(57)【要約】    【課題】  異種金属部材同士を重ね合せて摩擦点接合をした後に電着塗装をした場合に接合部周囲に塗り残しが生じないように対策することを課題とする。    【解決手段】  融点が相対的に低いアルミニウム部材６３と融点が相対的に高い鋼部材６４とを重ね合せ、アルミニウム部材６３の側から回転ツール１４を押し込んで該回転ツール１４の回転動作及び加圧動作により発生する摩擦熱でアルミニウム部材６３を軟化及び塑性流動させて両部材６３，６４を摩擦点接合する方法において、両部材６３，６４を所定の接合部Ｐにおいて重ね合せ方向に所定の間隔Ｓをあけて重ね合せ、この状態で上記所定の接合部Ｐにおいて両部材６３，６４を摩擦点接合する。    【選択図】  図１４
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【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動作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、第１金属部材と第２金属部材とを所定の接合部において重ね合せ方向に所定の間隔をあけて重ね合せ、上記所定の接合部において両金属部材を摩擦点接合することを特徴とする摩擦点接合方法。
【請求項２】
所定の接合部は、第１金属部材と第２金属部材とに形成した凹部の底部に設けられて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３】
第１金属部材はアルミニウム合金であり、第２金属部材は鋼であって、両金属部材を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４】
第１金属部材は車体の所定の蓋部材のレインフォースメントであり、第２金属部材は上記蓋部材にヒンジ部材を取り付けるためのボルトのリテーナであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摩擦点接合方法。
【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摩擦点接合する方法に関する。
【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、その場合に、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、そののち塑性流動させて、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、例えばアルミと鋼又はチタンと鋼といった異種の金属部材を重ね合せて回転ツールで摩擦接合する場合に、上記異種金属が混合した際に生じる合金又は金属間化合物の溶融温度よりも、上記異種金属のうちの一方の金属部材を同種同士で摩擦接合するときの接合温度のほうが低くなるような異種金属部材の組合せを選択することで、良好な摩擦接合を実現する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７０２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、自動車のボディ等は、浸漬塗装工法の１つである電着塗装によって下塗りが行われる。この電着塗装は、塗着効率及び防錆効果が高く、膜厚の調整が容易である等の利点がある。しかし、自動車のボディを組み立てるときに前述のような摩擦点接合を行った箇所があると、その摩擦点接合の接合部周囲に電着塗装の塗り残しが生じる場合があるという不具合が見出された。
【０００６】
つまり、摩擦点接合は、最初に金属部材同士を所定の接合部においてぴったりと密着するように重ね合せ、この状態で上記接合部に回転ツールを高回転・高圧力で押し込んでいくのであるが、その際発生する摩擦熱や外部応力等によって、回転ツールを押し込んだ側の金属部材に歪みや撓み等の変形が生じ、その結果、金属部材間に微小空間・微小空隙が発生して、この微小空間には電着塗装の塗料溶液が表面張力の影響等によって浸入できないことから、摩擦点接合の接合部の周囲に電着塗装の塗り残しが生じる場合があるのである。そして、このような塗り残しを生じたままにしておくと、後々ここに水等の電解質が結露等によって接触したときに、異種金属部材間のイオン化傾向の違いから電気腐蝕が発生してしまうのである。
【０００７】
本発明は、異種金属部材同士を重ね合せて摩擦点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、摩擦点接合をした後に行う電着塗装において、接合部周囲に塗り残しが生じないように対策することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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動作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、第１金属部材と第２金属部材とを所定の接合部において重ね合せ方向に所定の間隔をあけて重ね合せ、上記所定の接合部において両金属部材を摩擦点接合することを特徴とする。
