JP2007185669A - 金属部材の接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材２１の接合に際して、その表面に付着している表面調整剤が接合の支障にならないようにして、生産性の向上、品質の向上を図る。
【解決手段】金属部材２１の接合ツール８が当接される部分に洗浄液を供給し、該当接部分に付着している表面調整剤の付着量を低減させる洗浄液供給手段２６と、洗浄液及び洗浄廃液が周囲に飛散しないように接合ツール８を囲うガード部材１１と、ガード部材１１の先端を金属部材２１の接合ツール当接部まわりに加圧当接させる当接手段２４とを備え、金属部材２１の洗浄後に接合ツール８による金属部材２１の接合を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属部材の接合装置に関する。

金属部材同士の接合には、電気抵抗による発熱を利用するスポット溶接（抵抗溶接）、回転ツールによるによる摩擦熱を利用する摩擦攪拌接合、リベットを金属部材に打ち込むＳＰＲ（セルフピアッシングリベット）接合等が採用されている。近年は、自動車、その他各種の機器では、その軽量化のためにアルミニウム合金部材が広く利用されるようになり、アルミニウム合金部材同士の接合や、アルミニウム合金部材と鉄製部材との接合も広く行なわれている。

ところで、接合すべき金属部材の表面には、防錆等のために各種の表面調整剤が付着しているのが通常である。例えば、アルミニウム合金板の場合、鋼板に比べてプレス成形性が劣ることから、プレス成形時に潤滑用のプレス油が塗布される。しかし、プレス油等の表面調整剤が付着したままであると、スポット溶接では生産性の低下を招き、上記摩擦攪拌接合等では接合強度の低下を招く、という問題がある。すなわち、スポット溶接では、表面調整剤が溶接用電極と反応してその生成物が該電極に付着し、ドレッシングを頻繁に行なわなければならなくなる。摩擦攪拌接合では、回転ツールによる摩擦熱の一部が表面調整剤に奪われて、金属部材の軟化、塑性流動が不十分になり、接合強度が低くなる。或いは、ＳＰＲ接合では、リベットと金属部材との間に摩擦調整剤が介在した状態になって接合強度が低くなる。

上記スポット溶接の問題に関しては、アルミニウム合金板に塗布する防錆・潤滑剤に少量のエステル類及び合成脂肪酸を添加することにより、潤滑性の向上を図るとともに、当該表面調整剤が塗布されたままでのスポット溶接性を高める、という提案がなされている（特許文献１参照）。
特開平８−２９１２９７号公報

しかし、表面調整剤の成分を工夫することは、スポット溶接性の向上に役立つものの、その効果にも自ずと限界があり、また、上記摩擦攪拌接合やＳＰＲ接合における接合強度低下の問題の解決にはなり難い。また、金属部材同士の接合を行なう前に、その金属部材を洗浄して表面調整剤を除去することも考えられるが、そのためには大掛かり洗浄設備が必要になるとともに、大量に発生する洗浄廃液の処理が必要になり、設備面及び環境面から難しい。

そこで、本発明は、金属部材の接合に際して、上記表面調整剤ができるだけその接合の支障にならないようにして、生産性の向上、品質の向上を図ることを課題とする。

本発明は、このような課題の解決のために、表面調整剤が付着している金属部材の接合を行なうにあたり、その金属部材を局部的に、すなわち、接合ツールが当接する部分のみを事前に且つ効率良く洗浄するようにした。以下、具体的に説明する。

請求項１に係る発明は、複数の金属部材を重ね合わせた状態で接合する金属部材の接合装置であって、
少なくとも１つの接合ツールを備え、重ね合わされた上記複数の金属部材のうちの片側に配置された金属部材の表面に該接合ツールを当接させて当該金属部材同士を接合する接合手段と、
上記金属部材の接合ツールが当接される部分に洗浄液を供給し、該当接部分に付着している該金属部材の表面調整剤の付着量が低減するように、該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段と、
上記洗浄液供給手段による洗浄液及び洗浄廃液が周囲に飛散しないように上記接合ツールを囲うガード部材と、
上記ガード部材の先端を上記金属部材の上記接合ツール当接部まわりに加圧当接させる当接手段と、
上記洗浄液供給手段による上記金属部材の洗浄後に上記接合ツールが該金属部材に当接するように、上記接合手段を作動させる作動手段とを備えていることを特徴とする。

ここに、上記表面調整剤には、固形の調整剤であっても、液状ないしは半液状の調整剤であってもよく、また、金属部材の腐食を防止する防錆剤の他、プレス成形時に金型と当該金属部材との間に働く摩擦力を低減させる潤滑剤を含む。また、表面調整剤の付着量の低減には、金属部材表面の上記当接部からの表面調整剤の部分除去及び完全除去を含む。また、洗浄液としては、水を採用することができ、或いは炭酸ナトリウム水溶液やケイ酸塩水溶液等のアルカリ性脱脂剤、硝酸水溶液や水酸化アンモニウム水溶液等の酸性脱脂剤、塩素化炭化水素類、アルコール類、ケトン類等の溶剤などを採用することができる。

