JP2006035266A - 摩擦点接合方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の金属板部材を積み重ね、該積み重ねた金属板部材を第１及び第２回転ツール１０，２０で狭持して摩擦点接合する方法及びその装置において、第１及び第２回転ツール１０，２０の軸心のぶれを防いで、安定した接合品質を得る。
【解決手段】第１回転ツール２０を第１突出部２３の先端面が第１先端面２１と同一平面内にあるか又は第１先端面２１よりも後退した状態で、その接合軸Ｘ回りに回転させ、その第１先端面２１で積み重ねた金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を受けると共に、上記第２回転ツール１０をその接合軸Ｘ回りに回転させながら、その第２先端面１１から突出した第２突出部１２を第１金属板部材Ｗ１に押し込む。その後、第１回転ツール２０の第１突出部２３を第１先端面２１よりも前進させて第３金属板部材Ｗ３に押し込み、両回転ツール１０，２０の摩擦熱によって接合部位を軟化させ、塑性流動させて接合する。
【選択図】図６

Description

本発明は、積み重ねた複数の金属板部材を第１及び第２回転ツールで狭持して摩擦点接合する摩擦点接合方法及びその装置に関するものである。

従来より、それぞれ突出部を有する第１及び第２回転ツールを回転させながら積み重ねた金属板部材を狭持して摩擦点接合する方法は知られている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、上記摩擦点接合方法では、上記第１回転ツールをその軸心回りに回転させながら、その第１先端面から突出した第１突出部で上記積み重ねた金属板部材を受けると共に、上記第２回転ツールをその軸心回りに回転させながら、その第２先端面から突出した第２突出部を上記金属板部材に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって接合部位を軟化させ、塑性流動させて接合している。このことで、特に金属板部材が３枚以上積み重ねられたときには、第１先端面から突出する第１突出部を金属板部材に食い込ませることで第２回転ツールから２番目、３番目の金属板部材にまで、より安定した塑性流動を起こさせることができる。
特開２００１−３１４９８３号公報

しかしながら、第１及び第２回転ツールの回転軸心を互いに完全に一致させ、かつ第１及び第２突出部を同時に金属板部材に押し込むのは困難である。従来の摩擦点接合方法のように第１及び第２突出部のみが最初に金属板部材に当接する場合、両突出部の回転軸心や当接タイミングに少しでもずれがあると、当接時に滑りが生じて第１及び第２突出部間で軸心のずれが顕著となる。このことで、第２回転ツールの押圧力に対する水平方向の反力が各回転ツールに働き、その水平方向の反力は回転により絶えず向きが変わるので、最終的には心ぶれが発生する。このため、第１及び第２突出部が所定の位置に沈み込まず、第２先端面が接合部位に接触しても、第１先端面からの反力がないため、接合部位に必要な入熱量が発生せず、安定した接合品質が得られないという問題があった。

また、上記滑りの影響を少なくするためには、第１及び第２回転ツールの支持構造の剛性を上げて心ぶれに耐え得るようにすればよいが、通常、第１及び第２回転ツールは、接合ガンの回転手段と押圧手段とで回転及び押圧される回転軸の先端に連結され、さらにこの接合ガンは、ロボットのアーム先端部に装着されるため、その装着可能な質量には制限があり、結果として増強できる支持構造の剛性にも限界がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１回転ツールの構成に工夫を加えることで、第１及び第２回転ツールの軸心のぶれを防いで、安定した接合品質を得ることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、第１回転ツールの第１突出部を、その第１先端面に対して前進及び後退可能にして、第１回転ツールの金属板部材に対する接触面積を変化させることができるようにした。

