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| 審決分類 |
審判 一部申し立て 2項進歩性 B23K |
|---|---|
| 管理番号 | 1116125 |
| 異議申立番号 | 異議2003-72625 |
| 総通号数 | 66 |
| 発行国 | 日本国特許庁(JP) |
| 公報種別 | 特許決定公報 |
| 発行日 | 2001-11-13 |
| 種別 | 異議の決定 |
| 異議申立日 | 2003-10-28 |
| 確定日 | 2005-02-28 |
| 異議申立件数 | 1 |
| 訂正明細書 | 有 |
| 事件の表示 | 特許第3400409号「接合方法及び接合装置」の請求項1、2、5、6に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。 |
| 結論 | 訂正を認める。 特許第3400409号の請求項1ないし2、5ないし6に係る特許を維持する。 |
| 理由 |
1.訂正の適否 (1)訂正の内容 平成16年9月10日付け訂正請求書における訂正の内容は別紙「訂正の内容」参照。 (2)訂正の適否 請求項1についての訂正事項a、及び請求項5についての訂正事項bにおいて、「先端に突出部を有し」を「大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し」と訂正することは、「回転工具」の構成を限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものに該当し、「その先端を接合部分に押しつけ」を「その先端部を接合部分に押しつけ」と訂正することは、「回転工具」の構成を限定したこととの整合性をとるためであるから、明りょうでない記載の釈明を目的とするものに該当し、「前記突出部を材料内部に入り込ませて」を「前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて」と訂正することは、先端部を材料に押し付ける程度をより明確にすべく限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものに該当する。これらの訂正事項は、それぞれ、特許明細書の段落【0032】、図1、図2、図5及び図6、並びに段落【0030】、図1、図2、図5及び図6、並びに段落【0030】、段落【0043】及び図5に記載されていたことである。 また、「複数の接合部分に移動させ、各接合部分で」を「複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で」と訂正して、「該材料同士をスポット接合する」の前に、「その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって」を加入することは、スポット接合であることを明確にすべく限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものに該当する。この訂正事項は、特許明細書の段落【0035】、段落【0049】及び図3に記載されていたことである。 請求項5についての訂正事項bにおいて、「撹拌させて」の後に、「前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ」を加入することは、摩擦撹拌接合時の材料の状態を限定したものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものに該当する。この訂正事項は、特許明細書の段落【0043】に記載されていたことである。 そして、上記訂正事項a及びbは実質上特許請求の範囲を拡張し、変更するものでもない。 以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第120条の4第2項及び第3項において準用する特許法第126条第2-3項の規定に適合するものである。 また、その他の訂正事項c乃至jについても特許法第120条の4第2項及び第3項において準用する特許法第126条第2-3項の規定に適合するものであるので、上記訂正を認める。 2.異議申立てについての判断 (1)本件発明 上記のとおり、訂正は認められるから、本件特許の請求項1、2、5及び6に係る発明(以下、「本件発明1」、「本件発明2」、「本件発明5」及び「本件発明6」という。)は、訂正請求書に添付された特許明細書の特許請求の範囲の請求項1、2、5及び6に記載された事項により特定される次のとおりのものである。 「 【請求項1】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、 前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように、該回転工具に対向して配置される受け部材と、 前記回転工具と前記受け部材とをアーム先端に備え、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、 該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備することを特徴とする接合装置。 【請求項2】 前記受け部材の外径は、前記回転工具の外径以上に設定されていことを特徴とする請求項1に記載の接合装置。 