摩擦点接合方法およびその装置
【課題】 金属部材同士を重ね合せて回転ツールによる摩擦熱で塑性流動させて接合する摩擦点接合方法及びその装置において、回転ツールの金属部材への過度に深い挿入ないし金属部材の貫通を回避しつつ金属部材が軟化する高い温度を維持したまま十分な時間攪拌し、もって金属部材の良好な塑性流動を図り、接合強度を確保することを課題とする。
【解決手段】 第２の加圧力よりも低い第３の加圧力で３段目の加圧を行い、回転ツールの上板に対する過挿入を抑制しつつ上板を塑性流動させ、接合部近傍の温度を上板が軟化する温度に維持する。
【解決手段】 第２の加圧力よりも低い第３の加圧力で３段目の加圧を行い、回転ツールの上板に対する過挿入を抑制しつつ上板を塑性流動させ、接合部近傍の温度を上板が軟化する温度に維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦点接合、特に、異種の金属部材同士を重ね合せて接合する摩擦点接合の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の軽量化を図る１つの方策として、自動車のボディ等にアルミニウムやアルミニウム合金（以下総じて単に「アルミ」ということがある）で作製された部材が多く採用されるようになっており、それに伴い、例えばアルミと鉄又はアルミと鋼といった異種の金属部材同士を接合する機会が多くなっている。その場合に、これらの異種の金属部材同士を接合する手段として、摩擦点接合が知られている。この摩擦点接合は、例えばアルミニウム合金等の第１金属部材と、該第１金属部材よりも融点の高い例えば鋼等の第２金属部材とを重ね合せてワークとし、このワークに融点の低いほうの第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで、該回転ツールの回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱により第１金属部材を軟化させ、塑性流動させて、両金属部材を融点以下の温度で固相接合（溶融を伴わない固相状態のままの接合）するものである。
【０００３】
この点に関し、特許文献１には、複数の金属部材を重ね合せたワークに、ピン部とショルダ部とを有する回転ツールを回転させながら押し込んで、金属部材同士をスポット接合する場合に、例えばピン部のみがワークに接触している接合の初期段階では、回転ツールの回転速度を高回転にし又は加圧力を高加圧力にして、摩擦熱の発生を促進する一方、ピン部とショルダ部とが共にワークに接触している接合の後期段階では、回転ツールの回転速度を低回転にし又は加圧力を低加圧力にして、ワークの軟化部分の良好な攪拌を図る技術が開示されている。
【０００４】
また、本出願人は、回転ツールのピン部による旋回中心の位置決めを確保するために、加圧力を段階的に増加させながら回転ツールを押し込むようにした金属部材のスポット接合方法およびその装置についてすでに出願をしているところである（特願２００３−４０６７０９号）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、アルミと鋼等の異種金属部材同士を接合する場合、両部材間の接合境界面に存在する亜鉛メッキ層を接合部から排出したり、あるいは酸化皮膜を破壊したりして、両金属部材の新生面を露出させることが、高い接合強度を確保する点で有利に働く。そして、そのためには、回転ツールを押し込んだ金属部材を十分に軟化させ塑性流動させることが肝要である。金属部材を良好に塑性流動させるためには、接合部の温度を金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇させた後、その温度を所定時間維持して、その期間中、金属部材を連続的に塑性流動させる必要がある。そして、接合部の温度を金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇させるには、比較的高い加圧力が要求されるから、その点、本出願人の上記出願に係る技術は好適であるが、なお、次のような不具合が残存する。
【０００７】
つまり、回転ツールのピン部もショルダ部も共に金属部材に押し込んだ状態の接合の後期段階において、金属部材の良好な塑性流動を図るために、比較的高い加圧力を維持したまま所定時間攪拌していると、回転ツールが上板であるアルミ板内に過度に深く挿入してしまい、回転ツールと下板である鋼板との間に残るアルミの板厚（残厚）が過度に薄くなって、アルミ板材の引きちぎり現象が発生するのである。そして、その結果、接合部においてアルミの欠損が生じ、電気腐蝕や接合強度低下の問題が起こる。また、引きちぎられたアルミは回転ツールに凝着し、該ツールによる円滑な接合動作が阻害されてしまう。また、回転ツールが接合境界面まで貫通し、下板の鋼板に突き当たって擦れ、ツールのピン部の先端が摩滅する可能性もある。
【０００８】
本発明は、異種金属部材同士を重ね合せて接合する場合における上記のような不具合に対処するもので、回転ツールの金属部材への過度に深い挿入ないし金属部材の貫通を回避しながら、金属部材が軟化する高い温度を維持したまま十分な時間攪拌し、もって金属部材の良好な塑性流動を図り、接合強度を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する方法であって、回転ツールとして、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものを用い、該回転ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、該ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する第３の工程とを経ることを特徴とする。
【００１１】
そして、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１の加圧力は１．４７ｋＮ以上、３．４３ｋＮ以下であり、第２の加圧力は１．７４ｋＮ以上、５．８８ｋＮ以下であり、第３の加圧力は０．４９ｋＮ以上、１．４７ｋＮ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１の工程では回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させることを特徴とする。
【００１３】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いることを特徴とする。
【００１４】
そして、本願の請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１金属部材はアルミニウム合金製であり、第２金属部材は鋼製であって、両金属部材を接合境界面において固相状態で接合することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本願の請求項６に記載の発明は、第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する装置であって、回転ツールは、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものであると共に、該回転ツールを回転させる回転手段と、該回転ツールをワークに対して進退移動させる移動手段と、上記回転手段及び移動手段で該ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、回転ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込み、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込み、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する加圧力制御手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上の様に構成したことにより、まず、請求項１に記載の発明によれば、異種金属部材を重ね合わせて回転ツールで摩擦点接合する場合に、第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、第１の加圧力より高い第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、回転ツールの加圧力を第２の加圧力より低い第３の加圧力に保持する第３の工程とを経るようにしたから、第１の工程では、発生する摩擦熱により第１金属部材が軟化し始め、次の第２の工程では、発生する摩擦熱により接合部の温度が第１金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇して、第１金属部材が塑性流動し始め、そして第３の工程では、加圧力を低くしたから、回転ツールが過度に深く挿入することが抑制され、回転ツールを所定の挿入位置で保持することができ、したがって、この第３の工程では、第１金属部材の引きちぎり現象や回転ツールの貫通の問題を回避しつつ、第１金属部材が軟化する高い温度が維持できて、第１金属部材の良好な塑性流動が確保される。よって、この第３の工程では、金属部材の良好な塑性流動を長時間維持することができ、接合強度が確保される。
【００１７】
そして、請求項２に記載の発明によれば、各工程における加圧力の範囲を数値限定したから、上記請求項１に記載の発明の効果が確実に得られることとなる。
【００１８】
次に、請求項３に記載の発明によれば、第１の工程では金属部材と相対すべりを生じる回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させるようにしたから、第１の行程では、相対すべりによって発生する摩擦熱で第１金属部材が確実に軟化し始め、そして、第２の工程では、回転速度を一旦落とすから、回転ツールによる金属部材の軟化部分の良好な攪拌が図られ、そして、第３の工程では、回転速度に拘らず、金属部材の良好な塑性流動を長時間維持することができる。
【００１９】
そして、請求項４に記載の発明によれば、回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いるから、塑性流動する第１金属部材が、回転ツールの直下から外方へ流出することを抑制し、回転ツールによる加圧力を回転ツールの直下に集中させて、第１金属部材の塑性流動を促進させることが可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、第１金属部材がアルミニウム合金製であり、第２金属部材が鋼製であって、両金属部材の接合境界面を固相状態で接合するようにしたから、融点が低いほうの第１金属部材に塑性流動を生じさせ、第１金属部材と第２金属部材とを接合するために必要とするエネルギーを少なくすると共に、接合に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２１】
一方、請求項６に記載の発明によれば、請求項１の方法で得られる効果と同様の効果が得られる装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本実施形態に係る摩擦点接合装置１の概略正面図である。この摩擦点接合装置１は、例えば自動車のボディ等に採用されるアルミ部材同士の接合、又はアルミ部材と鋼部材との接合に用いられるもので、主たる構成要素として、接合ガン１０と、該接合ガン１０を手首に備えるロボット４０とを含んでいる。ロボット４０としては、汎用される６軸垂直多関節型ロボットが好ましく使用可能である。
【００２３】
図２及び図３に拡大して示すように、接合ガン１０は、ロボット４０への取付ボックス１１と、該取付ボックス１１の下面から下方に延びるＬ字状のアーム１２と、該アーム１２の上方で上記取付ボックス１１の側面に取り付けられた本体ケース１３と、加圧用モータ１４と、回転用モータ１５とを有し、本体ケース１３の下端部に接合用工具１８の一方である回転ツール１６が具備されている。一方、上記回転ツール１６の直下で該回転ツール１６と対向して上記アーム１２の先端に接合用工具１８の他方である受け具１７が具備されている。
【００２４】
