JP2001314982A - スポット接合方法およびスポット接合装置 - Google Patents
スポット接合方法およびスポット接合装置Info
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
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- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
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- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
Abstract
(57)【要約】
【課題】 品質管理が容易となり、ランニングコストが
向上し、接合部に圧痕などが残らないスポット接合方法
およびスポット接合装置を提供する。 【解決手段】 スポット接合装置１は、接合ツール２
と、接合ツール２を回転させるインダクションモータ３
と、接合ツール２を軸線Ｌ１に沿って上下に移動させる
サーボモータ４と、接合ツール２に対向して配置される
受け部材７とを有する。接合ツール２の先端部は、短円
柱上のショルダー２０と、ショルダー２０の下面中央か
ら軸線Ｌ１に沿って下方に突出するピン２１とを有す
る。アルミニウム合金板などの２枚のワークを受け部材
７上に重ねて配置し、接合ツール２を回転させながら降
ろすと、回転するピン２１の摩擦熱でワークの接合点Ｐ
が加熱、軟化し、塑性流動が起こって攪拌され、接合点
Ｐでワークが一体となってスポット接合される。
向上し、接合部に圧痕などが残らないスポット接合方法
およびスポット接合装置を提供する。 【解決手段】 スポット接合装置１は、接合ツール２
と、接合ツール２を回転させるインダクションモータ３
と、接合ツール２を軸線Ｌ１に沿って上下に移動させる
サーボモータ４と、接合ツール２に対向して配置される
受け部材７とを有する。接合ツール２の先端部は、短円
柱上のショルダー２０と、ショルダー２０の下面中央か
ら軸線Ｌ１に沿って下方に突出するピン２１とを有す
る。アルミニウム合金板などの２枚のワークを受け部材
７上に重ねて配置し、接合ツール２を回転させながら降
ろすと、回転するピン２１の摩擦熱でワークの接合点Ｐ
が加熱、軟化し、塑性流動が起こって攪拌され、接合点
Ｐでワークが一体となってスポット接合される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
などをスポット的に接合するスポット接合方法およびス
ポット接合装置に関する。
などをスポット的に接合するスポット接合方法およびス
ポット接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、アルミニウム合金などの板材
をスポット的に接合する方法としては、抵抗スポット溶
接法、またはリベットによる機械的締結法などがあっ
た。
をスポット的に接合する方法としては、抵抗スポット溶
接法、またはリベットによる機械的締結法などがあっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗ス
ポット溶接法では接合時に大容量の電源を必要とするこ
と、溶接電極は汚染や損耗が生じ寿命が短いこと、溶接
電力以外に、水やエアなどのユーティリティを必要とす
ることなど、ランニングコスト面および品質管理面での
課題が存在する。
ポット溶接法では接合時に大容量の電源を必要とするこ
と、溶接電極は汚染や損耗が生じ寿命が短いこと、溶接
電力以外に、水やエアなどのユーティリティを必要とす
ることなど、ランニングコスト面および品質管理面での
課題が存在する。
【０００４】また、抵抗スポット溶接法では、接合部に
圧痕が残るため、自動車用外板などに適用する際にはそ
の外観が問題となる。
圧痕が残るため、自動車用外板などに適用する際にはそ
の外観が問題となる。
【０００５】とくに、アルミニウム合金の抵抗スポット
接合時には、電極消耗が激しいため、連続打点性能に乏
しく、また通電時に、近接する溶接打点に電流が流れる
分流現象が生じるため、溶接打点を近接できないといっ
た問題を有する。このように溶接打点を近接させること
ができないと、規定された必要な強度が得られないとい
った問題を有する。
接合時には、電極消耗が激しいため、連続打点性能に乏
しく、また通電時に、近接する溶接打点に電流が流れる
分流現象が生じるため、溶接打点を近接できないといっ
た問題を有する。このように溶接打点を近接させること
ができないと、規定された必要な強度が得られないとい
った問題を有する。
【０００６】また、リベット打ちの場合には、消耗材で
あるリベット材を多数必要とするといった問題を有す
る。
あるリベット材を多数必要とするといった問題を有す
る。
【０００７】本発明の目的は、品質管理が容易となり、
ランニングコストが向上し、接合部に圧痕などが残らな
いスポット接合方法およびスポット接合装置を提供する
ことである。
