专利名称：摩擦点接合方法及摩擦点接合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种，在第1、第2金属部件相重叠的状态下，通过转动具软化第1金属部件而进行点接合的摩擦点接合方法及摩擦点接合装置。
背景技术：
以往，已知的摩擦点接合技术，在第1、第2金属部件相重叠的状态下，通过支承具支撑该第1、第2金属部件的重叠部分，同时使设置在隔着第1、第2金属部件而与支承具相对的位置的转动具进行转动，由此通过该转动具从第1金属部件一侧按压第1、第2金属部件，并通过产生的摩擦热至少使第1金属部件软化及产生塑性流动，从而对第1、第2金属部件进行点接合(参照例如日本专利公开公报特开2005-34879号(以下称专利文献1))。
特别是，专利文献1中所公开的摩擦点接合技术，在表面形成有镀锌层的钢板与铝板相重叠的状态下，利用转动具将铝板向钢板一侧按压，从而在按压部附近，软化铝板使之产生塑性流动，并在破坏铝板氧化层的同时，将钢板的镀锌层压向周围，从而使钢板与铝板的各新生面固相接合。
然而，就车辆的车身而言，主要是为了达到轻型化的目的，同时使用钢板和铝合金板的结构被广泛应用，当对该钢板和铝合金板进行点接合时，上述摩擦点接合技术非常有效。例如，当加强车身盖体(lid)的铝合金加强件和接合有将铰链安装在上述盖体上的螺栓的钢制螺栓固定件进行接合时，可考虑应用上述摩擦点接合技术。
在上述摩擦点接合技术中，通过转动具从与第1、第2金属部件面正交的方向对第1、第2金属部件施加一个较大的按压力。因此，有必要在点接合位置以外的位置夹住第1、第2金属部件，但由于支承具的前端仅具有与转动具的前端大致相同的较小面积，且该支承具直接支撑第1、第2金属部件，因此被转动具按压的第1、第2金属部件的上述支撑部位及其周围部有可能发生变形，从而使该第1、第2金属部件与其他部件之间的组装性能恶化。
为此，可考虑扩大支承具前端的面积。然而，当通过夹紧装置夹紧第1、第2金属部件的接合部的附近部位，而且第1、第2金属部件的接合部附近的形状存在凹部或凸部，并且转动具和支承具结合成一个单元而通过机器人一体移动时，支承具可能会与夹紧装置产生干涉。另外，在接合部的平坦面的宽度不怎么大时，可能会无法通过支承具来确实可靠地支撑第1、第2金属部件，从而不能正常进行点接合。
而且，当进行点接合时，由于第2金属部件(例如钢板)的金属镀层(例如镀锌层)因摩擦热而软化或熔融，且支承具对第2金属部件施加非常高的压力，因此表面形成有金属镀层的第2金属部件，其金属镀层有可能发生剥离，这样第2金属部件的耐腐蚀性能将会显著下降。此外，自第2金属部件剥离的金属镀层有可能堆积在支承具前端，这样，当进行点接合时，支承具对第2金属部件的支撑位置会偏离预期位置，从而造成第1、第2金属部件的接合品质下降。为防止上述问题的发生，有必要进行清除堆积在支承具的金属镀层的烦琐作业，发明内容本发明的目的在于，进行点接合时，使第1、第2金属部件通过中间部件被确实可靠地按压，但不会因转动具而产生变形，并且使第2金属部件可通过中间部件确实可靠地予以支撑，但第2金属部件的金属镀层不会被剥离，由此可确实可靠地进行第1、第2金属部件的点接合，防止第2金属部件的耐腐蚀性能下降，以及防止第1、第2金属部件的接合品质下降，使第1、第2金属部件以良好的精度予以接合。
本发明的摩擦点接合方法，在第1金属部件与熔点高于该第1金属部件且表面形成有金属镀层的第2金属部件相重叠的状态下，通过支承具支撑该第1、第2金属部件的重叠部分，同时使设置在隔着第1、第2金属部件并与支承具相对的位置的转动具边转动边按压第1金属部件，通过摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合，其特征在于，对应于上述第1、第2金属部件的接合位置设置中间部件，该中间部件具有面积大于转动具的顶端部面积并可抵接于第2金属部件的金属镀层的支承部、以及在该支承部相反侧的位置抵接于支承具的抵接部；使上述转动具和支承具移动至接合位置；在该接合位置，使支承具抵接于中间部件的抵接部，同时在第2金属部件的金属镀层抵接于中间部件的支承部的状态下，使转动具边转动边按压第1金属部件。
采用上述摩擦点接合方法，由于对应于第1、第2金属部件的接合位置，设置具有面积大于转动具的顶端部的面积并可抵接于第2金属部件的支承部、以及在该支承部的相反侧位置抵接于支承具的抵接部的中间部件，使转动具和支承具移动至接合位置，并在该接合位置使支承具抵接于中间部件的抵接部，同时在第2金属部件抵接于中间部件的支承部的状态下，使转动具边转动边按压第1金属部件，通过摩擦热在接合部至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。这样，在进行点接合时，面积较小的支承具与第2金属部件不直接接触，且通过转动具使第1、第2金属部件相对于中间部件的支承部被确实可靠地按压，从而将从支承部施加于第2金属部件的压力抑制在较低程度，因此通过支承部可确实可靠地支撑第2金属部件而不会使第2金属部件的金属镀层产生剥离，从而使第1、第2金属部件确实可靠地进行点接合。即，可防止因第2金属部件的金属镀层剥离而引起的第2金属部件的耐腐蚀性能下降，以及可防止因剥离的金属镀层堆积在支承具及支承部上而损害定位功能以引起第1、第2金属部件的接合品质下降，从而可生产出由第1金属部件、第2金属部件接合而成的尺寸精度良好的接合产品。另外，作为中间部件，较为理想的是，采用熔点温度高于接合时的摩擦热温度的金属。
