JP2006043720A - 摩擦点接合方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受け具側に凹痕が付いたり、接合部付近が熱変形したりすることを効果的に抑制することができる摩擦点接合方法およびその装置を提供する。
【解決手段】 回転ツール４と、受け具５とを移動可能であるように準備し、金属部材Ｗ２と受け具５との間に、直接受け面１５ａが受け具５の受け面５ａよりも広い面積を有する中間受け治具１５を準備し、各接合位置Ｐ１において、重ねられた金属部材Ｗ１，Ｗ２と中間受け治具１５とを当接させるとともに中間受け治具１５を加熱手段１６で加熱し、回転ツール４と受け具５とを各接合位置Ｐ１に順次移動させ、回転ツール４を回転させながら受け具５側に移動させ、その先端部４ｂで金属部材Ｗ１，Ｗ２を押圧するとともに、中間受け治具１５を介して受け具５で押圧力を受け、金属部材Ｗ１、Ｗ２を摩擦熱で軟化させて塑性流動を生じさせ、この金属部材Ｗ１，Ｗ２同士を接合させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、摩擦接合の方法およびその装置に関し、特に、金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる摩擦点接合方法およびその装置に関する。

金属部材同士の接合方法として、摩擦接合が近年注目されている。これは、金属部材を重ね、その重ね方向一方側の金属部材に対して回転ツールを回転させながら当接させ、押圧する接合方法である。一般的に、回転ツールは略円柱状であり、その中心軸が回転軸、端面が押圧面とされる。この接合方法によれば、回転ツールの回転と押圧とにより、回転ツールと金属部材との間に摩擦熱が発生し、その摩擦熱によって金属部材が軟化し、塑性流動を引き起こす。その結果、重ねられた金属部材同士が固相接合される。

摩擦接合には、一回の接合に際し、回転ツールを軸方向（押圧方向）にのみ動かして、一点でスポット的に接合させるもの（当明細書では、これを摩擦点接合と称する）と、回転ツールを軸方向に動かして押圧しつつ、接合面と平行にも動かして連続線状に接合させるもの（当明細書では、これを摩擦連続接合と称する）とがある。

図９は、従来の摩擦点接合方法によって金属部材（アルミニウム板）同士を接合する場合の説明図である。（ａ）は接合直前の状態を示す部分断面図であり、（ｂ）は接合後のアルミニウム板の接合状態を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、２枚の金属部材として第１アルミニウム板Ｗ１と第２アルミニウム板Ｗ２とが重ねられ（以下これらを総称するときはワークＷ１，Ｗ２という）、受け具５が第２アルミニウム板Ｗ２に当接している。そして回転ツール４が回転しながら受け具５に向かって移動する（回転ツール４の動きを矢印で示している）。この後、さらに回転ツール４が移動すると、まず先端突起４ａが第１アルミニウム板Ｗ１に当接し、センタリングを行いつつ押圧を開始する。さらに移動が進むと、先端面４ｂが第１アルミニウム板Ｗ１に当接し、その回転と押圧とによって大きな摩擦熱を発生させる。この摩擦熱でワークＷ１，Ｗ２が軟化し、塑性流動が生じる。図９（ｂ）に示すように、ワークＷ１，Ｗ２は、回転ツール４の押圧によって周囲に押し上げられるように流動し、互いに複雑な形状となって固相接合している。

なお、受け具５の受け面５ａの面積は、回転ツール４の先端面４ｂの面積と同等（同形状）ないし僅かに広い程度とするのが良い。受け面５ａの面積が広すぎると、回転ツール４とワークＷ１，Ｗ２との間に生じる摩擦熱が受け具５側に大量に流出し、ワークＷ１，Ｗ２の温度が摩擦点接合に必要な温度まで上昇し難くなるからである。

摩擦点接合の応用例として、特許文献１には、多関節ロボットの先端に回転ツールと受け具とを備え、複数の接合位置で順次摩擦点接合を行い、板状の金属部材同士を接合させるものが示されている。多関節ロボットを用いることにより、接合位置や接合面の向きが３次元的に変化していても、それに容易に対応することができる。