図４にさらに拡大して示すように、本体ケース１３の内部には、上下に平行に延びるネジ軸（昇降軸）２４とスプライン軸（回転軸）２５とがそれぞれ回転自在に備えられている。両軸２４，２５の上端部は上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで従動プーリ２６，２７が組み付けられている。一方、図５に示すように、上蓋部材２１は、本体ケース１３の上部から本体ケース１３の側方に張り出しており（図３参照）、この張出部に加圧用モータ１４及び回転用モータ１５が固定されている。その場合に、両モータ１４，１５の出力軸１４ａ，１５ａの上端部は上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで駆動プーリ１４ｂ，１５ｂが組み付けられている。そして、各駆動プーリ１４ｂ，１５ｂと従動プーリ２６，２７との間にそれぞれ動力伝達用のベルト２８，２９が巻き掛けられて、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のａ，ｂ方向に回転駆動され、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のｃ方向に回転駆動される。
【００２５】
図４に戻り、ネジ軸２４の螺子部２４ａに昇降ブロック３１が螺合されており、スプライン軸２５のスプライン部２５ａに回転筒体３５がスプライン結合されている。回転筒体３５は、上記昇降ブロック３１に結合部材３２を介して一体に結合された昇降筒体３３の内部に回転自在に備えられている。本体ケース１３の下面には円筒状の下方突出部１３ａが形成されており、該下方突出部１３ａの下端部には下部カバー２３が備えられて、昇降筒体３３及び回転筒体３５の下端部は上記下部カバー２３を超えて下方に突出している。その場合に、内側の回転筒体３５のほうが外側の昇降筒体３３よりも長く下方に突出し、該回転筒体３５の先端部に取付部材３６が固着されて、該取付部材３６に回転ツール１６が着脱自在（交換自在）に取り付けられている。なお、下部カバー２３と昇降筒体３３の下端部との間に、昇降筒体３３の外表面を本体ケース１３の外部の汚染等から保護する伸縮自在の蛇腹部材３４が備えられている。
【００２６】
以上により、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のａ方向に回転駆動されたときは、昇降体３０（昇降ブロック３１と結合部材３２と昇降筒体３３の一体物をいう）が螺子部２４ａとの螺合によって下降し、昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び回転ツール１６も一緒に下降する。逆に、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のｂ方向に回転駆動されたときは、昇降体３０が螺子部２４ａとの螺合によって上昇し、昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び回転ツール１６も一緒に上昇する。また、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のｃ方向に回転駆動されたときは、上記のような昇降体３０の動きとは無関係に、回転筒体３５がスプライン部２５ａとのスプライン結合によって同方向ｃに回転し、回転筒体３５に取り付けられた回転ツール１６も一緒に同方向ｃに回転する。図１〜図３には、そのときの回転ツール１６の回転軸心を符号Ｘで示してある。
【００２７】
ここで、加圧用モータ１４としては、回転角の制御及び検知が容易なサーボモータが好ましく使用可能であり、回転用モータ１５としては、同じく回転角の制御及び検知が容易なサーボモータあるいは回転速度の制御が容易なインダクションモータが好ましく使用可能である。
【００２８】
図６に回転ツール１６の先端部を拡大して示す。この回転ツール１６は、特に、異種の金属部材（例えばアルミと鋼等）の接合に好適なように設計されており、円柱状の胴体部１６ａの下端面（その輪郭は円形である）が、金属部材と当接して該金属部材を加圧するショルダ部１６ｂとされている。その場合に、ショルダ部１６ｂは、平坦ではなく、所定角度（θ）傾斜して、回転軸心Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状（特許請求の範囲の「環状の凹部」の１例：この他、例えば、回転軸心Ｘ側に向かって深くなるように傾斜した曲面形状等でもよい）とされている。そして、該ショルダ部１６ｂの中心に円柱状のピン部１６ｃが立設され、該ピン部１６ｃはショルダ部１６ｂの下端部つまりショルダ部１６ｂの周縁部よりも所定長さ（ｈ）だけ下方に突出している。ここで、回転ツール１６の具体的寸法としては、例えば、ショルダ部１６ｂの直径が１０ｍｍ、ピン部１６ｃの直径が２ｍｍ、ショルダ部１６ｂの傾斜角（θ）が５°〜７°、ピン部１６ｃの突出長さ（ｈ）が０．３５ｍｍ又は０．３ｍｍ等とされる。
【００２９】
図１に示したように、ロボット４０はハーネス５１を介して制御盤５０と接続されている。また、接合ガン１０はハーネス５２，５４，５５及び中継器５３を介して制御盤５０と接続されている。そして、加圧用モータ１４及び回転用モータ１５の回転駆動が制御盤５０に内蔵された図示しない制御ユニットによって開始、制御又は停止される。
【００３０】
そして、図７に例示するように、本実施形態においては、融点の相対的に低い第１金属部材Ｗ１（例えばアルミ板材）を上板とし、融点の相対的に高い第２金属部材Ｗ２（例えば鋼板材）を下板として重ね合せたワークを図示しない適宜手段によって把持して固定する。次に、このワークに向かって接合ガン１０がロボット４０によって近接されて、回転ツール１６がワークの上方に、受け具１７がワークの下方に位置して接合ガン１０が停止する。そして、まず、接合ガン１０全体が上動することにより、受け具が第２金属部材Ｗ２の下面に当接する。そして、この状態でワークに向かって上方から、つまり第１金属部材Ｗ１の側から、回転ツール１６を回転させながら下降させて押し込み、この回転ツール１６の回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱で第１金属部材Ｗ１を軟化させ、そののち塑性流動させて、両金属部材Ｗ１，Ｗ２を固相接合する。
【００３１】
この接合においては、回転ツール１６の回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱で第１金属部材Ｗ１を軟化させ、そののち塑性流動させて、融点の相対的に低い第１金属部材Ｗ１と融点の相対的に高い第２金属部材Ｗ２とを接合するようにしたから、融点が低いほうの第１金属部材Ｗ１に塑性流動を生じさせ、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを接合するために必要とするエネルギーを少なくすると共に、接合に要する時間を短縮することが可能となる。
【００３２】
このとき、１つの接合部Ｐで接合が終了すると、回転ツール１６を上昇させ、接合ガン１０全体を下動させ、かつ所定距離だけ水平移動させた後、再び接合ガン１０全体を上動させ、かつ回転ツール１６を下降させて接合を行うことにより、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を複数の接合部Ｐ…Ｐで摩擦点接合することができる。
【００３３】
さらに詳しく説明すると、まず、図８に示すように、回転ツール１６が下降してピン部１６ｃの先端のみが第１金属部材Ｗ１に接触する１段目（特許請求の範囲の「第１の工程」）の加圧のとき（後述する図１２中における時間ｔ１〜ｔ２に相当する）は、その接触部位で摩擦熱Ｈが発生し、周囲に拡散していく。第１金属部材Ｗ１及び酸化防止のために第２金属部材Ｗ２の表面に施されている亜鉛メッキ層Ｚは、上記摩擦熱Ｈによって接合部Ｐにおいて軟化し始める。
【００３４】
このとき、相対的に低い加圧力である第１の加圧力で回転ツール１６を上記第１金属部材Ｗ１に押し込むため、ピン部１６ｃの先端部の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
【００３５】
次に、図９に示すように、回転ツール１６がさらに下降してショルダ部１６ｂの先端が第１金属部材Ｗ１に突入する２段目（特許請求の範囲の「第２の工程」）の加圧のとき（図１２中における時間ｔ２〜ｔ３に相当する）は、ピン部１６ｃの回転及び加圧に加えて、大径のショルダ部１６ｂの回転及び加圧により、より大量の摩擦熱Ｈが発生し、第１金属部材Ｗ１は十分に軟化して塑性流動し始める（符号Ａ）。しかも、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが回転軸心Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状とされているから、塑性流動する第１金属部材Ｗ１は、回転ツール１６の直下から外方へ流出するのが抑制され、その結果、回転ツール１６による加圧力が回転ツール１６の直下に集中して、第１金属部材Ｗ１の塑性流動が促進させることが可能となる。
【００３６】
このとき、上記第１の加圧力よりも高い加圧力である第２の加圧力で回転ツール１６を上記第１金属部材Ｗ１に押し込む。第１の加圧力で加圧を行い、発生する摩擦熱により第１金属部材Ｗ１をある程度軟化させた上で、さらに高い加圧力である第２の加圧力で加圧を行うため、第１金属部材Ｗ１を回転ツール１６の回転動作及び加圧動作により確実に塑性流動させることが可能となる。そして、回転ツール１６による加圧及び第１金属部材Ｗ１の塑性流動によって、軟化した亜鉛メッキ層Ｚが接合部Ｐから押し出され、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合境界面（第２金属部材Ｗ２の上面）において第２金属部材Ｗ２の新生面が露出すると共に、図示しないが、空気中の酸素により第１金属部材Ｗ１の表面に生成している酸化皮膜が接合部Ｐにおいて破壊され、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合境界面（第１金属部材Ｗ２の下面）において第１金属部材Ｗ１の新生面が露出する。
【００３７】
次に、図１０に示すように、回転ツール１６がさらに下降してショルダ部１６ｂが第１金属部材Ｗ１に深く突入する３段目（特許請求の範囲の「第３の工程」）の加圧のとき（図１２中における時間ｔ３〜ｔ４に相当する）は、回転ツール１６で押し出された金属材料がバリＢとなってワークの表面に隆起すると共に、亜鉛メッキ層Ｚがより一層接合部Ｐから押し出され、また酸化皮膜がより一層破壊されて、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の新生面の露出範囲が拡大する（図中×で表示した範囲）。その結果、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の摩擦点接合（固相接合）の接合強度の向上が図られる。
【００３８】
このとき、上記第２の加圧力での加圧を長時間維持すると、第１金属部材Ｗ１を過剰に軟化させて、回転ツール１６が該第１金属部材Ｗ１内に深く進入してしまうことで、第２金属部材Ｗ２と回転ツール１６との間の部分の第１金属部材Ｗ１の板厚が薄くなり、第１金属部材Ｗ１が回転ツール１６に凝着する引きちぎり現象が生じる。このように、引きちぎり現象が生じると、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との接触部分の面積が小さくなり接合強度が低下するという不具合が生じる。また、回転ツール１６のピン部１６ｃの先端が上板である第１金属部材Ｗ１を突き抜けて下板である第２金属部材Ｗ２に突き当たることで、第１金属部材Ｗ１にピン部１６ｃで孔が開き、電気腐食の問題が生じてしまう。
【００３９】
このため、この３段目の加圧では上記第２の加圧力よりも低い加圧力である第３の加圧力での加圧を行い、回転ツール１６の進入を抑制することで、第１金属部材Ｗ１の温度を、第２の加圧力での加圧時の温度のまま維持した状態で引き続き第１金属部材Ｗ１を塑性流動させつつ、ピン部１６ｃが第２金属部材Ｗ２に突き当たることを防止して、引きちぎり現象及び電気腐食の問題の発生を回避する。
【００４０】
なお、亜鉛メッキ層Ｚの１部に（符号Ｙ）、第１金属部材Ｗから由来の金属と、亜鉛メッキ層Ｚから由来の金属との金属混合物が生成する。
【００４１】
以上により、図１１に示すように、接合終了後に回転ツール１６を上昇させた後の接合部Ｐにおいては、ワークの表面に、バリＢで囲まれた状態で、ショルダ部１６ｂの痕とピン部１６ｃの痕とが残る。図１２のグラフに、上記１段目の加圧から３段目の加圧までの間における回転ツール１６の回転数と加圧力との変化の１例を示す。
