JP4517361B2 - 摩擦点接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１，第２金属部材を重ね合わせ、回転ツールにより第１金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させてスポット接合する摩擦点接合装置に関するものである。

従来、第１，第２金属部材を重ね合わせた状態で、それら重ね合わせた部分を受け具で受け止めると共に、受け具に対して第１，第２金属部材を挟んで対向状に位置する回転ツールを回転させ、この回転ツールにより第１金属部材側から第１，第２金属部材を押圧することにより、その摩擦熱により第１金属部材を軟化させ塑性流動させて、第１，第２金属部材をスポット接合する摩擦点接合技術が周知である（例えば、特許文献１参照）。

特に、特許文献１の摩擦点接合技術は、表面に亜鉛メッキ層が形成された鋼板とアルミニウム板とを重ね合わせてスポット接合する技術であり、回転ツールによりアルミニウム板側からアルミニウム板と鋼板を押圧することで、その押圧部付近において、アルミニウム板を軟化させ塑性流動させ、アルミニウム板の酸化皮膜を破壊すると共に亜鉛メッキ層を周囲に押し退けて、鋼板とアルミニウム板の新生面同士を固相接合する。

ところで、自動車の車体等においては、主に軽量化を目的に、鋼板と共にアルミニウム合金板を使用した構造が広く実用化されつつあり、この鋼板とアルミニウム合金板とをスポット接合する場合に、前記の摩擦点接合技術が有効である。例えば、車体のリッドを補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントと、このリッドにヒンジを取付ける為のボルトを結合した鋼製のボルトリテーナとを接合する場合への適用が考えられる。
特開２００５−３４８７９号公報

前記の摩擦点接合技術では、回転ツールにより第１，第２金属部材にその面直交方向から比較的大きな押圧力を加えることになる。それ故、第１，第２金属部材をスポット接合位置以外の位置でクランプする必要があるが、受け具の先端の面積は回転ツールの先端と略同じ小さな面積であり、その受け具で直接に第１，第２金属部材を受け止めるため、回転ツールにより押圧された第１，第２金属部材が変形してしまう虞があり、そうなると、この第１，第２金属部材と他の部材との組み付け性が悪くなる。

そこで、受け具の先端の面積を大きくすることが考えられる。しかし、第１，第２金属部材の接合部の近傍部をクランプ装置でクランプするようにした場合、更に、第１，第２金属部材の接合部付近の形状が凹部や凸部が存在する形状である場合、更に、回転ツールと受け具とをユニット化してロボットにより一体的に移動させるようにした場合、受け具がクランプ装置と干渉する虞もあり、また、接合部の平坦面の幅が大きくない場合も含めて、この受け具により第１，第２金属部を確実に受け止めることができない、つまり正常にスポット接合できない虞が生じる。

本発明の目的は、回転ツールにより第１，第２金属部材の重ね合わせた部分を受け具に対して押圧し、少なくとも第１金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させてスポット接合する摩擦点接合装置において、第１，第２金属部材のうちスポット接合される接合部の近傍部を第１，第２治具で確実にクランプし、第２金属部材のうち少なくとも前記接合部に対応する第２治具側の面を含む部分を第２治具に設けた受け部で確実に受け止め、この受け部に第１，第２金属部材を回転ツールで変形させることなく確実に押圧し、第１，第２金属部を確実にスポット接合すること、等である。

請求項１の摩擦点接合装置は、第１，第２金属部材を重ね合わせた状態で、それら重ね合わせた部分を受け具で受け止めると共に受け具に対して第１，第２金属部材を挟んで対向状に位置する回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧することにより、その摩擦熱により少なくとも第１金属部材を軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材をスポット接合する摩擦点接合装置において、前記第１，第２金属部材のうち前記スポット接合される接合部の近傍部をクランプする第１治具及び第２治具であって、第１金属部材に当接する第１クランプ部を有する第１治具及び第２金属部材に当接する第２クランプ部を有する第２治具を備え、前記第２治具は、第２金属部材のうち少なくとも前記接合部に対応する第２治具側の面を含む部分に当接する受け部と、この受け部の反対側に位置し接合時に受け具が当接可能な当接部とを有し、前記回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧する回転ツール駆動手段と、前記受け具と回転ツールと回転ツール駆動手段とを有する接合ガンを装備し、この接合ガンを前記スポット接合を行う接合動作位置とこの接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。

