接合系统及接合方法与流程

本发明涉及接合系统及接合方法。

背景技术：

在日本特开2015-093482号公报、日本专利5687801号公报、日本特开2015-120335号公报中公开了关于树脂材料接合的技术。

技术实现要素：

上述以往技术由于是单方向接合，因此能够对试验片等平面形状进行接合。但是，关于具有3维形状而需要多方向接合的树脂部件(例如汽车用大型树脂部件)怎样接合制造并未述及。

另外，作为具有3维形状的汽车用大型树脂部件的接合，存在使用粘接剂的技术。但是，考虑粘接剂的成本及到固化的夹具占用时间，并非是生产性优异的方法。

根据公知技术设想的接合设备考虑两侧接近的c枪式接合装置200(参照图8)，但存在以下课题。

即，若是c枪式，则工具接近性差，在所谓“臂长”的部件中央部很难接合。另外，无法对倒凹形状部位等实施接合，形状制约多。另外，为了应对这种部位，不得不预先对部件实施开孔加工，按照每个打点打入盲铆钉等，导致加工费用和作业时间增加。另外，由于是c枪式，因此作为多关节机器人30需要可搬运重量大，设备投资额也昂贵。另外，还能够预估到活动速度变慢。

本公开考虑上述情况，提供一种在通过熔敷使热塑性树脂材料部件接合的情况下生产性优异的接合系统及接合方法。

本公开第1方案的接合系统包括：支承夹具，其具有供接合基材配置的配置面；接合装置，在其与所述配置面之间夹入接合基材并进行熔敷；多关节机器人，其安装有所述接合装置；以及控制部，其控制所述多关节机器人及所述接合装置。

在本公开第1方案的接合系统中，接合基材配置在支承夹具的配置面。另一方面，在与配置面之间夹入接合基材并进行熔敷的接合装置安装在多关节机器人30上。并且，通过控制部控制多关节机器人及接合装置，从而实现接合基材90的接合。因此能够使接合装置从单侧接近接合基材而进行接合。从而生产性提高。

本公开第2方案的接合系统在第1方案的接合系统的基础上，所述配置面构成为包含多个接合承受面，所述控制部控制所述多关节机器人及所述接合装置，以在所述多个接合承受面上使接合基材熔敷。

本公开第3方案的接合系统在第1方案的接合系统的基础上，还具有对所述配置面的温度进行调节的温度调节装置。

本公开第4方案的接合系统在第1方案的接合系统的基础上，所述配置面构成为包含多个接合承受面，还具有对所述多个接合承受面的温度进行调节的温度调节装置。

本公开第5方案的接合系统在第1～第4中任一方案的接合系统上，还具有使支承夹具动作的动作装置。

本公开第6方案的接合方法通过接合系统使包含热塑性树脂材料的接合基材接合所述接合系统包括：支承夹具，其具有供接合基材配置的配置面；接合装置，在其与所述配置面之间夹入接合基材并进行熔敷；多关节机器人，其安装有所述接合装置；以及控制部，其控制所述多关节机器人及所述接合装置。

本公开第7方案的接合方法在第6方案的接合方法的基础上，所述配置面构成为包含多个接合承受面，所述控制部控制所述多关节机器人及所述接合装置，以在所述多个接合承受面上使接合基材熔敷。