また摩擦連続接合の例として、特許文献２には、受け具に相当する裏当材を用い、この裏当材が接合範囲（回転ツールが押圧しながら接合面に平行に動く範囲）の全域で押圧力を受けるようにしたものが開示されている。裏当材が金属部材に当接する面積は、摩擦点接合の場合に比べて必然的に広くなる。そこで裏当材からの熱の流出を防止するため、裏当材の材質を低熱伝導率のものとしたり、ヒータ等の加熱手段を内蔵させたりしている。
特開２００１−３１４９８３号公報 特開２００２−７９３８３号公報

しかしながら、上記摩擦点接合には、受け具側の金属部材に受け具が食い込み、凹痕が付き易いという問題があった。上記の例では、図９（ｂ）に示す凹痕Ｗ２ａがこれに相当する。すなわち、回転ツール４の押圧によって第２アルミニウム板Ｗ２と受け具５との間の面圧が上昇するので、受け具５が第２アルミニウム板Ｗ２に食い込み、その凹痕Ｗ２ａが残るのである。また、接合部付近が摩擦熱によって僅かに歪み、これによって接合部の周囲に変形が生じやすくなるという問題もあった。このような凹痕や熱変形のため、外観を重視する部品（例えば自動車ドアのアウタパネル等）の外部に露出する部位にこの摩擦点接合を用いると、その外観を損ねる虞があった。

この問題は、一見、上記従来の摩擦連続接合を行うことによって解決可能であるように思われる。しかしそれは、例えば平板同士を接合する場合のような限られた条件下において有効な対策となり得ても、例えば自動車ドアのインナーパネルとアウターパネルとの接合のように、３次元的に湾曲あるいは屈曲した板状体同士を接合するような場合には有効な対策となり得ない。なぜなら、３次元的に湾曲あるいは屈曲した板状体同士を接合するような場合には、摩擦点接合を用いる工程上の利点が大であるため、摩擦連続接合を行って上記工程上の利点を享受しないのは得策ではないからである。

工程上の利点とは、摩擦連続接合が板状体の形状に沿った専用の裏当材を必要とするのに対し、摩擦点接合では回転ツールに対応する１種類の受け具だけを準備すれば良い点である。特に形状の異なる複数種類のドアパネルを製造するような場合、摩擦連続接合ではそれぞれのドアパネルごとに専用の裏当材を用意しなければならず、工程の自由度が低くなる。これに対し、摩擦点接合では、特許文献１に示すような多関節ロボットを用いることにより、いかなる少量多品種のドアパネルであってもデータ変更のみで容易に対応することができ、工程の自由度を格段に高めることができる。

また、摩擦点接合は摩擦連続接合に比べて、接合部の合計範囲が狭く、合計接合時間を短縮できる点も工程上の利点である。

従って、上記のような摩擦点接合の工程上の利点を享受しつつ、上記凹痕や熱変形が生じないようにすることが望まれていた。

本発明は以上のような事情に鑑み、受け具側に凹痕が付いたり、接合部付近が熱変形したりすることを効果的に抑制することができる摩擦点接合方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の摩擦点接合方法は、複数の金属部材を重ね、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる摩擦点接合方法であって、上記金属部材の一方の側から回転しつつ押圧する回転ツールと、上記金属部材の他方の側から上記回転ツールの押圧力を受ける受け具とを上記各接合位置間の移動が可能であるように準備し、上記金属部材と上記受け具との間に介在させる治具であって、上記金属部材に当接する直接受け面が、上記受け具の受け面よりも広い面積を有する中間受け治具を準備し、上記各接合位置において、重ねられた上記金属部材と上記中間受け治具とを当接させるとともに該中間受け治具を加熱し、上記回転ツールと上記受け具とを上記各接合位置に順次移動させ、該各接合位置において、上記回転ツールを回転させながら上記受け具側に移動させ、その先端部で上記金属部材を押圧するとともに、上記中間受け治具を介して上記受け具で押圧力を受け、上記金属部材を上記回転ツールとの間に発生する摩擦熱で軟化させて塑性流動を生じさせ、該金属部材同士を接合させることを特徴とする。