第１，第２金属部材を重ね合わせた状態で、第１，第２治具の第１，第２クランプ部により第１，第２金属部材のうちスポット接合される接合部の近傍部がクランプされ、この状態で、第２治具に設けた受け部が第２金属部材のうち少なくとも前記接合部に対応する第２治具側の面を含む部分に接触する。受け具と回転ツールと回転ツール駆動手段とを有する接合ガンが移動手段に装備され、この移動手段により接合ガンがスポット接合を行う接合動作位置とこの接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動される。

接合ガンが接合動作位置に位置した状態で、受け具が第２治具の当接部に当接すると共に、回転ツール駆動手段により回転ツールが回転され、第１金属部材側から第１，第２金属部材を受け部に押圧する。そして、回転ツールが第１金属部材と接触して回転することで発生する摩擦熱により、少なくとも第１金属部材が軟化し塑性流動して、第１，第２金属部材がスポット接合される。

請求項１の発明に次の構成を採用可能である。
前記第２治具は第２クランプ部と受け部とを分割した構成であり、前記接合部に対応する前記金属部材の面と直交する方向（接合軸平行方向）における第２クランプ部と受け部との相対位置を可変に調節可能な位置調節手段を備える（請求項２）。この位置調節手段としては、第２治具のベース部に対して第２クランプ部又は受け部を、前記接合軸平行方向に所定ストローク移動自在に装着し且つ第２金属部材側へ付勢する付勢手段を備えた構成や、第２治具のベース部と第２クランプ部又は受け部との間に、着脱可能な１又は種々の厚さのスペーサ部材を備えた構成等を採用してもよい。

前記第１金属部材がアルミニウム合金板であり、前記第２金属部材が鋼板であり、前記スポット接合を行う接合部が複数箇所設定されており、前記第１，第２金属部材の隣り合う接合部の間を第１治具側から支持する支持部材を設ける（請求項３）。前記移動手段がロボットである（請求項４）。前記第１金属部材が車体のリッドを補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントであり、前記第２金属部材が前記リッドにヒンジを取付ける為のボルトを結合した鋼製のボルトリテーナである（請求項５）。

請求項１の摩擦点接合装置によれば、回転ツールにより第１，第２金属部材の重ね合わせた部分を受け具に対して押圧し、少なくとも第１金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させてスポット接合するものであり、第１，第２治具を設け、第２治具に受け部と受け具の当接部とを設け、接合ガン、移動手段を設けたので、第１，第２金属部材のうちスポット接合される接合部の近傍部を第１，第２治具の第１，第２クランプ部で確実にクランプし、第２金属部材のうち少なくとも前記接合部に対応する第２治具側の面を含む部分（接合対応部分）を第２治具に設けた受け部で確実に受け止め、受け部に第１，第２金属部材を回転ツールで変形させることなく確実に押圧し、第１，第２金属部材を確実にスポット接合することができ、その結果、寸法精度が良い第１，第２金属部材を有する接合製品を作製し、その接合製品と他の部材とを組み付ける場合、その組み付け性を良くすることができる。しかも、こうした効果を発揮しつつ、受け具と回転ツールと回転ツール駆動手段とをユニット化して接合ガンを構成し、その接合ガンを移動手段で接合動作位置と待機位置とに亙って移動させることができるため、接合作業の効率化を図ることが可能になる。

請求項２の摩擦点接合装置によれば、第２治具は第２クランプ部と受け部とを分割した構成であり、前記接合部に対応する前記金属部材の面と直交する方向（接合軸平行方向）における第２クランプ部と受け部との相対位置を可変に調節可能な位置調節手段を備えたので、第１，第２金属部材の接合部付近の形状が凹部や凸部が存在する形状である場合等、前記接合軸平行方向において、第１，第２金属部材をクランプする位置と接合する位置とが異なる場合、それらの位置間の長さが第１，第２金属部材の寸法バラツキによってバラツク場合でも、第１，第２金属部材を第１，第２治具の第１，第２クランプ部でクランプした状態で、前記接合対応部分を受け部で確実に受け止めることができる。

請求項３の摩擦点接合装置によれば、第１金属部材がアルミニウム合金板であり、第２金属部材が鋼板であり、スポット接合を行う接合部が複数箇所設定されており、第１，第２金属部材の隣り合う接合部の間を第１治具側から支持する支持部材を設けたので、回転ツールによりアルミニウム合金板側からアルミニウム合金板と鋼板とを押圧することで、その押圧部付近において、アルミニウム合金板を軟化させ塑性流動させ、鋼板とアルミニウム合金板の新生面同士をスポット接合でき、その接合時に、支持部材によりアルミニウム合金の熱膨張による変形を確実に抑制でき、接合品質が向上する。

