に押し込まれるピン部７ａ及びショルダ部７ｂを有している。
上記回転ツール７はまた、雌ネジ部７ｃを有しており、上記のように上記筒状体が上記回転ツール７に嵌め込まれ、上記筒状体に固定された軸受に対して上記雌ネジ部７ｃを介してナットを締め付けることにより上記筒状体が上記回転ツールに取り付けられて、上記規制部材の筒状体が上記回転ツールの軸方向に固定される。更に、上記回転ツール７は、取付フランジ部７ｄを有しており、この取付フランジ部７ｄを用いて回転軸モータ１１及び加圧軸モータ１２による昇降動駆動及び回転駆動が伝達される。なお、図に示されるように、上記回転ツール７の各部分は、略円柱状に形成されている。
【００２５】
図６は、上記筒状体９の平面図であり、図７は図６に示した上記筒状体９のＡ―Ａ線に沿った断面図、図８は図７に示した上記筒状体９を下方から見た底面図である。図６〜８に示されるように、上記筒状体９は略円筒形状に形成されており、その内部に上記軸受が組み込まれる。
また、上記筒状体９の外周部には、略円錐状に形成された切欠き部９ａが形成されている。この切欠き部９ａを用いて、上記当接部材が上記筒状体９に固定される。
【００２６】
図９は、上記当接部材の断面図であり、図１０は図９に示した上記当接部材の平面図である。図９及び１０に示されるように、当接部材１０の先端部１０ａは、上記回転ツールの先端部を被接合材に押圧させる際に、それらの接合部近傍の上記被接合材表面に当接するために平面状に形成されている。
また、上記当接部材１０には、雌ねじ部１０ｂが設けられており、当接部材１０は雌ねじ部１０ｂに対して止めねじを締め付けることによって上記筒状体に固定される。更に、上記当接部材１０は先端部と反対側の端部が略円筒形に形成され、その外径寸法が先端部より大きいテーパ状に形成されるので、被接合材の接合作業時及びロボットによる移動時などに他の部品等に干渉することが抑制される。
【００２７】
図１１は、上記回転ツール組立体４の先端部を拡大して模式的に示した説明図である。図に示されるように上記回転ツール７は、略円柱状のショルダ部７ｂと、該ショルダ部７ｂの先端部における中心から突出する円柱状のピン部７ａとを備えている。このピン部７ａの回転中心軸はショルダ部７ｂの回転中心軸と一致しており、両中心軸は接合ガン１の接合軸Ｘと一致するものである。つまり、上記ピン部７ａは、回転ツール７のセンタリング機能を有しているといえる。
【００２８】
図１１では、図に示されるように、上記当接部材１０に対して上記回転ツール７のピン部７ａ及びショルダ部７ｂが突出した状態で位置付けられている。それにより、上記回転ツール７の先端部を重ね合わせられた複数の被接合材に押し込む際に、上記回転ツール７の先端部の上記被接合材への押し込み量を規制することができる。この突出した位置については、上記当接部材１０を交換することにより変更することができる。
【００２９】
また、ショルダ部７ｂの先端面には、径方向における内方に向かって深くなる凹部７ｅが形成されている。ショルダ部７ｂの先端側にこのような凹部７ｅを設けたことにより、回転ツール７を被接合材に押し込んだ際に、回転ツール７の回転による摩擦熱で軟化し塑性流動する被接合材の材料が外周側に流動して逃げることを抑制し、回転ツール７の加圧力を被接合材に対してより有効に作用させることができる。
【００３０】
上記回転ツールの別の態様が図１２及び１３に示されている。図１２では、回転ツール２７のショルダ部２７ｂが、略円柱状に形成され、その先端が中央を膨らませた曲面形状に形成されたものである。図１３では、回転ツール３７のショルダ部３７ｂが、図１２に示したショルダ部２７ｂの中心にピン部３７ａが形成されたものである。これらの回転ツール２７，３７が、上記回転ツール７の代わりに使用されてもよい。
【実施例１】
【００３１】
以下、本実施形態に係る装置を用いた摩擦点接合の第１の実施例について説明する。
図１４は、本発明の第１の実施例の接合用工具及び被接合材を模式的に示した説明図である。上記回転ツールとしては、ショルダ部４７ｂがテーパ状に形成された凹部４７ｅを有する回転ツール４７が使用されており、図１１に示された上記回転ツールの凹部７ｅと同様の機能を有する。
【００３２】
本実施例では、被接合材Ｗとして異種金属である金属板材が用いられ、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２とが接合される。特に、鋼板Ｗ２の接合側の表面には、防食性の金属メッキとして亜鉛メッキが施されている。従って、アルミニウム合金板Ｗ１の母相と鋼板Ｗ２の母相の間には亜鉛メッキ層２５が介在することになる。
【００３３】
図に示されるように、回転ツール４７のピン部４７ａ及びショルダ部４７ｂが、当接部材５０に対して突出した状態で位置付けられている。上記回転ツール４７に対向して受け具４５が配置されている。
【００３４】
図１５〜１９は、図１４の状態から引き続いて行われる一連の接合工程を示す部分断面説明図である。
まず、図１４に示された状態から、図１５に示すように、受け具４５の受承面４５ａで鋼板Ｗ２及びアルミニウム合金板Ｗ１を順に受承させるとともに、回転ツール４７を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ１側に（つまり、加圧方向に）前進させる。図１５に示すように、回転ツール４７のピン部４７ａがアルミニウム合金板Ｗ１の表面に当接し、その押し込みが開始されることにより、ピン部４７ａの先端を中心にした一定範囲の領域２６が、ピン部４７ａの回転による摩擦熱の作用で軟化し始める。なお、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転するとともに、アルミニウム合金板Ｗ１側に移動させられる。
【００３５】
図１５の状態から回転ツール４７がアルミニウム合金板Ｗ１内への押し込みが始まると、図１６に示すように、ショルダ部４７ｂの先端の外周部でアルミニウム合金板Ｗ１が表面側から剪断され、また、摩擦熱の作用による軟化の領域（図１５参照）が更に広がるとともに温度も上昇し、亜鉛メッキ層２５の拡散が始まり、また、摩擦熱で軟化したアルミニウム合金板Ｗ１の材料が塑性流動し始める。なお、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転するととともに、アルミニウム合金板Ｗ１側に更に移動させられる。
