JP2007083295A - Method and device for treating rotary tool of friction spot welding device - Google Patents

Method and device for treating rotary tool of friction spot welding device Download PDF

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健治 高瀬
Toshiyuki Gendo
俊行 玄道
Yohei Shoji
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently remove deposits by performing an adequate treatment when a part of a workpiece is deposited on a shoulder part of a rotary tool. <P>SOLUTION: In a rotary tool treatment device 60 of a friction spot welding device, a plurality of metallic members overlap each other, and a rotary tool 16 is rotatably pressed against the metallic members to perform the spot welding. The rotary tool treatment device 60 comprises a driving means for rotatably pressing the rotary tool 16 against the metallic members, a moving means for moving the rotary tool 16 to the welding position, a detection means for detecting any deposition state of the metallic members on a shoulder part 16b, and a control means which locates the rotary tool 16 facing a metallic member W3 for treatment by the moving means when the detection signal by the detection means indicates the deposition state of a predetermined value or over, presses a pin part 16c and a shoulder part 16b against the metallic member W3 for treatment while rotating the rotary tool 16 by the driving means, and performs the operation of removing deposits W1a. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、回転工具を用いて当該金属部材同士を摩擦熱でスポット接合させる摩擦点接合装置に関し、詳しくは、その回転工具に金属部材が凝着したときに適切に処理する回転工具処理方法及び装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a friction point welding apparatus that stacks a plurality of metal members and spot-joins the metal members with frictional heat using a rotary tool, and more specifically, when a metal member adheres to the rotary tool. The present invention relates to a rotating tool processing method and apparatus.

近年、自動車のボディ等においては、軽量化等を目的として、アルミニウム合金材料等
が多く採用されるようになり、それに伴い、例えばアルミニウム合金材料からなる部材同士を接合させたり、アルミニウム合金材料からなる部材と鉄や鋼材料等からなる部材とを接合させたりする機会が多くなってきている。このような接合を溶接で行うことは困難であるため、通常はリベット接合が行われるが、このリベット接合ではコストが高くなる。
2. Description of the Related Art In recent years, aluminum alloy materials and the like have come to be widely used in automobile bodies and the like for the purpose of weight reduction and the like, for example, members made of aluminum alloy materials are joined together or made of aluminum alloy materials. Opportunities for joining members and members made of iron or steel materials are increasing. Since it is difficult to perform such joining by welding, rivet joining is usually performed, but this rivet joining increases the cost.

そこで、このような接合を低コストで行うのに好適な方法として、摩擦点接合が知られている。この方法は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながらピン部およびショルダ部を金属部材に押圧し、摩擦熱でこの金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させるものである。この接合は、ワーク(接合対象の金属部材)を融点以下の温度で固相接合(溶融を伴わない固相状態のままの接合)するものである。   Therefore, friction point welding is known as a suitable method for performing such joining at a low cost. In this method, a plurality of metal members are overlapped, the pin part and the shoulder part are pressed against the metal member while rotating the rotary tool provided with the pin part protruding from the shoulder part, and the metal member is softened by frictional heat. The metal members are spot-bonded by causing plastic flow. In this joining, workpieces (metal members to be joined) are solid-phase joined (joining in a solid state without melting) at a temperature equal to or lower than the melting point.

例えば特許文献1には、亜鉛メッキ鋼板とアルミニウム板とを摩擦点接合させる方法および装置が示されている。この特許文献1に示されるように、通常、回転工具は略円柱状であり、軸まわりに回転駆動させられる。そしてその略円柱の端部に形成されたショルダ部をワークに押圧するようになっている。ショルダ部の中心部には、微小突起であるピン部が形成されている。
特開2005−34879号公報
For example, Patent Document 1 discloses a method and apparatus for friction point bonding of a galvanized steel plate and an aluminum plate. As shown in Patent Document 1, a rotary tool is generally a columnar shape and is driven to rotate around an axis. And the shoulder part formed in the edge part of the approximate cylinder is pressed against a work. A pin portion which is a minute protrusion is formed at the center of the shoulder portion.
JP 2005-34879 A

例えばワークが自動車の各種パネル等である場合、その接合点は多数であるため、連続して摩擦点接合を行うことが効率的である。しかしながら、摩擦点接合を多数回繰り返すうちに、ショルダ部にワークの一部が凝着(付着)してしまう場合がある。例えば特許文献1に示されるような異種金属同士の接合の場合、ショルダ部は、ピン部を除く中央部がやや凹んだ形状である(環状凹部が形成されている)ことが好ましいが、このような場合、特にショルダ部への凝着が起こり易くなる。   For example, when the workpiece is an automobile panel or the like, since there are many joint points, it is efficient to perform friction point joining continuously. However, there is a case where a part of the workpiece adheres (attaches) to the shoulder portion while repeating the friction point joining many times. For example, in the case of joining dissimilar metals as shown in Patent Document 1, it is preferable that the shoulder portion has a shape in which the central portion excluding the pin portion is slightly recessed (an annular recess is formed). In such a case, adhesion to the shoulder portion is particularly likely to occur.

ショルダ部、特にピン部の周囲に多くの凝着物がある状態で摩擦点接合を行うと、接合時の回転工具の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具やその駆動機構、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。   When the friction spot welding is performed in a state where there are many adhered objects around the shoulder portion, in particular, the pin portion, the rotational runout of the rotary tool at the time of joining becomes large. Therefore, there is a possibility that the bonding quality is deteriorated. Moreover, there is a risk of damage to the rotary tool, its drive mechanism, or the surrounding jig.

本発明は、上記のような事情に鑑み、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる摩擦点接合装置の回転工具処理方法および装置を提供することを目的とする。   In view of the circumstances as described above, the present invention provides a rotation of a friction point joining apparatus capable of efficiently removing an adherent by performing an appropriate process when a part of a workpiece adheres to a shoulder portion of a rotary tool. An object is to provide a tool processing method and apparatus.

上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、少なくとも1回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする。   The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is that the plurality of metal members are overlapped, and the pin part and the shoulder part are attached to the metal member while rotating a rotary tool having a pin part protruding from the shoulder part. A rotary tool processing method for a friction point joining apparatus that softens the metal member with frictional heat and causes plastic flow to cause spot welding of the metal members, after at least one joining. In the adhesion state detection step of detecting the adhesion state of the metal member to the shoulder portion by a detecting means, and in the adhesion state detection step, when the adhesion state is detected to be a predetermined value or more. An agglomerated material removal step that is performed, wherein the agglomerated material removing step removes the agglomerated material by pressing the pin portion and the shoulder portion against the processing metal member while rotating the rotary tool. And characterized in that.

また請求項2に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、少なくとも1回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする。   In the invention according to claim 2, a plurality of metal members are overlapped, and the pin part and the shoulder part are pressed against the metal member while rotating a rotary tool provided with a pin part protruding from the shoulder part. In the rotary tool processing apparatus of the friction point welding apparatus that softens the metal member and causes the metal members to spot-bond by causing plastic flow, the pin part and the shoulder part are rotated while the rotary tool is rotated. A driving unit that presses against the metal member; the rotating tool; and the driving unit, and a moving unit that moves the rotating tool to a joining position; When the detection means for detecting the adhesion state of the metal member and the detection signal by the detection means indicate that the adhesion state is equal to or greater than a predetermined value, the rotation means performs the rotation process. Is disposed opposite to the processing metal member, and while the rotating tool is rotated by the driving means, the pin portion and the shoulder portion are pressed against the processing metal member to remove the adhered matter. And a control means for performing the operation.

また請求項3に係る発明は、請求項2記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the rotary tool processing apparatus of the friction point joining apparatus according to the second aspect, the detection means includes a detection plate disposed so as to be substantially in contact with the shoulder portion, and the shoulder portion. A displacement sensor that detects the amount of displacement of the detection plate when substantially contacting the detection plate, and the detection plate moves to the shoulder portion when the shoulder portion substantially contacts the detection plate. It is comprised so that it may displace by the displacement amount according to the adhesion state of said metal member.

また請求項4に係る発明は、請求項2または3記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the rotary tool processing apparatus of the friction point joining apparatus according to the second or third aspect, the shoulder portion is formed with an annular concave portion surrounding the pin portion. And

また請求項5に係る発明は、請求項2乃至4の何れか1項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置において、上記移動手段はロボットであることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the rotary tool processing apparatus for a friction point welding apparatus according to any one of the second to fourth aspects, the moving means is a robot.

請求項1の発明によると、以下説明するように、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。   According to the first aspect of the present invention, as described below, when a part of the workpiece adheres to the shoulder portion of the rotary tool, it is possible to efficiently remove the adhered matter by performing an appropriate process.

金属材料は比較的強固に凝着するため、純機械的な除去方法、例えばタガネ等を用いて除去する方法では除去が困難である。また除去できたとしても、回転工具の損傷を伴う懸念が大である。   Since the metal material adheres relatively firmly, it is difficult to remove by a pure mechanical removal method, for example, a method using a chisel or the like. Even if it can be removed, there is a great concern that the rotary tool is damaged.

しかし本発明によれば、凝着物除去工程を実行することにより、凝着した金属材料(凝着物)を軟化させ、塑性流動を起こさせて、これを処理用金属部材に転写することにより、回転工具を損傷することなく容易に凝着物を除去することができる。   However, according to the present invention, by performing the adhering substance removing step, the adhering metal material (adhesive substance) is softened, plastic flow is caused, and this is transferred to the processing metal member. Adhesives can be easily removed without damaging the tool.

また本発明によれば、凝着物除去工程を、所定値以上の凝着が検知された好適なタイミングで行うことができる。すなわち、凝着物除去工程の実行頻度を必要最小限とすることにより、効率化が図られる。   Moreover, according to this invention, an adhesion thing removal process can be performed at the suitable timing when adhesion more than a predetermined value was detected. That is, efficiency can be improved by minimizing the frequency of execution of the agglomerate removal step.

このように本発明によれば、回転工具のショルダ部にワークの一部が凝着したとき、適切な処理を行って効率良く凝着物を除去することができる。そして常に凝着状態を所定値以下に保つことにより、接合時の回転工具の回転振れが抑制されるので、接合品質の低下や、回転工具をはじめとする各部の損傷を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the present invention, when a part of the workpiece adheres to the shoulder portion of the rotary tool, it is possible to efficiently remove the adhered matter by performing an appropriate process. And by always keeping the adhesion state below the predetermined value, the rotational runout of the rotating tool during joining is suppressed, so it is possible to effectively suppress the deterioration of joining quality and damage to each part including the rotating tool. Can do.

請求項2の発明によると、当該摩擦点接合装置の回転工具処理装置は、請求項1について記した効果と同様の効果を奏する。   According to the invention of claim 2, the rotary tool processing device of the friction point joining device has the same effect as the effect described in claim 1.