請求項４の摩擦点接合装置によれば、移動手段がロボットであるので、接合ガンを接合動作位置と待機位置とに亙って確実に且つ敏速に移動させることができる。

請求項５の摩擦点接合装置によれば、第１金属部材が車体のリッドを補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントであり、第２金属部材がリッドにヒンジを取付ける為のボルトを結合した鋼製のボルトリテーナであるので、このレインフォースメントとボルトリテーナとのスポット接合を確実に行い、寸法精度が良いレインフォースメントとボルトリテーナからなる接合製品を作製することができる。

本発明の摩擦点接合装置は、第１，第２金属部材を重ね合わせた状態で、それら重ね合わせた部分を受け具で受け止めると共に受け具に対して第１，第２金属部材を挟んで対向状に位置する回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧することにより、その摩擦熱により少なくとも第１金属部材を軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材をスポット接合する装置であり、第１，第２金属部材のうちスポット接合される接合部の近傍部をクランプする第１治具及び第２治具であって、第１金属部材に当接する第１クランプ部を有する第１治具及び第２金属部材に当接する第２クランプ部を有する第２治具を備え、第２治具は、第２金属部材のうち少なくとも接合部に対応する第２治具側の面を含む部分に当接する受け部と、この受け部の反対側に位置し接合時に受け具が当接可能な当接部とを有し、回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧する回転ツール駆動手段と、受け具と回転ツールと回転ツール駆動手段とを有する接合ガンを装備し、この接合ガンをスポット接合を行う接合動作位置とこの接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる移動手段とを備えている。

摩擦点接合装置１は、接合ガン３を装備したロボット２（図１〜図３参照）と、ロボット２と接合ガン３を駆動制御する制御装置４（図１参照）と、接合ガン３でスポット接合する第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を重ね合わせた状態で位置決め保持するワーク保持装置５（図４〜図６参照）とを備えている。

図１に示すように、ロボット２は、例えば、汎用の６軸垂直多関節型ロボットであり、そのロボットハンド２ａの先端部に接合ガン３が装備され、このロボット２が、接合ガン３を、ワーク保持装置５で位置決め保持された第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２をスポット接合する接合動作位置と、この接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる。このロボット２が移動手段に相当するものである。

図２に示すように、接合ガン３は、受け具１０、回転ツール１１、回転ツール駆動機構１２を有する。受け具１０と回転ツール１１は上下に対向状に配設され、受け具１０は逆Ｌ字状のアーム１３の上先端部に着脱可能に下向きに取付けられ、アーム１３の下部側に回転ツール駆動機構１２が設けられ、この回転ツール駆動機構１２に回転ツール１１が着脱可能に上向きに取付けられている。回転ツール駆動機構１２は、回転ツール１１を接合軸Ｘを中心に回転させる回転モータ１４と、回転ツール１１を接合軸Ｘに沿って昇降させ第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を押圧する昇降モータ１５とを有する。

図３に示すように、回転ツール１１は、胴体部１１ａの先端面（上端面）にショルダ部１１ｂが形成されている。このショルダ部１１ｂは平坦ではなく、所定角度に傾斜して接合軸Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状をなし、ショルダ部１１ｂの中心部にピン部１１ｃが突設されている。受け具１０は、回転ツール１１と略同径に形成され、その先端面（下端面）は平坦面に形成されている。

図１に示すように、制御装置４は、ロボット２の各種電動のアクチュエータ（図示略）にハーネス１６を介して接続されて、それらアクチュエータを夫々駆動制御し、また、接合ガン３の回転モータ１４と昇降モータ１５にハーネス１７と中継ボックス１８とハーネス１９を介して接続され、これら回転モータ１４と昇降モータ１５を夫々駆動制御する。

次に、ワーク保持装置５について説明する。
図４〜図６に示すように、ワーク保持装置５は、ワーク保持台６と、ワーク保持台６に第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を重ね合わせた状態で位置決めする位置決め機構７と、ワーク保持台６に位置決めされた第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２をクランプするクランプ機構８とを備えている。尚、図４、図５に矢印で示す前方を前方として説明する。

ここで、第１金属部材Ｗ１がアルミニウム合金板であり、その表面には酸化皮膜が形成されており、第２金属部材Ｗ２がアルミニウム合金板（第１金属部材Ｗ１）よりも融点が高い鋼板であり、その表面に亜鉛メッキ層が形成されている。具体的には、図１３〜図１５に示すように、第１金属部材Ｗ１が車体のトランクリッド２０を補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントであり、第２金属部材Ｗ２がトランクリッド２０にヒンジ２１を取付ける為の１対のボルト２２を結合した鋼製のボルトリテーナであり、この第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２がスポット接合されて、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２からなる接合製品が形成される。

