CN1939635B - 摩擦点接合方法及摩擦点接合设备 - Google Patents

Abstract

本发明的摩擦点接合方法，使转动具边转动边按压予以重叠的多个金属部件，通过摩擦热使该些金属部件软化并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合，其包括：准备接合装置的工序；设置保持部件的工序；通过移动装置接合装置移动到接合位置的工序；使支撑具处于受限制部限制的状态，同时通过驱动装置使转动具边转动边按压金属部件，以对金属部件进行点接合的按压工序。采用本发明，可构成转动具的周围部分、以及支撑具的周围部分无需使用较大直径的简单结构，同时可有效地抑制转动具的转动偏摆的产生。

Description

摩擦点接合方法及摩擦点接合设备

技术领域

本发明涉及，针对多个予以重叠的金属部件，利用转动具通过摩擦热对该些金属部件进行点接合的摩擦点接合方法及摩擦点接合设备。

背景技术

近年，汽车车身等，为了趋于轻量化，多采用铝合金等材料，因而就铝合金材料构成的多个部件进行接合、或铝合金材料构成的部件和铁或钢等材料构成的部件进行接合的机会随之增多。由于这种接合很难以焊接来进行，因此通常采用铆接，但是铆接的成本较高。

为此，上述接合以低成本予以执行的合适方法，已知有摩擦点接合方法。该方法，是使转动具边转动边按压予以重叠的多个金属部件，通过摩擦热软化该些金属部件并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合的摩擦点接合方法。该接合是使工件(接合对象的金属部件)以其熔点以下的温度予以固相接合(不存在熔融直接在固相状态下接合)的接合。

例如，日本专利公开公报特开2005-34879号中，公开了一种对镀锌钢板和铝板进行摩擦点接合的方法及设备。该设备，具备包括转动具、设置在该转动具的转动轴线上且与该转动具相对的支撑具、以及使上述转动具边转动边向按压方向移动的驱动装置的接合装置。

然而，在摩擦点接合过程中，当转动具的顶端部(肩部)与工件接触时，由于接触阻力急剧上升，因此转动具容易在垂直于其转动轴线的方向上激烈摇晃，而产生转动偏摆。为了抑制转动偏摆的产生，通常在肩部设有直径小于肩部外径的小突起部(销部)。当进行接合时，首先销部以较小的接触阻力与工件接触以进行定位(固定功能)。通过该固定功能以抑制转动偏摆的产生。

但是，即使凭借该固定功能也无法完全消除转动偏摆的产生，因此一定程度的转动偏摆的产生则无法避免。但由于该转动偏摆的存在，有时会使工件的一部分凝固(附着)在上述肩部上。若发生凝固，则上述固定功能会下降，并会助长转动偏摆的产生。这样就会陷入转动偏摆增大与凝固增加相互助长的恶性循环，结果会导致产生更大的转动偏摆。而较大的转动偏摆，会使接合质量降低，对转动具及其驱动机构、或设置在周围的夹具等带来损伤。

要避免上述情况的发生，若进一步抑制转动具的转动偏摆的产生，使相对于肩部的最初的凝固难以产生，则非常有效。日本专利公开公报特开2003-205374号中公开了一种通过在转动具的周围设置具有弹簧、按压部件等的固定装置来抑制转动偏摆(相当于该公报中所表述的侧向偏摆)产生的摩擦点接合设备。

该固定装置的按压部件，大致呈圆筒形，同心设置在圆柱状转动具的外侧，并经轴承抑制转动具沿着垂直于其转动轴线的方向进行运动.该按压部件，当进行接合时，与转动具相比先与工件接触，并通过弹簧的压靠力按压工件.这样，由于工件和按压部件暂时成为一体，因此转动具的相对于工件沿着垂直于转动轴线的方向的运动经轴承而被抑制.即，转动偏摆的产生受到抑制.

但该公报中所公开的固定装置，因为需要弹簧、轴承等，所以结构比较复杂。此外，由于该固定装置围绕转动具而设，因此具有较大的直径，必然不适合于在狭小的地方进行接合。在实际的接合过程中，有时需要使转动具经过位于固定工件的夹具之间的间隙来接近工件，因此不希望转动具的周围部分具有较大的直径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决了上述问题的摩擦点接合方法及设备。

本发明所涉及的摩擦点接合方法，使转动具边转动边按压予以重叠的铝合金的第一金属部件和熔点高于该第一金属部件的镀锌钢板的第二金属部件，通过摩擦热使该些金属部件软化并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合，其包括，准备接合装置的工序，该接合装置包括上述转动具、设置在该转动具的转动轴线上且与该转动具相对的支撑具、以及使上述转动具边转动边向按压方向移动的驱动装置；设置保持部件的工序，在上述金属部件的接合位置的，进行接合时设置上述支撑具的一侧，设置有具有抑制上述支撑具沿着与上述转动轴线正交的方向进行运动的限制部的保持部件；

通过移动装置将上述接合装置移动到上述接合位置的工序；使上述支撑具处于受上述限制部限制的状态，同时通过上述驱动装置使上述转动具边转动边按压上述第一金属部件，使上述转动具的顶端部仅压入上述第一金属部件，以对上述金属部件进行点接合的按压工序，

上述保持部件，在包含上述接合位置的区域内，固定设置在与上述第一金属部件和上述第二金属部件面接触的夹具上，进行接合时受上述限制部限制的支撑具的顶端部，经上述夹具与上述第二金属部件抵接。