具体的には、第１の発明では、複数の金属板部材を積み重ね、該積み重ねた金属板部材を第１及び第２回転ツールで狭持して摩擦点接合する方法を対象とする。

そして、上記第１回転ツールを第１突出部の先端面が第１先端面と同一平面内にあるか、又は第１先端面よりも後退した状態で、その軸心回りに回転させ、該第１先端面で上記積み重ねた金属板部材を受けると共に、上記第２回転ツールをその軸心回りに回転させながら、その第２先端面から突出した第２突出部を上記金属板部材に押し込んだ後、上記第１回転ツールの第１突出部を第１先端面よりも前進させて上記金属板部材に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって接合部位を軟化させ、塑性流動させて接合する。

上記の構成によると、第１突出部の先端面を第１先端面と同一平面内とし、又は第１先端面よりも後退させて金属板部材に対する接触面積を大きくした状態で第１回転ツールを回転させ、その第１先端面で積み重ねた金属板部材を受けながら、回転する第２回転ツールの第２突出部を金属板部材に押し込んで該金属板部材を狭持している。このため、接触面積の小さい第１及び第２突出部で金属板部材を同時に狭持する場合に比べ、当接時の金属板部材に対する接触面積が大きくなり、第１及び第２回転ツール間で軸心の位置や当接タイミングにずれがある場合であっても、第１及び第２回転ツールの軸心のぶれは生じ難くなる。

第２の発明では、上記第２回転ツールの第２突出部を上記金属板部材に押し込んだ後、第２先端面が上記金属板部材に当接したときに、上記第１回転ツールの第１突出部を前進させる。

上記の構成によると、第２回転ツールの第２先端面が金属板部材に接触してその接触面積が第２突出部のみが接触しているときよりも大きくなってから、第１回転ツールの第１先端面から該第１先端面よりも小径の第１突出部を前進させているので、第１及び第２回転ツールの挙動が安定し、両回転ツール間での軸心のずれの影響がさらに小さくなる。

第３の発明では、上記第１回転ツールの第１突出部を前進させたときに、該第１回転ツールの回転数を増加させる。

すなわち、第１回転ツールを金属板部材に当接させるときには、第１突出部を後退させた平坦な状態であるため、センタリング効果がなく、この状態で第１回転ツールの回転数を上げると横滑りが起こり易いが、本発明では、第１回転ツールの第１突出部が前進して金属板部材を押圧し、センタリング効果を発揮し始めた段階で、第１回転ツールの回転数を増加させているので、横滑りが生じず、心ぶれの発生が防止される。

第４の発明では、上記金属板部材は、３枚積み重ねた金属板よりなるものとする。

上記の構成によると、金属板部材が３枚積み重ねられたときには、第２回転ツールのみでは、該第２回転ツールから２番目、３番目の金属板部材にまで安定した塑性流動を起こさせることはできないため、対向する第１回転ツールの第１突出部を突出させ、該第１突出部で２番目、３番目の金属板部材にまで安定した塑性流動を起こさせる必要がある。このため、第１突出部の存在が必須となり、本発明の作用効果が顕著に発揮される。

第５の発明では、複数の積み重ねた金属板部材を第１及び第２回転ツールで狭持して摩擦点接合する装置を対象とする。

そして、上記第１回転ツールは、その第１先端面に対して前進及び後退可能な第１突出部を有する一方、上記第２回転ツールは、上記第１回転ツールに対向して配置され、その第２先端面に固定された第２突出部を有しており、上記第１回転ツールを回転させる第１回転手段と、上記第１回転ツールの第１突出部を前進又は後退させる移動手段と、上記第２回転ツールを回転させる第２回転手段と、上記第２回転ツールを金属板部材に押圧する押圧手段と、上記第１回転手段によって、第１回転ツールを第１突出部の先端面が第１先端面と同一平面内にあるか、又は第１先端面よりも後退した状態でその軸心回りに回転させ、上記第１先端面で積み重ねた金属板部材を支持させると共に、上記第２回転手段によって上記第２回転ツールをその軸心回りに回転させながら、上記押圧手段によって第２突出部を該金属板部材に押し込んだ後、上記移動手段によって上記第１回転ツールの第１突出部を第１先端面よりも前進させて上記金属板部材に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって接合部位を軟化させ、塑性流動させて接合する制御手段とを備えている。