請求項3の発明によると、検知プレートを介してショルダ部への凝着状態を検知することにより、凝着状態を検知プレートの変位に変換して変位センサに検知させることができる。従って容易に凝着状態を検知することができる。   According to the invention of claim 3, by detecting the adhesion state to the shoulder portion via the detection plate, the adhesion state can be converted into the displacement of the detection plate and detected by the displacement sensor. Therefore, the adhesion state can be easily detected.

またショルダ部の凝着状態を適宜増幅して検知プレートが変位するように構成することが容易にできるので、簡単な構造で検知精度を高めることができる。   In addition, since the detection plate can be easily displaced by appropriately amplifying the adhesion state of the shoulder portion, the detection accuracy can be improved with a simple structure.

請求項4の発明によると、比較的凝着の起こり易い環状凹部を有する回転工具に対して特に効果的に適用することができる。   According to invention of Claim 4, it can apply especially effectively with respect to the rotary tool which has the cyclic | annular recessed part which adhesion occurs easily.

請求項5発明によると、移動の自由度が高いロボットを移動手段とすることにより、凝着状態を検知する動作や凝着物除去動作を容易に行わせることができる。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, by using a robot having a high degree of freedom of movement as the moving means, it is possible to easily perform the operation of detecting the adhesion state and the operation of removing the adhered material. Further, these operations can be appropriately incorporated between the friction point joining operations of the workpieces so that the entire operation can be performed efficiently.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る摩擦点接合装置1について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the friction point joining apparatus 1 according to the present invention will be described.

図1は摩擦点接合装置1の概略構成図である。この摩擦点接合装置1は、主たる構成要素として、接合ガン10と、該接合ガン10を手首に備えるロボット40(移動手段)とを含んでいる。このロボット40としては、汎用される6軸垂直多関節型ロボットが好適に用いられる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a friction point welding apparatus 1. The friction point joining apparatus 1 includes a joining gun 10 and a robot 40 (moving means) including the joining gun 10 on a wrist as main components. As the robot 40, a general-purpose 6-axis vertical articulated robot is preferably used.

ロボット40は、ハーネス51を介して制御盤50と接続されている。また接合ガン10は、ハーネス52,54.55及び中継器53を介して制御盤50と接続されている。制御盤50内には制御ユニット50a(制御手段)が内蔵されており、ロボット40を制御して、接合ガン10が予め設定された所定の位置や傾きとなるように動作させる。また制御ユニット50aは、接合ガン10に搭載された、後述する押圧用モータ14および回転用モータ15(図2参照)を制御して、回転工具16および受け具17からなる接合用工具18に、予め設定された所定の動作を行わせる。   The robot 40 is connected to the control panel 50 via a harness 51. The joining gun 10 is connected to the control panel 50 via harnesses 52 and 54.55 and a relay 53. A control unit 50a (control means) is built in the control panel 50, and controls the robot 40 to operate the joining gun 10 so as to have a predetermined position and inclination set in advance. Further, the control unit 50a controls a pressing motor 14 and a rotating motor 15 (see FIG. 2), which will be described later, mounted on the joining gun 10, and the joining tool 18 including the rotating tool 16 and the receiving tool 17 A predetermined operation set in advance is performed.

図2は接合ガン10の正面図であり、図3は接合ガン10の側面図である。これらの図に示すように、接合ガン10は、ロボット40への取付ボックス11と、この取付ボックス11の下面から下方に延びるL字状のアーム12と、このアーム12の上方で取付ボックス11の側面に取り付けられた本体ケース13と、ハーネス54に接続された押圧用モータ14と、ハーネス55に接続された回転用モータ15とを有している。   FIG. 2 is a front view of the joining gun 10, and FIG. 3 is a side view of the joining gun 10. As shown in these drawings, the joining gun 10 includes a mounting box 11 for the robot 40, an L-shaped arm 12 extending downward from the lower surface of the mounting box 11, and the mounting box 11 above the arm 12. It has a main body case 13 attached to the side surface, a pressing motor 14 connected to a harness 54, and a rotating motor 15 connected to a harness 55.

本体ケース13の下端部には、接合用工具18の一方である回転工具16が設けられている。一方、アーム12の先端部には、回転工具16と該回転工具16の軸心X方向に対向して、接合用工具18の他方である受け具17が設けられている。   A rotating tool 16 that is one of the joining tools 18 is provided at the lower end of the main body case 13. On the other hand, at the distal end portion of the arm 12, a receiving tool 17 that is the other of the welding tools 18 is provided facing the rotating tool 16 and the axial center X direction of the rotating tool 16.

摩擦点接合は、この回転工具16と受け具17とでワーク(重ね合わせた複数の金属部材)を挟むようにして行われる。詳しくは、ワークの一方の面を受け具17の先端に当接させて受け、ワークの他方の面に対し、後述の如く、軸心X回りに回転する回転ツール16の先端部を押圧することによって摩擦点接合が行われるように構成されている。   Friction point joining is performed by sandwiching a work (a plurality of superimposed metal members) between the rotary tool 16 and the support 17. Specifically, one surface of the workpiece is received in contact with the tip of the receiving tool 17, and the other surface of the workpiece is pressed against the tip of the rotary tool 16 that rotates about the axis X as described later. Is configured to perform friction point welding.

図4は、本体ケース13の内部構造を示す断面図であり、図5は、図4のV−V線断面図である。本体ケース13の内部には、互いに平行に上下方向に延びるネジ軸(昇降軸)24及びスプライン軸(回転軸)25がそれぞれの軸心回りに回転自在に設けられている。これら両軸24,25の上端部は、上蓋部材21を貫通して上部カバー22内に至り、ここで両軸24,25に従動プーリ26,27がそれぞれ組み付けられている。上蓋部材21及び上部カバー22は、図5に示すように、本体ケース13の上部から該本体ケース13の側方に張り出しており、上蓋部材21の該張出し部の下面に押圧用モータ14及び回転用モータ15が固定されている。これら両モータ14,15の出力軸14a,15aの先端部(上端部)は、上蓋部材21を貫通して上部カバー22内に至り、ここで両出力軸14a,15aに駆動プーリ14b,15bがそれぞれ組み付けられている。そして、上記各駆動プーリ14b,15bと従動プーリ26,27との間には、駆動伝達用のベルト28.29がそれぞれ巻き掛けられており、押圧用モータ14の回転により、ネジ軸24が図5のA方向(down方向)又はB方向(up方向)に回転駆動され、回転用モータ15の回転により、スプライン軸25が図5のC方向に回転駆動されるようになっている。   4 is a cross-sectional view showing the internal structure of the main body case 13, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. Inside the main body case 13, screw shafts (elevating shafts) 24 and spline shafts (rotating shafts) 25 extending in the vertical direction in parallel with each other are provided so as to be rotatable around respective axis centers. The upper ends of the shafts 24 and 25 penetrate the upper lid member 21 and reach the upper cover 22, where the driven pulleys 26 and 27 are assembled to the shafts 24 and 25, respectively. As shown in FIG. 5, the upper lid member 21 and the upper cover 22 protrude from the upper portion of the main body case 13 to the side of the main body case 13, and the pressing motor 14 and the rotation are formed on the lower surface of the protruding portion of the upper lid member 21. The motor 15 is fixed. The front end portions (upper end portions) of the output shafts 14a and 15a of both the motors 14 and 15 pass through the upper cover member 21 to reach the upper cover 22, where drive pulleys 14b and 15b are connected to the output shafts 14a and 15a. Each is assembled. A drive transmission belt 28.29 is wound around each of the drive pulleys 14b, 15b and the driven pulleys 26, 27, and the screw shaft 24 is rotated by the rotation of the pressing motor 14. 5 is rotated in the A direction (down direction) or the B direction (up direction), and the rotation of the motor 15 for rotation causes the spline shaft 25 to be rotationally driven in the C direction of FIG.

図4に戻って説明を続ける。ネジ軸24のネジ部24aには、昇降ブロック31が螺合されておりスプライン軸25のスプライン部25aには、回転筒体35がスプライン結合されている。この回転筒体35は、昇降ブロック31に結合部材32を介して一体結合された昇降筒体33の内部に回転自在に設けられている。スプライン軸25、昇降筒体33及び回転筒体35は、互いに同心状に配置されている。なお、以下、昇降ブロック31、結合部材32及び昇降筒体33の一体物を昇降体30という。   Returning to FIG. 4, the description will be continued. The elevating block 31 is screwed to the screw portion 24 a of the screw shaft 24, and the rotating cylinder 35 is splined to the spline portion 25 a of the spline shaft 25. The rotating cylinder 35 is rotatably provided inside an elevating cylinder 33 integrally coupled to the elevating block 31 via a coupling member 32. The spline shaft 25, the elevating cylinder 33, and the rotating cylinder 35 are arranged concentrically with each other. Hereinafter, an integrated body of the lifting block 31, the coupling member 32, and the lifting cylinder 33 is referred to as a lifting body 30.

本体ケース13の下面には、円筒状の下方突出部13aが形成されており、この下方突出部13aの下端部には下部カバー23が設けられている。上記昇降筒体33及び回転筒体35の下端部は、この下部カバー23を貫通して下方に突出している。そして、内側にある回転筒体35の方が、外側にある昇降筒体33よりも長く下方に突出して、その回転筒体35の下端部に取付部材36が固着されている。この取付部材36に対し回転ツール16の先端部と反対側の端部である基端部が着脱自在(交換自在)に取り付けられている。この取り付けられた回転工具16の軸心Xは、上記スプライン軸25の軸心の延長線上にある。なお、下部カバー23と昇降筒体33の下端部との間には、昇降筒体33の外表面を本体ケース13の外部の汚染等から保護する伸縮自在の蛇腹部材34が配設されている。   A cylindrical downward projecting portion 13a is formed on the lower surface of the main body case 13, and a lower cover 23 is provided at the lower end portion of the downward projecting portion 13a. The lower end portions of the elevating cylinder body 33 and the rotating cylinder body 35 penetrate the lower cover 23 and protrude downward. The rotating cylinder 35 on the inner side protrudes downward longer than the lifting cylinder 33 on the outer side, and the attachment member 36 is fixed to the lower end portion of the rotating cylinder 35. A base end portion that is an end portion on the opposite side of the tip end portion of the rotary tool 16 is detachably attached to the attachment member 36 (can be exchanged). The axis X of the attached rotary tool 16 is on the extension of the axis of the spline shaft 25. An extendable bellows member 34 is disposed between the lower cover 23 and the lower end of the elevating cylinder 33 to protect the outer surface of the elevating cylinder 33 from contamination outside the main body case 13. .

なお、スプライン軸25と上蓋部材21との間には軸受25bが、昇降筒体33と回転筒体35との間には軸受35aが、昇降筒体33と取付部材36との間には軸受33aが、それぞれ設けられている。   A bearing 25b is provided between the spline shaft 25 and the upper lid member 21, a bearing 35a is provided between the elevating cylinder 33 and the rotating cylinder 35, and a bearing is provided between the elevating cylinder 33 and the mounting member 36. 33a are provided.