【０００９】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、所定の接合部は、第１金属部材と第２金属部材とに形成した凹部の底部に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項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であり、第２金属部材は鋼であって、両金属部材を固相状態で接合することを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項４に記載の発明は、上記請求項１から３のいずれかに記載の発明において、第１金属部材は車体の所定の蓋部材のレインフォースメントであり、第２金属部材は上記蓋部材にヒンジ部材を取り付けるためのボルトのリテーナであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
まず、請求項１に記載の発明によれば、異種の金属部材同士を重ね合せて摩擦点接合する場合において、従来のように、両金属部材同士を所定の接合部においてぴったりと密着するように重ね合せるのではなく、両金属部材同士を所定の接合部において重ね合せ方向に所定の間隔をあけて重ね合せ、この状態で上記接合部に回転ツールを押し込んで摩擦点接合をするようにしたから、たとえ回転ツールによる接合時に金属部材に歪みや撓み等の変形が生じても、接合部の周囲の空間が微小となることがなく、その結果、電着塗装の塗料溶液が接合部の周囲の空間に支障なく浸入できて、摩擦点接合の接合部周囲に電着塗装の塗り残しが生じることがなくなる。
【００１３】
つまり、接合中の金属部材の変形は回避できないから、それであれば、たとえ金属部材が変形しても、接合後に電着塗装の塗料溶液が円滑に侵入できるだけの大きさの空間が接合部の周囲に確保されるように、最初から金属部材間に所定の間隔を設けたところに本発明の最大の特徴があり、これにより、電着塗装の塗料溶液の付き回りが良くなって塗り残しの問題が解消されることとなる。
【００１４】
もっとも、上記所定の間隔は、大きくすればするほど、接合後において接合部の周囲に大きな空間が確保されることになって好ましいが、一方で、接合強度の低下を伴う場合があるので、上記間隔の下限値は、接合後の空間確保の観点から定め、上記間隔の上限値は、接合強度の観点から定めるのがよい。
【００１５】
その場合に、請求項２に記載の発明によれば、第１金属部材と第２金属部材とを両金属部材に形成した凹部の底部において接合するから、回転ツールが押し込まれて変形する側の第１金属部材の凹部が内側に位置し、回転ツールが押し込まれず変形しない側の第２金属部材の凹部が外側に位置することとなって、第１金属部材の凹部の変形が第２金属部材の凹部で拘束されることとなる。その結果、第１金属部材の凹部の変形に伴う微小空間・微小空隙の発生、及びそれに起因する電着塗装の塗り残しの発生が凹部内に集約されて凹部内で多発することとなり、このような状況下で、第１金属部材の凹部の底部と第２金属部材の凹部の底部とを所定の間隔をあけて重ね合せることによって得られる本発明の作用効果は一層顕著なものとなる。
【００１６】
そして、請求項３に記載の発明によれば、アルミニウム合金部材と鋼部材とを重ね合せたワークにアルミニウム合金部材の側から回転ツールを押し込んでアルミニウム合金部材を軟化及び塑性流動させて両金属部材を固相状態で摩擦点接合する方法において、上記請求項１又は２に記載の発明で奏される作用効果と同様の作用効果が奏されることとなる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明によれば、車体の所定の蓋部材（例えばトランクリッドやボンネット等）のレインフォースメントと、上記蓋部材にヒンジ部材を取り付けるためのボルトのリテーナとを重ね合せたワークに、レインフォースメントの側から回転ツールを押し込んで、レインフォースメントを軟化及び塑性流動させて、両金属部材を固相状態で摩擦点接合する方法において、上記請求項１から３のいずれかに記載の発明で奏される作用効果と同様の作用効果が奏されることとなる。以下、本発明の最良の実施形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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を下垂状態で支持するフレーム１１とを含んでいる。
【００１９】
図２及び図３に拡大して示すように、上部フレーム１１にはアッパプレート１１ａが設けられており、該アッパプレート１１ａにレール部材４１が水平方向に延設されて、該レール部材４１の溝４１ａに接合ガン１０の上部カバー２２がスライド自在に嵌合されて、接合ガン１０は、上記レール部材４１に沿って水平方向に移動自在とされている。接合ガン１０は、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。これと同様に、下部フレーム１１にはロアプレート１１ｂが設けられており、該ロアプレート１１ｂにもレール部材４２が水平方向に延設されて、該レール部材４２の溝４２ａに接合用工具１８の他方である受け具１７がスライド自在に嵌合されて、受け具１７は、上記レール部材４２に沿って水平方向に移動自在とされている。
