JP2003251472A - スポット接合装置およびスポット接合方法 - Google Patents
スポット接合装置およびスポット接合方法Info
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Abstract
向上し、接合部に圧痕などが残らないスポット接合を行
うこと。 【解決手段】 スポット接合装置1は、接合ツール2
と、接合ツール2を回転させるインダクションモータ3
と、接合ツール2を軸線L1に沿って上下に移動させる
サーボモータ4と、接合ツール2に対向して配置される
受け部材7とを有する。接合ツール2の先端部は、ピン
21を有する。ワークを受け部材7上に重ねて配置し、
接合ツール2を回転させながら降ろすと、回転するピン
21の摩擦熱でワークの接合点Pが加熱、軟化し、塑性
流動が起こって攪拌され、接合点Pでワークが一体とな
ってスポット接合される。フレーム9には移動用モータ
4が設けられ、このフレーム9はリニアガイド6によっ
て接合ツール2の軸線L1に沿って変位自在に案内され
る。
Description
などをスポット的に接合するスポット接合方法およびス
ポット接合装置に関する。
をスポット的に接合する方法としては、抵抗スポット溶
接法、またはリベットによる機械的締結法などがあっ
た。
ポット溶接法では接合時に大容量の電源を必要とするこ
と、溶接電極は汚染や損耗が生じ寿命が短いこと、溶接
電力以外に、水やエアなどのユーティリティを必要とす
ることなど、ランニングコスト面および品質管理面での
課題が存在する。
圧痕が残るため、自動車用外板などに適用する際にはそ
の外観が問題となる。
接合時には、電極消耗が激しいため、連続打点性能に乏
しく、また通電時に、近接する溶接打点に電流が流れる
分流現象が生じるため、溶接打点を近接できないといっ
た問題を有する。このように溶接打点を近接させること
ができないと、規定された必要な強度が得られないとい
った問題を有する。
あるリベット材を多数必要とするといった問題を有す
る。
ランニングコストが向上し、接合部に圧痕などが残らな
いスポット接合方法およびスポット接合装置を提供する
ことである。
線に沿って突出するピンを有する接合ツール2と、接合
ツールをその軸線まわりに回転させるインダクションモ
ータである回転用モータ3と、接合ツールをその軸線方
向に移動させる移動用モータ4とを有し、回転用モータ
で接合ツールを回転させながら、移動用モータで接合ツ
ールをその軸線方向に移動させ、重ねられた被接合物の
所定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱でピン周囲の
被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入し、回転するピ
ンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被接合物を接合点
で一体化させた後、移動用モータで接合ツールを軸線に
沿って引き抜くことによって、被接合物を接合点でスポ
ット接合することを特徴とするスポット接合装置であ
る。また本発明は、先端部に、軸線に沿って突出するピ
ンを有する接合ツール2と、接合ツールをその軸線まわ
りに回転させるインダクションモータである回転用モー
タ3と、接合ツールをその軸線方向に移動させるサーボ
モータである移動用モータ4とを有し、回転用モータで
接合ツールを回転させながら、移動用モータで接合ツー
ルをその軸線方向に移動させ、重ねられた被接合物の所
定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱でピン周囲の被
接合物を加熱、軟化させてピンを挿入し、回転するピン
で接合点付近の被接合物を攪拌し、被接合物を接合点で
一体化させた後、移動用モータで接合ツールを軸線に沿
って引き抜くことによって、被接合物を接合点でスポッ
ト接合することを特徴とするスポット接合装置である。
また本発明は、先端部に、軸線に沿って突出するピンを
有する接合ツール2と、接合ツールをその軸線まわりに
回転させる回転用モータ3と、接合ツールをその軸線方
向に移動させるサーボモータである移動用モータ4とを
有し、回転用モータで接合ツールを回転させながら、移
動用モータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重
ねられた被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、
摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを
挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌
し、被接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータ
で接合ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被
接合物を接合点でスポット接合することを特徴とするス
ポット接合装置である。また本発明は、前記スポット接
合装置を準備し、このスポット接合装置によって、重ね
られた被接合物をスポット接合することを特徴とするス
ポット接合方法である。また本発明は、先端部に軸線に
沿ってピンが突出する接合ツールを有し、重ねられた被
接合物の所定の接合点に、ピンを押圧しながら接合ツー