采用上述摩擦点接合方法，既可构成转动具的周围部分、支撑具的周围部分不具有较大的直径的简单结构，又可有效地抑制转动具的转动偏摆的产生。

以往的摩擦点接合方法中，由于转动具、驱动装置设置在接合装置上，因此转动具若产生转动偏摆，那么接合装置会发生整体振动。而且，该振动还传递至接合装置上所设置的支撑具。即，转动具若产生转动偏摆，支撑具也产生与转动具的转动轴线正交的方向的振动。然而，本发明的上述摩擦点接合方法，通过保持部件的限制部来限制支撑具的振动，由此产生的反作用，可抑制转动具的转动偏摆的产生。

另外，由于支撑具是无需转动的部件，因此不需要设置限制其振动的轴承。而且，在转动具接触工件之前预先使支撑具从相反侧与工件接触，所以无需另外设置将支撑具按压向工件的弹簧等部件。另外，由于保持部件设置在工件一侧，因此无需对转动具、支撑具设置附加部件。因此，转动具、支撑具等不会趋于大型化、也不会具有较大的直径。

另外，通过抑制转动偏摆的产生，可使工件相对于肩部的凝固难以发生。因此，可尽量避免转动偏摆的因上述凝固而被助长增大，防止接合品质的下降，防止对转动具及其驱动机构，或设置在其周围的夹具等带来损伤。

另外，由于可以简单的结构抑制转动偏摆的产生，因此可实现装置的小型化、低成本化。而且，也容易使转动具及支撑具经过位于固定工件的夹具之间的间隙来接近工件。

在本发明的摩擦点接合方法中，上述转动具，其顶端部包括，形成有环状凹部的肩部，以及从该肩部突出且位于转动具转动轴线上的销部。

采用上述摩擦点接合方法，由于一边具有销部和形成环状凹部的肩部的转动具转动一边使其仅压入熔点较低的第一金属部件，因此，即使销部的长度无法过长而使固定功能受到限制，并且在肩部的环状凹部容易发生工件材料的凝固，在此状态下也可通过上述限制部来抑制支撑具的振，从而有效地抑制转动具的转动偏摆的产生。

本发明所涉及的摩擦点接合设备，使转动具边转动边按压予以重叠的铝合金的第一金属部件和熔点高于该第一金属部件的镀锌钢板的第二金属部件，通过摩擦热使该些金属部件软化并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合，其包括，接合装置，具有上述转动具、设置在该转动具的转动轴线上且与该转动具相对的支撑具、以及使上述转动具边转动边向按压方向移动的驱动装置；保持部件，在上述金属部件的接合位置的，进行接合时设置上述支撑具的一侧，设置有具有抑制上述支撑具沿着与上述转动轴线正交的方向进行运动的限制部；移动装置，使上述接合装置移动到上述接合位置，进行接合时使上述支撑具处于受上述限制部限制的状态，上述保持部件，在包含上述接合位置的区域内，固定设置在与上述第二金属部件面接触的夹具上，进行接合时受上述限制部限制的支撑具的顶端部，经上述夹具与上述第二金属部件抵接。

采用上述摩擦点接合设备，既可构成转动具的周围部分、支撑具的周围部分不具有较大的直径的简单结构，又可有效地抑制转动具的转动偏摆的产生。

以往的摩擦点接合设备，由于转动具、驱动装置设置在接合装置上，因此转动具若产生转动偏摆，那么接合装置会发生整体振动。而且，该振动还传递至接合装置上所设置的支撑具。即，转动具若产生转动偏摆，支撑具也产生与转动具的转动轴线正交的方向的振动。然而，本发明的上述摩擦点接合设备，通过保持部件的限制部来限制支撑具的振动，由此产生的反作用，可抑制转动具的转动偏摆的产生。

另外，由于支撑具是无需转动的部件，因此不需要设置限制其振动的轴承。而且，在转动具接触工件之前预先使支撑具从相反侧与工接触件，所以无需另外设置将支撑具按压向工件的弹簧等部件。另外，由于保持部件设置在工件一侧，因此无需对转动具、支撑具设置附加部件。因此，转动具、支撑具等不会趋于大型化、也不会具有较大的直径。

另外，通过抑制转动偏摆的产生，可使工件相对于肩部的凝固难以发生。因此，可尽量避免转动偏摆的因上述凝固而被助长增大，防止接合品质的下降，防止对转动具及其驱动机构，或设置在其周围的夹具等带来损伤。

另外，由于可以简单的结构抑制转动偏摆的产生，因此可实现装置的小型化、低成本化。而且，也容易使转动具及支撑具经过位于固定工件的夹具之间的间隙来接近工件。

在上述摩擦点接合设备中，上述限制部可以是设置在上述保持部件上并具有可使上述支撑具以极小的间隙予以插入的形状的插入孔。

采用上述摩擦点接合设备，可通过插入孔这样极为简单的结构来构成限制部。

采用上述摩擦点接合设备，可确实可靠地避免因支撑具直接抵接于工件而引起的问题的产生，例如在工件上形成支撑具所引起的压痕、或工件为镀锌工件时，因摩擦热而软化或熔融的镀锌附着在支撑具上等问题。