また、押圧用モータ14としては、回転角の制御及び検知が容易なサーボモータが好ましく、回転用モータ15としては、同じく回転角の制御及び検知が容易なサーボモータ、又は回転速度の制御が容易なインダクションモー夕が好ましい。これら押圧用モータ14および回転用モータ15は、回転工具16(詳しくは、図6に示す回転工具16のショルダ部16bおよびピン部16c)を回転させながらワークに押圧する駆動手段を構成している。   The pressing motor 14 is preferably a servo motor that can easily control and detect the rotation angle, and the rotating motor 15 can be a servo motor that can also easily control and detect the rotation angle, or can easily control the rotation speed. Induction mode is preferred. The pressing motor 14 and the rotating motor 15 constitute driving means for pressing the rotating tool 16 (specifically, the shoulder portion 16b and the pin portion 16c of the rotating tool 16 shown in FIG. 6) while rotating the workpiece. .

図6は回転工具16の先端部の拡大図である。この回転工具16の先端部は、円柱状の胴体部16aの下端面(その輪郭は円形である)とされた、ワークと対向するショルダ部16bと、回転工具16の軸心X上に位置し、かつショルダ部16bから該ショルダ部16bよりも小径でワークに対向する側に所定長さhだけ突出するピン部16cと、該ピン部16cの周囲におけるショルダ部16bに設けられた環状凹部16dとで構成されている。当実施形態では、この環状凹部16dの底面が、径方向外側に向かって凹み量が小さくなるように傾斜しており、環状凹部16dは、回転工具16の軸心Xを中心とする円錐形状に凹んでいる。この回転工具16の具体的寸法としては、例えば、ショルダ部16bの直径D1が10mm、ピン部16cの直径D2が2mm,ピン部16cの突出長さhが0.3mm〜0.35mm、環状凹部16dの底面のショルダ部16bに対する傾斜角θが5°〜7゜とされる。   FIG. 6 is an enlarged view of the tip of the rotary tool 16. The tip of the rotary tool 16 is positioned on the shoulder 16b facing the workpiece, which is the lower end surface of the cylindrical body 16a (the contour is circular), and the axis X of the rotary tool 16. A pin portion 16c having a diameter smaller than that of the shoulder portion 16b and projecting by a predetermined length h from the shoulder portion 16b; and an annular recess 16d provided in the shoulder portion 16b around the pin portion 16c; It consists of In the present embodiment, the bottom surface of the annular recess 16d is inclined so that the amount of recess becomes smaller toward the outside in the radial direction, and the annular recess 16d has a conical shape centering on the axis X of the rotary tool 16. It is recessed. As specific dimensions of the rotary tool 16, for example, the diameter D1 of the shoulder portion 16b is 10 mm, the diameter D2 of the pin portion 16c is 2 mm, the protruding length h of the pin portion 16c is 0.3 mm to 0.35 mm, an annular recess The inclination angle θ of the bottom surface of 16d with respect to the shoulder portion 16b is set to 5 ° to 7 °.

但し、回転工具16の最適形状は一義的に決定されるものではなく、ワークの材質、厚さ、重ね合わせるワークの枚数等、用途に応じて異なる。従って、用途別に好適な複数種類の回転工具16を準備しておき、用途に応じて適宜交換して用いるようにするのが望ましい。図6に示すような環状凹部16dを有する回転工具16の形状は、特に融点の異なる異種の金属部材を接合する際に用いると好適である。   However, the optimum shape of the rotary tool 16 is not uniquely determined, and varies depending on the application, such as the material and thickness of the workpiece, the number of workpieces to be overlaid, and the like. Therefore, it is desirable to prepare a plurality of types of rotary tools 16 suitable for each application and use them by appropriately replacing them according to the application. The shape of the rotary tool 16 having the annular recess 16d as shown in FIG. 6 is suitable particularly when joining different kinds of metal members having different melting points.

次に、摩擦点接合装置1の摩擦点接合時の動作について説明する。   Next, the operation | movement at the time of the friction point joining of the friction point joining apparatus 1 is demonstrated.

まず、回転工具16の昇降動作および回転動作について説明する。なお、回転工具16の軸心Xの向きは、ロボット40によって自在に変化させることができるが、説明の都合上、回転工具16を受け具17に接近させる方向の動作を下降、受け具17から遠ざける方向の動作を上昇と言う。   First, the raising / lowering operation | movement and rotation operation | movement of the rotary tool 16 are demonstrated. The direction of the axis X of the rotary tool 16 can be freely changed by the robot 40. However, for convenience of explanation, the operation in the direction in which the rotary tool 16 approaches the receiving tool 17 is lowered and the receiving tool 17 is moved downward. Movement away is called ascending.

押圧用モータ14の回転によりネジ軸24が図5のA方向に回転駆動されたときには、昇降体30がネジ部24aとの螺合によって下降し、昇降体30における昇降筒体33に内装された回転筒体35及び該回転筒体35の下端部に取付部材36を介して取り付けられた回転工具16が一緒に下降する。逆に、押圧用モータ14の回転によりネジ軸24が図5のB方向に回転駆動されたときには、昇降体30がネジ部24aとの螺合によって上昇し、回転筒体35及び回転工具16が一緒に上昇する。このことで、押圧用モータ14は、回転工具16を、後述の如く回転工具16と受け具17との間に位置するワークに対して、該回転工具16の軸心X方向に進退移動させるように構成されていることになる。また、押圧用モータ14は、回転工具16を上記ワークに対し押圧させるように構成されているとともに、該押圧時の加圧力を、押圧用モータ14へ供給する電流により変更することができるようになっている。   When the screw shaft 24 is driven to rotate in the direction A in FIG. 5 by the rotation of the pressing motor 14, the elevating body 30 is lowered by screwing with the screw portion 24 a and is installed in the elevating cylinder 33 in the elevating body 30. The rotary cylinder 35 and the rotary tool 16 attached to the lower end portion of the rotary cylinder 35 via the attachment member 36 are lowered together. Conversely, when the screw shaft 24 is rotationally driven in the direction B of FIG. 5 by the rotation of the pressing motor 14, the elevating body 30 is lifted by screwing with the screw portion 24a, and the rotary cylinder 35 and the rotary tool 16 are moved. Rise together. In this way, the pressing motor 14 moves the rotary tool 16 forward and backward in the direction of the axis X of the rotary tool 16 with respect to the workpiece positioned between the rotary tool 16 and the receiving member 17 as will be described later. It will be configured. Further, the pressing motor 14 is configured to press the rotary tool 16 against the workpiece, and the pressing force at the time of pressing can be changed by a current supplied to the pressing motor 14. It has become.

また、回転用モータ15の回転によりスプライン軸25が図5のC方向に回転駆動されたときには、上記のような昇降体30の動きとは独立して、回転筒体35がスプライン部25aとのスプライン結合によってスプライン軸25と同じC方向に回転し、回転筒体35に取り付けられた回転工具16も、該回転工具16の軸心X回りにスプライン軸25と同じC方向に回転する。また、回転用モータ15は、回転工具16の軸心X回りの回転速度を、回転用モータ15へ供給する電流により変更することができるようになっている。   Further, when the spline shaft 25 is driven to rotate in the direction C in FIG. 5 by the rotation of the motor 15 for rotation, the rotating cylinder 35 is connected to the spline portion 25a independently of the movement of the elevating body 30 as described above. The rotating tool 16 that rotates in the same C direction as the spline shaft 25 by spline coupling and is attached to the rotating cylinder 35 also rotates in the same C direction as the spline shaft 25 around the axis X of the rotating tool 16. In addition, the rotation motor 15 can change the rotation speed of the rotary tool 16 around the axis X by a current supplied to the rotation motor 15.

次に、上記回転工具16の昇降動作を伴うワークの接合動作について説明する。   Next, a workpiece joining operation that accompanies the lifting and lowering operation of the rotary tool 16 will be described.

図7は、第1金属部材W1と第2金属部材W2とを摩擦点接合する際の概略図である。第1及び第2金属部材W1,W2は、例えば自動車のボディを構成する部材であり、ここでは第1金属部材W1がアルミニウム合金材料(アルミニウム合金板)からなり、第2金属部材W2が鋼材料(鋼板)からなるものとする。また第2金属部材W2の表面には、防錆対策として亜鉛メッキ層Z(図8参照)が施されているものとする。   FIG. 7 is a schematic view when the first metal member W1 and the second metal member W2 are subjected to friction point welding. The first and second metal members W1 and W2 are members constituting, for example, the body of an automobile. Here, the first metal member W1 is made of an aluminum alloy material (aluminum alloy plate), and the second metal member W2 is a steel material. (Steel plate). Further, it is assumed that a galvanized layer Z (see FIG. 8) is applied to the surface of the second metal member W2 as a rust prevention measure.

摩擦点接合装置1により第1金属部材W1と第2金属部材W2とを摩擦点接合するには、先ず図7に例示するように、第1金属部材W1と第2金属部材W2との接合部(図示の例では5箇所の接合部P)を含む部分を重ね合わせ、このワークを図示しない把持手段によって把持して固定する。   In order to perform the friction point joining of the first metal member W1 and the second metal member W2 by the friction point joining apparatus 1, first, as illustrated in FIG. 7, the joining portion between the first metal member W1 and the second metal member W2. The portions including the five joint portions P in the illustrated example are overlapped, and this work is gripped and fixed by gripping means (not shown).

続いて、ロボット40の作動により、接合ガン10を、上記ワークにおいて接合しようとする複数の接合部Pの1つに近接させ、回転工具16が接合部Pの第1金属部材W1側に位置し、受け具17がその接合部Pの第2金属部材W2側に位置するようにする。次いで、接合ガン10全体を第1金属部材W1側に移動させて、受け具17の先端を第2金属部材W2の下面に当接させる。   Subsequently, by the operation of the robot 40, the joining gun 10 is brought close to one of the plurality of joints P to be joined in the workpiece, and the rotary tool 16 is positioned on the first metal member W1 side of the joint P. The receiver 17 is positioned on the second metal member W2 side of the joint P. Next, the entire joining gun 10 is moved to the first metal member W1 side, and the tip of the receiving member 17 is brought into contact with the lower surface of the second metal member W2.

そして、上記受け具17の先端が第2金属部材W2に当接した状態で、上記の下降動作と回転動作とにより、回転工具16を回転させつつ第1金属部材W1に押し当て、接合させる。この接合の工程は、詳しくは初期移動工程、第1押圧工程、第2押圧工程、第3押圧工程を順に行うように設定されている。   Then, in a state where the tip of the receiving member 17 is in contact with the second metal member W2, the rotating tool 16 is pressed against and bonded to the first metal member W1 by the above-described lowering operation and rotating operation. Specifically, the joining process is set so as to sequentially perform the initial movement process, the first pressing process, the second pressing process, and the third pressing process.

