(57)【要約】【課題】多大な設備を要することなく、熱硬化性接着剤による接合工程において、効率良く接着剤を硬化ないしは半硬化させることができる金属部材の接合方法およびその装置を提供する。【解決手段】複数の重ね合わせた金属部材１００の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する方法または装置であって、金属部材１００の接合部で磁石７１ａ，７１ｂによる磁場を発生させ、上記磁場を変化させることによって金属部材１００に誘導電流を発生させ、上記誘導電流による金属部材１００の発熱によって上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の重ね合わせた金属部材の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する方法であって、
上記金属部材の接合部で磁石による磁場を発生させ、
上記磁場を変化させることによって上記金属部材に誘導電流を発生させ、
上記誘導電流による上記金属部材の発熱によって上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
上記金属部材の重ね合わせ方向と交わる方向に、複数の上記磁石を異なる極性が交互に並ぶように配置した磁石ユニットを準備し、
上記磁石ユニットを上記磁石の並び方向に移動させることにより上記磁場の変化を行わせることを特徴とする請求項１記載の金属部材の接合方法。
【請求項３】
一対の上記磁石ユニットを、上記接合部を挟んで対向配置し、少なくとも一方の上記磁石ユニットを移動させることにより上記磁場の変化を行わせることを特徴とする請求項２記載の金属部材の接合方法。
【請求項４】
上記金属部材の重ね合わせ方向と略平行な回転軸を有する回転工具に上記磁石ユニットを取付け、
上記回転工具を上記金属部材の上記接合部の近傍に位置させて回転させることにより上記磁石ユニットを移動させることを特徴とする請求項２または３記載の金属部材の接合方法。
【請求項５】
上記回転工具の、上記金属部材に対面する先端部に加工部を備え、
上記回転工具を回転させながら上記加工部を上記金属部材に押込んで摩擦熱を発生させ、この摩擦熱と上記誘導電流による発熱とによって上記金属部材を軟化させ塑性流動を生じさせて接合するとともに、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする請求項４記載の金属部材の接合方法。
【請求項６】
上記金属部材の接合部を上記回転工具の回転軌跡よりも広い範囲に設け、
上記回転工具を上記接合部の広がる範囲内で移動させ、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化の促進をその移動軌跡に沿って連続的または断続的に行わせることを特徴とする請求項４または５記載の金属部材の接合方法。
【請求項７】
複数の重ね合わせた金属部材の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する装置であって、
上記金属部材の接合部に磁場を発生させる磁石と、
上記磁場を変化させることによって上記金属部材に誘導電流を発生させる磁場変化手段とを備え、
上記誘導電流による上記金属部材の発熱によって上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする金属部材の接合装置。
【請求項８】
上記金属部材の重ね合わせ方向と交わる方向に、異なる極性が交互に並ぶように複数の上記磁石が配置された磁石ユニットを備え、
上記磁場変化手段は、上記磁石ユニットを上記磁石の並び方向に移動させるものであることを特徴とする請求項７記載の金属部材の接合装置。
【請求項９】
一対の上記磁石ユニットが上記接合部を挟んで対向配置され、
上記磁場変化手段は、少なくとも一方の上記磁石ユニットを移動させるものであることを特徴とする請求項８記載の金属部材の接合装置。
【請求項１０】
上記磁場変化手段は、上記金属部材の重ね合わせ方向と略平行な回転軸を有するとともに上記磁石ユニットが取付けられた回転工具であり、
上記回転工具を上記金属部材の上記接合部の近傍に位置させて回転させることにより上記磁石ユニットを移動させることを特徴とする請求項８または９記載の金属部材の接合装置。
【請求項１１】
上記回転工具は、上記金属部材に対面する先端部に加工部を備え、
上記回転工具を回転させながら上記加工部を上記金属部材に押込んで摩擦熱を発生させ、この摩擦熱と上記誘導電流による発熱とによって上記金属部材を軟化させ塑性流動を生じさせて接合するとともに、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする請求項１０記載の金属部材の接合装置。
【請求項１２】
上記回転工具を少なくともその回転軸に交わる方向に移動させる移動制御手段を備え、
上記移動制御手段は、上記回転工具を、上記接合部の広がる範囲に沿って移動させ、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化の促進をその移動軌跡に沿って連続的または断続的に行わせることを特徴とする請求項１０または１１記載の金属部材の接合装置。
【請求項１３】