ランニングコストが向上し、接合部に圧痕などが残らな
いスポット接合方法およびスポット接合装置を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、先端部に軸線に沿ってピンが突出する接合ツールを
有し、重ねられた被接合物の所定の接合点に、ピンを押
圧しながら接合ツールをその軸線まわりに回転させ、摩
擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿
入し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、
被接合物を接合点で一体化させた後、接合ツールを軸線
に沿って引き抜くことによって、被接合物を接合点でス
ポット接合することを特徴とするスポット接合方法であ
る。
は、先端部に軸線に沿ってピンが突出する接合ツールを
有し、重ねられた被接合物の所定の接合点に、ピンを押
圧しながら接合ツールをその軸線まわりに回転させ、摩
擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿
入し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、
被接合物を接合点で一体化させた後、接合ツールを軸線
に沿って引き抜くことによって、被接合物を接合点でス
ポット接合することを特徴とするスポット接合方法であ
る。
【０００９】本発明に従えば、たとえば２枚の被接合物
を重ねて配置し、接合ツールを高速で回転させながら、
被接合材の重畳部の接合点に先端のピンを押しつける。
すると摩擦熱で接合点が加熱、軟化し、ピンが接合点に
挿入される。さらに回転させることによって、ピン周囲
の母材が塑性流動を起こして攪拌され、２枚の被接合物
が接合点で一体化する。その後接合ツールを引き抜くこ
とによって、軟化した被接合物が硬化し、２枚の被接合
物は接合点でスポット的に接合される。
を重ねて配置し、接合ツールを高速で回転させながら、
被接合材の重畳部の接合点に先端のピンを押しつける。
すると摩擦熱で接合点が加熱、軟化し、ピンが接合点に
挿入される。さらに回転させることによって、ピン周囲
の母材が塑性流動を起こして攪拌され、２枚の被接合物
が接合点で一体化する。その後接合ツールを引き抜くこ
とによって、軟化した被接合物が硬化し、２枚の被接合
物は接合点でスポット的に接合される。
【００１０】このようにして、本発明にスポット接合方
法は、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合する
ので、抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量の電力
でスポット接合することができる。また、電力以外のユ
ーティリティは不用であり、また接合ツールは汚染や損
耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間使用可
能なので、ランニングコストは低減され管理も容易とな
る。また、リベット打ちによる機械的締結法と異なり、
締結材によるコスト、重量増加も招かない。
法は、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合する
ので、抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量の電力
でスポット接合することができる。また、電力以外のユ
ーティリティは不用であり、また接合ツールは汚染や損
耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間使用可
能なので、ランニングコストは低減され管理も容易とな
る。また、リベット打ちによる機械的締結法と異なり、
締結材によるコスト、重量増加も招かない。
【００１１】請求項２記載の本発明は、前記接合ツール
の先端に対向する位置に、平坦な受け面を有する受け部
材を有し、受け面上に被接合物を重ねて配置し、接合ツ
ールを被接合物に押しつけるときの押圧力を、前記受け
部材によって受けることを特徴とする。
の先端に対向する位置に、平坦な受け面を有する受け部
材を有し、受け面上に被接合物を重ねて配置し、接合ツ
ールを被接合物に押しつけるときの押圧力を、前記受け
部材によって受けることを特徴とする。
【００１２】スポット接合は、受け部材上に、たとえが
２枚の被接合物を重ねて配置し、その上から接合ツール
を回転させながら押しつけて接合する。被接合物の一表
面側は、前記受け部材の平坦な受け部に支持され、その
反対側からスポット接合されるので、スポット接合され
た側は、ピンが挿入された穴が形成されるが、受け部材
に支持される側は、平坦な受け面に押しつけられるだけ
であるので、平滑な面が得られる。これによって、接合
後、そのまま外板として適用することが可能となる。
２枚の被接合物を重ねて配置し、その上から接合ツール
を回転させながら押しつけて接合する。被接合物の一表
面側は、前記受け部材の平坦な受け部に支持され、その
