(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と第１金属部材よりも融点が高く且つ表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材と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方法において、
前記第１，第２金属部材の複数の接合位置に対応させて、回転ツールの先端部の面積よりも大きな面積で第２金属部材と当接可能な当接面と、この当接面の反対側に位置し受け具と当接可能な当接部とを有する中間部材を配置し、
前記回転ツールと受け具を各接合位置に移動させ、
前記各接合位置で受け具を中間部材の当接部に当接させると共に、中間部材の当接面に第２金属部材を当接させた状態で、回転ツールにより中間部材に対して第１，第２金属部材を押圧し、
接合部における第２金属部材の金属メッキ層を軟化させ塑性流動させて接合部の周囲に押出して前記スポット接合されることを特徴とする摩擦点接合方法。
【請求項２】
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、前記金属メッキ層が亜鉛メッキ層であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合方法。
【請求項３】
第１金属部材と第１金属部材よりも融点が高く且つ表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材と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金属部材の複数の接合位置に対応させて配置され、回転ツールの先端部の面積よりも大きな面積で接合時に第２金属部材と当接する当接面と、この当接面の反対側に位置し接合時に受け具と当接する当接部とを有する中間部材と、
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、この接合ガンを各接合位置に移動させ、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。
【請求項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３に記載の摩擦点接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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方法及び摩擦点接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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鋼板の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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００５−３４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
しかも、スポット接合時、摩擦熱で第２金属部材（例えば、鋼板）の金属メッキ層（例えば、亜鉛メッキ層）が軟化又は溶融し、且つ、第２金属部材には受け具から非常に高い圧力が加わるため、表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材では、その金属メッキ層が剥離する虞があり、そうなると、第２金属部材の耐食性が著しく低下する。また、第２金属部材から剥離した金属メッキ層が受け具の先端に堆積する虞があり、そうなると、スポット接合時の第２金属部材に対する受け具の位置が所期の位置からずれてしまい、第１，第２金属部材の接合品質が低下する虞がある。これを防止するため、受け具に堆積した金属メッキ層の除去作業を行うことは面倒である。
【０００８】
本発明の目的は、スポット接合時に第１，第２金属部材を回転ツールにより変形させることなく中間部材に確実に押圧し、第２金属部材の金属メッキ層を剥離させることなく第２金属部材を中間部材で確実に受け止めて、第１，第２金属部を確実にスポット接合し、第２金属部材の耐食性の低下、第１，第２金属部材の接合品質の低下を防止し、第１，第２金属部材を接合してなる寸法精度が良い接合製品を作製すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の摩擦点接合方法は、第１金属部材と第１金属部材よりも融点が高く且つ表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材と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方法において、前記第１，第２金属部材の複数の接合位置に対応させて、回転ツールの先端部の面積よりも大きな面積で第２金属部材と当接可能な当接面と、この当接面の反対側に位置し受け具と当接可能な当接部とを有する中間部材を配置し、前記回転ツールと受け具を各接合位置に移動させ、前記各接合位置で受け具を中間部材の当接部に当接させると共に、中間部材の当接面に第２金属部材を当接させた状態で、回転ツールにより中間部材に対して第１，第２金属部材を押圧し、接合部における第２金属部材の金属メッキ層を軟化させ塑性流動させて接合部の周囲に押出して前記スポット接合されることを特徴とする。
【００１０】
この摩擦点接合方法では、回転ツールと受け具が各接合位置に移動され、各接合位置で受け具が中間部材の当接部に当接すると共に、中間部材の当接面に第２金属部材が当接した状態で、回転ツールにより中間部材に対して第１，第２金属部材が押圧される。すると、その摩擦熱により、接合部において、第１金属部材が軟化し塑性流動すると共に、第２金属部材の金属メッキ層が軟化し塑性流動して前記接合部の周囲に押出されて、スポット接合される。ここで、例えば、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、前記金属メッキ層が亜鉛メッキ層である（請求項２）。
【００１１】