トランクリッド２０は、アウタパネル２０ａとインナパネル２０ｂとを有し、これらの周囲部分同士がヘミング加工により結合され、閉断面が形成され、インナパネル２０ｂの内面に夫々が第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２からなる１対の接合製品が結合されている。各第１金属部材Ｗ１はインナパネル２０ｂの半分よりも少し小さなサイズで略矩形形状であり、その第１金属部材Ｗ１の左右方向外側部分に円形の凸部Ｗ１ａが形成されている。各第２金属部材Ｗ２は板片状に形成され、その中央部分に第１金属部材Ｗ１の凸部Ｗ１ａに対応した凸部Ｗ２ａが形成され、その凸部Ｗ２ａの両側部分に１対のボルト２２が貫通状に結合されている。

第１金属部材Ｗ１に第２金属部材Ｗ２の略全部が当接し、１対のボルト２２が第１金属部材Ｗ１を貫通した状態で、凸部Ｗ１ａ，Ｗ２ａの頂板部同士が２箇所でスポット接合されている。第１金属部材Ｗ１がインナパネル２０ｂに当接し、１対のボルト２２がインナパネル２０ｂを貫通し、且つ、インナパネル２０ｂの外面に当接したヒンジ２１の固定板部２１ａを貫通し、これらボルト２２に１対のナット２３が夫々螺合されて、インナパネル２０ｂに第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２と共にヒンジ２１が締結される。

さて、図４〜図６に示すように、ワーク保持装置５は、２組の第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を左右対称に位置決め機構７で位置決めした状態で、クランプ機構８で同時にクランプ可能な装置であり、クランプされた２組の第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２に対しては、ロボット２と接合ガン３により自動的にスポット接合が行われる。

ワーク保持台６においては、複数の脚部３０ａ及び梁部３０ｂとを連結して台フレーム３０が形成され、この台フレーム３０上に矩形のベース板３１が固定され、ベース板３１上に左右１対のワーク載置板３２が固定され、各ワーク載置板３２に第１金属部材Ｗ１が載置され、各第１金属部材Ｗ１に第２金属部材Ｗ２が載置される。

位置決め機構７においては、各ワーク載置板３２に前後２個の位置決めピン４０，４１が立設され、前側の位置決めピン４０はワーク載置板３２の左右方向外側部分に配置され、後側の位置決めピン４１はワーク載置板３２の左右方向中央部分に配置され、これら位置決めピン４０，４１に、第１金属部材Ｗ１に形成された位置決め穴が上側から係合する。各ワーク載置板３２の後側の位置決めピン４１の左右方向内側部分には、ワーク載置板３２に載置された第１金属部材Ｗ１を検出する近接センサ４３が設けられている。

クランプ機構８においては、２組の第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２に対応させて、２組の第１，第２治具５０，６０が左右対称に設けられ、各組の第１，第２治具５０，６０により、各組の第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２のうちスポット接合される接合部ＷＳの左右両側の近傍部がクランプされる。

各ワーク載置板３２の前側部分に第１治具５０が設けられ、その第１治具５０は、左右１対の第１治具部材５１と、これら第１治具部材５１の間に位置する支持部材５５とを有する。１対の第１治具部材５１と支持部材５５は、夫々平面視にて部分円形状に形成され、互いに対向する鉛直面同士を当接させて直列状に配置され、夫々ボルトによりワーク載置板３２の上面に固定されている。

１対の第１治具部材５１は、第１金属部材Ｗ１に当接する比較的広い上面を有する第１クランプ部５２を有し、各第１治具部材５１には、第２金属部材Ｗ２に結合されたボルト２２が上側から挿入されるボルト穴５３が形成されている。このボルト穴５３は位置決め機能を有し、前記位置決めピン４０，４１と協働して、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を確実に位置決めする。また、各第１治具部材５１には、ボルト穴５３に挿入されたボルト２２を検出する近接センサ５４が設けられている。

ここで、ベース板３１とワーク載置板３２には、１対の第１治具部材５１の間において、回転ツール１１がベース板３１の下側から通過してスポット接合を可能に回転ツール通過孔３１ａ，３２ａが形成されている。支持部材５５は回転ツール通過孔３１ａ，３２ａの上側に設けられ、この支持部材５５は、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の隣り合う１対の接合部ＷＳの間を第１治具５０側から支持する支持部５８を有する。