ルをその軸線まわりにインダクションモータによって回
転させ、摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させ
てピンを挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合物
を攪拌し、被接合物を接合点で一体化させた後、接合ツ
ールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物を
接合点でスポット接合することを特徴とするスポット接
合方法である。また本発明は、先端部に軸線に沿ってピ
ンが突出する接合ツールを有し、重ねられた被接合物の
所定の接合点に、インダクションモータによってピンを
押圧しながら接合ツールをその軸線まわりにサーボモー
タによって回転させ、摩擦熱でピン周囲の被接合物を加
熱、軟化させてピンを挿入し、回転するピンで接合点付
近の被接合物を攪拌し、被接合物を接合点で一体化させ
た後、前記インダクションモータによって接合ツールを
軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物を接合点
でスポット接合することを特徴とするスポット接合方法
である。
を重ねて配置し、接合ツールを高速で回転させながら、
被接合材の重畳部の接合点に先端のピンを押しつける。
すると摩擦熱で接合点が加熱、軟化し、ピンが接合点に
挿入される。さらに回転させることによって、ピン周囲
の母材が塑性流動を起こして攪拌され、2枚の被接合物
が接合点で一体化する。その後接合ツールを引き抜くこ
とによって、軟化した被接合物が硬化し、2枚の被接合
物は接合点でスポット的に接合される。
法は、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合する
ので、抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量の電力
でスポット接合することができる。また、電力以外のユ
ーティリティは不用であり、また接合ツールは汚染や損
耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間使用可
能なので、ランニングコストは低減され管理も容易とな
る。また、リベット打ちによる機械的締結法と異なり、
締結材によるコスト、重量増加も招かない。
ションモータを用いることによって、接合ツールを高速
で回転駆動することができる。また、移動用モータにサ
ーボモータを用いることによって、たとえば接合深さを
高精度に制御することができる。また本発明は、移動用
モータ4が設けられるフレーム9と、このフレーム9に
取付けられ、接合ツールを、その接合ツールの軸線L1
に沿って変位自在に案内するリニアガイド6とを含むこ
とを特徴とする。本発明に従えば、リニアガイド6によ
って接合ツールをその接合ツールの軸線L1に沿って変
位自在とし、接合ツールを移動用モータ4によって移動
する。リニアガイド6は、ガイドレール15とガイド部
材16とを含み、ガイド部材16には接合ツール2が軸
支される。このガイド部材16には、回転用モータ3が
設けられて、回転用モータ3が接合ツールとともに移動
されてもよい。
あるスポット接合装置1を示す断面図である。スポット
接合装置1は、たとえば2枚のアルミニウム合金板など
のワークを重ね継手で接合する場合に用いられ、接合ツ
ール2と、インダクションモータ3と、サーボモータ4
と、リニアガイド6と、受け部材7と、フレーム9とを
含んで構成される。
L1まわりに回転自在に軸支され、この接合ツール2
は、インダクションモータ3によって軸線L1まわりに
高速で回転駆動する。インダクションモータ3は、リニ
アガイド6によって、接合ツール2の軸線L1に沿って
上下に変位自在にフレーム9に取付けられる。
れ、接合ツール2の軸線L1に平行に延びるガイドレー
ル15と、ガイドレール15に変位自在に装着されるガ
イド部材16とを有し、インダクションモータ3および
接合ツール2を軸支する軸受け11が、リニアガイド6
のガイド部材16に取付けられる。これによって、接合
ツール2は、インダクションモータ3とともに軸線L1
に沿って上下に変位することができる。
ルねじ5が取付けられ、サーボモータ4は、ベルト12
を介してボールねじ5のねじ軸13を回転駆動する。ね
じ軸13は、接合ツール2の軸線L1に平行に配置さ
れ、ねじ軸13に螺合するナット14は、ねじ軸13の
回転に従って上下に移動する。このナット14は、リニ
アガイド6のガイド部材16に取付けられる。従って、
サーボモータ4でボールねじ5のねじ軸13を回転駆動
することによって、接合ツール2を、インダクションモ
ータ3とともに、軸線L1に沿って上下に変位駆動する
ことができる。
端部に受け部材7が取付けられる。受け部材7は、接合
ツール2に対向して配置される柱状の部材であって、接
合ツール2の軸線L1と同軸に配置される。この受け部
材7の平坦な上面は、接合ツール2の先端に臨み、スポ
ット接合するとき、被接合物を乗載し、接合ツール2の
押圧力を受ける受け面8として機能する。
形状を示す図である。接合ツール2の先端側は、円錐状
に先細となり、先端に短柱状のショルダー部20が形成
され、このショルダー部20の下面22の中央から軸線
L1に沿って突出してピン21が形成される。
す曲面タイプと(b)に示す平面タイプの2種類ある。
