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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024141625
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】接合工具及び接合方法
(51)【国際特許分類】
B21J 15/26 20060101AFI20241003BHJP
B21J 15/00 20060101ALI20241003BHJP
F16B 5/04 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B21J15/26 Z
B21J15/00 H
F16B5/04 C
F16B5/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023053374
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】下田 陽一朗
【テーマコード（参考）】
3J001
【Ｆターム（参考）】
3J001FA02
3J001GA02
3J001GA03
3J001GB01
3J001HA02
3J001JD02
3J001JD03
3J001KA02
3J001KA19
3J001KB01
(57)【要約】
【課題】設備費を抑えつつ、実用的かつ簡易的に被接合材同士を接合させることが可能な接合工具及び接合方法を提供する。
【解決手段】重ね合わせた被接合材２１，２３同士を、リベット１を埋め込んで接合させる接合工具１００であって、先端にリベット１を保持可能な保持部１５を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて回転軸とともに回転されるシャフト１１と、シャフト１１が中心に通された工具本体１３と、を有し、工具本体１３は、シャフト１１を回転可能に支持するハウジング３０と、被接合材２１に当接可能な当接面７１を有し、ハウジング３０に対して相対的に摺動可能なガイド部６０と、ハウジング３０とガイド部６０との間に設けられてガイド部６０を先端側へ付勢するコイルバネ８０と、を備える。
【選択図】図９
【解決手段】重ね合わせた被接合材２１，２３同士を、リベット１を埋め込んで接合させる接合工具１００であって、先端にリベット１を保持可能な保持部１５を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて回転軸とともに回転されるシャフト１１と、シャフト１１が中心に通された工具本体１３と、を有し、工具本体１３は、シャフト１１を回転可能に支持するハウジング３０と、被接合材２１に当接可能な当接面７１を有し、ハウジング３０に対して相対的に摺動可能なガイド部６０と、ハウジング３０とガイド部６０との間に設けられてガイド部６０を先端側へ付勢するコイルバネ８０と、を備える。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重ね合わせた被接合材同士を、接合補助部材を埋め込んで接合させる接合工具であって、
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
【請求項2】
前記シャフトの前記保持部は、前記接合補助部材を吸着または係合して着脱可能に保持する保持機能部を備える、
請求項１に記載の接合工具。
請求項１に記載の接合工具。
【請求項3】
前記保持機能部は、前記接合補助部材を磁力によって吸着する磁石と、前記接合補助部材が嵌め込まれることにより、前記接合補助部材を係合する凹部との少なくとも一方である、
請求項２に記載の接合工具。
請求項２に記載の接合工具。
【請求項4】
前記弾性部材は、コイルバネであり、
前記ガイド部は、前記コイルバネが伸縮することにより、前記シャフトに対して相対的に摺動される、
請求項１に記載の接合工具。
前記ガイド部は、前記コイルバネが伸縮することにより、前記シャフトに対して相対的に摺動される、
請求項１に記載の接合工具。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載の接合工具を用い、互いに重ね合わせた前記被接合材同士を前記接合補助部材によって接合させる接合方法であって、
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、
接合方法。
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、
接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接合工具及び接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、車体の軽量化を図るため、例えば、軽量なアルミニウム材を鉄材と接合した接合体が用いられている。このような異種金属材料の接合に好適な接合方法として、外周面にねじ山が形成されたリベットを回転させて被接合材に押し込む、いわゆるフロー・ドリル・スクリュー（ＦＤＳ（登録商標）：Flow Drilling Screw）方式、あるいはフランジに円柱状の突起部が設けられたエレメントを回転させながら被接合材に圧入させる、いわゆるフリクション・エレメント・接合（ＦＥＷ：（Friction Element Welding）方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。これらの回転動力を用いた接合法であるＦＤＳ方式及びＦＥＷ方式は、下孔加工が不要で、しかも、被接合材の片面からの加工が可能であるので、施工性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１３９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上記のＦＤＳ方式及びＦＥＷ方式などの機械締結法による接合方法は、ロボット等の高価で大型の専用機を要するため、設備費が嵩むとともに、設備が大掛かりとなってしまう。