上記移動制御手段は、先端に上記回転工具が装着されるとともに、該回転工具を回転駆動する駆動手段を備えたロボットであることを特徴とする請求項１２記載の金属部材の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の重ね合わせた金属部材の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のボディ等において、金属部材同士を接合する方法としてスポット溶接が一般的に行われている。しかし近年、衝突性能の向上要求が高まりつつあり、そのためスポット溶接では強度的に不充分となる場合があった。スポット溶接では接合点が不連続であるため応力集中が起こり易く、衝突時に比較的容易に剥がれてしまうからである。
【０００３】
そこで近年、その問題を解決すべく接着剤による接合が多用されつつある。接着剤によれば、連続性のある接合点で接合することができるので、スポット溶接による接合と比較して衝突時に剥がれ難いという利点がある。使用される接着剤としては、エポキシ系接着剤に代表される熱硬化性の構造用接着剤が一般的である。
【０００４】
接着剤による接合工程を含む一連の流れとして、例えば自動車のボディ製造工程に見られるように、接着剤による接合工程→電着塗装工程→塗装乾燥工程という順序がとられることが多い。この場合、接着剤の硬化は塗装乾燥工程での加熱を利用して行われる。つまり塗装の乾燥と接着剤の硬化とを同時に行うことにより生産性を高めているのである。
【０００５】
なお、接着剤を用いた接合ではないが、重ね合わせた金属部材を接合する方法として、特許文献１に示すものが知られている。この方法は、円柱状の回転工具の先端を金属部材に押込み、その摩擦熱で金属部材を軟化させ塑性流動を起こさせて接合する摩擦点接合（特許文献１では摩擦攪拌溶接と呼ばれている）の一種である。特許文献１に示されるものは、回転工具の周囲に回転方向に異なる磁性が交互に並ぶように複数の磁石を取付けたものである。このようにすると接合部の近傍で磁石による磁場が生じるとともに、回転工具の回転によって磁場が変化する。そのため金属部材に誘導電流が発生し、発熱する。この発熱により金属部材の軟化を促進し、塑性流動を容易化することができる。
【特許文献１】特開２００５−３２４２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように接着剤による接合工程とその接着剤を硬化させる工程（例えば塗装乾燥工程）との間に他の工程（例えば電着塗装工程）を行うと、種々の問題を生じる。
【０００７】
まず第１に、接着剤が未硬化であるために搬送中に位置ずれを起こすという問題である。これに対し、スポット溶接等で仮止めすることで対処することはできるが、生産性の観点から新たな工程を追加することは好ましいことではない。
【０００８】
第２に、塗布部からはみ出した接着剤が作業者を介して工程内の治具や他のワークに付着するという問題である。この場合、治具やワークに付着した接着剤の拭き取りに多大な費用と時間を要してしまう。
【０００９】
第３に、電着塗装工程において、洗浄、化成処理、電着の各液槽において、接着剤が遊離するという問題である。遊離した接着剤は各液を汚損したり、再度ワーク（自動車のボディ外板など）に付着したりする。
【００１０】
上記第１〜第３の問題を解決するには、接合工程ないしはその直後（電着塗装工程等に移行する前）に接着剤を硬化ないしは少なくとも上記各問題が発生しないレベルまで半硬化させれば良いと考えられる。しかし従来の方法、つまり塗装乾燥炉に類似の熱処理炉で加熱硬化させる方法では、ワーク全体を熱処理するため多大な設備投資や広大なスペースの確保が必要となる。また輻射熱を利用するため伝熱に時間を要し、接着剤を塗布した界面の温度が上がり難い。
【００１１】
本発明は、上記のような事情に鑑み、多大な設備を要することなく、熱硬化性接着剤による接合工程において、効率良く接着剤を硬化ないしは半硬化させることができる金属部材の接合方法およびその装置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】
【００１２】
上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、複数の重ね合わせた金属部材の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する方法であって、上記金属部材の接合部で磁石による磁場を発生させ、上記磁場を変化させることによって上記金属部材に誘導電流を発生させ、上記誘導電流による上記金属部材の発熱によって上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の金属部材の接合方法において、上記金属部材の重ね合わせ方向と交わる方向に、複数の上記磁石を異なる極性が交互に並ぶように配置した磁石ユニットを準備し、上記磁石ユニットを上記磁石の並び方向に移動させることにより上記磁場の変化を行わせることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の金属部材の接合方法において、一対の上記磁石ユニットを、上記接合部を挟んで対向配置し、少なくとも一方の上記磁石ユニットを移動させることにより上記磁場の変化を行わせることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の金属部材の接合方法において、上記金属部材の重ね合わせ方向と略平行な回転軸を有する回転工具に上記磁石ユニットを取付け、上記回転工具を上記金属部材の上記接合部の近傍に位置させて回転させることにより上記磁石ユニットを移動させることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の金属部材の接合方法において、上記回転工具の、上記金属部材に対面する先端部に加工部を備え、上記回転工具を回転させながら上記加工部を上記金属部材に押込んで摩擦熱を発生させ、この摩擦熱と上記誘導電流による発熱とによって上記金属部材を軟化させ塑性流動を生じさせて接合するとともに、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項４または５記載の金属部材の接合方法において、上記金属部材の接合部を上記回転工具の回転軌跡よりも広い範囲に設け、上記回転工具を上記接合部の広がる範囲内で移動させ、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化の促進をその移動軌跡に沿って連続的または断続的に行わせることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、複数の重ね合わせた金属部材の間に熱硬化性接着剤を介在させて接合する装置であって、上記金属部材の接合部に磁場を発生させる磁石と、上記磁場を変化させることによって上記金属部材に誘導電流を発生させる磁場変化手段とを備え、上記誘導電流による上記金属部材の発熱によって上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項７記載の金属部材の接合装置において、上記金属部材の重ね合わせ方向と交わる方向に、異なる極性が交互に並ぶように複数の上記磁石が配置された磁石ユニットを備え、上記磁場変化手段は、上記磁石ユニットを上記磁石の並び方向に移動させるものであることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項８記載の金属部材の接合装置において、一対の上記磁石ユニットが上記接合部を挟んで対向配置され、上記磁場変化手段は、少なくとも一方の上記磁石ユニットを移動させるものであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、請求項８または９記載の金属部材の接合装置において、上記磁場変化手段は、上記金属部材の重ね合わせ方向と略平行な回転軸を有するとともに上記磁石ユニットが取付けられた回転工具であり、上記回転工具を上記金属部材の上記接合部の近傍に位置させて回転させることにより上記磁石ユニットを移動させることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０記載の金属部材の接合装置において、上記回転工具は、上記金属部材に対面する先端部に加工部を備え、上記回転工具を回転させながら上記加工部を上記金属部材に押込んで摩擦熱を発生させ、この摩擦熱と上記誘導電流による発熱とによって上記金属部材を軟化させ塑性流動を生じさせて接合するとともに、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化を促進させることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に係る発明は、請求項１０または１１記載の金属部材の接合装置において、上記回転工具を少なくともその回転軸に交わる方向に移動させる移動制御手段を備え、上記移動制御手段は、上記回転工具を、上記接合部の広がる範囲に沿って移動させ、上記熱硬化性接着剤の加熱硬化の促進をその移動軌跡に沿って連続的または断続的に行わせることを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に係る発明は、請求項１２記載の金属部材の接合装置において、上記移動制御手段は、先端に上記回転工具が装着されるとともに、該回転工具を回転駆動する駆動手段を備えたロボットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明によると、以下説明するように、多大な設備を要することなく、熱硬化性接着剤による接合工程において、効率良く接着剤を硬化ないしは半硬化させることができる。
【００２６】
本発明の構成によると、接合部周辺のみに磁石を配置するとともにその磁場を変化させるだけで接着剤を硬化させることができるので、ワーク全体を収容する大型の熱処理炉等を必要としない。すなわち多大な設備投資や広大なスペースの確保を回避することができる。
【００２７】
また、誘導電流によって直接金属部材を加熱するので、輻射熱を用いる従来の方法に比べてエネルギーロスが少なく、短時間で硬化させることができる。
【００２８】
さらに、磁石を用いるので金属部材間に引力が作用し、相互の隙間を小さくすることができるという効果も期待することができる。
【００２９】