【００２０】
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２参照）、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、後述するように（図２０参照）、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７°、ピン部１６ｃの突出長さ（ｈ）が０．３５ｍｍ（金属部材の厚みが薄い場合は０．３ｍｍ）等とされる。
【００２５】
図１に示したように、接合ガン１０はハーネス５１を介して制御盤５０と接続されている。そして、フレーム１１に配設されたスイッチ１２のオン・オフ操作により、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。
【００２６】
図７に例示するように、本実施形態においては、摩擦点接合装置１の受け具１７上に、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載置する（状況に応じてワークを図示しないクランプ等の適宜手段によって固定する）。そして、この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。
【００２７】
このとき、１つの接合部Ｐでの接合が終了すると、回転ツール１６を上昇させ、接合ガン１０をレール部材４１に沿って所定距離だけ水平移動させた後、再び回転ツール１６を下降させて接合を行い、これを繰り返すことにより、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。
【００２８】
さらに詳しく説明すると、図８に示すように、摩擦点接合動作の初期、つまり回転ツール１６が下降してピン部１６ｃの先端が第１金属部材Ｗ１に接触したときは、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。
【００２９】
次に、図９に示すように、摩擦点接合動作の中期、つまり回転ツール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に突入したときは、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、このとき、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れる。
【００３０】
また、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た酸化皮膜が接合部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。
【００３１】
そして、図１０に示すように、摩擦点接合動作の後期、つまり回転ツール１６がさらに下降してショルダ部１６ｂが第１金属部材Ｗ１に深く突入したときは、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。
【００３２】
なお、亜鉛メッキ層Ｚの１部に（符号Ｙ）、第１金属部材Ｗから由来した金属と、亜鉛メッキ層Ｚから由来した金属との金属混合物が生成する。
【００３３】
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。ただし、その場合に、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に突き当たらないように、回転ツール１６の寸法や板組みＷ１，Ｗ２に応じて、接合条件が調整されている（図２０参照）。さもないと、第１金属部材Ｗ１にピン部１６ｃで孔が開いてしまい、接合強度不足あるいは電気腐食等の不具合が生じてしまうからである。
【００３４】
次に、本発明の特徴部分を説明する。図１２は、本発明に係る方法で摩擦点接合をする自動車ボディの構成部材の使用状態を示したものである。この自動車ボディの構成部材は、自動車のトランクリッド６０のレインフォースメント６３と、該トランクリッド６０にヒンジ７０（図１３参照）を取り付けるためのボルトリテーナ６４とである。これらの部材６３，６４は、アウタパネル６１とインナパネル６２とを周縁部でヘミング加工して結合した袋構造のトランクリッド６０のコーナ内部に左右一対配置されている。ここで、レインフォースメント６３は、６０００系のアルミニウム合金（厚み１．４ｍｍ）で作製されており、ボルトリテーナ６４は、亜鉛メッキされた鋼鈑（厚み１．０ｍｍ）で作製されている（図２０参照）。
【００３５】
図１３に示すように、トランクリッド６０のコーナ内部において、レインフォースメント６３がインナパネル６２に適宜手段で固着されている。そして、このレインフォースメント６３に重ね合せてボルトリテーナ６４が次に説明する方法で摩擦点接合されている（接合部Ｐは２箇所）。このボルトリテーナ６４に結合されたボルト６５，６５の螺子部がインナパネル６２から外方に突出し、このボルト６５，６５の螺子部にヒンジ７０を通して該ヒンジ７０をナット６６，６６で締め付け固定する。ここで、レインフォースメント６３とボルトリテーナ６４との摩擦点接合は、ヒンジ７０をトランクリッド６０に組み付けるまでの期間中、ボルトリテーナ６４をトランクリッド６０に仮止めするためのものである。