従って、洗浄液供給手段により、金属部材の接合ツールが当接する部分を該接合ツールが当接する前に洗浄液によって洗浄し、この当接部の表面調整剤付着量を低減することができる。このため、表面調整剤が金属部材の接合の支障になることが避けられ、また、接合ツールが表面調整剤によって汚損したり、傷んだりすることが避けられる。しかも、局部的な洗浄で済むから大掛かりな洗浄設備は不要であり、短時間で洗浄を完了することができる。よって、生産性の向上及び品質の向上に有利になる。さらに、洗浄液及び洗浄廃液が周囲に飛散することがガード部材によって防止され、接合設備の汚損、周辺環境の悪化、電気回路部の漏電が避けられる。

請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記洗浄廃液を上記ガード部材内から排出する洗浄廃液排出手段を備えていることを特徴とする。

従って、洗浄液排出手段によって、ガード部材内の洗浄廃液を周囲に飛散させることなく速やかに排出し、洗浄廃液が接合ツールによる接合の支障になることを避けることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、
上記ガード部材は、先端に行くに従って外径が小さくなる先細に形成されていることを特徴とする。

従って、ガード部材の先端を金属部材の接合ツール当接部まわりに高い圧力で密着させる上で有利になり、洗浄液供給手段による洗浄液供給圧力に抗して、該洗浄液が周囲に飛散することを防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させる溶接用電極を備えたスポット抵抗溶接手段であることを特徴とする。

従って、表面調整剤と溶接用電極とが反応して生成物が該電極に付着することが抑制される。よって、電極のドレッシング回数を減らすことができ、生産性向上に有利になる。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させて回転する回転ツールを備えた摩擦攪拌点接合手段であることを特徴とする。

従って、回転ツールによる摩擦熱の一部が表面調整剤に奪われることが少なくなるため、金属部材の軟化、塑性流動が効率良く行なわれ、接合強度の確保に有利になる。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させてリベットを該金属部材に打ち込むリベット発射管を備えたセルフピアッシングリベット接合手段であることを特徴とする。

従って、リベットと金属部材との間に摩擦調整剤が介在した状態になることが避けられ、リベットと金属部材との間に作用する摩擦力が高くなり、接合強度の確保に有利になる。

以上のように、本発明によれば、金属部材の接合ツールが当接する部分に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、上記接合ツールの囲うガード部材と、該ガード部材の先端を上記金属部材の上記接合ツール当接部まわりに加圧当接させる当接手段とを備え、上記洗浄液供給手段による金属部材の洗浄後に上記接合ツールを該金属部材に当接させて接合を行なうようにしたから、表面調整剤が金属部材の接合の支障になることが避けられるとともに、接合ツールの汚損が避けられ、しかも大掛かりな洗浄設備は不要であり、生産性の向上及び品質の向上に有利になるとともに、洗浄液や洗浄廃液による接合設備の汚損、周辺環境の悪化、電気回路部の漏電が避けられる。

また、上記ガード部材内から洗浄廃液を排出する洗浄廃液排出手段を備えたものによれば、ガード部材内の洗浄廃液を周囲に飛散させることなく速やかに排出し、洗浄廃液が接合ツールによる接合の支障になることを避けることができ、生産性の向上及び品質の向上に有利になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
−全体構成−
図１は本発明に係るスポット溶接装置１を示す。このスポット溶接装置１は、ベース２に対してＺ軸まわりに回転する回転台３と、この回転台３に対してＹ軸まわりに揺動する第１アーム４と、第１アーム４に対してＹ軸まわりに揺動すると共に、自軸まわりに回転する第２アーム５と、第２アーム５に対してＹ軸まわりに揺動すると共に、自軸まわりに回転する第３アーム６とを備え、この第３アーム６の先端部に接合手段としてのＣ型スポット溶接ガン（抵抗溶接装置）７が取り付けられている多関節ロボットである。

溶接ガン７は、接合ツールとして、上部の昇降する可動電極８と下部の固定電極９とを備え、重ね合わされた金属部材を両電極８，９によって挟み、通電することにより、金属部材同士を溶接する。そのために、溶接ガン７には、上部電極８を下部電極に向かって進退させる駆動手段（シリンダ装置）１０が設けられている。両電極８，９各々は後に詳述する金属部材洗浄用のガード部材１１，１２で包囲されている。上部のガード部材１１には洗浄液供給ホース１３及び洗浄廃液排出ホース１４が接続され、下部のガード部材１２にも洗浄液供給ホース１５及び洗浄廃液排出ホース１６が設けられている。

上記スポット溶接装置１の各アーム、モータ、アクチュエータなどの動作は、予めティーチングされて動力／制御ケーブル１７を介して制御手段１８によりコントロールされる。

−上部可動電極側の洗浄関連構成−
図２は上記溶接ガン７の上部可動電極８側の金属部材洗浄に関連する構成を示す。同図において、２１は金属部材としてのアルミニウム合金板（以下、アルミ板と略称する。）であり、その上部電極８が当接する面には全面にわたって表面調整剤（主成分がワックス、或いはポリアルキレンオキサイド等の水溶性樹脂である固形潤滑剤、鉱物オイル等の液体潤滑剤、その他のプレス成形用潤滑剤）が付着している。上部電極８は台座２２に固定されたシャンク２３に着脱自在に嵌められている。