磁石として、永久磁石を用いても電磁石を用いても良い。永久磁石としてはネオジウム磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石などが好ましい。磁場を変化させる方法としては、磁石（電磁石を含む）を移動（回転を含む）させるほか、電磁石の場合には電流を変化させることにより磁場を変化させても良い。
【００３０】
なお、本発明は硬化の程度を限定する趣旨ではない。本発明の方法により接着剤を完全に硬化させれば上記各問題が解決するのはもちろんであるが、必ずしも完全に硬化させる必要はない。例えば上記各問題が生じない程度にまで硬化させれば充分である。或いは上記問題の一部を解決し得る程度にまで硬化させ、残る問題は他の手段によって解決するようにしても良い。以下当明細書において、必要な程度にまで硬化させることを半硬化というものとする。
【００３１】
後の工程に電着塗装工程等が控えている場合には、硬化の程度を半硬化に留めておくのが望ましい。塗装乾燥工程を利用して加熱硬化工程の後半を行うことができて効率的だからである。
【００３２】
請求項２の発明によると、異なる極性が交互に並ぶように配置した磁石ユニットを移動（回転を含む）させるだけで容易に磁場を変化させることができる。
【００３３】
請求項３の発明によると、一対の磁石ユニットによって磁束が金属部材を貫通する状態を維持しつつ、少なくとも一方の磁石ユニットを移動させることにより磁束密度を変化させて金属部材に誘導電流を発生させることができる。従ってより確実かつ効率的に接合部の温度を上昇させることができる。
【００３４】
請求項４の発明によると、回転工具に磁石ユニットを取付け、その回転工具を回転させるだけで容易に上記磁石ユニットの移動を行わせることができる。また、回転工具と金属部材との距離や回転工具の回転数を制御することにより、容易に加熱温度を調節することができる。
【００３５】
請求項５の発明によると、誘導電流による発熱に加え、加工部を押込むことによる摩擦熱をも利用することができるので、その相乗効果によってより効率的に接着剤を硬化させることができる。また金属部材の接合を、接着剤にのみ依るのではなく、塑性流動による接合にも依ることができる。従って例えば位置ずれ防止（仮止め）として求められる接合力に対する接着剤の接合力の分担を削減することができる。すなわち接着剤に求められる半硬化の程度を低減することが期待できる。
【００３６】
請求項６の発明によると、接合範囲（接着剤の塗布範囲）が広範なものであっても、それ全体をカバーする回転工具を用いる必要がなく、設備をよりコンパクトにすることができる。
【００３７】
請求項７〜１２の発明によると、上記請求項１〜６の各項に準じる効果を奏する接合装置を容易に得ることができる。
【００３８】
請求項１３の発明によると、回転工具を少なくともその回転軸に交わる方向に移動させる移動制御手段として汎用性の高いロボットを用いることにより、回転工具を容易に自在に移動させることができ、接合装置としての適応柔軟性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４０】
図１は本発明の第１実施形態に係る金属部材の接合装置１（以下接合装置１と略称する）の概略構成図である。この接合装置１は、主たる構成要素として、接合ガンユニット１０と、接合ガンユニット１０を手首に備えるロボット４０とからなる。
【００４１】
接合ガンユニット１０は、対向配置される一対の接合ガン１０ａからなる。各接合ガン１０ａの先端にはそれぞれ回転工具７０が装着され、それらが対向配置されている。回転工具７０には複数の磁石からなる磁石ユニット７１が取付けられている。磁石ユニット７１については後に詳述するが、磁石ユニット７１が対向配置されることにより両者の間に磁場が発生し、磁石ユニット７１（回転工具７０）の少なくとも一方が回転することによってその磁場が変化するように構成されている。
【００４２】
ロボット４０は、当実施形態では汎用される６軸垂直多関節型ロボットが用いられる。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。また各接合ガン１０ａ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が内蔵されており、ロボット４０を制御して、接合ガン１０ａ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１０ａに搭載された、後述する昇降用モータ１４および回転用モータ１５（図２参照）を制御して、各接合ガン１０ａの先端に対向配置された一対の回転工具７０に、予め設定された所定の動作を行わせる。
【００４３】
図２は接合ガン１０ａの正面図であり、図３は接合ガン１０ａの側面図である（それぞれ主に片側を図示する）。これらの図に示すように、接合ガン１０ａは、ロボット４０の手首から２方向に分岐するアーム１２と、このアーム１２に取付けられた取付ボックス１１と、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に接続された昇降用モータ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。本体ケース１３の下端部には回転工具７０が装着されている。
【００４４】
接合装置１による金属部材の接合は、接着剤が塗布されて重ね合わされた金属部材（ワーク１００）を、両回転工具７０の間に非接触で挟み、回転工具７０を回転させることによって磁石ユニット７１による磁場を変化させてワーク１００に誘導電流を発生させ、それによる発熱で接着剤の硬化を促進させるものである。