在上述摩擦点接合设备中，上述移动装置可为机械手(robot)。

采用上述摩擦点接合设备，通过将移动自由度较高的机械手作为移动装置，可使接合更顺利、高效地进行。

附图说明

图1是概略地表示本发明的实施方式所涉及的摩擦点接合设备的结构的示意图。

图2是图1所示的接合枪的正视图。

图3是图1所示的接合枪的侧视图。

图4是表示图1所示的接合枪的主体外壳内的结构的剖视图。

图5是图4中V-V线方向的剖视图。

图6是图1所示的转动具的顶端部的放大图。

图7是本发明的实施方式所涉及的工件的局部示意图，是从汽车行李箱盖的内板侧观测该行李箱盖的铰链安装部。

图8A是图7中VIIIA-VIIIA线方向的剖视图。

图8B是图8A的分解图，表示行李箱盖在安装铰链之前的状态。

图9是表示使用本发明所涉及的方法，通过上述摩擦点接合设备，对上述行李箱盖的加强件和螺栓固定件进行摩擦点接合操作的途中状态的剖视图。

图10是表示在上述摩擦点接合设备及其方法中所使用的夹具之一的斜视图。

图11A表示图9所示途中状态之后的操作，是表示进行摩擦点接合中的状态的剖视图。

图11B表示图9所示途中状态之后的操作，是表示刚完成摩擦点接合后的状态的剖视图。

图12详细表示了图11A的状态，是进行摩擦点接合的第一按压工序的说明图。

图13是继上述第一按压工序的第二按压工序的说明图。

图14是继上述第二按压工序的第三按压工序的说明图。

图15是表示进行上述第三按压工序后处于摩擦点接合结束状态的示意图。

具体实施方式

下面，通过附图详细说明本发明的实施方式。首先说明本发明所涉及的摩擦点接合设备1。

图1是概略地表示摩擦点接合设备1的结构的示意图。该摩擦点接合设备1，作为其主要构成要素包括接合枪(gun)10(接合装置)、手腕部可设置该接合枪10的机械手40(移动装置)。该机械手40，适合采用通用的6轴垂直多关节型机械手。

机械手40，经电气配线51与控制盒50连接。另外，接合枪10，经电器配线52、54、55及中继器53与控制盒50连接。控制盒50内设有控制单元50a，以控制机械手40，使接合枪10位于预先设定的规定位置以及倾斜状态。另外，控制单元50a，控制接合枪10所搭载的后述按压用电动机14及转动用电动机15(参照图2)，以使转动具16及支撑具17所构成的接合具18进行预先设定的规定操作。

图2是接合枪10的正视图，图3是接合枪10的侧视图.如这些图所示，接合枪10，包括连接机械手40的安装盒11、从该安装盒11的底面向下方延伸的“L”状臂12、位于该臂12的上方且安装在安装盒11的侧面的主体外壳13、与电气配线54连接的按压用电动机14、与电气配线55连接的转动用电动机15.

主体外壳13的下端部，设置有上述转动具16。另外，臂12的顶端部，设置有与转动具16和该转动具16的转动轴线X方向相对的上述支撑具17。

摩擦点接合，是通过转动具16和支撑具17夹住工件(被重叠的多个金属部件)而予以进行。具体而言，使工件的一面(根据需要也可使用夹具)与支撑具17的前端抵接，而对工件的另一面，如后所述，通过围绕转动轴线X转动的转动具16的顶端部的按压，进行摩擦点接合。

图4是表示主体外壳13的内部结构的剖视图，图5是图4中V-V线方向的剖视图。主体外壳13的内部，设置有相互平行且沿上下方向延伸的螺杆轴(升降轴)24及花键轴(转动轴)25，两者可分别围绕各自的轴心自由转动。两轴24、25的上端部，可穿过上盖部件21而到达上部套盖22内，在此，从动轮26、27分别安装在该两轴24、25上。上盖部件21及上部套盖22，如图5所示，在主体外壳13的上部向该主体外壳13的侧面方向延伸。上盖部件21的上述延伸部的底面，固定有按压用电动机14及转动用电动机15。两个电动机14、15的输出轴14a、15a的顶端部(上端部)，穿过上盖部件21而到达上部套盖22内，在此，驱动轮14b、15b分别安装在两个输出轴上。然后，在上述各驱动轮14b、15b和从动轮26、27之间，分别缠绕驱动用传动带28、29，通过按压用电动机14的转动，螺杆轴24向图5中的A方向(down方向)或B方向(up方向)被转动驱动，通过转动用电动机15的转动，螺杆轴25向图5中的C方向被转动驱动。

如图4所示，螺杆轴24的螺杆部24a上螺合有升降块31，花键轴25的花键部25a上通过花键结合有转动筒体35。该转动筒体35，转动自如地设置在经结合部件32与升降块31结合成一体的升降筒体33的内部。花键轴25、升降筒体33以及转动筒体35互为同心。下面，将由升降块31、结合部件32以及升降筒体33构成的整体称为升降体30。

主体外壳13的底面，形成有圆筒状的下方突出部13a，该下方突出部13a的下端部，安装有下部套盖23。上述升降筒体33及转动筒体35的下端部，穿过该下部套盖23而向下方突出。并且，位于内侧的转动筒体35，与位于外侧的升降筒体33相比，更向下方突出，该转动筒体35的下端部，固定有安装部件36。转动具16的与顶端部相反一侧的端部，亦即基端部，拆装自如(更换自如)地安装在该安装部件36上。安装后的转动具16的转动轴线X，位于上述花键轴25的轴心延长线上。另外，下部套盖23和升降筒体33的下端部之间，设置有伸缩自如的折皱部件34，以保护升降筒体33的外表面免受来自主体外壳13外部的污染。