在上述摩擦点接合方法中，转动具和支承具移动至接合位置，在该接合位置支承具抵接于中间部件的抵接部，同时第2金属部件抵接于中间部件的支承部，在此状态下使转动具边转动边按压第1金属部件，从而使第1、第2金属部件与中间部件压接。这样，通过摩擦热，在接合部，至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，由此使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。此外，使位于第1、第2金属部件的接合部的第2金属部件的金属镀层通过摩擦热发生软化并通过转动具的按压将其压出到接合部的周围，并使金属镀层实质上不介于第1、第2金属部件的接合部中，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。
采用该摩擦点接合方法，由于使转动具边转动边按压第1金属部件，以摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，使位于第1、第2金属部件的接合部的第2金属部件的金属镀层通过摩擦热发生软化并通过转动具的按压将其压出到接合部的周围，因此，可使金属镀层实质上不介于第1、第2金属部件的接合部，从而可确实可靠地使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。
在上述摩擦点接合方法中，所提及的第1金属部件为铝合金板，所提及的第2金属部件为钢板，所提及的金属镀层为镀锌层。
采用上述摩擦点接合方法，由于第2金属部件为钢板，金属镀层为镀锌层，因此在进行点接合时，可防止镀锌层从钢板剥离，而且也可防止被剥离的镀锌层堆积在支承具上。
另外，本发明的摩擦点接合装置，在第1金属部件与熔点高于该第1金属部件且表面形成有金属镀层的第2金属部件相重叠的状态下，通过支承具支撑该第1、第2金属部件的重叠部分，同时，使设置在隔着第1、第2金属部件而与支承具相对的位置的转动具边转动边按压第1金属部件，通过摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合，其包括，对应上述第1、第2金属部件的接合位置所设置的中间部件，其具有面积大于转动具的顶端部面积且接合时抵接于第2金属部件的金属镀层的支承部，以及接合时在该支承部相反侧的位置抵接于支承具的抵接部；使上述转动具边转动边按压第1金属部件的转动具驱动装置；可装备包括上述的支承具、转动具和转动具驱动装置的接合枪，并使该接合枪移动至接合位置，且在进行上述点接合的接合操作位置和从该接合操作位置退出后进行待机的待机位置之间移动的移动装置。
采用上述摩擦点接合装置，通过移动装置使具有支承具和转动具的接合枪移动至接合操作位置，在接合位置使支承具与中间部件的抵接部相抵接，同时在第2金属部件抵接于中间部件的支承部的状态下，使转动具边转动边按压第1金属部件，以使第1、第2金属部件压接于中间部件，从而使第1、第2金属部件可以固相状态进行点接合。当进行该点接合时，由于面积较小的支承具与第2金属部件不直接接触，且通过转动具使第1、第2金属部件相对于中间部件的支承部被确实可靠地按压，从而将从支承部施加于第2金属部件的压力抑制在较低程度，因此通过支承部可确实可靠地支撑第2金属部件而不会使第2金属部件的金属镀层产生剥离，从而使第1、第2金属部件确实可靠地进行点接合。
在上述摩擦点接合装置中，中间部件，由具备对第1、第2金属部件进行接合时夹紧其接合部附近部位的夹紧部的夹具构成。
采用上述摩擦点接合装置，由于由具备对第1、第2金属部件进行接合时夹紧其接合部附近部位的夹紧部的夹具构成中间部件，因此可通过上述夹紧部确实可靠地保持第1、第2金属部件中的点接合部附近部位，通过设置于第2夹具的支承部可确实可靠地支撑第2金属部件中至少对应于上述接合部的接合对应部分，在此状态下可使金属部件确实可靠地进行点接合。
在上述摩擦点接合装置中，夹具分为夹紧部和支承部，另外还包括对该夹具的夹紧部与支承部在与上述接合部的第2金属部件的面相正交的方向上的相对位置进行可变调节的位置调节机构。
采用该摩擦点接合装置，由于夹具分为夹紧部和支承，另外还包括对该夹具的夹紧部与支承部在与上述接合部的第2金属部件的面相正交的方向上的相对位置进行可变调节的位置调节机构，因此，即使第1、第2金属部件的接合部附近的形状为具有凹部或凸部的形状等，或在与上述接合轴线平行的方向上，第1、第2金属部件的夹紧位置和接合位置相异，或这些位置间的长度因第1、第2金属部件的尺寸不一而大小不一时，也可在使用夹具的夹紧部保持第1、第2金属部件的状态下，通过支承部确实可靠地支撑上述接合对应部分。