反対側からスポット接合されるので、スポット接合され
た側は、ピンが挿入された穴が形成されるが、受け部材
に支持される側は、平坦な受け面に押しつけられるだけ
であるので、平滑な面が得られる。これによって、接合
後、そのまま外板として適用することが可能となる。
【００１３】請求項３記載の本発明は、 先端部に、軸
線に沿って突出するピンを有する接合ツールと、接合ツ
ールをその軸線まわりに回転させる回転用モータと、接
合ツールをその軸線方向に移動させる移動用モータとを
有し、回転用モータで接合ツールを回転させながら、移
動用モータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重
ねられた被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、
摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを
挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌
し、被接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータ
で接合ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被
接合物を接合点でスポット接合することを特徴とするス
ポット接合装置である。
線に沿って突出するピンを有する接合ツールと、接合ツ
ールをその軸線まわりに回転させる回転用モータと、接
合ツールをその軸線方向に移動させる移動用モータとを
有し、回転用モータで接合ツールを回転させながら、移
動用モータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重
ねられた被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、
摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを
挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌
し、被接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータ
で接合ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被
接合物を接合点でスポット接合することを特徴とするス
ポット接合装置である。
【００１４】本発明に従えば、回転用モータで接合ツー
ルを回転させながら、移動用モータで接合ツールを軸線
に沿って移動させることによって、前述したように、摩
擦熱によって塑性流動を起こし、複数の被接合物を接合
点でスポット的に接合することができる。
ルを回転させながら、移動用モータで接合ツールを軸線
に沿って移動させることによって、前述したように、摩
擦熱によって塑性流動を起こし、複数の被接合物を接合
点でスポット的に接合することができる。
【００１５】請求項４記載の本発明の前記回転用モータ
は、インダクションモータもしくはサーボモータであ
り、前記移動用モータは、サーボモータであることを特
徴とする。
は、インダクションモータもしくはサーボモータであ
り、前記移動用モータは、サーボモータであることを特
徴とする。
【００１６】本発明に従えば、回転用モータにインダク
ションモータもしくはサーボモータを用いることによっ
て、接合ツールを高速で回転駆動することができる。ま
た、移動用モータにサーボモータを用いることによっ
て、たとえば接合深さを高精度に制御することができ
る。
ションモータもしくはサーボモータを用いることによっ
て、接合ツールを高速で回転駆動することができる。ま
た、移動用モータにサーボモータを用いることによっ
て、たとえば接合深さを高精度に制御することができ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
あるスポット接合装置１を示す断面図である。スポット
接合装置１は、たとえば２枚のアルミニウム合金板など
のワークを重ね継手で接合する場合に用いられ、接合ツ
ール２と、インダクションモータ３と、サーボモータ４
と、リニアガイド６と、受け部材７と、フレーム９とを
含んで構成される。
あるスポット接合装置１を示す断面図である。スポット
接合装置１は、たとえば２枚のアルミニウム合金板など
のワークを重ね継手で接合する場合に用いられ、接合ツ
ール２と、インダクションモータ３と、サーボモータ４
と、リニアガイド６と、受け部材７と、フレーム９とを
含んで構成される。
【００１８】接合ツール２は、軸受け１１によって軸線
Ｌ１まわりに回転自在に軸支され、この接合ツール２
は、インダクションモータ３によって軸線Ｌ１まわりに
高速で回転駆動する。インダクションモータ３は、リニ
アガイド６によって、接合ツール２の軸線Ｌ１に沿って
上下に変位自在にフレーム９に取付けられる。
Ｌ１まわりに回転自在に軸支され、この接合ツール２