まず初期移動工程では、回転工具16を降下させて第1金属部材W1の近接位置である初期位置に移動させる。この初期位置は、回転工具16のピン部16cの先端が第1金属部材W1に対し僅かに離れるような位置である。この初期移動工程では、回転工具16を回転させるようにしても、回転させないようにしても良いが、当実施形態では、次の第1押圧工程へ直ぐに移行できるように、続く第1押圧工程と同じ回転速度(第1回転速度)で回転させるようにしておく。   First, in the initial movement step, the rotary tool 16 is lowered and moved to the initial position that is the proximity position of the first metal member W1. This initial position is a position where the tip of the pin portion 16c of the rotary tool 16 is slightly separated from the first metal member W1. In this initial movement process, the rotary tool 16 may be rotated or may not be rotated, but in the present embodiment, in order to be able to immediately shift to the next first pressing process, It is made to rotate at the same rotational speed (1st rotational speed).

続く第1押圧工程では、図8に示すように、回転工具16を第1回転速度で回転させながら、押圧用モータ14により、上記初期移動工程における回転工具16の移動抵抗値よりも大きい第1加圧力で、回転工具16のショルダ部16b及びピン部16cを、第1所定時間の間、第1金属部材W1に対し押圧接触させる。   In the subsequent first pressing step, as shown in FIG. 8, the rotating tool 16 is rotated at the first rotation speed, and the pressing motor 14 causes the first higher resistance than the moving resistance value of the rotating tool 16 in the initial moving step. The shoulder portion 16b and the pin portion 16c of the rotary tool 16 are pressed and contacted with the first metal member W1 for the first predetermined time by the applied pressure.

なお、回転工具16の第1金属部材W1に対する加圧力は、押圧用モータ14へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット50aは、押圧用モータ14へ供給する電流を、上記第1押圧工程では、上記第1所定時間の間、上記第1加圧力に対応する電流値になるように制御する。また、回転工具16の回転速度は、回転用モータ15へ供給する電流値によって決まるため、上記制御ユニット50aは、回転用モータ15へ供給する電流を、上記第1押圧工程(及び初期移動工程)では、上記第1回転速度に対応する電流値になるように制御する。   Note that the pressure applied to the first metal member W1 of the rotary tool 16 is determined by the current value supplied to the pressing motor 14, and therefore the control unit 50a uses the current supplied to the pressing motor 14 as the first pressing step. Then, it controls so that it may become the electric current value corresponding to the said 1st pressurizing force during the said 1st predetermined time. Further, since the rotation speed of the rotary tool 16 is determined by the current value supplied to the rotation motor 15, the control unit 50a uses the current supplied to the rotation motor 15 as the first pressing step (and the initial movement step). Then, control is performed so that the current value corresponds to the first rotation speed.

上記移動抵抗値は、上記ネジ軸24や昇降体30等によって構成された、昇降筒体33(回転工具16)を移動させる機構内で生じる摩擦抵抗により決まるものであるが、この摩擦抵抗値は安定しておらず、特に可動部と固定部との間の隙間量やグリス等の影響によってばらつく。このため、上記第1加圧力が移動抵抗値以下であると、移動抵抗値の大きさによって、第1金属部材W1に第1加圧力が実際に作用するまでの時間がばらつき、第1金属部材W1に対し第1加圧力で実際に押圧する時間は、上記第1所定時間に対してかなりばらつくことになる。しかし当実施形態では、第1加圧力を上記移動抵抗値よりも大きく設定しているので、移動抵抗値の大きさに関係なく、第1押圧工程開始直後に、第1加圧力で回転工具16のショルダ部16b及びピン部16cが第1金属部材W1に対し押圧されることとなり、第1加圧力が第1金属部材W1に実際に作用する時間は上記第1所定時間と略同じになり、安定する。   The moving resistance value is determined by the frictional resistance generated in the mechanism for moving the lifting cylinder 33 (rotary tool 16), which is constituted by the screw shaft 24, the lifting body 30, and the like. It is not stable and varies due to the influence of the gap amount, grease, etc. between the movable part and the fixed part. For this reason, when the first applied pressure is less than or equal to the movement resistance value, the time until the first applied pressure actually acts on the first metal member W1 varies depending on the magnitude of the movement resistance value, and the first metal member The time for actually pressing W1 with the first applied pressure varies considerably with respect to the first predetermined time. However, in this embodiment, since the first pressing force is set to be larger than the moving resistance value, the rotary tool 16 with the first pressing force immediately after the start of the first pressing step is performed regardless of the magnitude of the moving resistance value. The shoulder portion 16b and the pin portion 16c are pressed against the first metal member W1, and the time during which the first pressure force actually acts on the first metal member W1 is substantially the same as the first predetermined time, Stabilize.

上記第1加圧力は、上記移動抵抗値のばらつき範囲の最大値よりも大きくて、2.45kN以上3.43kN以下に設定することが好ましい。また、上記第1回転速度は、1500rpm以上3500rpm以下に設定することが好ましい。さらに、上記第1所定時間は、0.2秒以上2.0秒以下に設定することが好ましい。これら第1加圧力、第1回転速度及び第1所定時間は、回転工具16が第1金属部材W1に対し、環状凹部16dの底面の一部(深さが深い軸心X側の部分)が第1金属部材W1に接触しないで、ショルダ部16bの周縁部及びピン部16cが第1金属部材W1に接触する程度に押し込まれるようにそれぞれ設定する。   The first pressurizing force is preferably set to be greater than or equal to 2.45 kN and less than or equal to 3.43 kN than the maximum value of the variation range of the movement resistance value. The first rotation speed is preferably set to 1500 rpm or more and 3500 rpm or less. Further, the first predetermined time is preferably set to 0.2 seconds or more and 2.0 seconds or less. With respect to the first pressurizing force, the first rotation speed, and the first predetermined time, the rotary tool 16 has a part of the bottom surface of the annular recess 16d (the portion on the deep axis X side) with respect to the first metal member W1. It sets so that it may be pushed to such an extent that the peripheral part of the shoulder part 16b and the pin part 16c may contact the 1st metal member W1, without contacting the 1st metal member W1.

上記第1押圧工程においては、ショルダ部16bの周縁部及びピン部16cが回転ツール16の軸心X回りに回転しながら第1金属部材W1に対し押圧接触されることで、その2箇所の接触部位で摩擦熱が生じ、この摩擦熱は、ワークにおける該2箇所の接触部位の間の部分(環状凹部16dの底面が接触していない部分)、延いては接合部P全体に速やかに拡散され、第1金属部材W1におけるショルダ部16bに対向する部分(接合部P)全体が良好に軟化する。また、第2金属部材W2の表面に施されている亜鉛メッキ層Zも、接合部Pにおいて軟化する。このように、上記第1加圧力、第1回転速度及び第1所定時間を、上記好ましい範囲に設定することで、第1金属部材W1を剪断破壊させることなく良好に軟化させることができるようになる。   In the first pressing step, the peripheral portion of the shoulder portion 16b and the pin portion 16c are pressed and contacted with the first metal member W1 while rotating around the axis X of the rotary tool 16, so that the two contacts are made. Friction heat is generated at the part, and this frictional heat is quickly diffused to the part between the two contact parts of the work (the part where the bottom surface of the annular recess 16d is not in contact), and eventually to the entire joint P. The whole part (joint part P) facing the shoulder part 16b in the first metal member W1 is softened well. Further, the galvanized layer Z applied to the surface of the second metal member W2 is also softened at the joint P. Thus, by setting the first pressurizing force, the first rotation speed, and the first predetermined time within the preferable ranges, the first metal member W1 can be favorably softened without being sheared. Become.

またこの第1押圧工程の初期段階において、ショルダ部16bよりも所定長さhだけ突出したピン部16cが、ショルダ部16bよりも先に第1金属部材W1に当接する。このように細い径のピン部16cを最初に当接させることにより、回転工具16の位置決めが良好になされ、回転振れが効果的に抑制される(アンカー機能)。   Further, in the initial stage of the first pressing step, the pin portion 16c protruding by a predetermined length h from the shoulder portion 16b comes into contact with the first metal member W1 before the shoulder portion 16b. Thus, by making the pin part 16c of a thin diameter contact | abut first, the positioning of the rotary tool 16 is made favorable and rotational runout is suppressed effectively (anchor function).

続く第2押圧工程では、図9に示すように、回転用モータ15により、回転工具16を第2回転速度で回転させながら、押圧用モータ14により、上記第1加圧力よりも大きい第2加圧力で、回転工具16のショルダ部16b及びピン部16cを、第2所定時間の間、第1金属部材W1に押し込む。   In the subsequent second pressing step, as shown in FIG. 9, the rotating tool 15 is rotated at the second rotational speed by the rotating motor 15, and the second pressing force greater than the first pressing force is applied by the pressing motor 14. With pressure, the shoulder portion 16b and the pin portion 16c of the rotary tool 16 are pushed into the first metal member W1 for a second predetermined time.

この第2押圧工程では、加圧力が大きくなることで、回転工具16のショルダ部16b及びピン部16cが第1金属部材W1に対し徐々に深く入り込み、環状凹部16dの底面全体、つまりピン部16c及び環状凹部16dを含むショルダ部16b全体が第1金属部材W1に接触する。これに伴い、第1金属部材W1の軟化に加えて塑性流動が行われる(図では模式的に破線で塑性流動Qを示す)。この塑性流動Qにおいて、ショルダ部16bに環状凹部16dが設けられている(特に環状凹部16dが円錐形状をなしている)ことから、塑性流動する第1金属部材W1が、図の上下方向に流動して、回転工具16の直下部分(接合部P)から外側へ流出することが抑制される。また、環状凹部16dにより、第2加圧力が接合部Pに集中して、第1金属部材W1の塑性流動Qが促進される。さらに、上記両金属部材Wl,W2の接合境界面において、上記軟化した亜鉛メッキ層Zが接合部Pから押し出されることで、第2金属部材W2の新生面が露出するとともに、図示しないが、空気中の酸素により第1金属部材W1の表面に形成されている酸化被膜が接合部Pにおいて破壊されることで、第1金属部材W1の新生面が露出する。   In this second pressing step, the shoulder portion 16b and the pin portion 16c of the rotary tool 16 gradually enter deeply into the first metal member W1 due to the increased pressure, and the entire bottom surface of the annular recess 16d, that is, the pin portion 16c. The entire shoulder portion 16b including the annular recess 16d contacts the first metal member W1. Accordingly, plastic flow is performed in addition to softening of the first metal member W1 (in the figure, the plastic flow Q is schematically indicated by a broken line). In the plastic flow Q, since the annular recess 16d is provided in the shoulder portion 16b (particularly, the annular recess 16d has a conical shape), the first metal member W1 that plastically flows flows in the vertical direction in the figure. Thus, it is possible to suppress the flow from the portion immediately below the rotary tool 16 (joint portion P) to the outside. In addition, the second pressurizing force is concentrated on the joint P by the annular recess 16d, and the plastic flow Q of the first metal member W1 is promoted. Further, the softened galvanized layer Z is pushed out from the joint P at the joint interface between the two metal members Wl and W2, so that the new surface of the second metal member W2 is exposed and is not shown in the drawings. When the oxide film formed on the surface of the first metal member W1 is broken at the joint P by the oxygen, the new surface of the first metal member W1 is exposed.

