JP6971414B1

JP6971414B1 - 接合装置

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Publication number: JP6971414B1
Application number: JP2021019536A
Authority: JP
Inventors: 勇司矢吹; 欣鈴木; 洋外舘
Original assignee: G Tekt Corp
Current assignee: G Tekt Corp
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2041-02-10
Also published as: JP2022122360A

Abstract

【課題】上部電極が効率的に冷却できるようにする。【解決手段】接合装置は、第１電極１０１、第２電極１０２、電源１０３、加圧機構１０４を備える。溶接装置は、軸部１３１ｂの軸方向に垂直な方向のボタン部品１３１の位置を固定するための位置固定機構１１２を備える。位置固定機構１１２は、第１電極１０１に形成されている。例えば、位置固定機構１１２は、第１当接面１１１に形成されている突起である。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種材料の構造体を接合する接合装置に関する。

車輌を構成する部品（車体部品）には、高い強度および軽量が要求されている。このため、部品を形成する材料には、例えば、高張力鋼やアルミニウム材料や、高張力鋼とアルミニウム材料とを一体とした複合部材が用いられている。これらのような異種材料の結合においては、例えば、リベット（ボタン部品）の軸部を孔の開いていないアルミニウム板に押し込むことにより挿通させ、また、予めアルミニウム板に開口を形成しておき、この開口にリベットの軸部を勘合させ、この後、軸部先端と鋼板とを溶接（かしめ締結）している（特許文献１参照）。

例えば、図６Ａに示すように、まず、抵抗スポット溶接を実施する溶接装置の上部電極３１１の下端面に、ボタン部品３０１の頭部を当接させる。溶接装置は、上部電極３１１の下方に、上部電極３１１と向かい合う状態に下部電極３１２が配置されている。次いで、重ねて配置されている鋼板３０２とアルミニウム板３０３を移動させ、溶接箇所をボタン部品３０１の下部に配置させる。この結果、溶接箇所は、下部電極３１２と、ボタン部品３０１との間に配置された状態となる。次に、上部電極３１１を下部電極３１２の側に下降させ、ボタン部品３０１の頭部をアルミニウム板３０３の溶接箇所に当接させる。

次に、上部電極３１１を下部電極３１２の側にさらに下降させ、図６Ｂに示すように、アルミニウム板３０３の表面側からボタン部品３０１の先端部を突入させて押し込、アルミニウム板３０３を貫通させ、ボタン部品３０１の先端部を鋼板３０２に当接させる。上部電極３１１を下降させてボタン部品３０１の軸部の軸方向に沿った力を加えることで、アルミニウム板３０３の表面側からボタン部品３０１の先端部を押し込み、軸部の先端部を鋼板３０２に当接させる。

次に、上部電極３１１と、鋼板３０２に当接している下部電極３１２とに通電することで、図６Ｃに示すように、ボタン部品３０１の先端部と鋼板３０２とを、よく知られた抵抗スポット溶接により溶接する。このとき、ボタン部品３０１の先端部が鋼板３０２に当接した状態で、上部電極３１１によりボタン部品３０１に圧力を加えながら先端部と鋼板３０２とを抵抗スポット溶接により溶接する。

この溶接により、ボタン部品３０１先端部と鋼板３０２との間に、これらが溶融凝固したナゲット３０４が形成され、先端部は、先細りの形状から変形する。これらのことにより、ボタン部品３０１の先端部が鋼板３０２に溶接され、鋼板３０２とアルミニウム板３０３とが、接合された状態が得られる。

ここで、いわゆる量産においては、上述した溶接を、連続して実施することになる。上述した溶接を連続して実施する場合、第１に上部電極の下端面へのボタン部品の供給、第２に供給されたボタン部品の上部電極の下端面へ固定、第３に溶接対象の板部材の移動、第４に上述した溶接の実施を繰り返すことになる。上述したボタン部品の供給および固定は、板部材の溶接箇所を上部電極と下部電極との間に配置した後に実施することもできる。

一般に、この種の接合装置では、上部電極を下部電極の側に押し下げることで、ボタン部品の先端部をアルミニウム板などに突入させて押し込むため、上部電極を押し下げる加圧機構や、押し下げられる上部電極の圧力を受け止めるための、下部電極を固定する機構などを備えている。このような構成では、上部電極と下部電極との対を移動させることが容易ではない。この場合、上部電極と下部電極との対は位置を固定し、接合対象の板部材を移動させることで、接合箇所を上部電極と下部電極との間に配置することができる。