は、インダクションモータ３によって軸線Ｌ１まわりに
高速で回転駆動する。インダクションモータ３は、リニ
アガイド６によって、接合ツール２の軸線Ｌ１に沿って
上下に変位自在にフレーム９に取付けられる。
【００１９】リニアガイド６は、フレーム９に取付けら
れ、接合ツール２の軸線Ｌ１に平行に延びるガイドレー
ル１５と、ガイドレール１５に変位自在に装着されるガ
イド部材１６とを有し、インダクションモータ３および
接合ツール２を軸支する軸受け１１が、リニアガイド６
のガイド部材１６に取付けられる。これによって、接合
ツール２は、インダクションモータ３とともに軸線Ｌ１
に沿って上下に変位することができる。
れ、接合ツール２の軸線Ｌ１に平行に延びるガイドレー
ル１５と、ガイドレール１５に変位自在に装着されるガ
イド部材１６とを有し、インダクションモータ３および
接合ツール２を軸支する軸受け１１が、リニアガイド６
のガイド部材１６に取付けられる。これによって、接合
ツール２は、インダクションモータ３とともに軸線Ｌ１
に沿って上下に変位することができる。
【００２０】フレーム９にはサーボモータ４およびボー
ルねじ５が取付けられ、サーボモータ４は、ベルト１２
を介してボールねじ５のねじ軸１３を回転駆動する。ね
じ軸１３は、接合ツール２の軸線Ｌ１に平行に配置さ
れ、ねじ軸１３に螺合するナット１４は、ねじ軸１３の
回転に従って上下に移動する。このナット１４は、リニ
アガイド６のガイド部材１６に取付けられる。従って、
サーボモータ４でボールねじ５のねじ軸１３を回転駆動
することによって、接合ツール２を、インダクションモ
ータ３とともに、軸線Ｌ１に沿って上下に変位駆動する
ことができる。
ルねじ５が取付けられ、サーボモータ４は、ベルト１２
を介してボールねじ５のねじ軸１３を回転駆動する。ね
じ軸１３は、接合ツール２の軸線Ｌ１に平行に配置さ
れ、ねじ軸１３に螺合するナット１４は、ねじ軸１３の
回転に従って上下に移動する。このナット１４は、リニ
アガイド６のガイド部材１６に取付けられる。従って、
サーボモータ４でボールねじ５のねじ軸１３を回転駆動
することによって、接合ツール２を、インダクションモ
ータ３とともに、軸線Ｌ１に沿って上下に変位駆動する
ことができる。
【００２１】フレーム９の下部は、Ｌ字状に屈曲し、先
端部に受け部材７が取付けられる。受け部材７は、接合
ツール２に対向して配置される柱状の部材であって、接
合ツール２の軸線Ｌ１と同軸に配置される。この受け部
材７の平坦な上面は、接合ツール２の先端に臨み、スポ
ット接合するとき、被接合物を乗載し、接合ツール２の
押圧力を受ける受け面８として機能する。
端部に受け部材７が取付けられる。受け部材７は、接合
ツール２に対向して配置される柱状の部材であって、接
合ツール２の軸線Ｌ１と同軸に配置される。この受け部
材７の平坦な上面は、接合ツール２の先端に臨み、スポ
ット接合するとき、被接合物を乗載し、接合ツール２の
押圧力を受ける受け面８として機能する。
【００２２】図２は、接合ツール２の先端部の２種類の
形状を示す図である。接合ツール２の先端側は、円錐状
に先細となり、先端に短柱状のショルダー部２０が形成
され、このショルダー部２０の下面２２の中央から軸線
Ｌ１に沿って突出してピン２１が形成される。
形状を示す図である。接合ツール２の先端側は、円錐状
に先細となり、先端に短柱状のショルダー部２０が形成
され、このショルダー部２０の下面２２の中央から軸線
Ｌ１に沿って突出してピン２１が形成される。
【００２３】ショルダー部２０の形状は、図２(ａ)に示
す曲面タイプと（ｂ）に示す平面タイプの２種類ある。
図２(ａ)の曲面タイプは、ショルダー部２０の下面２２
が、中央が上方に凹むように逆円錐状に形成され、最も
凹んだ中央部からピン２１が軸線Ｌ１に沿って下方に突
出する。また、ショルダー部２０の外周面２５から下面
２２にわたる角部２３は円弧状に滑らかに連なり、ま
た、下面２２とピン２１とが連なる部分２４も円弧状に
滑らかに連なるように形成される。また、ピン２１の先
端は、皿状に中央がわずかに盛り上がるように形成され
る。
す曲面タイプと（ｂ）に示す平面タイプの２種類ある。
図２(ａ)の曲面タイプは、ショルダー部２０の下面２２
が、中央が上方に凹むように逆円錐状に形成され、最も
凹んだ中央部からピン２１が軸線Ｌ１に沿って下方に突
出する。また、ショルダー部２０の外周面２５から下面
２２にわたる角部２３は円弧状に滑らかに連なり、ま
た、下面２２とピン２１とが連なる部分２４も円弧状に
滑らかに連なるように形成される。また、ピン２１の先
端は、皿状に中央がわずかに盛り上がるように形成され
る。
【００２４】図２（ｂ）の平面タイプは、ショルダー部
２０の下面２２は、軸線Ｌ１に垂直な平坦な面となり、
この中央からピン２１が下方に突出する。また、外周面
２５から下面２２に連なる角部２３は、（ａ）と同様
に、円弧状に滑らかに連なるが、下面２２とピン２１と
が連なる部分２６は、垂直に連なる。また、ピン２１の
先端は、（ａ）と同様に、皿状に中央がわずかに盛り上
がる。
２０の下面２２は、軸線Ｌ１に垂直な平坦な面となり、