ガード部材１１は、上部電極８及びシャンク２３を包囲する円筒形状をなし、台座２２に対して、先端（下端）が電極８の先端よりも突出した状態になるようにスプリング２４によって吊り下げられて電極軸方向に揺動できるようになっている。また、ガード部材１１とシャンク２３との間にはガード部材１１を円滑に昇降させるためのベアリング２５が介装されている。ガード部材１１の下部は先端（下端）にいくに従って外径が漸次小さくなる先細に形成され、駆動手段１０によって上部電極８を下降させたとき、その先端が、上記スプリング２４の付勢により、アルミ板２１に加圧当接されるようになっている。すなわち、駆動手段１０及びスプリング２４は、ガード部材１１の先端をアルミ板２１に加圧当接させる当接手段（付勢手段）を構成している。

本例はガード部材１１の材質がアルミ板２１より硬いケース（例えばガード部材１１をセラミックス製とするケース）であり、そのために、ガード部材１１の先端を尖らせ、アルミ板２１の表面に若干食い込ませることによって、ガード部材１１とアルミ板２１とを隙間なく密接させるようにしている。

ガード部材１１には、洗浄液供給通路２６と洗浄廃液排出通路２７とが形成されている。洗浄液供給通路２６は、その一端がガード部材１１の外周面に開口し、他端はガード部材１１の先端部内周面に洗浄液噴射口として開口している。この噴射口は洗浄液が上部電極８の先の方へ向かって、つまり、アルミ板２１の上部電極８が当接される部分に向かって噴射されるように形成されている。そうして、洗浄液供給通路２６の上記一端に洗浄液供給用の噴射ポンプ３０が洗浄液供給ホース１３によって接続されている。この洗浄液供給ホース１３、洗浄液供給通路２６及び噴射ポンプ３０が、ガード部材１１内に洗浄液を供給し、アルミ板２１の上部電極８が当接される部分の表面調整剤付着量が低減するように該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段を構成している。

洗浄廃液排出通路２７は、その一端がガード部材１１の外周面に開口し、他端はガード部材１１の先端部内周面に洗浄液吸引口として開口している。この洗浄廃液排出通路２７の上記一端に洗浄廃液排出用の吸引ポンプ２８が洗浄廃液排出ホース１４によって接続されている。この洗浄廃液排出ホース１４、洗浄廃液排出通路２７及び吸引ポンプ２８が、洗浄廃液をガード部材１１内から排出する洗浄廃液排出手段を構成している。

また、ガード部材１１とシャンク２３の先端部との隙間は、洗浄液や洗浄廃液が当該隙間から漏出することを防止する中空状のＯリング（シール部材）２９によってシールされるようになっている。すなわち、Ｏリング２９にはエアコンプレッサ（図示省略）が接続され、噴射ポンプ３０によって洗浄液の供給が行なわれている間、Ｏリング２９の中空内にエアを加圧供給して、該Ｏリング２９を膨らませて、上記シールを行なうものである。当該洗浄後はＯリング２９内のエアを抜いて上部電極８の下降を許容する。Ｏリング２９専用にエアコンプレッサを接続してもよいが、吸引ポンプ２８をエアコンプレッサ兼用タイプとして、該吸引ポンプ２８から加圧エアを供給する、後述の排気ポンプをエアコンプレッサ兼用タイプとして加圧エアを供給する、という方法を採用することができる。また、シャンク２３の外周面にはＯリング２９を密接させるべく、該Ｏリング２９が嵌まる周回溝が形成されている。

また、ガード部材１１の基端部と台座２２との間には、洗浄液や洗浄廃液がガード部材１１の外に漏出することを防止すべく、シャンク２３の基部を包囲する蛇腹状シール部材３１が設けられている。

また、上記スポット溶接装置１の制御手段１８は、上記洗浄液供給手段及び洗浄廃液排出手段によるアルミ板２１の洗浄後に上部電極８が該アルミ板２１に当接するように上記溶接ガン７を作動させる作動手段を構成している。すなわち、制御手段１８は、アルミ板２１の溶接にあたり、台座２２を、ガード部材１１がアルミ板２１にスプリング２４の付勢によって所定圧力で当接し且つ上部電極８はアルミ板２１に当接しない位置になるように下降させ、アルミ板２１の洗浄・上部電極８及びアルミ板２１の乾燥後に、台座２２をさらに下降させて上部電極８をアルミ板２１に当接させてスポット溶接を行なうように、駆動手段１０の作動を制御する。

−下部固定電極側の洗浄関連構成−
図３乃至図５は上記溶接ガン７の下部固定電極９側の金属部材洗浄に関連する構成を示す。同図において、４１は下部電極９が当接する金属部材としてのアルミ板であり、その下部電極９が当接する面には全面にわたって表面調整剤（プレス油）が付着している。下部電極９は溶接ガン７のＣ型アーム４２の先端部に固定されたシャンク４３に着脱自在に嵌められている。

ガード部材１２は、下部電極９及びシャンク４３を包囲する筒形状をなし、Ｃ型アーム４２に対して、先端（上端）が電極９の先端よりも突出した状態になるようにスプリング４４によって付勢されて電極軸方向に揺動自在に支持されている。すなわち、Ｃ型アーム４２にはシャンク４３と平行に複数本のガイドロッド４５が立設され、このガイドロッド４５がガード部材１２の下面に開口したガイド穴４６に摺動自在に挿入されている。そして、コイルスプリング４４がガード部材１２とＣ型アーム４２との間に設けられ、ガイドロッド４５はコイルスプリング４４に通されている。