【００３６】
上記当接部材５０は、回転ツール４７とアルミニウム合金板Ｗ１との接合部近傍に位置付けられるが、上記ショルダ部４７ｂにより剪断され、アルミニウム合金板Ｗ１上に押し出された材料に干渉しないように配置されている。
【００３７】
尚、アルミニウム合金板Ｗ１の表面には、通常雰囲気下で生成されるアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が一般に形成されるが、このアルミニウム酸化被膜Ａｌ２Ｏ３は、比較的脆いので、アルミニウム合金板Ｗ１の材料の塑性流動によって比較的容易に細かく破壊され、アルミニウム合金板Ｗ１の表面には、新生面（酸化被膜に覆われずアルミニウム合金自体からなる面）が表れる。従って、このアルミニウム酸化被膜Ａｌ２Ｏ３が接合面に存在して接合強度に悪影響を及ぼすことはまずない。
【００３８】
図１６の状態から回転ツール４７が更に押し込まれると、鋼板Ｗ２の表面の亜鉛メッキ層２５は、その一部はアルミニウム合金板Ｗ１側に取り込まれるものの、その大部分は、図１７において符号２８で示すように、回転ツール４７の押し込みによる加圧力と摩擦熱および塑性流動により、両金属板Ｗ１、Ｗ２の接合面の周囲に押し出される。これにより、両金属板Ｗ１、Ｗ２の母相どうしが直接に接触し、両者どうしが固相接合されて所要の接合強度を得ることができるようになる。なお、この状態では、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転すると共に、アルミニウム合金板Ｗ１側に更に移動させられるが、アルミニウ合金板Ｗ１の表面には当接していない。
【００３９】
図１７の状態から回転ツール４７が更に押し込まれると、図１８に示すように、当接部材５０がアルミニウム合金板Ｗ１表面に当接する。この当接部材５０がアルミニウム合金板Ｗ１表面に当接することにより、当接部材５０の回転が止められるとともに、回転ツール４７の先端部のアルミニウム合金板Ｗ１への押し込みを機械的に止めることができる。
【００４０】
また、図１８に示されるように、亜鉛メッキ層２５の接合面周囲に押し出された部分２８の直ぐ内側の領域、つまり、回転ツール４７のショルダ部４７ｂの外周部に略対応する領域には、亜鉛メッキ層２５が若干残存して、亜鉛−アルミニウム−鉄化合物の金属間化合物２９が生成される場合があるが、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２とは、前記金属間化合物２９を介して接合される。つまり、かかる金属間化合物２９も、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２の固相接合に寄与するものである。
【００４１】
このように、上記接合方法においては、回転ツール４７の押し込みによってアルミニウム合金板Ｗ１の酸化被膜Ａｌ２Ｏ３が破壊されてアルミニウム合金の新生面が形成され、その直後に（極めて短時間内に）、回転ツール４７の押し込みに基づく加圧力，摩擦熱および塑性流動によって亜鉛メッキ層２５が接合面から周囲に押し出されて、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２の母相どうしが直接に接触することになる。この状態下で摩擦接合が行われることにより、その接合部に酸化被膜やメッキ層２５を介在させないようにして、両者の直接的な固相接合の状態で接合することができ、その接合強度を高めることができる。
【００４２】
尚、本実施形態では、接合品質を安定化させるためには、上記回転ツールのピン部の先端と両金属板Ｗ１、Ｗ２の接合部の界面との距離は、例えば０．２〜０．６ｍｍが好ましい。
【００４３】
この後、設定時間が経過すると、図１９に示すように、回転ツール４７と受け具４５とは、両金属板Ｗ１、Ｗ２から離間させられ、次の接合処理まで離間位置で待機するようになっている。上記当接部材５０も上記回転ツール４７とともに離間させられる。
【００４４】
以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の被接合材を点接合する摩擦点接合装置が、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
このように回転ツールの被接合材への押し込み量を規定することができるので、この押し込み量の精度が要求される異種材料の接合に有効に適用することができる。
【００４５】
また、規制部材が、回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、上記筒状体に固定され、上記回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記接合部近傍の上記被接合材表面に当接する当接部材と、により別体で構成されているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材のみを交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【００４６】
更に、当接部材が、筒状体に対して着脱可能であり、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられる。これにより、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合にも、上記当接部材を容易に交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本実施形態に係る装置を用いた摩擦点接合の第２の実施例について説明する。尚、以下の説明において、上述の第１の実施例の場合と、同様の構成を備え同様の作用をなすものについては、それ以上の説明は省略する。
【００４８】
第２の実施例では、被接合材として同種の金属板材が用いられ、２枚のアルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２が共に接合される。この実施例においても、第１の実施例における場合と同様の工程で摩擦点接合が行われる。
