CN105745049B - 接合装置及接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种接合装置及接合方法，包括：由绝缘体构成的圆筒形的测头管壳(30)；卷绕在该测头管壳(30)周围的高频感应线圈(36)；用于将该紧固件(10)向树脂部件压入的、由导电体构成的电极冲头(31)；将交流电流转换成高频电流的斩波装置(52)；在高频感应线圈流过高频电流的高频感应用输出装置(56)；在该电极冲头(31)和金属部件之间流过焊接电流的电阻焊接用输出装置(55)；检测被压入树脂部件的紧固件的前端部是否与金属部件接触的接触检测装置(54)；基于该接触检测装置(54)的检测结果，以与高频感应用输出装置和电阻焊接用输出装置之中的某一方连接的方式进行切换的切换装置(53)；控制装置(51)。由此，在通过金属制的紧固件(10)将金属部件(42)和树脂部件(41)接合时，在树脂部件不易产生破损，简单且可靠地接合。

Description

接合装置及接合方法
技术领域
本发明涉及通过紧固件将树脂部件和金属部件接合的接合装置及接合方法。特别是，涉及从树脂部件侧压入紧固件并将紧固件和金属部件焊接而将树脂部件和金属部件接合的接合装置及接合方法。
背景技术
作为将树脂部件和金属部件接合的接合方法，具有螺纹固定、铆钉打入、粘接等。在螺纹固定中，预先在树脂部件及金属部件开孔，并将树脂部件及金属部件的孔的位置对齐，从树脂部件侧将螺钉插入在树脂部件形成的孔中，将螺钉拧入在金属部件形成的孔中进行固定。但是，螺纹固定存在必须预先在树脂部件及金属部件形成孔，耗费工时的缺点。另外，不易将螺纹的位置与树脂部件及金属部件的螺纹孔对齐而拧入。
另外，由于存在螺纹孔，不易确保防水性、气密性。
在铆钉打入中，从树脂部件侧将铆钉打入到金属部件而将树脂部件和金属部件接合。铆钉打入不需要在树脂部件及金属部件开孔，能够简单地将树脂部件和金属部件接合。但是，若树脂部件硬，则铆钉打入时存在容易在树脂部件产生裂纹的问题。另外，铆钉与树脂部件、金属部件之间容易产生间隙，不易确保防水性、气密性。
在粘接中，在树脂部件和/或金属部件上涂敷粘接剂，经由粘接剂将树脂部件和金属部件重合并接合。粘接不需要在树脂部件及金属部件开孔。但是，粘接存在花费涂敷粘接剂的工时，另外为了使粘接剂硬化，需要加热、施加压力进行保持等的工艺，花费时间。
专利文献1公开了将非导电性的硬质部件和金属制基材重合，从硬质部件侧压入金属制紧固件而与金属制基材连接的方法。在该方法中，将硬质部件与金属制基材重合，将焊接机主体的一个电极与金属制基材连接，另一个电极与冲压机的加压部件连接。通过冲压机的加压部件，从硬质部件的表面向金属制基材压入筒状的金属制紧固件。在筒状的金属制紧固件的前端部到达了金属制基材的时刻在两者间通电进行焊接。
在专利文献1中，火花开始后也在一定时间用冲压机的加压部件将金属制紧固件持续压入，充分确保熔化金属，能够增强硬质部件和金属制基材的连接强度。
但是，专利文献1是在金属制紧固件的前端部到达金属制基材后通电进行焊接的，而非在将金属制紧固件压入硬质部件时，将金属制紧固件和硬质部件加热。因此，在将金属制紧固件压入硬质部件时，有可能在硬质部件产生裂纹，或产生龟裂。
专利文献2公开了将预热及加热用的燃烧器安装到焊接枪的前端侧部的螺柱焊装置。在专利文献2中，通过安装于焊接枪的前端部侧的一对加热燃烧器，能够在螺柱焊时进行焊接部的预热及后热处理而无急热、急冷，能够防止裂纹的产生，提高焊接作业的效率。
专利文献2的螺柱焊装置是用加热燃烧器从表面加热部件，将螺柱焊接的，而非将重合的两个板状部件焊接。
专利文献2的装置使用气体燃烧器作为加热燃烧器，故而需要燃气罐。另外，即使利用专利文献2的装置焊接两个板状部件，由于从上侧的部件的上方加热，故而下侧的部件没有被充分加热，不易将两个板状部件焊接。
专利文献3公开了对焊接销施加冲击，使销前端咬入金属表面而得到良好的接触状态的焊接机。在专利文献3中设有对焊接销施加冲击的打击装置，对焊接销施加冲击力而使焊接销的前端咬入金属面，之后通电而进行电阻焊接。因此，金属板的表面被绝缘覆盖，即使生锈，焊接销的前端与金属面的接触也良好，能够良好地进行焊接。
但是，专利文献3不是在焊接前加热焊接销。因此，若覆盖在金属部件上的部件硬，则有可能在将焊接销打入金属部件上的部件时产生裂纹。
这样，专利文献1是金属制紧固件在与金属制基材接触后进行电阻焊接的，在将金属制紧固件压入到硬质部件时，不加热硬质部件。专利文献2是在螺柱焊时用加热燃烧器加热钢材的表面的，而非将两个部件焊接。专利文献3是在对焊接销施加冲击而打入后进行电阻焊接的，与专利文献1同样地不是在打入焊接销时进行加热。
因此，希望在将树脂部件和金属部件接合的情况下，在树脂部件不易产生裂纹，能够简单地接合的接合方法、接合构造及接合装置。