ガード部材１２の上部は先端（上端）にいくに従って外径が漸次小さくなる先細に形成され、駆動手段１０によって上部電極８と共にアルミ板４１を下降させたとき、その先端が、上記スプリング４４の付勢により、アルミ板４１に加圧当接されるようになっている。すなわち、駆動手段１０及びスプリング４４は、ガード部材１２の先端をアルミ板４１に加圧当接させる当接手段（付勢手段）を構成している。

ガード部材１２の内部には、洗浄液及び洗浄廃液を受けるカップ４８が下部電極９の上方に位置するように配置されている。カップ４８は、その開口部が下部電極９よりも大径に形成されていて、図４に示すように、その両側部に突起４９を有する。この突起４９がガード部材１２に形成されたガイド溝５１に摺動自在に嵌められて、カップ４８は、下部電極９に対応する使用位置と該下部電極９の側方に退避した位置とに移動自在になるように、ガード部材１２に支持されている。さらに、ガード部材１２とカップ４８と間には、カップ４８を使用位置に位置付けるように付勢するスプリング５２が設けられている。

カップ４８の下面は、上記使用位置側から上記退避位置側へ向かって下降傾斜したカム面５３に形成されている。これにより、カップ４８がガード部材１２と共にスプリング４４の付勢に抗して下降したときに、カム面５３が下部電極９の頂面を摺動して、該カップ４８がスプリング５２の付勢に抗して上記使用位置から退避位置に移動するようになされている。

そうして、図３及び図５に示すように、ガード部材１２及びカップ４８の上記使用位置側の上部には、切欠き５４，５５が形成されていて、この切欠き５４，５５より洗浄液供給ホース１５の噴射口がカップ４８の上方を臨むように、すなわち、アルミ板４１下面の下部電極９が当接する部分に向けて洗浄液が噴射されるように、洗浄液供給ホース１５が配置されている。この洗滌液供給ホース１５には図２に示す洗浄液供給用の噴射ポンプ３０が接続されている。この洗浄液供給ホース１５及び噴射ポンプ３０が、ガード部材１２内に洗浄液を供給し、アルミ板４１の下部電極９が当接される部分の表面調整剤付着量が低減するように該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段を構成している。また、カップ４８の下部にはドレン孔５６が形成され、このドレン孔５６に洗浄廃液排出ホース１６が接続されている。ドレン孔５６及び洗浄廃液排出ホース１６が、洗浄廃液をガード部材１２内から排出する洗浄廃液排出手段を構成している。

−作動−
従って、本実施形態によれば、上下のガード部材１１，１２間にアルミ板２１，４１を重ねて配置した状態で、駆動手段１０により、上側ガード部材１１が上部電極８と共に下降される。そして、上側ガード部材１１の先端がアルミ板２１に加圧当接し、下側ガード部材１２の先端がアルミ板４１に加圧当接し、且つ上部電極８及び下部電極９はアルミ板２１，４１に当接しない状態になるように、上下のガード部材１１，１２が位置付けられる。

その状態で、噴射ポンプ３０が作動されて洗浄液が、上側の洗浄液供給ホース１３からガード部材１１の洗浄液供給通路２６に供給され、その先端の噴射口からアルミ板２１の上部電極８が当接される部分に向かって噴射される一方、下側の洗浄液供給ホース１５先端の噴射口からアルミ板４１の下部電極９が当接される部分に向かって噴射される。これにより、アルミ板２１，４１各々の電極当接部から表面調整剤が落とされる。

続いて、吸引ポンプ２８が駆動されて、上側のアルミ板２１から落とされた表面調整剤が洗浄液と共に洗浄廃液となって、ガード部材１１内から洗浄廃液排出通路２７及び洗浄廃液排出ホース１４を介して排出される。なお、噴射ポンプ３０と吸引ポンプ２８とは同時に作動を開始させるようにしてもよい。一方、下側のアルミ板４１から落とされた表面調整剤は洗浄液と共に洗浄廃液となってカップ４８で受けられ、ドレン孔５６より洗浄廃液排出ホース１６を介して排出される。

上側ガード部材１１はその先端がアルミ板２１に隙間なく加圧当接されているため、洗浄液ないしは洗浄廃液がガード部材１１とアルミ板２１との間から漏出することが避けられる。また、洗浄液噴射中は中空Ｏリング２９は加圧エアの供給によってシャンク２３に隙間なく密接しており、洗浄液ないしは洗浄廃液がガード部材１１とシャンク２３との間から漏出することが避けられる。仮にＯリング２９から洗浄液等が漏れても、蛇腹状シール部材３１によってガード部材１１の外に漏出することが防止される。なお、Ｏリング２９と蛇腹状シール部材３１とはそのいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。

一方、下側ガード部材１２もその先端がアルミ板４１に加圧当接されているため、カップ４８からその外側へ洗浄液や洗浄廃液が飛び散ることがあっても、ガード部材１２とアルミ板４１との間から漏出することが避けられる。また、洗浄液及び洗浄廃液はカップ４８で受けられるため、その下方に位置する下部電極９が濡れることは殆どない。