上記第2加圧力は、3.92kN以上5.88kN以下に設定することが好ましい。また、上記第2回転速度は、2000rpm以上3000rpm未満に設定することが好ましい。さらに、上記第2所定時間は、1.0秒以上2.0秒以下に設定することが好ましい。これら第2加圧力、第2回転速度及び第2所定時間は、回転工具16が第1金属部材W1に対し所定の挿入位置よりも深く押し込まれないようにそれぞれ設定する。この所定の挿入位置は、該挿入位置よりも回転工具16が深く入り込むと第1金属部材W1が過度に薄くなって引きちぎられるような位置である。   The second applied pressure is preferably set to 3.92 kN or more and 5.88 kN or less. The second rotation speed is preferably set to 2000 rpm or more and less than 3000 rpm. Further, the second predetermined time is preferably set to 1.0 second or more and 2.0 seconds or less. The second pressure, the second rotation speed, and the second predetermined time are set so that the rotary tool 16 is not pushed deeper than the predetermined insertion position into the first metal member W1. The predetermined insertion position is a position where the first metal member W1 is excessively thinned and torn when the rotary tool 16 enters deeper than the insertion position.

上記第2押圧工程の終了により、接合部Pでの接合を終了するようにしてもよいが、当実施形態では、さらに第3押圧工程を行うようにしている。   The end of the second pressing step may end the joining at the joint P, but in the present embodiment, the third pressing step is further performed.

第3押圧工程では、図10に示すように、回転用モータ15により回転ツール16を第3回転速度で回転させながら、押圧用モータ14により、第2加圧力よりも小さい第3加圧力で、回転工具16のショルダ部16b及びピン部16cを、第3所定時間の間、第1金属部材W1に対し押圧接触させる。   In the third pressing step, as shown in FIG. 10, while the rotary tool 16 is rotated at the third rotational speed by the rotation motor 15, the pressing motor 14 performs a third pressing force smaller than the second pressing force, The shoulder portion 16b and the pin portion 16c of the rotary tool 16 are pressed against the first metal member W1 for a third predetermined time.

この第3押圧工程では、加圧力を第2押圧工程よりも小さくすることで、回転工具16が第1金属部材W1に対し上記所定の挿入位置よりも深く押し込まれず、第2押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けることとなる。これにより、第1金属部材W1が過度に薄くなって引きちぎれるようなことがなくなるとともに、第2押圧工程時と同じ程度の温度が維持されて、良好な塑性流動が長時間に亘って行われる。この第3押圧工程の終了により、1つの接合部Pでの接合が終了することになる。   In the third pressing step, the rotating tool 16 is not pushed deeper than the predetermined insertion position into the first metal member W1 by making the applied pressure smaller than that in the second pressing step, and the second pressing step is completed. It will continue to be pressed at the time position. This prevents the first metal member W1 from being excessively thin and torn and maintains the same temperature as in the second pressing step, and good plastic flow is performed for a long time. . By the end of the third pressing step, the joining at one joining portion P is finished.

上記第3加圧力は、上記第1加圧力よりも小さくて、0.49kN以上1.47kN以下に設定することが好ましい。また、上記第3回転速度は、1500rpm以上3500rpm以下に設定することが好ましい。さらに、上記第3所定時間は、0.5秒以上2.5秒以下に設定することが好ましい。これら第3加圧力、第3回転速度及び第3所定時間は、回転ツール16が第1金属部材W1に対し、第2押圧工程が終了したときの位置で押圧し続けかつ第1金属部材W1の塑性流動が生じるようにそれぞれ設定する。   The third pressure is preferably set to be 0.49 kN or more and 1.47 kN or less than the first pressure. The third rotation speed is preferably set to 1500 rpm or more and 3500 rpm or less. Furthermore, it is preferable that the third predetermined time is set to 0.5 seconds or more and 2.5 seconds or less. The third pressing force, the third rotation speed, and the third predetermined time continue to press the rotary tool 16 against the first metal member W1 at the position when the second pressing step is completed, and the first metal member W1. Each is set so that plastic flow occurs.

上記第3押圧工程においては、回転工具16で押し出された金属材料がバリRとなって第1金属部材W1の表面に隆起するとともに、亜鉛メッキ層Zが更に接合部Pから押し出され、また酸化皮膜が更に破壊されて、両金属部材Wl,W2の新生面の露出範囲が拡大する(図10中、×印で表示した範囲)。この結果、両金属部材の合わせ面部同士が、摩擦点接合によって固相接合され、その接合強度は安定的に高くなる。   In the third pressing step, the metal material extruded by the rotary tool 16 becomes a burr R and rises on the surface of the first metal member W1, and the galvanized layer Z is further extruded from the joint P, and is oxidized. The coating is further destroyed, and the exposed range of the new surfaces of both metal members Wl and W2 is expanded (the range indicated by x in FIG. 10). As a result, the mating surface portions of both metal members are solid-phase bonded by friction point bonding, and the bonding strength is stably increased.

なお、亜鉛メッキ層Zにおける接合部Pの近傍部分には、第1金属部材W1の金属と、亜鉛メッキ層Zの金属との金属混合物層Yが生成される。   In the vicinity of the joint P in the galvanized layer Z, a metal mixture layer Y of the metal of the first metal member W1 and the metal of the galvanized layer Z is generated.

上記1つの接合部Pでの接合が終了すると、押圧用モータ14により、ネジ軸24を図5のB方向に回転駆動させることで、回転工具16を上昇させるとともに、接合ガン10全体を回転工具16の下降方向に移動させることにより、接合用工具18をワークから離反させる。摩擦点接合が完了した後の接合部Pにおいては、図11に示すように、ワーク(第1金属部材Wl)の表面に、ショルダ部16b及びピン部16cの痕が残り、ショルダ部16bの周囲には、バリRが生じている。   When the joining at the one joining portion P is completed, the rotary tool 16 is raised by rotating the screw shaft 24 in the direction B in FIG. The welding tool 18 is moved away from the work by being moved in the descending direction 16. In the joint P after the completion of the friction spot welding, as shown in FIG. 11, the marks of the shoulder portion 16b and the pin portion 16c remain on the surface of the workpiece (first metal member Wl), and the periphery of the shoulder portion 16b. Has a burr R.

接合部Pでの摩擦点接合が完了すると、制御ユニット50aはロボット40によって接合ガン10を次の接合部Pへと移動させる。そして接合ガン10に上記と同様の動作を繰り返し行わせ、次の接合部Pでの接合を行わせる。こうして、複数の接合部Pにおいて摩擦点接合(固相接合)が順次行われる。   When the friction spot welding at the joint P is completed, the control unit 50 a moves the welding gun 10 to the next joint P by the robot 40. Then, the joining gun 10 is caused to repeatedly perform the same operation as described above, and the next joining portion P is joined. In this way, friction point joining (solid phase joining) is sequentially performed at the plurality of joining portions P.

ところで、複数の接合部Pでの摩擦点接合を繰り返すうち、図12に示すように、ショルダ部16b、特にピン部16cの周囲に凝着物W1aが生成することがある。凝着部W1aは、接合時に軟化し、塑性流動した第1金属部材W1がショルダ部16bに付着し、固まったものである。特にショルダ部16bに環状凹部16dが形成されている場合にこの凝着物W1aが生成し易い。   By the way, while repeating the friction spot welding at the plurality of joints P, as shown in FIG. 12, the adherend W1a may be generated around the shoulder portion 16b, particularly the pin portion 16c. The adhesion part W1a is softened at the time of joining, and the first metal member W1 plastically flowed adheres to the shoulder part 16b and is solidified. In particular, when the annular recess 16d is formed in the shoulder portion 16b, the adherend W1a is easily generated.

凝着物W1aが大きくなると、第1押圧工程におけるピン部16cの上記アンカー機能が低下し、回転工具16の回転振れが大きくなる。そのため、接合品質が低下する虞がある。また、回転工具16や接合ガン10の駆動機構(例えば図4に示す軸受25b、軸受35aおよび軸受33aなど)、或いは周囲の治具等が損傷する虞がある。   When the adherend W1a is increased, the anchor function of the pin portion 16c in the first pressing step is lowered, and the rotational runout of the rotary tool 16 is increased. Therefore, there is a possibility that the bonding quality is deteriorated. In addition, there is a risk of damage to the rotary tool 16 and the driving mechanism of the joining gun 10 (for example, the bearing 25b, the bearing 35a, and the bearing 33a shown in FIG. 4) or the surrounding jigs.

そこで当実施形態では、次に説明する回転工具処理装置60を設け、凝着物W1aを適切なタイミングで効率良く除去するようにしている。回転工具処理装置60は、主として凝着検知部70(図13参照)と凝着除去部80(図14参照)からなる。回転工具処理装置60は、ロボット40による接合ガン10の可動範囲内に設けられる。すなわち、以下に説明する回転工具処理装置60に対する回転工具16の動作は、回転工具16を接合ガン10に装着した状態で、ロボット40の動作によってなされるように構成されている。   Therefore, in this embodiment, a rotary tool processing device 60 described below is provided to efficiently remove the adherend W1a at an appropriate timing. The rotary tool processing device 60 mainly includes an adhesion detection unit 70 (see FIG. 13) and an adhesion removal unit 80 (see FIG. 14). The rotary tool processing device 60 is provided within the movable range of the joining gun 10 by the robot 40. That is, the operation of the rotary tool 16 with respect to the rotary tool processing device 60 described below is configured to be performed by the operation of the robot 40 with the rotary tool 16 mounted on the joining gun 10.

図13は、凝着検知部70を示す図であり、(a)は全体構成図、(b)はショルダ部16bへの凝着が殆どない場合の検知動作図、(c)はショルダ部16bへの凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。   13A and 13B are diagrams showing the adhesion detection unit 70, where FIG. 13A is an overall configuration diagram, FIG. 13B is a detection operation diagram when there is almost no adhesion to the shoulder 16b, and FIG. 13C is the shoulder 16b. It is a detection operation figure in case the state of adhesion to is more than a predetermined value.

図13(a)に示すように、凝着検知部70は、上下に延びる支柱61と、支柱61の上端付近に設けられて水平方向の軸線を有するヒンジピン65と、基端側がヒンジピン65に揺動自在に軸支されるとともに、先端側に上方への折曲部63aを有する鋼板製の検知プレート63と、検知プレート63の先端側を下方から支持する受け台73と、上下に延びて受け台73を支持する支柱71と、受け台73から上方に立設されたセンサ支持部75と、センサ支持部75の上端付近に固設されたレーザー変位センサ77と、このレーザー変位センサ77の検知信号を摩擦点接合装置1の制御ユニット50aに伝達するケーブル78とを備える。   As shown in FIG. 13A, the adhesion detection unit 70 includes a support column 61 extending vertically, a hinge pin 65 provided near the upper end of the support column 61 and having a horizontal axis, and a proximal end side swinging to the hinge pin 65. A steel plate detection plate 63 that is pivotally supported and has an upwardly bent portion 63a on the front end side, a receiving base 73 that supports the front end side of the detection plate 63 from below, and a support that extends vertically. A column 71 that supports the base 73, a sensor support portion 75 that is erected upward from the cradle 73, a laser displacement sensor 77 that is fixed near the upper end of the sensor support portion 75, and detection by the laser displacement sensor 77. And a cable 78 for transmitting a signal to the control unit 50a of the friction point welding apparatus 1.