【００３６】
その場合に、上記接合部Ｐ，Ｐは、レインフォースメント（第１金属部材）６３と、ボルトリテーナ（第２金属部材）６４とに形成した凹部の底部６３ａ，６４ａに設けられている。これらの凹部は、レインフォースメント６３の剛性確保のため、あるいは摩擦点接合で生成するバリＢを隠すために設けられたもので、図１２に明らかなように、正対視で円形に仕上げられている。
【００３７】
以下、第１金属部材としてのレインフォースメント６３と、第２金属部材としてのボルトリテーナ６４とを重ね合せて摩擦点接合する本発明に係る方法を説述する。
【００３８】
まず、図１４に示すように、融点の相対的に低いアルミニウム合金製のレインフォースメント６３を上板とし、融点の相対的に高い鋼製のボルトリテーナ６４を下板として、両部材６３，６４を重ね合せ、これをワークとする。そして、このワークを摩擦点接合装置１の受け具１７の上に載置する。この状態で、ボルト６５，６５の螺子部が、レインフォースメント６３の孔（符号付さず）を貫通して上方に起立しているので、該ボルト６５，６５の螺子部をクランプ１７ａ，１７ａで固定する。
【００３９】
このとき、レインフォースメント６３の凹部と、ボルトリテーナ６４の凹部とを位置合せして両部材６３，６４を重ね合せる。その場合に、レインフォースメント６３の凹部が内側に位置し、ボルトリテーナ６４の凹部が外側に位置するので、レインフォースメント６３の凹部の径が、ボルトリテーナ６４の凹部の径よりも小さく設定されている。併せて、レインフォースメント６３の凹部の深さが、ボルトリテーナ６４の凹部の深さよりも浅く設定されている。その結果、図１４に示したように、レインフォースメント６３の凹部の底部６３ａと、ボルトリテーナ６４の凹部の底部６４ａとの間に、上下方向つまり重ね合せ方向に、所定の間隔Ｓがあいている。そして、接合部Ｐ，Ｐにおいては、そのように重ね合せ方向に所定の間隔Ｓがあいているが、その他の部分では、レインフォースメント６３とボルトリテーナ６４とがぴったりと密着して重なり合っている。そして、この状態で、上記接合部Ｐ，Ｐにおいて両部材６３，６４を摩擦点接合するべく、ワークに向けて摩擦点接合装置１の回転ツール１６を回転させながら下降させる。
【００４０】
図１５は、回転ツール１６のピン部１６ｃの先端がレインフォースメント６３の凹部の底部６３ａに接触した様子を示している（前述の図８に相当）。このときピン部１６ｃは摩擦熱を発生させるが、同時に回転ツール１６を接合部Ｐに位置決めし、回転ツール１６が接合部Ｐから位置ズレしないようにする機能も有している。
【００４１】
次に、図１６は、回転ツール１６のショルダ部１６ｂがレインフォースメント６３の凹部の底部６３ａに深く突入した様子を示している（前述の図１０に相当）。このとき回転ツール１６で下方に押圧されたレインフォースメント６３の塑性流動部分が、上記両部材６３，６４間の所定の間隔Ｓを埋めながら下方に押し出され、その押し出された部分において両部材６３，６４の新生面が露出して、両部材６３，６４が摩擦点接合（固相接合）している。
【００４２】
次に、図１７は、１点目の接合が終了して、２点目の接合を行うべく、回転ツール１６が２点目の接合部Ｐの上方に水平移動した様子を示している（１点目の図１４と同様）。なお、回転ツール１６の上昇時及び水平移動時も回転ツール１６は回転したままとする（もちろん回転を一時停止してもよい）。
【００４３】
次に、図１８は、２点目の接合部Ｐにおいて、回転ツール１６のショルダ部１６ｂがレインフォースメント６３の凹部の底部６３ａに深く突入した様子を示している（１点目の図１６と同様）。このときもまた回転ツール１６で下方に押圧されたレインフォースメント６３の塑性流動部分が、上記両部材６３，６４間の所定の間隔Ｓを埋めながら下方に押し出され、その押し出された部分において両部材６３，６４の新生面が露出して、両部材６３，６４が摩擦点接合（固相接合）している。
【００４４】
以上により、図１９に符号ア…アで示すように、接合終了後の接合部Ｐ，Ｐの周囲には、上記両部材６３，６４間の所定の間隔Ｓに起因して、比較的大きな空間が最後まで残ることとなる。したがって、この摩擦点接合をした後に行うワークの電着塗装において、塗料溶液が接合部Ｐ，Ｐの周囲の空間ア…アに支障なく浸入できて、摩擦点接合の接合部Ｐ，Ｐの周囲に電着塗装の塗り残しが発生しなくなり、その結果、異種金属部材６３，６４間の電気腐蝕の問題が解消される。
【００４５】
もちろん、この最後まで残った空間ア…アは、最初の間隔Ｓと同じサイズであるとは限らず、接合中の摩擦熱や外部応力等によってレインフォースメント６３に歪みや撓み等の変形が生じ、その結果、空間ア…アの高さは最初の間隔Ｓから増加又は減少していることが多い。しかし、たとえ減少した場合であっても、接合終了後の接合部Ｐ，Ｐの周囲の空間が、電着塗装の塗料溶液が表面張力の影響等によって浸入できなくなるほどの微小空間・微小空隙となることが回避されている。