そうして、噴射ポンプ３０を停止させた後も、更に吸引ポンプ２８を所定時間駆動することにより、ガード部材１１内の洗浄廃液を外部に完全に排出し、上部電極８及びアルミ板２１の表面ができるだけ乾くようにする。なお、必ずしも完全に乾かせることは要しない。この間に、下部電極９及び下側のアルミ板４１も乾くことになる。しかる後に、駆動手段１０により上部電極８を下降させて上側のアルミ板２１に当接させ、さらに、アルミ板２１，４１を押し下げて下側のアルミ板４１を下部電極９に当接させてスポット溶接を行なう。このとき、カップ４８はそのカム面５３が下部電極９の頂面を摺動して退避位置に移動する。

よって、表面調整剤と電極８，９とが反応して生成物が該電極８，９に付着することが抑制され、電極のドレッシング回数を減らすことができ、生産性向上に有利になる。また、洗浄液や洗浄廃液が周囲に飛散すること、或いはガード部材１１，１２内より外部に漏れ出ることがなく、スポット溶接装置１の汚損、その電気回路部の漏電、周辺環境の悪化が避けられる。

＜実施形態２＞
この実施形態は接合手段が摩擦攪拌接合手段であるケースであり、図６及び図７にその要部構成を示す。図６において、６１は摩擦攪拌接合装置のＣ型スポット接合ガンであり、そのＣ型アーム６２は実施形態１と同様の多関節ロボットに取付けられる。Ｃ型アーム６２の上部に接合ツールとしての回転ツール６３が設けられ、アーム下部に受け具６４が設けられている。アーム上部に固定された駆動部ケース６５内に回転ツール６３を回転させる回転アクチュエータと回転ツール６３を軸方向に進退させる進退用アクチュエータとが設けられている。駆動部ケース６５の下には、回転ツール６３を洗浄液及び洗浄廃液から保護するガード部材１１がスプリング６７によって軸方向に進退自在に支持されている。

すなわち、図７に示すように、ガード部材１１は、回転ツール６３を包囲する円筒形状をなし、回転ツール６３と共に昇降する昇降盤７０に対して、先端（下端）が回転ツール６３の先端よりも突出した状態になるようにスプリング６７によって吊り下げられてツール軸方向に揺動できるようになっている。具体的には、昇降盤７０の下面には回転ツール６３と平行に複数本のガイドロッド６８が突設され、このガイドロッド６８がガード部材１１の上面に開口したガイド穴６９に摺動自在に挿入されている。そして、コイルスプリング６７がガード部材１１と昇降盤７０との間に設けられ、ガイドロッド６８はコイルスプリング６７に通されている。

ガード部材１１の下部は先端（下端）にいくに従って外径が漸次小さくなる先細に形成され、進退用アクチュエータによってガード部材１１を下降させたとき、その先端が、上記スプリング６７の付勢により、アルミ板２１に加圧当接されるようになっている。すなわち、進退用アクチュエータ及びスプリング６７は、ガード部材１１の先端をアルミ板２１に加圧当接させる当接手段（付勢手段）を構成している。本例はガード部材１１の材質がアルミ板２１より硬いケース（例えばセラミックス製とするケース）であり、そのために、ガード部材１１の先端を尖らせ、アルミ板２１の表面に若干食い込ませることによって、ガード部材１１とアルミ板２１とを隙間なく密接させるようにしている。

ガード部材１１には、実施形態１のガード部材１１と同様に、洗浄液供給通路２６と洗浄廃液排出通路２７とが形成され、洗浄液供給通路２６に洗浄液供給用の噴射ポンプ（図示省略）が洗浄液供給ホース１３によって接続され、洗浄廃液排出通路２７に洗浄廃液排出用の吸引ポンプ（図示省略）が洗浄廃液排出ホース１４によって接続されている。洗浄液供給ホース１３、洗浄液供給通路２６及び噴射ポンプが、ガード部材１１内に洗浄液を供給し、アルミ板２１の回転ツール６３が当接される部分の表面調整剤付着量が低減するように該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段を構成し、洗浄廃液排出ホース１４、洗浄廃液排出通路２７及び吸引ポンプが、洗浄廃液をガード部材１１内から排出する洗浄廃液排出手段を構成している。

また、上記摩擦攪拌接合装置の制御手段は、上記洗浄液供給手段及び洗浄廃液排出手段によるアルミ板２１の洗浄後に回転ツール６３が該アルミ板２１に当接するように上記接合ガン６１を作動させる作動手段を構成している。すなわち、制御手段は、アルミ板２１の摩擦攪拌接合にあたり、昇降盤７０を、ガード部材１１がアルミ板２１にスプリング６７の付勢によって所定圧力で当接し且つ回転ツール６３はアルミ板２１に当接しない位置になるように下降させ、アルミ板２１の洗浄・回転ツール６３及びアルミ板２１の乾燥後に、昇降盤７０をさらに下降させて回転ツール６３をアルミ板２１に当接させて摩擦攪拌接合を行なうように、回転アクチュエータ及び進退用アクチュエータの作動を制御する。