【請求項5】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように該回転工具に対向して配置される受け部材とをアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、 該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ、その後、前記回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合することを特徴とする接合方法。 【請求項6】 前記複数の材料は夫々異なった厚さを有し、その厚さが薄い材料から前記回転工具の先端部を押し付けることを特徴とする請求項5に記載の接合方法。」 (2)取消理由通知で引用された刊行物に記載された発明乃至技術的事項 刊行物1(国際公開WO97/44154パンフレット(1997)、異議申立人の提示した甲第1号証)には、第3頁第8〜18行、第7頁第27〜28行、第11頁第30行〜第13頁第7行、第16頁第17〜19行、第17頁第20行〜第18頁第6行、FIG.4、FIG.14及びFIG.16の記載からみて、 「フラット金属部品及びベースの複数の材料、又は中空断面のフレーム脚部及びL形状の接続片の複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、接合部品を回転させながら、その先端部を材料に押しつけると、摩擦熱により溶融材料が生成し、該溶融材料で3者を接合すること、及び、前記接合する装置が、複数の材料を把持ユニットに保持された前記接合部品とで挟むように、該接合部品に対抗して配置される保持ユニットを具備すること」という技術的事項が記載されていると認められる。 刊行物2(特開平10-137951号公報、異議申立人の提示した甲第2号証)には、第2欄第43〜48行、第3欄第1〜27行、第4欄第25〜37行及び図1、図2(ロ)の記載からみて、 「複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、大径の円筒型支持体と該円筒型支持体から突出した小径の円柱状プローブとを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その円柱状プローブを押し付け、前記円柱状プローブを材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、該回転工具を接合部分に沿って移動することによって該材料同士を連続的に接合する移動手段とを具備する接合装置」という発明が記載されていると認められる。 刊行物3(特開平9-29453号公報、異議申立人の提示した甲第3号証)には、第1欄第17〜20行、第1欄第29〜33行、第2欄弟50行〜弟3欄弟12行、弟4欄弟26〜27行、弟4欄弟31行及び図1の記載からみて、 「多関節ロボットのスポット溶接ガン」という技術的事項が記載されていると認められる。 (3)対比・判断 本件発明1と刊行物2に記載された発明とを対比すると、刊行物2記載の発明の「円筒型支持体」は、その技術的意義からみて、本件発明1の「先端部」に、以下同様に、「円柱状プローブ」は「突出部」に、「接合装置」は「摩擦撹拌溶接装置」に、それぞれ、相当することは明らかであるので、両者は、 「複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、 接合部分で前記回転工具を回転させながら、前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、該回転工具を移動することによって該材料同士を接合する移動手段とを具備する接合装置」において一致するが、先ず次の点で両者は相違する。 相違点;本件発明1では、先端部を接合部分に押し付け、突出部と共に前記先端部を材料内部に入り込ませて重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって、該材料同士をスポット接合するのに対して、刊行物2に記載された発明では、突出部を材料内部に入り込ませて重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させるものの先端部を接合部分に押し付けて材料内部に入り込ませることについては記載されておらず、該回転工具を接合部分に沿って移動することによって該材料同士を連続的に接合する点。 前記相違点について検討すると、当該相違点に係る本件発明1の構成については、前記刊行物1及び3のいずれにも記載されておらず、且つ示唆もされていない。 なお、前記刊行物2に記載された発明においては、回転工具を接合部に沿って移動する際の抵抗を小さくすることが望ましいことは当業者にとって自明であることから、支持体は、プローブの周囲における材料の盛り上がり等をならす程度のものであって、材料内部に入り込ませて摩擦撹拌をするものとまでは解されない。 そして、本件発明1は、前記構成を備えることにより、回転工具の先端部を接合部分に押しつけ、該先端部も摩擦撹拌作用の発生に寄与させ、材料間の3次元的な塑性流動を促進し、重ね合わせた材料の材料界面の剪断変形を顕著に生じさせ、十分な接合力を確保できるという顕著な効果を奏するものである。 したがって、本件発明1と刊行物2に記載された発明との他の相違点についての検討、判断を示すまでもなく、本件発明1は、前記各刊行物に記載された発明乃至技術的事項に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。 本件発明5は、本件発明1の自明な摩擦撹拌接合時の材料の状態を特定して方法の発明としたものであって、実質上本件発明1と同一である。したがって、本件発明5は、同様に前記各刊行物に記載された発明乃至技術的事項に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。 本件発明2、及び6は、それぞれ、本件発明1、及び6を更に限定するものであるから、同様に前記各刊行物に記載された発明乃至技術的事項に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。 3.むすび 以上のとおりであるから、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件発明1、2、5及び6に係る特許を取り消すことはできない。 また、他に本件発明1、2、5及び6に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。 よって、結論のとおり決定する。 |