検知プレート63の比較的ヒンジピン65寄りに、通し穴67が穿設されている。通し穴67の径は、ピン部16cのピン径D2よりも所定値(例えば1mm)大きくなっている。   A through hole 67 is formed relatively close to the hinge pin 65 of the detection plate 63. The diameter of the through hole 67 is larger than the pin diameter D2 of the pin portion 16c by a predetermined value (for example, 1 mm).

検知プレート63はヒンジピン65を中心に揺動自在となっているので、受け台73の支持がなければ先端側が落下する。受け台73はその落下を防止するために検知プレート63を支持するものであり、通常の状態(図13(a)に示すように、回転工具16が検知プレート63から充分離れている状態。)で検知プレート63を略水平に支持する。   Since the detection plate 63 is swingable about the hinge pin 65, the tip side falls if the support 73 is not supported. The cradle 73 supports the detection plate 63 in order to prevent the fall, and is in a normal state (a state where the rotary tool 16 is sufficiently separated from the detection plate 63 as shown in FIG. 13A). Thus, the detection plate 63 is supported substantially horizontally.

なお検知プレート63は、通常の状態から検知プレート63の先端側(折曲部63a)が上方変位する方向には揺動可能である。その揺動によって折曲部63aが上方変位したとき、その上下方向の移動量を検知プレート63の変位量というものとする。   The detection plate 63 can swing in a direction in which the distal end side (the bent portion 63a) of the detection plate 63 is displaced upward from the normal state. When the bent portion 63a is displaced upward by the swing, the amount of movement in the vertical direction is referred to as the amount of displacement of the detection plate 63.

レーザー変位センサ77は周知のセンサであるため詳細説明を省略するが、レーザー光の発光部と受光部とを備え、発光部から発したレーザー光の反射光を受光することにより、検知対象の変位を検知するものである。当実施形態では、検知プレート63の変位量が所定の判定閾値以上であるか否かを検知するセンサとしてレーザー変位センサ77を用いている。レーザー変位センサ77の発光部は、検知プレート63の変位量=0のとき、折曲部63aの上端よりもやや上方の空間に向けてレーザー光を発するように設定されている。   The laser displacement sensor 77 is a known sensor and will not be described in detail. However, the laser displacement sensor 77 includes a laser light emitting part and a light receiving part, and receives the reflected light of the laser light emitted from the light emitting part. Is detected. In this embodiment, a laser displacement sensor 77 is used as a sensor for detecting whether or not the displacement amount of the detection plate 63 is equal to or greater than a predetermined determination threshold value. The light emitting portion of the laser displacement sensor 77 is set to emit laser light toward a space slightly above the upper end of the bent portion 63a when the displacement amount of the detection plate 63 = 0.

次に、凝着検知部70での凝着状態検知工程および凝着状態検知動作について説明する。例えば所定回数の摩擦点接合を実行したとき等、所定の条件が成立すると、制御ユニット50aは次の接合部Pでの摩擦点接合を実行する前に凝着状態検知工程を実行する。すなわちロボット40および接合ガン10に凝着状態検知動作を行わせる。この凝着状態検知動作は、図13(a)に示すように、回転工具16のショルダ部16bを上向きにするとともに、検知プレート63の通し穴67とピン部16cとの位置を合わせた状態で回転工具16を検知プレート63に接近させる動作である(矢印AW1)。なお、このとき回転工具16を回転させる必要はない。   Next, an adhesion state detection process and an adhesion state detection operation in the adhesion detection unit 70 will be described. For example, when a predetermined condition is satisfied, for example, when a predetermined number of friction spot weldings are performed, the control unit 50a executes the adhesion state detection step before executing the friction point welding at the next joint P. That is, the robot 40 and the joining gun 10 are caused to perform an adhesion state detection operation. In this adhesion state detection operation, as shown in FIG. 13A, the shoulder portion 16b of the rotary tool 16 faces upward, and the positions of the through hole 67 and the pin portion 16c of the detection plate 63 are aligned. This is an operation of bringing the rotary tool 16 closer to the detection plate 63 (arrow AW1). At this time, it is not necessary to rotate the rotary tool 16.

図13(b)は、ショルダ部16bに凝着のない回転工具16を検知位置まで動作させた状態を示す。この検知位置は、ショルダ部16bが検知プレート63に略当接(ソフト接触)する位置である。予め凝着のない回転工具16を用いて、ロボット40(の制御ユニット50a)に検知位置を認識させるティーチングを行っておくと良い。   FIG. 13B shows a state in which the rotary tool 16 having no adhesion to the shoulder portion 16b is moved to the detection position. This detection position is a position where the shoulder portion 16b substantially contacts (soft contact) with the detection plate 63. Teaching that causes the robot 40 (the control unit 50a) to recognize the detection position may be performed in advance using the rotary tool 16 without adhesion.

ショルダ部16bに凝着がなければ、或いはごく僅かな凝着状態であれば、ショルダ部16bから突出したピン部16cは通し穴67に完全に嵌まり込む。従って図13(b)に示すように検知プレート63は変位しない(変位量=0)。   If there is no adhesion in the shoulder portion 16b or if there is only a slight adhesion state, the pin portion 16c protruding from the shoulder portion 16b is completely fitted into the through hole 67. Therefore, as shown in FIG. 13B, the detection plate 63 is not displaced (displacement amount = 0).

図13(b)に示すように、検知プレート63の変位量=0のとき、レーザー変位センサ77の発光部から発せられたレーザー光79は折曲部63aに当たらず、受光部は折曲部63aからの反射光を受光しない。このとき、レーザー変位センサ77から制御ユニット50aに凝着検出信号が送られない(ケーブル78を介して凝着非検出信号を送るようにしても良い)。   As shown in FIG. 13B, when the displacement amount of the detection plate 63 is 0, the laser beam 79 emitted from the light emitting portion of the laser displacement sensor 77 does not hit the bent portion 63a, and the light receiving portion is the bent portion. The reflected light from 63a is not received. At this time, no adhesion detection signal is sent from the laser displacement sensor 77 to the control unit 50a (an adhesion non-detection signal may be sent via the cable 78).

図13(c)は、ショルダ部16bのピン部16cの周囲に凝着物W1aがある場合を示す。凝着物W1aがある程度以上の量(大きさ)になると、回転工具16を検知位置まで動作させたとき、凝着物W1aが妨げとなってピン部16cか完全に通し穴67に嵌まり込まなくなる。そして凝着物W1aが検知プレート63を押し上げる。すると検知プレート63がヒンジピン65を中心に揺動し、変位する。凝着状態が著しいほど、すなわち凝着物W1aが多く大きいほど、検知プレート63の変位量は大となる。   FIG.13 (c) shows the case where the adhesion thing W1a exists around the pin part 16c of the shoulder part 16b. When the amount of adhered material W1a exceeds a certain level (size), when the rotary tool 16 is moved to the detection position, the adhered material W1a is obstructed and does not fit into the pin portion 16c or the through hole 67 completely. Then, the adherend W1a pushes up the detection plate 63. Then, the detection plate 63 swings around the hinge pin 65 and is displaced. The greater the adhesion state, that is, the greater the amount of the adhered material W1a, the greater the displacement of the detection plate 63.

図13(c)は変位量=h1であって、h1>判定閾値である状態を示している。変位量h1が判定閾値(例えば6mm程度)を越えると、レーザー変位センサ77からのレーザー光79が折曲部63aに当たり、その反射光が受光部に受光される。このとき、レーザー変位センサ77から制御ユニット50aにケーブル78を介して凝着検出信号が送られる。   FIG. 13C shows a state in which the displacement amount = h1 and h1> the determination threshold value. When the displacement amount h1 exceeds a determination threshold (for example, about 6 mm), the laser light 79 from the laser displacement sensor 77 strikes the bent portion 63a and the reflected light is received by the light receiving portion. At this time, an adhesion detection signal is sent from the laser displacement sensor 77 to the control unit 50a via the cable 78.

以上説明したように、凝着検知部70では、ショルダ部16bへの凝着状態を検知プレート63の変位量に変換することにより、容易に凝着状態を検知することができる。   As described above, the adhesion detection unit 70 can easily detect the adhesion state by converting the adhesion state on the shoulder portion 16 b into the displacement amount of the detection plate 63.

なお、上記判定閾値を変更するには、折曲部63aの長さ(高さ)又はセンサ支持部75の高さ又はレーザー変位センサ77の設置角度等を調整すれば良い。そして、予め凝着状態と検知プレート63の変位量との関係をサンプリングしておき、少なくとも実害の発生しない凝着状態のときの変位量の範囲内で適宜判定閾値を設定すれば良い。   In addition, what is necessary is just to adjust the length (height) of the bending part 63a, the height of the sensor support part 75, the installation angle of the laser displacement sensor 77, etc. in order to change the said determination threshold value. Then, the relationship between the adhesion state and the displacement amount of the detection plate 63 is sampled in advance, and the determination threshold value may be set as appropriate within the range of the displacement amount in the adhesion state where no actual harm occurs.

ところで、図13(a)に示すように、ヒンジピン65と通し穴67との距離をL1、ヒンジピン65と折曲部63aとの距離をL2とすると、距離L1<距離L2である。このため、検知プレート63の変位量は、凝着物W1aによる検知プレート63の押し上げ量よりも大きくなる。すなわち凝着検知部70は、凝着状態を増幅して検知する増幅作用を有する。その増幅率Kは、K=L2/L1である。この増幅率Kが大きいほど凝着状態の検知精度が高められる。また増幅率Kを小さくすれば凝着検知部70を小型化することができる。そのバランスを考慮して適切な増幅率Kを設定すれば良い。   By the way, as shown in FIG. 13A, when the distance between the hinge pin 65 and the through hole 67 is L1, and the distance between the hinge pin 65 and the bent portion 63a is L2, the distance L1 <the distance L2. For this reason, the displacement amount of the detection plate 63 becomes larger than the push-up amount of the detection plate 63 by the adherend W1a. That is, the adhesion detection unit 70 has an amplifying function for amplifying and detecting the adhesion state. The amplification factor K is K = L2 / L1. The greater the amplification factor K, the higher the accuracy of detecting the adhesion state. Further, if the amplification factor K is reduced, the adhesion detector 70 can be reduced in size. An appropriate amplification factor K may be set in consideration of the balance.