【００４９】
図２０及び２１は、本発明の第２の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。第２の実施例においても、第１の実施例と同様の接合工程（図１４〜図１６参照）が行われる。
アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２を重ね合わせ、先端にピン部５７ａを有する回転ツール５７を回転させながら前記回転ツール５７の先端部をアルミニウム合金Ｗ１１側から押し込み、この回転ツール５７の押し込みによって発生した摩擦熱で上記アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２を軟化せしめて塑性流動させる。
【００５０】
回転ツール５７が更に押し込まれると、図２０に示すように、当接部材６０がアルミニウム合金板Ｗ１１の表面に当接して、回転ツール５７の先端部のアルミニウム合金板Ｗ１１への押し込みを機械的に止めることができる。
【００５１】
アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の表面には、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が形成されているが、アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の材料の塑性流動によって破壊され、アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の表面には、新生面が表れ、両金属板Ｗ１１、Ｗ１２の母相どうしが直接に接触し、固相接合されて所要の接合強度を得ることができるようになる。
【００５２】
この後、設定時間が経過すると、図２１に示すように、回転ツール５７と受け具５５とは、両金属板Ｗ１１、Ｗ１２から離間させられ、次の接合処理まで離間位置で待機する。上記当接部材６０も上記回転ツール５７とともに離間させられる。
【００５３】
上記実施例と同様に、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材の表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
【００５４】
上記実施形態では、回転ツールが当接する被接合材として融点の低いアルミニウム合金材料が記述されているが、例えばマグネシウム合金材料など、他の材料においても同様に適用することができる。
【００５５】
以上のように、本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、複数の金属板材を点接合する摩擦点接合において、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えた摩擦点接合装置であり、例えば自動車等の車体構成部材などの接合に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る接合装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る接合ガンの構成を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転ツール組立体の断面図である。
【図４】上記回転ツール組立体の回転ツールの正面図である。
【図５】図４に示した上記回転ツールの平面図である。
【図６】上記回転ツール組立体の筒状体の平面図である。
【図７】図６に示した上記筒状体のＡ―Ａ線に沿った断面図である。
【図８】図７に示した上記筒状体を下方から見た底面図である。
【図９】上記回転ツール組立体の当接部材の断面図である。
【図１０】図９に示した当接部材の平面図である。
【図１１】上記回転ツール組立体の先端部を拡大して模式的に示した説明図である。
【図１２】上記回転ツールの別の態様を示した説明図である。
【図１３】上記回転ツールの更に別の態様を示した説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施例の接合用工具及び被接合材を模式的に示した説明図である。
【図１５】上記第１の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１６】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１７】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１８】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１９】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図２１】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 接合ガン
２ ロボット
３ 制御盤
４ 回転ツール組立体
５、４５、５５ 受け具
７、４７、５７ 回転ツール
８ 規制部材
９ 筒状体
１０、５０、６０ 当接部材
１５、１６、１７ 軸受
Ｗ 被接合材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属板材の点接合に適用し得る摩擦点接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２枚の金属板材を点接合する方法として、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）或いはその合金等の軽金属を対象に、重ね合わせた２枚の金属板材の一方側からピン部を有する回転ツールを回転させながら押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で金属板材を軟化せしめ塑性流動させることにより、両金属板材どうしを接合する摩擦点接合方法が知られている。また、かかる摩擦点接合法を適用して、鋼板とアルミニウム合金板などの異種金属板材どうしを接合する方法も知られている。