| 別掲 |
別紙「訂正の内容」 (1)訂正事項a 設定登録時の願書に添付した明細書又は図面((以下、「特許明細書」という。)の特許請求の範囲の請求項1を、 「 【請求項1】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、 前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように、該回転工具に対向して配置される受け部材と、 前記回転工具と前記受け部材とをアーム先端に備え、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、 該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備することを特徴とする接合装置。 」と訂正する。 なお、下線は訂正箇所を示すために当審において付したものである。以下同様。 (2)訂正事項b 特許明細書の特許請求の範囲の請求項5を、 「 【請求項5】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように該回転工具に対向して配置される受け部材とをアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、 該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ、その後、前記回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合することを特徴とする接合方法。」と訂正する。 (3)訂正事項c 特許明細書の特許請求の範囲の請求項6を、 「 【請求項6】 前記複数の材料は夫々異なった厚さを有し、その厚さが薄い材料から前記回転工具の先端部を押し付けることを特徴とする請求項5に記載の接合方法。」と訂正する。 (4)訂正事項d 特許明細書の段落【0007】を、 「本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、設備投資が小さく、連続した接合跡を発生させずに、材料同士を強固に接合できる接合方法及び接合装置を提供することである。」と訂正する。 (5)訂正事項e 特許明細書の特許明細書の段落【0008】を、 「【課題を解決するための手段】 上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の接合装置は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように、該回転工具に対向して配置される受け部材と、 前記回転工具と前記受け部材とをアーム先端に備え、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備する。」と訂正する。 (6)訂正事項f 特許明細書の特許明細書の段落【0012】を、 「また、本発明の接合方法は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように該回転工具に対向して配置される受け部材とをアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ、その後、前記回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する。」と訂正する。 (7)訂正事項g 特許明細書の段落【0013】を、 「また、好ましくは、前記複数の材料は夫々異なった厚さを有し、その厚さが薄い材料から前記回転工具の先端部を押し付ける。」と訂正する。 (8)訂正事項h 特許明細書の段落【0019】を、 「 【発明の効果】 以上説明のように、本発明によれば、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転する回転工具を点在する接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、先端部を該接合部分に押し付けて材料同士を接合することにより、設備投資が小さく、連続した接合跡を発生させずに、連続接合ができない予め3次元形状に成形された材料同士であっても接合できる。」と訂正する。 (9)訂正事項i 特許明細書の段落【0020】を、 「また、本発明によれば、回転工具を回転させながら、その先端部を重ね合わせた材料に押し付け、先端部及び突出部を材料内部に入り込ませ、重ね合わせた材料を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて、材料同士を接合することにより、熱歪みを抑制しつつ接合することができる。」と訂正する。 (10)訂正事項j 特許明細書の段落【0049】を、 「以上のように、従来のスポット溶接に比べて設備投資が小さく、連続した突出部の接合跡を発生させずに、材料同士を強固に接合できる。 [材料形状] 本実施形態では、予め3次元形状にプレス成形された材料の接合に適している。即ち、図9に示す自動車の車体フレームや図10に示すボンネットW1と補強部材W2の接合のように、プレス成形により材料が複雑な3次元形状を有し、回転工具1を連続して移動できないような複数点在する接合部分Pに対して、本実施形態の接合方法を用いることにより局所的に接合でき、プレス成形後であっても接合可能となる。」と訂正する。 |