在上述摩擦点接合装置中，还包括相对于中间部件予以设置，并具有进行上述接合时夹紧第1金属部件的接合部的附近部位的夹紧部的第1夹具，中间部件是具有在接合第1、第2金属部件时夹紧第2金属部件的接合部的附近部位的夹紧部的第2夹具。
采用该摩擦点接合装置，以具有在接合第1、第2金属部件时夹紧第2金属部件的接合部附近部位的夹紧部的第2夹具构成中间部件，而且相对于该第2夹具设置了具有进行上述接合时夹紧第1金属部件的接合部的附近部位的夹紧部的第1夹具，由此可通过第1、第2夹具的夹紧部夹紧第1、第2金属部件，在通过支承部确实可靠地支撑上述接合对应部分的状态下，恰当地对第1、第2金属部件进行点接合，从而可生产出尺寸精度良好的接合产品。
在上述摩擦点接合装置中，第1金属部件为铝合金板，第2金属部件为钢板，进行点接合的接合部设定为多个，另为还设置有从第1夹具一侧支撑上述第1、第2金属部件的相邻的接合部之间的部位的支撑部件。
采用该摩擦点接合装置，如上所述，由于第1金属部件为铝合金板，第2金属部件为钢板，并且进行点接合的接合部设定为多个，另外还设置有从第1夹具一侧支撑上述第1、第2金属部件的相邻的接合部之间的部位的支撑部件，因此通过转动具从铝合金板一侧按压铝合金板和钢板，可使铝合金板在其按压部附近软化并产生塑性流动，使钢板和铝合金板的各个新生面恰当地进行点接合，并且在进行接合时能确实可靠地抑制由支撑部件引起的铝合金热膨胀而造成的变形。
在上述摩擦点接合装置中，使接合枪在接合操作位置与待机位置之间移动的移动装置由机器人构成。
采用该摩擦点接合装置，由于移动装置为机器人，因此接合枪在移往接合位置的同时，能确实可靠且迅速地在接合操作位置与待机位置之间移动。
图1是装备有实施方式1的摩擦点接合装置的接合枪的机器人的侧视图。
图2是接合枪的侧视图。
图3是转动具主要部分的局部剖视图。
图4是摩擦点接合装置的工件保持装置的侧视图。
图5是工件保持装置的俯视图。
图6是工件保持装置的局部剖面的正视图。
图7是夹臂、第2夹具等的仰视图。
图8是支撑部件的俯视图。
图9是图8中的IX-IX线剖视图。
图10是图8中的X-X线剖视图。
图11是第2夹具和位置调节机构等的纵向剖视图。
图12是第2夹具和位置调节机构等的纵向剖视图。
图13是行李箱的仰视图。
图14是行李箱盖和第1、第2金属部件的纵向剖视图。
图15是行李箱盖和第1、第2金属部件的纵向剖视图。
图16是进行点接合时的剖视图。
图17是进行点接合时的剖视图。
图18是进行点接合时的剖视图。
图19是进行点接合时的剖视图。
图20是实施方式2的第2夹具和位置调节机构等的纵向剖视图。
图21是实施方式3的第2夹具和位置调节机构等的纵向剖视图。
具体实施例方式摩擦点接合装置1，包括装备有接合枪3的机器人2(参照图1～图3)、对该机器人2和接合枪3进行驱动控制的控制装置4(参照图1)、通过接合枪3进行点接合的第1金属部件W1、第2金属部件W2在相重叠的状态下对其进行定位和保持的工件保持装置5(参照图4～图6)。
如图1所示，机器人2，为常用的6轴垂直多关节型机器人，其机械手2a的顶端部装备有接合枪3，该机器人2，相当于使接合枪3，在工件保持装置5所定位保持的第1金属部件W1、第2金属部件W2进行点接合的接合操作位置，以及从该接合操作位置退出后进行待机的待机位置之间进行移动的移动装置。
如图2所示，接合枪3，具有支承具(tool)10、转动具11及转动具驱动机构12，该支承具10与转动具11，上下相对设置。支承具10，以面向下方的状态装卸可能地安装在倒“L”状悬臂13的上顶端部。悬臂13的下部，设置有转动具驱动机构12。转动具11，以面向上方的状态装卸可能地安装在该转动具驱动机构12上。转动具驱动机构12，包括使转动具11以接合轴线X为中心进行转动的转动电动机14、使转动具11沿接合轴线X进行升降以按压第1金属部件W1的升降电动机15。
如图3所示，转动具11，具有圆柱状的主体部11a和形成在其顶端面(上端面)的肩部11b。该肩部11b，为非平坦面，以规定的角度倾斜形成以接合轴线X为中心的凹陷圆锥形，肩部11b的中心部突设有销11c。支承具10，与转动具11的直径大致相同，其顶端面(下端面)为平坦面。
如图1所示，控制装置4，经线束16连接于机器人2的各种电动致动器(图示略)，对这些致动器分别进行驱动控制，此外，经线束17、继电盒18和线束19连接于接合枪3的转动电动机14及升降电动机15，对这些转动电动机14和升降电动机15分别进行驱动控制。
下面，对工件保持装置5进行说明。
如图4～图6所示，工件保持装置5，包括工件保持台6；使第1金属部件W1、第2金属部件W2以重叠状态定位于工件保持台6的定位机构7；夹紧定位于工件保持台6的第1金属部件W1、第2金属部件W2的夹紧机构8。在以下的说明中，设图4、图5中箭头所示的方向为工件保持装置5的前方。