【０００３】
上記のように２枚の金属板材を重ね合わせて摩擦点接合で接合する場合には、回転ツールのピン部の先端が両金属板材の接合部の界面近くに至るまで回転ツールを押し込むことが好ましいのであるが、ピン部の先端が受け具側の金属板材の表面にまで達し、押し込み側の金属板材に貫通孔があいてしまうと、その貫通孔部分に水など溜まり易いこともあり、その部分から腐食が生じるという問題がある。
【０００４】
特に、回転ツールが押し込まれる金属板材の板厚が薄い場合には、回転ツールの最大押し込み深さを受け具側の金属板材の表面近傍で制御することは、実際上難しい。このため、押し込み深さが不足して所要の接合強度が得られないか、或いは、押し込み深さが過剰となって押し込み側の金属板材に貫通孔があいてしまい、耐食性が損なわれる場合が生じるという問題がある。このように、回転ツールの押し込み量の精度を良好に確保することは、安定した接合品質を得る上で非常に重要である。
【０００５】
尚、回転ツールの押し込み量の精度確保に直接に関連したものではないが、例えば、特許文献１では、被接合物の接合点近傍を押圧する押圧手段を用いて、２枚の被接合物の間に隙間がある場合であっても前記押圧手段で押圧することによって接合点での隙間をなくすようにすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、摩擦点接合で接合される板厚には限りがあり、その板厚の範囲内で回転ツールの押し込み量を精度よく確保することはなかなかに難しい。また、摩擦点接合は一般にかなり短時間に行われることもあり、上記回転ツールの被接合材への押し込み量のばらつきを制御することは一般に困難である。例えば、自動車の車体部材の接合にこの摩擦点接合を適用する場合、ロボット装置の接合ガンを使用して接合が行われることが多いが、ロボット装置による位置制御では、回転ツールの被接合材への押し込み量の精度を良好に確保することは一般に難しい。この押し込み量にばらつきが生じると、前述のように、接合強度の不足や貫通孔があいてしまうなど、安定した接合品質が得られなくなる。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、複数の被接合材を摩擦点接合により接合する際に、回転ツールの被接合材への押し込み量のばらつきを抑制し、接合品質をより安定化させることができる摩擦点接合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】
このため、本願の請求項１に係る発明は、複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置において、前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定された規制部材であり、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記回転ツールと前記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えたことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記規制部材が、前記回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、前記筒状体に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記接合部近傍の前記被接合材表面に当接する当接部材と、を有することを特徴としたものである。
【００１０】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記当接部材が、前記筒状体に対して着脱可能であり、前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願の請求項１の発明によれば、複数の被接合材を点接合する摩擦点接合装置が、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
【００１２】
また、本願の請求項２の発明によれば、上記請求項１と同様の効果を得ることができる。特に、規制部材が、回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、上記筒状体に固定され、上記回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記接合部近傍の上記被接合材表面に当接する当接部材と、により別体で構成されているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材のみを交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【００１３】
また、本願の請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２と同様の効果を得ることができる。特に、当接部材が、筒状体に対して着脱可能であり、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量に対応した当接部材が上記筒状体に組み付けられているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材を容易に交換することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る接合装置の構成を概略的に示す説明図である。この接合装置は、例えば自動車の車体等に用いられるアルミニウム合金板と鋼板とを重ね合わせた状態で点接合する接合工程などで用いることができる。上記接合装置は、接合ガン１と、該接合ガン１がその手首に取り付けられているロボット２と、それらを制御する制御盤３と、を備えている。
【００１６】