【００４５】
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。接合ガンユニット１０における作動時の上下関係は自在に変化するが、説明の都合上、以下の記述において、本体ケース１３側を上、回転工具７０側を下とする。
【００４６】
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昇降用モータ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、昇降用モータ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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に対し回転工具７０の回転軸７３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７０の回転軸線は、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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、昇降用モータ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。
【００５１】
図６は回転工具７０の構造説明図である。回転工具７０は、取付部材３６に取付けられる回転軸７３と、その先端に設けられた平板状の円板部７４とを有する。さらに円板部７４の先端には磁石ユニット７１が取付けられている。磁石ユニット７１の主要部は、回転工具７０の回転方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置された６個の永久磁石からなる。詳しくは３個のＮ配置磁石７１ａと３個のＳ配置磁石７１ｂとが交互に配置されている。Ｎ配置磁石７１ａは、先端側がＮ極、基端側（円板部７４側）がＳ極となるように配置された磁石である。またＳ配置磁石７１ｂはそれとは逆に、先端側がＳ極、基端側（円板部７４側）がＮ極となるように配置された磁石である。Ｎ配置磁石７１ａ、Ｓ配置磁石７１ｂとしては磁力の強いネオジウム磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石などが好ましい。
【００５２】
また、対向する磁石ユニット７１同士では、異なる磁性が対向するように配置される。従って、磁束８０はワーク１００を貫通するように上下に略平行に発生する。当実施形態では、一対の回転工具７０が、その関係を保ったまま、同方向に同回転数で回転する（矢印Ａ１，Ａ２で示す）。そのために必要に応じてエンコーダ等による位置確認がなされ、同期がとられる。
【００５３】
次に、接合装置１を用いた金属部材の接合方法について説明する。図７は、接着剤を用いた金属部材の接合工程を示す模式図である。この工程で接合されるワーク１００は、断面が逆ハット型の金属部材１０１と平板状の金属部材１０３である。金属部材１０１，１０３は、例えばアルミニウム合金板や鋼板等が好適である。
【００５４】
図７上段には、金属部材１０１のフランジ部に接着剤１０２が塗布された状態を示す。接着剤１０２はエポキシ樹脂を主成分とする一液加熱硬化型接着剤（熱硬化性接着剤）である。硬化条件としては、１４０〜１６０℃×２０分のものや、８０℃×６０分（低温硬化タイプ）などが好適である。
【００５５】
図７中段には、続いて金属部材１０１に金属部材１０３を重ね合わせた状態を示す。
【００５６】
図７下段には、続いて接着剤１０２を加熱硬化させる工程を示す。ここでは図を簡潔にするために、接合装置１のうち回転工具７０のみを示す。この図に示すように、まずロボット４０によって回転工具７０が、直線状に延びる接着剤１０２の一端付近にセットされる。このとき、一対の回転工具７０でワーク１００を非接触状態で挟むように調整される。
【００５７】
そのための回転工具７０の昇降動作について説明する。昇降用モータ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７０が一緒に下降する。逆に、昇降用モータ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７０が一緒に上昇する。
【００５８】
このような昇降動作を一対の回転工具７０で行う（片側の回転工具７０だけで行っても良い）ことにより、磁石ユニット７１とワーク１００との間に所定の隙間を設けつつ接合部を挟んで一対の磁石ユニット７１を対向配置することができる。
【００５９】
このとき、一対の磁石ユニット７１の間に磁場が形成され、その磁場の中にワーク１００が存在することとなる。そのときの磁束８０は図６に示すようにワーク１００を貫通するように、その板面に略垂直に並ぶ。またこのとき、ワーク１００を挟む磁石ユニット７１の磁力により金属部材１０１と接着剤１０２との間に引力が作用し、相互の隙間が小さくなる。従って、接着剤１０２の接着効果を促進することができる。
【００６０】