在此，第1金属部件W1为铝合金板，其表面形成有氧化层，第2金属部件W2为熔点高于该铝合金板的钢板，其表面形成有具防锈功能的镀锌层WZn(参照图16～图19)。具体而言，如图13～图15所示，第1金属部件W1为强化车身的行李箱盖20的铝合金加强板，第2金属部件W2为接合有一对用于将铰链21安装在行李箱盖20上的螺栓22的钢制螺栓固定件，该第1金属部件W1、第2金属部件W2通过点接合进行连结，从而形成由第1金属部件W1、第2金属部件W2构成的接合产品。另外，金属镀层，并不限于上述镀锌层WZn，也可采用Zn-5wt％Al镀层、Al-10wt％Si镀层等。
行李箱盖20，具有外板20a和内板20b，通过对内外板20a、20b的周边部分进行卷边(hemming)加工，使之相互结合而形成闭合剖面结构，另外，内板20b的内表面接合1对由第1金属部件W1、第2金属部件W2构成的接合产品。上述第1金属部件W1，其尺寸小于内板20b的一半尺寸，大致呈矩形，该第1金属部件W1的左右方向外侧部分形成有圆形凸部W1a。上述第2金属部件W2，呈板片状，其中央部分形成对应于第1金属部件W1的凸部W1a的凸部W2a，该凸部W2a的两侧部分接合有一对贯穿螺栓22。
第2金属部件W2大致全部与第1金属部件W1抵接，在一对螺栓22贯穿第1金属部件W1的状态下，上述凸部W1a、W2a的两处被点接合。第1金属部件W1抵接于内板20b，一对螺栓22贯穿内板20b，同时贯穿与内板20b的外表面抵接的铰链21的固定板部21a，通过一对螺帽23分别螺合于上述螺栓22，上述铰链21与第1金属部件W1、第2金属部件W2一同被紧固于内板20b。
如图4～图6所示，工件保持装置5，在2组第1金属部件W1、第2金属部件W2通过定位机构7被左右对称定位的状态下，通过夹紧机构8对其同时进行夹紧。经该工件保持装置5予以夹紧的2组第1金属部件W1、第2金属部件W2，通过接合枪3的支承具10和转动具11自动进行点接合。
工件保持台6，具有连接多个脚部30a与梁部30b的台架30，该台架30上固定有矩形底板31。该底板31上固定有左右一对工件载置板32，各工件载置板32上分别载置有第1金属部件W1，同时各第1金属部件W1上载置有第2金属部件W2。
定位机构7，如图5所示，具有竖立设置在各工件载置板32上的前后各2个的定位销40、41，前侧的定位销40设置在工件载置板32的左右方向的外侧部分。后侧的定位销41设置在工件载置板32的左右方向的中央附近位置。第1金属部件W1上所形成的定位孔，从上侧与这些定位销40、41卡合。各工件载置板32的后侧定位销41的左右方向内侧部分，设置有检测载置于工件载置板32上的第1金属部件W1的邻近传感器43。
夹紧机构8，如图6所示，对应于2组第1金属部件W1、第2金属部件W2，左右对称地设置有2组第1夹具50、第2夹具60。通过各组第1夹具50、第2夹具60，可夹紧各组第1金属部件W1、第2金属部件W2中被点接合的接合部WS的左右两侧的近旁部。
第1夹具50，设置在各工件载置板32的前侧部分，该第1夹具50具有由左右一对第1夹具部件51构成的第1夹紧部，和位于第1夹具部件51之间的支撑部件55。一对第1夹具部件51与支撑部件55，从俯视方向看分别呈局部被切除的圆盘状(参照图5)，在相互相向的垂直切除面处于抵接的状态下呈直列状设置，并分别通过螺栓固定在工件载置板32的上面部。
一对第1夹具部件51，包括与第1金属部件W1抵接且具有较大面积的第1夹面52。各第1夹具部件51，形成有与第2金属部件W2结合的螺栓22可从上侧插入的螺孔53(参照图6)。该螺孔53具有对螺栓22进行定位的功能，并与上述定位销40、41一道，确实可靠地对第1金属部件W1、第2金属部件W2进行定位。此外，各第1夹具部件51，设置有检测插入到螺孔53的螺栓22的邻近传感器54。
在此，底板31和工件载置板32，对应于一对第1夹具部件51之间的部位，分别形成有使转动具11从下侧穿过底板31从而可进行点接合的转动具贯穿孔31a、32a。支撑部件55设置在转动具贯穿孔31a、32a的上方，该支撑部件55，具有从第1夹具50一侧(本实施方式中为下侧)支撑第1金属部件W1、第2金属部件W2的相邻的一对接合部WS之间的部位的支撑部58。
如图8～图10所示，支撑部件55，具有固定在工件载置板32上的固定部56、从该固定部56向上方突出并从俯视方向看呈圆形的突出部57、以及固定设置在突出部57的上表面的支撑部58。固定部56和突出部57，形成有使转动具11从下侧穿过从而可进行点接合，且从俯视方向看呈沿左右方向延伸的长圆状的转动具贯穿孔55a。支撑部58，呈由细长的架桥部58a及位于两端的扇形部58b所构成的细长形状，跨设在转动具贯穿孔55a的长度方向中央部位，以防止其与转动具11发生干涉。
如图4～图7所示，底板31后部的左右方向中央部位，设置有夹臂70。该夹臂70，以沿左右方向延伸的枢轴71为支点转动可能地予以支撑。此外，该夹臂70设置在工件载置板32的上方，当处于水平状态时其前端部位于底板31的前端部附近。另外，夹臂70的后部，呈从枢轴71向后侧延伸的“ㄑ”状，其基端部与气动缸73的连杆74的顶端部转动自如地连接。该气动缸73，其基端部转动可能地支撑在工件保持台6上。