この方法は、上記複数の金属部材が、予め３次元形状にプレス成形された金属板部材である場合に用いると好適である。

また上記金属板部材が３枚以上重ねられ、これらの金属板部材同士を摩擦点接合する場合にも適用することができる。

また上記課題を解決するための本発明の摩擦点接合装置は、複数の金属部材を重ね、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる摩擦点接合装置であって、上記金属部材の一方の側から回転しつつ押圧する回転ツールと、上記金属部材の他方の側から上記回転ツールの押圧力を受ける受け具と、上記金属部材と上記受け具との間に介在され、上記金属部材に当接する直接受け面が、上記受け具の受け面よりも広い面積を有する中間受け治具と、上記中間受け治具を加熱する加熱手段と、上記回転ツールと上記受け具とを上記各接合位置に順次移動させる移動手段と、上記回転ツールを回転させながら上記受け具側に移動させ、その先端部で上記金属部材を押圧し、これにより発生する摩擦熱で上記金属部材を軟化させて塑性流動を生じさせ、該金属部材同士を接合させる回転ツール駆動手段とを備えることを特徴とする。

上記中間受け治具は、上記加熱手段を内蔵しており、該加熱手段は、上記回転ツールの回転軸方向と合致する接合軸線上に相当する位置に設けられているようにすれば好適である。

また上記中間受け治具は、上記各接合位置にそれぞれ配設されているようにすれば好適である。

さらに上記中間受け治具は、上記直接受け面と垂直な方向の移動が自在な状態で配設されているようにすれば好適である。

上記移動手段は、上記回転ツールおよび上記受け具を装着可能なロボットであるようにすれば好適である。

本発明の摩擦点接合方法によれば、重ねられた複数の金属部材を、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次摩擦点接合することができる。すなわち、例えば予め３次元形状にプレス成形された金属板部材を接合する場合であっても、専用の裏当材等を準備する必要がなく、工程自由度の高い接合を行うことができる。

その際、回転ツールの押圧力を直接受ける中間受け治具の直接受け面の面積が、受け具の面積よりも大きいので、面圧が低減される。従って、金属部材の中間受け治具への食い込みが抑制される。或いは直接受け面の面積が充分広くなるように設定することにより、この食い込みを実用上なくすことも容易である。従って、金属部材の受け具側に凹痕を生じさせないようにすることができる。さらに接合部付近を広い面積で受けるため、接合部の周囲の熱変形も効果的に抑制することができる。

しかも、中間受け治具は接合前に予め加熱されているので、直接受け面の面積が広くても、回転ツールと金属部材との間に生じる摩擦熱が中間受け部側に流出することが抑制されている。従って金属部材の温度を摩擦点接合に必要な温度まで容易に上昇させることができる。

このように、摩擦点接合によって工程上の自由度を高めつつ、受け具側に凹痕が付いたり、接合部付近が熱変形したりすることを効果的に抑制することができる。この受け具側の接合面を、自動車ドアのアウターパネル等の外部に露出する部位に使用しても外観を損ねることがなく、高い商品性を得ることができる。

なお、この摩擦点接合方法は、２枚の金属部材同士を接合する場合のみならず、３枚以上重ねられた金属板部材同士を接合する場合にも同様の効果を得ることができる。

また、本発明の摩擦点接合装置によれば、上記摩擦点接合方法を具体的に効率良く実施することができる。

この摩擦点接合装置において、中間受け治具が加熱手段を内蔵しており、その加熱手段は、回転ツールの回転軸方向と合致する接合軸線上に相当する位置に設けられているように構成すれば、摩擦熱の流出経路にあたる中間受け治具内部の接合軸線沿いの部分を直接加熱することになるので、より効果的に摩擦熱の流出を抑制することができる。

この装置の中間受け治具は、受け具と一体化して可動側（移動手段によって移動可能とされるユニット）に設けた構成としても良く、金属部材を固定する治具側（固定側）に設けても良い。中間受け治具を固定側に設けた場合には、可動側の構成を、中間受け治具を用いない摩擦点接合の構成（従来技術の構成）と同一にすることができる。従って、中間受け治具を使用する場合と使用しない場合（多少の凹痕や熱変形が許容される部位には必ずしも使用しなくて良い）との段取り替えが容易となる。また同一工程内に、中間受け治具を使用する部位と使用しない部位とを共存させることも容易となる。

また中間受け治具を固定側に設けた場合、その中間受け治具が、上記各接合位置にそれぞれ配設されているように構成すれば、接合位置以外の箇所に中間受け治具を設ける必要がない。つまり中間受け治具の総体積を必要最小限とすることができるので加熱効率を向上させることができる。また、直接受け面の形状（曲率等）が異なる数種類の中間受け治具を予め準備しておき、金属部材の形状に応じて中間受け治具を選択使用するというような中間受け治具の標準化を図り、生産効率をより高めることができる。