次に回転工具７０が回転駆動される。回転工具７０を回転駆動するには、回転用モータ１５を駆動し、スプライン軸２５を図５のＣ方向に回転駆動する。こうすると昇降体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７０も、回転軸７３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７０の回転数（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。
【００６１】
一対の回転工具７０は同方向に同回転速度で回転するように制御ユニット５０ａにより制御されている（矢印Ａ１，Ａ２）。また逐次図外のエンコーダ等によって磁石ユニット７１の位置確認が行われ、常に異なる磁性の磁石が対向するように同期がとられる。このようにすると磁束８０が回転工具７０の回転に追従して円弧の軌跡を描きつつ平行移動する。これによってワーク１００の各点において磁束密度が変化する。すなわち磁場が変化する。この磁場の変化により、回転工具７０で挟まれた領域付近のワーク１００に誘導電流が発生し、その誘導電流によってワーク１００が発熱する。その発熱によって接着剤１０２の硬化が促進される。
【００６２】
ワーク１００を、上記硬化条件に相当する温度と時間で加熱すれば接着剤１０２は完全硬化する。例えば後にワーク１００を加熱する工程等が控えていない場合にはそのようにして加熱硬化工程を完了させれば良い。しかし後に塗装乾燥工程のようにワーク１００を加熱する工程が控えている場合には、その工程までの間に必要な硬度にまで半硬化させ、仮止め程度に留めておくのが望ましい。その工程（塗装乾燥工程等）を利用して加熱硬化工程の後半を行うことができて効率的だからである。
【００６３】
一対の回転工具７０は、ロボット４０によって接着剤１０２の延びる方向に逐次移動させられる（矢印Ａ３）。その移動速度は遅いほど硬化促進効果を高めることができ、速いほど当該接合工程に要する時間（タクト）を短縮することができる。またその移動速度は一定であっても良く、緩急をつけても良い。一定の速度で移動させた場合には均等な硬化促進効果が得られ、緩急をつけて移動させた場合には、比較的短いタクトでありながら部分的に硬化促進度合の高い箇所を得ることができる。こうして全ての箇所の加熱硬化促進が完了すると当該接合工程の完了となる。
【００６４】
ところで、当実施形態では図６に示すように一対の回転工具７０を同期させつつ同方向に回転させたが、必ずしもそのようにする必要はない。例えば以下に示す変形例のようにしても良い。
【００６５】
図８は回転工具７０の回転動作についての変形例を示す説明図である。当変形例では一対の回転工具７０を互いに逆方向に回転させている（矢印Ａ１，Ａ４）。従って、各Ｎ配置磁石７１ａやＳ配置磁石７１ｂから見て、対向する磁石が異なる極性のものである場合（図８左側）と同じ極性のものである場合（図８右側）とが交互に繰り返されることとなる。対向する磁石が異なる極性の場合、図６の場合と同様に磁束８０がワーク１００の板面に対して略直角に交差している。一方、対向する磁石が同じ極性の場合、磁束８０は対向する磁石に隣接する磁石（それが異なる極性の磁石となる）との間に形成される。つまり磁束８０はワーク１００の板面に対して斜めに交差する。このように磁束８０がワーク１００の板面に対して直角に交差する状態と斜めに交差する状態とに交互に変化するので、磁束密度が変化する。すなわち磁場が変化してワーク１００に誘導電流が発生し、これが発熱する。
【００６６】
この変形例によれば回転の同期をとる必要がないので、エンコーダ等を省略することができるという利点がある。
【００６７】
図９は回転工具７０の回転動作についての別の変形例を示す説明図である。当変形例では一対の回転工具７０のうち一方（図では上側）のみを回転させている（矢印Ａ１）。この場合にも上記変形例と同様に、各Ｎ配置磁石７１ａやＳ配置磁石７１ｂから見て、対向する磁石が異なる極性のものである場合（図９左側）と同じ極性のものである場合（図９右側）とが交互に現出することとなる。
【００６８】
この変形例も上記変形例と同様、回転の同期をとる必要がないので、エンコーダ等を省略することができるという利点がある。但し回転工具７０同士の相対速度（磁束密度の変化速度）は回転数等の条件が同じであれば図８に示す変形例よりも遅くなるので、加熱能力は相対的に低下する。しかしその一方で、固定側の回転工具７０に対する回転用モータ１５をはじめとする駆動機構を省略できたり、固定側の磁石ユニット７１をワーク１００に充分接近（接触させても良い）させて対向する磁石ユニット７１の間隔をより小さくすることができたりするという利点がある。
【００６９】
以上当実施形態およびその変形例について説明したように、接合装置１によれば、ワーク１００の接着剤１０２が塗布された接合部周辺のみに回転工具７０を配置するとともにそれを回転させて磁石ユニット７１による磁場を変化させるだけで接着剤１０２を硬化ないしは半硬化させることができる。従って、ワーク１００全体を収容する大型の熱処理炉等を必要としない。また、誘導電流によって直接ワーク１００を加熱するので、輻射熱を用いる従来の方法に比べてエネルギーロスが少なく、短時間で硬化ないしは半硬化させることができる。すなわち当実施形態によれば、多大な設備を要することなく、熱硬化性接着剤による接合工程において、効率良く接着剤を硬化ないしは半硬化させることができる。