上記の構成によると、制御手段が、第１突出部の先端面を第１先端面と同一平面内とするか、又は第１先端面よりも後退させて、金属板部材に対する接触面積を大きくした状態で第１回転手段によって第１回転ツールを回転させ、その第１先端面で積み重ねた金属板部材を受けながら、第２回転手段によって第２回転ツールを回転させ、押圧手段によって、第２突出部を金属板部材に押し込んで該金属板部材を狭持させている。このため、接触面積の小さい第１及び第２突出部で金属板部材を同時に狭持する場合に比べ、当接時の金属板部材に対する接触面積が大きくなり、第１及び第２回転ツール間で軸心の位置や当接タイミングにずれがある場合であっても、第１及び第２回転ツールの軸心のぶれは生じ難くなる。

第６の発明では、上記制御手段は、上記第２回転ツールの第２先端面が上記金属板部材に当接したときに、上記移動手段によって上記第１回転ツールの第１突出部を前進させるように構成されている。

上記の構成によると、第２先端面が金属板部材に接触してその接触面積が第２突出部のみが接触しているときよりも大きくなってから、第１回転ツールの第１先端面から該第１先端面よりも小径の第１突出部を前進させているので、第１及び第２回転ツールの挙動が安定し、両回転ツール間での軸心のずれの影響がさらに小さくなる。

第７の発明では、上記制御手段は、上記第１回転ツールの第１突出部を前進させたときに、上記第１回転手段によって該第１回転ツールの回転数を増加させるように構成されている。

すなわち、第１回転ツールを金属板部材に当接させるときには、第１突出部を後退させた平坦な状態であるため、センタリング効果がなく、この状態で回転数を上げると横滑りが起こり易いが、本発明では、第１回転ツールの第１突出部が前進し、金属板部材を押圧する段階で、制御手段が第１回転手段に指令を出し、第１回転ツールの回転数を増加させているので、第１突出部のセンタリング効果によって横滑りが防がれ、心ぶれの発生が防止される。

以上説明したように、上記第１及び上記第５の発明によると、積み重ねた金属板部材を、第１突出部の先端面が第１先端面と同一平面内にあるか又は第１先端面よりも後退した状態で回転する第１回転ツールの第１先端面で受けながら、回転する第２回転ツールの第２突出部を押し込んで狭持した後、第１回転ツールの第１突出部を第１先端面よりも前進させて金属板部材内に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって接合部位を塑性流動させて接合している。このため、最初に金属板部材を狭持するときに、第１回転ツールの広い面積部分で支持しているので、第１及び第２回転ツール間で軸心のぶれが生じず、第２先端面が接合部位に接触したときに、第１先端面から十分な反力が得られるため、接合部位に必要な入熱量が発生する。したがって、第１及び第２回転ツールの支持構造の剛性を上げなくても、安定した接合品質を得ることができる。

上記第２及び第６の発明によると、接触面積の大きい第２先端面が金属板部材に当接した段階で、第１突出部を第１先端面よりも前進させて金属板部材を押圧している。このため、第１及び第２回転ツールの挙動が安定し、両回転ツール間での軸心のずれの影響が小さくなり、さらに安定した接合品質を得ることができる。

上記第３及び第７の発明では、第１回転ツールの第１突出部を前進させたときに、第１回転ツールの回転数を増加させている。このため、第１突出部のセンタリング効果によって確実に心ぶれを防いで、安定した接合品質を得ることができる。

上記第４の発明によると、金属板部材を３枚積み重ねた金属板よりなるものとしている。このため、第２回転ツールから２番目、３番目の金属板部材にまで安定した塑性流動を起こさせるために第１突出部の存在が必須となり、本発明の作用効果が顕著に発揮される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