図2(a)の曲面タイプは、ショルダー部20の下面22
が、中央が上方に凹むように逆円錐状に形成され、最も
凹んだ中央部からピン21が軸線L1に沿って下方に突
出する。また、ショルダー部20の外周面25から下面
22にわたる角部23は円弧状に滑らかに連なり、ま
た、下面22とピン21とが連なる部分24も円弧状に
滑らかに連なるように形成される。また、ピン21の先
端は、皿状に中央がわずかに盛り上がるように形成され
る。
20の下面22は、軸線L1に垂直な平坦な面となり、
この中央からピン21が下方に突出する。また、外周面
25から下面22に連なる角部23は、(a)と同様
に、円弧状に滑らかに連なるが、下面22とピン21と
が連なる部分26は、垂直に連なる。また、ピン21の
先端は、(a)と同様に、皿状に中央がわずかに盛り上
がる。
5〜20mmであり、ピン21の外形D2は2〜7mm
であり、ピン長さHは、1〜3mmとする。また接合ツ
ール2は、被溶接物であるアルミニウム合金より硬い工
具鋼から形成される。
図である。本実施形態では、2枚のアルミニウム合金板
であるワーク30,31を重ね継手するものとする。
が、受け部材7の受け面8上で、軸線L1に一致するよ
うに配置する。そして、インダクションモータ3によっ
て接合ツール2を、たとえば1000〜3000rpm
程度の高速で回転駆動させる。
2を回転させながら軸線L1に沿って接合ツール2を降
下させる。接合ツール2のピン21がワーク30に達す
ると、回転するピン21とワーク30との摩擦によっ
て、ワーク30が加熱されて軟化し、ピン21が挿入さ
れる。ピン21が挿入されると、ショルダー部20の下
面22もワーク30に接触し、この下面22による摩擦
によって接合点P近傍がさらに加熱される。このように
して、摩擦熱で加熱、軟化したワーク30にピン21が
挿入された状態で回転することによって塑性流動が誘起
され、回転するピン21によって接合点P近傍が攪拌さ
れる。
態では300kgfとする。また、この押圧力は、受け
部材7で受け止められる。
30と31との接合面を超え、ワーク31の裏面の手前
まで挿入された状態で、接合ツール2を攪拌させること
によって、図3(1)に示すように、接合点P付近に攪
拌された塑性流動域が形成され、ワーク30,31が接
合点Pで一体となる。
ように、接合ツール2を引き抜く。攪拌する接合時間
は、たとえば1〜10秒程度である。ピン21を引き抜
くと、塑性流動していた母材が硬化し、接合点Pでワー
ク30,31が接合される。
点の断面を示す図である。この図に示すように、ピン2
1が挿入された側の表面にはピン21およびショルダー
20を挿入した凹所が形成され、この凹所の周囲が塑性
流動してワーク30と31とが一体になっている。ま
た、ピン21が挿入されない裏側は平滑な面を保ってい
ることが分かる。なお、図4の例では、曲面タイプのシ
ョルダーを用いた。
果を図5に示す。この試験では、アルミニウム合金製自
動車部材の重ね接合を想定し、図5の試験は、ボンネッ
トのヘム(縁)部の接合の試験結果である。この試験で
は、0.95mm厚のアルミニウム合金板のアウター材
と、0.9mm厚のアルミニウム合金板の下材とを接合
し、要求接合強度は0.5kN以上である。
用い、負荷荷重は300kgfで一定とし、回転数は1
500rpm,2000rpm,2500rpmの3種
類で、曲面タイプおよび平面タイプの接合ツールを、接
合時間1.0〜3.5sの範囲で行った。その結果、図
5に示すように、全ての試験において、せん断荷重が、
要求接合強度を大きく上回り、また、せん断強度のばら
つきが少ない良好な結果が得られた。
うに、ツール挿入とは反対側の面には、凹所が形成され
ず、平滑な面が得られるので、外観を損なうことなくス
ポット接合することができる。
に限らず、たとえばステンレス鋼板の接合にも適用可能
であり、また、同種の被接合物の接合に限らず、異種材
料同士の接合も可能である。
うに、平板で、同種のアルミニウム合金であるワークを
重ね合わせて接合する場合が好ましいが、このような場
合に限らず、たとえば3枚以上のワークを重ね合わせて
接合してもよく、また異種材料を重ね合わせて接合して
もよく、さらには、3次元形状に成形された複数の材料
を組み合わせ、重ね合わされた面を接合するときに、本
発明のスポット接合方法を適用してもよい。
用モータは、インダクションモータを用いたが、本発明
はこれに限らず、サーボモータであってもよい。サーボ
モータを用いて回転させることによって、接合ツールの
回転速度を高精度に制御することが可能である。
来の抵抗スポット溶接法のように、電流を流す必要がな
いので、被接合物が金属でなくともよく、合成樹脂製の
被接合物同士の接合や、また、金属板の外表面に合成樹
脂製の化粧シートが貼られた被接合物の接合も可能であ
る。
スポット接合ガンとして用い、たとえばバランサによっ
て移動可能に支持し、作業者が、ガンを持ってスポット
接合作業を行う。また、たとえば多関節型ロボットの手
首にガンを装備し、教示したプログラムに従って、設定
した接合点を順次スポット接合するように構成してもよ
い。
先端にねじを形成するように構成してもよい。これによ
って、回転しながらピンを被接合物に挿入しやすくな
る。
ム合金製の自動車用部材の接合だけに限らず、たとえば
アルミニウム合金製鉄道車両、またはアルミニウム筐体
の接合に用いることができる。本発明は、下記の実施の
形態が可能である。
る接合ツールを有し、重ねられた被接合物の所定の接合