【００７０】
また接合装置１は、金属部材１０１と金属部材１０３の重ね合わせ方向と交わる方向に、異なる極性が交互に並ぶように複数の磁石（３個のＮ配置磁石７１ａと３個のＳ配置磁石７１ｂ）が配置された磁石ユニット７１を備え、それが上記重ね合わせ方向と略平行な回転軸を有する回転工具７０（磁場変化手段）に取り付けられ、その回転工具７０をワーク１００の接合部の近傍に位置させて回転させるように構成されているので、簡単な構造で容易に磁場の変化を起こさせることができる。また回転工具７０とワーク１００との距離や回転工具７０の回転数を制御することにより、容易に加熱温度を調節することができる。
【００７１】
しかも一対の回転工具７０（磁石ユニット７１）がワーク１００を挟んで対向配置され、その少なくとも一方を回転させるように構成されているので、一対の磁石ユニット７１によって磁束８０がワーク１００を貫通する状態を維持しつつその磁束密度を変化させてワーク１００に誘導電流を発生させることができる。従ってより確実かつ効率的に接合部の温度を上昇させることができる。
【００７２】
また、回転工具７０を少なくともその回転軸７３に交わる方向に移動させるロボット４０（移動制御手段）を備え、接着剤１０２の加熱硬化の促進をその移動軌跡に沿って連続的または断続的に行わせるので、接合範囲（当実施形態では接着剤１０２の塗布長さや２条の接着剤１０２の間隔）が広範なものであっても、それ全体をカバーする回転工具を用いる必要がなく、設備をよりコンパクトにすることができる。
【００７３】
そして回転工具７０を移動させる移動制御手段として汎用性の高いロボット４０を用いることにより、回転工具７０を容易に自在に移動させることができ、接合装置１としての適応柔軟性が高められている。
【００７４】
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図１０は本発明の第２実施形態に係る金属部材の接合装置１ａの概略構成図である。なお図１０以下の図において、第１実施形態と同一または同様の機能を有する部材について同一の符号を付し、その重複説明を省略する。
【００７５】
接合装置１ａは、主たる構成要素として、接合ガン１０ａと、接合ガン１０ａを手首に備えるロボット４０とからなる。
【００７６】
接合ガン１０ａは、図１に示す接合ガンユニット１０を構成する一方の接合ガン１０ａと同様の構成である。但しその先端には回転工具７０に代えて回転工具７０ａ（詳細構造は後述する）が装着されている。接合ガンユニット１０の取付ボックス１１からはＬ字状のアーム１２が延出され、その先端には円柱状の受け具９８が設けられている。受け具９８は、回転工具７０ａと同一軸線上に対向するように設けられている。
【００７７】
接合ガン１０ａを移動させるロボット４０の構成は第１実施形態と同様であって、制御ユニット５０ａは１台の接合ガン１０ａに対する駆動制御と移動制御とを行う。
【００７８】
図１１は接合装置１ａによる接合工程の説明図であるが、まずこの左上の図を参照して回転工具７０ａの構造を説明する。回転工具７０ａは第１実施形態の回転工具７０と同様の回転軸７３、円板部７４および磁石ユニット７１を備える。そしてさらに加工部９１とピン部９３とを備える。
【００７９】
加工部９１は、回転軸７３と同軸かつ一体に設けられた略円柱状の部材である。加工部９１の先端縁部はショルダ部９２となっている。加工部９１のワーク１００に対向する先端面は平坦ないしは中央がやや窪んだ浅いすり鉢状の面となっている。その先端面の中央に、さらに先端側に突出する小径円柱状のピン部９３が設けられている。
【００８０】
次に図１１を参照しつつ、当実施形態の接合装置１ａによる接合工程について説明する。当実施形態のワーク１００（金属部材１０１，１０３）の材質としては例えばアルミニウム合金板が好適である。まず金属部材１０１に接着剤１０２を塗布し、その上に金属部材１０３を重ね合わせる工程は、第１実施形態と同様である（図７の上段および中段に示す。）なお図１１では、説明の都合上接着剤１０２の厚みを実際よりも誇張して示している。
【００８１】
そして回転軸７３を回転させつつ（矢印Ａ１）、回転工具７０ａと受け具９８とでワーク１００の接合部を挟むようにして相互に接近させる（矢印Ａ５，Ａ６）。なお回転工具７０ａを降下させるのは昇降用モータ１４の駆動によって行われ、受け具９８を降下させる（ワーク１００に近づける）のは、ロボット４０で接合ガン１０ａ全体を移動させることによって行われる。
【００８２】
当実施形態では、磁石ユニット７１がワーク１００の片側のみに配置されている。従って、磁場は磁石ユニット７１を構成する３個のＮ配置磁石７１ａと３個のＳ配置磁石７１ｂとによって生成される。つまり主に隣接するＮ配置磁石７１ａとＳ配置磁石７１ｂとの間にアーチ状の磁束が生成される。その磁場は回転工具７０ａの回転によって変化する。回転工具７０ａをワーク１００に近づけるに伴い、その磁場の変化がワーク１００に作用し、誘導電流を生じさせ、発熱させる。従って第１実施形態と同様に接着剤１０２の硬化を促進する作用を得ることができる。また、磁力によって金属部材１０１と金属部材１０３との隙間を低減する効果も得られる。
【００８３】
