(57)【要約】【課題】材料表面から盛り上がった余剰金属を取り除くか、または、その余剰金属量を大幅に低減させることでバリの発生を極力無くして品質の高いスポット接合品を提供することのできるスポット接合装置を提供する。【解決手段】第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせた重ね部に、先端面３ａから突出するピン部４を有した本体部３を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合するスポット接合装置であって、本体部３の外周に、前記摩擦熱で軟化攪拌して金属板表面１ａから盛り上がる余剰金属量を切断して取り除くカッター５を設けた。【選択図】図２
2008254012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１金属板と第２金属板を重ね合わせた重ね部に、先端面から突出するピン部を有した本体部を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合するスポット接合装置であって、
前記本体部の外周に、前記摩擦熱で軟化攪拌して金属板表面から盛り上がる余剰金属量を低減させる余剰金属量低減手段を設けた
ことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスポット接合装置であって、
前記余剰金属量低減手段は、金属板表面から盛り上がる余剰金属を切断して取り除くカッターからなる
ことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスポット接合装置であって、
前記カッターは、前記本体部に一体的に設けられ、この本体部と共に回転する
ことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項４】
請求項２に記載のスポット接合装置であって、
前記カッターは、前記本体部の外周にこの本体部に対して相対的に回転自在とされると共に、この本体部の軸芯に沿って前記本体部に対して相対的に移動自在とされた
ことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項５】
請求項２に記載のスポット接合装置であって、
前記余剰金属量低減手段は、前記金属板表面から盛り上がる余剰金属を収容する空間部を有した収容部材を有し、その収容部材を前記本体部の軸芯に沿って該本体部に対して相対的に移動自在とした
ことを特徴とするスポット接合装置。
【請求項６】
少なくとも第１金属板と第２金属板を重ね合わせた重ね部に、先端面から突出するピン部を有した本体部を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合するスポット接合方法であって、
前記金属板表面から盛り上がる余剰金属を、前記本体部の外周に設けたカッターで切断して取り除くか、または、前記本体部の外周に設けた収容部材の空間部に納めて低減させる
ことを特徴とするスポット接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板同士をスポット接合して接合させるスポット接合装置及びスポット接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム同士をスポット接合する装置としては、先端にピンを有する回転体を高速で回転させながらアルミニウム板に押圧し、そのアルミニウムを軟化攪拌させてスポット接合する摩擦攪拌接合装置が提案されている（例えば、特許文献１に記載）。
【０００３】
回転体の先端に設けたピンがアルミニウムに対して高速で回転して押し付けられると、それらの間に摩擦熱が発生し、その摩擦熱でアルミニウムが軟化する。そして、軟化したアルミニウムにピンが入り込んで回転体のセンタリングがなされ、その後、回転体の先端面がアルミニウムに接触し、当該回転体の高速回転によりアルミニウムが塑性流動を起こし、上下のアルミニウム板が攪拌されて一体化される。
【特許文献１】特開２００５−１６１３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような摩擦攪拌接合装置においては、回転体が材料の中に侵入（埋没）して高速で回転するため、回転体周囲から塑性流動した余剰金属が材料表面に盛り上がってくる。これを放置すると、バリとなり、接合面に凹凸が生じ、後工程で面倒なバリ取り処理が必要となる。
【０００５】
また、バリとなった部位には、塗料が付き難く、錆の発生を招くことになる。そのため、この摩擦攪拌接合装置でスポット接合された製品の品質が損なわれる。
【０００６】