−摩擦点接合装置の構成−
図１は、本発明の実施形態にかかる摩擦点接合装置１の概略構成を示している。この摩擦点接合装置１は、例えば、自動車のボディなどに用いられるアルミニウム合金などの軽金属からなる複数の金属板部材を厚み方向に積み重ねた状態で点状に接合するものに構成されている。

上記接合装置は、ワークＷの接合を行う接合ガン２を備えている。ワークＷは、３枚の第１〜第３金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３からなる（図２に示す）。上記接合ガン２は、ロボット３のアーム３ａの先端部に取り付けられ、図示省略の治具に固定されたワークＷの接合位置にロボット３によって位置付けられて、ワークＷの接合を行うようになっている。

上記ロボット３として、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボット３を用いることができる。このロボット３は、ロボット用ハーネス４により、制御手段としての制御盤５と接続されている。また、上記接合ガン２も、ロボット３に設けた中継ボックス６を介して接合ガン用ハーネス７により上記制御盤５と接続されている。

図２に示すように、上記接合ガン２は、第１回転ツール２０及び第２回転ツール１０を備えている。

上記第２回転ツール１０は、積み重ねた金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の重ね面Ｓ１，Ｓ２に対して直行する接合軸Ｘ上の上側に配設され、回転軸９の先端に取り付けられている。第２回転ツール１０は、先端部が円筒状に形成されていて、その先端部の第２先端面１１には、さらに小径な円筒状の第２突出部１２（図４に示す）が接合軸Ｘ上に延びるように突設されている。この第２突出部１２の長さは、第１金属板部材Ｗ１の厚さに対応して決まる。その外径は、例えば、２〜５ｍｍとする。また、接合ガン２の内部の機構は詳細に説明しないが、第２回転ツール１０は、第２回転手段としての第２回転軸モータ１３によって、回転軸９を介して接合軸Ｘ回り（例えば、図２で左回り）に回転するように構成されている。さらに、第２回転ツール１０は、押圧手段としての押圧軸モータ１４によって、図示しないボルトナット式移動機構などを作動させて回転軸９を移動させ、接合軸Ｘ上を昇降するように構成されている。上記第２回転軸モータ１３として、インダクションモータやサーボモータを用いることができ、上記押圧軸モータ１４として、サーボモータを用いることができる。

一方、図３に示すように、上記第１回転ツール２０は、略Ｌ字状のガンアーム８の先端に取り付けられている。このことで、第１回転ツール２０と上記第２回転ツール１０とが対向するように配置されている。第１回転ツール２０は、円筒形状を有し、その先端面である第１先端面２１は、上記第２回転ツール１０の第２先端面１１と同等か、又はそれよりも大きい外形を有している。また、第１回転ツール２０には、中央に軸方向に延びる貫通孔２２が設けられており、この貫通孔２２の内部に第１先端面２１に対して前進及び後退可能な円柱状の第１突出部２３が設けられている。第１突出部２３の外径は、例えば、２〜５ｍｍとする。

そして、上記接合ガン２に、上記第１回転ツール２０を回転させる第１回転手段としての第１回転モータ（図示せず）と、第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進又は後退させる移動手段２５とが設けられている。

具体的には、第１回転ツール２０は、その下側部分がガンアーム８に設けた３つのベアリング４０によって回転可能に支持され、上記第１回転モータによって駆動されたタイミングベルト２４によって、上記第２回転軸モータ１３と反対側（図４で右回り）に回転される。

上記移動手段２５は、以下の各部材により構成されている。すなわち、上記第１突出部２３の下端部は、ジョイント４１によって接合軸Ｘ上に延びるネジ部材４２に結合されている。このネジ部材４２には、内側にネジが設けられ、その外周に第１歯車４３が設けられたボールスプライン４４が螺合されている。ネジ部材４２の下端部は、ガンアーム８に設けた支持部材４５に回転可能に支持されている。第１歯車４３は、ネジ部材４２の軸心（接合軸Ｘ）に直行する軸心を有する第２歯車４６にかみ合っている。第１歯車４３と第２歯車４６とは、すぐばかさ歯車よりなる。第２歯車４６は、第３回転軸モータ４７の回転軸に結合されている。このような移動手段２５の構成により、第３回転軸モータ４７の回転軸が回転して第２歯車４６が回転し、その回転力が第１歯車４３に伝達される。このことで、ボールスプライン４４が回転し、ネジ部材４２が上下することで、第１突出部２３が昇降するようになっている。