另外，希望能够将树脂部件和金属部件以高强度稳定地接合的接合装置及接合方法。
专利文献1：(日本)特开昭61－269986号公报
专利文献2：(日本)实开昭61－82775号公报
专利文献3：(日本)实开平2－93087号公报
发明内容
本发明的目的在于提供在通过紧固件将树脂部件和金属部件接合的情况下，不需要在树脂部件和/或金属部件预先开孔等的作业，在树脂部件不易产生裂纹的树脂部件和金属部件的接合装置及接合方法。
本发明的另一目的在于提供能够将树脂部件和金属部件以高强度简单地接合的接合装置及接合方法。
为了实现该目的，在本发明的接合方法中，在将紧固件压入树脂部件时，通过高频感应加热将紧固件加热，在紧固件与金属部件接触之后，结束高频感应加热，通过电阻焊接将紧固件和金属部件焊接，并且将树脂部件和金属部件接合。由于通过高频感应加热将紧固件加热，通过紧固件将树脂部件加热，以树脂部件软化或熔化了的状态将紧固件压入，故而在树脂部件不产生裂纹。紧固件与金属部件接触之后，能够通过焊接以高强度进行接合。
本发明第一方面的接合装置，通过金属制的紧固件将金属部件和树脂部件接合，其中，包括：
圆筒形的测头管壳，其可在上下方向上移动，
高频感应线圈，其配置在所述测头管壳的周围，
电极冲头，其在上下方向可移动地配置于所述测头管壳的内侧，由导电体构成，
斩波装置，其将输入的电力转换成高频电流，
高频感应用输出装置，将所述高频电流从所述斩波装置输入所述高频感应用输出装置，在所述高频感应线圈流过高频感应电流，
电阻焊接用输出装置，将所述高频电流从所述斩波装置输入所述电阻焊接用输出装置，在所述电极冲头和所述金属部件之间流过焊接电流，
接触检测装置，其检测被压入所述树脂部件的所述紧固件的前端部是否与所述金属部件接触，
切换装置，其基于所述接触检测装置的检测结果进行切换，以使所述斩波装置与所述高频感应用输出装置和所述电阻焊接用输出装置中的某一方连接。
根据本发明第一方面，紧固件由导电体构成，故而被高频感应加热，树脂部件通过紧固件而被加热。
在将紧固件压入到树脂部件的阶段，由于紧固件被高频感应加热，树脂部件被紧固件加热并软化或熔化，故而在树脂部件不产生裂纹，能够容易地压入。
紧固件与金属部件接触之后，由于紧固件和金属部件被电阻焊接，故而以高强度接合。能够通过切换装置切换高频感应加热和电阻焊接，有效地进行接合。
优选的是，所述测头管壳由绝缘体构成。
测头管壳若由绝缘体构成，则不被高频感应加热，能够将紧固件有效地高频感应加热。
优选的是，所述测头管壳具有圆筒形的圆筒部、将所述高频感应线圈保持在所述圆筒部的端部外侧的高频感应线圈保持部，将所述紧固件保持在所述高频感应线圈保持部的内侧。
通过在保持有紧固件的圆筒部的外侧配置高频感应线圈，高频感应线圈与紧固件接近，能够有效地将紧固件高频感应加热。
优选的是，在所述测头管壳的内侧，以所述紧固件与所述电极冲头的下表面和所述树脂部件的上表面隔开间隔的方式设有用于保持所述紧固件的卡盘。
若紧固件与电极冲头和树脂部件和金属部件隔开间隔而被保持，则电极冲头不易被加热，能够重点地将紧固件高频感应加热，另外，由于紧固件的热不向电极冲头或树脂部件传递，故而紧固件不易冷却。
优选的是，高频感应用输出装置通过在所述高频感应线圈流过所述高频感应电流，将所述紧固件高频感应加热，使所述树脂部件的接合部软化或熔化而将所述紧固件压入所述树脂部件。
若使树脂部件的接合部软化或熔化而将紧固件压入树脂部件，则在将紧固件压入树脂部件时，在树脂部件不易产生裂纹。
树脂部件的熔化了的部分与紧固件或金属部件熔接，故而能够以高强度稳定地接合树脂部件。
优选的是，所述接触检测装置在所述电极冲头和所述金属部件之间施加电压，由从所述电极冲头通过所述紧固件而流向所述金属部件的电流检测所述紧固件的前端部与所述金属部件的接触。
通过检测从电极冲头通过紧固件流向金属部件的电流，能够容易地检测紧固件的前端部是否与金属部件接触。
优选的是，在所述接触检测装置检测到所述紧固件的前端部未与所述金属部件接触时，所述切换装置切换成所述斩波装置与所述高频感应用输出装置连接，在所述接触检测装置检测到所述紧固件的前端部与所述金属部件接触时，所述切换装置切换成所述斩波装置与所述电阻焊接用输出装置连接。
在检测到紧固件的前端部与金属部件接触时，若切换成斩波装置与电阻焊接用输出装置连接，则能够在紧固件的前端部与金属部件接触后马上切换成电阻焊接。
本发明另一方面的接合方法，通过紧固件将树脂部件和金属部件接合，其特征在于，包括以下阶段：
配置所述金属部件及在其上方的所述树脂部件，
准备圆筒形的测头管壳及其内侧的电极冲头，
在所述测头管壳的内侧，将所述紧固件配置在所述电极冲头的下侧，
使所述测头管壳和所述紧固件与所述树脂部件的上表面抵接，
在配置于所述测头管壳前端外侧的高频感应线圈流过高频感应电流，通过高频感应加热将所述紧固件加热，