そこで、本発明は、材料表面から盛り上がった余剰金属を取り除くか、または、その余剰金属量を大幅に低減させることでバリの発生を極力無くして品質の高いスポット接合品を提供することのできるスポット接合装置及びスポット接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも第１金属板と第２金属板を重ね合わせた重ね部に、先端面から突出するピン部を有した本体部を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合するスポット接合装置であって、前記本体部の外周に、前記摩擦熱で軟化攪拌して金属板表面から盛り上がる余剰金属量を低減させる余剰金属量低減手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、少なくとも第１金属板と第２金属板を重ね合わせた重ね部に、先端面から突出するピン部を有した本体部を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合するスポット接合方法であって、前記金属板表面から盛り上がる余剰金属を、前記本体部の外周に設けたカッターで切断して取り除くか、または、前記本体部の外周に設けた収容部材の空間部に納めて低減させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスポット接合装置によれば、本体部の外周から金属板表面に盛り上がってくる余剰金属量を低減させる余剰金属量低減手段を、前記本体部の外周に設けているので、この余剰金属量低減手段によって余剰金属量を減らすことができる。これにより、スポット接合後のバリの発生を大幅に低減させることができ、品質の高いスポット接合を行うことができる。
【００１０】
一方、本発明のスポット接合方法によれば、金属板表面から盛り上がる余剰金属を、本体部の外周に設けたカッターで切断して取り除くか、または、本体部の外周に設けた収容部材の空間部に納めて低減させるので、バリの発生を大幅に低減させることができ、品質の高いスポット接合品を提供することができると共にバリ取り処理を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
「第１実施形態」
先ず、本発明を適用した第１実施形態のスポット接合装置の構成について説明する。
【００１３】
図１は第１実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図、図２は第１実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【００１４】
第１実施形態のスポット接合装置は、図１及び図２に示すように、例えば自動車のボディ等に用いられるアルミニウム合金からなる第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせた重ね部に、先端面３ａから突出するピン部４を有した本体部３を回転させながら加圧して押し付け、その摺接による摩擦熱によって金属を軟化攪拌させてこれら重ね部をスポット接合する摩擦攪拌接合装置である。
【００１５】
なお、本実施形態では、第１金属板１と第２金属板には、アルミニウム合金を共に使用するが、アルミニウム合金に限らず鋼材でもよく、また、同一金属だけなく異種金属同士の接合にも本発明を適用することができる。
【００１６】
スポット接合装置は、本体部３と、この本体部３の先端面（ショルダー）３ａから突出するピン部４と、本体部３の外周に設けられた余剰金属量低減手段であるカッター５と、本体部３を高速で回転させる回転駆動モータ６と、本体部３を重ね部に加圧して押し付ける加圧手段（図示は省略する）と、からなる。
【００１７】
本体部３は、耐摩耗性に優れた金属からなり、円柱体として形成されている。かかる本体部３は、天面３ｂに回転駆動モータ６の回転駆動軸７が取り付けられ、この回転駆動モータ６によって高速で回転させられる。この本体部３の先端面３ａは、加圧されながら回転して金属板表面１ａをその摺接による摩擦熱で金属を軟化攪拌させるショルダー部である。
【００１８】
ピン部４は、本体部３と同様、耐摩擦性に優れた金属からなり、円柱体として形成されている。そして、ピン部４は、その軸芯を本体部３の軸芯に合致させて前記先端面３ａから突出して設けられている。かかるピン部４は、本体部３と一体的に形成されていてもよいし、或いは、別体として形成されていてもよい。
【００１９】
カッター５は、金属板表面から盛り上がる余剰金属を切断して取り除く役目をし、前記本体部３の外周囲に一体的に設けられている。本実施形態では、２つのカッター５を相対向する対象位置に本体部３と一体化させている。本体部３が回転することで、カッター５の切れ刃５ａにより、本体部３の周囲から金属板表面１ａへと盛り上がる余剰金属を切断して取り除くことができる。
【００２０】
カッター５の下端面５ｂは、軟化した金属中にピン部４及び本体部３の先端側部が入り込んで接合完了位置まで本体部３を押し込んだときに（図２（Ｄ）の状態）、金属板表面１ａに接触する位置とされている。換言すれば、軟化した金属中に押し込む押し込み量Ｌとなる位置に、前記カッター５の下端面５ｂを本体部３の先端面３ａから上方位置に配置させている。
【００２１】
回転駆動モータ６は、図示を省略する制御部からの指令により回転制御されるサーボモータからなり、前記本体部３を高速で回転させる。
【００２２】
加圧手段は、例えば加圧シリンダからなり、回転駆動モータ６に取り付けられた昇降シャフト８で本体部３を昇降動させて重ね部に加圧して押し付けるように構成されている。
【００２３】
次に、以上のように構成されたスポット接合装置を使用して２枚の金属板をスポット接合するスポット接合方法について説明する。
【００２４】
先ず、図２（Ａ）に示すように、スポット接合すべき第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせた後、その重ね合わせたスポット接合すべき重ね部の真上に、ピン部４を先端面３ａに設けた本体部３を配置させる。そして、回転駆動モータ６を作動させて本体部３を回転させる。このとき、カッター５は、本体部３の外周に一体的に設けられているため、この本体部３と共に回転する。
