(57)【要約】【課題】異なる材料で構成されている複数の部材を摩擦接合方法により接合を行っても、良好な耐食性を実現し得る、摩擦接合装置を提供することを目的とする。【解決手段】ツール１０と、ツール１０を回転させる回転駆動器８と、ツール１０を進退移動させる直動駆動器７と、直動駆動器７及び回転駆動器８を制御して、ツール１０の先端部が被接合物Ｗを押圧しながら、ツールＷを回転させて、軟化した第２部材Ｗ２が、軟化した第１部材Ｗ１に突き刺さるように、被接合物Ｗに貫通孔４０を形成しながら、被接合物Ｗを接合させる（Ａ）を実行するように構成されている、制御装置３０と、を備える、摩擦接合装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、
前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、
制御装置と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記制御装置は、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に貫通孔を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ）を実行するように構成されている、摩擦接合装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記（Ａ）において、前記ツールの先端部が前記被接合物の第２部材を貫通するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御するように構成されている、請求項１に記載の摩擦接合装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記（Ａ）において、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ１）と、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置まで到達させることで、前記被接合物に前記貫通孔を形成する（Ａ２）と、を実行するように構成されている、請求項１に記載の摩擦接合装置。
【請求項４】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、
前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、
切削工具と、
前記切削工具を駆動する第１駆動器と、
制御装置と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記制御装置は、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら前記被接合物を接合させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記第１駆動器を制御して、前記切削工具により、前記凹部に貫通孔を形成する（Ｃ）と、を実行するように構成されている、摩擦接合装置。
【請求項５】
前記第１部材は、複数の第１サブ部材で構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。
【請求項６】
前記第２部材は、複数の第２サブ部材で構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦接合装置。
【請求項７】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、
前記摩擦接合装置は、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、
前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に貫通孔を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ）を備える、摩擦接合装置の運転方法。
【請求項８】
前記（Ａ）において、前記ツールの先端部が前記被接合物の第２部材を貫通するように、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作する、請求項７に記載の摩擦接合装置の運転方法。
【請求項９】
前記（Ａ）は、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ１）と、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置まで到達させることで、前記被接合物に前記貫通孔を形成する（Ａ２）と、を有する、請求項７に記載の摩擦接合装置の運転方法。
【請求項１０】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、
前記摩擦接合装置は、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、
前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、
切削工具と、
前記切削工具を駆動する第１駆動器と、を備え、
前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら前記被接合物を接合させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記第１駆動器が動作して、前記切削工具により、前記凹部に貫通孔を形成する（Ｃ）と、を備える、摩擦接合装置の運転方法。
【請求項１１】
前記第１部材は、複数の第１サブ部材で構成されている、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。
【請求項１２】
前記第２部材は、複数の第２サブ部材で構成されている、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の摩擦接合装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦接合装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１金属板と当該第１金属板よりも融点の高い材質の第２金属板とを重ね合わせて両者を、摩擦熱を利用して接合する異種金属板の接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている接合方法では、湾曲面を有するピンを備え、第１金属板及び第２金属板の軟化過程で上記ピンの湾曲面に沿って押しのけられた各々の軟化金属部分が一体に連続し、且つ、両軟化金属部分の境界では上記第２金属板の軟化金属部分が上記第１金属板の軟化金属部分に覆い被さってアンカー構造となり、第１金属板と第２金属板とが接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８５４４５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている接合方法では、ピンによって、接合部分に凹部が形成され、当該凹部には、水がたまりやすい。接合部分に水が存在すると、両軟化金属部分の境界で、イオン化傾向の大きい方の金属が腐食するおそれがあるという課題があった。
【０００５】
ここで、金属の腐食を抑制するために、電着塗装を施すことが考えられる。しかしながら、接合部分に形成された凹部の開口部を下方に向けて、塗料液槽に浸漬させると、当該凹部に空気が溜まり、凹部に塗料液が入り込まず、塗装が不充分になるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、異なる材料で構成されている複数の部材を摩擦接合方法により接合を行っても、良好な耐食性を実現し得る、摩擦接合装置及びその運転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】