使所述树脂部件的与所述紧固件接近的部分软化或熔化，通过所述电极冲头将所述紧固件压入所述树脂部件，
接触检测装置检测到所述紧固件的前端部与所述金属部件接触时，停止所述高频感应电流，从所述电极冲头通过所述紧固件向所述金属部件流过电阻焊接电流，将所述紧固件的前端部和所述金属部件电阻焊接，
停止所述电阻焊接电流，使熔化的所述紧固件的前端部和所述金属部件的部分固化而接合。
根据本发明另一方面，在紧固件的脚部被压入树脂部件时，由于树脂部件的接合部分被加热而软化或熔化，故而在树脂部件不易产生裂纹。
在紧固件的前端部与金属部件接触之后，通过电极冲头、紧固件、金属部件流动有焊接电流，紧固件的前端熔化而变短，但由于紧固件沉入到软化了的树脂部件中，以充分的焊接余量被焊接，故而能够得到足够的接合强度。
本发明再一方面的接合方法，通过紧固件将树脂部件和金属部件接合，其特征在于，包括以下阶段：
配置所述金属部件及在其上方的所述树脂部件，
准备圆筒形的测头管壳、所述测头管壳内侧的卡盘及所述测头管壳内侧的电极冲头，
在所述测头管壳的内侧，通过所述卡盘与所述电极冲头及所述树脂部件隔开间隔而将所述紧固件保持在所述电极冲头的下侧，
在配置于所述测头管壳前端外侧的高频感应线圈流过高频感应电流，通过高频感应加热将所述紧固件加热，
使所述测头管壳和所述紧固件与所述树脂部件的上表面抵接，
使所述树脂部件的与所述紧固件接近的部分软化或熔化，通过所述电极冲头将所述紧固件压入所述树脂部件，
接触检测装置检测到所述紧固件的前端部与所述金属部件接触时，停止所述高频感应电流，从所述电极冲头通过所述紧固件向所述金属部件流过电阻焊接电流，将所述紧固件的前端部与所述金属部件电阻焊接，
停止所述电阻焊接电流，使熔化的所述紧固件的前端部和所述金属部件的部分固化而接合。
根据该再一方面，由于以紧固件从电极冲头以及树脂部件和金属部件离开的状态将紧固件高频感应加热，故而电极冲头和金属部件不易被感应加热，能够有效地将紧固件感应加热，另外，由于紧固件的热不向电极冲头或树脂部件传递，故而紧固件不易冷却。
根据本发明，能够得到在通过紧固件将树脂部件和金属部件接合的情况下，不需要在树脂部件和/或金属部件预先开孔等的作业，在树脂部件不易产生裂纹的树脂部件和金属部件的接合装置及接合方法。
另外，能够得到将树脂部件和金属部件以高强度简单地接合的接合装置及接合方法。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的接合装置的接合头的概略剖面图；
图2是本发明实施例1的紧固件的正面图；
图3是本发明的接合装置的框图；
图4是在本发明第一实施方式的接合装置的接合头上设置紧固件，在树脂部件的上表面设置测头管壳和紧固件的状态的概略剖面图；
图5是表示将紧固件从图4的状态压入树脂部件，紧固件的前端部到达金属部件的阶段的概略剖面图；
图6是表示从图5的状态将紧固件和金属部件焊接的阶段的概略剖面图；
图7是表示将通过紧固件接合的树脂部件和金属部件从第一实施方式的接合装置的接合头拆下的阶段的概略剖面图；
图8是实施例2的具有阳螺纹部的紧固件的正面图；
图9是将实施例2的具有阳螺纹部的紧固件与树脂部件和金属部件接合的状态的剖面图；
图10是实施例3的具有T螺柱形状的紧固件的正面图；
图11是实施例4的具有阴螺纹部的紧固件的正面图；
图12是在本发明第二实施方式的接合装置的接合头设置紧固件的状态的概略剖面图；
图13是表示使测头管壳、紧固件、电极冲头从图12的状态向下方移动，测头管壳与树脂部件的表面抵接的阶段的概略剖面图；
图14是表示在测头管壳的内侧使电极冲头从图13的状态向下方移动，电极冲头的下表面与紧固件的凸缘抵接的阶段的概略剖面图；
图15是表示紧固件从图14的状态被压入树脂部件，前端部到达金属部件的阶段的概略剖面图；
图16是表示从图15的状态将紧固件和金属部件焊接的阶段的概略剖面图；
图17是表示测头管壳和电极冲头从图16的状态向上方移动，将通过紧固件接合的树脂部件和金属部件从接合装置的接合头拆下的阶段的概略剖面图；
图18是表示第二实施方式的接合装置的接合头部分的变形例的概略剖面图，在金属部件的下方设有下方电极。
标记说明
1：接合装置
2：接合装置
10：紧固件
11：凸缘
12：脚部
12a：前端部
20：紧固件
21：凸缘
22：脚部
22a：前端部
23：阳螺纹部
24：T螺柱形状部
25：阴螺纹部
25d：阴螺纹
31：电极冲头
30：测头管壳
33：圆筒部
34：第一凸缘
35：第二凸缘
36：高频感应线圈
37：卡盘
37a：上端部
37b：下端部
38：模具
39：下方电极
41：树脂部件
42：金属部件
43：焊接部
50：接合装置
51：控制装置
52：斩波装置
53：切换装置
54：接触检测装置
55：电阻焊接用输出装置
56：高频感应用输出装置