上記ロボット２としては、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットが用いられる。このロボット２は、接合ガン１を、例えば上記アルミニウム合金板と上記鋼板との接合の接合位置に位置付ける機能を有している。
【００１７】
また、上記制御盤３は、図１に示されるように、上記ロボット２にハーネス３１を介して接続されると共に、上記接合ガン１に、ハーネス３３、中継ボックス３４、ハーネス３２を介して接続されている。この制御盤３は、ロボット２の６軸と、接合ガン１における回転軸モータ１１及び加圧軸モータ１２の２軸の合計８軸を同期制御するように構成されている。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る接合ガン１の構成を概略的に示す説明図である。この図に示すように、上記接合ガン１は、接合用の工具として回転ツール組立体４と受け具５とを備えている。
【００１９】
上記回転ツール組立体４は、その回転中心軸が接合ガン１の接合軸Ｘと一致するように配設されており、ガン本体１に固定された加圧軸モータ１２により上記接合軸Ｘに沿って昇降させられ、且つ、回転軸モータ１１により接合軸Ｘと一致した中心軸回りに回転させられるようになっている。上記回転軸モータ１１としては、例えばインダクションモータやサーボモータを好適に用いることができ、また、加圧軸モータ１２としては、例えばサーボモータを好適に用いることができる。
【００２０】
上記受け具５は、回転ツール組立体４に対向して配置されるもので、この配置状態は、ガン本体１の下部に位置する略Ｌ字形状のアーム１３の先端に受け具５を取り付けることにより保持されている。この受け具５及び上記回転ツール組立体４は共に、接合ガン１に対して着脱することができるように取り付けられている。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態に係る回転ツール組立体４の断面図である。図３に示されるように、上記回転ツール組立体４は、回転ツール７と規制部材８とを有する。更に、上記規制部材８は、筒状体９と当接部材１０とを有している。
【００２２】
上記筒状体９は、後述するように略円筒形に形成されており、上記筒状体９には、軸受１６、１７とカラー２３、２４とが止め輪６により固定されて組み込まれている。また、上記筒状体９には、スリーブ１４、軸受１５が取り付けられており、上記軸受１５には、オイルシール２０及びスプリング２１が備えられている。
図に示されるように、この筒状体９が上記回転ツール７に嵌め込まれ、上記筒状体９に固定された軸受１７に回転ツール７を介してナット２２を締め付けることにより上記筒状体が上記回転ツールに取り付けられる。
上記当接部材１０は、後述するようにその先端部と反対側の端部が略円筒形に形成されており、上記筒状体９の下部の外周面９ｂに上記当接部材１０の上記端部の内周面１０ｃを嵌め込み、止めねじ１８とナット１９とを用いて上記筒状体９に着脱可能に組み付けて固定される。
【００２３】
このようにして、上記筒状体９は、上記回転ツール７と同軸状に回動可能に配置され、且つ、上記回転ツール７の軸方向に固定される。また、上記規制部材８は、回転ツール７の先端部を重ね合わせられた複数の被接合材に押し込む際に、上記当接部材１０を上記回転ツール７と上記被接合材との接合部近傍の上記被接合材表面に当接させて、上記回転ツール７の先端部の上記被接合材への押し込み量を規制することができる。
【００２４】
上記回転ツール組立体４の回転ツール７、筒状体９及び当接部材１０がそれぞれ図４〜１０に示されている。
図４は上記回転ツール７の正面図であり、図５は図４に示した上記回転ツール７の平面図である。図４及び５に示されるように、上記回転ツール７は、その先端部に、被接合材に押し込まれるピン部７ａ及びショルダ部７ｂを有している。
上記回転ツール７はまた、雌ネジ部７ｃを有しており、上記のように上記筒状体が上記回転ツール７に嵌め込まれ、上記筒状体に固定された軸受に対して上記雌ネジ部７ｃを介してナットを締め付けることにより上記筒状体が上記回転ツールに取り付けられて、上記規制部材の筒状体が上記回転ツールの軸方向に固定される。更に、上記回転ツール７は、取付フランジ部７ｄを有しており、この取付フランジ部７ｄを用いて回転軸モータ１１及び加圧軸モータ１２による昇降動駆動及び回転駆動が伝達される。なお、図に示されるように、上記回転ツール７の各部分は、略円柱状に形成されている。
【００２５】
図６は、上記筒状体９の平面図であり、図７は図６に示した上記筒状体９のＡ―Ａ線に沿った断面図、図８は図７に示した上記筒状体９を下方から見た底面図である。図６〜８に示されるように、上記筒状体９は略円筒形状に形成されており、その内部に上記軸受が組み込まれる。
また、上記筒状体９の外周部には、略円錐状に形成された切欠き部９ａが形成されている。この切欠き部９ａを用いて、上記当接部材が上記筒状体９に固定される。
【００２６】
図９は、上記当接部材の断面図であり、図１０は図９に示した上記当接部材の平面図である。図９及び１０に示されるように、当接部材１０の先端部１０ａは、上記回転ツールの先端部を被接合材に押圧させる際に、それらの接合部近傍の上記被接合材表面に当接するために平面状に形成されている。
また、上記当接部材１０には、雌ねじ部１０ｂが設けられており、当接部材１０は雌ねじ部１０ｂに対して止めねじを締め付けることによって上記筒状体に固定される。更に、上記当接部材１０は先端部と反対側の端部が略円筒形に形成され、その外径寸法が先端部より大きいテーパ状に形成されるので、被接合材の接合作業時及びロボットによる移動時などに他の部品等に干渉することが抑制される。
【００２７】
図１１は、上記回転ツール組立体４の先端部を拡大して模式的に示した説明図である。図に示されるように上記回転ツール７は、略円柱状のショルダ部７ｂと、該ショルダ部７ｂの先端部における中心から突出する円柱状のピン部７ａとを備えている。このピン部７ａの回転中心軸はショルダ部７ｂの回転中心軸と一致しており、両中心軸は接合ガン１の接合軸Ｘと一致するものである。つまり、上記ピン部７ａは、回転ツール７のセンタリング機能を有しているといえる。
【００２８】