ところで、上述したように上部電極でボタン部品を押し込む場合、例えば、上部電極でボタン部品をピックアップしてから押し込みを実施する。このようなボダン部品のピックアップには、一般に、吸着が用いられている。軸方向断面が略Ｔ字状のボタン部品の頭部を、吸着により上部電極でピックアップする。このような吸着によるピックアップによれば、吸着の強さにもよるが、溶接箇所に対するボタン部品の板部材の面方向への位置ずれが抑制できる。上部電極の下端面に固定されているボタン部品の位置がずれると、ボタン部品の軸部の軸方向に沿った力を加えることができない場合が発生し、ボタン部品の軸部が斜めに突入するなどの問題が発生する。このため、位置ずれなどが発生しないように、上部電極の下端面にボタン部品を固定することが重要となる。吸着によるピックアップによれば、吸着の力を制御することで、上述したような位置ずれの防止を可能にすることができる。

一方、上部電極は、例えば、上述したナゲットの形成や、連続した溶接の迅速な実施のために、冷却することが重要となる。例えば、ボタン部品の先端部と鋼板とを、抵抗スポット溶接により溶接してナゲットを形成した後、適切に冷却することで、所望とする大きさでナゲットを形成し、高い接合強度を得ることが重要となる。このためには、例えば、所望の時間、通電加熱をした後、上部電極を冷却することが有効である。また、ボタン部品の先端部と鋼板とが接触する前に加熱がなされることを防ぐために、連続した溶接を実施する中で、各々の溶接工程の通電加熱をする前段階では、上部電極が十分に冷却されていることが重要となる。

特開２０１５−０６２９１１号公報

上述した上部電極の冷却は、上部電極の中に冷却媒体を流す配管を設け、配管に水などの冷却媒体を流すことで冷却を実現する冷却機構がある。しかしながら、前述したように、上部電極にボタン部品を吸着させるために、上部電極に吸着機構を設けている場合、上部電極に冷却のための配管などを設けることが容易ではない。この場合、電極の周囲から冷風を当てるなどの冷却機構を利用することが考えられるが、この場合、上部電極の周囲に複雑な機構を設けることになり、また、十分な冷却ができない場合が考えられるため、実用的ではない。このように、従来の技術では、上部電極を効率的に冷却することが容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、上部電極が効率的に冷却できるようにすることを目的とする。

本発明に係る接合装置は、鋼材からなる第１部品に鋼材とは異なる材料から構成された第２部品を重ね、頭部および頭部に接続する軸部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品の頭部に当接する第１電極と、第１部品の側に配置されて第１部品に当接する第２電極との間に力を加えることで、ボタン部品に圧力を加えて、第２部品の表面側からボタン部品の軸部を軸方向に押し込み、軸部の先端部を第１部品に当接させ、先端部と第１部品とを抵抗スポット溶接により溶接する接合方法の実施に使用する接合装置であって、ボタン部品の頭部が当接する第１当接面を備える第１電極と、第１部品が当接する第２当接面を備える第２電極と、第１電極、第２電極がそれぞれ接続され、ボタン部品の先端部が第１部品と接触した時に、第１電極と第２電極との間が通電して、先端部と第１部品との接触箇所を加熱するための電源と、第１電極と第２電極との距離が小さくなるように、第１電極と第２電極との間に力を加える加圧機構と、第１電極に形成された、軸部の軸方向に垂直な方向のボタン部品の位置を固定するための位置固定機構とを備え、第１電極の第１当接面と第２電極の第２当接面とは、互いに向かい合って配置されている。

上記接合装置の一構成例において、第１電極は、第２電極に対して大地の側に配置されている。

上記接合装置の一構成例において、加圧機構は、第１電極を、第２電極の側に押し上げることで、第１電極と第２電極との間に力を加える。

上記接合装置の一構成例において、第２電極は、第１電極に対して大地の側に配置され、ボタン部品の頭部の周囲を把持して第１電極にボタン部品を押し付ける把持機構をさらに備える。