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，对使用本发明第一实施方式的接合装置，通过高频感应加热将紧固件加热，并通过电阻焊接进行焊接的接合装置及接合方法进行说明。对使用实施例1的紧固件的情况进行详细地说明。
另外，在本发明的实施方式的说明中，将图1的上方作为上方向进行说明。
(焊接头)
图1是本发明第一实施方式的接合装置1的一部分即接合头部的剖面图。接合装置1将树脂部件41和金属部件42重合，通过高频感应加热将紧固件10加热，使树脂部件41软化、熔化的同时，将紧固件10压入树脂部件41。接合装置1是若紧固件10的前端部与金属部件42接触，则将紧固件10和金属部件42电阻焊接，并将树脂部件41和金属部件42接合的装置。
焊接头包括测头管壳30、高频线圈36、电极冲头31。
接合装置1也可以包括用于收纳树脂部件41和金属部件42的模具。在具有模具的情况下，模具的上表面是用于配置树脂部件41和金属部件42的平面。模具通常由金属材料构成。在本发明的实施方式中，由于从单侧以100N左右的低加压加压而进行电阻焊接，故而也可以没有模具。
要接合的金属部件42和树脂部件41重合地被配置，用夹具固定。
金属部件42是钢铁、不锈钢、铝及其合金等能够焊接的金属即可。金属部件42大多为金属板。如图3所示，金属部件42上连接有电阻连接用的下方电极。
树脂部件41是热可塑性树脂，能够熔化而与紧固件10、金属部件42熔接。作为热可塑性树脂，能够使用聚缩醛、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂等或这些树脂的组合。
热可塑性树脂可以是碳素纤维强化树脂(CFRTP)、玻璃纤维强化树脂(GFRTP)等纤维强化树脂。
在碳素纤维强化树脂的情况下，由于紧固件10容易受到电腐蚀，故而紧固件10的材料使用耐蚀性的材料，或设置镀Zn等的牺牲电极来防止电腐蚀。
在树脂部件41的上方设有圆筒形的测头管壳30。测头管壳30能够在上下方向上移动，能够在上方位置设置紧固件10，在下方位置与树脂部件41的上表面抵接。测头管壳30由陶瓷等绝缘体构成，不被感应加热。测头管壳30具有圆筒部33，该圆筒部33具有比电极冲头31的外径稍大的内径。测头管壳30在圆筒部33的下端外侧具有由第一凸缘34、第二凸缘35构成的高频感应线圈保持部。第一凸缘34从圆筒部33的下端部向外侧延伸且具有比圆筒部33大的外径，能够按压树脂部件41的上表面。第二凸缘35具有与第一凸缘34大致相同的外径，在比第一凸缘34更靠上方隔开间隔设置。
在第一凸缘34与第二凸缘35之间配置有高频感应线圈36。
高频感应线圈36是用于高频感应的线圈，若流过高频感应电流，则在紧固件10的周围产生磁场，通过产生的磁场，紧固件10被高频感应加热。
测头管壳30通过测头管壳30的移动装置(未图示)能够在上下方向上移动。测头管壳30在将紧固件10压入期间，从上表面按压树脂部件41，使树脂部件41与金属部件42紧密贴合。另外，测头管壳30将紧固件10和电极冲头31保持在测头管壳30的内侧，在将紧固件10压入时，作为电极冲头31和紧固件10的引导件起作用。
在测头管壳30的圆筒部33的内侧配置有电极冲头31。电极冲头31是圆柱形的部件。电极冲头31在电阻焊接时，作为与紧固件10相接的上方电极起作用。
为了流过电阻焊接的电流，电极冲头31的材质是导电性良好的材料，例如为钢铁。电极冲头31通过电极冲头31的移动装置(未图示)能够在上下方向上移动。电极冲头31施加用于将紧固件10压入树脂部件41的载荷，另外，与紧固件10的凸缘11相接，供给电阻焊接的电流。
(紧固件)
在测头管壳30的内侧，紧固件10被配置在电极冲头31和树脂部件41之间。电极冲头31的下表面与紧固件10的凸缘11的上表面抵接。
图2是本发明实施例1的紧固件的正面图。紧固件10由钢铁、铝、不锈钢等导电性的金属构成，能够进行感应加热。
另外，紧固件10由能够与金属部件42焊接的材料构成。在金属部件42为钢铁的情况下，紧固件10也为钢铁。若金属部件42为铝，则紧固件10也为铝。
紧固件10具有圆板状的凸缘11、和从凸缘11以比凸缘11小的外径沿着中心轴向下方延伸的脚部12。紧固件10的脚部12的前端部12a与树脂部件41的上表面抵接。脚部12的前端部是尖的，在压入树脂部件41时，容易在树脂部件41开孔。
紧固件10在压入树脂部件41时，通过高频感应加热被加热。通过紧固件10的热将树脂部件41加热并软化或熔化。
(接合装置)
图3是本发明第一实施方式的接合装置1的框图。接合装置1也包含在图1中说明的焊接头部。
控制装置51控制测头管壳30的上下移动和树脂部件41的加压、以及电极冲头31的上下移动和紧固件10的加压。
控制装置51控制斩波装置52的电流的直流变换和高频变换，控制切换装置53的电阻焊接用输出装置55和高频感应用输出装置56的切换，控制电阻焊接用输出装置55的电压、电流和波形，控制高频感应用输出装置56的电压、电流和波形。