| 発明の名称 |
(54)【発明の名称】 接合方法及び接合装置 (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、 前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように、該回転工具に対向して配置される受け部材と、 前記回転工具と前記受け部材とをアーム先端に備え、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備することを特徴とする接合装置。 【請求項2】 前記受け部材の外径は、前記回転工具の外径以上に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の接合装置。 【請求項3】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、 先端に突出部を有し、その軸心周りに回転可能な回転工具を、前記複数の材料を挟んで互いに対向するように一対配置し、 前記回転工具の各々をアーム先端に備え、該各々の回転工具を該材料における点在する複数の接合部分に移動させ、各接合部分で前記回転工具を回転させながら、各回転工具の先端を接合部分に押し付け、各突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備することを特徴とする接合装置。 【請求項4】 前記一対の回転工具は、互いに逆回転するように設定されていることを特徴とする請求項3に記載の接合装置。 【請求項5】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、 大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように該回転工具に対向して配置される受け部材とをアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、 該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ、その後、前記回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合することを特徴とする接合方法。 【請求項6】 前記複数の材料は夫々異なった厚さを有し、その厚さが薄い材料から前記回転工具の先端部を押し付けることを特徴とする請求項5に記載の接合方法。 【請求項7】 予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、 先端に突出部を有し、その軸心周りに回転可能で、前記複数の材料を挟んで互いに対向するように一対配置された回転工具をアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具の各々を該材料における点在する複数の接合部分に移動させ、 各接合部分で前記回転工具を回転させながら、各回転工具の先端を接合部分に押し付け、各突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて該材料同士をスポット接合することを特徴とする接合方法。 【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】 本発明は、アルミニウム合金製の板材やプレス成形体等の接合方法及び接合装置に関する。 【0002】 【従来の技術】 従来の接合技術は、板材や予め3次元形状にプレス成形された材料を重ね合わせ、電気抵抗溶接やアーク溶接、接着剤、ボルト締結、リベット等によって接合している。 【0003】 そして、材料が複雑な3次元形状の場合、複数点在する接合部分に対して局所的に接合できるスポット溶接が用いられる。 【0004】 また、他の接合技術として、非溶融の状態で摩擦撹拌する接合方法が特許第2712838号公報に開示されている。この接合技術は、2つの部材を突き合わせた接合面にプローブと呼ばれる突起部を回転させながら挿入及び並進させ、接合面近傍の金属組織を摩擦熱により可塑化させて結合するものである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】 上記スポット溶接では、材料が複雑な3次元形状の場合や板厚や材質が異なる場合に、溶接部分ごとに最適な溶接条件を切り替えて設定される。このため、溶接電極に大きな電圧を印加するための大型のトランスや電源、このトランスを冷却するための冷媒の循環装置が必要であり、莫大な設備投資が必要となる。 【0006】 また、上記公報に記載の接合技術では、金属部材の表面にプローブを差し込んで移動させるため、プローブの移動軌跡における始点及び終点にプローブを抜き差した溶接跡(穴)が残ってしまう。このため、溶接跡が見える部位には用いることができないという外観上の問題や、後処理で溶接跡を取り除けるように予め余肉部を形成し、この余肉部にプローブの移動始点及び終点を持ってくるという工夫が必要であった。 