另外，花键轴25和上盖部件21之间设置有轴承25b；升降筒体33和转动筒体35之间设置有轴承35a；升降筒体33和安装部件36之间安装有轴承33a。

另外，作为按压用电动机14，较为理想是采用易于控制及检测转动角度的伺服电动机；作为转动用电动机15，较为理想是采用易于控制及检测转动角度的伺服电动机或易于控制转动速度的感应电动机(induction motor)。按压用电动机14及转动用电动机15，构成使转动具16边转动边按压工件的驱动装置。

图6是转动具16的顶端部的放大图.该转动具16的顶端部，包括，作为圆柱状胴体部16a的下端面(其轮廓是圆形)，并与工件相对的肩部16b；位于转动具16的转动轴线X上，从该肩部16b相对于工件一侧突出规定长度h，且直径小于肩部16b的外径的销部16c；在肩部16b的位于销部16c的周围部分所形成的环状凹部16d.本实施方式中，该环状凹部16d的底面，其凹陷量向直径方向外侧逐渐减小而呈倾斜状，且该环状凹部16d以转动轴线X为中心呈圆锥状凹陷.该转动具16的具体尺寸，例如，肩部16b的直径D1为10mm、销部16c的直径D2为2mm、销部16c的突出长度h为0.3～0.35mm、环状凹部16d的底面相对于肩部16b的倾角θ为5°～7°.

但是，转动具16的最合适形状并没有唯一的规定，其形状可根据工件的材质、厚度、被重叠的工件的数量等而有所不同。因此，较为理想的是，预先按用途准备多种合适的转动具16，再根据用途适当地交换使用。图6所示的具有环状凹部16d的转动具16的形状，尤其适合用于熔点相异的异种金属部件的接合。

下面，说明摩擦点接合设备1在进行摩擦点接合时的运作。

首先，说明转动具16的升降操作及转动操作。转动具16在转动轴线X上的移动方向，可通过机械手40自由变化，为了便于说明，将转动具16接近支撑具17的方向的操作称为下降，离开支撑具17的方向的操作称为上升。

当螺杆轴24通过按压用电动机14的转动驱动而向图5中A方向转动时，升降体30通过与螺杆部24a的螺合而下降，安装在升降体30的升降筒体33内部的转动筒体35、以及经安装部件36安装在该转动筒体35下端部的转动具16也一起下降。反之，当螺杆轴24通过按压用电动机14的转动驱动而向图5中B方向转动时，升降体30通过与螺杆部24a的螺合而上升，转动筒体35及转动具16也一起上升。这样，按压用电动机14，使转动具16相对于位于转动具16和支撑具17之间的后述工件，在该转动具16的转动轴线X方向上进退移动。另外，按压用电动机14，除了可使转动具16按压上述工件外，还可通过供往按压用电动机14的电流改变该按压时的加压力。

另外，当花键轴25通过转动用电动机15的转动驱动而向图5中C方向转动时，转动筒体35相对于上述的升降体30操作而独立地通过与花键部25a的花键结合向与花键轴25转动方向相同的C方向转动，安装在转动筒体35的转动具16也围绕该转动具16的转动轴线X向与花键轴25转动方向相同的C方向转动。另外，转动用电动机15，可通过供往转动用电动机15的电流改变转动具16围绕转动轴线X转动的转动速度。

下面，说明上述转动具16的伴随其升降操作而进行的对工件的接合操作。

图7是表示使用本发明所涉及的方法进行摩擦点接合的汽车车身构件的使用状态的示意图。该汽车车身构件，为汽车的行李箱盖60的加强件63、和用于使铰链(hinge)70(参照图8A)安装在该行李箱盖60上的螺栓固定件64。这些部件63、64，左右各一对地设置在行李箱盖60的角部(corner)，该行李箱盖60的角部，通过对外板61和内板62的周边部进行卷边(hemming)加工而结合成袋状结构。在此，加强件63采用6000系列的铝合金(厚1.4mm)，螺栓固定件64采用镀锌钢板(厚1.0mm)。

通常，摩擦点接合是对由多个金属部件(2个部件时为第一金属部件W1和第二金属部件W2)构成的工件进行接合的作业。第一金属部件W1和第二金属部件W2的材质可以是同种类也可以是不同种类。本实施方式属后者的不同种类的金属部件接合，其中，加强件63(铝合金)相当于溶点较低的第一金属部件W1，螺栓固定件64(镀锌钢板)相当于溶点较高的第二金属部件W2。

如图8A及图8B所示，行李箱盖60的角部内侧，加强件63通过适当的方式固定在内板62上。然后，重叠在该加强件63上的螺栓固定件64被摩擦点接合(接合部P为2处)。通过焊接等接合于该螺栓固定件64的螺栓65、65的螺丝部，从内板向外侧突出，该螺栓65、65的螺杆部经铰链70紧固着螺帽66、66，从而将该铰链70予以固定(参照图8B)。在此，加强件63与螺栓固定件64的摩擦点接合，是将铰链70安装到行李箱盖60之前，使螺栓固定件64临时固定于行李箱盖60的措施。

此时，接合部P，设于形成在加强件63和螺栓固定件64的凹部的底部63a、64a。这些凹部的设置，是为了确保加强件63的刚性，或者是为了形成用于溢出摩擦点接合生成的焊瘤(burr)R的溢出部。如图7所示，在俯视方向上呈圆形。