在进行高频感应加热时，切换装置53将来自斩波装置52的高频电流向高频感应用输出装置56输送，高频感应用输出装置56在高频感应线圈流过高频感应电流。高频电流的频率、电压、电流、时间根据要接合的树脂部件、金属部件和紧固件被设定成适当的值。
在电阻焊接时，切换装置53将来自斩波装置52的高频电流向电阻焊接用输出装置55输送，电阻焊接用输出装置55在电极冲头31和金属部件42之间流过电阻焊接电流。焊接电流的频率、电压、电流、时间根据要接合的树脂部件、金属部件和紧固件被设定成适当的值。
在斩波装置52输入商用交流电压，由整流器将输入的商用交流电压转换成直流，接着由高频转换器例如逆变器变换成比商用交流电压的频率值高很多的频率、例如10kHz以上的频率的高频。
在电极冲头31和金属部件42之间连接有接触检测装置54。接触检测装置54在电极冲头31和金属部件42之间施加电压，检测在电极冲头31和金属部件42之间流动的电流。若紧固件10和金属部件42接触，则电流在电极冲头31和金属部件42之间流动，故而能够检测到接触。若接触检测装置54与紧固件10和金属部件42接触，则将表示接触了的接触检测信号向控制装置51发送。
斩波装置52经由切换装置53与高频感应用输出装置56、电阻焊接用输出装置55连接。切换装置53基于来自控制装置51的高频感应切换的指示，将斩波装置52与高频感应用输出装置56连接。或者基于电阻焊接切换的指示，将斩波装置52与电阻焊接用输出装置55连接。
若指示高频感应切换，则切换装置53切断斩波装置52与电阻焊接用输出装置55的连接，将斩波装置52与高频感应用输出装置56连接。
高频感应用输出装置56包含高频感应用变压器，将来自斩波装置52的高频电流变为适于高频感应加热的电压的高频感应电流。高频感应电流在高频感应线圈36流动。
通过利用控制装置51调整斩波装置53的输出，能够将来自高频感应用输出装置56的高频电流调整为适于高频加热。
从高频感应用输出装置56以例如10～20V的低电压使较小的50～200A的电流流动15～60秒。紧固件10通过高频感应加热而被加热。
若指示电阻焊接切换，则切换装置53将斩波装置52与高频感应用输出装置56的连接切断，将斩波装置52与电阻焊接用输出装置55连接。
电阻焊接用输出装置55包含电阻焊接用变压器，将来自斩波装置52的高频电流变为适于电阻焊接的电压。电阻焊接电流在电极冲头31和金属部件42之间流动。
通过利用控制装置51调整斩波装置52的输出，能够将来自电阻焊接用输出装置55的电阻焊接电流调整为适于电阻焊接。从电阻焊接用输出装置55以例如3～5V的低电压使5000～15000A的电流流动0.05～0.5秒。
设置焊接电流检测器(未图示)而检测焊接电流，向控制装置51反馈焊接电流，控制装置51也能够以维持期望的焊接电流的方式控制电阻焊接用输出装置55的动作。
紧固件10的前端部12a与金属部件42的接合的部分通过焊接电流被加热而熔化，冷却后固化而成为焊接部43。
(接合方法)
参照图4～6，通过第一实施方式的接合装置1对将树脂部件41和金属部件42接合的方法进行说明。
金属部件42和树脂部件41重合配置，并利用夹具固定。测头管壳30处于与树脂部件41隔开间隔的上升位置(未图示)。电极冲头31的下表面在比测头管壳30的第一凸缘34的下表面更靠上方，能够在与测头管壳30的高频感应线圈36相同的高度设置紧固件10。
通过供给装置将紧固件10以与电极冲头31的下表面相接的方式设置在测头管壳30的内侧。也可以在测头管壳30的内侧设有保持紧固件10的凸缘11的卡盘、凸部等(未图示)。
使测头管壳30、电极冲头31和紧固件10下降。如图4所示，测头管壳30的第一凸缘34的下表面与树脂部件41抵接。紧固件10的前端部12a也与树脂部件41抵接。高频感应线圈36被配置在紧固件10的周围。电极冲头31位于紧固件10的凸缘11上，通过弹簧(未图示)将电极冲头31向下方按压。
切换装置53基于来自控制装置51的高频感应切换的指示将斩波装置52与高频感应用输出装置56连接。高频感应用输出装置56使高频电流在焊接头部的高频感应线圈36流动。
通过在高频感应线圈36上流动的电流而产生磁场。产生的磁场集中在导电性的紧固件10，紧固件10被高频感应加热。因此，树脂部件41的与紧固件10接近的部分也被加热、软化。
若通过电极冲头31向紧固件10施加按压力，则紧固件10的脚部12被压入树脂部件41。
由于紧固件10被加热，故而树脂部件41的与紧固件10相接的部分也被加热，接合的部分软化或熔化。紧固件10的脚部12容易进入树脂部件41的内部，也不易产生树脂部件41的裂纹。如图5所示，紧固件10的脚部12将树脂部件41扩开而贯通树脂部件41。