气动缸73，通过加压空气供给装置(图示从略)所供给的加压空气驱动上述夹臂70，并通过控制装置4控制该加压空气的供给，使夹臂70在水平状态和垂直状态之间自动切换。另外，上述底板31，设置有对大致处于水平状态的夹臂70进行引导的引导部件75。夹臂70的前端部分固定有一对向左右两侧伸出的连接部件76。该连接部件76，固定有左右一对第2夹具60的底座，亦即夹具底座77。
上述第2夹具60，相当于中间部件，在各夹具底座77上安装有由左右一对第2夹具部件61构成的第2夹紧部、位于该第2夹具部件61之间的支撑部件65(相当于支撑部)，同时在该支撑部件65的相反侧(上方侧)的位置，设置有在进行接合时可与支承具10抵接的抵接部77a。一对第2夹具部件61和支撑部件65，从俯视方向看分别呈细长的矩形，且以相互相对的垂直切面处于抵接的状态下呈直列状设置，并分别通过螺栓固定在当夹臂70处于水平状态时与工件载置板32相对的夹具底座77的下表面。
一对第2夹具部件61，如图6、图11及图12所示，具有向第2夹具50一侧(本实施方式中为下侧)突出并与第2金属部件W2抵接的第2夹面62。支撑部件65，为钢制，且呈较厚的块状，并具有面积大于转动具11的顶端部(肩部11b)面积的抵接面65a，通过使该抵接面65a与第2金属部件W2中对应于接合部WS且位于第2夹具60一侧的面(上表面)及其周边的规定区域部分相抵接，以此支撑第1金属部件W1、第2金属部件W2。该规定区域部分，是由螺栓固定件构成的第2金属部件W2的凸部W2a的整个顶部。另外，考虑到接合部WS的尺寸大小，支撑部件65的抵接面65a的面积，为转动具11的肩部11b直径的1.2倍及其以上的面积，较为理想的是，直径的1.5倍及其以上的面积。
为接合由加强板构成的第1金属部件W1和由螺栓固定件构成的第2金属部件W2的凸部W1a、W2a，支撑部件65相对于一对第2夹具部件61设置在向上侧凹陷的位置，同时构成上述第1夹具50的支撑部件55的支撑部58，其上端面与设置在支撑部件55左右的一对第1夹具部件51的第1夹面52相比，向上侧突出设置。
夹臂70的前端部，如图4及图5所示，固定有被按压部件80。该被按压部件80，形成有向顶端侧突出的倾斜状卡合部80a。当夹臂70处于水平状态时，卡合部80a呈向前下方缓慢倾斜的状态。另一方面，底板31前端部的左右方向中央部位，面向后方安装有气压或液压驱动的驱动缸81，其输出连杆82设置有倾斜状驱动部82a。该驱动部82a，向后上方缓慢倾斜，并与卡合部80a卡合，且该卡合可予以解除。上述被按压部件80和驱动缸82构成夹具驱动机构83，通过该夹具驱动机构83的运作，第2夹具60被强力按压向第1夹具50一侧。
在此，如上所述，第2夹具60，可分为由具有第2夹面62的一对第2夹具部件61所构成的第2夹紧部、以及支撑部件65。另外，本实施方式中，还设置有对第2夹面62与支撑部件65的抵接面65a，在与对应于接合部WS的金属部件W1、W2的面相正交的方向(平行于接合轴线X的方向)上的相对位置，进行可变调节的位置调节机构85(参照图11、图12)。
如图11、12所示，该位置调节机构85，包括可介装于夹具底座77与各第2夹具部件61之间的垫片86。如图11、图12所示，第2夹具60，可在第2夹具部件61和夹具底座77之间不介装垫片86而通过螺栓87固定该两者的状态，以及介装有垫片86的情况下固定该两者的状态之间进行切换。另外，还可通过叠加多个垫片86，或替换厚度不同的各种垫片86，对第2夹面62与抵接面65a的相对位置进行各种可变设定。
下面，对利用该摩擦点接合装置1所进行的摩擦点接合方法进行说明。
首先，在夹臂70处于垂直状态的状态下，亦即在第2夹具60离开第1夹具50的状态下，将第1金属部件W1、第2金属部件W2设置在工件载置板32上。此时，在第1金属部件W1、第2金属部件W2相重叠的状态下，通过使第1金属部件W1的定位孔与定位销40、41卡合，并使结合在第2金属部件W2上的螺栓22插入第1夹具50的螺孔53，由此对上述第1金属部件W1、第2金属部件W2进行定位。
接着，通过气动缸73的驱动，使夹臂70从垂直状态切换为水平状态，然后，通过夹具驱动机构83的运作，使驱动杆82与夹臂70的被按压部件80卡合，从而使第1金属部件W1、第2金属部件W2通过第1夹具50、第2夹具60而被夹紧。此时，第1金属部件W1、第2金属部件W2中位于进行点接合的接合部WS的左右两侧的附近部分(凸部W1a、W2a左右两侧的平坦部)通过第2夹面62被按压向第1夹面52一侧，并被夹紧。
在此状态下，第2夹具60的支撑部件65的抵接面65a，与第2金属部件W2中对应于接合部WS且位于第2夹具60一侧的面(上表面)及其周边的规定区域部分相抵接，并且，第1金属部件W1、第2金属部件W2的相邻的接合部WS之间的部分，通过第1夹具50的支撑部件55的支撑部58，从第1夹具50一侧(本实施方式中为下侧)得到支撑。