また、中間受け治具を、直接受け面と垂直な方向の移動が自在な状態で配設すると、接合時の金属部材の押圧方向の微小な変形に対して柔軟に追従することができ、回転ツールから受け具までの部材間に隙間が空くことを確実に防止することができる。すなわち回転ツールの押圧力を常に完全に受け具で受けることができるので、安定的に適正な接合を得ることができる。

そして、上記移動手段が、上記回転ツールおよび上記受け具を装着可能なロボットであるように構成すれば、接合位置や接合面の向きが３次元的に変化していても、ロボットの制御データを変更するだけで、容易に対応することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る摩擦点接合装置５０の、可動側装置構成５０ａの概略構成図である。摩擦点接合装置５０は、図１に示す可動側装置構成５０ａと、図５に示す固定側装置構成５０ｂ（主に受けブロック１５とヒータ１６とからなる）とで構成されている。摩擦点接合装置５０は、複数の金属部材を重ね、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる装置である。当実施形態における金属部材は、予め３次元形状にプレス成形された金属板部材であり、具体的にはアルミニウム合金などからなる第１アルミニウム板Ｗ１と第２アルミニウム板Ｗ２（図７（ａ）参照）である。なお以下第１アルミニウム板Ｗ１と第２アルミニウム板Ｗ２とを総称するときはワークＷ１，Ｗ２という。

まず可動側装置構成５０ａについて説明する。図１に示すように、可動側装置構成５０ａは、ロボット２と、そのロボット２の手首に取付けられる接合ガン１と、それらを制御する制御盤３とを備えている。

接合ガン１には、接合用工具６が装着されている。接合用工具６は、後に詳述する通り、接合軸Ｃ上においてワークＷ１，Ｗ２を摩擦点接合するための工具である。

ロボット２として、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３次元的に移動させる移動手段として機能する。

制御盤３は、ロボット２にハーネス３１を介して接続されると共に、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に搭載された後述の回転軸モータ１１及び接合軸モータ１２の２軸の合計８軸を同期制御するように構威されている。

図２は接合ガン１の正面図、図３は図２に示す接合ガン１の左側面図である。これらの図に示すように、接合ガン１は、主にフレーム７と接合ユニット８とからなる。フレーム７は、取付け部７ａと、アーム部７ｂとを備えている。取付け部７ａの上面にはロボット２の手首に取付けるためのロボット取付け部９が設けられている。また取付け部７ａの側面には接合ユニット８が設けられている。アーム部７ｂは略Ｌ字状に形成されており、その一端側が取付け部７ａの下端部に取付けられている一方、他端側は、接合ユニット８の配置側へと延びており、その他端側の先端部には、接合用工具６の一部として、回転ツール４の押圧力を受ける受け具５が設けられている。

接合ユニット８は、回転ツール４の回転動作と押圧動作とにより摩擦点接合を行うように構成された回転ツール駆動手段であって、駆動機構４１と、回転用駆動源としての回転軸モータ１１と、押圧用駆動源としての接合軸モータ１２と、接合動作部１３とを備えている。接合動作部１３の下端には、接合用工具６の一部としての回転ツール４が設けられている。

駆動機構４１は、ケース４２の内部に接合動作部１３の上部を格納し、この接合動作部１３をケース４２に対し（即ちフレーム７に対し）回転自在かつ接合軸Ｃ方向の移動自在に支持している。そして、回転軸モータ１１の動力および接合軸モータ１２の動力が、カバー４５の内部に備える図外のベルト機構等によって接合動作部１３に伝達されるように構成されている。

回転軸モータ１１は、回転ツール４を回転させるための動力源であって、駆動機構４１を介して接合動作部１３を回転軸Ｒまわりに回転させる。回転軸モータ１１としては、インダクションモータやサーボモータを用いるのが好適である。

接合軸モータ１２は、回転ツール４でアルミニウム板Ｗ１を押圧するための動力源であって、駆動機構４１を介して接合動作部１３を接合軸Ｃに沿って移動させる。接合軸Ｃは回転軸Ｒと合致するように設定されている。接合軸モータ１２としてはサーボモータを用いるのが好適である。