そして、上記制御盤５は、ロボット３の６軸と、上記接合ガン２に設けた第１回転モータ、第２回転軸モータ１３、押圧軸モータ１４、及び移動手段２５の第３回転軸モータ４７の合計１０軸を同期制御するように構成されている。この制御盤５が、上記第１回転モータによって、第１回転ツール２０を、第１突出部２３の先端面が第１先端面２１と同一平面内にあるか又は第１先端面２１よりも後退した状態でその接合軸Ｘ回りに回転させ、上記第１先端面２１で積み重ねた金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を支持させると共に、上記第２回転軸モータ１３によって上記第２回転ツール１０をその接合軸Ｘ回りに回転させながら、上記押圧軸モータ１４によって第２突出部１２を該金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に押し込んだ後、上記移動手段２５によって上記第１回転ツール２０の第１突出部２３を第１先端面２１よりも前進させて上記金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に押し込み、両回転ツール１０，２０の摩擦熱によって軟化させ、接合部位を塑性流動させて接合するように制御する。

−ワークＷの接合方法１（モニタリングによる方法）−
次に本発明の実施形態にかかる摩擦点接合装置１によるワークＷの接合方法１について説明する。

（１）まず、摩擦点接合装置１の初期状態について説明する。

図示省略の治具によってワークＷを固定する。第１回転ツール２０の第１突出部２３は、第１先端面２１と同一平面内にあるか又は第１先端面２１に対して後退した状態とする。ロボット３は、原点位置にあり、接合ガン２は、開放端の位置（すなわち、第２回転ツール１０が第１回転ツール２０と最も離れた状態）にある。

（２）次に、ロボット３のティーチング作業について説明する。

まず、加圧力、回転数、時間などの接合パラメータを入力する。

次いで、押圧軸モータ１４による第２回転ツール１０の位置モニタリングのための原点位置を教示する。すなわち、第２回転ツール１０と第１回転ツール２０とで金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を挟み込んだ状態を教示する。そのときの第２回転ツール１０の位置に対応した押圧軸モータ１４のエンコーダー値を０とする。

次いで、第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進させるタイミングを、第２回転ツール１０が、その加圧方向に原点から所定の距離（すなわち、第２回転ツール１０の第２突出部１２の長さ）だけ進んだ位置と定義して、その距離をパラメータとして入力する。

次いで、第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進させる最大突出長さをパラメータとして入力する。この第１突出部２３の最大突出長さは、第３の金属板部材Ｗ３の板厚の６０〜８０％までとし、例えば、０．６〜３ｍｍ程度とする。

（３）次に、ロボット３の動作について説明する。

まず、ロボット３が原点から動作を開始する。

次に、ロボット３によって接合ガン２を加圧ポイントの１つ前の教示ポイントに位置付ける。具体的には、図４に示すように、接合ガン２の第１及び第２回転ツール１０，２０間にワークＷを位置させると共に、接合軸Ｘ上にワークＷの接合部位を位置させる。

次に、図５に示すように、第１突出部２３が第１先端面２１と同一面にある状態で、第１回転ツール２０を第１回転軸モータによって、その接合軸Ｘ回りに回転させ、その第１先端面２１で上記積み重ねた金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を受ける。それと同時に第２回転軸モータ１３によって第２回転ツール１０をその接合軸Ｘ回りに回転させながら、押圧軸モータ１４によって第２回転ツール１０の第２突出部１２を上記第１金属板部材Ｗ１に押し込む。このことで、金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を第１及び第２回転ツール１０，２０間で狭持する。