上記接合装置の一構成例において、加圧機構は、第１電極を、第２電極の側に押し下げることで、第１電極と第２電極との間に力を加える。

上記接合装置の一構成例において、位置固定機構は、第１当接面に形成されている突起である。

上記接合装置の一構成例において、位置固定機構は、第１当接面の周囲の、第１当接面に当接されるボタン部品の頭部を囲う位置に配置されている。

上記接合装置の一構成例において、位置固定機構は、第１当接面の周囲に形成された環状の壁である。

上記接合装置の一構成例において、位置固定機構は、第１当接面の周囲に形成された３個以上の突起である。

以上説明したように、本発明によれば、第１電極に、ボタン部品の軸部の軸方向に垂直な方向のボタン部品の位置を固定するための位置固定機構を設けたので、上部電極が効率的に冷却できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る接合装置の構成を示す構成図である。図２Ａは、本発明の実施の形態に係る接合装置の一部構成を示す構成図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る接合装置の一部構成を示す平面図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る接合装置の一部構成を示す平面図である。図３Ａは、本発明の実施の形態に係る接合装置の一部構成を示す平面図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る接合装置の一部構成を示す平面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る他の接合装置の構成を示す構成図である。図５は、本発明の実施の形態に係る他の接合装置の一部構成を示す斜視図である。図６Ａは、接合方法を説明するための説明図である。図６Ｂは、接合方法を説明するための説明図である。図６Ｃは、接合方法を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る接合装置について図１を参照して説明する。この接合装置は、よく知られた接合装置と同様に、第１電極１０１、第２電極１０２、電源１０３、加圧機構１０４を備える。この接合装置は、ボタン部品１３１を用いて、鋼材からなる第１部品１３２に鋼材とは異なる材料（例えばアルミニウム合金）から構成された第２部品１３３を接合するための装置である。第１部品１３２、第２部品１３３は、例えば、板部材である。

第１電極１０１は、ボタン部品１３１の頭部１３１ａが当接する第１当接面１１１を備える。第１当接面１１１は、１つの平面から構成されている。第１当接面１１１は、例えば、平面視で頭部１３１ａが全て収まる範囲以上の大きさとすることができる。頭部１３１ａは、例えば、平面視の形状が、直径１２ｍｍ程度の円である。第１当接面１１１は、この面積より大きいものとすることができる。また、第１電極１０１の外径は、第１当接面１１１の直径より大きいものとすることができる。例えば、第１電極１０１は、外径１３ｍｍ程度とすることができる。また、第１当接面１１１は、頭部１３１ａの平面視の面積より小さいものとすることもできる。また、第１電極１０１の外径は、頭部１３１ａの平面視の面積より小さいものとすることもできる。例えば、頭部１３１ａが直径１２ｍｍ程度の場合、第１電極１０１の外形は、８ｍｍ〜１１ｍｍ程度とすることができる。

第２電極１０２は、第１部品１３２が当接する第２当接面１２１を備える。第２当接面１２１は、１つの平面から構成されている。第１電極１０１の第１当接面１１１と第２電極１０２の第２当接面１２１とは、互いに、面と向かい合って配置されている。第１当接面１１１と第２当接面１２１とは、互いに平行な関係とされている。また、この例において、第１電極１０１は、第２電極１０２に対して大地の側に配置されている。

電源１０３は、第１電極１０１、第２電極１０２がそれぞれ接続されている。ボタン部品１３１の先端部１３１ｃが第１部品１３２と接触した時に、電源１０３により、第１電極１０１と第２電極１０２との間を通電状態とする。これにより、先端部１３１ｃと第１部品１３２との接触箇所を通電加熱して、溶接（抵抗スポット溶接）する。溶接は、交流溶接、直流溶接、サーボ溶接などとすることができる。

加圧機構１０４は、第１電極１０１と第２電極１０２との距離が小さくなるように、第１電極１０１と第２電極１０２との間に力を加える。この例において、加圧機構１０４は、第１電極１０１を、第２電極１０２の側に押し上げることで、第１電極１０１と第２電極１０２との間に力を加える。

上述した接合装置を用いることで、次に示すような、よく知られた接合が実施できる。まず、鋼材からなる第１部品１３２に鋼材とは異なる材料から構成された第２部品１３３を重ねる。重ねて配置されている第１部品１３２と第２部品１３３とを、図示しない移動装置で移動させ、溶接箇所をボタン部品１３１の箇所に配置させる。この場合、溶接箇所を、ボタン部品１３１の上部に配置させる。