図１１では、図に示されるように、上記当接部材１０に対して上記回転ツール７のピン部７ａ及びショルダ部７ｂが突出した状態で位置付けられている。それにより、上記回転ツール７の先端部を重ね合わせられた複数の被接合材に押し込む際に、上記回転ツール７の先端部の上記被接合材への押し込み量を規制することができる。この突出した位置については、上記当接部材１０を交換することにより変更することができる。
【００２９】
また、ショルダ部７ｂの先端面には、径方向における内方に向かって深くなる凹部７ｅが形成されている。ショルダ部７ｂの先端側にこのような凹部７ｅを設けたことにより、回転ツール７を被接合材に押し込んだ際に、回転ツール７の回転による摩擦熱で軟化し塑性流動する被接合材の材料が外周側に流動して逃げることを抑制し、回転ツール７の加圧力を被接合材に対してより有効に作用させることができる。
【００３０】
上記回転ツールの別の態様が図１２及び１３に示されている。図１２では、回転ツール２７のショルダ部２７ｂが、略円柱状に形成され、その先端が中央を膨らませた曲面形状に形成されたものである。図１３では、回転ツール３７のショルダ部３７ｂが、図１２に示したショルダ部２７ｂの中心にピン部３７ａが形成されたものである。これらの回転ツール２７，３７が、上記回転ツール７の代わりに使用されてもよい。
【実施例１】
【００３１】
以下、本実施形態に係る装置を用いた摩擦点接合の第１の実施例について説明する。
図１４は、本発明の第１の実施例の接合用工具及び被接合材を模式的に示した説明図である。上記回転ツールとしては、ショルダ部４７ｂがテーパ状に形成された凹部４７ｅを有する回転ツール４７が使用されており、図１１に示された上記回転ツールの凹部７ｅと同様の機能を有する。
【００３２】
本実施例では、被接合材Ｗとして異種金属である金属板材が用いられ、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２とが接合される。特に、鋼板Ｗ２の接合側の表面には、防食性の金属メッキとして亜鉛メッキが施されている。従って、アルミニウム合金板Ｗ１の母相と鋼板Ｗ２の母相の間には亜鉛メッキ層２５が介在することになる。
【００３３】
図に示されるように、回転ツール４７のピン部４７ａ及びショルダ部４７ｂが、当接部材５０に対して突出した状態で位置付けられている。上記回転ツール４７に対向して受け具４５が配置されている。
【００３４】
図１５〜１９は、図１４の状態から引き続いて行われる一連の接合工程を示す部分断面説明図である。
まず、図１４に示された状態から、図１５に示すように、受け具４５の受承面４５ａで鋼板Ｗ２及びアルミニウム合金板Ｗ１を順に受承させるとともに、回転ツール４７を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ１側に（つまり、加圧方向に）前進させる。図１５に示すように、回転ツール４７のピン部４７ａがアルミニウム合金板Ｗ１の表面に当接し、その押し込みが開始されることにより、ピン部４７ａの先端を中心にした一定範囲の領域２６が、ピン部４７ａの回転による摩擦熱の作用で軟化し始める。なお、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転するとともに、アルミニウム合金板Ｗ１側に移動させられる。
【００３５】
図１５の状態から回転ツール４７がアルミニウム合金板Ｗ１内への押し込みが始まると、図１６に示すように、ショルダ部４７ｂの先端の外周部でアルミニウム合金板Ｗ１が表面側から剪断され、また、摩擦熱の作用による軟化の領域（図１５参照）が更に広がるとともに温度も上昇し、亜鉛メッキ層２５の拡散が始まり、また、摩擦熱で軟化したアルミニウム合金板Ｗ１の材料が塑性流動し始める。なお、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転するととともに、アルミニウム合金板Ｗ１側に更に移動させられる。
【００３６】
上記当接部材５０は、回転ツール４７とアルミニウム合金板Ｗ１との接合部近傍に位置付けられるが、上記ショルダ部４７ｂにより剪断され、アルミニウム合金板Ｗ１上に押し出された材料に干渉しないように配置されている。
【００３７】
尚、アルミニウム合金板Ｗ１の表面には、通常雰囲気下で生成されるアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が一般に形成されるが、このアルミニウム酸化被膜Ａｌ２Ｏ３は、比較的脆いので、アルミニウム合金板Ｗ１の材料の塑性流動によって比較的容易に細かく破壊され、アルミニウム合金板Ｗ１の表面には、新生面（酸化被膜に覆われずアルミニウム合金自体からなる面）が表れる。従って、このアルミニウム酸化被膜Ａｌ２Ｏ３が接合面に存在して接合強度に悪影響を及ぼすことはまずない。
【００３８】
図１６の状態から回転ツール４７が更に押し込まれると、鋼板Ｗ２の表面の亜鉛メッキ層２５は、その一部はアルミニウム合金板Ｗ１側に取り込まれるものの、その大部分は、図１７において符号２８で示すように、回転ツール４７の押し込みによる加圧力と摩擦熱および塑性流動により、両金属板Ｗ１、Ｗ２の接合面の周囲に押し出される。これにより、両金属板Ｗ１、Ｗ２の母相どうしが直接に接触し、両者どうしが固相接合されて所要の接合強度を得ることができるようになる。なお、この状態では、当接部材５０は、回転ツール４７の回転により回転すると共に、アルミニウム合金板Ｗ１側に更に移動させられるが、アルミニウ合金板Ｗ１の表面には当接していない。
【００３９】
図１７の状態から回転ツール４７が更に押し込まれると、図１８に示すように、当接部材５０がアルミニウム合金板Ｗ１表面に当接する。この当接部材５０がアルミニウム合金板Ｗ１表面に当接することにより、当接部材５０の回転が止められるとともに、回転ツール４７の先端部のアルミニウム合金板Ｗ１への押し込みを機械的に止めることができる。
【００４０】