本公开第8方案的接合方法在第6方案的接合方法的基础上，所述接合系统还具有对所述配置面的温度进行调节的温度调节装置。

本公开第9方案的接合方法在第6方案的接合方法的基础上，所述配置面构成为包含多个接合承受面，所述接合系统还具有对所述多个接合承受面的温度进行调节的温度调节装置。

本公开第10方案的接合方法在第6～第9中任一方案的接合方法的基础上，所述接合系统还具有使支承夹具动作的动作装置。

发明的效果

如以上说明，本公开的接合系统及接合方法具有在通过熔敷使热塑性树脂材料部件接合的情况下生产性优异的出色效果。

附图明

图1a是示出本实施方式的接合系统中的支承夹具10的放大剖视图。

图1b是示出通过本实施方式的接合系统使接合基材接合的情形的放大剖视图。

图2是示出本实施方式的接合系统的整体构成的图。

图3是示出本实施方式的动作装置的剖视图。

图4是示出本实施方式接合装置的放大图。

图5是示出本实施方式接合装置的其他方案、即电磁感应加热熔敷的情况的接合装置的放大图。

图6是示出在接合基材90之间夹设有导电性赋予构件的状态的示意图。

图7是示出支承夹具与多个接合基材的关系的图。

图8是现有技术的c枪式接合装置的图。

具体实施方式

以下使用图1a～图7说明本公开实施方式的接合系统s及接合方法。

图2中示出本实施方式接合系统s的整体构成。如图2所示，本实施方式接合系统s包括多关节机器人30、接合装置20、支承夹具10、动作装置50、控制部40。

需要说明的是，作为基于接合系统s的接合的对象的接合基材90包含热塑性树脂材料。即，例如可以是由热塑性树脂材料构成的接合基材90彼此的接合，也可以是由热塑性树脂材料构成的接合基材与由金属材料构成的接合基材的接合。作为树脂材料，例如可以是碳纤维强化树脂、玻璃纤维强化树脂等纤维强化树脂，也可以是其他树脂。

(多关节机器人30)

多关节机器人30是具有多关节的垂直多关节机器人。多关节机器人30的轴数是例如4～7轴，但也可以是其他轴数。在多关节机器人30的手腕部安装有接合装置20。多关节机器人30构成为，能够承受接合装置20的重量及接合时产生的载荷。

(接合装置20)

接合装置20是在其与支承夹具10之间夹入接合基材90并通过熔敷使接合基材90接合的装置(参照图1a、图1b)。接合装置20的接合方法优选对接合基材90进行面直接加压接合，例如优选超声波熔敷、电磁感应加热熔敷。

需要说明的是，振动熔敷由于激振方向限定为单方向，因此无法对接合面具有2维以上形状的接合基材90进行接合。另外，即使在单方向构造的部件中也由于振幅、设置部件间隙等布局制约多而不宜适用。由此，本公开的“接合装置”不包含进行振动熔敷的构造。

图4示出接合装置20的接合方法为超声波熔敷的情况的构成。如图4所示，通过由接合装置20的顶端部22(焊头)产生的超声波振动和加压力p，使由热塑性树脂构成的接合基材90溶融并接合。

另一方面，图5示出接合装置20的接合方法为电磁感应加热熔敷的情况的构成。如图5所示，向线圈26通入高频电流，从而使具有导电性的接合基材90(在此例如为金属材料的基材96)产生感应电流而加热，使热塑性树脂材料的基材92溶融。并且，在基于辊28的加压力p的作用下，使基材92与基材96接合。需要说明的是，金属材料的基材96和树脂材料的基材92的上下关系也可以相反。

另外，在接合装置20的接合方法为电磁感应加热熔敷且成为接合对象的接合基材90仅为不具有导电性的树脂材料的情况下，如图6所示，将具有导电性的填料或金属网等导电性赋予构件80夹在接合基材90之间进行接合。

(支承夹具10)

支承夹具10具有供接合基材90配置(放置)的配置面12。如图1b所示，以将接合基材90配置在配置面12上并将接合基材90(92、96)夹入配置面12与接合装置20的顶端部22(焊头)之间的状态进行接合。按照这种方式，能够以从接合基材90的单侧接近实现接合。

如图4所示，接合装置20设有载荷传感器、顶端位置控制机构及热敏摄像头24。载荷传感器检测顶端部22对接合基材90的压力p。顶端位置控制机构控制设备顶端的位置(参照箭头d)。热敏摄像头24测量接合基材90的表面温度。

另一方面，如图1a或图1b所示，支承夹具10内置有热电偶等温度传感器62。温度传感器62检测支承夹具10的温度。温度传感器62分别对应于支承夹具10中进行接合的部分、即各接合承受面15(15a、15b、15c、参照图1a)设置。由此，能够分别检测各接合承受面15的温度。

由于构成为能够按照以上方式计测各部分的温度，因此能够控制接合装置20，以使接合基材90充分熔入，能够确保获得高接合品质。

(温度调节装置64)

另外，支承夹具10设有温度调节装置64。温度调节装置64是对支承夹具10的温度进行调节的装置。

关于温度调节装置64考虑了多种构成，但在本实施方式中，在支承夹具10的内部形成有供介质流动的回路。通过使加热介质流入回路而能够对支承夹具10进行加热，通过使冷却介质流入回路而能够对支承夹具10进行冷却。作为流入回路的介质，考虑水、油、空气等。需要说明的是，温度调节装置64也可以是埋设在支承夹具10内部的筒式加热器。