【０００７】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、制御装置と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記制御装置は、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に貫通孔を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ）を実行するように構成されている。
【０００８】
これにより、被接合物の貫通孔に水が浸入したとしても、当該貫通孔から水を排出することができる。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【０００９】
また、電着塗装を施す場合に、凹部と異なり、貫通孔内の空気は、塗料液により追い出すことができるため、当該貫通孔に充分に塗料液が入り込ませることができ、貫通孔内を塗装することができる。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、切削工具と、前記切削工具を駆動する第１駆動器と、制御装置と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記制御装置は、前記直動駆動器及び前記回転駆動器を制御して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら前記被接合物を接合させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記第１駆動器を制御して、前記切削工具により、前記凹部に貫通孔を形成する（Ｃ）と、を実行するように構成されている。
【００１１】
これにより、被接合物の凹部に水が存在したとしても、当該凹部に貫通孔が形成されているので、当該貫通孔から水が排出される。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００１２】
また、電着塗装を施す場合に、凹部に溜まる空気を貫通孔から排出することができるため、当該凹部に充分に塗料液が入り込ませることができ、充分に塗装することができる。
【００１３】
また、本発明に係る摩擦接合装置の運転方法は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、前記摩擦接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に貫通孔を形成しながら、前記被接合物を接合させる（Ａ）を備える。
【００１４】
これにより、被接合物の貫通孔に水が浸入したとしても、当該貫通孔から水を排出することができる。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００１５】
また、電着塗装を施す場合に、凹部と異なり、貫通孔内の空気は、塗料液により追い出すことができるため、当該貫通孔に充分に塗料液が入り込ませることができ、貫通孔内を塗装することができる。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る摩擦接合装置の運転方法は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置の運転方法であって、前記摩擦接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、前記ツールを前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ツールを前記軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、切削工具と、前記切削工具を駆動する第１駆動器と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記直動駆動器及び前記回転駆動器が動作して、前記ツールの先端部が前記被接合物を押圧しながら、前記ツールを前記軸線周りに回転させて、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記被接合物に凹部を形成しながら前記被接合物を接合させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記第１駆動器が動作して、前記切削工具により、前記凹部に貫通孔を形成する（Ｃ）と、を備える。
【００１７】
これにより、被接合物の凹部に水が存在したとしても、当該凹部に貫通孔が形成されているので、当該貫通孔から水が排出される。このため、被接合物の接合界面において、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００１８】
また、電着塗装を施す場合に、凹部に溜まる空気を貫通孔から排出することができるため、当該凹部に充分に塗料液が入り込ませることができ、充分に塗装することができる。
【００１９】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る摩擦接合装置及びその運転方法によれば、異なる材料で構成されている複数の部材を摩擦接合方法により接合を行っても、良好な耐食性を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施の形態２における変形例１の摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本変形例１における摩擦接合装置の要部を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本変形例２における摩擦接合装置の要部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態１に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、ツールを軸線周りに回転させる回転駆動器と、ツールを軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、制御装置と、を備え、第１部材は、ツールと対向するように配置され、かつ、第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、制御装置は、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部が被接合物を押圧しながら、ツールを軸線周りに回転させて、軟化した第２部材が、軟化した第１部材に突き刺さるように、被接合物に貫通孔を形成しながら、被接合物を接合させる（Ａ）を実行するように構成されている。
【００２４】
また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置では、制御装置は、（Ａ）において、ツールの先端部が被接合物の第２部材を貫通するように、直動駆動器及び回転駆動器を制御するように構成されていてもよい。
【００２５】
以下、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の一例について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
［摩擦接合装置の構成］
図１は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１は、ツール１０、基体２、可動体３、ツール保持体４、直動駆動器７、回転駆動器８、及び制御装置３０を備えていて、被接合物Ｗの点接合部Ｗａを摩擦熱で軟化させて、攪拌して塑性流動させ、摩擦接合を行うように構成されている。
【００２８】