紧固件10贯通树脂部件41，且紧固件10的前端部12a与金属部件42接触。若紧固件10的前端部12a与金属部件42接触，则通过接触检测装置54而在电极冲头31和金属部件42之间流过电流。接触检测装置54通过该电流的增加检测紧固件10的前端部12a与金属部件42的接触，将接触检测信号向控制装置51发送。
控制装置51基于接受到的接触检测信号向切换装置53指示电阻焊接切换。切换装置53基于电阻焊接切换的指示切断斩波装置52与高频感应用输出装置56的连接，将斩波装置52和电阻焊接用电源55连接。即，停止高频感应用输出装置56的高频感应电流，从电阻焊接用电源55通过电极冲头31、紧固件10、金属部件42而流过焊接电流。
通过在紧固件10的前端部12a和金属部件42流动的焊接电流，紧固件10的前端部12a和金属部件42的接合的部分被加热、熔化。
紧固件10的凸缘11被压靠在树脂部件41上，沉入到树脂部件41内。调整紧固件10的脚部12的长度，凸缘11的上表面与树脂部件41的上表面同面。或者，也可以形成为沉入树脂部件41的、从树脂部件41的上表面浮起的状态。
在图6等中用截面表示紧固件10的焊接部43附近。如图6所示，流过规定的焊接电流后，基于来自控制装置51的运行停止的指示停止斩波装置52，并且停止电阻焊接用电源55。由电阻焊接被加热的紧固件10和金属部件41的温度下降，由电阻焊接而熔化的紧固件10的前端部12a和金属部件42的金属固化，成为焊接部43。软化或熔化的树脂部件41固化，使金属部件41和树脂部件42接合。
图7是表示使电极冲头31向上方移动，使测头管壳30向上方移动，将由紧固件10接合了的树脂部件41和金属部件42从接合装置1的接合头拆下的状态的剖面图。紧固件10的脚部12的前端部12a和金属部件42的界面附近的金属熔化，之后温度下降而固化，成为焊接部43。树脂部件41的接合部与紧固件10或金属部件42熔接。
在紧固件10的脚部12被压入树脂部件41时，由于树脂部件41的接合部软化、熔化，故而在树脂部件41上不产生裂纹。
紧固件10的前端部12a与金属部件12接触之后，通过电极冲头31、紧固件10及金属部件42而流过焊接电流，将紧固件10的前端部12a和金属部件42焊接，故而能够得到足够的接合强度。
接着对实施例2～4的紧固件进行说明。实施例2～4的紧固件在凸缘的上方设有阳螺纹部等。实施例2～4的紧固件的脚部与实施例1的紧固件10相同。
(实施例2的紧固件)
图8是实施例2的紧固件20的正面图。紧固件20的凸缘21、脚部22和前端部22a与第一实施方式的紧固件10相同。紧固件20在凸缘21的上方具有阳螺纹部23。在使用实施例2的紧固件20时，使用形成有收纳阳螺纹部23的孔的电动冲头(未图示)。
图9是表示通过紧固件20将树脂部件41和金属部件42接合的状态的剖面图。由于在树脂部件41的上方立设有阳螺纹部23，故而能够将其他部件安装于阳螺纹部23。
(实施例3的紧固件)
图10是实施例3的紧固件20’的正面图。紧固件20’的凸缘21’、脚部22’和前端部22a’与第一实施方式的紧固件10相同。紧固件20’在凸缘21’的上方具有T螺柱形状部24。T螺柱形状部24具有从凸缘21’以圆柱形延伸的圆柱部24a、和与圆柱部24a邻接且直径比圆柱部24a大的扩大头部24b。在使用实施例3的紧固件20’时，使用形成有收纳T螺柱形状部24的孔的电动冲头(未图示)。能够在T螺柱形状部24安装其他部件。
(实施例4的紧固件)
图11是实施例4的紧固件20”的正面图。紧固件20”的凸缘21”、脚部22”和前端部22a”与第一实施方式的紧固件10相同。紧固件20”在凸缘21”的上方具有阴螺纹部25。阴螺纹部25以圆筒形在内侧形成有阴螺纹25d。在使用实施例4的紧固件20”时，使用形成有收纳阴螺纹部25的孔的电动冲头(未图示)。能够将螺栓拧入阴螺纹部25，安装其他部件。
根据本发明第一实施方式，在通过高频感应加热将紧固件10加热，并将紧固件10压入时，通过被加热的紧固件10将树脂部件41的接合的部分加热而使该部分软化或熔化。由于在树脂部件41软化或熔化了的状态下将紧固件10压入，故而不在树脂部件41产生裂纹。
若紧固件10的前端部12a与金属部件42接触，则在紧固件10和金属部件42流过焊接电流，紧固件10的前端部12a和金属部件42被焊接。由于树脂部件41被熔接而进行接合，故而能够以高强度接合。
(第二实施方式)
接着，对本发明第二实施方式的接合装置2进行说明。图12是本发明第二实施方式的接合装置2的一部分即焊接头的剖面图。第二实施方式的接合装置2的焊接头与第一实施方式的焊接装置1同样，具有测头管壳30、电极冲头31、高频感应线圈36。电极冲头31作为电阻焊接用的上方电极而起作用。
另外，第二实施方式的接合装置2在测头管壳30的圆筒部33的内侧具有卡盘37。卡盘37能够自电极冲头31隔开间隔而保持紧固件10。