請求項３の摩擦点接合装置は、第１金属部材と第１金属部材よりも融点が高く且つ表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材と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金属部材の複数の接合位置に対応させて配置され、回転ツールの先端部の面積よりも大きな面積で接合時に第２金属部材と当接する当接面と、この当接面の反対側に位置し接合時に受け具と当接する当接部とを有する中間部材と、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、この接合ガンを各接合位置に移動させ、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。この摩擦点接合装置では、請求項１と同様の作用を奏する。ここで、例えば、前記移動手段がロボットである（請求項４）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の摩擦点接合方法によれば、第１，第２金属部材の複数の接合位置に対応させて、回転ツールの先端部の面積よりも大きな面積で第２金属部材と当接可能な当接面と、この当接面の反対側に位置し受け具と当接可能な当接部とを有する中間部材を配置し、回転ツールと受け具を各接合位置に移動させ、各接合位置で受け具を中間部材の当接部に当接させると共に、中間部材の当接面に第２金属部材を当接させた状態で、回転ツールにより中間部材に対して第１，第２金属部材を押圧し、接合部における第２金属部材の金属メッキ層を軟化させ塑性流動させて接合部の周囲に押出してスポット接合される。このように、スポット接合時に、面積が小さな受け具を第２金属部材に直接接触させずに、中間部材に対して回転ツールにより第１，第２金属部材を変形させることなく確実に押圧し、中間部材から第２金属部材に加わる圧力を低く抑えることができるので、中間部材で第２金属部材の金属メッキ層を剥離させることなく第２金属部材を確実に受け止めて、第１，第２金属部を確実にスポット接合することができる。つまり、受け具、中間部材に剥離した金属メッキ層が堆積することを防止し、その結果、第２金属部材の耐食性の低下、第１，第２金属部材の接合品質の低下を防止し、第１，第２金属部材を接合してなる寸法精度が良い接合製品を作製することが可能になる。尚、中間部材としては、接合時の摩擦熱による温度よりも融点が高い金属で構成することが好ましい。
【００１３】
請求項２の摩擦点接合方法によれば、第２金属部材が鋼板であり、金属メッキ層が亜鉛メッキ層であるので、スポット接合時に鋼板から亜鉛メッキ層が剥離すること、また、剥離した亜鉛メッキ層が受け具に堆積することを防止できる。
【００１４】
請求項３の摩擦点接合装置によれば、中間部材と接合ガンと移動手段を設け、中間部材が当接面と当接部を有するので、回転ツールと受け具を各接合位置に移動させ、各接合位置で受け具を中間部材の当接部に当接させると共に、中間部材の当接面に第２金属部材を当接させた状態で、回転ツールにより中間部材に対して第１，第２金属部材を押圧し、接合部における第２金属部材の金属メッキ層を軟化させ塑性流動させて接合部の周囲に押出してスポット接合される。スポット接合時に、面積が小さな受け具を第２金属部材に直接接触させずに、中間部材に対して回転ツールにより第１，第２金属部材を変形させることなく確実に押圧し、中間部材から第２金属部材に加わる圧力を低く抑えることができるため、中間部材で第２金属部材の金属メッキ層を剥離させることなく第２金属部材を確実に受け止めて、第１，第２金属部を確実にスポット接合することができる。その他、請求項１と同様の効果を奏する。
【００１５】
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、接合ガンを各接合位置へ移動させると共に、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の摩擦点接合方法及び摩擦点接合装置は、第１金属部材と第１金属部材よりも融点が高く且つ表面に金属メッキ層が形成された第２金属部材と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ものである。
【実施例１】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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よりも融点が高い鋼板であり、その表面に防錆機能を有する亜鉛メッキ層ＷＺｎが形成されている（図１６〜図１９参照）。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
第２治具６０（中間部材に相当する）の各クランプベース７７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。
【００３７】
１対の第２治具部材６１は、第２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、鋼製の比較的厚肉のブロック状に形成され、回転ツール１１の先端部（ショルダ部１１ｂ）の面積よりも大きな面積を有する当接面６５ａを有し、その当接面６５ａを第２金属部材Ｗ２のうち接合部ＷＳに対応する第２治具側６０の面とその周辺の所定領域部分に当接させて第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を受け止める。この所定領域部分とは、ボルトリテーナからなる第２金属部材Ｗ２の凸部Ｗ２ａの頂部全部である。尚、受け部材６５の当接面６５ａの面積は、接合部ＷＳの大きさを考慮して、回転ツール１１のショルダ部１１ｂの径の１．２倍以上、好ましくは１．５倍以上の径の面積を有する。
【００３８】
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が上側へ凹んだ位置に配設され、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の当接面６５ａ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。
【００４１】
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と当接面６５ａとの相対位置を種々可変に設定することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