この中央からピン２１が下方に突出する。また、外周面
２５から下面２２に連なる角部２３は、（ａ）と同様
に、円弧状に滑らかに連なるが、下面２２とピン２１と
が連なる部分２６は、垂直に連なる。また、ピン２１の
先端は、（ａ）と同様に、皿状に中央がわずかに盛り上
がる。
【００２５】ショルダー部２０の外形Ｄ１は、たとえば
５〜２０ｍｍであり、ピン２１の外形Ｄ２は２〜７ｍｍ
であり、ピン長さＨは、１〜３ｍｍとする。また接合ツ
ール２は、被溶接物であるアルミニウム合金より硬い工
具鋼から形成される。
５〜２０ｍｍであり、ピン２１の外形Ｄ２は２〜７ｍｍ
であり、ピン長さＨは、１〜３ｍｍとする。また接合ツ
ール２は、被溶接物であるアルミニウム合金より硬い工
具鋼から形成される。
【００２６】図３は、本発明のスポット接合方法を示す
図である。本実施形態では、２枚のアルミニウム合金板
であるワーク３０，３１を重ね継手するものとする。
図である。本実施形態では、２枚のアルミニウム合金板
であるワーク３０，３１を重ね継手するものとする。
【００２７】まず、２枚のワーク３０，３１の接合点Ｐ
が、受け部材７の受け面８上で、軸線Ｌ１に一致するよ
うに配置する。そして、インダクションモータ３によっ
て接合ツール２を、たとえば１０００〜３０００ｒｐｍ
程度の高速で回転駆動させる。
が、受け部材７の受け面８上で、軸線Ｌ１に一致するよ
うに配置する。そして、インダクションモータ３によっ
て接合ツール２を、たとえば１０００〜３０００ｒｐｍ
程度の高速で回転駆動させる。
【００２８】次に、サーボモータ４によって接合ツール
２を回転させながら軸線Ｌ１に沿って接合ツール２を降
下させる。接合ツール２のピン２１がワーク３０に達す
ると、回転するピン２１とワーク３０との摩擦によっ
て、ワーク３０が加熱されて軟化し、ピン２１が挿入さ
れる。ピン２１が挿入されると、ショルダー部２０の下
面２２もワーク３０に接触し、この下面２２による摩擦
によって接合点Ｐ近傍がさらに加熱される。このように
して、摩擦熱で加熱、軟化したワーク３０にピン２１が
挿入された状態で回転することによって塑性流動が誘起
され、回転するピン２１によって接合点Ｐ近傍が攪拌さ
れる。
２を回転させながら軸線Ｌ１に沿って接合ツール２を降
下させる。接合ツール２のピン２１がワーク３０に達す
ると、回転するピン２１とワーク３０との摩擦によっ
て、ワーク３０が加熱されて軟化し、ピン２１が挿入さ
れる。ピン２１が挿入されると、ショルダー部２０の下
面２２もワーク３０に接触し、この下面２２による摩擦
によって接合点Ｐ近傍がさらに加熱される。このように
して、摩擦熱で加熱、軟化したワーク３０にピン２１が
挿入された状態で回転することによって塑性流動が誘起
され、回転するピン２１によって接合点Ｐ近傍が攪拌さ
れる。
【００２９】なお、接合ツール２の押圧力は、本実施形
態では３００ｋｇｆとする。また、この押圧力は、受け
部材７で受け止められる。
態では３００ｋｇｆとする。また、この押圧力は、受け
部材７で受け止められる。
【００３０】このようにして、ピン２１の先端がワーク
３０と３１との接合面を超え、ワーク３１の裏面の手前
まで挿入された状態で、接合ツール２を攪拌させること
によって、図３（１）に示すように、接合点Ｐ付近に攪
拌された塑性流動域が形成され、ワーク３０，３１が接
合点Ｐで一体となる。
３０と３１との接合面を超え、ワーク３１の裏面の手前
まで挿入された状態で、接合ツール２を攪拌させること
によって、図３（１）に示すように、接合点Ｐ付近に攪
拌された塑性流動域が形成され、ワーク３０，３１が接
合点Ｐで一体となる。
【００３１】所定の接合時間攪拌後、図３（２）に示す
ように、接合ツール２を引き抜く。攪拌する接合時間
は、たとえば１〜１０秒程度である。ピン２１を引き抜
くと、塑性流動していた母材が硬化し、接合点Ｐでワー
ク３０，３１が接合される。
ように、接合ツール２を引き抜く。攪拌する接合時間
は、たとえば１〜１０秒程度である。ピン２１を引き抜
くと、塑性流動していた母材が硬化し、接合点Ｐでワー
ク３０，３１が接合される。
【００３２】図４は、接合後のワーク３０，３１の接合
点の断面を示す図である。この図に示すように、ピン２
１が挿入された側の表面にはピン２１およびショルダー
２０を挿入した凹所が形成され、この凹所の周囲が塑性
流動してワーク３０と３１とが一体になっている。ま
た、ピン２１が挿入されない裏側は平滑な面を保ってい
ることが分かる。なお、図４の例では、曲面タイプのシ
ョルダーを用いた。
点の断面を示す図である。この図に示すように、ピン２
１が挿入された側の表面にはピン２１およびショルダー
２０を挿入した凹所が形成され、この凹所の周囲が塑性
流動してワーク３０と３１とが一体になっている。ま
た、ピン２１が挿入されない裏側は平滑な面を保ってい
ることが分かる。なお、図４の例では、曲面タイプのシ
ョルダーを用いた。
【００３３】次に、本発明のスポット接合方法の試験結
果を図５に示す。この試験では、アルミニウム合金製自
動車部材の重ね接合を想定し、図５の試験は、ボンネッ