従って、ガード部材１１がアルミ板２１に所定圧力で当接し且つ回転ツール６３はアルミ板２１に当接しない状態で、噴射ポンプが作動されて洗浄液が洗浄液供給ホース１３を介してガード部材１１の洗浄液供給通路２６に供給され、その先端の噴射口からアルミ板２１の回転ツール６３が当接される部分に向かって噴射される。これにより、アルミ板２１のツール当接部から表面調整剤が落とされる。

続いて、吸引ポンプが駆動されて、アルミ板２１から落とされた表面調整剤が洗浄液と共に洗浄廃液となって、ガード部材１１内から洗浄廃液排出通路２７及び洗浄廃液排出ホース１４を介して排出される。なお、噴射ポンプと吸引ポンプとは同時に作動を開始させるようにしてもよい。ガード部材１１はその先端がアルミ板２１に隙間なく加圧当接されているため、洗浄液ないしは洗浄廃液がガード部材１１とアルミ板２１との間から漏出することが避けられる。

そうして、噴射ポンプを停止させた後も、更に吸引ポンプを所定時間駆動することにより、ガード部材１１内の洗浄廃液を外部に完全に排出し、回転ツール６３及びアルミ板２１の表面ができるだけ乾くようにする。なお、必ずしも完全に乾かせることは要しない。しかる後に、回転ツール６３を回転させながら下降させてアルミ板２１に当接させ、摩擦攪拌接合を行なう。

よって、回転ツール６３による摩擦熱の一部が表面調整剤に奪われることがなくなるため、金属部材の軟化、塑性流動が効率良く行なわれ、接合強度の確保に有利になる。また、洗浄液や洗浄廃液が周囲に飛散すること、或いはガード部材１１内より外部に漏れ出ることがなく、摩擦攪拌接合装置の汚損、その電気回路部の漏電、周辺環境の悪化が避けられる。

また、本実施形態の場合、ガード部材１１と回転ツール６３との間、並びにガイドロッド６８とガイド穴６９との間にガード部材１１の横ずれを許容する隙間が形成されており、このため、アルミ板２１が回転ツール６３に対して完全に垂直になっていなくても、ガード部材１１をアルミ板２１に対して隙間なく加圧当接することができる。この点は次の実施形態３も同様である。

＜実施形態３＞
この実施形態は接合手段がＳＰＲ接合手段であるケースであり、図８にその要部構成を示す。図８において、８１はＳＰＲ接合装置のリベット発射管（接合ツール）であり、該リベット発射管８１を洗浄液及び洗浄廃液から保護するガード部材１１が設けられている。リベット発射管８１は、実施形態１と同様の多関節ロボットに取付けられたＣ型アームの上部に設けられた昇降盤７０に取付けられている。リベット発射管８１は昇降盤７０と共に進退用アクチュエータ（図示省略）によって昇降する。

また、ガード部材１１はスプリング８３によって軸方向に進退自在に設けられている。すなわち、ガード部材１１は、リベット発射管８１を包囲する円筒形状をなし、リベット発射管８１と共に昇降する昇降盤７０に対して、先端（下端）がリベット発射管８１の先端よりも突出した状態になるようにスプリング８３によって吊り下げられてリベット発射管８１の軸方向に揺動できるようになっている。具体的には、実施形態２と同じく、昇降盤７０の下面にはリベット発射管８１と平行に複数本のガイドロッド８５が突設され、このガイドロッド８５がガード部材１１の上面に開口したガイド穴８６に摺動自在に挿入されている。そして、コイルスプリング８３がガード部材１１と昇降盤７０との間に設けられ、ガイドロッド８５はコイルスプリング８３に通されている。

ガード部材１１の下部は先端（下端）にいくに従って外径が漸次小さくなる先細に形成され、進退用アクチュエータによってガード部材１１を下降させたとき、その先端が、上記スプリング８３の付勢により、アルミ板２１に加圧当接されるようになっている。すなわち、進退用アクチュエータ及びスプリング８３は、ガード部材１１の先端をアルミ板２１に加圧当接させる当接手段（付勢手段）を構成している。本例はガード部材１１の材質がアルミ板２１より硬いケース（例えばセラミックス製とするケース）であり、そのために、ガード部材１１の先端を尖らせ、アルミ板２１の表面に若干食い込ませることによって、ガード部材１１とアルミ板２１とを隙間なく密接させるようにしている。

ガード部材１１には、実施形態１のガード部材１１と同様に、洗浄液供給通路２６と洗浄廃液排出通路２７とが形成され、洗浄液供給通路２６に洗浄液供給用の噴射ポンプ（図示省略）が洗浄液供給ホース（図示省略）によって接続され、洗浄廃液排出通路２７に洗浄廃液排出用の吸引ポンプ（図示省略）が洗浄廃液排出ホース（図示省略）によって接続されている。洗浄液供給ホース、洗浄液供給通路２６及び噴射ポンプが、ガード部材１１内に洗浄液を供給し、アルミ板２１のリベット発射管８１が当接される部分の表面調整剤付着量が低減するように該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段を構成し、洗浄廃液排出ホース、洗浄廃液排出通路２７及び吸引ポンプが、洗浄廃液をガード部材１１内から排出する洗浄廃液排出手段を構成している。