【0005】
そこで本発明は、設備費を抑えつつ、実用的かつ簡易的に被接合材同士を接合させることが可能な接合工具及び接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は下記の構成からなる。
（１） 重ね合わせた被接合材同士を、接合補助部材を埋め込んで接合させる接合工具であって、
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
（２） （１）に記載の接合工具を用い、互いに重ね合わせた前記被接合材同士を前記接合補助部材によって接合させる接合方法であって、
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、
接合方法。
（１） 重ね合わせた被接合材同士を、接合補助部材を埋め込んで接合させる接合工具であって、
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
（２） （１）に記載の接合工具を用い、互いに重ね合わせた前記被接合材同士を前記接合補助部材によって接合させる接合方法であって、
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、
接合方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、設備費を抑えつつ、実用的かつ簡易的に被接合材同士を接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る接合工具ついて説明する。
図１は、第１実施形態に係る接合工具１００の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る接合工具１００の先端側から視た斜視図である。図３は、第１実施形態に係る接合工具１００の側面図である。図４は、第１実施形態に係る接合工具１００の軸方向に沿う断面図である。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る接合工具ついて説明する。
図１は、第１実施形態に係る接合工具１００の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る接合工具１００の先端側から視た斜視図である。図３は、第１実施形態に係る接合工具１００の側面図である。図４は、第１実施形態に係る接合工具１００の軸方向に沿う断面図である。
【0010】
図１～図４に示すように、第１実施形態に係る接合工具１００は、シャフト１１と、工具本体１３と、を有している。シャフト１１は、丸棒状に形成されており、先端部に接合補助部材であるリベットを保持する保持部１５を有している。シャフト１１は、工具本体１３の中心に通されている。シャフト１１は、その後端が回転駆動装置（図１～図４に図示せず）の回転軸に把持され、回転駆動装置の回転軸が回転されることにより、この回転軸とともに回転される。この接合工具１００は、シャフト１１の保持部１５に保持させたリベットを回転させて被接合材に押し込むフロー・ドリル・スクリュー（以下、ＦＤＳと記す）方式によって被接合材を接合する際に用いられる工具である。
【0011】
なお、本明細書において、接合工具１００の軸方向とは図中の上下方向である。接合工具１００の先端側とは図中の下方向であり、「軸方向一方側」と呼ぶことがある。接合工具１００の後端側とは図中の上方向であり、「軸方向他方側」と呼ぶことがある。
【0012】
図５は、ＦＤＳ方式による接合について説明する被接合材２１，２３における接合箇所の断面図である。ＦＤＳ方式に用いられるリベット（接合補助部材）１は、軸部３と、軸部３の基端に設けられた頭部５とを有する。軸部３は、外周面にねじ山７を有し、先端が尖った形状になっている。頭部５は、例えば、平面視六角形状に形成されている。このリベット１は、重ね合わされた複数の被接合材２１，２３に、軸部３の軸線まわりに回転されつつ軸部３の先端から押し込まれる。これにより、軸部３が被接合材２１，２３に貫通して軸部３のねじ山７と被接合材２１，２３とが係合し、被接合材２１，２３同士がリベット１によって接合される。
【0013】
図４に示すように、接合工具１００を構成する工具本体１３は、ハウジング３０と、ガイド部６０と、コイルバネ（弾性部材）８０とを有している。ハウジング３０は、軸方向他方側に配置された第一ハウジング４０と、軸方向一方側に配置された第二ハウジング５０と、を有する。第一ハウジング４０は、略円環状の第一底部４１と、第一底部４１の径方向外側端部から軸方向一方側、すなわち第二ハウジング５０側に延びる第一筒部４３と、を有する。
【0014】