虽然对使用实施例1的紧固件10的情况进行说明，但也可以在第二实施方式的接合装置2使用实施例2～4的紧固件20、20’、20”。
接合装置2也可以具有用于收纳树脂部件41和金属部件42的模具。也可以没有模具。用于接合的金属部件42和树脂部件41被重合配置，并利用夹具固定。在金属部件42连接有用于电阻焊接的下方电极。
圆筒形的测头管壳30与树脂部件41隔开间隔而位于树脂部件41的上方。测头管壳30具有圆筒部33和高频感应线圈保持部，该高频感应线圈保持部在圆筒部33的下端外侧，由第一凸缘34和第二凸缘35构成。测头管壳30由陶瓷等绝缘体构成。在第一凸缘34和第二凸缘35之间配置有高频感应线圈36。
在测头管壳36的圆筒部33的内侧配置有卡盘37。卡盘37是在纵向上细长的板状部件，在与圆筒部33的内侧中心轴相对的位置设有多个。卡盘37也可以沿电极冲头31的外径弯曲。
卡盘37的上端部37a在圆筒部33的内侧枢轴连接，下端部37b能够朝向中心轴而旋转。相对的下端部37b以向着中心轴间隔变窄的方式被施力。
卡盘37的下端部37b能够从外周保持紧固件10的凸缘11。
也可以在卡盘37的下端部37b设有保持紧固件10的凸缘11的槽。在通过卡盘37从外周保持紧固件10的凸缘11的状态下，紧固件10的脚部12成为与高频感应线圈36相同的高度。另外，紧固件10的凸缘11与电极冲头31的下端部隔开间隔。
在电极冲头31处于上方位置时，电极冲头31的下端部位于与卡盘37的上端部37a接近的部分。若电极冲头31相对于测头管壳30向下方移动，则电极冲头31的下端部将卡盘37扩开，卡盘37的下端部37b不保持紧固件10的凸缘11。进而，若电极冲头31向下方移动，则电极冲头31的下表面与凸缘11的上表面抵接。
在图12的状态下，紧固件10的前端部12a为与测头管壳的第一凸缘34的下表面大致相同的高度。紧固件10的凸缘11与电极冲头31的下端部隔开间隔。另外，紧固件10从金属部件42离开。在紧固件10从电极冲头31及金属部件42离开的状态下在高频感应线圈36流过电流而将紧固件10感应加热的话，电极冲头31和金属部件42不易被感应加热，能够将紧固件10有效地感应加热。
(接合方法)
参照图12～17对通过第二实施方式的接合装置2将树脂部件41和金属部件42接合的方法进行说明。
如上所述，图12是在接合装置2设置有实施例1的紧固件10的状态的概略剖面图。
将金属部件42和树脂部件41重合配置。测头套管30与树脂部件41隔开间隔而位于上方。卡盘37的下端部37b从外周保持紧固件10的凸缘11。紧固件10的脚部12处于与高频感应线圈36大致相同的高度。紧固件12的前端部12a处于与第一凸缘34的下表面大致相同的高度。
电极冲头31的下端部位于与卡盘37的上端部37a接近的部分。在电极冲头31的下表面与紧固件10的凸缘11之间隔开间隔。
在图12的状态下，在高频感应线圈36流过高频感应电流，将紧固件10感应加热。电极冲头31、树脂部件41和金属部件42由于从高频感应线圈36离开，故而不易被加热，能够将紧固件10有效地感应加热。另外，由于紧固件10的热不向电极冲头31或树脂部件41传递，故而被加热的紧固件10不易冷却。
在高频感应线圈36流过高频感应电流的同时，不改变测头管壳30、紧固件10、卡盘37和电极冲头31的相对位置而使这些部件一体地向下方移动。如图13所示，测头管壳30的第一凸缘33的下表面与树脂部件41的上表面抵接。另外，紧固件10的前端部12a与树脂部件41的上表面抵接。
当测头管壳30的第一凸缘33的下表面与树脂部件41的上表面抵接，紧固件10的前端部12a与树脂部件41的上表面抵接时，测头管壳30和紧固件10不向更下方移动。
在测头管壳30的内侧使电极冲头31向下方移动。卡盘37被扩开，卡盘37的前端部37a不保持紧固件10的凸缘11。如图14所示，电极冲头31的下表面与紧固件10的凸缘11的上表面抵接。
若通过电极冲头31对紧固件10施加按压力，则紧固件10的脚部12被压入树脂部件41。
由于紧固件10被加热，故而树脂部件41的与紧固件10相接的部分也被加热，该部分软化或熔化。如图15所示，紧固件10的脚部12将树脂部件41扩开而贯通树脂部件41。
若紧固件10的前端部12a与金属部件42接触，则在电极冲头31与金属部件42之间流过电流。接触检测装置54通过该电流的增加检测到紧固件10的前端部12a与金属部件42接触，并向控制装置51发送接触检测信号。
高频感应用输出装置56的高频感应电流被停止，焊接电流从电阻焊接用电源55通过电极冲头31、紧固件10、金属部件42而流动。
通过在紧固件10的前端部12a和金属部件42流动的焊接电流，紧固件10的前端部12a和金属部件42的焊接部被电阻加热并熔化。
紧固件10的凸缘11被压靠在树脂部件41而沉入到树脂部件41。