【0007】 本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、設備投資が小さく、連続した接合跡を発生させずに、材料同士を強固に接合できる接合方法及び接合装置を提供することである。 【0008】 【課題を解決するための手段】 上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の接合装置は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように、該回転工具に対向して配置される受け部材と、前記回転工具と前記受け部材とをアーム先端に備え、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させ、その後、該回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備する。 【0009】 また、好ましくは、前記受け部材の外径は、前記回転工具の外径以上に設定されている。 【0010】 また、本発明の接合装置は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせて接合する装置であって、先端に突出部を有し、その軸心周りに回転可能な回転工具を、前記複数の材料を挟んで互いに対向するように一対配置し、前記回転工具の各々をアーム先端に備え、該各々の回転工具を該材料における点在する複数の接合部分に移動させ、各接合部分で前記回転工具を回転させながら、各回転工具の先端を接合部分に押し付け、各突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて該材料同士をスポット接合する多関節ロボットとを具備する。 【0011】 また、好ましくは、前記一対の回転工具は、互いに逆回転するように設定されている。 【0012】 また、本発明の接合方法は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転可能な回転工具と、前記複数の材料を前記回転工具とで挟むように該回転工具に対向して配置される受け部材とをアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具と該受け部材とを該材料における点在する複数の接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、該接合部分で前記回転工具を回転させながら、その先端部を接合部分に押し付け、前記先端部及び前記突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて前記回転工具の回転方向に塑性流動させると共に前記材料の肉厚方向に塑性流動させ、その後、前記回転工具を接合部分より退避させて次の接合部分に移動することによって該材料同士をスポット接合する。 【0013】 また、好ましくは、前記複数の材料は夫々異なった厚さを有し、その厚さが薄い材料から前記回転工具の先端部を押し付ける。 【0014】 また、本発明の接合方法は、予め3次元形状に成形された複数の材料を部分的に重ね合わせ、先端に突出部を有し、その軸心周りに回転可能で、前記複数の材料を挟んで互いに対向するように一対配置された回転工具をアーム先端に備える多関節ロボットにより、該回転工具の各々を該材料における点在する複数の接合部分に移動させ、各接合部分で前記回転工具を回転させながら、各回転工具の先端を接合部分に押し付け、各突出部を材料内部に入り込ませて前記重ね合わせた材料を摩擦により撹拌させて該材料同士をスポット接合する。 【0015】 【0016】 【0017】 【0018】 【0019】 【発明の効果】 以上説明のように、本発明によれば、大径の先端部と該先端部から突出した小径の突出部とを有し、その軸心周りに回転する回転工具を点在する接合部分のうちの一つの接合部分に移動させ、先端部を該接合部分に押し付けて材料同士を接合することにより、設備投資が小さく、連続した接合跡を発生させずに、連続接合ができない予め3次元形状に成形された材料同士であっても接合できる。 【0020】 また、本発明によれば、回転工具を回転させながら、その先端部を重ね合わせた材料に押し付け、先端部及び突出部を材料内部に入り込ませ、重ね合わせた材料を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて、材料同士を接合することにより、熱歪みを抑制しつつ接合することができる。 【0021】 【0022】 【0023】 【0024】 また、本発明によれば、回転工具と受け部材、又は一対の回転工具は、材料を挟んで互いに対向するよう配置され、互いに対向する受け部材と回転工具、又は一対の回転工具の先端で材料を挟み込みながら押し付けることにより、接合時間を短縮化できると共に、総板厚が大きい場合や重ね合わせ枚数が多い場合でも良好に接合できる。 【0025】 【発明の実施の形態】 以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 【0026】 図1は、本発明に係る実施形態の接合方法を説明する回転工具付近の拡大図である。図2は、図1の接合部分の金属組織の断面図である。 【0027】 本実施形態の接合方法は、アルミニウム合金製の板材や予め3次元形状にプレス成形された材料の接合に適用され、少なくとも2枚の材料を重ね合わせて、最外表面の第1材料W1に回転工具1を押圧することにより、重ね合わされた第1及び第2材料W1、W2間の金属組織を摩擦熱により非溶融で撹拌して接合するものである。 【0028】 そして、非溶融で撹拌するので、電気抵抗溶接等で発生する熱歪み等の問題を解消することができる。 