如图1a或图1b所示，温度调节装置64对应于各接合承受面15(15a、15b、15c)设置，构成为能够对各接合承受面15(15a、15b、15c)的温度单独进行调节。

(动作装置50)

动作装置50是使支承夹具10进行旋转等动作的装置。动作装置50按照与多关节机器人30连动(协作)的方式被控制。由此能够补充多关节机器人30的伸展范围，且能够缩短接合时间。

在本实施方式中，如图3所示，在架台52与支承夹具10之间设有回旋轴承54。由此，支承夹具10能够绕上下方向的轴p旋转。另外，在与作为旋转中心的轴p隔开距离的部分设有内置弹簧式球辊56。由此能够承受旋转时的力矩或挠曲。

(控制部40)

控制部40与多关节机器人30、接合装置20、动作装置50及温度调节装置64连接，对该多关节机器人30、接合装置20、动作装置50及温度调节装置64进行控制。

例如，控制部40基于由热敏摄像头24检测到的接合基材90的表面温度及由温度传感器62检测到的支承夹具10的温度来控制接合装置20。另外，控制部40基于载荷传感器检测到的对接合基材90的压力p控制接合装置20。由此能够使熔敷品质稳定。

另外，例如，控制部40对温度调节装置64进行控制以在熔敷前对接合承受面15进行加热。由此，与接合承受面15接触的接合基材90被加热，促进接合基材90的溶融状态并保持溶融状态。

另外，例如，控制部40在熔敷后对接合承受面15进行冷却。由此，与接合承受面15接触的接合基材90被冷却，能够抑制对与接合部分邻接的部分的热影响。从而能够使熔敷品质稳定并提高。

(支承夹具的具体构造)

图1a示出支承夹具10的形状的一例。如图1a所示，配置面12是立体形状而非简单的平面。

具体来说，配置面12构成为包含法线方向朝向上方的第1水平面12a。从第1水平面12a的端部起形成有朝向斜上方延伸的第1倾斜面12b。第1倾斜面12b使其线方向朝向斜上方(图1a中的上方且为右方的斜上方)。从第1倾斜面12b的上端起形成有第2水平面12c。从第2水平面12c的端部(图1a的左端)起形成有使法线方向朝向斜下方的第2倾斜面12d，从第2倾斜面12d的上端经由铅直面12e形成有第3水平面12f。

接合工序针对第1水平面12a、第1倾斜面12b及第3水平面12f进行。

具体来说，首先，在第1倾斜面12b上，第1接合基材92与第2接合基材94熔敷。在第1倾斜面12b上，将进行接合的部分特别称为第1接合承受面15a(参照图1a)。

接下来，在第3水平面12f上，第1接合基材92与第3接合基材96熔敷。在第3水平面12f上，将进行接合的部分特别称为第2接合承受面15b。

最后，在第1水平面12a上，第1接合基材92与第3接合基材96熔敷。在第1水平面12a上，将进行接合的部分特别称为第3接合承受面15c。

即，接合的顺序为，首先，在第1接合承受面15a处接合，接下来在第2接合承受面15b处接合，最后在第3接合承受面15c处接合。在第1接合承受面15a处接合时，设为将第1接合基材92及第2接合基材94配置在支承夹具10上的状态，第3接合基材96未配置在支承夹具10上。在第1接合承受面15a处接合后，如图1b所示，配置第3接合基材96以进行剩下的接合。需要说明的是，根据需要，一边利用夹紧部70(参照图1b)等将接合基材90固定一边进行接合。

图1b中示出的截面构造保持类似构造而向与纸面垂直的方向延伸。从而，通过第1接合基材92、第2接合基材94及第3接合基材96形成沿与纸面垂直的方向延伸的闭截面构造。

因此，关于各接合部分，沿其延伸方向(与纸面垂直的方向)连续或间歇地接合。例如，在接合方法为超声波熔敷的情况下，沿接合部分的延伸方向间歇地使接合装置20的顶端部22抵接并进行接合。