下面，就重叠加强件63和螺栓固定件64进行摩擦点接合的摩擦点接合方法作说明。

图9是表示将作为工件的加强件63和螺栓固定件64固定于摩擦点接合设备1的夹具80(具体为第一夹具81～第六夹具86)而进行摩擦点接合的途中状态的示意图。即，两个接合部P之中，第一个接合部(图中为左侧)的接合已结束，将要对第二个接合部(图中为右侧)进行操作。

另外，图9中，采用了转动具16在上、支撑具17在下的设计，不过，也可将其颠倒，设计为支撑具17在上、转动具16在下的结构。

此外，图9中，加强件63的底部63a和螺栓固定件64的底部64a之间，予先设定有极小的间隙S(0.3mm～0.6mm程度)。这是为了在摩擦点接合后的接合部P的周围形成一定程度的间隙，以在其后进行的电沉积涂敷工序(省略详细叙述)中使涂料溶液容易浸入。一般情况下，若无此种特殊要求，底部63a和底部64a之间设为紧密接触即可。

将加强件63和螺栓固定件64固定在规定的安装位置的夹具80，包括螺栓固定件64一侧的第一夹具81、第二夹具82、第三夹具83和加强件63一侧的第四夹具84、第五夹具85、第六夹具86。螺栓固定件64一侧的第二夹具82，支撑螺栓固定件64的基部64b。第三夹具83，支撑螺栓固定件64的底部64a。另外，第一夹具81设置在最下段，并支撑整个第二夹具82和第三夹具83。

另外，加强件63一侧的第四夹具84，支撑加强件63的基部63b。基部63a设有孔部84a，该孔部84a穿插有螺栓65的螺杆部，由此对工件的进行定位。第五夹具85，支撑加强件63的底部63a，不过，由于底部63a有两处接合部P，因而该第五夹具85支撑两处接合部P之间的部分。该支撑，是为了防止进行摩擦点接合时接合部P之间的部分向离开底部64a的方向隆起。有关第五夹具85的详细结构将在后面叙述。另外，第六夹具86，设置在最上段，并支撑整个第四夹具和第五夹具85。

第一夹具81的下方，设置有平板状的保持部件90。该保持部件90不是固定工件的夹具，而是为了抑制进行摩擦点接合时支撑具17的振动(正交于转动具16的转动轴线X方向的运动)的部件。保持部件90的对应于各接合部P的位置设有插入孔92(限制部)。该插入孔92，是在使支撑具17可顺利地插入、退出的范围内，以尽量接近支撑具17的外径的尺寸(例如，支撑具17的外径+0.2mm)而设的通孔。

各夹具80及保持部件90，通过使用液压缸等的夹持机构或固定螺栓等(图示省略)，相互牢固地固定。

图10是从斜下方观测第五夹具85的斜视图。其它的第一、第二、第三、第四、第六夹具81、82、83、84、86大致呈平板状，而该第五夹具85由于支撑狭小部位，因而具有比较复杂的形状。第五夹具85，是由最上段的基部85a、中段的中段部85b、及最下段的顶端部85c构成的三段结构。

基部85a，呈平板状，其四角设有螺栓孔85e。通过穿插在该螺栓孔85e的螺栓(无图示)，第五夹具固定于第六夹具86。

中段部85b，从基部85a突出设置，并呈圆板状。另外，设有贯通基部85a和中段部85b的孔部85d。该孔部85d的剖面形状，从俯视方向看呈包含上述两处接合部P的长圆形。另外，该孔部85d的大小，设定为即使转动具16位于对应于任何一方的接合部P的位置也不会与该转动具16接触的尺寸(转动具16位于对应于一方的接合部P的位置时的状态以双点划线表示)。

顶端部85c，是从中段部85b突出设置的壁状部件。其顶端部直接按压加强件63的底部63a的位于各接合部P之间的部分，以防止该部分在接合时产生隆起。顶端部85c，架设在长圆形孔部85d的直线部分，即使转动具16位于对应于任何一方的接合部P的位置，该顶端部85c也不会与转动具16接触。

采用上述结构，第五夹具85，不会影响转动具16在接合部P的操作，可恰好地支撑两个接合部P之间的狭小部分。

另外，转动具16，相对于接合部P下降时，经过第五夹具85的孔部85d，且不与顶端部85c发生干涉。即，该转动具16，经过第五夹具85的中段部85b和顶端部85c之间的狭小部位。

下面，说明进行接合部P的摩擦点接合时的操作。参照图9，当在接合部P进行摩擦点接合时，首先通过机械手40的操作，使接合枪10接近接合部P，以使转动具16位于接合部P的加强件63一侧、使支撑具17位于该接合部P的螺栓固定件64一侧。其次，使接合枪10整体地移向螺栓固定件64一侧。即，使支撑具17接近螺栓固定件64。

螺栓固定件64一侧，设置有第三夹具83、第一夹具81及保持部件90，若使支撑具17接近螺栓固定件64一侧，该支撑具17嵌入插入孔92内，其顶端部17a在与夹具80(具体为第一夹具81)的底面抵接的位置停止。接着，在此状态下，通过按压用电动机14及转动用电动机15，使转动具16边转动边接近加强件63，如图11A所示，通过按压以进行摩擦点接合。该摩擦点接合的工序，具体按以下顺序进行：初始移动工序、第一按压工序、第二按压工序、第三按压工序。下面，对这些工序进行详细说明。

首先，在初始移动工序中，降下转动具16使之移动至接近于加强件63的初始位置。该初始位置，是转动具16的销部16c的前端相对于加强件63稍微离开的位置。在该初始移动工序中，可使转动具16转动，也可使之不转动，不过，在本实施方式中，为了能立刻移往接下来的第一按压工序，转动具16预先以与之后进行的第一按压工序中的转动速度(第一转动速度)相同的速度转动。

在接下来的第一按压工序中，如图12所示，一边使转动具以第一转动速度转动，一边通过按压用电动机14，以大于上述初期移动工序中的转动具16的移动阻力值的第一加压力，使转动具16的肩部16b及销部16c在规定时间内，按压接触加强件63.图12的右半部分表示加强件63和螺栓固定件64之间设有间隙S时的情况，左半部分表示未设有间隙S而使两者紧密接触时的情况.