回転ツール４は、略円柱状に成形され、その中心軸が回転軸Ｒと合致するように接合動作部１３に着脱可能に装着されている。回転ツール４の先端面４ｂは、ワークＷ１，Ｗ２を押圧する押圧面となっている。先端面４ｂの中央には、押圧時に主にセンタリングを行うための先端突起４ａが設けられている。回転ツール４は、外径や先端面４ｂの形状が異なるものが複数種類準備されており、接合条件（板厚等）に応じて最適なものを選択して接合動作部１３に装着できるようになっている。

受け具５は略円柱状で、その中心軸が接合軸Ｃと合致するようにアーム部７ｂに固定されている。受け具５は、対応する回転ツール４と同径ないし僅かに大きい径のものを選択してアーム部７ｂに装着できるようになっている。

図４は、当実施形態で接合する第１アルミニウム板Ｗ１と第２アルミニウム板Ｗ２とを、より具体的に示すアルミニウム合金製のドアパネル６０の斜視図である。ドアパネル６０は、主にインナーパネル６１（第１アルミニウム板Ｗ１に相当）とアウターパネル６２（第２アルミニウム板Ｗ２に相当）とからなる。インナーパネル６１とアウターパネル６２とは多数の接合位置Ｐ１，Ｐ１，・・・，Ｐ２，Ｐ２・・・（以下それぞれＰ１，Ｐ２と記す）で摩擦点接合される。ドアパネル６０は、自動車のリヤドアとして使用されるが、図４に示す接合位置Ｐ１は、その前縁に相当し、図外のフロントドアとの重合部に配されている。したがって、フロントドアを閉めた状態では接合位置Ｐ１の接合部が隠れるが、フロントドアを開けた状態では接合位置Ｐ１の接合部が外部に露出するようになっている。

図５は、ドアパネル６０を治具にセットした状態を示す部分断面図であり、ドアパネル６０については図４のIII−III位置の断面を示す。ドアパネル６０は、インナーパネル６１とアウターパネル６２とが接合位置Ｐ１周辺で重ねられた状態で、インナーパネル６１を上側にしてワーク支持具２５および受けブロック１５に支持されている。ワーク支持具２５は、第２アルミニウム板Ｗ２の全面に亘って複数の適所に設けられている。ワーク支持具２５はボルト２３でイケール２６に固定され、イケール２６は治具ヘッド２８に固定されている。

受けブロック１５は、特に接合位置Ｐ１でドアパネル６０を支持する部材である。図６は、受けブロック１５の周辺を示す拡大斜視図である。受けブロック１５の周辺の支持構造について図６も参照しつつ説明する。

受けブロック１５は、接合位置Ｐ１でドアパネル６０のアウターパネル６２側を支持する部材であるとともに、接合時にはアウターパネル６２と受け具５との間に介在する中間受け治具として機能する。受けブロック１５は、磨耗防止の表面処理が施された鋼からなる略直方体のブロックである。受けブロック１５の上面はアウターパネル６２に直接当接する直接受け面１５ａとなっており、下面は受け具５の受け面５ａと当接するブロック下面１５ｃとなっている。直接受け面１５ａは、受け具５の受け面５ａよりも充分広い面積を有している。受けブロック１５の側面視両側には、ブロック下面１５ｃよりも下方に延びる一対のブロック脚部１５ｂが形成されている。従って、受けブロック１５は全体として側面視でコ字形状をなしている（図６参照）。

受けブロック１５の直接受け面１５ａとブロック下面１５ｃとの間で、接合軸Ｃ上に相当する位置にはヒータ１６が内蔵されている。ヒータ１６は、コード１７を介して図外の電源に接続されており、電源オンで受けブロック１５を加熱する加熱手段となっている。受けブロック１５とヒータ１６とは、摩擦点接合装置５０の固定側装置構成５０ｂを構成している。

受けブロック１５は、受けブロック支持具２０に支持されている。受けブロック支持具２０はボルト２３でイケール２１に固定されており、イケール２１は治具ヘッド２８に固定されている。受けブロック支持具２０の上部には、ブロック脚部１５ｂが嵌挿される一対の脚部ケース２０ａが形成されている。受けブロック１５は、ブロック脚部１５ｂを脚部ケース２０ａに嵌挿することによって受けブロック支持具２０に支持されているが、完全には固定されておらず、所定範囲内（５〜１０ｍｍ）で上下方向（直接受け面１５ａと垂直な方向）に移動可能となっている。