【0029】 ここで、非溶融で攪拌する状態とは、母材に含有される各成分或いは共晶化合物の中で最も融点が低いものよりもさらに低い温度下で摩擦熱により金属組織を軟化させて攪拌することを意味する。 【0030】 図1に示すように、摩擦撹拌による接合方法は、少なくとも2枚の材料W1、W2を重ね合わせ、先端部3に突出部2を有する円筒状の回転工具1を、その軸心周りに回転させながら、先端部3を最外表面の第1材料W1に押し付けて突出部2を材料内部に入り込ませ、重ね合わせた第1及び第2材料W1、W2を非溶融の状態で摩擦により撹拌させて、材料同士を接合する。 【0031】 また、第1及び第2材料W1、W2を挟むように回転工具1の先端部3に対向するよう受け部材4が配置されている。受け部材4の外径は、回転工具1の外径以上に設計されている。 【0032】 回転工具1は直径φ1が10〜15mm程度、突出部2は直径φ2が5〜7.5mm程度であり、接合部分は直径φ3が8〜9mm程度となる。 【0033】 回転工具1及び受け部材4は、接合材料よりも硬度の高い鋼材(超硬合金等)で形成された非摩耗型工具であるが、接合材料は回転工具1より軟質の材質であれば、アルミニウム合金に限定されない。 【0034】 突出部長さX1は接合部分深さX2の80〜90%に設定され、接合部分深さX2は突出部長さX1の1.1〜1.2倍となる。接合部分深さX2は突出部長さX1に比例(ピン長さの1.1〜1.2倍)して大きくなる。 【0035】 回転工具1は、後述する多関節ロボット10のアームに回転可能に取り付られ、材料が複雑な3次元形状の場合、複数点在する接合部分に対してスポット的に(局所的に)接合できるよう構成されている。 【0036】 図3は、回転工具を保持及び駆動する多関節ロボットの概略図である。 【0037】 図3に示すように、多関節ロボット10は、ベース11に設けられた関節12に連結されてｙ軸中心に揺動すると共に、関節13でｚ軸中心に回転する第1アーム14と、関節15を介して第1アーム14に連結されてｙ軸中心に揺動すると共に、関節16でｘ軸中心に回転する第2アーム17と、関節18を介して第2アーム17に連結されてｙ軸中心に揺動する第3アーム19とを有する。 【0038】 第3アーム19は、回転工具1が回転可能に取り付けられると共に、回転工具1を回転駆動するモータ20と、回転工具1の先端部3に対向するよう配置される受け部材4とを備える。回転工具1の先端部3と受け部材4の先端部との間隔はアクチュエータ22により可変となっており、接合時の材料に対する押圧力や3枚以上重ね合わせた材料でも対応できるよう設計されている。 【0039】 多関節ロボット10の各アーム、モータ、アクチュエータの動作は、予めティーチングされて制御部30がコントロールする。 【0040】 回転工具1の材料に対する押圧力は、材料の総板厚や重ね合わせ枚数等に基づいて接合部分ごとに設定され、個々の材料の板厚が異なる場合にも適用できる。 【0041】 また、図4に示すように、3枚以上の第1乃至第3材料W1〜W3を接合する場合には、同一外径を有する一対の回転工具1A,1Bで材料を挟み込んで接合する。この場合、図3の受け部材4に代えて回転工具1Bを回転可能に多関節ロボット10に取り付けて、互いに対向する回転工具1A,1Bの先端部3A,3Bで第1乃至第3材料W1〜W3を挟み込みながら、突出部2A,2Bを材料内部に入り込ませて各回転工具1A,1Bを逆回転させる。 【0042】 また、図5に示すように、第1及び第2材料の板厚が異なる場合でも接合可能であるが、特に、薄肉側から回転工具1を押圧させるとより撹拌しやすくなり、均一な接合処理が実現できる。 [接合時の金属組織の塑性流動] 図6は、回転工具による材料内部の塑性流動状態を示す図である。 【0043】 図6に示すように、所定回転数で回転する回転工具1を第1材料W1に略垂直に押し当てていくと、回転工具1と第1材料W1との間に摩擦が生じて、その表面が軟化して第1及び第2材料W1、W2間の金属組織が非溶融の状態で回転方向に撹拌されていく。そして、更に回転工具1による第1金属部材W1に対する押圧力を高めていくと、回転工具1に非接触の第2材料W2も一緒に撹拌され始める。このとき、第1及び第2材料W1、W2の金属組織は工具1の回転方向に撹拌されると共に、突出部2で肉厚方向(第1及び第2材料W1、W2の接合面と交差する方向)に撹拌されて、最終的に重ね合わされた第1及び第2材料W1、W2が溶融されることなく接合される。 【0044】 このように、回転工具1の突出部2は撹拌される金属組織の塑性流動を促進する。 [試験結果] 本実施形態の接合処理では、接合する材料としてJISで規格化された5000系鋼板(Al-Mg鋼板)や6000系鋼板(Al-Mg-Si鋼板)を一例として用いるが、他の金属材料でも適用可能である。 【0045】 図7は、異なる材料での接合強度を示す試験結果を示す図である。図8は、回転工具の回転速度と接合強度との関係を示す試験結果を示す図である。 【0046】 図7の接合強度試験は、接合された材料を互いに相反する方向に引張って、接合面が剥がれた時点での引張力を接合強度として測定している。 【0047】 図7に示すように、5000系鋼板(Al-Mg鋼板)、6000系鋼板(Al-Mg-Si鋼板)共に要求強度より高い強度をもって接合されている。 【0048】 また、図8に示すように、接合強度が要求強度を満たす回転工具1の回転速度は、1000〜2500ｒｐmが好ましく、回転速度が1000ｒｐmより遅いと撹拌が不十分で接合強度は低くなり、逆に2500ｒｐmより速いと、撹拌されるべき金属組織が空回りして撹拌されないために、接合強度は低くなる。 