接着，通过机器人2和接合枪3的运作，第1金属部件W1、第2金属部件W2被点接合。此时，接合枪3，通过机器人2被移动至接合位置，同时从待机位置被移动至接合操作位置。在接合枪3位于接合操作位置状态下，接合枪3的支承具10从上侧与夹具底座77的抵接部77a抵接，而转动具11则位于第1金属部件W1、第2金属部件W2的接合部WS的下侧。
然后，通过转动具驱动机构12，一边对转动具11进行转动驱动，一边使其与第1金属部件W1接触，从而将第1金属部件W1、第2金属部件W2按压向支撑部件65。此时，支承具10，经夹具底座77及支撑部件65，支撑第1金属部件W1、第2金属部件W2。接着，通过转动具11边接触第1金属部件W1边转动而产生的摩擦热，至少使第1金属部件W1软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。
以下，对该点接合方法作详细说明，当转动具11边转动边上升时，首先，转动具11的销11c，与第1金属部件W1抵接，定位后，如图16所示，肩部11b边转动边抵接第1金属部件W1，通过摩擦热使第1金属部件W1逐渐软化。接着，转动具11继续上升，如图17所示，转动具11进入被软化的第1金属部件W1内，与此同时第1金属部件W1受到来自转动具11的较高的接触压力的作用产生局部剪切，于是因摩擦热而软化的第2金属部件W2的镀锌层WZn扩散到该剪切部分。
接着，如图18所示，受转动具11的加压，肩部11b进一步压入第1金属部件W1内，第1金属部件W1呈塑性流动(塑性变形)，剪切部向外扩大。同时，第1金属部件W1与第2金属部件W2的界面中所残留的处于软化或熔融状态的镀锌层WZn也向外排出。此时，第1金属部件W1表面的氧化层，由于其脆性性质，所以随着第1金属部件W1的塑性变形而被破坏，由此第1金属部件W1形成新生面(没有覆盖氧化层而由第1金属部件W1自身形成的面)。
接着，如图19所示，第2金属部件W2表面的镀锌层WZn，其一部分进入第1金属部件W1中，剩下的部分受转动具11的加压力的作用而被压向接合部WS的周围。由此，在不存在镀锌层WZn的范围内，氧化层被破坏而露出新生面，该第1金属部件W1的新生面与上述第2金属部件W2的新生面，在直接接触的状态下被固相连接，在残存有镀锌层WZn的外周部，第1金属部件W1与第2金属部件W2，经锌-铝-铁化合物而被接合。
采用上述摩擦点接合装置1和摩擦点接合方法，可取得以下的有益效果。
由于在进行点接合时可防止因面积较小的支承具10直接接触第2金属部件W2而引起第1金属部件W1、第2金属部件W2的变形，并可通过转动具11，使第1金属部件W1、第2金属部件W2相对于由面积大于转动具11顶端部的中间部件的支撑部件65所构成的支承部被确实可靠地按压，从而将该支撑部件65施加在第2金属部件W2的压力抑制在较低程度，因此通过支撑部件65可确实可靠地支撑第2金属部件W2而不会使该第2金属部件W2的镀锌层WZn产生剥离，从而可恰当地对第1金属部件W1、第2金属部件W2进行点接合。
例如，当上述第1金属部件W1、第2金属部件W2及金属镀层，分别为铝合金板、钢板及镀锌层WZn时，可防止因第2金属部件W2的镀锌层WZn剥离而引起的第2金属部件W2的耐腐蚀性能的下降，以及可防止因剥离的镀锌层WZn堆积在支承具11及支撑部件65而损害定位功能所引起的第1金属部件W1、第2金属部件W2的接合品质的下降，从而可生产出由第1金属部件W1、第2金属部件W2接合而成的尺寸精度良好的接合产品。
在此，即使由于转动具11转动并接触第1金属部件W1而产生的摩擦热，使位于作为中间部件的第2夹具60一侧(本实施方式中为上侧)的第2金属部件W2的镀锌层WZn受热时，也可将该热传递给具有面积大于接合部WS的抵接面65a的支撑部件65，而有效地进行散热，因而可极力地抑制第2夹具60一侧的镀锌层WZn产生软化，并且即使该镀锌层WZn发生软化，也可从开始点接合所经过的规定时间内，使支撑部件65与镀锌层WZn保持抵接状态，以提高散热性能，从而使镀锌层WZn确实可靠且迅速地得到稳定，以尽可能地防止第2夹具60一侧的镀锌层WZn产生剥离。
而且，由于在本实施方式1所涉及的摩擦点接合装置1中，支承具10、转动具11和转动具驱动机构(转动具驱动装置)12通过组合而构成接合枪3，并且通过移动装置使该接合枪3在接合操作位置与待机位置之间移动，因此既可发挥上述效果，又可以良好的效率进行接合作业。特别是，当通过上述机器人2所构成的移动装置使接合枪3在接合操作位置与待机位置之间移动时，可使该接合枪3确实可靠且迅速地移动至上述各个位置。
另外，通过上述具有在接合第1金属部件W1、第2金属部件W2时夹紧接合部WS的附近部位的第2夹具部件(第2夹紧部)61的第2夹具60来构成上述中间部件，第1金属部件W1、第2金属部件W2中进行点接合的接合部WS的附近部位被第2夹具60的第2夹具部件61确实可靠地保持，第2金属部件W2中至少包含对应于上述接合部且位于第2夹具60一侧的面的部分(接合对应部分)被第2夹具60所设置的支撑部件65(支承部)确实可靠地支撑，在此状态下第1、第2金属部件件W1、W2可确实可靠地进行点接合，其结果可生产出尺寸精度良好的接合产品。