なお、主に受けブロック１５およびヒータ１６からなる固定側装置構成５０ｂは、接合位置Ｐ１ごとにそれぞれ設けられている。受けブロック１５の形状、特に直接受け面１５ａの形状（曲率等）は、当接する部位のアウターパネル６２の形状に応じて、個別に変更しても良い。或いは、直接受け面１５ａの形状が異なる数種類の受けブロック１５を予め準備しておき、当接する部位のアウターパネル６２の形状に応じて受けブロック１５を選択使用するような標準化を行っても良い。

受けブロック支持具２０は、１台で複数の受けブロック１５を支持できるように構成しても良い。同様にイケール２１は、１台で複数の受けブロック支持具２０を固定できるように構成しても良い。

次に、摩擦点接合装置５０を用いて、インナーパネル６１（第１アルミニウム板Ｗ１）とアウターパネル６２（第２アルミニウム板Ｗ２）とを摩擦点接合する方法（摩擦点接合装置５０の作動）について説明する。

ます可動側装置構成５０ａ側の準備として、接合条件（インナーパネル６１およびアウターパネル６２の板厚等）に応じ、回転ツール４および受け具５を適宜選択し、それぞれ接合動作部１３およびアーム部７ｂに装着する。また接合位置Ｐ１，Ｐ２の全ての３次元的位置データ（接合軸Ｃの方向を含む）を制御盤３に入力する。

一方、固定側装置構成５０ｂ側の準備として、ドアパネル６０を図５に示すようにワーク支持具２５および受けブロック１５に支持された状態にして位置決めし、固定する。そしてコード１７に接続されている図外のヒータ電源をオンにし、ヒータ１６を作動させ、受けブロック１５を加熱する。

準備完了後、ロボット２は接合ガン１を順次接合位置Ｐ１に移動させ、摩擦点接合を行う。接合位置Ｐ１で摩擦点接合を行う際には、まずアーム部７ｂ（フレーム７）を作動させて受け具５の受け面５ａと受けブロック１５のブロック下面１５ｃとを当接させる（図７（ａ）参照）。この図７（ａ）に示す状態から、回転ツール４を回転させながら受け具５側に移動させる。すると、まず先端突起４ａがインナーパネル６１に当接してセンタリングを行い、続いて、より広い面積を有する先端面４ｂがインナーパネル６１に当接する。

先端面４ｂがインナーパネル６１に当接すると、回転ツール４の回転と押圧とによって大きな摩擦熱が発生する。この摩擦熱でインナーパネル６１が軟化し、塑性流動が生じてインナーパネル６１とアウターパネル６２とが固相接合される。

回転ツール４をインナーパネル６１に押圧すると、その押圧力によって接合部付近が一時的に僅かに変形し、受けブロック１５から浮き上がろうとすることがある。そのような場合でも、受けブロック１５が上下動自在とされていることにより、上下方向の変形に柔軟に追従することができる。つまり回転ツール４から受け具５までの部材間に隙間が空くことを確実に防止することができる。こうして回転ツール４の押圧力を常に完全に受け具５で受けることができるので、安定的に適正な接合を得ることができる。

所定時間（０．６〜０．８ｓ程度）の押圧後、接合ユニット８が回転ツール４を回転させながら受け具５から遠ざける方向に移動させ、接合が完了する。

図７（ｂ）は、接合後のインナーパネル６１及びアウターパネル６２の接合状態を示す断面図である。この図に示すように、インナーパネル６１及びアウターパネル６２は、回転ツール４の押圧によって周囲に押し上げられるように流動し、互いに複雑な形状となって固相接合している。ここで、アウターパネル６２の受け具５側（受けブロック１５側）には従来見られた凹痕（図９（ｂ）に示す凹痕Ｗ２ａ参照）が見られない。これは、受け具５の受け面５ａよりも充分広い面積を有する受けブロック１５の直接受け面１５ａで押圧力を受けるようにしたため、面圧が低下したことによる。また、接合部付近を広い面積で受けているため、従来見られた接合部の周囲の熱変形が抑制されている。