図８〜図１０に示すように、支持部材５５は、ワーク載置板３２に固定する為の固定部５６と、固定部５６から上方へ膨出する平面視円形の膨出部５７と、膨出部５７の上面に固定的に設けられた支持部５８とを有する。固定部５６と膨出部５７には、回転ツール１１が下側から通過してスポット接合を可能に、平面視にて左右方向に長い長円形の回転ツール通過孔５５ａが形成されている。支持部５８は、回転ツール１１と干渉しないように、細長い架橋部５８ａとその両端側の扇形部５８ｂからなる細長い形状に形成されて、回転ツール通過孔５５ａの長さ方向中央部を跨ぐように設けられている。

図４〜図７に示すように、ベース板３１の後部の左右方向中央部には、クランプアーム７０が枢支軸７１を介して左右方向向きの軸回りに回動自在に連結されている。このクランプアーム７０はワーク載置板３２の上側に配設され、水平姿勢のときに先端部がベース板３１の前端部付近に位置する。また、クランプアーム７０は枢支軸７１から後側へく字状に延び、その基端部にエアシリンダ７３のロッド７４の先端部が回動自在に連結され、エアシリンダ７３の基端部がワーク保持台６に対して回動自在に連結されている。

エアシリンダ７３には加圧エア供給装置（図示略）から加圧エアが供給され、制御装置４により加圧エア供給装置が制御されエアシリンダ７３が駆動されて、クランプアーム７０が水平姿勢と鉛直姿勢とに亙って自動的に切換えられる。尚、７５は、クランプアーム７０を水平姿勢付近でガイドするガイド部材である。クランプアーム７０の先端部分には左右両側へ張り出す１対の連結部材７６が固定され、これら連結部材７６に左右１対の第２治具６０のベースであるクランプベース７７が固定されている。

第２治具６０の各クランプベース７７（第２治具ベース）には、左右１対の第２治具部材６１と、これら第２治具部材６１の間に位置する受け部材６５（受け部に相当する）とが取付けられ、各クランプベース７７には、受け部材６５と反対側に位置し、接合時に受け具１０が当接可能な当接部７７ａが設けられている。１対の第２治具部材６１と受け部材６５は、夫々平面視にて細長い矩形形状に形成され、互いに対向する鉛直面同士を当接させて直列状に配置され、夫々ボルトによりクランプベース７７のうちクランプアーム７０が水平姿勢のときにワーク載置板３２と対向する下面に固定されている。

１対の第２治具部材６１は、第１治具５０側へ突出して第２金属部材Ｗ２に当接する第２クランプ部６２を有する。受け部材６５は、第２金属部材Ｗ２のうち少なくとも前記接合部ＷＳに対応する第２治具６０側の面を含む部分（接合対応部分）に当接する。レインフォースメントからなる第１金属部材Ｗ１とボルトリテーナからなる第２金属部材Ｗ２の凸部Ｗ１ａ，Ｗ２ａ同士を接合するために、１対の第２治具部材６１に対して受け部材６５が上側へ凹み、第１治具５０の支持部材５５の支持部５８は、１対の第１治具部材５１よりも上側へ突出している。

クランプアーム７０の先端部には被押圧部材８０が固定され、被押圧部材８０には先端側へ突出する傾斜状の係合部８０ａが形成されている。クランプアーム７０が水平姿勢のとき、係合部８０ａは前方下がりに穏やかに傾斜する状態となる。一方、ベース板３１の前端部の左右方向中央部にエア又は油圧駆動式の駆動シリンダ８１が後方向きに取付けられ、その出力ロッド８２に傾斜状の駆動部８２ａが設けられている。この駆動部８２ａは後方上がりに穏やかに傾斜し、係合部８０ａに係合解除可能に係合する。この被押圧部材８０と駆動シリンダ８２によりクランプ駆動機構８３が構成され、このクランプ駆動機構８３が作動して、第２治具６０が第１治具５０に対して強力に押圧される。

ここで、前記のように、第２治具６０は、第２クランプ部６２を有する１対の第２治具部材６１と受け部材６５とを分割した構成であり、この摩擦点接合装置１には、接合部ＷＳに対応する金属部材Ｗ１，Ｗ２の面と直交する方向（接合軸平行方向）における第２クランプ部６２と受け部材６５との相対位置を可変に調節可能な位置調節機構８５（図１１、図１２参照）が設けられている。

図１１、図１２に示すように、この位置調節機構８５は、クランプベース７７と各第２治具部材６１との間に介装可能なシム８６（スペーサ８６）を備え、図１１に示すように、ボルト８７によりクランプベース７７にシム８６を介在させないで第２治具部材６１を固定した状態と、シム８６を介在させて第２治具部材６１を固定した状態とに切換え可能に構成してある。複数のシム８６を重ねたり、種々の厚さのシム８６を備えることにより、第２クランプ部６２と受け部材６５との相対位置を種々可変に設定することができる。