【0049】 以上のように、従来のスポット溶接に比べて設備投資が小さく、連続した接合跡を発生させずに、材料同士を強固に接合できる。 [材料形状] 本実施形態では、予め3次元形状にプレス成形された材料の接合に適している。即ち、図9に示す自動車の車体フレームや図10に示すボンネットW1と補強部材W2の接合のように、プレス成形により材料が複雑な3次元形状を有し、回転工具1を連続して移動できないような複数点在する接合部分Pに対して、本実施形態の接合方法を用いることにより局所的に接合でき、プレス成形後であっても接合可能となる。 【0050】 また、図11に示すように、中空閉断面構造を有する管状車体フレームW1にブラケットW2を接合する場合、材料を挟み込む必要があるスポット溶接やリベット止めでは接合できないが、図3の多関節ロボットから受け部材4を取り除いた構造とすれば、車体フレームW1を受け部材として利用して回転工具1を接合部位に押し付けることにより接合が可能となる。この場合、回転工具1を300Kg程度の押圧力で接合部分に押し付けるため、車体フレームW1は剛性の高い部位を選ぶ必要がある。 【0051】 [変形例] 図12及び図13は、本実施形態の回転工具の変形例として、回転工具の突出部の突出量を可変にする機構を設けた例を示している。 【0052】 突出部の突出量X1は、重ね合わせた材料の総板厚に基づいて決定され、総板厚が大きい場合の適用範囲を拡大することができる。 【0053】 図12及び図13に示すように、回転工具は、中空円筒状の外筒部材21と、この外筒部材21内部にスプライン嵌合され、軸心方向L1に摺動自在な内筒部材22を有し、この内筒部材22の一端部に小径かつ長尺の突出部23が形成されている。 【0054】 内筒部材22の突出部23は、外筒部材21の一端部から外部に突出すると共に、スプリング29により外筒部材21の軸心方向に付勢されている。外筒部材21の一端部21aは、突出部23の外周を取り囲むように突出し、その先端部に環状平面の肩部21bが形成されている。突出部23は、スプリング以外の外力が加わらない状態で肩部21b内に収まって突出しない位置にある。 【0055】 外筒部材21と内筒部材22はスプライン嵌合されているので一体的に回転駆動され、内筒部材22は、外筒部材21に対して相対的に軸心方向に沿って移動し、外筒部材21の一端部から突出する突出部23の突出量X1が可変となっている。 【0056】 突出部23は、3枚以上の重ね合わせや個々の板厚が異なる等の材料の総板厚が大きい場合に突出量X1を大きくし(図12参照)、総板厚が小さい場合には突出量X1を小さくすればよい(図13参照)。突出部23は、総板厚に基づいて外筒部材21に対して突出量X1が設定されて回転駆動される。これにより、複数枚(3枚以上)の重ね合わせや個々の板厚が異なる場合の接合でも、良好に実施することができる。 【0057】 尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。 【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明に係る実施形態の接合方法を説明する回転工具付近の拡大図である。 【図2】 図1の接合部分の金属組織の断面図である。 【図3】 回転工具を保持及び駆動する多関節ロボットの概略図である。 【図4】 3枚以上の材料を接合する場合の接合部分の金属組織の断面図である。 【図5】 個々の材料の板厚が異なる場合の接合部分の金属組織の断面図である。 【図6】 回転工具による材料内部の塑性流動状態を示す図である。 【図7】 異なる材料での接合強度を示す試験結果を示す図である。 【図8】 回転工具の回転速度と接合強度との関係を示す試験結果を示す図である。 【図9】 予め3次元形状にプレス成形された材料として、自動車の車体フレームを接合する場合について示す図である。 【図10】 予め3次元形状にプレス成形された材料として、ボンネットと補強部材を接合する場合について示す図である。 【図11】 予め3次元形状にプレス成形された材料として、自動車の中空閉断面構造を有する管状車体フレームとブラケットとを接合する場合について示す図である。 【図12】 本実施形態の回転工具の変形例において、回転工具の突出部を大きく突出させた状態を示す図である。 【図13】 本実施形態の回転工具の変形例において、回転工具の突出部を小さく突出させた状態を示す図である。 【符号の説明】 1 回転工具 2 突出部 3 先端部 4 受け部材 10 多関節ロボット W1〜W3 材料 |
| 訂正の要旨 |
審決(決定)の【理由】欄参照。 |
| 異議決定日 | 2005-02-10 |
| 出願番号 | 特願2000-130040(P2000-130040) |
| 審決分類 |
P
1
652・
121-
YA
(B23K)
|
| 最終処分 | 維持 |
| 前審関与審査官 | 加藤 昌人 |
| 特許庁審判長 |
前田 幸雄 |
| 特許庁審判官 |
上原 徹 鈴木 孝幸 |
| 登録日 | 2003-02-21 |
| 登録番号 | 特許第3400409号(P3400409) |
| 権利者 | マツダ株式会社 |
| 発明の名称 | 接合方法及び接合装置 |
| 代理人 | 大塚 康徳 |
| 代理人 | 松丸 秀和 |
| 代理人 | 高柳 司郎 |
| 代理人 | 松丸 秀和 |
| 代理人 | 高柳 司郎 |
| 代理人 | 木村 秀二 |
| 代理人 | 大塚 康弘 |
| 代理人 | 大塚 康徳 |
| 代理人 | 下山 治 |
| 代理人 | 木村 秀二 |
| 代理人 | 大塚 康弘 |
| 代理人 | 下山 治 |