【００４６】
しかも、本実施形態においては、レインフォースメント６３とボルトリテーナ６４とを両部材６３，６４に形成した凹部の底部６３ａ，６４ａにおいて接合するから、回転ツール１６が押し込まれて変形する側のレインフォースメント６３の凹部が内側に位置し、回転ツール１６が押し込まれずそれほど変形しない側のボルトリテーナ６４の凹部が外側に位置することとなって、レインフォースメント６３の凹部の変形がボルトリテーナ６４の凹部で拘束されることとなる。その結果、レインフォースメント６３の凹部の変形に伴う微小空間・微小空隙の発生、及びそれに起因する電着塗装の塗り残しの発生が凹部内に集約されて凹部内で多発することとなる。したがって、このような状況下で、レインフォースメント６３の凹部の底部６３ａと、ボルトリテーナ６４の凹部の底部６４ａとを、所定の間隔Ｓをあけて重ね合せることによって得られる本発明の作用効果は一層顕著なものとなっている。
【００４７】
図２０は、上記図１４〜図１９に例示した本発明に係る摩擦点接合方法のより具体的な各種設定値をまとめたものである。ここで、接合条件として３段加圧を採用した。なお、加圧力の変更は加圧用モータ１４の回転角を制御することにより、また回転数の変更は回転用モータ１５の回転速度を制御することにより、それぞれ可能なことはいうまでもない。
【００４８】
図２１は、上記図２０に示した各種設定値のもとで、レインフォースメント６３とボルトリテーナ６４との間の間隔Ｓをいくつか変えて行った摩擦点接合テスト１〜３の結果をまとめたものである。これによると、接合前の板間隔Ｓを０．３ｍｍとしたとき（テスト２）は、０．９０ｋＮの接合部剥離強度が得られた。これは、接合前の板間隔Ｓを０ｍｍとしたとき、つまりレインフォースメント６３とボルトリテーナ６４との間に間隔Ｓをあけずに接合する従来の接合方法を行ったとき（テスト１）に得られる剥離強度（０．８８ｋＮ）と遜色がなく、ヒンジ７０をトランクリッド６０に組み付ける際にインパクトレンチでナット６６をボルト６５の螺子部に打ち込むときの衝撃に十分耐え得るものであった（すなわち仮止めとしての基準を満足するレベルであった）。
【００４９】
一方、接合前の板間隔Ｓを０．６ｍｍに増大したとき（テスト３）は、接合部剥離強度が低減した（０．４９ｋＮ）。ただし、この数値は、１点目の接合のみで得られた強度である。すなわち、１点目を接合した際のレインフォースメント６３の変形を受けて、１点目の接合部Ｐの周囲の空間ア…アの高さが最初の間隔Ｓから増加したのであるが、このとき板間隔Ｓを０．６ｍｍに増大していたことによって、２点目の接合部Ｐにおいて板間隔Ｓが離れ過ぎてしまい、その結果、２点目の接合が満足に行えなかったのである（より具体的には、回転ツール１６を押し込んだときにレインフォースメント６３の塑性流動部分が下板のボルトリテーナ６４まで届かずに２点目の接合部Ｐに穴が開いてしまったのである）。
【００５０】
以上のことから、接合後の大きな空間ア…ア確保の観点に加えて、接合後の接合強度の観点まで考慮すると、上記図２０に示した各種設定値のもとでは、接合前の最初の板間隔Ｓは、およそ０．３ｍｍ以上で０．６ｍｍ未満の範囲にするとよいことが分かった。
【００５１】
因みに、上記図１４〜図１９と対比させて、上下板間隔Ｓをあけない従来の摩擦点接合方法の様子を図２２〜図２７に例示する。この場合、例えば図２４に示したように、１点目の接合によって、該１点目の接合部Ｐ周辺で、上下両部材６３，６４の境界面に、僅かな空間・空隙が発生する（これは１点目を接合した際のレインフォースメント６３の変形に起因するものである）。また同様に、図２６に示したように、２点目の接合によって、該２点目の接合部Ｐ周辺で、上下両部材６３，６４の境界面に、僅かな空間・空隙が発生する（これは２点目を接合した際のレインフォースメント６３の変形に起因するものである）。
【００５２】
しかし、図２７に符号イ…イで示したように、接合終了後の接合部Ｐ，Ｐの周囲には、微小空間・微小空隙しか発生せず、したがって、この摩擦点接合をした後に行うワークの電着塗装において、塗料溶液が接合部Ｐ，Ｐの周囲の空間イ…イに浸入することができず、摩擦点接合の接合部Ｐ，Ｐの周囲に電着塗装の塗り残しが生じて、異種金属部材６３，６４間の電気腐蝕の問題が起きてしまうこととなる。
【００５３】
以上のように摩擦点接合をした後に行う電着塗装は、例えば図２８に示すようなシステムで実行される。すなわち、上記トランクリッド６０やボンネット等の車体の蓋部材が組み付けられた自動車ボディをハンガに吊るし、上記蓋部材を開けた状態で所定速度で移動させながら電着塗装の塗料溶液槽に所定時間浸漬させる。その間、プラスに帯電された塗料（カチオン電着）が陰極とされた自動車ボディの表面に電気泳動によって析出し、これにより塗膜が形成されて、自動車ボディの下塗りが行われる。
【００５４】