第一底部４１は、その中心を軸方向に貫く第一貫通孔４１ａを有し、この第一貫通孔４１ａにシャフト１１が挿通される。第一貫通孔４１ａの軸方向他方側端部には、径方向外側に向かって凹部４１ｂが設けられている。凹部４１ｂには、シャフト１１を回転可能に支持する軸受４５が配置される。シャフト１１の外周面のうち軸受４５に支持される部分には、その軸方向一方側にロックブッシュ４７が外嵌され、その軸方向他方側にロック部材４９が固定されている。これにより、軸受４５からのシャフト１１の抜け出しが防止される。なお、ロックブッシュ４７の代わりに、外周へ張り出す張出部をシャフト１１に一体に形成してもよい。第一底部４１の軸方向一方側面は、軸方向他方側に向かって凹設された環状のバネ受け溝４１ｃを有する。バネ受け溝４１ｃには、後述するコイルバネ８０が配置される。
【0015】
第一筒部４３は、略筒状であり、その内周面には雌ネジ部４３ａが形成される。この雌ネジ部４３ａには、後述するように、第二ハウジング５０の雄ネジ部５３ａが螺合可能である。
【0016】
第二ハウジング５０は、略円環状の第二底部５１と、第二底部５１の径方向外側端部から軸方向他方側、すなわち第一ハウジング４０側に延びる第二筒部５３と、を有する。
【0017】
第二底部５１は、その中心を軸方向に貫く第二貫通孔５１ａを有し、この第二貫通孔５１ａにシャフト１１及びガイド部６０の突出部６３が挿通される。第二筒部５３は、略筒状であり、その外周面には雄ネジ部５３ａが形成されている。そして雄ネジ部５３ａと雌ネジ部４３ａとが螺合されることにより、第二ハウジング５０と第一ハウジング４０とが互いに固定される。
【0018】
ガイド部６０は、シャフト１１の保持部１５に保持されるリベット１を適切な位置にガイドするための略筒状の部材である。ガイド部６０は、第二ハウジング５０内に配置される本体部６１と、本体部６１よりも小径であり、本体部６１の中心から軸方向一方側に突出する突出部６３と、を有する。本体部６１及び突出部６３には、シャフト１１が挿通される貫通孔６５が軸方向に貫くように形成されている。
【0019】
貫通孔６５には、複数（図示の例では２つ）の略筒状の滑り軸受６７が軸方向に並んで配置されている。複数の滑り軸受６７は、その内部を挿通するシャフト１１を、回転可能且つ軸方向へ移動可能に支持する。
【0020】
本体部６１は、筒状部６１ａと、バネ受け溝６１ｂと、凹部６１ｃとを有し、筒状部６１ａの外径は、第二ハウジング５０の第二筒部５３の内径と略同一か僅かに小さく設定される。これにより、筒状部６１ａは、第二筒部５３に対して軸方向に摺動自在に収容される。すなわち、ガイド部６０は、ハウジング３０（第一ハウジング４０及び第二ハウジング５０）に対して軸方向へ移動可能になっている。バネ受け溝６１ｂは、軸方向他方側に向かって凹設されており、このバネ受け溝６１ｂには、後述するコイルバネ８０が配置される。凹部６１ｃは、軸方向他方側に向かって凹設されており、この凹部６１ｃには、軸受６９が配置される。この軸受６９は、その内部を挿通するシャフト１１を、回転可能且つ軸方向へ移動可能に支持する。
【0021】
突出部６３は、中心に貫通孔６５を有する略筒状である。突出部６３は、第二ハウジング５０の第二貫通孔５１ａの内径よりも小さい外径を有している。したがって、突出部６３は、第二貫通孔５１ａに干渉することなく、第二貫通孔５１ａを貫通し、第二底部５１よりも軸方向一方側に突出する。また、突出部６３の軸方向一方側において、貫通孔６５は、内径が大きくされた拡径部６５ａとされており、この拡径部６５ａには、シャフト１１の先端の保持部１５が収容される。この拡径部６５ａには、複数（図示の例では２つ）の略筒状の滑り軸受６８が軸方向に並んで配置されている。複数の滑り軸受６８は、その内部を挿通するシャフト１１の保持部１５を、回転可能且つ軸方向へ移動可能に支持する。
【0022】
突出部６３には、径方向に貫通する３つの開口６３ａが設けられている。作業者は、開口６３ａを介して外部から保持部１５に保持されたリベット１を視認可能であり、リベット１の狙い位置が適切か確認できる。なお、開口６３ａの個数、形成位置及び形状等は特に限定されない。
【0023】
ガイド部６０の突出部６３の先端部は、被接合材２１に面接触可能な先端面からなる当接面７１を有する。被接合材２１の上面が平面であれば、当接面７１の形状も平面とされる。この当接面７１には、複数（図示の例では４つ）の位置決め溝７３が周方向に間隔をあけて形成されている。作業者は、位置決め溝７３を視認し、被接合材２１への位置決めを行うことができる。
【0024】
コイルバネ８０は、軸方向に延びる圧縮バネである。このコイルバネ８０は、その軸方向他方側の端部が第一ハウジング４０のバネ受け溝４１ｃに収容され、その軸方向一方側の端部がガイド部６０のバネ受け溝６１ｂに収容される。そして、このコイルバネ８０によって、ガイド部６０は軸方向一方側、すなわち軸方向におけるシャフト１１の先端側に付勢されている。このように、ガイド部６０に軸方向荷重が負荷されていない状態では、ガイド部６０はコイルバネ８０によって軸方向一方側に付勢されるが、ガイド部６０の本体部６１が第二底部５１と軸方向に当接することで、ガイド部６０の軸方向位置が規制される。また、ガイド部６０に軸方向荷重が負荷されていない状態では、突出部６３はシャフト１１の保持部１５の先端部よりも軸方向一方側に延在しており、シャフト１１の保持部１５はガイド部６０に覆われている。
【0025】
シャフト１１の先端に設けられた保持部１５は、シャフト１１よりも大径の外径を有している。保持部１５は、突出部６３の貫通孔６５の拡径部６５ａ内に収容されている。シャフト１１の先端には嵌合軸部１１ａが形成され、この嵌合軸部１１ａは、保持部１５に形成された嵌合穴部１５ａに嵌合されている。これにより、保持部１５がシャフト１１の先端に固定される。嵌合軸部１１ａ及び嵌合穴部１５ａは、例えば、断面視角形状に形成されて、シャフト１１と保持部１５とが一体に回転する。なお、保持部１５は、シャフト１１に一体に形成されてもよい。