次いで、頭部１３１ａおよび頭部１３１ａに接続する軸部１３１ｂから構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品１３１の頭部１３１ａに当接する第１電極１０１と、第１部品１３２の側に配置されて第１部品１３２に当接する第２電極１０２との間に力を加えることで、ボタン部品１３１に圧力を加えて、第２部品１３３の表面側からボタン部品１３１の軸部１３１ｂを軸方向に押し込む。次に、軸部１３１ｂの先端部１３１ｃを第１部品１３２に当接させ、先端部１３１ｃと第１部品１３２とを抵抗スポット溶接により溶接する。

実施の形態に係る溶接装置は、上述した構成に加え、軸部１３１ｂの軸方向に垂直な方向のボタン部品１３１の位置を固定するための位置固定機構１１２を備える。位置固定機構１１２は、第１電極１０１に形成されている。例えば、位置固定機構１１２は、第１当接面１１１に形成されている突起である。

位置固定機構１１２の形状は、例えば、底面が直径３〜４ｍｍ、高さ１〜２ｍｍ程度の円錐や円柱とすることができる。なお、この場合、突起による位置固定機構１１２に対応する位置の頭部１３１ａに、位置固定機構１１２に嵌合する凹部１３４が形成されているものとする。

例えば、第１当接面１１１と、頭部１３１ａとは、平面視で同一の形状（面積）とされ、第１当接面１１１の中央に、突起による位置固定機構１１２が形成され、頭部１３１ａの中央に、上述した凹部１３４が形成されている。第１当接面１１１の上に、ボタン部品１３１の頭部１３１ａを載置し、突起による位置固定機構１１２に凹部１３４を嵌合させると、軸部１３１ｂの軸方向に垂直な方向への、第１当接面１１１に対するボタン部品１３１の位置ずれが防止できる。

また、図２Ａ、図２Ｂに示すように、位置固定機構１１２ａは、第１当接面１１１の周囲の、第１当接面１１１に当接されるボタン部品１３１の頭部１３１ａを囲う位置に配置されている環状の壁とすることができる。この場合、平面視の形状が円形とされた頭部１３１ａの形状に合わせ、平面視の形状を円形としている。また、第１当接面１１１に当接される頭部１３１ａが平面視矩形の場合、図２Ｃに示すように、平面視で矩形とした環状の壁により、位置固定機構１１２ｂを構成することもできる。この場合、矩形の角を丸めた形状とすることもできる。

また、図３Ａに示すように、位置固定機構１１２ｃは、第１当接面１１１の周囲の、第１当接面１１１に当接されるボタン部品１３１の頭部１３１ａを囲う位置に配置されている３個以上の突起とすることもできる。この例では、平面視の形状が円形とされた頭部１３１ａに対応するものとしている。また、第１当接面１１１に当接される頭部１３１ａが平面視矩形の場合、図３Ｂに示すように、平面視で矩形の４つの辺に対応する位置に、４つの突起による位置固定機構１１２ｄを設けることもできる。なお、ボタン部品の頭部の面積を、第１電極の第１当接面より大きくし、頭部の周囲に環状の壁を設け、これを位置固定機構とすることもできる。この構成においては、ボタン部品の頭部が第１当接面に当接した状態で、頭部の環状の壁が第１電極を囲う状態となり、軸方向に垂直な方向への、第１当接面に対するボタン部品の位置ずれが防止できる。

上述した実施の形態によれば、ボタン部品１３１の供給は、第１電極１０１の上面となる第１当接面１１１になされるため、第１電極１０１に吸着機構などの複雑な固定機構を設ける必要がない。このため、第１電極１０１に、冷却媒体を流す配管から構成される液冷による冷却機構１１３を設ける（内蔵する）ことが容易となる。このように、実施の形態によれば、第１電極１０１が効率的に冷却でき、所望とする高い接合強度を得ることができ、また、連続した溶接を実施する中で、各々の溶接工程の通電加熱をする前段階で、第１電極１０１を十分に冷却することができる。