次いで、第２回転ツール１０の加圧を開始する。これにより、第２突出部１２が第１金属板部材Ｗ１内に沈み込む。

次いで、第２回転ツール１０をさらに押し込んで、第２突出部１２が第２金属板部材Ｗ２の領域まで沈み込む。

次に、図６に示すように、第２回転ツール１０をさらに押し込んで、第２先端面１１が上記第１金属板部材Ｗ１に当接したときに、移動手段２５により、上記第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進させて上記第３金属板部材Ｗ３に押し込む。具体的には、制御盤５にて第２回転ツール１０の位置をモニタリングしておき、第２回転ツール１０がティーチングした所定の位置を通過した（第２突出部１２の長さまで進んだ）ときに、移動手段２５に指令を出して第１突出部２３を前進させる。

次に、第１突出部２３を移動手段２５によってワークＷ内部に向かって最大突出長さまで移動させ、両回転ツール１０，２０の摩擦熱によって接合部位を軟化させる。

このことで、図７に示すように、ワークＷ内で塑性流動が発生し、第２突出部１２によって第１金属板部材Ｗ１と第２金属板部材Ｗ２との間に連続した界面Ｓ１を残して第１凹部３１が形成される。第１凹部３１の外側において、全周にわたり第２板材Ｗ２が第１板材Ｗ１側に盛り上がった環状の第１盛上り部３３が形成される。また、第２金属板部材Ｗ２と第３金属板部材Ｗ３との間に連続した界面Ｓ２を残して第２凹部３２が形成される。第２凹部３２の外側において、全周にわたり第２金属板部材Ｗ２が第３金属板部材Ｗ３側に盛り上がった環状の第２盛上り部３４が形成される。

なお、第１突出部２３を前進させるタイミングを第２回転ツール１０が当接するときよりも遅らせていることから、第２突出部１２による押圧時間と第１突出部２３による押圧時間との間に差が生じる。このことから、安定した接合品質を得るためには、第２回転ツール１０側の第１金属板部材Ｗ１の板厚が第１回転ツール２０側の第３金属板部材Ｗ３の板厚よりも大きいことが望ましい。

次いで、接合時間があらかじめティーチングした時間に達したときに、開放動作に切り換える。具体的には、図７に示すように、押圧軸モータ１４によって、第２回転ツール１０を後退させて第１及び第２回転ツール１０，２０を回転させたままワークＷから引き抜く。このことで、ワークＷは、急激に冷却されて硬化し、接合される。

次に、接合位置からあらかじめ設定された所定の距離だけ離れた状態で第１及び第２回転ツール１０，２０の回転を停止し、第１回転ツール２０の第１突出部２３を第１先端面２１と同一の面まで後退させる。

次いで、接合ガン２をティーチングした開放ポイントに位置付ける。

そして、接合ガン２が次の教示ポイントに移動し、ワークＷの接合が繰り返される。

−ワークＷの接合方法２（時間設定による方法）−
次に上記ワークＷの接合方法１とは異なる接合方法について説明する。上記接合方法１がモニタリングによる接合方法であるのに対し、この接合方法２は、時間設定による接合方法である。

（１）まず、初期状態については、上記接合方法１と同じとする。

（２）次に、ロボット３のティーチング作業については、概ね上記接合方法１と同じであるが、自動運転時に、第２回転ツール１０が教示した加圧ポイントに達した瞬間を時間の基準として、そこから所定の時間経過したときに第１突出部２３を出すようにする。

（３）次に、ロボット３の動作について説明する。

まず、ロボット３が原点から動作を開始する。

次に、ロボット３によって、接合ガン２を、その接合軸Ｘ軸をワークＷの接合方向に一致させた状態で加圧ポイントの１つ前の教示ポイントに位置付ける。

次に、上記接合方法１と同様に、同じタイミングで第１回転ツール２０と第２回転ツール１０とを金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に当接させ、金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を狭持する。