此外，上述实施方式1中，第2夹具60分为第2夹具部件(第2夹紧部)61和支撑部件(支承部)65，另外还设置有对第2夹具部件61与支撑部件65在与上述接合部WS的第2金属部件W2的面相正交的方向(平行于接合轴线X的方向)上的相对位置进行可变调节的位置调节单元85，因此即使第1金属部件W1、第2金属部件W2的接合部附近的形状为具有凹部或凸部的形状等，或在与上述接合轴线X平行的方向上，第1金属部件W1、第2金属部件W2的夹紧位置与接合位置相异，或这些位置间的长度因第1金属部件W1、第2金属部件W2的尺寸不一而大小不一时，也可在第2夹具60的第2夹具部件(第2夹紧部)61保持第1金属部件W1、第2金属部件W2的状态下，通过由支撑部件65构成的支承部确实可靠地支撑上述接合对应部分。
即，本实施方式1中，如上所述，由于设置有具备可介装于夹具底座77和支撑部件65之间的垫片86的位置调节机构85，可使第2夹具60，在不介装垫片86而通过螺栓将夹具底座77固定在支撑部件65上的状态，以及介装垫片86而通过螺栓将夹具底座77固定在支撑部件65上的状态之间进行切换，或通过叠装多个垫片86，或介装厚度相异的各种垫片86，使第2夹具部件62与支撑部件65的相对位置发生各种变化，因此通过上述支撑部件65能确实可靠地支撑第2金属部件W2，从而可更有效地控制第2金属部件W2的镀锌层WZn的剥离。
此外，如上所述，通过具有在接合第1金属部件W1、第2金属部件W2时夹紧第2金属部件W2的接合部的附近部位的第2夹具部件61所构成的第2夹紧部的第2夹具60来构成上述中间部件，而且相对于该第2夹具60设置了具有进行上述接合时夹紧第1金属部件W1的接合部的附近部位的第1夹具部件(第1夹紧部)51的第1夹具50，此时可通过第1夹具50、第2夹具60的第1、第2夹具部件(夹紧部)51、61夹紧第1金属部件W1、第2金属部件W2，在通过支承部确实可靠地支撑上述接合对应部分的状态下，恰当地对第1金属部件W1、第2金属部件W2进行点接合，从而可生产出尺寸精度良好的接合产品。
此外，如上所述，第1金属部件W1为铝合金板，第2金属部件W2为钢板，并且进行点接合的接合部WS设定为多个，另外还设置有从第1夹具50一侧支撑上述第1金属部件W1、第2金属部件W2的相邻的接合部WS之间的部分的支撑部件55，此时通过转动具11从铝合金板一侧按压铝合金板和钢板，可使铝合金板在其按压部附近软化并产生塑性流动，使钢板和铝合金板的各个新生面恰当地进行点接合，并且在进行接合时可确实可靠地抑制因支撑部件55所引起的铝合金热膨胀而产生的变形，以此提高接合品质。
例如，在本实施例中，第1金属部件W1为加强车身的行李箱盖20的铝合金加强板，第2金属部件W2为接合有将铰链21安装于行李箱盖20的螺栓22的钢制螺栓固定件，由此可确实可靠地进行上述加强板与螺栓固定件的点接合，从而可生产出尺寸精度良好的加强板与螺栓固定件的接合产品。
实施方式2，是对实施方式1中的第2夹具60及位置调节机构85的结构的变形例，其他部分与实施方式1相同，因此说明从略。如图20所示，第2夹具60A，具有一对第2夹具部件61A、以及与上述实施方式1相同的支撑部件65。第2夹具部件61A，具有上下分开的底座部90和第2夹紧部91，该底座部90固定在夹具底座77上。位置调节机构85A，具有使第2夹紧部91以沿着平行于上述接合轴线的方向进行移动而不会脱落的状态相对于底座部90进行连接的连接螺栓92、将第2夹紧部91压靠向夹具底座77的相反侧的压靠部件93。
该位置调节机构85A的连接螺栓92，其下端部与第2夹紧部91螺合，该连接螺栓92的轴身部可滑动自如地穿过底座部90和夹具基座77。连接螺栓92的头部可移动自如地与形成在夹具基座77上的卡合孔卡合。通过由安装在底座部90内部的螺旋弹簧等构成的压靠部件93，第2夹紧部91向离开底座部90的方向进行压靠。
该压靠部件93，可产生较强的压靠力，通过该压靠部件93，可对第2夹紧部91与支撑部件65在平行于上述接合轴线的方向上的相对位置进行可变调节，并且可在任意位置上强力按压第1金属部件W1、第2金属部件W2。另外，也可将第2夹具部件61A固定在夹具基座77上，使支撑部件65相对于夹具基座77以移动可能但不会脱落的状态进行连接，并通过压靠部件将支撑部件65压靠向夹具基座77的相反侧。
实施方式3，是实施方式1中的第2夹具60和位置调节机构85的变形例，其他部分与实施方式1相同，因此说明从略。如图21所示，第2夹具60B具有一对第2夹具部件61B、以及与上述实施方式1相同的支撑部件65。各第2夹具部件61B的第2按压部95具有倾斜面，位置调节机构85B，包括具有沿横向滑动而与该第2按压部95抵接的倾斜面97的楔形部件96、以及对该楔形部件96进行移动驱动的致动器98(例如气缸、电动机等)。