トのヘム（縁）部の接合の試験結果である。この試験で
は、０．９５ｍｍ厚のアルミニウム合金板のアウター材
と、０．９ｍｍ厚のアルミニウム合金板の下材とを接合
し、要求接合強度は０．５ｋＮ以上である。
果を図５に示す。この試験では、アルミニウム合金製自
動車部材の重ね接合を想定し、図５の試験は、ボンネッ
トのヘム（縁）部の接合の試験結果である。この試験で
は、０．９５ｍｍ厚のアルミニウム合金板のアウター材
と、０．９ｍｍ厚のアルミニウム合金板の下材とを接合
し、要求接合強度は０．５ｋＮ以上である。
【００３４】この試験では、２．１ｍｍφのピン２１を
用い、負荷荷重は３００ｋｇｆで一定とし、回転数は１
５００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，２５００ｒｐｍの３種
類で、曲面タイプおよび平面タイプの接合ツールを、接
合時間１．０〜３．５ｓの範囲で行った。その結果、図
５に示すように、全ての試験において、せん断荷重が、
要求接合強度を大きく上回り、また、せん断強度のばら
つきが少ない良好な結果が得られた。
用い、負荷荷重は３００ｋｇｆで一定とし、回転数は１
５００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍ，２５００ｒｐｍの３種
類で、曲面タイプおよび平面タイプの接合ツールを、接
合時間１．０〜３．５ｓの範囲で行った。その結果、図
５に示すように、全ての試験において、せん断荷重が、
要求接合強度を大きく上回り、また、せん断強度のばら
つきが少ない良好な結果が得られた。
【００３５】また、スポット接合方法では、前述したよ
うに、ツール挿入とは反対側の面には、凹所が形成され
ず、平滑な面が得られるので、外観を損なうことなくス
ポット接合することができる。
うに、ツール挿入とは反対側の面には、凹所が形成され
ず、平滑な面が得られるので、外観を損なうことなくス
ポット接合することができる。
【００３６】また、被接合物はアルミニウム合金の接合
に限らず、たとえばステンレス鋼板の接合にも適用可能
であり、また、同種の被接合物の接合に限らず、異種材
料同士の接合も可能である。
に限らず、たとえばステンレス鋼板の接合にも適用可能
であり、また、同種の被接合物の接合に限らず、異種材
料同士の接合も可能である。
【００３７】本発明のスポット接合方法は、上述したよ
うに、平板で、同種のアルミニウム合金であるワークを
重ね合わせて接合する場合が好ましいが、このような場
合に限らず、たとえば３枚以上のワークを重ね合わせて
接合してもよく、また異種材料を重ね合わせて接合して
もよく、さらには、３次元形状に成形された複数の材料
を組み合わせ、重ね合わされた面を接合するときに、本
発明のスポット接合方法を適用してもよい。
うに、平板で、同種のアルミニウム合金であるワークを
重ね合わせて接合する場合が好ましいが、このような場
合に限らず、たとえば３枚以上のワークを重ね合わせて
接合してもよく、また異種材料を重ね合わせて接合して
もよく、さらには、３次元形状に成形された複数の材料
を組み合わせ、重ね合わされた面を接合するときに、本
発明のスポット接合方法を適用してもよい。
【００３８】また、本実施形態では、接合ツールの回転
用モータは、インダクションモータを用いたが、本発明
はこれに限らず、サーボモータであってもよい。サーボ
モータを用いて回転させることによって、接合ツールの
回転速度を高精度に制御することが可能である。
用モータは、インダクションモータを用いたが、本発明
はこれに限らず、サーボモータであってもよい。サーボ
モータを用いて回転させることによって、接合ツールの
回転速度を高精度に制御することが可能である。
【００３９】また、本発明のスポット接合方法では、従
来の抵抗スポット溶接法のように、電流を流す必要がな
いので、被接合物が金属でなくともよく、合成樹脂製の
被接合物同士の接合や、また、金属板の外表面に合成樹
脂製の化粧シートが貼られた被接合物の接合も可能であ
る。
来の抵抗スポット溶接法のように、電流を流す必要がな
いので、被接合物が金属でなくともよく、合成樹脂製の
被接合物同士の接合や、また、金属板の外表面に合成樹
脂製の化粧シートが貼られた被接合物の接合も可能であ
る。
【００４０】このような本発明のスポット接合装置は、
スポット接合ガンとして用い、たとえばバランサによっ
て移動可能に支持し、作業者が、ガンを持ってスポット
接合作業を行う。また、たとえば多関節型ロボットの手
首にガンを装備し、教示したプログラムに従って、設定
した接合点を順次スポット接合するように構成してもよ
い。
スポット接合ガンとして用い、たとえばバランサによっ
て移動可能に支持し、作業者が、ガンを持ってスポット
接合作業を行う。また、たとえば多関節型ロボットの手
首にガンを装備し、教示したプログラムに従って、設定
した接合点を順次スポット接合するように構成してもよ
い。
【００４１】また、接合ツールの他の形態として、ピン
先端にねじを形成するように構成してもよい。これによ
って、回転しながらピンを被接合物に挿入しやすくな