【００２５】
次に、本体部３を高速で回転させながら加圧シリンダを作動させて昇降シャフト８を下降させする。すると、昇降シャフト８の先端部に取り付けられた本体部３は、金属板に接近し、図２（Ｂ）に示すようにピン部４が金属板表面１ａと接触する。加圧されながら回転するピン部４により金属板表面１ａが擦られると、それらの間には摩擦熱が生じ、その摩擦熱で金属（ここではアルミニウム）が軟化する。この金属の軟化により材料が塑性流動を起こし、ピン部４が金属の中に入り込んで行く。ピン部４が金属中に入り込むことで、本体部３のセンタリングがなされ、当該本体部５の回転中心が決まる。
【００２６】
次に、加圧されながら回転する本体部３の先端面３ａが金属板表面１ａに接触すると、今度はこれらの間に摩擦熱が生じ、その摩擦熱で金属が軟化する。この金属の軟化により本体部３の先端部が図２（Ｃ）に示すように奥へと入り込んで行く。この一方、本体部３の外周からは軟化した金属が金属板表面１ａに盛り上がって来る。
【００２７】
そして、本体部３がスポット接合終了位置となる位置まで侵入すると、図２（Ｄ）で示すように、本体部３と一体的に回転するカッター５により金属板表面１ａから突出する余剰金属９が切断され取り除かれる。
【００２８】
第１金属板１と第２金属板２が塑性流動して互いに結合された時点で本体部３を上昇させてスポット接合を完了する。その結果、第１金属板１と第２金属板２は、接合される。また、金属板表面１ａは、隆起物の無いほぼ平坦な面とされる。
【００２９】
以上のようにして第１金属板１と第２金属板２の重ね部に数ヶ所スポット接合すれば、これら２枚の金属板を確実に接合させることができる。これにより、スポット接合後のバリの発生を無くせ、品質の高いスポット接合を行うことができる。
【００３０】
なお、塑性流動により発生したバリや余肉には、塗料が付き難く、例え塗料が付いたとしても経時的変化により糸錆等が発生し易い。しかしながら、本実施形態によれば、接合中に発生したバリや余肉をカッター５により除去することができるので、塗膜を安定してこのスポット接合部上にも形成することができ、錆の発生を抑制させることができる。
【００３１】
「第２実施形態」
図３は第２実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図、図４は第２実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【００３２】
第２実施形態のスポット接合装置は、カッター５を本体部３に一体化させるのではなく、カッター５を前記本体部３の外周にこの本体部３に対して相対的に回転自在とすると共に、この本体部３の軸芯に沿って前記本体部５に対して相対的に移動自在としている。
【００３３】
具体的には、図３に示すように、本体部３の外周にベアリング１０を介在させてカッター５を取り付けた回転体１１を回転自在に取り付ける。回転体１１を本体部３の外周に回転自在とする回転駆動モータ１２は、本体部３を回転自在とする駆動源（回転駆動モータ６）とは別に設ける。
【００３４】
また、カッター５は、本体部３を昇降動させる駆動源（加圧手段）とは別に、カッター昇降動用手段を有している。カッター昇降動手段は、例えば駆動シリンダからなり、カッター５を回転させる回転駆動モータ１２に取り付けられた昇降シャフト１３で、前記本体部３に対して相対的に移動自在とされる。このカッター５が本体部３に対して相対的に移動自在となることで、本体部３の先端面３ａからカッター５の先端面５ｂまでの距離Ｌ（軟化した金属中に押し込まれる押し込み量）を自由に調整することが可能となる。
【００３５】
このように構成されたスポット接合装置によれば、本体部３と同軸でこの本体部３に対してカッター５を回転させることができると共に移動自在とすることができるため、本体部３の先端面（ショルダー）３ａが金属板表面１ａに接触するタイミングで軟化して隆起した余剰金属をカッター５にて初期段階から取り除くことができる。そのため、カッター５を回転させる回転駆動モータ１２の駆動トルクを低減することができると共に、カッター５の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
第２実施形態のスポット接合装置を使用してスポット接合するには、図４（Ａ）に示すように、スポット接合すべき重ね部の真上に本体部３を配置させた後、回転駆動モータ６を作動させて本体部３を回転させる。
【００３７】
次に、本体部３を高速で回転させながら加圧シリンダを作動させて昇降シャフト８を下降させ、図４（Ｂ）に示すようにピン部４を金属板表面１ａに接触させる。これにより、摩擦熱が生じ、その摩擦熱で金属が軟化して塑性流動を起こし、ピン部４が金属の中に入り込んで行く。
【００３８】
ピン部４が金属の中に入り込んで行くようになったとき、或いはその前にカッター５を回転させる回転駆動モータ１２を作動させて、カッター５を本体部３の周面の回りに回転させる。
【００３９】
そして、加圧されながら回転する本体部３の先端面３ａが金属板表面１ａに接触すると同時に、図４（Ｃ）に示すようにカッター昇降動手段を作動させてカッター５を下方へ移動させ、前記金属板表面１ａに接触させる。こうすることで、初期段階で本体部３との摺接により軟化して本体部３の外周から金属板表面１ａへと盛り上がって来る余剰金属を前記カッター５によって素早く取り除くことができる。