次に、回転工具処理装置60の凝着除去部80について説明する。図14は、凝着除去部80を示す図であり、(a)は全体構成図、(b)は凝着除去動作中の作動図、(c)は凝着除去動作後の動作図である。凝着除去部80は、凝着検知部70においてレーザー変位センサ77から制御ユニット50aに凝着検出信号が送られたとき、回転工具16のショルダ部16bに凝着した凝着物W1aを除去するために設けられている。   Next, the adhesion removing unit 80 of the rotary tool processing device 60 will be described. 14A and 14B are diagrams showing the adhesion removing unit 80, where FIG. 14A is an overall configuration diagram, FIG. 14B is an operation diagram during the adhesion removal operation, and FIG. 14C is an operation diagram after the adhesion removal operation. . The adhesion removal unit 80 removes the adhesion W1a adhered to the shoulder portion 16b of the rotary tool 16 when an adhesion detection signal is sent from the laser displacement sensor 77 to the control unit 50a in the adhesion detection unit 70. Is provided.

図14(a)に示すように、凝着除去部80は、上下に延びる支柱81と、支柱81の上端付近に設けられて水平方向に延びる受け台82と、支柱81の上端付近からさらに上方に立設されたアーム支持部83と、アーム支持部83の上端付近に設けられ、略水平方向の軸線を有する回動軸86と、回動軸86に支持されて略水平方向に延びるとともに、回動軸86まわりに回動自在とされたアーム85と、アーム85の一端に固定され、受け台82と対向する位置に設けられた押圧部87と、アーム85の、回動軸86を挟む押圧部87と反対側の端部と支柱81とを連結する油圧シリンダ84と、受け台82と押圧部87とによって挟持される処理用第1金属部材W3とを備える。   As shown in FIG. 14A, the adhesion removing unit 80 includes a support column 81 that extends vertically, a pedestal 82 that is provided near the upper end of the support column 81 and extends in the horizontal direction, and is further upward from the vicinity of the upper end of the support column 81. An arm support portion 83 standing upright, a rotation shaft 86 provided near the upper end of the arm support portion 83, having a substantially horizontal axis, and being supported by the rotation shaft 86 and extending in a substantially horizontal direction, The arm 85 that is rotatable around the rotation shaft 86, the pressing portion 87 that is fixed to one end of the arm 85 and is provided at a position facing the cradle 82, and the rotation shaft 86 of the arm 85 are sandwiched. The hydraulic cylinder 84 which connects the edge part on the opposite side to the press part 87, and the support | pillar 81 is provided, and the process 1st metal member W3 clamped by the receiving stand 82 and the press part 87 is provided.

処理用第1金属部材W3(処理用金属部材)は、第1金属部材W1と同じ材質の板、つまりアルミニウム合金材料からなる板である。その厚みは例えば2mm程度とされる。   The processing first metal member W3 (processing metal member) is a plate made of the same material as the first metal member W1, that is, a plate made of an aluminum alloy material. The thickness is, for example, about 2 mm.

油圧シリンダ84の軸線は上下方向に延び、その可動軸84aの先端がアーム85の端部に接続されている。従って、可動軸84aを伸縮させることにより、アーム85を回動軸86まわりに回動させることができる。或いは回動する方向に押引することができる。   The axis of the hydraulic cylinder 84 extends in the vertical direction, and the tip of the movable shaft 84 a is connected to the end of the arm 85. Therefore, the arm 85 can be rotated around the rotation shaft 86 by expanding and contracting the movable shaft 84a. Alternatively, it can be pushed and pulled in the rotating direction.

図14(a)に示すように、受け台82と押圧部87とで処理用第1金属部材W3が挟持されているセッティング状態のとき、可動軸84aを延ばす方向に加圧力を加えることにより、アーム85を介して押圧部87には下向きの加圧力が作用する。この加圧力によって処理用第1金属部材W3が確実に固定される。   As shown in FIG. 14A, in the setting state where the first metal member W3 for processing is sandwiched between the cradle 82 and the pressing portion 87, by applying a pressing force in the direction of extending the movable shaft 84a, A downward pressing force acts on the pressing portion 87 via the arm 85. The first metal member W3 for processing is securely fixed by this applied pressure.

また可動軸84aを縮める方向に力を加えることにより、アーム85を介して押圧部87に上向きの力が作用する。これにより処理用第1金属部材W3の固定状態が解除され、取り外しや交換が可能となる。   Further, by applying a force in the direction in which the movable shaft 84 a is contracted, an upward force is applied to the pressing portion 87 via the arm 85. As a result, the fixed state of the processing first metal member W3 is released, and it is possible to remove and replace the first metal member W3.

次に、凝着除去部80での凝着物除去工程および凝着物除去動作について説明する。上記凝着検知工程において、レーザー変位センサ77から制御ユニット50aに凝着検知信号が送られると、制御ユニット50aは凝着物除去工程を実行する。すなわちロボット40および接合ガン10に凝着物除去動作を行わせる。   Next, the agglomerated substance removing process and the agglomerated substance removing operation in the agglomerated substance removing unit 80 will be described. In the adhesion detection process, when an adhesion detection signal is sent from the laser displacement sensor 77 to the control unit 50a, the control unit 50a executes an adhesion removal process. That is, the robot 40 and the bonding gun 10 are caused to perform the adhesion removal operation.

凝着物除去動作は、図14(a)に示すように、ロボット40で回転工具16を処理用第1金属部材W3に対向して位置させ、次に図14(b)に示すように、押圧用モータ14および回転用モータ15で回転工具16を回転させながらショルダ部16bおよびピン部16cを処理用第1金属部材W3に押圧して凝着物を除去する動作である。この動作は、予めティーチングによってその動作を制御ユニット50aに記憶させておくことによってなされる。   As shown in FIG. 14 (a), the adhered material removing operation is performed by positioning the rotary tool 16 opposite to the processing first metal member W3 by the robot 40, and then pressing the rotary tool 16 as shown in FIG. 14 (b). In this operation, the shoulder portion 16b and the pin portion 16c are pressed against the first metal member W3 for processing while the rotary tool 16 is rotated by the motor 14 for rotation and the motor 15 for rotation, and the adhered material is removed. This operation is performed by storing the operation in the control unit 50a in advance by teaching.

凝着物除去動作は、上記ワークを摩擦点接合させる動作に類似しているが、ワークを接合させるわけではなく、捨て打ちとも呼ばれる。捨て打ちの条件は、例えば加圧力を3.43kN程度、回転速度を2500rpm程度、所定時間を1.5秒程度に設定することが好ましい。   The adhesion removal operation is similar to the operation of joining the workpieces at the friction point, but does not join the workpieces, and is also called discarding. For example, it is preferable to set the discarding condition to a pressure of about 3.43 kN, a rotational speed of about 2500 rpm, and a predetermined time of about 1.5 seconds.

捨て打ちを行うと、凝着物W1aと処理用第1金属部材W3が軟化し、塑性流動を起こす。そして両者の間に固相接合が起こり、接合する。つまり凝着物W1aが処理用第1金属部材W3に転写された状態となる。   When thrown away, the adherend W1a and the first metal member for processing W3 are softened to cause plastic flow. Then, solid phase bonding occurs between the two, and bonding occurs. That is, the adherend W1a is transferred to the processing first metal member W3.

その後、処理用第1金属部材W3から回転工具16および受け具17を離反させると、図14(c)に示すように凝着物W1aが処理用第1金属部材W3に残留する。すなわち回転工具16を損傷することなく、ショルダ部16bから凝着物W1aが容易に除去される。   Thereafter, when the rotary tool 16 and the receiving member 17 are separated from the processing first metal member W3, the adherend W1a remains on the processing first metal member W3 as shown in FIG. 14C. That is, the adherend W1a is easily removed from the shoulder portion 16b without damaging the rotary tool 16.

当実施形態では、1回の凝着物除去工程あたり捨て打ちを2回行い、凝着物W1aの除去をより確実なものとしている。   In the present embodiment, discarding is performed twice per one agglomerate removal step, and the agglomerate W1a is more reliably removed.

図15は、凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。制御ユニット50aでこのフローチャートがスタートすると、まず接合カウンタFに0を入力する(ステップS10)。次に最初の接合部Pにおいて、上記初期移動工程から第1押圧工程、第2押圧工程を経て第3押圧工程に至る摩擦点接合を実行させる(ステップS12)。次に、全ての接合部Pにおいて接合が完了したか否かを判定し(ステップS14)、NOであれば接合カウンタFに1を追加する(ステップS16)。次に、接合カウンタFの値が、所定回数N1に達したか否かが判定される(ステップS18)。所定回数N1は予め設定される値であって、N1回の接合毎に凝着状態検知工程を実行するものとされる値である。ステップS18でNOと判定され、接合カウンタFの値が所定回数N1に達していない場合は、ステップS12に移行し、次の接合部Pにおいて摩擦点接合を繰り返す。   FIG. 15 is a flowchart of friction point joining including an adhesion state detection step and an adhesion removal step. When this flowchart starts in the control unit 50a, first, 0 is input to the joining counter F (step S10). Next, in the first joint P, friction point joining is performed from the initial movement process to the third pressing process through the first pressing process and the second pressing process (step S12). Next, it is determined whether or not the joining has been completed in all the joining portions P (step S14). If NO, 1 is added to the joining counter F (step S16). Next, it is determined whether or not the value of the bonding counter F has reached the predetermined number N1 (step S18). The predetermined number of times N1 is a value set in advance, and is a value for executing the adhesion state detection step every N1 times of joining. If it is determined NO in step S18 and the value of the joining counter F has not reached the predetermined number N1, the process proceeds to step S12, and the friction point joining is repeated at the next joining portion P.

そしてステップS18でYESと判定され、接合カウンタFの値が所定回数N1に達した場合は、ステップS20に移行し、凝着検知部70での上記凝着状態検知工程を実行する。ステップS20でレーザー変位センサ77から凝着検知信号が送られず、凝着なし(所定値以上の凝着状態ではない)と判定されたとき(ステップS22でNO)、ステップS10に戻り、接合カウンタFを0にリセットして接合が繰り返される。このように、所定回数N1回の接合を行った後であっても、凝着状態が所定値に達していない場合は引き続き接合を繰り返すことにより、不必要な凝着物除去工程を省略することができ、効率化が図られる。   And when it determines with YES by step S18 and the value of the joining counter F reaches predetermined times N1, it transfers to step S20 and performs the said adhesion state detection process in the adhesion detection part 70. FIG. When the adhesion detection signal is not sent from the laser displacement sensor 77 in step S20 and it is determined that there is no adhesion (not an adhesion state of a predetermined value or more) (NO in step S22), the process returns to step S10, and the bonding counter F is reset to 0 and bonding is repeated. In this way, even after the predetermined number of times of joining N1 times, if the adhesion state has not reached the predetermined value, the unnecessary adhering substance removing step can be omitted by continuously repeating the joining. It is possible to improve efficiency.