また、上記ＳＰＲ接合装置の制御手段は、上記洗浄液供給手段及び洗浄廃液排出手段によるアルミ板２１の洗浄後にリベット発射管８１が該アルミ板２１に当接するように上記接合ガンを作動させる作動手段を構成している。すなわち、制御手段は、アルミ板２１のリベット接合にあたり、昇降盤７０を、ガード部材１１がアルミ板２１にスプリング８３の付勢によって所定圧力で当接し且つリベット発射管８１はアルミ板２１に当接しない位置になるように下降させ、アルミ板２１の洗浄・アルミ板２１の乾燥後に、昇降盤７０をさらに下降させてリベット発射管８１をアルミ板２１に当接させてピアッシングリベット接合を行なうように、当該ＳＰＲ接合装置の駆動部の作動を制御する。

従って、ガード部材１１がアルミ板２１に所定圧力で当接し且つリベット発射管８１はアルミ板２１に当接しない状態で、噴射ポンプが作動されて洗浄液がガード部材１１の洗浄液供給通路２６に供給され、その先端の噴射口からアルミ板２１のリベット発射管８１が当接される部分に向かって噴射される。これにより、アルミ板２１のリベット打込部から表面調整剤が落とされる。

続いて、吸引ポンプが駆動されて、アルミ板２１から落とされた表面調整剤が洗浄液と共に洗浄廃液となって、ガード部材１１内から洗浄廃液排出通路２７を介して排出される。なお、噴射ポンプと吸引ポンプとは同時に作動を開始させるようにしてもよい。ガード部材１１はその先端がアルミ板２１に隙間なく加圧当接されているため、洗浄液ないしは洗浄廃液がガード部材１１とアルミ板２１との間から漏出することが避けられる。

そうして、噴射ポンプを停止させた後も、更に吸引ポンプを所定時間駆動することにより、ガード部材１１内の洗浄廃液を外部に完全に排出し、アルミ板２１の表面ができるだけ乾くようにする。なお、必ずしも完全に乾かせることは要しない。しかる後に、リベット発射管を下降させてアルミ板２１に当接させ、リベットを打ち込んで接合を行なう。図９は当該接合状態を示す。同図において、８８はリベットであり、上側のアルミ板２１と下側のアルミ板４１とにリベット８８が食い込んで量アルミ板２１，４１が接合されている。

よって、リベット８８とアルミ板２１，４１との間に摩擦調整剤が介在した状態になることが避けられ、リベット８８とアルミ板２１，４１との間に作用する摩擦力が高くなり、接合強度の確保に有利になる。また、洗浄液や洗浄廃液が周囲に飛散すること、或いはガード部材１１内より外部に漏れ出ることがなく、ＳＰＲ接合装置の汚損、その電気回路部の漏電、周辺環境の悪化が避けられる。

＜他の実施形態＞
−ガード部材と金属部材との密着について−
上記各実施形態ではガード部材の先端を尖らせてアルミ板に加圧当接させるようにしたが、図１０及び図１１に示すように、金属部材９０よりも低硬度のガード部材１１の場合（例えば電気絶縁性を有するゴム製ガード部材とした場合）、ガード部材１１の先端に平坦部９２を形成し、該平坦部９２を金属部材９０に加圧当接する方が、金属部材９０とガード部材１１との間のシール性を高める上で好ましい。但し、平坦部９２での面圧を高めて洗浄液の供給圧力に抗するべく、ガード部材１１は先細に形成することが好ましい。

また、上述の電気絶縁性を有するゴム製のガード部材１１を採用する場合、図１２及び図１３に示すように、その先端平坦部９２に筒孔を巡る周回溝９３を形成し、該周回溝９３による吸盤効果を得て上記シール性を高めることができる。このような周回溝９３に代えて、多数の凹部を筒孔周りに配設してもよい。周回溝９３を設ける場合は、図１２に示すように、ガード部材１１にその外周面から周回溝９３に至るエア抜き通路９４を形成し、該エア抜き通路９４に排気ポンプ９５を接続し、その接続ホース９６途中に三方弁９７を設け、排気・大気開放の切り替えを行なうようにしてもよい。すなわち、ガード部材１１を金属部材９０に加圧当接するときは周回溝９３内を排気することにより吸盤効果によってガード部材１１を金属部材９０に吸着せしめ、ガード部材１１を金属部材９０から離脱させるときは、周回溝９３を大気開放してその離脱を容易にする、というものである。

−洗浄液の噴射について−
図１４に示すように、洗浄液供給通路２６の噴射口を、洗浄液がガード部材１１の内周面に沿って周方向に流入するように、ガード部材内周面にその接線方向に向けて開口し、洗浄廃液排出通路２６もガード部材１１内を周方向に流れる洗浄液ないしは洗浄廃液が抵抗少なく流出するように、その流出口をガード部材内周面にその接線方向に向けて開口するようにしてもよい。これにより、ガード部材１１内において洗浄液が渦巻き流になり、洗浄効果が高くなる。

また、その際、洗浄廃液排出通路２７からガード部材１１内に加圧エアを断続的に供給し、渦巻き流を乱すことによって洗浄効果を高めることができる。また、加圧エアの圧力を高圧状態と低圧状態とに交互に変化させるようにしてもよい。その場合、洗浄液が洗浄廃液排出通路２７から流出しようとする力に抗することができる圧力を最低圧として設定すればよい。