る。
先端にねじを形成するように構成してもよい。これによ
って、回転しながらピンを被接合物に挿入しやすくな
る。
【００４２】本発明のスポット接合方法は、アルミニウ
ム合金製の自動車用部材の接合だけに限らず、たとえば
アルミニウム合金製鉄道車両、またはアルミニウム筐体
の接合に用いることができる。
ム合金製の自動車用部材の接合だけに限らず、たとえば
アルミニウム合金製鉄道車両、またはアルミニウム筐体
の接合に用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】以上のように本発明のスポット接合方法
では、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合する
ので、従来の抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量
の電力でスポット接合することができる。また、電力以
外のユーティリティは不用であり、また接合ツールは汚
染や損耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間
使用可能なので、ランニングコストは低減され管理も容
易となる。また、リベット打ちによる機械的締結法と異
なり、締結材によるコスト、重量増加も招かない。
では、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合する
ので、従来の抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量
の電力でスポット接合することができる。また、電力以
外のユーティリティは不用であり、また接合ツールは汚
染や損耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間
使用可能なので、ランニングコストは低減され管理も容
易となる。また、リベット打ちによる機械的締結法と異
なり、締結材によるコスト、重量増加も招かない。
【００４４】また、接合ツールが挿入される側とは反対
側の面は、平滑な面が得られ、これによって、接合後、
そのまま外板として適用することが可能となる。
側の面は、平滑な面が得られ、これによって、接合後、
そのまま外板として適用することが可能となる。
【００４５】また、回転用モータをインダクションモー
タもしくはサーボモータとすることで、接合ツールを高
速で回転駆動することができ、移動用モータをサーボモ
ータとすることで、たとえば接合深さを高精度に制御す
ることができる。
タもしくはサーボモータとすることで、接合ツールを高
速で回転駆動することができ、移動用モータをサーボモ
ータとすることで、たとえば接合深さを高精度に制御す
ることができる。
【図１】本発明の実施の一形態のスポット接合装置１を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】接合ツール先端の２種類の形状を示す図であ
る。
る。
【図３】スポット接合方法を示す図である。
【図４】接合後のワーク３０，３１の断面図である。
【図５】本発明のスポット接合方法の試験結果を示す図
である。
である。
１ スポット接合装置 ２ 接合ツール ３ インダクションモータ ４ サーボモータ ７ 受け部材 ８ 受け面
フロントページの続き (72)発明者 犬塚 雅之 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 (72)発明者 中島 康雅 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 (72)発明者 山下 政一郎 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 長尾 保栄 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 岩下 智伸 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG00 CA01
Claims (4)
- 【請求項１】 先端部に軸線に沿ってピンが突出する接
合ツールを有し、重ねられた被接合物の所定の接合点
に、ピンを押圧しながら接合ツールをその軸線まわりに
回転させ、摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化さ
せてピンを挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合
物を攪拌し、被接合物を接合点で一体化させた後、接合
ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物
を接合点でスポット接合することを特徴とするスポット
接合方法。 - 【請求項２】 前記接合ツールの先端に対向する位置
に、平坦な受け面を有する受け部材を有し、受け面上に
被接合物を重ねて配置し、接合ツールを被接合物に押し
つけるときの押圧力を、前記受け部材によって受けるこ