另外，由于转动具16对加强件63的加压力是由供往按压用电动机14的电流值来决定，因此，上述控制单元50a，在上述第一按压工序中，通过控制供往按压用电动机14的电流，以在上述第一规定时间内产生对应于上述第一加压力的电流值。另外，由于转动具16的转动速度是由供往转动用电动机15的电流值来决定，因此，上述控制单元50a，在上述第一按压工序(及初始移动工序)中，通过控制供往转动用电动机15的电流，以产生对应于上述第一转动速度的电流值。

上述移动阻力值是由在移动由上述螺杆轴24、升降体30等构成的升降筒体33(转动具16)的机构内所产生的摩擦阻力来决定，不过，该摩擦阻力值并非一定，尤其是受可动部和固定部之间的间隙量、润滑脂等的影响而参差各异。因此，若上述第一加压力在移动阻力值以下，由于该移动阻力值的大小使第一加压力实际上作用到加强件63的时间有所不同，从而实际上以第一加压力按压加强件63的时间，相对于上述第一规定时间有很大的差异。然而，本实施方式中，由于第一加压力设定为大于移动阻力值，因此，在刚开始第一按压工序后，与移动阻力值的大小无关即可使转动具16的肩部16b及销部16c以第一加压力按压加强件63，且第一加压力实际上作用于加强件63的时间和上述第一规定时间大致相同，从而使操作稳定。

上述第一加压力，大于上述移动阻力值波动范围的最大值，较为理想的是设定在3.43kN～2.45kN之间。此外，上述第一转动速度，较为理想的是设定在1500rpm～3500rpm之间。另外，上述第一规定时间，较为理想的是设定在0.2秒～2.0秒之间。通过分别设定上述的第一加压力、第一转动速度及第一规定时间，使转动具16以其肩部16b的周边部及销部16c接触加强件63，而不让其环形凹部16d底面的一部分(转动轴线X侧的深度深的部分)接触加强件63并压入加强件63。

上述第一按压工序中，肩部16b的周边部及销部16c，围绕转动具16的转动轴线X边转动边按压接触加强件63，从而在该两个接触部位产生摩擦热，该摩擦热迅速扩散到工件的该两个接触部位之间的部分(环状凹部16d的底面不接触的部分)，以及整个接合部P，使加强件63的相对于肩部16b的整个部分(接合部P)适当软化。另外，对应于接合部P的螺栓固定件64的表面的镀锌层Z也被软化。这样，通过将上述第一加压力、第一转动速度及第一规定时间设定在上述较为理想的范围内，可无需剪断加强件63而使其适当软化。

另外，在第一按压工序的初期阶段，相对于肩部16b突出规定长度h的销部16c，与肩部16b相比，先与加强件63抵接。这样，由于具有较小直径的销部16c最先抵接，因而以较小的摩擦阻力即可很好地进行转动具16的定位，以抑制在垂直于转动轴线X方向上的转动偏摆(固定功能)。

在接下来的第二按压工序中，如图13所示，通过转动用电动机15使转动具16以第二转动速度转动，同时通过按压用电动机14以大于上述第一加压力的第二加压力使转动具16的肩部16b及销部16c在第二规定时间内压入加强件63。

在该第二按压工序中，加压力被加大，因而转动具16的肩部16b及销部16c逐渐深入加强件63，环状凹部16d的底面整体、亦即包括销部16c及环状凹部16d的肩部16b全部接触加强件63.伴随该操作，加强件63在软化的基础上产生塑性流动(图中用虚线模式地表示塑性流动Q).在此，若加强件63和螺栓固定件64之间设有间隙，通过塑性流动Q，加强件63被压向螺栓固定件64一侧，从而使两者贴合.

另外，在产生塑性流动Q时，由于肩部16b设有环状凹部16d(尤其是环状凹部16d呈圆锥形状)，因此，加强件63产生塑性流动的部分在图中的上下方向流动，其从转动具16的下部(接合部P)向外侧的流出被抑制。另外，通过环状凹部16d，第二加压力集中于接合部P，从而使加强件63的塑性流动得到促进。此外，在加强件63与螺栓固定件64的接合界面，由于上述软化或熔融状态的镀锌层Z从接合部P中被挤出，因此，露出了螺栓固定件64的新生面，同时由于空气中的氧气使对应于接合部P的加强件63表面的氧化薄膜被破坏，因此露出了加强件63的新生面。

上述第二加压力，较为理想的是设定在3.92Kn～5.88kN之间。另外，上述第二转动速度，较为理想的是设定在2000rpm～3000rpm之间。此外，上述第二规定时间，较为理想的是设定在1.0秒～2.0之间。通过分别设定上述的第二加压力、第二转动速度及第二规定时间，使转动具16相对于加强件63不会被压到深于所规定的插入位置的位置。该规定的插入位置，是转动具16超过该插入位置更深地压入加强件63时该加强件63变得过薄而被撕裂的位置。