【0026】
保持部１５は、その先端に、リベット１を着脱可能に保持する保持機能部８５を有する。保持部１５の先端には、係合凹部（凹部）８７が形成されている。この係合凹部８７は、例えば、平面視六角形状に形成されたリベット１の頭部５の外形と略同一の内形を有する。また、この係合凹部８７の底部には、磁石８９が埋め込まれている。そして、これらの係合凹部８７及び磁石８９から保持機能部８５が構成されている。なお、本実施形態のように保持機能部８５が係合凹部８７及び磁石８９の両方で構成されても良いが、これらの係合凹部８７及び磁石８９の少なくとも一方で構成されても良い。
【0027】
この保持機能部８５では、リベット１の頭部５が係合凹部８７に嵌め込まれる。これにより、リベット１は、その頭部５が係合凹部８７に係合されるとともに、磁石８９によって吸着される。これにより、リベット１が保持部１５の保持機能部８５に保持される。
【0028】
上記構成の接合工具１００は、一般的な回転駆動装置に組付けて使用できる。回転駆動装置としては、例えば、卓上ボール盤、ハンドドリルあるいはインパクトドライバーなどの汎用性の高い装置が使用可能である。
【0029】
図６は、接合工具１００を組付けた卓上ボール盤２００の概略側面図である。接合工具１００は、卓上ボール盤２００に組付けられる。卓上ボール盤２００は、コラム２０１の上部に駆動部２０３を有している。駆動部２０３には、ハンドル２０４によって昇降される主軸である回転軸２０５が設けられており、この回転軸２０５の端部には、工具を把持可能なチャックＣが設けられている。コラム２０１には、テーブル２０９が設けられ、このテーブル２０９の上部に、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３が配置される。
【0030】
接合工具１００は、回転軸２０５のチャックＣにシャフト１１の後端部を把持させることにより、卓上ボール盤２００に組付けられる。そして、駆動部２０３及びハンドル２０４を操作し、テーブル２０９の上部の被接合材２１，２３に対して接合工具１００によってリベット１を打ち込み、被接合材２１，２３同士を接合させることができる。
【0031】
図７は、接合工具１００を組付けたハンドドリル３００の概略側面図である。ハンドドリル３００は、駆動部３０１を有しており、この駆動部３０１には主軸である回転軸３０５が設けられている。この回転軸３０５の端部には、工具を把持可能なチャックＣが設けられている。駆動部３０１には、操作スイッチ３０７を有するグリップ３０９が設けられており、このグリップ３０９を把持しながら操作スイッチ３０７を操作することにより、回転軸３０５が回転駆動する。
【0032】
接合工具１００は、回転軸３０５のチャックＣにシャフト１１の後端部を把持させることにより、ハンドドリル３００に組付けられる。そして、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に接合工具１００の先端を当接させながら操作スイッチ３０７を操作してリベット１を打ち込み、被接合材２１，２３同士を接合させることができる。
【0033】
次に、上記構成の接合工具１００を用いてリベット１によって被接合材２１，２３を接合させる場合について工程毎に説明する。
図８～図１２は、それぞれ接合工具１００による被接合材２１，２３の接合の工程を示す軸方向に沿う断面図である。
図８～図１２は、それぞれ接合工具１００による被接合材２１，２３の接合の工程を示す軸方向に沿う断面図である。
【0034】
（工具組付け工程）
図８に示すように、回転駆動装置の回転軸のチャックＣにシャフト１１の後端を把持させる。これにより、接合工具１００を回転駆動装置に組付ける。
図８に示すように、回転駆動装置の回転軸のチャックＣにシャフト１１の後端を把持させる。これにより、接合工具１００を回転駆動装置に組付ける。
【0035】
（リベット装着工程）
図９に示すように、接合工具１００の先端において、突出部６３の貫通孔６５内へ頭部５側からリベット１を挿し込む。そして、リベット１の頭部５を、シャフト１１の保持部１５の係合凹部８７に嵌め込む。すると、リベット１は、その頭部５が係合凹部８７に係合されるとともに、磁石８９によって吸着される。これにより、リベット１は、保持部１５の係合凹部８７及び磁石８９を備えた保持機能部８５に保持されて接合工具１００に装着される。
図９に示すように、接合工具１００の先端において、突出部６３の貫通孔６５内へ頭部５側からリベット１を挿し込む。そして、リベット１の頭部５を、シャフト１１の保持部１５の係合凹部８７に嵌め込む。すると、リベット１は、その頭部５が係合凹部８７に係合されるとともに、磁石８９によって吸着される。これにより、リベット１は、保持部１５の係合凹部８７及び磁石８９を備えた保持機能部８５に保持されて接合工具１００に装着される。
【0036】
（当接工程）
図１０に示すように、接合工具１００を、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に近付け、ガイド部６０の突出部６３の先端面からなる当接面７１を、一方の被接合材２１の表面に当接させる。このとき、作業者は、位置決め溝７３を視認し、被接合材２１に付したマーク等に対して位置合わせすることで、接合工具１００を被接合材２１に対して容易に位置決めできる。