次いで、第２回転ツール１０の加圧を開始する。このことで、第２突出部１２が第１金属板部材Ｗ１内に沈み込む。

次いで、第２回転ツール１０をさらに押し込んで、第２突出部１２が第２金属板部材Ｗ２の領域まで沈み込む。

次に、第２回転ツール１０が加圧開始（第１金属板部材Ｗ１に当接した状態）からティーチングした所定の時間が経過したときに、移動手段２５により、上記第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進させて上記第３金属板部材Ｗ３に押し込む。

次に、第１突出部２３を移動手段２５によってワークＷ内部に向かって最大突出長さまで移動させ、両回転ツール１０，２０の摩擦熱によって接合部位を軟化させる。この第１突出部２３の移動距離については、第２ショルダー部の加圧開始から所定の時間が経過した後としてもよく、所定の距離進んだ距離を第３回転軸モータ４７のエンコーダー値から検出してもよい。

その後の動作については、上記接合方法１と同じであるため、省略する。

−実施形態の効果−
したがって、本発明の実施形態にかかる摩擦点接合装置１によると、積み重ねた金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を、第１突出部２３の先端面が第１先端面２１と同一平面内にあるか又は第１先端面２１よりも後退した状態で回転する第１回転ツール２０の第１先端面２１で受けながら、回転する第２回転ツール１０の第２突出部１２を押し込んで狭持した後、第１回転ツール２０の第１突出部２３を第１先端面２１よりも前進させて金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３内に押し込み、両回転ツール１０，２０の摩擦熱によって接合部位を塑性流動させて接合している。このため、最初に金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を狭持するときに、第１回転ツール２０の広い面積部分で支持しているので、第１及び第２回転ツール１０，２０間で軸心のぶれが生じず、第２先端面１１が接合部位に接触したときに、第１先端面２１から十分な反力が得られるため、接合部位に必要な入熱量が発生する。したがって、第１及び第２回転ツール１０，２０の支持構造の剛性を上げずに、安定した接合品質を得ることができる。

また、接触面積の大きい第２先端面１１が第１金属板部材Ｗ１に当接した段階で、第１突出部２３を第１先端面２１よりも前進させて第３金属板部材Ｗ３を押圧している。このため、第１及び第２回転ツール１０，２０の挙動が安定し、両回転ツール１０，２０間での軸心のずれの影響が小さくなり、さらに安定した接合品質を得ることができる。

さらに、第１回転ツール２０の第１突出部２３を前進させたときに、第１回転ツール２０の回転数を増加させている。このため、第１突出部２３のセンタリング効果によって確実に心ぶれを防いで、安定した接合品質を得ることができる。

また、金属板部材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を３枚積み重ねた金属板よりなるものとしている。このため、第２及び第３金属板部材Ｗ２，Ｗ３にまで安定した塑性流動を起こさせるために、第１突出部２３の存在が必須となり、本実施形態の作用効果が顕著に発揮される。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、ワークＷは、３枚積み重ねた金属板よりなるものとしたが、４枚以上の場合でもよく、また、一部が２枚の場合でもよい。一部が２枚の金属板よりなる場合には、２枚の部分は、第１突出部２３を後退させたままで摩擦点接合すればよいため、両回転ツール１０，２０の取り替え工程が不要となり、作業効率が大幅に向上する。

また、上記実施形態では、第１及び第２突出部１２，２３は、中実のピンからなるものとしたが、例えば、第２突出部１２の先端面からさらに小径のピンを突出させる一方、第１突出部２３の先端面に上記小径のピンに対応する凹部を設け、これらピンと凹部とでワークＷをかしめるように構成してもよい。

以上説明したように、本発明は、自動車のボディなどに用いられる複数の金属板部材を積み重ねた状態で点状に接合する摩擦点接合方法及びその装置について有用である。

本発明の実施形態にかかる摩擦点接合装置の概略説明図である。 接合ガンの側面図である。 第１回転ツールの第１突出部の移動手段を拡大して示す側面断面図である。 接合前の工程を示すワークの接合部位近傍の拡大側面図である。 接合開始時の工程を示す図４相当図である。 接合中の工程を示す図４相当図である。 接合後の工程を示す図４相当図である。