【００４２】
次に、図１３に示すように、上板である第１金属部材Ｗ１と下板である第２金属部材Ｗ２と重ね合わせてワークＷとし、第２金属部材Ｗ２の下側から２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ、第２金属部材Ｗ２における接合部Ｐの中央部と端部とに挿入し亜鉛メッキ層Ｚから０．５ｍｍ離れた位置にセットして、上記ワークＷの摩擦点接合の際に３段目の加圧を行った場合と３段目の加圧を行わなかった場合とにおいて、接合部Ｐの中央部と端部との温度の変化を調べてみた。なお、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用い、下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いて測定を行い、接合条件は、１段目の加圧における加圧力を１．４７ｋＮ、回転数を３５００ｒｐｍ、加圧時間を１．０ｓとし、２段目の加圧における加圧力を４．９０ｋＮ、回転数を１５００ｒｐｍ、加圧時間を１．５４ｓとし、３段目の加圧における加圧力を０．９８ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を２．４ｓとした。結果を図１４及び図１５のグラフに示す。
【００４３】
図１４に示すように、３段目の加圧を行わなかった場合は、接合部Ｐの中央部及び端部のいずれの場所においても２段目の加圧で接合部Ｐの温度が、第１金属部材Ｗ１を十分軟化させ塑性流動させる温度まで上昇して、２段目の加圧が終了したら降下することが確認された。
【００４４】
一方、図１５に示すように、３段目の加圧を行った場合は、２段目の加圧で接合部Ｐの温度が、第１金属部材Ｗ１を十分軟化させ塑性流動させる温度まで上昇した後、該温度が３段目の加圧によって一定時間保たれた後に、降下することが確認された。
【００４５】
以上の結果から、２段目の加圧の後に３段目の加圧を行うことで、第１金属部材Ｗ１を引き続き良好に塑性流動させた状態で長時間両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合を確実に行いつつ回転ツール１６の過挿入や貫通を防ぎ、引きちぎり現象の発生を防ぐことができて、接合強度が確保される。
【００４６】
次に、この接合方法で異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金板）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合した場合における接合強度の試験を、それぞれ３段目の加圧時間をそれぞれ０ｓ、０．５ｓ、１．５ｓに設定して行った。
まず、図１６に示すように、接合強度試験の試験方法として、十字引っ張り試験を採用した。すなわち、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を十字形状に重ね合せてクランプした状態で、第１金属部材Ｗ１の上側から十字の中央部の接合部Ｐの位置に摩擦接合を行った後、第１金属部材Ｗ１を上方向矢印Ｍ１の向きに引っ張り、第２金属部材Ｗ２を下方向矢印Ｍ２の向きに引っ張って、両金属部材Ｗ１，Ｗ２が剥離したときの引っ張り力（剥離強度）を調べた。接合の条件を図１７に示し、剥離強度の測定結果を図１８に示す。なお、この図１８に示した剥離強度の結果は、上記十字引っ張り試験を３回行ったときの剥離強度の値の平均値を示しており、第１金属部材Ｗ１にアルミ６０００系合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、第２金属部材Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。
【００４７】
剥離強度の測定結果では、図１８に示すように、３段目の加圧時間が長い場合の方が、短い場合と比較して剥離強度が大きいが、いずれも接合強度が保たれていた。また、図中の縦線グラフで表される剥離強度の標準偏差σは、３段目の加圧時間が長くなるほど、小さい値を示しており、また、剥離強度、すなわち接合強度のバラつきが小さく、品質が一定していた。
【００４８】
３段目の加圧を行えば、２段目の加圧の後も上板Ｗ１の加熱を一定時間保つことができるため、上板Ｗ１を十分塑性流動させて接合を行うことが可能となり、そして、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することにより接合強度が不足することを防止することが可能となる（３段目の加圧時間が長いほどなおよい）。
次に、異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金板）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合した場合における接合強度の試験を、同じく３段目の加圧時間をそれぞれ０ｓ、０．５ｓ、１．５ｓに設定して行った。
【００４９】
図１９に示すように、この接合強度試験の試験方法は、引っ張りせん断試験を採用した。すなわち、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との一端部同士を所定の重ね代で重ね合わせてクランプした状態で、第１金属部材Ｗ１の上側から接合部Ｐの位置に摩擦点接合を行った後、第１金属部材Ｗ１を矢印Ｎ１の向きに引っ張り、第２金属部材Ｗ２を矢印Ｎ２の向きに引っ張って、両金属部材Ｗ１，Ｗ２がせん断剥離をしたときの引っ張り力を調べた。結果を図２０のグラフに示す。なお、この図２０に示したせん断強度の結果は、上記引っ張りせん断試験を３回行ったときのせん断強度の値の平均値を示しており、上記十字引っ張り試験と同様に、第１金属部材Ｗ１に６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、第２金属部材Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。そして、接合条件は、上記十字引っ張り試験と同様に、図１７の接合条件とした。
【００５０】
せん断強度の測定結果では、図２０に示すように、３段目の加圧時間が０．５ｓ及び１．５ｓである場合の方が加圧時間が０ｓである場合、すなわち３段目の加圧がない場合と比較してせん断強度が大きく、接合強度が保たれていた。
【００５１】
３段目の加圧時間が０．５ｓ及び１．５ｓである場合は、２段目の加圧の後も上板Ｗ１の加熱を一定時間行うことができるため、上板Ｗ１を十分塑性流動させて接合を行うことが可能となり、そして、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することにより接合強度が不足することを防止することが可能となる。
【００５２】
次に、異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合してなる４種類の供試材について、１段目の加圧から３段目の加圧を行う際に、回転ツール１６による加圧力、回転数及び加圧時間を一定の範囲内で様々な値に設定して接合を行い、上記引っ張りせん断試験で第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２のせん断強度、すなわち接合強度を調べた。引っ張りせん断試験における接合条件を図２１に示し、せん断強度の測定結果を図２２に示す。なお、この接合強度試験に用いる供試材は、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ０．７ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．２ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ０．８ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．２ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ｂ（銅の添加なし、厚さ１．４ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いる場合との４種類であり、さらにこの４種類の供試材についてテスト１からテスト２５までのせん断強度試験を行った。
【００５３】
図２２の測定結果に示すように、図中の接合結果のＮＧ（不良）の場合、すなわち２段目の加圧力が、上板Ｗ１の厚みが相対的に薄いにも拘らず、強すぎる場合は（テスト４，８，９）、上板Ｗ１を軟化させすぎてピン部１６ｃの先端が下板Ｗ２に接触し、アルミの凝着を引き起こして引きちぎり現象が発生してしまう。また、１段目の加圧力が弱すぎる場合は（テスト１０）、ピン部１６ｃの先端による上板Ｗ１の軟化が不十分となり、その後の加圧で回転ツール１６を上板Ｗ１に対して十分押し込むことができないため、せん断強度が不足してしまう。
【００５４】
一方、接合結果がＯＫ（良）となる場合、すなわちせん断強度が基準強度（ＪＩＳのＢ級データを使用）を上回る場合から考えると、好ましい加圧力の範囲は、１段目の加圧力が１．４７ｋＮ以上３．４３ｋＮ以下で、２段目の加圧力が１．７４ｋＮ以上５．８８ｋＮ以下で、３段目の加圧力が０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮ以下であることがわかる。また、接合時間において好ましい範囲は、１段目の接合時間が１．０ｓ〜２．５ｓで、２段目の接合時間が１．０ｓ〜１．５ｓで、３段目の接合時間が０．５ｓ〜２．５ｓであることがわかる。
【００５５】
図２３に、３段目の加圧力とせん断強度との関係のグラフを示す。３段目の加圧力が０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮの範囲内の値であるとき、せん断強度、すなわち接合強度が好ましい値となることがわかる。
【００５６】
ここで、３段目の加圧力が０．４９ｋＮ未満の場合、加圧力が低すぎるため、摩擦熱による上板Ｗ１の塑性流動が不十分となり、せん断強度が不足する。そして、３段目の加圧力が１．４７ｋＮ以上の場合、回転ツール１６の摩擦熱により上板Ｗ１を軟化させ過ぎてピン部１６ｃの先端が下板Ｗ２に接触する可能性が高くなるため、アルミが回転ツール１６に凝着して上記引きちぎり現象が発生する可能性が高くなる。
【００５７】
以上の結果から、３段目の加圧力の値を上記の範囲内に設定することで、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することによりせん断強度、すなわち接合強度が不足することを確実に防止することが可能となる。
【００５８】
次に、上板Ｗ１として６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）と下板Ｗ２として亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）とを摩擦点接合するときの接合条件において、１段目から３段目の加圧における加圧力と加圧時間とを一定の値に固定して、１段目から３段目までの回転数をそれぞれ１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの範囲内で変えて接合を行い、引っ張りせん断試験行った（テスト５１，５２，５３）。図２４のテーブルに接合条件を示す。
【００５９】
そして、図２５は１段目の加圧における回転数、図２６は２段目の加圧における回転数、図２７は３段目の加圧における回転数をそれぞれ上記の範囲内で変えて摩擦点接合を行ったとき（テスト５１，５２，５３）の引っ張りせん断強度の測定結果を表したグラフを示している。
【００６０】
これらの測定結果から、まず図２５（テスト５１）においては、１段目の加圧における回転数が２０００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のとき（図中の楕円で囲まれた範囲）に引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。これは、ピン部１６ｃ先端の相対すべりにより上板Ｗ１をある程度軟化させた上で、２段階目及び３段階目の加圧で確実に上板Ｗ１を塑性流動させるため、せん断強度が安定するからである。回転数が２０００ｒｐｍ未満のときはピン部１６ｃの先端の相対すべりによる上板Ｗ１の軟化が不十分となり、その結果、２段階目及び３段階目の加圧による回転ツール１６の上板Ｗ１に対する押し込みが不十分となるため、せん断強度が不足する。