如图16所示，在流过规定的焊接电流后，基于来自控制装置51的指示停止来自电阻焊接用电源55的电流。由电阻焊接被加热的紧固件10和金属部件41的温度下降，由电阻焊接而熔化的紧固件10的前端部12a和金属部件42的金属固化，成为焊接部43。软化或熔化的树脂部件41固化，将金属部件41和树脂部件42接合。
图17是表示如图16那样地利用紧固件10将树脂部件41和金属部件42焊接之后，使电极冲头31向上方移动，使测头管壳30也向上方移动，将树脂部件41和金属部件42从接合头拆下的状态的剖面图。
紧固件10的脚部12的前端部12a和金属部件42的界面附近的金属熔化，之后温度下降而固化，成为焊接部43。树脂部件41的接合部与紧固件10或金属部件42熔接。
图18是表示第二实施方式的接合装置的接合头部分的变形例2’的概略剖面图。图18表示对应于图16的阶段。在第二实施方式中，用于流过焊接电流的下方电极设置在与在金属部件的下表面焊接的部分分离的位置(图3)。在图18的变形例2’中，下方电极39设置在金属部件的要焊接的部分的正下方。下方电极39的周围为收纳金属部件42的模具38。
根据本发明第二实施方式，以紧固件10与电极冲头31及金属部件42分离的状态将紧固件10高频感应加热。因此，电极冲头31、树脂部件41和金属部件42不易被感应加热，能够有效地将紧固件10感应加热，另外，由于紧固件10的热不向电极冲头31或树脂部件41传递，故而紧固件10不易冷却。

Claims (9)

1.一种接合装置，通过金属制的紧固件将金属部件和树脂部件接合，其特征在于，包括：
圆筒形的测头管壳，其可在上下方向上移动，
高频感应线圈，其配置在所述测头管壳的周围，
电极冲头，其在上下方向可移动地配置于所述测头管壳的内侧，由导电体构成，
斩波装置，其将输入的电力转换成高频电流，
高频感应用输出装置，其被从所述斩波装置输入所述高频电流，并使高频感应电流在所述高频感应线圈流过，
电阻焊接用输出装置，其被从所述斩波装置输入所述高频电流，并使焊接电流在所述电极冲头和所述金属部件之间流过，
接触检测装置，其检测被压入所述树脂部件的所述紧固件的前端部是否与所述金属部件接触，
切换装置，其基于所述接触检测装置的检测结果进行切换，以使所述斩波装置与所述高频感应用输出装置和所述电阻焊接用输出装置中的某一方连接。
2.如权利要求1所述的接合装置，其中，
所述测头管壳由绝缘体构成。
3.如权利要求1或2所述的接合装置，其中，
所述测头管壳具有圆筒形的圆筒部、以及在所述圆筒部的端部外侧保持所述高频感应线圈的高频感应线圈保持部，将所述紧固件保持在所述高频感应线圈保持部的内侧。
4.如权利要求1或2所述的接合装置，其中，
在所述测头管壳的内侧，以所述紧固件与所述电极冲头的下表面和所述树脂部件的上表面隔开间隔的方式设有用于保持所述紧固件的卡盘。
5.如权利要求1或2所述的接合装置，其中，
高频感应用输出装置通过在所述高频感应线圈流过所述高频感应电流，将所述紧固件高频感应加热，并用所述电极冲头将所述紧固件压靠在所述树脂部件上，使所述树脂部件的接合部软化或熔化而将所述紧固件压入所述树脂部件。
6.如权利要求1或2所述的接合装置，其中，
所述接触检测装置在所述电极冲头和所述金属部件之间施加电压，由从所述电极冲头通过所述紧固件流向所述金属部件的电流检测所述紧固件的前端部与所述金属部件的接触。
7.如权利要求6所述的接合装置，其中，
在所述接触检测装置检测到所述紧固件的前端部未与所述金属部件接触时，所述切换装置切换成所述斩波装置与所述高频感应用输出装置连接，
在所述接触检测装置检测到所述紧固件的前端部与所述金属部件接触时，所述切换装置切换成所述斩波装置与所述电阻焊接用输出装置连接。
8.一种接合方法，通过紧固件将树脂部件和金属部件接合，其特征在于，包括以下阶段：
配置所述金属部件及在其上方的所述树脂部件，
准备圆筒形的测头管壳及其内侧的电极冲头，
在所述测头管壳的内侧，将所述紧固件配置在所述电极冲头的下侧，
使所述测头管壳和所述紧固件与所述树脂部件的上表面抵接，
在配置于所述测头管壳前端外侧的高频感应线圈流过高频感应电流，通过高频感应加热将所述紧固件加热，
使所述树脂部件的与所述紧固件接近的部分软化或熔化，通过所述电极冲头将所述紧固件压入所述树脂部件，
接触检测装置检测到所述紧固件的前端部与所述金属部件接触时，停止所述高频感应电流，从所述电极冲头通过所述紧固件向所述金属部件流过电阻焊接电流，将所述紧固件的前端部和所述金属部件电阻焊接，
停止所述电阻焊接电流，使熔化的所述紧固件的前端部和所述金属部件的部分固化而接合。
9.如权利要求8所述的接合方法，其中，
在所述测头管壳内侧准备卡盘，
在所述测头管壳的内侧，通过所述卡盘与所述电极冲头及所述树脂部件隔开间隔而将所述紧固件保持在所述电极冲头的下侧。
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