図１０に示すように、接合工具１００を、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に近付け、ガイド部６０の突出部６３の先端面からなる当接面７１を、一方の被接合材２１の表面に当接させる。このとき、作業者は、位置決め溝７３を視認し、被接合材２１に付したマーク等に対して位置合わせすることで、接合工具１００を被接合材２１に対して容易に位置決めできる。
【0037】
（打ち込み工程）
図１１に示すように、回転駆動装置の回転軸を回転させることにより、シャフト１１を回転させるとともに、接合工具１００を被接合材２１，２３へ向かって押し付ける。すると、被接合材２１に当接されているガイド部６０が、コイルバネ８０の付勢力に抗してハウジング３０及びシャフト１１に対して相対的に軸方向他方側に移動する。これにより、シャフト１１が回転しながら軸方向一方側へ移動して、シャフト１１とともに回転するリベット１の軸部３が被接合材２１，２３に埋め込まれる。すると、リベット１の軸部３の周囲において、被接合材２１，２３が摩擦によって加熱して軟化する。このとき、作業者は、ガイド部６０の突出部６３の開口６３ａを介してリベット１の狙い位置が適切かを容易に確認できる。
図１１に示すように、回転駆動装置の回転軸を回転させることにより、シャフト１１を回転させるとともに、接合工具１００を被接合材２１，２３へ向かって押し付ける。すると、被接合材２１に当接されているガイド部６０が、コイルバネ８０の付勢力に抗してハウジング３０及びシャフト１１に対して相対的に軸方向他方側に移動する。これにより、シャフト１１が回転しながら軸方向一方側へ移動して、シャフト１１とともに回転するリベット１の軸部３が被接合材２１，２３に埋め込まれる。すると、リベット１の軸部３の周囲において、被接合材２１，２３が摩擦によって加熱して軟化する。このとき、作業者は、ガイド部６０の突出部６３の開口６３ａを介してリベット１の狙い位置が適切かを容易に確認できる。
【0038】
（離脱工程）
図１２に示すように、リベット１を被接合材２１，２３に埋め込んだら、回転駆動装置の回転軸を引き上げ、接合工具１００を被接合材２１，２３から引き離し、回転駆動装置の回転軸の回転を停止させる。接合工具１００を被接合材２１，２３から引き離すと、被接合材２１，２３に埋め込まれたリベット１の頭部５への保持部１５の係合状態が解除され、回転軸とともにシャフト１１が被接合材２１，２３から引き離される。すると、リベット１の軸部３の周囲において軟化して流動した被接合材２１，２３の塑性流動物が硬化し、軸部３のねじ山７が埋め込まれた接合部位が形成される。これにより、被接合材２１，２３がリベット１によって強固に接合される。
図１２に示すように、リベット１を被接合材２１，２３に埋め込んだら、回転駆動装置の回転軸を引き上げ、接合工具１００を被接合材２１，２３から引き離し、回転駆動装置の回転軸の回転を停止させる。接合工具１００を被接合材２１，２３から引き離すと、被接合材２１，２３に埋め込まれたリベット１の頭部５への保持部１５の係合状態が解除され、回転軸とともにシャフト１１が被接合材２１，２３から引き離される。すると、リベット１の軸部３の周囲において軟化して流動した被接合材２１，２３の塑性流動物が硬化し、軸部３のねじ山７が埋め込まれた接合部位が形成される。これにより、被接合材２１，２３がリベット１によって強固に接合される。
【0039】
また、接合工具１００が被接合材２１，２３から引き離されることにより、圧縮されていたコイルバネ８０が伸長し、このコイルバネ８０の弾性力によってガイド部６０が軸方向一方側へ付勢され、ハウジング３０及びシャフト１１に対して相対的に軸方向一方側に移動する。これにより、シャフト１１の保持部１５がガイド部６０の突出部６３の貫通孔６５における奥側へ引き込んだ状態となる。なお、ガイド部６０は、本体部６１が第二底部５１と軸方向に当接することで、ガイド部６０の軸方向位置が規制され、その後は、ハウジング３０及びシャフト１１とともに、被接合材２１，２３から引き離される。
【0040】
このように、上記第１実施形態に係る接合工具１００及びこれを用いた接合方法によれば、シャフト１１の保持部１５にリベット１を保持させた状態で、回転軸とともにシャフト１１を回転させ、重ね合わせた被接合材２１，２３へ工具本体１３を押し付けることにより、保持部１５に保持させたリベット１を被接合材２１，２３へ埋め込んで強固に接合させることができる。
【0041】
特に、一般的に用いられる卓上ボール盤２００又はハンドドリル３００などの汎用性の高い回転駆動装置の回転軸をシャフト１１の後端に把持させて使用できるので、ロボット等の高価で大型の専用機が不要となる。これにより、設備を簡略化して設備費を抑えることができる。
【0042】
また、リベット１を被接合材２１，２３へ埋め込む際に、ハウジング３０に対して相対的に摺動可能なガイド部６０が被接合材２１に当接されるので、被接合材２１，２３に対してリベット１を安定した状態で、しかも高い精度で位置決めして埋め込むことができる。
【0043】
しかも、シャフト１１の保持部１５は、リベット１を磁力によって吸着する磁石８９、及びリベット１の頭部５を嵌め込んでリベット１と係合する係合凹部８７を含む保持機能部８５を有するので、リベット１を保持部１５へ容易に装着できる。これにより、被接合材２１，２３の接合作業性を向上できる。
【0044】
また、弾性部材として設けたコイルバネ８０によって、リベット１の打ち込み時にハウジング３０に対して相対的に摺動したガイド部６０を円滑に初期位置へ戻すことができる。