【００６１】
次に、図２６（テスト５２）においては、２段目の加圧における回転数が２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満のとき（図中の楕円で囲まれた範囲）に引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。回転数が２０００ｒｐｍ未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が大きくなるため、回転トルクが大きくなり接合装置の電力消費が大きくなってしまう。回転数が３０００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が小さくなるため、摩擦熱による上板Ｗ１の軟化及び塑性流動が不十分となり、その結果、せん断強度が不足する。
【００６２】
そして、図２７（テスト５３）においては、３段目の加圧における回転数が１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のときに引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。回転数が１５００未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が大きくなるため、回転トルクが大きくなり接合装置の電力消費が大きくなってしまう。
【００６３】
以上から、回転数において好ましい範囲は、１段目の回転数が２５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満で、２段目の回転数が２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満で、３段目の回転数が１５００ｒｐｍ以上３５００未満であることがわかる。
【００６４】
次に、３段目の加圧における回転数、加圧力及び上板である第１金属部材Ｗ１の材質の違いが、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度にどのような影響を与えるかを調べた。温度の測定方法は、上記図１３と同じ方法を採用した。すなわち、上板である第１金属部材Ｗ１と下板である第２金属部材Ｗ２と重ね合わせてワークＷとし、第２金属部材Ｗ２の下側から２つの熱電対をそれぞれ、第２金属部材Ｗ２における接合部Ｐの中央部に挿入しセットして、接合部Ｐの中央部の温度の変化を調べた。なお、このときの接合条件は、１段目の加圧における加圧力を１．４７ｋＮ、回転数を３５００ｒｐｍ、加圧時間を１．０ｓとし、２段目の加圧における加圧力を３．９２ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を１．５４ｓとして、１段目と２段目の加圧においては接合条件を変えずに行った。３段階目の加圧においては、加圧力を０．９８ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を２．４ｓと設定して、必要に応じて各値を変えて接合を行った。そして、３段目の回転数の影響と３段目の加圧力の影響とは、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いて調べた。
【００６５】
図２８、図２９及び図３０は、それぞれ３段目の加圧における回転数、加圧力及び上板Ｗ１の材質の違いと第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度との関係を表したグラフである。
【００６６】
図２８のグラフから明らかなように、３段目の加圧における回転数が大きいほど、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）が高くなる傾向があることが確認された。しかも、回転ツール１６による過挿入及び貫通が生じるほどには温度は高くならず（３５００ｒｐｍの場合）、かつ第１金属部材Ｗ１の良好な塑性流動が阻害されるほどには温度が低くならない（１５００ｒｐｍの場合）ことがわかった。
【００６７】
そして、図２９のグラフから明らかなように、３段目の加圧における加圧力が大きいほど、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）が高くなる傾向があることが確認された。しかも、回転ツール１６による過挿入及び貫通が生じるほどには温度は高くならず（１．４７ｋＮの場合）、かつ第１金属部材Ｗ１の良好な塑性流動が阻害されるほどには温度が低くならない（０．４９ｋＮの場合）ことがわかった。
また、図３０のグラフから、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ｃ（銅の添加なし、厚さ１．４ｍｍ）を用いた場合と、６０００系アルミ合金Ｄ（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用いた場合とでは、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）に大きな違いは見られなかった。
【００６８】
なお、上記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の修正・変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、各工程で単一の加圧力を回転ツールに加えたが、複数の加圧力を段階的に加えてもよく、また、好ましい範囲内で変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明によれば、金属部材同士を重ね合せて回転ツールによる摩擦熱で塑性流動させて接合する摩擦点接合方法及びその装置において、回転ツールの金属部材への過度に深い挿入ないし金属部材の貫通を回避しつつ金属部材が軟化する高い温度を維持したまま十分な時間攪拌し、もって金属部材の良好な塑性流動を図り、接合強度を確保することができる。本発明は、摩擦点接合、特に、異種の金属部材同士を重ね合せて接合する摩擦点接合の技術分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る摩擦点接合装置の概略側面図である。
【図２】上記摩擦点接合装置における接合ガン周辺の拡大側面図である。
【図３】同じく上記摩擦点接合装置における接合ガン周辺の拡大正面図である。
【図４】図２と同方向からの上記接合ガンの本体ケースの内部構成を示す拡大断面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図６】上記摩擦点接合装置に採用される回転ツールの先端構造を示す拡大図である。
【図７】上記摩擦点接合装置の回転ツールと受け具とにより重ね合せた２枚の金属部材を複数の接合部で摩擦点接合する動作を示す斜視図である。
【図８】上記摩擦点接合装置の回転ツールのピン部のみを上板に接触させて回転させながら押し込む１段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図９】上記摩擦点接合装置の回転ツールのピン部及びショルダ部を上板に接触させて回転させながら押し込む２段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図１０】回転ツールが上板に深く進入することを抑制しつつ上板を引き続き軟化及び塑性流動させる３段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図１１】上記摩擦点接合の接合部を示す拡大断面図である。
【図１２】１段目の加圧から３段目の加圧までの間における回転ツールの回転数と加圧力との変化の１例を示すグラフである。
【図１３】摩擦点接合におけるワークの接合部付近の温度を熱電対を用いて測定している状態を示す拡大断面図である。
【図１４】３段目の加圧を行わなかった場合における接合部の中央部及び端部の温度の測定結果を示したグラフである。
【図１５】３段目の加圧を行った場合における接合部の中央部及び端部の温度の測定結果を示したグラフである。十字引っ張り試験の測定結果を表したグラフである。
【図１６】十字引っ張り試験を説明する斜視図である。
【図１７】十字引っ張り試験における接合条件を示した表である。
【図１８】十字引っ張り試験の測定結果のグラフである。
【図１９】引っ張りせん断試験を説明する斜視図である。
【図２０】引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２１】４種類の供試材について、せん断強度の試験を行ったときの接合条件の表である。
【図２２】４種類の供試材について、せん断強度の試験を行ったときの測定結果を示す表である。
【図２３】３段目の加圧力とせん断強度との関係を表したグラフである。
【図２４】１段目、２段目及び３段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの接合条件を示した表である。
【図２５】１段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２６】２段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２７】３段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２８】３段目の加圧における回転ツールの回転数とワークの温度との関係を示すグラフである。
【図２９】３段目の加圧における加圧力とワークの温度との関係を示すグラフである。
【図３０】上板の材質の種類とワークの温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１ 摩擦接合装置
１０ 接合ガン（加圧力制御手段）
１４ 加圧用モータ（移動手段）
１５ 回転用モータ（回転手段）
１６ 回転ツール
１６ｂ ショルダ部
１６ｃ ピン部
１７ 受け具
Ｐ 接合部
Ｗ１ 第１金属部材
Ｗ２ 第２金属部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦点接合、特に、異種の金属部材同士を重ね合せて接合する摩擦点接合の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の軽量化を図る１つの方策として、自動車のボディ等にアルミニウムやアルミニウム合金（以下総じて単に「アルミ」ということがある）で作製された部材が多く採用されるようになっており、それに伴い、例えばアルミと鉄又はアルミと鋼といった異種の金属部材同士を接合する機会が多くなっている。その場合に、これらの異種の金属部材同士を接合する手段として、摩擦点接合が知られている。この摩擦点接合は、例えばアルミニウム合金等の第１金属部材と、該第１金属部材よりも融点の高い例えば鋼等の第２金属部材とを重ね合せてワークとし、このワークに融点の低いほうの第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで、該回転ツールの回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱により第１金属部材を軟化させ、塑性流動させて、両金属部材を融点以下の温度で固相接合（溶融を伴わない固相状態のままの接合）するものである。
【０００３】
この点に関し、特許文献１には、複数の金属部材を重ね合せたワークに、ピン部とショルダ部とを有する回転ツールを回転させながら押し込んで、金属部材同士をスポット接合する場合に、例えばピン部のみがワークに接触している接合の初期段階では、回転ツールの回転速度を高回転にし又は加圧力を高加圧力にして、摩擦熱の発生を促進する一方、ピン部とショルダ部とが共にワークに接触している接合の後期段階では、回転ツールの回転速度を低回転にし又は加圧力を低加圧力にして、ワークの軟化部分の良好な攪拌を図る技術が開示されている。
【０００４】