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る。
【００４４】
この状態で、第２治具６０の受け部材６５の当接面６５ａが、第２金属部材Ｗ２のうち接合部ＷＳに対応する第２治具６０側の面とその周辺の所定領域部分に当接し、また、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。
【００４５】
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が各接合位置へ移動し、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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４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。
【００４８】
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。
【００４９】
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の加圧力により接合部ＷＳの周囲に押し出される。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とだ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。
【００５０】
以上説明した摩擦点接合装置１と摩擦点接合方法によれば次の効果を奏する。
スポット接合時に、面積が小さな受け具１０を第２金属部材Ｗ２に直接接触させずに、受け部材６５に対して回転ツール１１により第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を変形させることなく確実に押圧し、受け部材６５から第２金属部材Ｗ２に加わる圧力を低く抑えることができるので、受け部材６５で第２金属部材Ｗ２の亜鉛メッキ層ＷＺｎを剥離させることなく第２金属部材Ｗ２を確実に受け止めて、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。つまり、受け具１１、受け部材６５に剥離した亜鉛メッキ層ＷＺｎが堆積することを防止し、その結果、第２金属部材Ｗ２の耐食性の低下、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合品質の低下を防止し、第１，第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を接合してなる寸法精度が良い接合製品を作製することが可能になる。
【００５１】
ここで、回転ツール１１が回転して第１金属部材Ｗ１に接触することによる摩擦熱により、第２金属部材Ｗ２の第２治具６０側の亜鉛メッキ層ＷＺｎが加熱された場合でも、その熱を接合部ＷＳよりも広い当接面６５ａを有する受け部材６５から放熱できるので放熱性を高め、第２治具６０側の亜鉛メッキ層ＷＺｎの軟化を極力抑え、また、軟化した場合でも、スポット接合時から所定時間、受け部材６５と亜鉛メッキ層ＷＺｎを当接させた状態を保つことで、放熱性を高めて亜鉛メッキ層ＷＺｎの定着を確実且つ迅速に行うことができるので、第２治具６０側の亜鉛メッキ層ＷＺｎが剥離することを極力防止することができる。
【００５２】
また、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。
【００５３】
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】
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
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。
【実施例４】
【００５８】
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材の当接面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。
【００５９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】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。
【図２】接合ガンの側面図である。
【図３】回転ツールの要部の部分断面図である。
【図４】摩擦点接合装置のワーク保持装置の側面図である。
【図５】ワーク保持装置の平面図である。
【図６】ワーク保持装置の部分断面の正面図である。
【図７】クランプアーム、第２治具等の底面図である。
【図８】支持部材の平面図である。
【図９】図８のIX−IX線断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】第２治具と位置調節機構等の縦断面図である。
【図１２】第２治具と位置調節機構等の縦断面図である。
【図１３】トランクの底面図である。
【図１４】トランクリッドと第１，第２金属部材の縦断面図である。
【図１５】トランクリッドと第１，第２金属部材の縦断面図である。
【図１６】スポット接合時の断面図である。
【図１７】スポット接合時の断面図である。
【図１８】スポット接合時の断面図である。
【図１９】スポット接合時の断面図である。
【図２０】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
【図２１】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】
【００６１】
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（中間部材）
５１  第１クランプ部
６１  第２クランプ部
６５  受け部材
６５ａ  当接面
７７ａ  当接部
８５，８５Ａ，８５Ｂ  位置調節機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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