とを特徴とする請求項１記載のスポット接合方法。 - 【請求項３】 先端部に、軸線に沿って突出するピンを
有する接合ツールと、 接合ツールをその軸線まわりに回転させる回転用モータ
と、 接合ツールをその軸線方向に移動させる移動用モータと
を有し、 回転用モータで接合ツールを回転させながら、移動用モ
ータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重ねられ
た被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱
でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入
し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被
接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータで接合
ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物
を接合点でスポット接合することを特徴とするスポット
接合装置。 - 【請求項４】 前記回転用モータは、インダクションモ
ータもしくはサーボモータであり、前記移動用モータ
は、サーボモータであることを特徴とする請求項３記載
のスポット接合装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000135106A JP3429475B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
| US09/847,643 US6832713B2 (en) | 2000-05-08 | 2001-05-02 | Spot joining method and spot joining device |
| KR10-2001-0023840A KR100446396B1 (ko) | 2000-05-08 | 2001-05-02 | 점접합 방법과 점접합 장치 |
| EP01304123A EP1153694B1 (en) | 2000-05-08 | 2001-05-08 | Spot joining method and spot joining device |
| DE60121249T DE60121249T2 (de) | 2000-05-08 | 2001-05-08 | Verfahren und Vorrichtung zum Punktverbinden |
| AT01304123T ATE332206T1 (de) | 2000-05-08 | 2001-05-08 | Verfahren und vorrichtung zum punktverbinden |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000135106A JP3429475B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002078662A Division JP4536992B2 (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | スポット接合方法 |
| JP2003096341A Division JP4430322B2 (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001314982A true JP2001314982A (ja) | 2001-11-13 |
| JP3429475B2 JP3429475B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=18643253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000135106A Expired - Lifetime JP3429475B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6832713B2 (ja) |
| EP (1) | EP1153694B1 (ja) |
| JP (1) | JP3429475B2 (ja) |
| KR (1) | KR100446396B1 (ja) |
| AT (1) | ATE332206T1 (ja) |
| DE (1) | DE60121249T2 (ja) |
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| KR20170028314A (ko) | 2014-07-10 | 2017-03-13 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 회전 툴 및 접합 방법 |
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