また、本出願人は、回転ツールのピン部による旋回中心の位置決めを確保するために、加圧力を段階的に増加させながら回転ツールを押し込むようにした金属部材のスポット接合方法およびその装置についてすでに出願をしているところである（特願２００３−４０６７０９号）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、アルミと鋼等の異種金属部材同士を接合する場合、両部材間の接合境界面に存在する亜鉛メッキ層を接合部から排出したり、あるいは酸化皮膜を破壊したりして、両金属部材の新生面を露出させることが、高い接合強度を確保する点で有利に働く。そして、そのためには、回転ツールを押し込んだ金属部材を十分に軟化させ塑性流動させることが肝要である。金属部材を良好に塑性流動させるためには、接合部の温度を金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇させた後、その温度を所定時間維持して、その期間中、金属部材を連続的に塑性流動させる必要がある。そして、接合部の温度を金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇させるには、比較的高い加圧力が要求されるから、その点、本出願人の上記出願に係る技術は好適であるが、なお、次のような不具合が残存する。
【０００７】
つまり、回転ツールのピン部もショルダ部も共に金属部材に押し込んだ状態の接合の後期段階において、金属部材の良好な塑性流動を図るために、比較的高い加圧力を維持したまま所定時間攪拌していると、回転ツールが上板であるアルミ板内に過度に深く挿入してしまい、回転ツールと下板である鋼板との間に残るアルミの板厚（残厚）が過度に薄くなって、アルミ板材の引きちぎり現象が発生するのである。そして、その結果、接合部においてアルミの欠損が生じ、電気腐蝕や接合強度低下の問題が起こる。また、引きちぎられたアルミは回転ツールに凝着し、該ツールによる円滑な接合動作が阻害されてしまう。また、回転ツールが接合境界面まで貫通し、下板の鋼板に突き当たって擦れ、ツールのピン部の先端が摩滅する可能性もある。
【０００８】
本発明は、異種金属部材同士を重ね合せて接合する場合における上記のような不具合に対処するもので、回転ツールの金属部材への過度に深い挿入ないし金属部材の貫通を回避しながら、金属部材が軟化する高い温度を維持したまま十分な時間攪拌し、もって金属部材の良好な塑性流動を図り、接合強度を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する方法であって、回転ツールとして、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものを用い、該回転ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、該ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する第３の工程とを経ることを特徴とする。
【００１１】
そして、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１の加圧力は１．４７ｋＮ以上、３．４３ｋＮ以下であり、第２の加圧力は１．７４ｋＮ以上、５．８８ｋＮ以下であり、第３の加圧力は０．４９ｋＮ以上、１．４７ｋＮ以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１の工程では回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させることを特徴とする。
【００１３】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いることを特徴とする。
【００１４】
そして、本願の請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１金属部材はアルミニウム合金製であり、第２金属部材は鋼製であって、両金属部材を接合境界面において固相状態で接合することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本願の請求項６に記載の発明は、第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する装置であって、回転ツールは、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものであると共に、該回転ツールを回転させる回転手段と、該回転ツールをワークに対して進退移動させる移動手段と、上記回転手段及び移動手段で該ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、回転ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込み、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込み、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する加圧力制御手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上の様に構成したことにより、まず、請求項１に記載の発明によれば、異種金属部材を重ね合わせて回転ツールで摩擦点接合する場合に、第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、第１の加圧力より高い第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、回転ツールの加圧力を第２の加圧力より低い第３の加圧力に保持する第３の工程とを経るようにしたから、第１の工程では、発生する摩擦熱により第１金属部材が軟化し始め、次の第２の工程では、発生する摩擦熱により接合部の温度が第１金属部材が軟化する温度まで速やかに上昇して、第１金属部材が塑性流動し始め、そして第３の工程では、加圧力を低くしたから、回転ツールが過度に深く挿入することが抑制され、回転ツールを所定の挿入位置で保持することができ、したがって、この第３の工程では、第１金属部材の引きちぎり現象や回転ツールの貫通の問題を回避しつつ、第１金属部材が軟化する高い温度が維持できて、第１金属部材の良好な塑性流動が確保される。よって、この第３の工程では、金属部材の良好な塑性流動を長時間維持することができ、接合強度が確保される。
【００１７】
そして、請求項２に記載の発明によれば、各工程における加圧力の範囲を数値限定したから、上記請求項１に記載の発明の効果が確実に得られることとなる。
【００１８】
次に、請求項３に記載の発明によれば、第１の工程では金属部材と相対すべりを生じる回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させるようにしたから、第１の行程では、相対すべりによって発生する摩擦熱で第１金属部材が確実に軟化し始め、そして、第２の工程では、回転速度を一旦落とすから、回転ツールによる金属部材の軟化部分の良好な攪拌が図られ、そして、第３の工程では、回転速度に拘らず、金属部材の良好な塑性流動を長時間維持することができる。
【００１９】
そして、請求項４に記載の発明によれば、回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いるから、塑性流動する第１金属部材が、回転ツールの直下から外方へ流出することを抑制し、回転ツールによる加圧力を回転ツールの直下に集中させて、第１金属部材の塑性流動を促進させることが可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、第１金属部材がアルミニウム合金製であり、第２金属部材が鋼製であって、両金属部材の接合境界面を固相状態で接合するようにしたから、融点が低いほうの第１金属部材に塑性流動を生じさせ、第１金属部材と第２金属部材とを接合するために必要とするエネルギーを少なくすると共に、接合に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２１】
一方、請求項６に記載の発明によれば、請求項１の方法で得られる効果と同様の効果が得られる装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本実施形態に係る摩擦点接合装置１の概略正面図である。この摩擦点接合装置１は、例えば自動車のボディ等に採用されるアルミ部材同士の接合、又はアルミ部材と鋼部材との接合に用いられるもので、主たる構成要素として、接合ガン１０と、該接合ガン１０を手首に備えるロボット４０とを含んでいる。ロボット４０としては、汎用される６軸垂直多関節型ロボットが好ましく使用可能である。
【００２３】
図２及び図３に拡大して示すように、接合ガン１０は、ロボット４０への取付ボックス１１と、該取付ボックス１１の下面から下方に延びるＬ字状のアーム１２と、該アーム１２の上方で上記取付ボックス１１の側面に取り付けられた本体ケース１３と、加圧用モータ１４と、回転用モータ１５とを有し、本体ケース１３の下端部に接合用工具１８の一方である回転ツール１６が具備されている。一方、上記回転ツール１６の直下で該回転ツール１６と対向して上記アーム１２の先端に接合用工具１８の他方である受け具１７が具備されている。
【００２４】
図４にさらに拡大して示すように、本体ケース１３の内部には、上下に平行に延びるネジ軸（昇降軸）２４とスプライン軸（回転軸）２５とがそれぞれ回転自在に備えられている。両軸２４，２５の上端部は上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで従動プーリ２６，２７が組み付けられている。一方、図５に示すように、上蓋部材２１は、本体ケース１３の上部から本体ケース１３の側方に張り出しており（図３参照）、この張出部に加圧用モータ１４及び回転用モータ１５が固定されている。その場合に、両モータ１４，１５の出力軸１４ａ，１５ａの上端部は上蓋部材２１を貫通して上部カバー２２内に至り、ここで駆動プーリ１４ｂ，１５ｂが組み付けられている。そして、各駆動プーリ１４ｂ，１５ｂと従動プーリ２６，２７との間にそれぞれ動力伝達用のベルト２８，２９が巻き掛けられて、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のａ，ｂ方向に回転駆動され、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のｃ方向に回転駆動される。
【００２５】
図４に戻り、ネジ軸２４の螺子部２４ａに昇降ブロック３１が螺合されており、スプライン軸２５のスプライン部２５ａに回転筒体３５がスプライン結合されている。回転筒体３５は、上記昇降ブロック３１に結合部材３２を介して一体に結合された昇降筒体３３の内部に回転自在に備えられている。本体ケース１３の下面には円筒状の下方突出部１３ａが形成されており、該下方突出部１３ａの下端部には下部カバー２３が備えられて、昇降筒体３３及び回転筒体３５の下端部は上記下部カバー２３を超えて下方に突出している。その場合に、内側の回転筒体３５のほうが外側の昇降筒体３３よりも長く下方に突出し、該回転筒体３５の先端部に取付部材３６が固着されて、該取付部材３６に回転ツール１６が着脱自在（交換自在）に取り付けられている。なお、下部カバー２３と昇降筒体３３の下端部との間に、昇降筒体３３の外表面を本体ケース１３の外部の汚染等から保護する伸縮自在の蛇腹部材３４が備えられている。
【００２６】
以上により、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のａ方向に回転駆動されたときは、昇降体３０（昇降ブロック３１と結合部材３２と昇降筒体３３の一体物をいう）が螺子部２４ａとの螺合によって下降し、昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び回転ツール１６も一緒に下降する。逆に、加圧用モータ１４の回転によりネジ軸２４が図５のｂ方向に回転駆動されたときは、昇降体３０が螺子部２４ａとの螺合によって上昇し、昇降筒体３３に内装された回転筒体３５及び回転ツール１６も一緒に上昇する。また、回転用モータ１５の回転によりスプライン軸２５が図５のｃ方向に回転駆動されたときは、上記のような昇降体３０の動きとは無関係に、回転筒体３５がスプライン部２５ａとのスプライン結合によって同方向ｃに回転し、回転筒体３５に取り付けられた回転ツール１６も一緒に同方向ｃに回転する。図１〜図３には、そのときの回転ツール１６の回転軸心を符号Ｘで示してある。
【００２７】