続いて当実施形態では、さらに回転工具７０ａと受け具９８とを接近させる。そして受け具９８を金属部材１０１に当接させるとともに、加工部９１を金属部材１０３に接触させ、さらに降下させて加圧する（図１１右上）。このとき、まず細いピン部９３がショルダ部９２よりも先に金属部材１０３に当接することにより、小さな摩擦抵抗で回転工具７０ａの位置決めが良好になされ、回転振れが抑制される。
【００８４】
加工部９１を回転させつつワーク１００に押圧することにより、誘導電流による発熱に加えて摩擦熱も発生するので、ワーク１００が一層加熱される。従って接着剤１０２の硬化が一層促進される。またそれらの熱でワーク１００が軟化する。
【００８５】
続いて、さらに回転工具７０ａを降下させ、ピン部９３が金属部材１０１に挿入されるまで加圧する（図１１右下）。これにより、さらに摩擦熱が増大し、ワーク１００の軟化が促進されて塑性流動を起こす（このときの温度は約４００℃となる）。この塑性流動によっても金属部材１０１と金属部材１０３とが相互に接合される。また接着剤１０２が周囲に押出され、接合面積を拡大させつつ硬化が促進される。
【００８６】
所定期間（０．５〜２．５ｓ程度）の押圧が完了すると、図１１左下に示すように回転工具７０ａと受け具９８とがワーク１００から離反される（矢印Ａ７，Ａ８）。
【００８７】
このように当実施形態の接合装置１ａによれば、誘導電流による発熱に加え、加工部９１を押込むことによる摩擦熱をも利用することができるので、その相乗効果によってより効率的に接着剤１０２を硬化させることができる。また金属部材１０１と金属部材１０３との接合を、接着剤１０２にのみ依るのではなく、塑性流動による接合にも依ることができる。従って例えば位置ずれ防止（仮止め）として求められる接合力に対する接着剤１０２の接合力の分担を削減することができる。すなわち接着剤１０２に求められる半硬化の程度を低減することが期待できる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各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。
【００８９】
例えば、上記各実施形態の磁石ユニット７１は、合計６個の磁石（７１ａ，７１ｂ）を用いたものであるが、その数を限定するものではなく、それより多くしても少なくしても良い。
【００９０】
また磁場発生のために用いられる磁石は永久磁石に限定するものではなく、電磁石を用いても良い。電磁石を用いた場合、磁場を変化させる手段として、当実施形態のように電磁石自体を移動（回転を含む）させても良いし、電磁石に供給する電流を変化させることにより磁場を変化させても良い。
【００９１】
また磁石の移動は必ずしも回転移動である必要はなく、適宜機構を用いて例えば直線的な往復運動をさせても良い。
【００９２】
第２実施形態において、受け具９８側にも磁石ユニット７１を設け、第１実施形態と同様に磁束がワーク１００を貫通するようにしても良い。そのとき、磁石ユニット７１を受け具９８と一体に固定しても良いし、回転工具７０ａと同方向または逆方向に回転させても良い。
【００９３】
また第２実施形態において、金属部材１０１および金属部材１０３の材質を鋼板としても良い。但しその場合、塑性流動するときの温度が約８００℃となるので、接着剤１０２の耐熱性に留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金属部材の接合装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す接合ガンの正面図である。
【図３】図１に示す接合ガンの側面図である。
【図４】図１に示す本体ケースの内部構造を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示す回転工具の構造説明図である。
【図７】接着剤を用いた金属部材の接合工程を示す模式図である。
【図８】回転工具の回転動作についての変形例を示す説明図である。
【図９】回転工具の回転動作についての別の変形例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る金属部材の接合装置の概略構成図である。
【図１１】図１０に示す接合装置による接合工程の説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１            （金属部材の）接合装置
１０ａ        接合ガン（駆動手段）
４０          ロボット（移動制御手段）
７０，７０ａ  回転工具（磁場変化手段）
７１          磁石ユニット
７１ａ        （Ｎ配置）磁石
７１ｂ        （Ｓ配置）磁石
９１          加工部
【図１】
2008115285.tif 000003
【図２】
2008115285.tif 000004
【図３】
2008115285.tif 000005
【図４】
2008115285.tif 000006
【図５】
2008115285.tif 000007
【図６】
2008115285.tif 000008
【図７】
2008115285.tif 000009
【図８】
2008115285.tif 000010
【図９】
2008115285.tif 000011
【図１０】
2008115285.tif 000012
【図１１】
2008115285.tif 000013