【００４０】
そして、図４（Ｄ）で示すように、第１金属板１と第２金属板２が塑性流動して互いに結合された時点で本体部３を上昇させてスポット接合を完了する。
【００４１】
このように、第２実施形態では、バリ及び余剰金属（余肉）発生の初期段階でこれらを取り除くことができるため、カッター５の駆動トルクを低減でき、またカッター５の寿命も延ばすことも可能となる。
【００４２】
「第３実施形態」
図５は第３実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図、図６は第３実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【００４３】
第３実施形態のスポット接合装置は、図５に示すように、余剰金属量低減手段としてカッター５を使用するのではなく、金属板表面１ａから盛り上がる余剰金属を収容する空間部１４を有した収容部材１５を、前記本体部５の軸芯に沿ってこの本体部５に対して相対的に移動自在とする。
【００４４】
収容部材１５は、本体部３の外周面に軸芯方向に沿って取り付けられたレール１６に対してスライド自在に取り付けられる円盤体として形成される。この収容部材１５の下面１５ａには、余剰金属を収容する空間部１４が形成されている。空間部１４は、本体部３の軸芯を中心として中心部付近が深く、中心から離れた外側付近が浅くされている。かかる収容部材１５は、図示を省略する駆動源により前記レール１６に沿って移動自在とされる。
【００４５】
このように構成されたスポット接合装置によれば、塑性流動により発生したバリ及び余肉を収容部材１５の空間部１４内に納めることができるので、金属板表面１ａから突出する突起の高さを出来るだけ低く抑えることができ、錆の発生を抑制させることができる。
【００４６】
第３実施形態のスポット接合装置を使用してスポット接合するには、図６（Ａ）に示すように、スポット接合すべき重ね部の真上に本体部３を配置させた後、回転駆動モータ６を作動させて本体部３を回転させる。
【００４７】
次に、本体部３を高速で回転させながら加圧シリンダを作動させて昇降シャフト８を下降させ、図６（Ｂ）に示すようにピン部４を金属板表面１ａに接触させる。これにより、摩擦熱が生じ、その摩擦熱で金属が軟化して塑性流動を起こし、ピン部４が金属の中に入り込んで行く。
【００４８】
そして、加圧されながら回転する本体部３の先端面３ａが金属板表面１ａに接触すると同時に、図６（Ｃ）に示すように収容部材１５をレール１６に沿って下方へ移動させ、下面１５ａを前記金属板表面１ａに接触させる。こうすることで、初期段階で本体部３との摺接により軟化して本体部３の外周から金属板表面１ａへと盛り上がって来る余剰金属を空間部１４内に納めることができる。
【００４９】
そして、図６（Ｄ）で示すように、第１金属板１と第２金属板２が塑性流動して互いに結合された時点で本体部３を上昇させてスポット接合を完了する。
【００５０】
このように、第３実施形態では、バリ及び余剰金属（余肉）の初期段階でこれらを収容部材１５の空間部１４内に納めることができるため、バリ及び余剰金属量を大幅に低減させることができ、尖った部位が無いことから錆の発生を抑制できる。
【００５１】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、上述の実施の形態は、本発明の一例に過ぎず、前記した実施の形態に制限されることはない。
【００５２】
上述した実施の形態では、第１金属板１と第２金属板２の２枚の金属板同士をスポット接合する例としたが、３枚以上の金属板同士をスポット接合するのに本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は第１実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図２】図２は第１実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【図３】図３は第２実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図４】図４は第２実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【図５】図５は第３実施形態のスポット接合装置を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図６】図６は第３実施形態のスポット接合装置によるスポット接合工程を順次示す工程図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…第１金属板
２…第２金属板
３…本体部
４…ピン部
５…カッター（余剰金属量低減手段）
６…本体部用の回転駆動モータ
９…余剰金属
１１…回転体
１２…回転体用の回転駆動モータ
１４…空間部
１５…収容部材（余剰金属量低減手段）
【図１】
2008254012.tif 000003
【図２】
2008254012.tif 000004
【図３】
2008254012.tif 000005
【図４】
2008254012.tif 000006
【図５】
2008254012.tif 000007
【図６】
2008254012.tif 000008