ここで、加圧用モータ１４としては、回転角の制御及び検知が容易なサーボモータが好ましく使用可能であり、回転用モータ１５としては、同じく回転角の制御及び検知が容易なサーボモータあるいは回転速度の制御が容易なインダクションモータが好ましく使用可能である。
【００２８】
図６に回転ツール１６の先端部を拡大して示す。この回転ツール１６は、特に、異種の金属部材（例えばアルミと鋼等）の接合に好適なように設計されており、円柱状の胴体部１６ａの下端面（その輪郭は円形である）が、金属部材と当接して該金属部材を加圧するショルダ部１６ｂとされている。その場合に、ショルダ部１６ｂは、平坦ではなく、所定角度（θ）傾斜して、回転軸心Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状（特許請求の範囲の「環状の凹部」の１例：この他、例えば、回転軸心Ｘ側に向かって深くなるように傾斜した曲面形状等でもよい）とされている。そして、該ショルダ部１６ｂの中心に円柱状のピン部１６ｃが立設され、該ピン部１６ｃはショルダ部１６ｂの下端部つまりショルダ部１６ｂの周縁部よりも所定長さ（ｈ）だけ下方に突出している。ここで、回転ツール１６の具体的寸法としては、例えば、ショルダ部１６ｂの直径が１０ｍｍ、ピン部１６ｃの直径が２ｍｍ、ショルダ部１６ｂの傾斜角（θ）が５°〜７°、ピン部１６ｃの突出長さ（ｈ）が０．３５ｍｍ又は０．３ｍｍ等とされる。
【００２９】
図１に示したように、ロボット４０はハーネス５１を介して制御盤５０と接続されている。また、接合ガン１０はハーネス５２，５４，５５及び中継器５３を介して制御盤５０と接続されている。そして、加圧用モータ１４及び回転用モータ１５の回転駆動が制御盤５０に内蔵された図示しない制御ユニットによって開始、制御又は停止される。
【００３０】
そして、図７に例示するように、本実施形態においては、融点の相対的に低い第１金属部材Ｗ１（例えばアルミ板材）を上板とし、融点の相対的に高い第２金属部材Ｗ２（例えば鋼板材）を下板として重ね合せたワークを図示しない適宜手段によって把持して固定する。次に、このワークに向かって接合ガン１０がロボット４０によって近接されて、回転ツール１６がワークの上方に、受け具１７がワークの下方に位置して接合ガン１０が停止する。そして、まず、接合ガン１０全体が上動することにより、受け具が第２金属部材Ｗ２の下面に当接する。そして、この状態でワークに向かって上方から、つまり第１金属部材Ｗ１の側から、回転ツール１６を回転させながら下降させて押し込み、この回転ツール１６の回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱で第１金属部材Ｗ１を軟化させ、そののち塑性流動させて、両金属部材Ｗ１，Ｗ２を固相接合する。
【００３１】
この接合においては、回転ツール１６の回転動作と加圧動作とによって発生する摩擦熱で第１金属部材Ｗ１を軟化させ、そののち塑性流動させて、融点の相対的に低い第１金属部材Ｗ１と融点の相対的に高い第２金属部材Ｗ２とを接合するようにしたから、融点が低いほうの第１金属部材Ｗ１に塑性流動を生じさせ、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２とを接合するために必要とするエネルギーを少なくすると共に、接合に要する時間を短縮することが可能となる。
【００３２】
このとき、１つの接合部Ｐで接合が終了すると、回転ツール１６を上昇させ、接合ガン１０全体を下動させ、かつ所定距離だけ水平移動させた後、再び接合ガン１０全体を上動させ、かつ回転ツール１６を下降させて接合を行うことにより、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を複数の接合部Ｐ…Ｐで摩擦点接合することができる。
【００３３】
さらに詳しく説明すると、まず、図８に示すように、回転ツール１６が下降してピン部１６ｃの先端のみが第１金属部材Ｗ１に接触する１段目（特許請求の範囲の「第１の工程」）の加圧のとき（後述する図１２中における時間ｔ１〜ｔ２に相当する）は、その接触部位で摩擦熱Ｈが発生し、周囲に拡散していく。第１金属部材Ｗ１及び酸化防止のために第２金属部材Ｗ２の表面に施されている亜鉛メッキ層Ｚは、上記摩擦熱Ｈによって接合部Ｐにおいて軟化し始める。
【００３４】
このとき、相対的に低い加圧力である第１の加圧力で回転ツール１６を上記第１金属部材Ｗ１に押し込むため、ピン部１６ｃの先端部の位置ズレの発生を防止することが可能となる。
【００３５】
次に、図９に示すように、回転ツール１６がさらに下降してショルダ部１６ｂの先端が第１金属部材Ｗ１に突入する２段目（特許請求の範囲の「第２の工程」）の加圧のとき（図１２中における時間ｔ２〜ｔ３に相当する）は、ピン部１６ｃの回転及び加圧に加えて、大径のショルダ部１６ｂの回転及び加圧により、より大量の摩擦熱Ｈが発生し、第１金属部材Ｗ１は十分に軟化して塑性流動し始める（符号Ａ）。しかも、回転ツール１６のショルダ部１６ｂが回転軸心Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状とされているから、塑性流動する第１金属部材Ｗ１は、回転ツール１６の直下から外方へ流出するのが抑制され、その結果、回転ツール１６による加圧力が回転ツール１６の直下に集中して、第１金属部材Ｗ１の塑性流動が促進させることが可能となる。
【００３６】
このとき、上記第１の加圧力よりも高い加圧力である第２の加圧力で回転ツール１６を上記第１金属部材Ｗ１に押し込む。第１の加圧力で加圧を行い、発生する摩擦熱により第１金属部材Ｗ１をある程度軟化させた上で、さらに高い加圧力である第２の加圧力で加圧を行うため、第１金属部材Ｗ１を回転ツール１６の回転動作及び加圧動作により確実に塑性流動させることが可能となる。そして、回転ツール１６による加圧及び第１金属部材Ｗ１の塑性流動によって、軟化した亜鉛メッキ層Ｚが接合部Ｐから押し出され、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合境界面（第２金属部材Ｗ２の上面）において第２金属部材Ｗ２の新生面が露出すると共に、図示しないが、空気中の酸素により第１金属部材Ｗ１の表面に生成している酸化皮膜が接合部Ｐにおいて破壊され、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合境界面（第１金属部材Ｗ２の下面）において第１金属部材Ｗ１の新生面が露出する。
【００３７】
次に、図１０に示すように、回転ツール１６がさらに下降してショルダ部１６ｂが第１金属部材Ｗ１に深く突入する３段目（特許請求の範囲の「第３の工程」）の加圧のとき（図１２中における時間ｔ３〜ｔ４に相当する）は、回転ツール１６で押し出された金属材料がバリＢとなってワークの表面に隆起すると共に、亜鉛メッキ層Ｚがより一層接合部Ｐから押し出され、また酸化皮膜がより一層破壊されて、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の新生面の露出範囲が拡大する（図中×で表示した範囲）。その結果、両金属部材Ｗ１，Ｗ２の摩擦点接合（固相接合）の接合強度の向上が図られる。
【００３８】
このとき、上記第２の加圧力での加圧を長時間維持すると、第１金属部材Ｗ１を過剰に軟化させて、回転ツール１６が該第１金属部材Ｗ１内に深く進入してしまうことで、第２金属部材Ｗ２と回転ツール１６との間の部分の第１金属部材Ｗ１の板厚が薄くなり、第１金属部材Ｗ１が回転ツール１６に凝着する引きちぎり現象が生じる。このように、引きちぎり現象が生じると、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との接触部分の面積が小さくなり接合強度が低下するという不具合が生じる。また、回転ツール１６のピン部１６ｃの先端が上板である第１金属部材Ｗ１を突き抜けて下板である第２金属部材Ｗ２に突き当たることで、第１金属部材Ｗ１にピン部１６ｃで孔が開き、電気腐食の問題が生じてしまう。
【００３９】
このため、この３段目の加圧では上記第２の加圧力よりも低い加圧力である第３の加圧力での加圧を行い、回転ツール１６の進入を抑制することで、第１金属部材Ｗ１の温度を、第２の加圧力での加圧時の温度のまま維持した状態で引き続き第１金属部材Ｗ１を塑性流動させつつ、ピン部１６ｃが第２金属部材Ｗ２に突き当たることを防止して、引きちぎり現象及び電気腐食の問題の発生を回避する。
【００４０】
なお、亜鉛メッキ層Ｚの１部に（符号Ｙ）、第１金属部材Ｗから由来の金属と、亜鉛メッキ層Ｚから由来の金属との金属混合物が生成する。
【００４１】
以上により、図１１に示すように、接合終了後に回転ツール１６を上昇させた後の接合部Ｐにおいては、ワークの表面に、バリＢで囲まれた状態で、ショルダ部１６ｂの痕とピン部１６ｃの痕とが残る。図１２のグラフに、上記１段目の加圧から３段目の加圧までの間における回転ツール１６の回転数と加圧力との変化の１例を示す。
【００４２】
次に、図１３に示すように、上板である第１金属部材Ｗ１と下板である第２金属部材Ｗ２と重ね合わせてワークＷとし、第２金属部材Ｗ２の下側から２つの熱電対Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ、第２金属部材Ｗ２における接合部Ｐの中央部と端部とに挿入し亜鉛メッキ層Ｚから０．５ｍｍ離れた位置にセットして、上記ワークＷの摩擦点接合の際に３段目の加圧を行った場合と３段目の加圧を行わなかった場合とにおいて、接合部Ｐの中央部と端部との温度の変化を調べてみた。なお、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用い、下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いて測定を行い、接合条件は、１段目の加圧における加圧力を１．４７ｋＮ、回転数を３５００ｒｐｍ、加圧時間を１．０ｓとし、２段目の加圧における加圧力を４．９０ｋＮ、回転数を１５００ｒｐｍ、加圧時間を１．５４ｓとし、３段目の加圧における加圧力を０．９８ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を２．４ｓとした。結果を図１４及び図１５のグラフに示す。
【００４３】
図１４に示すように、３段目の加圧を行わなかった場合は、接合部Ｐの中央部及び端部のいずれの場所においても２段目の加圧で接合部Ｐの温度が、第１金属部材Ｗ１を十分軟化させ塑性流動させる温度まで上昇して、２段目の加圧が終了したら降下することが確認された。
【００４４】
一方、図１５に示すように、３段目の加圧を行った場合は、２段目の加圧で接合部Ｐの温度が、第１金属部材Ｗ１を十分軟化させ塑性流動させる温度まで上昇した後、該温度が３段目の加圧によって一定時間保たれた後に、降下することが確認された。
【００４５】
以上の結果から、２段目の加圧の後に３段目の加圧を行うことで、第１金属部材Ｗ１を引き続き良好に塑性流動させた状態で長時間両金属部材Ｗ１，Ｗ２の接合を確実に行いつつ回転ツール１６の過挿入や貫通を防ぎ、引きちぎり現象の発生を防ぐことができて、接合強度が確保される。
【００４６】
次に、この接合方法で異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金板）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合した場合における接合強度の試験を、それぞれ３段目の加圧時間をそれぞれ０ｓ、０．５ｓ、１．５ｓに設定して行った。
まず、図１６に示すように、接合強度試験の試験方法として、十字引っ張り試験を採用した。すなわち、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２を十字形状に重ね合せてクランプした状態で、第１金属部材Ｗ１の上側から十字の中央部の接合部Ｐの位置に摩擦接合を行った後、第１金属部材Ｗ１を上方向矢印Ｍ１の向きに引っ張り、第２金属部材Ｗ２を下方向矢印Ｍ２の向きに引っ張って、両金属部材Ｗ１，Ｗ２が剥離したときの引っ張り力（剥離強度）を調べた。接合の条件を図１７に示し、剥離強度の測定結果を図１８に示す。なお、この図１８に示した剥離強度の結果は、上記十字引っ張り試験を３回行ったときの剥離強度の値の平均値を示しており、第１金属部材Ｗ１にアルミ６０００系合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、第２金属部材Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。