【0045】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る接合工具について説明する。なお、第１実施形態に係る接合工具と同一構成部分は、同一符号を付して説明を省略する。
次に、第２実施形態に係る接合工具について説明する。なお、第１実施形態に係る接合工具と同一構成部分は、同一符号を付して説明を省略する。
【0046】
図１３は、第２実施形態に係る接合工具１００Ａの軸方向に沿う断面図である。第２実施形態に係る接合工具１００Ａでは、シャフト１１は、その先端に、フリクション・エレメント・接合（以下、ＦＥＷと記す）方式で用いられるエレメント（接合補助部材）９１を保持可能な保持部１５Ａを備えている。つまり、この接合工具１００Ａは、エレメント９１を回転させて被接合材２１，２３に押し込むＦＥＷ方式によって被接合材２１，２３を接合する際に用いられる工具である。
【0047】
図１４は、ＦＥＷ方式による接合について説明する被接合材２１，２３における接合箇所の断面図である。ＦＥＷ方式に用いられるエレメント９１は、突起部９３と、突起部９３の基端に設けられたフランジ９５とを有する。フランジ９５は、例えば、平面視六角形状に形成されている。このエレメント９１は、重ね合わされた複数の被接合材２１，２３に、突起部９３の軸線まわりに回転されつつ先端から押し込まれる。これにより、突起部９３は、被接合材２１を貫通し、この被接合材２１に重ね合わされた被接合材２３に埋め込まれる。これにより、エレメント９１と被接合材２１，２３とが係合し、被接合材２１，２３同士がエレメント９１によって接合される。
【0048】
この接合工具１００Ａのシャフト１１に設けられた保持部１５Ａも、係合凹部８７及び磁石８９を含む保持機能部８５を有している。そして、保持機能部８５では、エレメント９１のフランジ９５が係合凹部８７に嵌め込まれることにより、エレメント９１のフランジ９５が係合凹部８７に係合されるとともに、磁石８９によって吸着される。これにより、エレメント９１が保持部１５Ａの保持機能部８５に保持される。
【0049】
次に、上記構成の接合工具１００Ａを用いてエレメント９１によって被接合材２１，２３を接合させる場合について工程毎に説明する。
図１５及び図１６は、それぞれ接合工具１００Ａによる被接合材２１，２３の接合の工程を示す軸方向に沿う断面図である。
図１５及び図１６は、それぞれ接合工具１００Ａによる被接合材２１，２３の接合の工程を示す軸方向に沿う断面図である。
【0050】
（工具組付け工程）
図１５に示すように、第２実施形態に係る接合工具１００Ａによって被接合材２１，２３を接合させる場合も、回転駆動装置の回転軸のチャックＣにシャフト１１の後端を把持させて接合工具１００Ａを回転駆動装置に組付ける。
図１５に示すように、第２実施形態に係る接合工具１００Ａによって被接合材２１，２３を接合させる場合も、回転駆動装置の回転軸のチャックＣにシャフト１１の後端を把持させて接合工具１００Ａを回転駆動装置に組付ける。
【0051】
（エレメント装着工程）
次に、接合工具１００Ａの先端において、突出部６３の貫通孔６５内へフランジ９５側からエレメント９１を挿し込み、エレメント９１のフランジ９５を、シャフト１１の保持部１５Ａの係合凹部８７に嵌め込む。これにより、エレメント９１を、保持部１５Ａの係合凹部８７及び磁石８９を備えた保持機能部８５に保持させる。
次に、接合工具１００Ａの先端において、突出部６３の貫通孔６５内へフランジ９５側からエレメント９１を挿し込み、エレメント９１のフランジ９５を、シャフト１１の保持部１５Ａの係合凹部８７に嵌め込む。これにより、エレメント９１を、保持部１５Ａの係合凹部８７及び磁石８９を備えた保持機能部８５に保持させる。
【0052】
（当接工程）
接合工具１００Ａを、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に近付け、ガイド部６０の突出部６３の先端面からなる当接面７１を、一方の被接合材２１の表面に当接させる。このとき、作業者は、位置決め溝７３を視認し、被接合材２１に付したマーク等に対して位置合わせすることで、接合工具１００Ａを被接合材２１に対して容易に位置決めできる。
接合工具１００Ａを、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に近付け、ガイド部６０の突出部６３の先端面からなる当接面７１を、一方の被接合材２１の表面に当接させる。このとき、作業者は、位置決め溝７３を視認し、被接合材２１に付したマーク等に対して位置合わせすることで、接合工具１００Ａを被接合材２１に対して容易に位置決めできる。
【0053】
（打ち込み工程）
図１６に示すように、回転駆動装置の回転軸を回転させてシャフト１１を回転させるとともに、接合工具１００Ａを被接合材２１，２３へ向かって押し付ける。これにより、シャフト１１とともに回転するエレメント９１の突起部９３を、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に押圧する。
図１６に示すように、回転駆動装置の回転軸を回転させてシャフト１１を回転させるとともに、接合工具１００Ａを被接合材２１，２３へ向かって押し付ける。これにより、シャフト１１とともに回転するエレメント９１の突起部９３を、互いに重ね合わせた被接合材２１，２３に押圧する。
【0054】