そうして、洗浄終了後に加圧エアの供給を停止し、逆に吸引ポンプによって吸引力をガード部材１１内に及ぼして、洗浄廃液の排出を促進する。その際、洗浄液供給通路２６から加圧エアをガード部材１１内に供給すれば、ガード部材１１内の乾燥を促進することができる。

図１５は洗浄液供給通路２６の噴射口２６ａ及び洗浄廃液排出通路２７の流出口２７ａの他の例を示す。すなわち、噴射口２６ａ及び流出口２７ａは、ガード部材１１の軸心に対して直交するように互いに対向してその筒孔に開口しているが、いずれも筒孔に向かって扇形に広がるように横幅が拡大している。従って、洗浄液は、同図に矢符で示すように、噴射口２６ａからガード部材１１内で層状に広がった後に収束して流出口２７ａに流出する。これにより、洗浄効果が高くなる。図１５の例においても、或いは先の実施形態１〜３においても、洗浄廃液の排出中に洗浄液供給通路２６から加圧エアを供給してガード部材１１内の乾燥を促進するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、ガード部材をスプリングによって接合手段本体側に支持したが、ガード部材専用の駆動手段を設けて該ガード部材の金属部材に対する加圧当接及び離脱を行なうようにしてもよい。

また、上記実施形態ではロボットにＣ型接合ガンを設けたが、接合ガンを定位置に設けて金属部材の接合を行なう定置式接合装置にも本発明は採用することができる。

実施形態１に係るスポット溶接装置の側面図である。 同形態の上側の洗浄手段を示す断面図である。 同形態の下側の洗浄手段を示す断面図である。 同形態の下側の洗浄手段を示す他の断面図である。 同形態の下側の洗浄手段を示す正面図である。 実施形態２に係る摩擦攪拌接合装置の一部を示す斜視図である。 同形態の洗浄手段を示す断面図である。 実施形態３に係るＳＰＲ接合装置の洗浄手段を示す断面図である。 同形態による金属部材の接合構造を示す断面図である。 ガード部材の金属部材に対する当接部の他の例を示す断面図である。 同例のガード部材の底面図である。 ガード部材の金属部材に対する当接部のさらに他の例を示す断面図である。 同例のガード部材の底面図である。 ガード部材の洗浄液供給通路及び洗浄廃液排出通路の他の例を示す平面図である。 ガード部材の洗浄液供給通路及び洗浄廃液排出通路のさらに他の例を示す平面図である。

符号の説明

１ スポット溶接装置
７ 溶接ガン（接合手段）
８ 上部電極（接合ツール）
９ 下部電極（接合ツール）
１０ 駆動手段（加圧当接手段）
１１ ガード部材
１２ ガード部材
１３ 洗浄液供給ホース
１４ 洗浄廃液排出ホース
１５ 洗浄液供給ホース
１６ 洗浄廃液排出ホース
１８ 制御手段（作動手段）
２１ アルミ板（金属部材）
２４ スプリング（加圧当接手段）
２６ 洗浄液供給通路（洗浄液供給手段）
２７ 洗浄廃液排出通路（洗浄廃液排出手段）
４１ アルミ板（金属部材）
４４ スプリング（加圧当接手段）
６１ 摩擦攪拌接合ガン（接合手段）
６３ 回転ツール（接合ツール）
６７ スプリング（加圧当接手段）
８１ リベット発射管（接合ツール）
８３ スプリング（加圧当接手段）

Claims (6)

1. 複数の金属部材を重ね合わせた状態で接合する金属部材の接合装置であって、
   少なくとも１つの接合ツールを備え、重ね合わされた上記複数の金属部材のうちの片側に配置された金属部材の表面に該接合ツールを当接させて当該金属部材同士を接合する接合手段と、
   上記金属部材の接合ツールが当接される部分に洗浄液を供給し、該当接部分に付着している該金属部材の表面調整剤の付着量が低減するように、該当接部分を洗浄する洗浄液供給手段と、
   上記洗浄液供給手段による洗浄液及び洗浄廃液が周囲に飛散しないように上記接合ツールを囲うガード部材と、
   上記ガード部材の先端を上記金属部材の上記接合ツール当接部まわりに加圧当接させる当接手段と、
   上記洗浄液供給手段による上記金属部材の洗浄後に上記接合ツールが該金属部材に当接するように、上記接合手段を作動させる作動手段とを備えていることを特徴とする金属部材の接合装置。
2. 請求項１において、
   上記洗浄廃液を上記ガード部材内から排出する洗浄廃液排出手段を備えていることを特徴とする金属部材の接合装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記ガード部材は、先端に行くに従って外径が小さくなる先細に形成されていることを特徴とする金属部材の接合装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させる溶接用電極を備えたスポット抵抗溶接手段であることを特徴とする金属部材の接合装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させて回転する回転ツールを備えた摩擦攪拌点接合手段であることを特徴とする金属部材の接合装置。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記接合手段は、上記接合ツールとして上記金属部材に当接させてリベットを該金属部材に打ち込むリベット発射管を備えたセルフピアッシングリベット接合手段であることを特徴とする金属部材の接合装置。

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