然而，从上述第一按压工序的后半程至第二按压工序的前半程，当肩部16b和加强件63相接触时，由于接触阻力急剧上升，即使凭借销部16c的固定功能有时也会出现一定程度的转动偏摆。由于该转动偏摆的存在，有时会造成工件的一部分凝固(附着)在肩部16b(尤其是形成有环状凹部16d的肩部16b)上。若发生上述凝固，上述的固定功能会下降，并助长转动偏摆的产生。这样就陷入转动偏摆增大与凝固增加的相互助长的恶性循环，结果会导致更大的转动偏摆的产生。较大的转动偏摆，有可能使接合质量降低，对转动具16及其驱动机构(例如图4所示的轴承25b、轴承35a、轴承33a等)、或夹具80等带来损伤。

为此，本实施方式中，如下所述，通过保持部件90及插入孔92(限制部)可有效地抑制转动具16的转动偏摆的产生。

转动具16及其驱动机构(按压用电动机14、转动用电动机15)，如图2所示，搭载于接合枪10(接合装置)上。因此，若转动具16产生转动偏摆，那么整个接合枪10也会产生振动。该振动，经“L”状臂12也会传递到支撑具17。即，当支撑具17的运动没有受特别的限制时，若转动具16产生转动偏摆，那么支撑具17也会发生振动(正交于转动轴线X的方向的振动)。

然而，本实施方式中，如图11A所示，支撑具17嵌入保持部件90的插入孔92中，其振动被抑制。通过该抑制所产生的反作用，可抑制整个接合枪10的振动，因而转动具16的转动偏摆的产生也被抑制。通过抑制转动偏摆的产生，可使工件相对于肩部16b的凝固难以发生。因此，可尽量避免转动偏摆因上述凝固而助长增大，方式接合品质的下降，防止对转动具16及其驱动机构，或夹具80等带来损伤。

而且，抑制支撑具17振动的结构，是在平板状保持部件90上仅穿设插入孔92的极其简单的结构.因此，与以往的用弹簧或轴承等来直接抑制转动具16的转动偏摆的结构相比，可大幅度实现装置的小型化、低成本化.特别是转动具16不具有较大的直径，因此当出现如本实施方式中必须使转动具16经过第五夹具85的中段部85b与顶端部85c之间的狭小部位而接近接合部P的情况时极其有利.另外，由于支撑具17也无需具备较大的直径，因此，很明显对采用使支撑具17经过狭小夹具之间的结构也同样有利.

这样，在转动偏摆被有效抑制的状态下，完成第二按压工序。该第二按压工序完成后即可结束在接合部P进行的接合操作，不过，在本实施方式，还进行第三按压工序。

第三按压工序中，如图14所示，通过转动用电动机15使转动具16以第三转动速度转动，同时，通过按压用电动机14，以大于第二加压力的第三加压力，使转动具16的肩部16b及销部16c在第三规定时间内按压接触加强件63。

在该第三按压工序中，加压力设定为小于第二按压工序的加压力，因此，转动具16相对于加强件63不会被压到深于上述规定的插入位置的位置，而是在第二按压工序结束时的位置继续按压。这样，不会出现加强件63过薄而被撕裂的情况，且可维持与第二按压工序相同的温度，使良好的塑性流动长时间进行。该第三按压工序结束后，即为一个接合部P的接合操作结束。

上述第三加压力，小于上述第一加压力，较为理想的是设定在0.49kN～1.47kN之间。另外，第三转动速度，较为理想的是设定在1500rpm～3500rpm之间。此外，上述第三规定时间，较为理想的是设定在0.5秒～2.5秒之间。通过分别设定第三加压力、第三转动速度及第三规定时间，使转动具16相对于加强件63在第二按压工序结束时的位置继续按压且使加强件63产生塑性流动。

在上述第三按压工序中，被转动具16挤出的金属材料变成焊瘤R隆起在加强件63的表面，同时镀锌层Z进一步从接合部P挤出，氧化薄膜进一步被破坏，使加强件63及螺栓固定件64的各个新生面的露出范围扩大(图14中，用×所表示的范围)。其结果，加强件63和螺栓固定件64双方的接合面部，通过摩擦点接合被固相接合，其接合强度较高且稳定。

另外，镀锌层Z的位于接合部P的邻近部分，生成有构成加强件63的金属(铝合金)与构成镀锌层Z的金属的金属混合物层Y。

在接合部P进行的接合操作结束后，通过按压用电动机14的驱动，使螺杆轴24向图5中的B方向转动，从而，如图11B所示，使转动具16上升，同时，使整个接合枪10向转动具16的下降方向移动，以使支撑具17从插入孔92中拔出。在完成摩擦点接合后的接合部P，如图15所示，加强件63的表面留有肩部16b及销部16c的痕迹，该肩部16b痕迹的周围产生焊瘤R。

当在接合部P进行的摩擦点接合完成后，控制单元50a通过机械手40使接合枪10处于待机状态。当还有下一个接合部P的接合作业时，接合枪10被移往该接合部P，重复进行与上述相同的摩擦点接合操作。

以上，说明了本发明的实施方式，不过，本发明并不限于上述实施方式，可在本发明所要求的保护范围内进行适当的变更。

例如，在上述实施方式中，对将本发明适用于加强件63(铝合金)和螺栓固定件64(镀锌钢板)的摩擦点接合的情况作了说明，不过，本发明也可适用于对其它部件的摩擦点接合。此时，其材质没有特别限定，可以是由同种材质而成的部件的接合，也可以是由不同种材质的部件的接合。另外，部件的个数也不限定在2个，也可同时地进行3个以上的部件的接合。

另外，转动具16的肩部16b的形状，没有必要一定形成有环状凹部16d.若采用其他的形状、例如肩部16b为垂直于转动轴线X的平坦面时，也可取得本发明中有关抑制转动偏摆的产生的效果.