次に、この摩擦点接合装置１を用いて行われる摩擦点接合方法について説明する。
先ず、クランプアーム７０が鉛直姿勢の状態、つまり、第１治具５０に対して第２治具６０を分離した状態で、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２をワーク載置板３２にセットする。この場合、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を重ね合わせ、位置決めピン４０，４１に第１金属部材Ｗ１の位置決め孔を係合し、第２金属部材Ｗ２に結合されたボルト２２を第１治具５０のボルト孔５３に挿入して、位置決めする。

次に、エアシリンダ７３が駆動され、クランプアーム７０が鉛直姿勢から水平姿勢に切換えられ、その後、クランプ駆動機構８３が作動して、第１，第２治具５０，６０により第１，第２金属部材Ｗ１、Ｗ２がクランプされる。この場合、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２のうちスポット接合される接合部ＷＳの左右両側の近傍部（凸部Ｗ１ａ，Ｗ２ａの左右両側の平坦部）が、第２クランプ部６２により第１クランプ部５２に押圧されてクランプされ、この状態で、第２治具６０の受け部材６５が、第２金属部材Ｗ２のうち少なくとも接合部ＷＳに対応する第２治具６０側（上側）の面を含む部分に当接し、第１治具５０の支持部材５５の支持部５８により、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の隣り合う接合部ＷＳの間が第１治具５０側（下側）から支持される。

次に、ロボット２と接合ガン３が作動して、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２がスポット接合される。この場合、ロボット２により接合ガン３が待機位置から接合動作位置に移動される。接合ガン３が接合動作位置に位置した状態で、接合ガン３の受け具１０はクランプベース７７の当接部７７ａに上側から当接し、回転ツール１１は、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合部ＳＷの下側に位置する。

その後、回転ツール駆動機構１２により回転ツール１１が回転され、第１金属部材Ｗ１と接触して第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を受け部材６５に押圧する。このとき、受け具１０はクランプベース７７及び受け部材６５を介して第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を受け止めた状態となる。そして、回転ツール１１が第１金属部材Ｗ１と接触して回転することで発生する摩擦熱により、少なくとも第１金属部材Ｗ１が軟化し塑性流動して、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２がスポット接合される。

このスポット接合について詳細に説明すると、回転ツール１１が回転され上昇されると、先ず、回転ツール１１のピン部１１ｃが、第１金属部材Ｗ１に当接して位置決めされ後に、図１６に示すように、ショルダ部１１ｂが第１金属部材Ｗ１に当接し、第１金属部材Ｗ１は摩擦熱により軟化していく。次に、回転ツール１１は更に上昇を続け、図１７に示すように、回転ツール１１は軟化した第１金属部材Ｗ１内に進入し、これに伴い、回転ツール１１と接触圧力の高い部分の第１金属部材Ｗ１がせん断され、このせん断された部分へ、摩擦熱を受けて軟化した第２金属部材Ｗ２の亜鉛メッキ層ＷＺｎが拡散される。

次に、図１８に示すように、回転ツール１１の加圧により、第１金属部材Ｗ１は塑性流動（塑性変形）し、せん断部は外周へ広がる。同時に第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との界面に残った亜鉛メッキ層ＷＺｎも外周へ排出される。このとき、第１金属部材Ｗ１表面の酸化皮膜は、その性質が脆性であることから、第１金属部材Ｗ１の塑性変形に基づいて破壊され、これにより、第１金属部材Ｗ１には、新生面（酸化皮膜に覆われず第１金属部材Ｗ１自体からなる面）が形成される。

次に、図１９に示すように、第２金属部材Ｗ２表面の亜鉛メッキ層ＷＺｎは、一部が第１金属部材Ｗ１中に取り込まれ、残りは回転ツール１１の加圧力により外周へ排出される。これにより、亜鉛メッキ層ＷＺｎがなくなった範囲では、酸化皮膜が破壊されて新生面が露出する第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２の新生面とが直接、接触（接合）することになり、亜鉛メッキ層ＷＺｎが残存する外周部においては、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とは、亜鉛−アルミ−鉄化合物を介して接合することになる。