ところで、図４に示すように、第２電極１０２が、第１電極１０１に対して大地の側に配置されたものとすることもできる。この場合、第１電極１０１の第１当接面１１１が大地の側を向くため、ボタン部品１３１を第１当接面１１１に固定するための把持機構１０５を備える。把持機構１０５は、ボタン部品１３１の頭部１３１ａの周囲を把持して第１電極１０１にボタン部品１３１を押し付ける。この構成において、加圧機構１０４は、第１電極１０１を、第２電極１０２の側に押し下げることで、第１電極１０１と第２電極１０２との間に力を加える。また、把持機構は、磁力を用いるものとすることもできる。他の構成は、前述した実施の形態と同様である。

なお、位置固定機構１１２は、円錐形状に限らず、楕円錐、四角錐、環状の凸部、錐台などとすることができる。また、図５に示すように、平面視十字形状の凸部とすることもできる。

以上に説明したように、本発明によれば、第１電極に、ボタン部品の軸部の軸方向に垂直な方向のボタン部品の位置を固定するための位置固定機構を設けたので、上部電極が効率的に冷却できるようになる。本発明によれば、第１電極にボタン部品を固定するための複雑な機構を設ける必要がないので、水などの冷却媒体を用いた液冷ができるなど、上部電極が効率的に冷却できる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…第１電極、１０２…第２電極、１０３…電源、１０４…加圧機構、１１１…第１当接面、１１２…位置固定機構、１１３…冷却機構、１２１…第２当接面、１３１…ボタン部品、１３１ａ…頭部、１３１ｂ…軸部、１３１ｃ…先端部、１３２…第１部品、１３３…第２部品、１３４…凹部。

Claims

鋼材からなる第１部品に鋼材とは異なる材料から構成された第２部品を重ね、
頭部および前記頭部に接続する軸部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品の前記頭部に当接する第１電極と、前記第１部品の側に配置されて前記第１部品に当接する第２電極との間に力を加えることで、前記ボタン部品に圧力を加えて、前記第２部品の表面側から前記ボタン部品の前記軸部を軸方向に押し込み、
前記軸部の先端部を前記第１部品に当接させ、前記先端部と前記第１部品とを抵抗スポット溶接により溶接する接合方法の実施に使用する接合装置であって、
前記ボタン部品の前記頭部が当接する第１当接面を備える前記第１電極と、
前記第１部品が当接する第２当接面を備える前記第２電極と、
前記第１電極、前記第２電極がそれぞれ接続され、前記ボタン部品の前記先端部が前記第１部品と接触した時に、前記第１電極と前記第２電極との間が通電して、前記先端部と前記第１部品との接触箇所を加熱するための電源と、
前記第１電極と前記第２電極との距離が小さくなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に力を加える加圧機構と、
前記第１電極に形成された、前記軸部の軸方向に垂直な方向の前記ボタン部品の位置を固定するための位置固定機構と
を備え、
前記ボタン部品の前記頭部の周囲を把持して前記第１電極に前記ボタン部品を押し付ける把持機構をさらに備え、
前記第１電極の第１当接面と前記第２電極の第２当接面とは、互いに向かい合って配置されていることを特徴とする接合装置。
請求項１記載の接合装置において、
前記第１電極は、前記第２電極に対して大地の側に配置されていることを特徴とする接合装置。
請求項２記載の接合装置において、
前記加圧機構は、前記第１電極を、前記第２電極の側に押上げることで、前記第１電極と前記第２電極との間に力を加えることを特徴とする接合装置。
請求項１記載の接合装置において、
前記第２電極は、前記第１電極に対して大地の側に配置されていることを特徴とする接合装置。
請求項４記載の接合装置において、
前記加圧機構は、前記第１電極を、前記第２電極の側に押し下げることで、前記第１電極と前記第２電極との間に力を加えることを特徴とする接合装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の接合装置において、
前記位置固定機構は、前記第１当接面に形成されている突起であることを特徴とする接合装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の接合装置において、
前記位置固定機構は、前記第１当接面の周囲の、前記第１当接面に当接される前記ボタン部品の前記頭部を囲う位置に配置されていることを特徴とする接合装置。
請求項７記載の接合装置において、
前記位置固定機構は、前記第１当接面の周囲に形成された環状の壁であることを特徴とする接合装置。
請求項７記載の接合装置において、
前記位置固定機構は、前記第１当接面の周囲に形成された３個以上の突起であることを特徴とする接合装置。