また、図１８に示されるように、亜鉛メッキ層２５の接合面周囲に押し出された部分２８の直ぐ内側の領域、つまり、回転ツール４７のショルダ部４７ｂの外周部に略対応する領域には、亜鉛メッキ層２５が若干残存して、亜鉛−アルミニウム−鉄化合物の金属間化合物２９が生成される場合があるが、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２とは、前記金属間化合物２９を介して接合される。つまり、かかる金属間化合物２９も、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２の固相接合に寄与するものである。
【００４１】
このように、上記接合方法においては、回転ツール４７の押し込みによってアルミニウム合金板Ｗ１の酸化被膜Ａｌ２Ｏ３が破壊されてアルミニウム合金の新生面が形成され、その直後に（極めて短時間内に）、回転ツール４７の押し込みに基づく加圧力，摩擦熱および塑性流動によって亜鉛メッキ層２５が接合面から周囲に押し出されて、アルミニウム合金板Ｗ１と鋼板Ｗ２の母相どうしが直接に接触することになる。この状態下で摩擦接合が行われることにより、その接合部に酸化被膜やメッキ層２５を介在させないようにして、両者の直接的な固相接合の状態で接合することができ、その接合強度を高めることができる。
【００４２】
尚、本実施形態では、接合品質を安定化させるためには、上記回転ツールのピン部の先端と両金属板Ｗ１、Ｗ２の接合部の界面との距離は、例えば０．２〜０．６ｍｍが好ましい。
【００４３】
この後、設定時間が経過すると、図１９に示すように、回転ツール４７と受け具４５とは、両金属板Ｗ１、Ｗ２から離間させられ、次の接合処理まで離間位置で待機するようになっている。上記当接部材５０も上記回転ツール４７とともに離間させられる。
【００４４】
以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の被接合材を点接合する摩擦点接合装置が、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
このように回転ツールの被接合材への押し込み量を規定することができるので、この押し込み量の精度が要求される異種材料の接合に有効に適用することができる。
【００４５】
また、規制部材が、回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、上記筒状体に固定され、上記回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記接合部近傍の上記被接合材表面に当接する当接部材と、により別体で構成されているので、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合には、上記当接部材のみを交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【００４６】
更に、当接部材が、筒状体に対して着脱可能であり、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられる。これにより、上記回転ツールの被接合材への押し込み量が変更される場合にも、上記当接部材を容易に交換することにより対応することができる。また、被接合材の厚さが異なる場合にも当接部材を交換することにより容易に対応することができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本実施形態に係る装置を用いた摩擦点接合の第２の実施例について説明する。尚、以下の説明において、上述の第１の実施例の場合と、同様の構成を備え同様の作用をなすものについては、それ以上の説明は省略する。
【００４８】
第２の実施例では、被接合材として同種の金属板材が用いられ、２枚のアルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２が共に接合される。この実施例においても、第１の実施例における場合と同様の工程で摩擦点接合が行われる。
【００４９】
図２０及び２１は、本発明の第２の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。第２の実施例においても、第１の実施例と同様の接合工程（図１４〜図１６参照）が行われる。
アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２を重ね合わせ、先端にピン部５７ａを有する回転ツール５７を回転させながら前記回転ツール５７の先端部をアルミニウム合金Ｗ１１側から押し込み、この回転ツール５７の押し込みによって発生した摩擦熱で上記アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２を軟化せしめて塑性流動させる。
【００５０】
回転ツール５７が更に押し込まれると、図２０に示すように、当接部材６０がアルミニウム合金板Ｗ１１の表面に当接して、回転ツール５７の先端部のアルミニウム合金板Ｗ１１への押し込みを機械的に止めることができる。
【００５１】
アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の表面には、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の被膜が形成されているが、アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の材料の塑性流動によって破壊され、アルミニウム合金板Ｗ１１、Ｗ１２の表面には、新生面が表れ、両金属板Ｗ１１、Ｗ１２の母相どうしが直接に接触し、固相接合されて所要の接合強度を得ることができるようになる。
【００５２】
この後、設定時間が経過すると、図２１に示すように、回転ツール５７と受け具５５とは、両金属板Ｗ１１、Ｗ１２から離間させられ、次の接合処理まで離間位置で待機する。上記当接部材６０も上記回転ツール５７とともに離間させられる。
【００５３】
上記実施例と同様に、回転ツールの先端部を上記被接合材に押し込む際に、上記回転ツールと上記被接合材との接合部近傍の被接合材の表面に当接して上記回転ツールの先端部の上記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えているので、上記回転ツールの先端部が上記被接合材に押し込まれる量を一定にすることができ、接合品質を安定化させることができる。