こうしてドアパネル６０は、アウターパネル６２上で外部に露出する接合位置Ｐ１の接合部が、凹痕や熱変形のない平滑な面となっているので、外観を損ねることがなく、高い商品性が得られている。

なお、受けブロック１５がヒータ１６によって予め加熱されるので、直接受け面１５ａの面積が大きくても、回転ツール４とインナーパネル６１やアウターパネル６２との間に生じる摩擦熱が受けブロック１５側に流出することが効果的に抑制されている。しかもヒータ１６が受けブロック１５に内蔵されており、熱の流出経路である接合軸Ｃ上に相当する位置に配設されているので、一層効果的に熱の流出が抑制されている。従って、インナーパネル６１及びアウターパネル６２の温度を摩擦点接合に必要な温度まで容易に上昇させることができ、適正な接合がなされるようになっている。

当該接合位置Ｐ１での接合が完了すると、ロボット２が接合ガン１を次の接合位置Ｐ１または接合位置Ｐ２へ移動させ、順次同様に接合を行わせる。このとき、接合位置Ｐ１，Ｐ２の位置や接合軸Ｃの方向が３次元的に変化していても、制御盤３に入力済みの制御データに基づき、的確かつ迅速に接合を行わせることができる。

また、接合位置Ｐ１では受けブロック１５を用いた摩擦点接合を行い、接合位置Ｐ２では受けブロック１５を用いない、従来の摩擦点接合を行うようにしても良い。その場合でも、可動側装置構成５０ａの構成は共通なので、段取り替え等の作業を必要とせず、接合位置Ｐ１での接合後、直ちに自動的に接合位置Ｐ２での接合に移行することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態における摩擦点接合の説明図であり、（ａ）は接合直前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は接合後の状態を示す断面図である。なお当実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

当実施形態の摩擦点接合装置５０は、接合動作部１３に３枚接合用の回転ツール４’が装着されている点を除いては第１実施形態の装置と同様なので詳細な説明を省略する。回転ツール４’は、先端部に先端突起４ａを有し、さらに先端面４ｂ’が段付き構造（２段）になっている。

３枚の金属部材は、回転ツール４’に近い方から、第１アルミニウム板Ｗ１、第３アルミニウム板Ｗ３、第２アルミニウム板Ｗ２（総称するときはワークＷ１，Ｗ３，Ｗ２という）の順に重ねられている。第２アルミニウム板Ｗ２の下面は受けブロック１５の直接受け面１５ａに当接している。

接合に際しては、第１実施形態と同様、まず予めヒータ１６で受けブロック１５を加熱しておき、受け具５で受けブロック１５を支持する。次に回転ツール４’を回転させるとともに受け具５側に移動させる。そして先端突起４ａを第１アルミニウム板Ｗ１に当接させ、さらに押圧して先端面４ｂ’を第１アルミニウム板Ｗ１から第３アルミニウム板Ｗ３へと当接させ、大きな摩擦熱を発生させる。この摩擦熱はヒータ１６の加熱によって受けブロック１５側への流出が抑制されているので、ワークＷ１，Ｗ３，Ｗ２の温度を充分高め、軟化させ、塑性流動を生じさせて互いに固相接合させることができる。

図８（ｂ）に示すように、第１アルミニウム板Ｗ１，第３アルミニウム板Ｗ３および第２アルミニウム板Ｗ２は、回転ツール４’の押圧によって周囲に押し上げられるように流動し、互いに複雑な形状となって固相接合している。そして第１実施形態と同様、第２アルミニウム板Ｗ２には直接受け面１５ａによる凹痕や熱変形がなく、平滑な面が維持されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変形を行っても良い。例えば、金属部材の材質として、必ずしもアルミニウムに限定するものではなく、マグネシウム、銅その他の材質であっても良い。また接合する金属部材は４枚以上の金属板部材であっても良い。

また、直接受け面１５ａの面積は、回転ツール４の押圧力の大きさ、金属部材の強度、凹痕や熱変形の許容レベル等に応じて適宜設定すれば良いが、ヒータ１６への供給電力の増大を抑制するため、また治具レイアウトの自由度を高めるためにも必要最小限の広さとすることが望ましい。