点に、ピンを押圧しながら接合ツールをその軸線まわり
に回転させ、摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化
させてピンを挿入し、回転するピンで接合点付近の被接
合物を攪拌し、被接合物を接合点で一体化させた後、接
合ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合
物を接合点でスポット接合することを特徴とするスポッ
ト接合方法。
接合ツールを高速で回転させながら、被接合材の重畳部
の接合点に先端のピンを押しつける。すると摩擦熱で接
合点が加熱、軟化し、ピンが接合点に挿入される。さら
に回転させることによって、ピン周囲の母材が塑性流動
を起こして攪拌され、2枚の被接合物が接合点で一体化
する。その後接合ツールを引き抜くことによって、軟化
した被接合物が硬化し、2枚の被接合物は接合点でスポ
ット的に接合される。
は、接合ツールを回転させて摩擦熱によって接合するの
で、抵抗スポット溶接に比べて、大幅に小容量の電力で
スポット接合することができる。また、電力以外のユー
ティリティは不用であり、また接合ツールは汚染や損耗
が生じないため、メンテナンスフリーで長時間使用可能
なので、ランニングコストは低減され管理も容易とな
る。また、リベット打ちによる機械的締結法と異なり、
締結材によるコスト、重量増加も招かない。
置に、平坦な受け面を有する受け部材を有し、受け面上
に被接合物を重ねて配置し、接合ツールを被接合物に押
しつけるときの押圧力を、前記受け部材によって受ける
ことを特徴とするスポット接合方法。
2枚の被接合物を重ねて配置し、その上から接合ツール
を回転させながら押しつけて接合する。被接合物の一表
面側は、前記受け部材の平坦な受け部に支持され、その
反対側からスポット接合されるので、スポット接合され
た側は、ピンが挿入された穴が形成されるが、受け部材
に支持される側は、平坦な受け面に押しつけられるだけ
であるので、平滑な面が得られる。これによって、接合
後、そのまま外板として適用することが可能となる。
ンを有する接合ツールと、接合ツールをその軸線まわり
に回転させる回転用モータと、接合ツールをその軸線方
向に移動させる移動用モータとを有し、回転用モータで
接合ツールを回転させながら、移動用モータで接合ツー
ルをその軸線方向に移動させ、重ねられた被接合物の所
定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱でピン周囲の被
接合物を加熱、軟化させてピンを挿入し、回転するピン
で接合点付近の被接合物を攪拌し、被接合物を接合点で
一体化させた後、移動用モータで接合ツールを軸線に沿
って引き抜くことによって、被接合物を接合点でスポッ
ト接合することを特徴とするスポット接合装置。
ら、移動用モータで接合ツールを軸線に沿って移動させ
ることによって、前述したように、摩擦熱によって塑性
流動を起こし、複数の被接合物を接合点でスポット的に
接合することができる。
ンモータもしくはサーボモータであり、前記移動用モー
タは、サーボモータであることを特徴とするスポット接
合装置。
くはサーボモータを用いることによって、接合ツールを
高速で回転駆動することができる。また、移動用モータ
にサーボモータを用いることによって、たとえば接合深
さを高精度に制御することができる。
および方法では、接合ツールを回転させて摩擦熱によっ
て接合するので、従来の抵抗スポット溶接に比べて、大
幅に小容量の電力でスポット接合することができる。ま
た、電力以外のユーティリティは不用であり、また接合
ツールは汚染や損耗が生じないため、メンテナンスフリ
ーで長時間使用可能なので、ランニングコストは低減さ
れ管理も容易となる。また、リベット打ちによる機械的
締結法と異なり、締結材によるコスト、重量増加も招か
ない。
側の面は、平滑な面が得られ、これによって、接合後、
そのまま外板として適用することが可能となる。
タもしくはサーボモータとすることで、接合ツールを高
速で回転駆動することができ、移動用モータをサーボモ
ータとすることで、たとえば接合深さを高精度に制御す
ることができる。回転用モータとしてインダクションモ
ータを用いることによって、そのインダクションモータ
を制御するための回路構成が不要または簡略化すること
ができ、こうして全体の構成を簡単にし、安価に本発明
を実施することができるようになる。
示す断面図である。
る。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 先端部に、軸線に沿って突出するピンを
有する接合ツール2と、 接合ツールをその軸線まわりに回転させるインダクショ
ンモータである回転用モータ3と、 接合ツールをその軸線方向に移動させる移動用モータ4
とを有し、 回転用モータで接合ツールを回転させながら、移動用モ
ータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重ねられ
た被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱
でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入
し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被
接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータで接合
ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物
を接合点でスポット接合することを特徴とするスポット
接合装置。 - 【請求項2】 先端部に、軸線に沿って突出するピンを
有する接合ツール2と、 接合ツールをその軸線まわりに回転させるインダクショ
ンモータである回転用モータ3と、 接合ツールをその軸線方向に移動させるサーボモータで
ある移動用モータ4とを有し、 回転用モータで接合ツールを回転させながら、移動用モ
ータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重ねられ
た被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱
でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入
し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被
接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータで接合
ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物
を接合点でスポット接合することを特徴とするスポット
接合装置。 - 【請求項3】 先端部に、軸線に沿って突出するピンを
有する接合ツール2と、 接合ツールをその軸線まわりに回転させる回転用モータ
3と、 接合ツールをその軸線方向に移動させるサーボモータで
ある移動用モータ4とを有し、 回転用モータで接合ツールを回転させながら、移動用モ
ータで接合ツールをその軸線方向に移動させ、重ねられ
た被接合物の所定の接合点に、ピンを押しつけ、摩擦熱
でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入
し、回転するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被
接合物を接合点で一体化させた後、移動用モータで接合
ツールを軸線に沿って引き抜くことによって、被接合物
を接合点でスポット接合することを特徴とするスポット
接合装置。 - 【請求項4】 移動用モータ4が設けられるフレーム9
と、 このフレーム9に取付けられ、接合ツールを、その接合
ツールの軸線L1に沿って変位自在に案内するリニアガ
イド6とを含むことを特徴とする請求項1〜3のうちの
1つに記載のスポット接合装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4のうちの1つに記載のスポ
ット接合装置を準備し、 このスポット接合装置によって、重ねられた被接合物を
スポット接合することを特徴とするスポット接合方法。 - 【請求項6】 先端部に軸線に沿ってピンが突出する接
合ツールを有し、重ねられた被接合物の所定の接合点
に、ピンを押圧しながら接合ツールをその軸線まわりに
インダクションモータによって回転させ、摩擦熱でピン
周囲の被接合物を加熱、軟化させてピンを挿入し、回転
するピンで接合点付近の被接合物を攪拌し、被接合物を
接合点で一体化させた後、接合ツールを軸線に沿って引
き抜くことによって、被接合物を接合点でスポット接合
することを特徴とするスポット接合方法。 - 【請求項7】 先端部に軸線に沿ってピンが突出する接
合ツールを有し、重ねられた被接合物の所定の接合点
に、インダクションモータによってピンを押圧しながら
接合ツールをその軸線まわりにサーボモータによって回
転させ、摩擦熱でピン周囲の被接合物を加熱、軟化させ
てピンを挿入し、回転するピンで接合点付近の被接合物
を攪拌し、被接合物を接合点で一体化させた後、前記イ
ンダクションモータによって接合ツールを軸線に沿って
引き抜くことによって、被接合物を接合点でスポット接
合することを特徴とするスポット接合方法。
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JP2003096341A JP4430322B2 (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
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JP2003096341A JP4430322B2 (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
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JP2000135106A Division JP3429475B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | スポット接合装置およびスポット接合方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2003251472A true JP2003251472A (ja) | 2003-09-09 |
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Cited By (6)
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