すると、エレメント９１は、突起部９３が被接合材２１に回転しながら圧接されることにより、被接合材２１との間で発生する摩擦熱によって被接合材２１を軟化させて貫通する。さらに、被接合材２１を貫通した突起部９３が被接合材２３に回転しながら圧接することにより、被接合材２３との間で発生する摩擦熱によって被接合材２３を軟化させ、被接合材２３に埋め込まれる。このとき、作業者は、ガイド部６０の突出部６３の開口６３ａを介してエレメント９１の狙い位置が適切かを容易に確認できる。
【0055】
（離脱工程）
エレメント９１を被接合材２１，２３に埋め込んだら、回転駆動装置の回転軸を引き上げ、接合工具１００Ａを被接合材２１，２３から引き離し、回転駆動装置の回転軸の回転を停止させる。接合工具１００Ａを被接合材２１，２３から引き離すと、被接合材２１，２３に埋め込まれたエレメント９１のフランジ９５への保持部１５Ａの係合状態が解除され、回転軸とともにシャフト１１が被接合材２１，２３から引き離される。すると、エレメント９１の突起部９３の周囲において軟化して流動した被接合材２１，２３の塑性流動物が硬化し、突起部９３が埋め込まれた接合部位が形成される。これにより、被接合材２１，２３がエレメント９１によって強固に接合される。
エレメント９１を被接合材２１，２３に埋め込んだら、回転駆動装置の回転軸を引き上げ、接合工具１００Ａを被接合材２１，２３から引き離し、回転駆動装置の回転軸の回転を停止させる。接合工具１００Ａを被接合材２１，２３から引き離すと、被接合材２１，２３に埋め込まれたエレメント９１のフランジ９５への保持部１５Ａの係合状態が解除され、回転軸とともにシャフト１１が被接合材２１，２３から引き離される。すると、エレメント９１の突起部９３の周囲において軟化して流動した被接合材２１，２３の塑性流動物が硬化し、突起部９３が埋め込まれた接合部位が形成される。これにより、被接合材２１，２３がエレメント９１によって強固に接合される。
【0056】
また、接合工具１００Ａが被接合材２１，２３から引き離されることにより、圧縮されていたコイルバネ８０が伸長し、このコイルバネ８０の弾性力によってガイド部６０が軸方向一方側へ付勢され、ハウジング３０及びシャフト１１に対して相対的に軸方向一方側に移動する。これにより、シャフト１１の保持部１５Ａがガイド部６０の突出部６３の貫通孔６５における奥側へ引き込んだ状態となる。なお、ガイド部６０は、本体部６１が第二底部５１と軸方向に当接することで、ガイド部６０の軸方向位置が規制され、その後は、ハウジング３０及びシャフト１１とともに、被接合材２１，２３から引き離される。
【0057】
このように、上記第２実施形態に係る接合工具１００Ａ及びこれを用いた接合方法によれば、シャフト１１の保持部１５Ａにエレメント９１を保持させた状態で、回転軸とともにシャフト１１を回転させ、重ね合わせた被接合材２１，２３へ接合工具１００Ａの工具本体を押し付けることにより、保持部１５Ａに保持させたエレメント９１を被接合材２１，２３へ埋め込んで強固に接合させることができる。
【0058】
上記した第１実施形態及び第２実施形態では、互いに重ね合わせた２枚の被接合材２１，２３を接合させる場合を例示したが、接合する被接合材の枚数は３枚以上であってもよい。
【0059】
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0060】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 重ね合わせた被接合材同士を、接合補助部材を埋め込んで接合させる接合工具であって、
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
この接合工具によれば、シャフトの保持部に接合補助部材を保持させた状態で、回転軸とともにシャフトを回転させ、重ね合わせた被接合材へ工具本体を押し付けることにより、保持部に保持させた接合補助部材を被接合材へ埋め込んで強固に接合させることができる。
特に、一般的に用いられる卓上ボール盤又はハンドドリルなどの汎用性の高い回転駆動装置の回転軸をシャフトの後端に把持させて用いることができるので、ロボット等の高価で大型の専用機を不要にできる。これにより、設備を簡略化して設備費を抑えることができる。
また、接合補助部材を被接合材へ埋め込む際に、ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部が被接合材に当接されるので、被接合材に対して接合補助部材を安定した状態で、しかも高い精度で位置決めして埋め込むことができる。
（１） 重ね合わせた被接合材同士を、接合補助部材を埋め込んで接合させる接合工具であって、
先端に前記接合補助部材を保持可能な保持部を有し、後端が回転駆動装置の回転軸に把持されて前記回転軸とともに回転されるシャフトと、
前記シャフトが中心に通された工具本体と、を有し、
前記工具本体は、
前記シャフトを回転可能に支持するハウジングと、
前記被接合材に当接可能な当接面を有し、前記ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部と、
前記ハウジングと前記ガイド部との間に設けられて前記ガイド部を先端側へ付勢する弾性部材と、
を備える接合工具。
この接合工具によれば、シャフトの保持部に接合補助部材を保持させた状態で、回転軸とともにシャフトを回転させ、重ね合わせた被接合材へ工具本体を押し付けることにより、保持部に保持させた接合補助部材を被接合材へ埋め込んで強固に接合させることができる。