实施方式4没有图示。当通过上述位置调节机构85、85A、85B，对由第2夹具部件61及第2夹紧部91等构成的夹紧部与由支撑部件65构成的支承部的抵接面，在与对应于接合部WS的金属部件W1、W2的面相正交的方向上的相对位置进行调节时，较为理想的是，通过支撑部件55变更支撑第1金属部件W1的位置。此时，可设置通过与上述位置调节机构85、85A、85B相同的机构，对由第2夹具部件61及第2夹紧部91等构成的夹紧部与支撑部件55所设置的支撑部58，在平行于上述接合轴线的方向上的相对位置，进行可变调节的位置调节机构。
另外，本发明可在不偏离其主旨的范围内进行各种变更而予以实施。并且对各种部件、各种金属所构成的第1、第2金属部件进行接合的摩擦点接合装置，本发明均可适用。
权利要求
1.一种摩擦点接合方法，在第1金属部件与熔点高于该第1金属部件且表面形成有金属镀层的第2金属部件相重叠的状态下，通过支承具支撑该第1、第2金属部件的重叠部分，同时使设置在隔着第1、第2金属部件并而与支承具相对的位置的转动具边转动边按压第1金属部件，通过摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合，其特征在于对应上述第1、第2金属部件的接合位置设置中间部件，该中间部件具有面积大于转动具的顶端部面积的可抵接于第2金属部件的金属镀层的支承部、以及在该支承部相反侧的位置抵接于支承具的抵接部；使上述转动具和支承具移动至接合位置；在上述接合位置，使支承具抵接于中间部件的抵接部，同时在第2金属部件的金属镀层抵接于中间部件的支承部的状态下，使转动具边转动边按压第1金属部件。
2.根据权利要求1所述的摩擦点接合方法，其特征在于通过转动具边转动边按压第1金属部件，以摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，使位于第1、第2金属部件的接合部的第2金属部件的金属镀层通过摩擦热发生软化并通过转动具的按压将其压出到接合部的周围，并使金属镀层实质上不介于第1、第2金属部件的接合部中，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦点接合方法，其特征在于上述所提及的第1金属部件为铝合金板，上述所提及的第2金属部件为钢板，上述所提及的金属镀层为镀锌层。
4.一种摩擦点接合装置，在第1金属部件与熔点高于该第1金属部件且表面形成有金属镀层的第2金属部件相重叠的状态下，通过支承具支撑该第1、第2金属部件的重叠部分，同时，使设置在隔着第1、第2金属部件而与支承具相对的位置的转动具边转动边按压第1金属部件，通过摩擦热至少使第1金属部件软化并产生塑性流动，从而使第1、第2金属部件以固相状态进行点接合，其特征在于包括对应上述第1、第2金属部件的接合位置所设置的中间部件，其具有面积大于转动具的顶端部面积且接合时抵接于第2金属部件的金属镀层的支承部，以及接合时在该支承部相反侧的位置抵接于支承具的抵接部；使上述转动具边转动边按压第1金属部件的转动具驱动装置；可装备包括上述支承具、转动具和转动具驱动装置的接合枪，并使该接合枪移动至上述接合位置，且在进行上述点接合的接合操作位置和从该接合操作位置退出后进行待机的待机位置之间移动的移动装置。
5.根据权利要求4所述的摩擦点接合装置，其特征在于上述中间部件，由具备对第1、第2金属部件进行接合时夹紧其接合部附近部位的夹紧部的夹具构成。
6.根据权利要求5所述的摩擦点接合装置，其特征在于上述夹具，分为夹紧部和支承部，该摩擦点接合装置还包括，对上述夹具的夹紧部与支承部在与上述接合部的第2金属部件的面相正交的方向上的相对位置进行可变调节的位置调节机构。
7.根据权利要求4所述的摩擦点接合装置，其特征在于还包括，相对于上述中间部件予以设置，并具有进行上述接合时夹紧第1金属部件的接合部的附近部位的夹紧部的第1夹具，上述中间部件，是具有在接合第1、第2金属部件时夹紧第2金属部件的接合部的附近部位的夹紧部的第2夹具。
8.根据权利要求7所述的摩擦点接合装置，其特征在于上述第1金属部件为铝合金板，上述第2金属部件为钢板，上述进行点接合的接合部设定为多个，还设置有，从第1夹具一侧支撑上述第1、第2金属部件的相邻的接合部之间的部位的支撑部件。
9.根据权利要求4所述的摩擦点接合装置，其特征在于上述移动装置为机器人。
全文摘要
本发明的摩擦点接合方法及摩擦点接合装置，在使第2金属部件(W2)中对应于接合部(WS)且位于第2夹具(60)一侧的面及其周边的规定区域部分，与面积大于转动具(11)的顶端部面积的中间部件的支承部(65)相抵接的状态下，在此中间部件(65)，通过转动具(11)按压第1金属部件(W1)、第2金属部件(W2)，并进行点接合。采用本发明，进行点接合时，可使第1、第2金属部件通过中间部件而被确实可靠地按压，但不会因转动具而产生变形，并且第2金属部件可通过中间部件确实可靠地予以支撑，但第2金属部件的金属镀层不会被剥离，由此可确实可靠地进行第1、第2金属部件的点接合。
文档编号B23K20/12GK1907630SQ200610108199
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年8月2日
发明者玄道俊行, 西口胜也, 麻川元康, 高濑健治, 庄司庸平 申请人:马自达汽车株式会社