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、摩擦点接合装置１は、接合ガン１０をフレーム１１で下垂状態に支持する構成であったが、これに代えて、例えば接合ガン１０を汎用される６軸垂直多関節型ロボットの手首に備え、このロボットの動きで接合ガン１０による摩擦点接合、及び複数の接合部Ｐ…Ｐ間の接合ガン１０の移動を行う構成としてもよい。また、上記実施形態では、摩擦点接合をするワークはトランクリッド６０の構成部材であったが、これに限らず、例えばボンネットの構成部材等であってもよい。さらに、上記実施形態では、上下両部材６３，６４の凹部の深さを異ならせることにより、両部材６３，６４間に所定の間隔Ｓをあけるようにしたが、これに限らず、例えば両部材６３，６４間にスペーサ等を挟み込むことにより、両部材６３，６４間に所定の間隔Ｓをあけるようにしてもよい（この方法は、接合部Ｐが凹部の底部にないときに特に有効である）。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明によれば、異種金属部材同士を重ね合せて摩擦点接合をした後に電着塗装をしても接合部周囲に塗り残しが生じることがなくなり、その結果、異種金属部材間のイオン化傾向の違いに起因して電気腐蝕が発生することが回避できる。本発明は、回転ツールを高回転・高圧力で接合部に押し込む方式の摩擦点接合の技術分野において幅広い産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る摩擦点接合装置の概略正面図である。
【図２】上記摩擦点接合装置における接合ガン周辺の拡大正面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図４】図３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ＩＩ−ＩＩ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を押し込んで重ね合せた２枚の金属部材を摩擦点接合する動作の初期を示す拡大断面図である。
【図９】同じく摩擦点接合する動作の中期を示す拡大断面図である。
【図１０】同じく摩擦点接合する動作の終期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】自動車のトランクリッドのヒンジ取付部をインナパネル側から示す一部切欠きの部分図である。
【図１３】図１２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図であって、（ａ）はトランクリッドにヒンジを取り付ける前の状態を分解して示す図、（ｂ）はトランクリッドにヒンジを取り付けた後の状態を示す図である。
【図１４】上記摩擦点接合装置を用いて本発明の方法により上記トランクリッドのレインフォースメントとボルトリテーナとを２箇所の接合部で摩擦点接合する動作の１例を示す拡大断面図である。
【図１５】上記摩擦点接合動作の次の段階を示すものである。
【図１６】さらに次の段階を示すものである。
【図１７】さらに次の段階を示すものである。
【図１８】さらに次の段階を示すものである。
【図１９】上記摩擦点接合により接合部周囲に生じた比較的大きな空間を示す拡大断面図である。
【図２０】上記摩擦点接合装置を用いて本発明の方法により上記トランクリッドのレインフォースメントとボルトリテーナとを２箇所の接合部で摩擦点接合する動作の接合条件、ツール寸法及び板組みを示すテーブルである。
【図２１】上記摩擦点接合のテスト１〜３の結果を示すテーブルである。
【図２２】上記摩擦点接合装置を用いて従来の方法により上記トランクリッドのレインフォースメントとボルトリテーナとを２箇所の接合部で摩擦点接合する動作の１例を示す拡大断面図であって図１４と対比するものである。
【図２３】上記摩擦点接合動作の次の段階を示すものであって図１５と対比するものである。
【図２４】さらに次の段階を示すものであって図１６と対比するものである。
【図２５】さらに次の段階を示すものであって図１７と対比するものである。
【図２６】さらに次の段階を示すものであって図１８と対比するものである。
【図２７】上記摩擦点接合により接合部周囲に生じた微小空間を示す拡大断面図である。
【図２８】摩擦点接合後に行う電着塗装工程の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１          摩擦点接合装置
１０        接合ガン
１１        フレーム
１４        加圧用モータ
１５        回転用モータ
１６        回転ツール
１６ｂ      ショルダ部
１６ｃ      ピン部
１７        受け具
２４        ネジ軸（昇降軸）
２５        スプライン軸（回転軸）
５０        制御盤
６０        トランクリッド（蓋部材）
６３        レインフォースメント
６４        ボルトリテーナ
６３ａ，６４ａ  凹部の底部
７０        ヒンジ
Ｐ          接合部
Ｓ          間隔
Ｗ１        第１金属部材
Ｗ２        第２金属部材
Ｘ          回転軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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