以上説明した摩擦点接合装置１によれば次の効果を奏する。
第１，第２治具５０，６０を設け、第２治具６０に受け部材６５と当接部７７ａを設け、接合ガン３、ロボット２を設けたので、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２のうちスポット接合される接合部ＷＳの近傍部を第１，第２治具５０，６０の第１，第２クランプ部５２，６２で確実にクランプし、第２金属部材Ｗ２のうち少なくとも接合部ＷＳに対応する第２治具６０側の面を含む部分（接合対応部分）を第２治具６０に設けた受け部材６５で確実に受け止め、受け部材６５に第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を回転ツール１１で変形させることなく確実に押圧し、第１，第２金属部Ｗ１，Ｗ２を確実にスポット接合することができる。

その結果、寸法精度が良い第１，第２金属部Ｗ１，Ｗ２を有する接合製品を作製し、その接合製品と他の部材とを組み付ける場合、その組み付け性を良くすることができる。しかも、こうした効果を発揮しつつ、受け具１０と回転ツール１１と回転ツール駆動機構１２とをユニット化して接合ガン３を構成し、その接合ガン３をロボット２で接合動作位置と待機位置とに亙って移動させることができるため、接合作業の効率化が図れる。

接合部ＷＳに対応する金属部材Ｗ１，Ｗ２の面と直交する方向（接合軸平行方向）における第２クランプ部６２と受け部材６５との相対位置を可変に調節可能な位置調節機構８５を備えたので、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合部ＷＳの付近の形状が凹部や凸部が存在する形状である場合等、前記接合軸平行方向において、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２をクランプする位置と接合する位置とが異なる場合、それらの位置間の長さが第１，第２部材Ｗ１，Ｗ２の寸法バラツキによってバラツク場合でも、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を第１，第２治具５０，６０の第１，第２クランプ部５２，６２でクランプした状態で、前記接合対応部分を受け部材６５で確実に受け止めることができる。

第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の隣り合う接合部ＷＳの間を第１治具５０側から支持する支持部５８を有する支持部材５５を設けたので、この支持部材５５により第１金属部材Ｗ１の熱膨張による変形を確実に抑制でき、接合品質が向上する。

特に、本実施例では、第１金属部材Ｗ１が車体のトランクリッド２０を補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントであり、第２金属部材Ｗ２がトランクリッド２０にヒンジ２１を取付ける為のボルト２２を結合した鋼製のボルトリテーナであるので、このレインフォースメントとボルトリテーナとのスポット接合を確実に行い、寸法精度が良いレインフォースメントとボルトリテーナを有する接合製品を製作することができる。

尚、この位置調節機構８５については、クランプベース７７と受け部材６５との間に介装可能なシム（スペーサ）を備え、ボルトによりクランプベース７７にシムを介在させないで受け部材６５を固定した状態と、シムを介在させて受け部材６５を固定した状態とに切換え可能に構成してもよい。この場合。複数のシムを重ねたり、種々の厚さのシムを備えることにより、第２クランプ部６２と受け部材６５との相対位置を種々可変にできる。

実施例２は、実施例１の第２治具６０と位置調節機構８５を変更したものであり、その他は実施例１と同様であるので説明を省略する。図２０に示すように、この第２治具６０Ａは１対の第２治具部材６１Ａと前記同様の受け部材６５を有し、各第２治具部材６１Ａは、分割されたベース部９０と第２クランプ部９１を有し、ベース部９０がクランプベース７７に固定されている。位置調節機構８５Ａは、ベース部９０に対して第２クランプ部９１を前記接合軸平行方向へ移動可能に抜け止めした状態で連結し、且つ、クランプベース７７と反対側へ付勢部材９３で付勢するように構成されている。

この位置調節機構８５Ａでは、連結ボルト９２の先端部が第２クランプ部９１に螺合され、その連結ボルト９２がベース部９０とクランプベース７７に摺動自在に挿通され、連結ボルト９２の頭部がクランプベース７７に形成された係止穴に移動自在に係合されている。ベース部９０の内部に付勢部材９３（例えば、コイルバネ）が内装され、その付勢部材９３によりによりベース部９０に対して第２押圧部９１が付勢されている。

この付勢部材９３は比較的強力な付勢力を発生するものであり、この付勢部材９３により、前記接合軸平行方向における第２クランプ部９１と受け部材６５との相対位置を可変に調節可能とし、且つ、任意の位置で第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を強力に押圧することが可能になる。尚、第２治具部材をクランプベース７７に固定し、クランプベース７７に対して受け部材６５を移動可能に抜け止めした状態で連結し、且つ、クランプベース７７と反対側へ付勢部材で付勢するように構成してもよい。