本实施方式中，作为抑制支撑具17的振动的限制部，采用了设置于保持部件90的插入孔92，不过，并不限于这种结构，也可通过其它结构的限制部来抑制支撑具17的振动。例如，也可围绕支撑具17的侧面设置多根细柱状部件以抑制其振动。

本实施方式中，通过机械手40的运作使支撑具17移至保持部件90的限制部(插入孔92)，不过，也可以改变此方式，在接合枪10安装可上下移动的支撑具17，通过驱动装置使支撑具17移至保持部件90的限制部(插入孔92)。但是，支撑具17固定设置在接合枪10上，可有效地防止转动具16的转动偏摆的产生。

本实施方式中，支撑具17的顶端部17a经夹具80与工件抵接。介于其中的夹具的个数在本实施方式中为2个(第一夹具81和第三夹具83)，不过，也可设为1个或3个以上(包括3个)。另外，也可为不经夹具而直接由支撑具17与工件抵接。由于介有夹具，可确实可靠地避免因支撑具17直接抵接于工件而引起的问题的产生。例如，在本实施方式中，可避免因摩擦点接合时的热量和加压力而软化或熔融的螺栓固定件64的镀锌层Z附着在支撑具17上的问题。另外，当工件抵接于支撑具17的面为汽车面板的外表面时，可避免因支撑具17而产生细微的压痕从而导致商品性能的下降。

另外，也可使保持部件90与夹具80一体化。例如，上述实施方式中，可将第一夹具81和保持部件90一体成型。不过，若第一夹具81和保持部件90分别独立设置，当因设计变更等接合部P的位置发生变化、或进行接合部P的位置相异的多品种制造时，只需更换对插入孔92的位置作了适当变更的保持部件90，因而具有灵活应对的优点。

转动具16或接合枪10，也可不搭载于机械手40，而搭载于可在X轴、Y轴、Z轴的3轴方向上移动的自动机构。不过，若转动具16、接合枪10搭载于机械手40，那么，利用其较高的移动自由度，即使在狭小的位置也可容易地进行接合。

另外，转动具16的形状(各部的尺寸)、支撑具17与插入孔92之间的间隙、或加压力等各种参数，也可根据用途或各种条件进行适当变更。

Claims (5)

1.一种摩擦点接合方法，其特征在于：

使转动具边转动边按压予以重叠的铝合金的第一金属部件和熔点高于该第一金属部件的镀锌钢板的第二金属部件，通过摩擦热使该些金属部件软化并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合，

该摩擦点接合方法，包括，

准备接合装置的工序，该接合装置包括上述转动具、设置在该转动具的转动轴线上且与该转动具相对的支撑具、以及使上述转动具边转动边向按压方向移动的驱动装置；

设置保持部件的工序，在上述金属部件的接合位置的，进行接合时设置上述支撑具的一侧，设置有具有抑制上述支撑具沿着与上述转动轴线正交的方向进行运动的限制部的保持部件；

通过移动装置将上述接合装置移动到上述接合位置的工序；

使上述支撑具处于受上述限制部限制的状态，同时通过上述驱动装置使上述转动具边转动边按压上述第一金属部件，使上述转动具的顶端部仅压入上述第一金属部件，以对上述金属部件进行点接合的按压工序，

上述保持部件，在包含上述接合位置的区域内，固定设置在与上述第一金属部件和上述第二金属部件面接触的夹具上，进行接合时受上述限制部限制的支撑具的顶端部，经上述夹具与上述第二金属部件抵接。

2.根据权利要求1所述的摩擦点接合方法，其特征在于：

上述转动具，其顶端部包括，形成有环状凹部的肩部，以及从该肩部突出且位于转动具转动轴线上的销部。

3.一种摩擦点接合设备，其特征在于：

使转动具边转动边按压予以重叠的铝合金的第一金属部件和熔点高于该第一金属部件的镀锌钢板的第二金属部件，通过摩擦热使该些金属部件软化并产生塑性流动，从而使该些金属部件予以点接合，

该摩擦点接合设备，包括，

接合装置，具有上述转动具、设置在该转动具的转动轴线上且与该转动具相对的支撑具、以及使上述转动具边转动边向按压方向移动的驱动装置；

保持部件，在上述金属部件的接合位置的，进行接合时设置上述支撑具的一侧，设置有具有抑制上述支撑具沿着与上述转动轴线正交的方向进行运动的限制部；

移动装置，使上述接合装置移动到上述接合位置，进行接合时使上述支撑具处于受上述限制部限制的状态，

上述保持部件，在包含上述接合位置的区域内，固定设置在与上述第二金属部件面接触的夹具上，

进行接合时受上述限制部限制的支撑具的顶端部，经上述夹具与上述第二金属部件抵接。

4.根据权利要求3所述的摩擦点接合设备，其特征在于：

上述限制部，是设置在上述保持部件上并具有可使上述支撑具以极小的间隙予以插入的形状的插入孔。

5.根据权利要求3所述的摩擦点接合设备，其特征在于：

上述移动装置，为机械手。

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