【００４７】
剥離強度の測定結果では、図１８に示すように、３段目の加圧時間が長い場合の方が、短い場合と比較して剥離強度が大きいが、いずれも接合強度が保たれていた。また、図中の縦線グラフで表される剥離強度の標準偏差σは、３段目の加圧時間が長くなるほど、小さい値を示しており、また、剥離強度、すなわち接合強度のバラつきが小さく、品質が一定していた。
【００４８】
３段目の加圧を行えば、２段目の加圧の後も上板Ｗ１の加熱を一定時間保つことができるため、上板Ｗ１を十分塑性流動させて接合を行うことが可能となり、そして、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することにより接合強度が不足することを防止することが可能となる（３段目の加圧時間が長いほどなおよい）。
次に、異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金板）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合した場合における接合強度の試験を、同じく３段目の加圧時間をそれぞれ０ｓ、０．５ｓ、１．５ｓに設定して行った。
【００４９】
図１９に示すように、この接合強度試験の試験方法は、引っ張りせん断試験を採用した。すなわち、第１金属部材Ｗ１と第２金属部材Ｗ２との一端部同士を所定の重ね代で重ね合わせてクランプした状態で、第１金属部材Ｗ１の上側から接合部Ｐの位置に摩擦点接合を行った後、第１金属部材Ｗ１を矢印Ｎ１の向きに引っ張り、第２金属部材Ｗ２を矢印Ｎ２の向きに引っ張って、両金属部材Ｗ１，Ｗ２がせん断剥離をしたときの引っ張り力を調べた。結果を図２０のグラフに示す。なお、この図２０に示したせん断強度の結果は、上記引っ張りせん断試験を３回行ったときのせん断強度の値の平均値を示しており、上記十字引っ張り試験と同様に、第１金属部材Ｗ１に６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、第２金属部材Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。そして、接合条件は、上記十字引っ張り試験と同様に、図１７の接合条件とした。
【００５０】
せん断強度の測定結果では、図２０に示すように、３段目の加圧時間が０．５ｓ及び１．５ｓである場合の方が加圧時間が０ｓである場合、すなわち３段目の加圧がない場合と比較してせん断強度が大きく、接合強度が保たれていた。
【００５１】
３段目の加圧時間が０．５ｓ及び１．５ｓである場合は、２段目の加圧の後も上板Ｗ１の加熱を一定時間行うことができるため、上板Ｗ１を十分塑性流動させて接合を行うことが可能となり、そして、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することにより接合強度が不足することを防止することが可能となる。
【００５２】
次に、異種の金属部材である第１金属部材（アルミ合金）Ｗ１と第２金属部材（鋼板）Ｗ２とを摩擦点接合してなる４種類の供試材について、１段目の加圧から３段目の加圧を行う際に、回転ツール１６による加圧力、回転数及び加圧時間を一定の範囲内で様々な値に設定して接合を行い、上記引っ張りせん断試験で第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２のせん断強度、すなわち接合強度を調べた。引っ張りせん断試験における接合条件を図２１に示し、せん断強度の測定結果を図２２に示す。なお、この接合強度試験に用いる供試材は、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ０．７ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．２ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ０．８ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．２ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ｂ（銅の添加なし、厚さ１．４ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いる場合と、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ａ（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用いて下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いる場合との４種類であり、さらにこの４種類の供試材についてテスト１からテスト２５までのせん断強度試験を行った。
【００５３】
図２２の測定結果に示すように、図中の接合結果のＮＧ（不良）の場合、すなわち２段目の加圧力が、上板Ｗ１の厚みが相対的に薄いにも拘らず、強すぎる場合は（テスト４，８，９）、上板Ｗ１を軟化させすぎてピン部１６ｃの先端が下板Ｗ２に接触し、アルミの凝着を引き起こして引きちぎり現象が発生してしまう。また、１段目の加圧力が弱すぎる場合は（テスト１０）、ピン部１６ｃの先端による上板Ｗ１の軟化が不十分となり、その後の加圧で回転ツール１６を上板Ｗ１に対して十分押し込むことができないため、せん断強度が不足してしまう。
【００５４】
一方、接合結果がＯＫ（良）となる場合、すなわちせん断強度が基準強度（ＪＩＳのＢ級データを使用）を上回る場合から考えると、好ましい加圧力の範囲は、１段目の加圧力が１．４７ｋＮ以上３．４３ｋＮ以下で、２段目の加圧力が１．７４ｋＮ以上５．８８ｋＮ以下で、３段目の加圧力が０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮ以下であることがわかる。また、接合時間において好ましい範囲は、１段目の接合時間が１．０ｓ〜２．５ｓで、２段目の接合時間が１．０ｓ〜１．５ｓで、３段目の接合時間が０．５ｓ〜２．５ｓであることがわかる。
【００５５】
図２３に、３段目の加圧力とせん断強度との関係のグラフを示す。３段目の加圧力が０．４９ｋＮ以上１．４７ｋＮの範囲内の値であるとき、せん断強度、すなわち接合強度が好ましい値となることがわかる。
【００５６】
ここで、３段目の加圧力が０．４９ｋＮ未満の場合、加圧力が低すぎるため、摩擦熱による上板Ｗ１の塑性流動が不十分となり、せん断強度が不足する。そして、３段目の加圧力が１．４７ｋＮ以上の場合、回転ツール１６の摩擦熱により上板Ｗ１を軟化させ過ぎてピン部１６ｃの先端が下板Ｗ２に接触する可能性が高くなるため、アルミが回転ツール１６に凝着して上記引きちぎり現象が発生する可能性が高くなる。
【００５７】
以上の結果から、３段目の加圧力の値を上記の範囲内に設定することで、上板Ｗ１が回転ツール１６に凝着することによりせん断強度、すなわち接合強度が不足することを確実に防止することが可能となる。
【００５８】
次に、上板Ｗ１として６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）と下板Ｗ２として亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）とを摩擦点接合するときの接合条件において、１段目から３段目の加圧における加圧力と加圧時間とを一定の値に固定して、１段目から３段目までの回転数をそれぞれ１５００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの範囲内で変えて接合を行い、引っ張りせん断試験行った（テスト５１，５２，５３）。図２４のテーブルに接合条件を示す。
【００５９】
そして、図２５は１段目の加圧における回転数、図２６は２段目の加圧における回転数、図２７は３段目の加圧における回転数をそれぞれ上記の範囲内で変えて摩擦点接合を行ったとき（テスト５１，５２，５３）の引っ張りせん断強度の測定結果を表したグラフを示している。
【００６０】
これらの測定結果から、まず図２５（テスト５１）においては、１段目の加圧における回転数が２０００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のとき（図中の楕円で囲まれた範囲）に引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。これは、ピン部１６ｃ先端の相対すべりにより上板Ｗ１をある程度軟化させた上で、２段階目及び３段階目の加圧で確実に上板Ｗ１を塑性流動させるため、せん断強度が安定するからである。回転数が２０００ｒｐｍ未満のときはピン部１６ｃの先端の相対すべりによる上板Ｗ１の軟化が不十分となり、その結果、２段階目及び３段階目の加圧による回転ツール１６の上板Ｗ１に対する押し込みが不十分となるため、せん断強度が不足する。
【００６１】
次に、図２６（テスト５２）においては、２段目の加圧における回転数が２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満のとき（図中の楕円で囲まれた範囲）に引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。回転数が２０００ｒｐｍ未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が大きくなるため、回転トルクが大きくなり接合装置の電力消費が大きくなってしまう。回転数が３０００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が小さくなるため、摩擦熱による上板Ｗ１の軟化及び塑性流動が不十分となり、その結果、せん断強度が不足する。
【００６２】
そして、図２７（テスト５３）においては、３段目の加圧における回転数が１５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満のときに引っ張りせん断強度が好ましい値となることがわかる。回転数が１５００未満のときは、上板Ｗ１と回転ツール１６との間の摩擦力が大きくなるため、回転トルクが大きくなり接合装置の電力消費が大きくなってしまう。
【００６３】
以上から、回転数において好ましい範囲は、１段目の回転数が２５００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ未満で、２段目の回転数が２０００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ未満で、３段目の回転数が１５００ｒｐｍ以上３５００未満であることがわかる。
【００６４】
次に、３段目の加圧における回転数、加圧力及び上板である第１金属部材Ｗ１の材質の違いが、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度にどのような影響を与えるかを調べた。温度の測定方法は、上記図１３と同じ方法を採用した。すなわち、上板である第１金属部材Ｗ１と下板である第２金属部材Ｗ２と重ね合わせてワークＷとし、第２金属部材Ｗ２の下側から２つの熱電対をそれぞれ、第２金属部材Ｗ２における接合部Ｐの中央部に挿入しセットして、接合部Ｐの中央部の温度の変化を調べた。なお、このときの接合条件は、１段目の加圧における加圧力を１．４７ｋＮ、回転数を３５００ｒｐｍ、加圧時間を１．０ｓとし、２段目の加圧における加圧力を３．９２ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を１．５４ｓとして、１段目と２段目の加圧においては接合条件を変えずに行った。３段階目の加圧においては、加圧力を０．９８ｋＮ、回転数を２５００ｒｐｍ、加圧時間を２．４ｓと設定して、必要に応じて各値を変えて接合を行った。そして、３段目の回転数の影響と３段目の加圧力の影響とは、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金（厚さ１．４ｍｍ）を用い、下板Ｗ２に亜鉛メッキ鋼板（厚さ１．０ｍｍ）を用いて調べた。
【００６５】
図２８、図２９及び図３０は、それぞれ３段目の加圧における回転数、加圧力及び上板Ｗ１の材質の違いと第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度との関係を表したグラフである。
【００６６】