符号の説明

１ 摩擦点接合装置
５ 制御盤（制御手段）
１０ 第２回転ツール
１１ 第２先端面
１２ 第２突出部
１３ 第２回転軸モータ（第２回転手段）
１４ 押圧軸モータ（押圧手段）
２０ 第１回転ツール
２１ 第１先端面
２３ 第１突出部
２５ 移動手段
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 金属板部材

Claims (7)

1. 複数の金属板部材を積み重ね、該積み重ねた金属板部材を第１及び第２回転ツールで狭持して摩擦点接合する方法であって、
   上記第１回転ツールを第１突出部の先端面が第１先端面と同一平面内にあるか、又は第１先端面よりも後退した状態で、その軸心回りに回転させ、該第１先端面で上記積み重ねた金属板部材を受けると共に、上記第２回転ツールをその軸心回りに回転させながら、その第２先端面から突出した第２突出部を上記金属板部材に押し込んだ後、
   上記第１回転ツールの第１突出部を第１先端面よりも前進させて上記金属板部材に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって接合部位を軟化させ、塑性流動させて接合することを特徴とする摩擦点接合方法。
2. 請求項１に記載の摩擦点接合方法において、
   上記第２回転ツールの第２突出部を上記金属板部材に押し込んだ後、第２先端面が上記金属板部材に当接したときに、上記第１回転ツールの第１突出部を前進させることを特徴とする摩擦点接合方法。
3. 請求項１又は２に記載の摩擦点接合方法において、
   上記第１回転ツールの第１突出部を前進させたときに、該第１回転ツールの回転数を増加させることを特徴とする摩擦点接合方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の摩擦点接合方法において、
   上記金属板部材は、３枚積み重ねた金属板よりなることを特徴とする摩擦点接合方法。
5. 複数の積み重ねた金属板部材を第１及び第２回転ツールで狭持して摩擦点接合する装置において、
   上記第１回転ツールは、その第１先端面に対して前進及び後退可能な第１突出部を有する一方、上記第２回転ツールは、上記第１回転ツールに対向して配置され、その第２先端面に固定された第２突出部を有しており、
   上記第１回転ツールを回転させる第１回転手段と、
   上記第１回転ツールの第１突出部を前進又は後退させる移動手段と、
   上記第２回転ツールを回転させる第２回転手段と、
   上記第２回転ツールを金属板部材に押圧する押圧手段と、
   上記第１回転手段によって、第１回転ツールを第１突出部の先端面が第１先端面と同一平面内にあるか、又は第１先端面よりも後退した状態でその軸心回りに回転させ、上記第１先端面で積み重ねた金属板部材を支持させると共に、上記第２回転手段によって上記第２回転ツールをその軸心回りに回転させながら、上記押圧手段によって第２突出部を該金属板部材に押し込んだ後、上記移動手段によって上記第１回転ツールの第１突出部を第１先端面よりも前進させて上記金属板部材に押し込み、両回転ツールの摩擦熱によって軟化させ、接合部位を塑性流動させて接合する制御手段とを備えていることを特徴とする摩擦点接合装置。
6. 請求項５に記載の摩擦点接合装置において、
   上記制御手段は、上記第２回転ツールの第２先端面が上記金属板部材に当接したときに、上記移動手段によって上記第１回転ツールの第１突出部を前進させるように構成されていることを特徴とする摩擦点接合装置。
7. 請求項５又は６に記載の摩擦点接合装置において、
   上記制御手段は、上記第１回転ツールの第１突出部を前進させたときに、上記第１回転手段によって該第１回転ツールの回転数を増加させるように構成されていることを特徴とする摩擦点接合装置。

Images