特に、一般的に用いられる卓上ボール盤又はハンドドリルなどの汎用性の高い回転駆動装置の回転軸をシャフトの後端に把持させて用いることができるので、ロボット等の高価で大型の専用機を不要にできる。これにより、設備を簡略化して設備費を抑えることができる。
また、接合補助部材を被接合材へ埋め込む際に、ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部が被接合材に当接されるので、被接合材に対して接合補助部材を安定した状態で、しかも高い精度で位置決めして埋め込むことができる。
【0061】
（２） 前記シャフトの前記保持部は、前記接合補助部材を吸着または係合して着脱可能に保持する保持機能部を備える、（１）に記載の接合工具。
この接合工具によれば、シャフトの保持部が、接合補助部材を吸着または係合して着脱可能に保持する保持機能部を備えるので、接合補助部材を保持部へ容易に装着できる。これにより、被接合材の接合作業性を向上できる。
この接合工具によれば、シャフトの保持部が、接合補助部材を吸着または係合して着脱可能に保持する保持機能部を備えるので、接合補助部材を保持部へ容易に装着できる。これにより、被接合材の接合作業性を向上できる。
【0062】
（３） 前記保持機能部は、前記接合補助部材を磁力によって吸着する磁石と、前記接合補助部材が嵌め込まれることにより、前記接合補助部材を係合する凹部との少なくとも一方である、（２）に記載の接合工具。
この接合工具によれば、接合補助部材を磁石の磁力と凹部の係合力との少なくとも一方によって容易に保持部へ装着させることができ、被接合材の接合作業性を向上できる。
この接合工具によれば、接合補助部材を磁石の磁力と凹部の係合力との少なくとも一方によって容易に保持部へ装着させることができ、被接合材の接合作業性を向上できる。
【0063】
（４） 前記弾性部材は、コイルバネであり、
前記ガイド部は、前記コイルバネが伸縮することにより、前記シャフトに対して相対的に摺動される、（１）～（３）のいずれか一つに記載の接合工具。
この接合工具によれば、接合補助部材の打ち込み時にハウジングに対して相対的に摺動したガイド部をコイルバネによって円滑に初期位置へ戻すことができる。
前記ガイド部は、前記コイルバネが伸縮することにより、前記シャフトに対して相対的に摺動される、（１）～（３）のいずれか一つに記載の接合工具。
この接合工具によれば、接合補助部材の打ち込み時にハウジングに対して相対的に摺動したガイド部をコイルバネによって円滑に初期位置へ戻すことができる。
【0064】
（５） （１）～（４）のいずれか一つに記載の接合工具を用い、互いに重ね合わせた前記被接合材同士を前記接合補助部材によって接合させる接合方法であって、
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、接合方法。
この接合方法によれば、保持部に保持させた接合補助部材を被接合材へ埋め込んで強固に接合させることができる。
特に、一般的に用いられる卓上ボール盤又はハンドドリルなどの汎用性の高い回転駆動装置の回転軸をシャフトの後端に把持させて用いることにより、ロボット等の高価で大型の専用機を用いることなく、被接合材を簡易に接合できる。
また、接合補助部材を被接合材へ埋め込む際に、ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部を被接合材に当接させるので、被接合材に対して接合補助部材を安定した状態で、しかも高い精度で位置決めして埋め込むことができる。
前記シャフトの後端を前記回転駆動装置の前記回転軸に把持させ、
前記シャフトの前記保持部に前記接合補助部材を保持させ、
前記ガイド部を前記被接合材に当接させ、
前記回転軸とともに前記シャフトを回転させながら前記接合工具を前記被接合材へ向かって押圧することにより、前記シャフトとともに回転する前記接合補助部材を前記被接合材に埋め込んで前記被接合材を前記接合補助部材によって接合させる、接合方法。
この接合方法によれば、保持部に保持させた接合補助部材を被接合材へ埋め込んで強固に接合させることができる。
特に、一般的に用いられる卓上ボール盤又はハンドドリルなどの汎用性の高い回転駆動装置の回転軸をシャフトの後端に把持させて用いることにより、ロボット等の高価で大型の専用機を用いることなく、被接合材を簡易に接合できる。
また、接合補助部材を被接合材へ埋め込む際に、ハウジングに対して相対的に摺動可能なガイド部を被接合材に当接させるので、被接合材に対して接合補助部材を安定した状態で、しかも高い精度で位置決めして埋め込むことができる。
【符号の説明】
【0065】
１ リベット（接合補助部材）
１１ シャフト
１３ 工具本体
１５，１５Ａ 保持部
２１，２３ 被接合材
３０ ハウジング
６０ ガイド部
７１ 当接面
８０ コイルバネ（弾性部材）
８５ 保持機能部
８７ 係合凹部（凹部）
８９ 磁石
９１ エレメント（接合補助部材）
１００，１００Ａ 接合工具
２００ 卓上ボール盤（回転駆動装置）
２０５，３０５ 回転軸
３００ ハンドドリル（回転駆動装置）
１１ シャフト
１３ 工具本体
１５，１５Ａ 保持部
２１，２３ 被接合材
３０ ハウジング
６０ ガイド部
７１ 当接面
８０ コイルバネ（弾性部材）
８５ 保持機能部
８７ 係合凹部（凹部）
８９ 磁石
９１ エレメント（接合補助部材）
１００，１００Ａ 接合工具
２００ 卓上ボール盤（回転駆動装置）
２０５，３０５ 回転軸
３００ ハンドドリル（回転駆動装置）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】