図２８のグラフから明らかなように、３段目の加圧における回転数が大きいほど、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）が高くなる傾向があることが確認された。しかも、回転ツール１６による過挿入及び貫通が生じるほどには温度は高くならず（３５００ｒｐｍの場合）、かつ第１金属部材Ｗ１の良好な塑性流動が阻害されるほどには温度が低くならない（１５００ｒｐｍの場合）ことがわかった。
【００６７】
そして、図２９のグラフから明らかなように、３段目の加圧における加圧力が大きいほど、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）が高くなる傾向があることが確認された。しかも、回転ツール１６による過挿入及び貫通が生じるほどには温度は高くならず（１．４７ｋＮの場合）、かつ第１金属部材Ｗ１の良好な塑性流動が阻害されるほどには温度が低くならない（０．４９ｋＮの場合）ことがわかった。
また、図３０のグラフから、上板Ｗ１に６０００系アルミ合金Ｃ（銅の添加なし、厚さ１．４ｍｍ）を用いた場合と、６０００系アルミ合金Ｄ（銅の添加あり、厚さ１．４ｍｍ）を用いた場合とでは、第１、第２金属部材Ｗ１，Ｗ２の温度（接合部Ｐの温度）に大きな違いは見られなかった。
【００６８】
なお、上記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の修正・変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、各工程で単一の加圧力を回転ツールに加えたが、複数の加圧力を段階的に加えてもよく、また、好ましい範囲内で変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明によれば、金属部材同士を重ね合せて回転ツールによる摩擦熱で塑性流動させて接合する摩擦点接合方法及びその装置において、回転ツールの金属部材への過度に深い挿入ないし金属部材の貫通を回避しつつ金属部材が軟化する高い温度を維持したまま十分な時間攪拌し、もって金属部材の良好な塑性流動を図り、接合強度を確保することができる。本発明は、摩擦点接合、特に、異種の金属部材同士を重ね合せて接合する摩擦点接合の技術分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る摩擦点接合装置の概略側面図である。
【図２】上記摩擦点接合装置における接合ガン周辺の拡大側面図である。
【図３】同じく上記摩擦点接合装置における接合ガン周辺の拡大正面図である。
【図４】図２と同方向からの上記接合ガンの本体ケースの内部構成を示す拡大断面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図６】上記摩擦点接合装置に採用される回転ツールの先端構造を示す拡大図である。
【図７】上記摩擦点接合装置の回転ツールと受け具とにより重ね合せた２枚の金属部材を複数の接合部で摩擦点接合する動作を示す斜視図である。
【図８】上記摩擦点接合装置の回転ツールのピン部のみを上板に接触させて回転させながら押し込む１段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図９】上記摩擦点接合装置の回転ツールのピン部及びショルダ部を上板に接触させて回転させながら押し込む２段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図１０】回転ツールが上板に深く進入することを抑制しつつ上板を引き続き軟化及び塑性流動させる３段目の加圧を行っている状態を示す拡大断面図である。
【図１１】上記摩擦点接合の接合部を示す拡大断面図である。
【図１２】１段目の加圧から３段目の加圧までの間における回転ツールの回転数と加圧力との変化の１例を示すグラフである。
【図１３】摩擦点接合におけるワークの接合部付近の温度を熱電対を用いて測定している状態を示す拡大断面図である。
【図１４】３段目の加圧を行わなかった場合における接合部の中央部及び端部の温度の測定結果を示したグラフである。
【図１５】３段目の加圧を行った場合における接合部の中央部及び端部の温度の測定結果を示したグラフである。十字引っ張り試験の測定結果を表したグラフである。
【図１６】十字引っ張り試験を説明する斜視図である。
【図１７】十字引っ張り試験における接合条件を示した表である。
【図１８】十字引っ張り試験の測定結果のグラフである。
【図１９】引っ張りせん断試験を説明する斜視図である。
【図２０】引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２１】４種類の供試材について、せん断強度の試験を行ったときの接合条件の表である。
【図２２】４種類の供試材について、せん断強度の試験を行ったときの測定結果を示す表である。
【図２３】３段目の加圧力とせん断強度との関係を表したグラフである。
【図２４】１段目、２段目及び３段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの接合条件を示した表である。
【図２５】１段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２６】２段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２７】３段目の加圧における回転ツールの回転数を所定の範囲で変えて接合を行ったときの引っ張りせん断試験の測定結果のグラフである。
【図２８】３段目の加圧における回転ツールの回転数とワークの温度との関係を示すグラフである。
【図２９】３段目の加圧における加圧力とワークの温度との関係を示すグラフである。
【図３０】上板の材質の種類とワークの温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１ 摩擦接合装置
１０ 接合ガン（加圧力制御手段）
１４ 加圧用モータ（移動手段）
１５ 回転用モータ（回転手段）
１６ 回転ツール
１６ｂ ショルダ部
１６ｃ ピン部
１７ 受け具
Ｐ 接合部
Ｗ１ 第１金属部材
Ｗ２ 第２金属部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する方法であって、回転ツールとして、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものを用い、該回転ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、該ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する第３の工程とを経ることを特徴とする摩擦点接合方法。
【請求項２】
第１の加圧力は１．４７ｋＮ以上、３．４３ｋＮ以下であり、第２の加圧力は１．７４ｋＮ以上、５．８８ｋＮ以下であり、第３の加圧力は０．４９ｋＮ以上、１．４７ｋＮ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合方法。
【請求項３】
第１の工程では回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦点接合方法。
【請求項４】
回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合方法。
【請求項５】
第１金属部材はアルミニウム合金製であり、第２金属部材は鋼製であって、両金属部材を接合境界面において固相状態で接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦点接合方法。
【請求項６】
第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する装置であって、回転ツールは、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものであると共に、該回転ツールを回転させる回転手段と、該回転ツールをワークに対して進退移動させる移動手段と、上記回転手段及び移動手段で該ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、回転ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込み、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込み、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する加圧力制御手段とを備えていることを特徴とする摩擦点接合装置。
【請求項１】
第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する方法であって、回転ツールとして、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものを用い、該回転ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、該ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込む第１の工程と、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込む第２の工程と、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する第３の工程とを経ることを特徴とする摩擦点接合方法。
【請求項２】
第１の加圧力は１．４７ｋＮ以上、３．４３ｋＮ以下であり、第２の加圧力は１．７４ｋＮ以上、５．８８ｋＮ以下であり、第３の加圧力は０．４９ｋＮ以上、１．４７ｋＮ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合方法。
【請求項３】
第１の工程では回転ツールを中ないし高回転の回転速度で回転させ、第２の工程では中回転の回転速度で回転させ、第３の工程では低ないし高回転の回転速度で回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦点接合方法。
【請求項４】
回転ツールとして、ピン部の周囲のショルダ部に環状の凹部を有している回転ツールを用いることを特徴とする請求項１に記載の摩擦点接合方法。
【請求項５】
第１金属部材はアルミニウム合金製であり、第２金属部材は鋼製であって、両金属部材を接合境界面において固相状態で接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦点接合方法。
【請求項６】
第１金属部材と該第１金属部材より融点の高い第２金属部材とを重ね合せたワークに第１金属部材の側から回転ツールを押し込んで該回転ツールの回転及び加圧動作により発生する摩擦熱で第１金属部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を摩擦点接合する装置であって、回転ツールは、ワークと対向するショルダ部と、回転ツールの回転軸心上に位置して上記ショルダ部からワークの側に突出するピン部とを有するものであると共に、該回転ツールを回転させる回転手段と、該回転ツールをワークに対して進退移動させる移動手段と、上記回転手段及び移動手段で該ツールを回転させながらワークに押し込んでいく過程において、回転ツールの上記ピン部又は上記ピン部及びショルダ部が第１金属部材に当接して該第１金属部材が軟化するまでは第１の加圧力で回転ツールを押し込み、回転ツールの上記ピン部の先端が第１金属部材と第２金属部材との接合境界面に所定の距離に近接するまでは上記第１の加圧力より大きい第２の加圧力で回転ツールを押し込み、上記ピン部の先端が上記接合境界面に所定の距離まで近接したのち所定の時間が経過するまでは回転ツールの加圧力を上記第２の加圧力より小さい第３の加圧力に保持する加圧力制御手段とを備えていることを特徴とする摩擦点接合装置。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００６−１７５４９８（Ｐ２００６−１７５４９８Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７３１８７（Ｐ２００４−３７３１８７）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]