需要说明的是，图7中以概略图示出通过本公开的接合系统制造汽车的树脂制框架的情形。按照这种方式，根据本公开的接合系统，能够利用一个支承夹具10使多个接合基材90接合，使生产性提高。

＜作用、效果＞

接下来，说明本实施方式接合系统的作用及效果。

在本实施方式接合系统s中，在支承夹具10的配置面12配置接合基材90。另一方面，将在配置面12之间夹入接合基材90并进行熔敷的接合装置20安装在多关节机器人30上。并且，通过控制部40来控制多关节机器人30及接合装置20，以使接合基材90接合。

因此，能够使接合装置20从单侧接近接合基材90而进行接合。

此外，与例如在多关节机器人上安装c枪式设备进行接合的情况相比，能够使用可搬运重量小的多关节机器人且能够减少设备投资。另外，与c枪式相比，由于接合装置紧凑，因此能够加快动作速度。

此外，在工具接近性方面，大型部件中央部等图1b这样“臂长的部位”也能够容易地接合。

另外，在本实施方式接合系统s中，配置面12构成为包含法线方向不同的多个接合承受面15(15a、15b、15c)。并且，控制部40以在多个接合承受面15(15a、15b、15c)上使接合基材90熔敷的方式控制多关节机器人30及接合装置20。

因此，能够使用一个支承夹具10使需要多方向接合的接合基材(树脂部件)接合。从而能够减少支承夹具10的设定变更。

另外，本实施方式接合系统s具有对接合承受面15的温度进行调节的温度调节装置64。因此，通过利用温度调节装置64对接合承受面15的温度进行调节，从而能够使熔敷品质稳定并提高。特别是，通过在熔敷前加热，能够促进或保持树脂溶融状态。另外，特别是在熔敷后对熔敷部进行冷却，能够排除对邻接部的热影响。从而有望实现熔敷品质的稳定及提高。

另外，通过设置温度调节装置64，在采用同时使用加热固化型粘接剂的接合方法的情况下，能够促进粘接剂的固化，缩短周期时间。

另外，在本实施方式接合系统s中，接合装置20构成为顶端部22能够更换。因此，通过配合接合部的形状来更换顶端部22，能够避免对多关节机器人30的可动范围或临界姿态的限制，能够在一次的支承夹具上将接合范围设定得较宽。另外还能够减少支承夹具10的设定变更。

另外，在本实施方式接合系统s中，支承夹具10的材质为铝合金。因此，接合时产生的热的散热效率高。

另外，在本实施方式接合系统s中，在支承夹具10上设有动作装置50。因此，能够避免对多关节机器人30的可动范围或多关节机器人30的临界姿态的限制，能够在一次的支承夹具上将接合范围设定得较宽。并且，能够减少设定变更、缩短生产节拍时间及以一个工序实现多个部件的接合。

另外，在本实施方式接合系统s中，在接合装置20上搭载有压力检测传感器。因此能够测量对接合基材90的压力。并且，能够基于测量结果控制接合装置20。从而能够使熔敷品质稳定并实现更高的品质管理。

另外，在本实施方式接合系统s中，接合装置20搭载有热敏摄像头。因此能够测量接合基材90的表面温度。另外，支承夹具10内置有温度传感器62。并且，控制部40基于测量结果控制接合装置20。从而能够使熔敷品质稳定并实现更高的品质管理。

〔上述实施方式的补充说明〕

需要说明的是，在上述实施方式中，接合系统s具有动作装置50，但本公开不限定于此，也可以不具有动作装置。

另外，在上述实施方式中，接合系统s具有温度调节装置64，但本公开不限定于此，也可以不具有温度调节装置。

另外，在上述实施方式中，说明了支承夹具10的材质为铝合金的例子，但本公开不限定于此，作为支承夹具的材质能够采用多种。

另外，在上述实施方式中，说明了支承夹具10的配置面12构成为包含法线方向不同的多个接合承受面15(15a、15b、15c)的例子，但本公开的“多个接合承受面”不限定于此。也就是说，多个接合承受面未必是法线方向不同的多个接合承受面，也可以是法线方向相同的多个接合承受面。

日本专利申请2017-065548的公开的全文通过参照引用在本说明书中。

本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术标准，与具体地分别说明各文献、专利申请及技术标准通过参照被引用同样地，通过参照引用在本说明书中。