実施例３は、実施例１の第２治具６０と位置調節機構８５を変更したものであり、その他は実施例１と同様であるので説明を省略する。図２１に示すように、この第２治具６０Ｂは１対の第２治具部材６１Ｂと前記同様の受け部材６５を有し、各第２治具部材６１Ｂの第２押圧部９５は傾斜面を有し、位置調節機構８５Ｂは、この第２押圧部９５に横方向へスライドして当接する傾斜面９７を有する楔部材９６と、この楔部材９６を移動駆動するアクチュエータ９８（例えば、エアシリンダ、電動機等）を備えたものである。

図示省略するが、前記位置調節機構８５，８５Ａ，８５Ｂにより、接合部ＷＳに対応する金属部材Ｗ１，Ｗ２の面と直交する方向における第２クランプ部と受け部との相対位置を調節した場合には、支持部材５５により第１金属部材Ｗ１を支持する位置を変更することが好ましい。この場合、前記位置調節機構８５，８５Ａ，８５Ｂと同等の機構により、前記接合軸平行方向における第１クランプ部５１と支持部８５との相対位置を可変に調節する位置調節機構を設けてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を付加して実施可能であり、種々の部材、種々の金属からなる第１，第２金属部材を接合する摩擦点接合装置として、本発明を適用可能である。

実施例１の摩擦点接合装置の接合ガンを装備したロボットの側面図である。 接合ガンの側面図である。 回転ツールの要部の部分断面図である。 摩擦点接合装置のワーク保持装置の側面図である。 ワーク保持装置の平面図である。 ワーク保持装置の部分断面の正面図である。 クランプアーム、第２治具等の底面図である。 支持部材の平面図である。 図８のIX−IX線断面図である。 図８のＸ−Ｘ線断面図である。 第２治具と位置調節機構等の縦断面図である。 第２治具と位置調節機構等の縦断面図である。 トランクの底面図である。 トランクリッドと第１，第２金属部材の縦断面図である。 トランクリッドと第１，第２金属部材の縦断面図である。 スポット接合時の断面図である。 スポット接合時の断面図である。 スポット接合時の断面図である。 スポット接合時の断面図である。 実施例２の第２治具と位置調節機構等の縦断面図である 実施例２の第２治具と位置調節機構等の縦断面図である

符号の説明

Ｗ１ 第１金属部材
Ｗ２ 第２金属部材
ＷＳ 接合部
１ 摩擦点接合装置
２ ロボット
３ 接合ガン
１０ 受け具
１１ 回転ツール
１２ 回転ツール駆動機構
２０ トランクリッド
２１ ヒンジ
２２ ボルト
５０ 第１治具
６０，６０Ａ，６０Ｂ 第２治具
５１ 第１クランプ部
６１ 第２クランプ部
６５ 受け部材
７７ａ 当接部
８５，８５Ａ，８５Ｂ 位置調節機構

Claims (5)

1. 第１，第２金属部材を重ね合わせた状態で、それら重ね合わせた部分を受け具で受け止めると共に受け具に対して第１，第２金属部材を挟んで対向状に位置する回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧することにより、その摩擦熱により少なくとも第１金属部材を軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材をスポット接合する摩擦点接合装置において、
   前記第１，第２金属部材のうち前記スポット接合される接合部の近傍部をクランプする第１治具及び第２治具であって、第１金属部材に当接する第１クランプ部を有する第１治具及び第２金属部材に当接する第２クランプ部を有する第２治具を備え、
   前記第２治具は、第２金属部材のうち少なくとも前記接合部に対応する第２治具側の面を含む部分に当接する受け部と、この受け部の反対側に位置し接合時に受け具が当接可能な当接部とを有し、
   前記回転ツールを回転させ第１，第２金属部材を押圧する回転ツール駆動手段と、
   前記受け具と回転ツールと回転ツール駆動手段とを有する接合ガンを装備し、この接合ガンを前記スポット接合を行う接合動作位置とこの接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる移動手段と、
   を備えたことを特徴とする摩擦点接合装置。
2. 前記第２治具は第２クランプ部と受け部とを分割した構成であり、前記接合部に対応する前記金属部材の面と直交する方向における第２クランプ部と受け部との相対位置を可変に調節可能な位置調節手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合装置。
3. 前記第１金属部材がアルミニウム合金板であり、前記第２金属部材が鋼板であり、前記スポット接合を行う接合部が複数箇所設定されており、
   前記第１，第２金属部材の隣り合う接合部の間を第１治具側から支持する支持部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合装置。
4. 前記移動手段がロボットであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合装置。
5. 前記第１金属部材が車体のリッドを補強するアルミニウム合金製のレインフォースメントであり、前記第２金属部材が前記リッドにヒンジを取付ける為のボルトを結合した鋼製のボルトリテーナであることを特徴とする請求項１又は３に記載の摩擦点接合装置。

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