本発明の第１実施形態に係る摩擦点接合装置の可動側装置構成の概略図である。 上記実施形態の接合ガンの正面図である。 図２に示す接合ガンの左側面図である。 接合する具体的な金属部材であるドアパネルの斜視図である。 インナーパネルとアウターパネルとからなるドアパネルを治具にセットした状態を示す部分断面図である。 受けブロック（中間受け治具）の周辺を示す拡大斜視図である。 インナーパネルとアウターパネルとの摩擦点接合の説明図であって、（ａ）は接合直前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は接合後の状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る、３枚の金属板部材を接合する場合の説明図であって、（ａ）は接合直前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は接合後の状態を示す断面図である。 従来技術の摩擦点接合の説明図であって、（ａ）は接合直前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は接合後の状態を示す断面図である。

符号の説明

２ ロボット（移動手段）
４ 回転ツール
４ｂ 先端面
５ 受け具
５ａ 受け面
８ 接合ユニット（回転ツール駆動手段）
１５ 受けブロック（中間受け治具）
１５ａ 直接受け面
１６ ヒータ（加熱手段）
５０ 摩擦点接合装置
Ｃ 接合軸
Ｐ１，Ｐ２ 接合位置
Ｒ （回転ツールの）回転軸
Ｗ１ 第１アルミニウム板（金属部材、金属板部材）
Ｗ２ 第２アルミニウム板（金属部材、金属板部材）
Ｗ３ 第３アルミニウム板（金属部材、金属板部材）

Claims (8)

1. 複数の金属部材を重ね、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる摩擦点接合方法であって、
   上記金属部材の一方の側から回転しつつ押圧する回転ツールと、上記金属部材の他方の側から上記回転ツールの押圧力を受ける受け具とを上記各接合位置間の移動が可能であるように準備し、
   上記金属部材と上記受け具との間に介在させる治具であって、上記金属部材に当接する直接受け面が、上記受け具の受け面よりも広い面積を有する中間受け治具を準備し、
   上記各接合位置において、重ねられた上記金属部材と上記中間受け治具とを当接させるとともに該中間受け治具を加熱し、
   上記回転ツールと上記受け具とを上記各接合位置に順次移動させ、
   該各接合位置において、上記回転ツールを回転させながら上記受け具側に移動させ、その先端部で上記金属部材を押圧するとともに、上記中間受け治具を介して上記受け具で押圧力を受け、上記金属部材を上記回転ツールとの間に発生する摩擦熱で軟化させて塑性流動を生じさせ、該金属部材同士を接合させることを特徴とする摩擦点接合方法。
2. 上記複数の金属部材は、予め３次元形状にプレス成形された金属板部材であることを特徴とする請求項１記載の摩擦点接合方法。
3. 上記金属板部材が３枚以上重ねられ、これらの金属板部材同士を摩擦点接合することを特徴とする請求項２記載の摩擦点接合方法。
4. 複数の金属部材を重ね、該金属部材上に点在する複数の接合位置で、順次該金属部材同士を摩擦接合させる摩擦点接合装置であって、
   上記金属部材の一方の側から回転しつつ押圧する回転ツールと、
   上記金属部材の他方の側から上記回転ツールの押圧力を受ける受け具と、
   上記金属部材と上記受け具との間に介在され、上記金属部材に当接する直接受け面が、上記受け具の受け面よりも大きな面積である中間受け治具と、
   上記中間受け治具を加熱する加熱手段と、
   上記回転ツールと上記受け具とを上記各接合位置に順次移動させる移動手段と、
   上記回転ツールを回転させながら上記受け具側に移動させ、その先端部で上記金属部材を押圧し、これにより発生する摩擦熱で上記金属部材を軟化させて塑性流動を生じさせ、該金属部材同士を接合させる回転ツール駆動手段とを備えることを特徴とする摩擦点接合装置。
5. 上記中間受け治具は、上記加熱手段を内蔵しており、該加熱手段は、上記回転ツールの回転軸方向と合致する接合軸線上に相当する位置に設けられていることを特徴とする請求項４記載の摩擦点接合装置。
6. 上記中間受け治具は、上記各接合位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項４または５記載の摩擦点接合装置。
7. 上記中間受け治具は、上記直接受け面と垂直な方向の移動が自在な状態で配設されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の摩擦点接合装置。
8. 上記移動手段は、上記回転ツールおよび上記受け具を装着可能なロボットであることを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の摩擦点接合装置。

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