一方、ステップS20でレーザー変位センサ77から凝着検知信号が送られ、凝着あり(所定値以上の凝着状態である)と判定されたとき(ステップS22でYES)、凝着除去部80での上記凝着物除去工程を実行する(ステップS24)。その後、ステップS10に戻って接合カウンタFを0にリセットし、あらためて接合が繰り返される。   On the other hand, when an adhesion detection signal is sent from the laser displacement sensor 77 in step S20 and it is determined that there is adhesion (the adhesion state is equal to or greater than a predetermined value) (YES in step S22), the adhesion removal unit 80 The agglomerate removing step is executed (step S24). Then, it returns to step S10, resets the joining counter F to 0, and joining is repeated anew.

遡って、ステップS14で全ての接合部Pでの接合が完了した(YES)と判定されたとき、次回の稼動に備えて凝着物除去工程を実行する(ステップS30)。そして回転工具16を、凝着物W1aが除去された状態にして終了する。   Going back, when it is determined in step S14 that the joining at all the joints P has been completed (YES), an agglomerate removing process is executed in preparation for the next operation (step S30). Then, the rotary tool 16 is brought into a state where the adherend W1a has been removed, and the process ends.

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するものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It can change suitably in a claim.

例えば、第1金属部材W1および第2金属部材W2は、上記実施形態のような組み合わせである必要はなく、その他の金属材料の組み合わせ(同種の金属同士を含む)であっても良い。また処理用第1金属部材W3は、第1金属部材W1と同種の金属であることが望ましいが、必ずしもそうでなくても良い。   For example, the first metal member W1 and the second metal member W2 do not have to be a combination as in the above embodiment, and may be a combination of other metal materials (including the same kind of metals). The first metal member W3 for processing is desirably the same type of metal as the first metal member W1, but this is not necessarily the case.

また回転工具16のショルダ部16bの形状は、環状凹部16dが形成されたものである必要はない。環状凹部16dが形成されたものは凝着が起こり易い傾向にあるので、本発明の効果を顕著に奏するが、それ以外の形状、例えばショルダ部16bが軸心Xに垂直な平坦面である場合にも、凝着の検知及び除去に関する本発明の効果を奏することができる。   Further, the shape of the shoulder portion 16b of the rotary tool 16 does not have to be formed with the annular recess 16d. Since the one formed with the annular recess 16d tends to cause adhesion, the effect of the present invention is remarkably exhibited. However, other shapes, for example, the shoulder portion 16b is a flat surface perpendicular to the axis X. In addition, the effects of the present invention relating to the detection and removal of adhesion can be achieved.

回転工具16或いは接合ガン10は、ロボット40に搭載されていなくても良い。但し回転工具16や接合ガン10をロボット40に搭載した場合は、その移動自由度の高さを利用し、凝着状態検知工程や凝着物除去工程を容易に行わせることができるという利点がある。またこれらの動作を、ワークの摩擦点接合動作の合間に適宜組み込んで、全体の動作を効率良く行わせることができるという利点もある。   The rotary tool 16 or the joining gun 10 may not be mounted on the robot 40. However, when the rotary tool 16 and the joining gun 10 are mounted on the robot 40, there is an advantage that the adhesion state detection process and the adhesion removal process can be easily performed using the high degree of freedom of movement. . In addition, there is an advantage that these operations can be appropriately incorporated between the friction point joining operations of the workpieces so that the entire operation can be performed efficiently.

回転工具16の形状(各部寸法)や加圧力等の各種パラメータは、用途や各種条件に応じて適宜変更しても良い。   Various parameters such as the shape (size of each part) and the applied pressure of the rotary tool 16 may be appropriately changed according to the application and various conditions.

本発明の実施形態に係る摩擦点接合装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the friction point joining apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す接合ガンの正面図である。It is a front view of the joining gun shown in FIG. 図1に示す接合ガンの側面図である。It is a side view of the joining gun shown in FIG. 図1に示す本体ケースの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the main body case shown in FIG. 図4のV−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. 図1に示す回転工具の先端部の拡大図である。It is an enlarged view of the front-end | tip part of the rotary tool shown in FIG. 第1金属部材と第2金属部材とを摩擦点接合する際の概略図である。It is the schematic at the time of carrying out friction point joining of the 1st metal member and the 2nd metal member. 摩擦点接合における第1押圧工程の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st press process in friction point joining. 摩擦点接合における第2押圧工程の説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd press process in friction point joining. 摩擦点接合における第3押圧工程の説明図である。It is explanatory drawing of the 3rd press process in friction point joining. 摩擦点接合の完了後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state after completion of friction point joining. 回転工具のショルダ部における凝着物の凝着状態を示す図である。It is a figure which shows the adhesion state of the adhesion thing in the shoulder part of a rotary tool. 回転工具処理装置の一部である凝着検知部を示す図であり、(a)は全体構成図、(b)はショルダ部への凝着が殆どない場合の検知動作図、(c)はショルダ部への凝着状態が所定値以上である場合の検知動作図である。It is a figure which shows the adhesion detection part which is a part of rotary tool processing apparatus, (a) is a whole block diagram, (b) is a detection operation figure when there is almost no adhesion to a shoulder part, (c) is a figure. It is a detection operation | movement figure in case the adhesion state to a shoulder part is more than predetermined value. 回転工具処理装置の一部である凝着除去部を示す図であり、(a)は全体構成図、(b)は凝着除去動作中の作動図、(c)は凝着除去動作後の動作図である。It is a figure which shows the adhesion removal part which is a part of rotary tool processing apparatus, (a) is a whole block diagram, (b) is an operation | movement figure during adhesion removal operation | movement, (c) is after adhesion removal operation | movement. FIG. 凝着状態検知工程および凝着物除去工程を含む摩擦点接合のフローチャートである。It is a flowchart of friction point joining including an adhesion state detection process and an adhesion thing removal process.

符号の説明Explanation of symbols

14 押圧用モータ(駆動手段)
15 回転用モータ(駆動手段)
16 回転工具
16b ショルダ部
16c ピン部
16d 環状凹部
50a 制御ユニット(制御手段)
60 回転工具処理装置
63 検知プレート
70 凝着検知部(検知手段)
77 レーザー変位センサ(変位センサ)
W1 第1金属部材(金属部材)
w1a 凝着物
W2 第2金属部材(金属部材)
W3 処理用第1金属部材(処理用金属部材)
14 Pressing motor (drive means)
15 Motor for rotation (drive means)
16 Rotating tool 16b Shoulder portion 16c Pin portion 16d Annular recess 50a Control unit (control means)
60 Rotating Tool Processing Device 63 Detection Plate 70 Adhesion Detection Unit (Detection Means)
77 Laser displacement sensor (displacement sensor)
W1 First metal member (metal member)
w1a Adhesive W2 Second metal member (metal member)
W3 1st metal member for processing (metal member for processing)

Claims (5)

複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理方法であって、
少なくとも1回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知手段で検知する凝着状態検知工程と、
上記凝着状態検知工程において、上記凝着状態が所定値以上であると検知されたときに実行される凝着物除去工程とを含み、
上記凝着物除去工程は、上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を処理用金属部材に押圧して凝着物を除去するものであることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理方法。
A plurality of metal members are superposed, the pin part and the shoulder part are pressed against the metal member while rotating a rotary tool provided with a pin part protruding from the shoulder part, the metal member is softened by frictional heat, and plastic It is a rotary tool processing method of a friction point joining apparatus that causes flow and causes the metal members to be spot-joined,
An adhesion state detection step of detecting an adhesion state of the metal member to the shoulder portion by a detection means after performing at least one joining;
In the adhesion state detection step, including an adherent removal step that is executed when the adhesion state is detected to be a predetermined value or more,
In the adhesion point removing step, the rotating tool of the friction point joining apparatus is characterized in that the adhesion part is removed by pressing the pin part and the shoulder part against the processing metal member while rotating the rotary tool. Processing method.
複数の金属部材を重ね合わせ、ショルダ部から突出するピン部を備えた回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧し、摩擦熱で上記金属部材を軟化させ、塑性流動を生じさせて当該金属部材同士をスポット接合させる摩擦点接合装置の回転工具処理装置であって、
上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を上記金属部材に押圧する駆動手段と、
上記回転工具と上記駆動手段とを備え、上記回転工具を接合位置に移動させる移動手段と、
少なくとも1回の接合を行った後、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態を検知する検知手段と、
上記検知手段による検知信号が、所定値以上の凝着状態であることを示したとき、上記移動手段で上記回転工具を処理用金属部材に対向して位置させ、上記駆動手段で上記回転工具を回転させながら上記ピン部および上記ショルダ部を該処理用金属部材に押圧して凝着物を除去する凝着物除去動作を行わせる制御手段とを備えることを特徴とする摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
A plurality of metal members are superposed, the pin part and the shoulder part are pressed against the metal member while rotating a rotary tool provided with a pin part protruding from the shoulder part, the metal member is softened by frictional heat, and plastic It is a rotary tool processing device of a friction point joining device that causes flow to cause spot joining of the metal members,
Driving means for pressing the pin part and the shoulder part against the metal member while rotating the rotary tool;
A moving means comprising the rotating tool and the driving means, and moving the rotating tool to a joining position;
Detecting means for detecting the adhesion state of the metal member to the shoulder portion after performing at least one joining;
When the detection signal from the detection means indicates that the adhesion state is equal to or greater than a predetermined value, the moving means positions the rotary tool opposite the processing metal member, and the driving means causes the rotary tool to move. A rotating tool process for a friction point joining apparatus, comprising: a control means for performing an adhesion removal operation for removing the adhesion by pressing the pin part and the shoulder part against the metal member for processing while rotating. apparatus.
上記検知手段は、上記ショルダ部と略当接可能に配置された検知プレートと、
上記ショルダ部を上記検知プレートに略当接させたときの該検知プレートの変位量を検知する変位センサとを備え、
上記検知プレートは、上記ショルダ部を該検知プレートに略当接させたとき、上記ショルダ部への上記金属部材の凝着状態に応じた変位量で変位するように構成されていることを特徴とする請求項2記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。
The detection means includes a detection plate disposed so as to be substantially in contact with the shoulder portion;
A displacement sensor for detecting a displacement amount of the detection plate when the shoulder portion is substantially in contact with the detection plate;
The detection plate is configured to be displaced by a displacement amount corresponding to an adhesion state of the metal member to the shoulder portion when the shoulder portion is substantially brought into contact with the detection plate. The rotary tool processing apparatus for a friction point welding apparatus according to claim 2.
上記ショルダ部には、上記ピン部を囲むような環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項2または3記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。   The rotary tool processing device for a friction point welding device according to claim 2 or 3, wherein the shoulder portion is formed with an annular recess surrounding the pin portion. 上記移動手段はロボットであることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の摩擦点接合装置の回転工具処理装置。   The rotary tool processing apparatus for a friction point welding apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the moving means is a robot.
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