【００５４】
上記実施形態では、回転ツールが当接する被接合材として融点の低いアルミニウム合金材料が記述されているが、例えばマグネシウム合金材料など、他の材料においても同様に適用することができる。
【００５５】
以上のように、本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、複数の金属板材を点接合する摩擦点接合において、回転ツールの先端部の被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えた摩擦点接合装置であり、例えば自動車等の車体構成部材などの接合に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る接合装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る接合ガンの構成を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転ツール組立体の断面図である。
【図４】上記回転ツール組立体の回転ツールの正面図である。
【図５】図４に示した上記回転ツールの平面図である。
【図６】上記回転ツール組立体の筒状体の平面図である。
【図７】図６に示した上記筒状体のＡ―Ａ線に沿った断面図である。
【図８】図７に示した上記筒状体を下方から見た底面図である。
【図９】上記回転ツール組立体の当接部材の断面図である。
【図１０】図９に示した当接部材の平面図である。
【図１１】上記回転ツール組立体の先端部を拡大して模式的に示した説明図である。
【図１２】上記回転ツールの別の態様を示した説明図である。
【図１３】上記回転ツールの更に別の態様を示した説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施例の接合用工具及び被接合材を模式的に示した説明図である。
【図１５】上記第１の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１６】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１７】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１８】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図１９】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【図２１】上記摩擦点接合の一連の接合工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 接合ガン
２ ロボット
３ 制御盤
４ 回転ツール組立体
５、４５、５５ 受け具
７、４７、５７ 回転ツール
８ 規制部材
９ 筒状体
１０、５０、６０ 当接部材
１５、１６、１７ 軸受
Ｗ 被接合材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置において、
前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定された規制部材であり、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記回転ツールと前記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えたことを特徴とする摩擦点接合装置。
【請求項２】
前記規制部材が、
前記回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、
前記筒状体に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記接合部近傍の前記被接合材表面に当接する当接部材と、
を有することを特徴とする請求項１記載の摩擦点接合装置。
【請求項３】
前記当接部材が、前記筒状体に対して着脱可能であり、前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられることを特徴とする請求項２記載の摩擦点接合装置。
【請求項１】
複数の被接合材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら前記回転ツールの先端部を前記被接合材の一方向側から押し込み、この回転ツールの押し込みによって発生した摩擦熱で前記被接合材を軟化せしめて塑性流動させることにより、前記複数の被接合材を接合する摩擦点接合装置において、
前記回転ツールと同軸状に回動可能に配置され、且つ、前記回転ツールの軸方向に固定された規制部材であり、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記回転ツールと前記被接合材との接合部近傍の被接合材表面に当接して前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量を規制する規制部材を備えたことを特徴とする摩擦点接合装置。
【請求項２】
前記規制部材が、
前記回転ツールに軸受を介して装着された筒状体と、
前記筒状体に固定され、前記回転ツールの先端部を前記被接合材に押し込む際に、前記接合部近傍の前記被接合材表面に当接する当接部材と、
を有することを特徴とする請求項１記載の摩擦点接合装置。
【請求項３】
前記当接部材が、前記筒状体に対して着脱可能であり、前記回転ツールの先端部の前記被接合材への押し込み量に対応した当接部材が前記筒状体に組み付けられることを特徴とする請求項２記載の摩擦点接合装置。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−１０２７５６（Ｐ２００６−１０２７５６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８９２７８（Ｐ２００４−２８９２７８）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]