基体２は、ロボットアーム９の先端部に着脱可能に取り付けられている。基体２には、可動体３が、ツール保持体４の軸線Ｘ方向に移動可能に取り付けられている。可動体３の先端部には、ツール保持体４が設けられている。
【００２９】
ツール保持体４は、その軸線Ｘ周りに回転可能であり、かつ、可動体３と一体となって、軸線Ｘの方向に移動可能に構成されている。ツール保持体４の先端部には、ツール１０が着脱可能に設けられている。なお、ツール１０の着脱（交換）は、作業者が実行してもよく、ロボットアーム９とは異なるロボットアームが実行してもよい。
【００３０】
また、基体２の内部には、直動駆動器７が配置されている。直動駆動器７は、可動体３（ツール１０）を軸線Ｘ方向に直動させるように構成されている。直動駆動器７としては、例えば、電動モータ（サーボモータ）を用いてもよい。
【００３１】
可動体３の内部には、回転駆動器８が配置されている。回転駆動器８は、ツール保持体４、ツール１０を軸線Ｘ周りに回転させるように構成されている。回転駆動器８としては、例えば、電動モータ（サーボモータ）を用いてもよい。
【００３２】
さらに、基体２には、略Ｃ字状（略Ｌ字状）に形成されている湾曲フレーム５が固定されている。湾曲フレーム５は、その先端部が、ツール１０に対して、対向するように形成されている。また、湾曲フレーム５の先端部には、支持台６が設けられている。支持台６は、被接合物Ｗを支持するように構成されている。すなわち、本実施の形態１においては、基体２、可動体３、ツール保持体４、湾曲フレーム５、及び支持台６は、Ｃ型ガン（Ｃ型フレーム）で構成されている。
【００３３】
被接合物Ｗは、本実施の形態１においては、板状の第１部材Ｗ１と板状の第２部材Ｗ２で構成されている。第１部材Ｗ１は、金属材料（例えば、アルミニウム）、又は繊維強化プラスチック（例えば、炭素繊維強化プラスチック）を用いてもよく、第２部材Ｗ２は、第１部材Ｗ１とは異なる金属材料（例えば、鋼）を用いてもよい。
【００３４】
なお、本実施の形態１においては、被接合物Ｗは、２種類の部材（第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２）で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、３種類以上の部材で構成されていてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態１においては、被接合物Ｗを板状の第１部材Ｗ１と板状の第２部材Ｗ２で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物Ｗ（第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２）の形状は任意であり、例えば、直方体状であってもよく、円弧状に形成されていてもよい。
【００３６】
制御装置３０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等の演算器と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶器と、を備えている（図示せず）。記憶器には、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算器は、記憶器に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、直動駆動器７、回転駆動器８、及びロボットアーム９の各種動作を制御する。
【００３７】
なお、制御装置３０は、集中制御する単独の制御装置３０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置３０によって構成されていてもよい。また、制御装置３０は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【００３８】
［摩擦接合装置の動作（摩擦接合装置の運転方法）］
次に、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１の運転方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置３０の演算器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。
【００３９】
図２は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態１に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、ツールにより、摩擦接合を実行した状態を示す。
【００４０】
まず、作業者が支持台６の上面に被接合物Ｗを載置する。ついで、作業者が入力器（図示せず）を操作して、制御装置３０に被接合物Ｗの接合実行を入力する。
【００４１】
すると、図２に示すように、制御装置３０は、回転駆動器８を駆動させて、ツール保持体４及びツール１０を所定の回転数（例えば、５０〜６０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１）。ついで、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、直動駆動器７を駆動させて、ツール１０の先端部を被接合物Ｗの点接合部Ｗａに当接させる（ステップＳ１０２）。
【００４２】
このとき、制御装置３０は、ツール１０が予め設定された所定の押圧力（例えば、４ｋＮ〜７０ｋＮ）で被接合物Ｗを押圧するように、直動駆動器７を制御する。なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、予め実験等により、適宜設定することができる。
【００４３】
これにより、被接合物Ｗは、ツール１０の先端部により、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の点接合部Ｗａが軟化されて、塑性流動が生じる。また、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、アンカー構造が形成される。
【００４４】
次に、制御装置３０は、ツール１０の先端が、被接合物Ｗの支持台６の当接面にまで到達するように直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ１０３）。そして、制御装置３０は、ツール１０の先端が、被接合物Ｗの支持台６の当接面にまで到達すると、ツール１０の先端部が、被接合物Ｗから離間するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ１０４）。ついで、制御装置３０は、回転駆動器８を停止させて（ステップＳ１０５）、本プログラムを終了する。
【００４５】
これにより、図３に示すように、被接合物Ｗの点接合部Ｗａには、貫通孔４０が形成される。また、ツール１０の先端部により押しのけられた第１部分４１は、第１部材Ｗ１の貫通孔４０の開口部に移動する。
【００４６】
なお、制御装置３０は、被接合物Ｗにおける次の点接合部Ｗａを接合する場合には、回転駆動器８を停止させずに、次の点接合部Ｗａの上方に、摩擦接合装置１を移動させて、ステップＳ１０２の動作を実行してもよい。
【００４７】
このように構成された、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１では、被接合物Ｗに対して、摩擦接合を実行することにより、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、引張せん断に対する強度が高くなり、相対的に剥離強度も高くなるといったアンカー効果が得られる。
【００４８】
また、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１では、被接合物Ｗの点接合部Ｗａに貫通孔４０を形成することにより、点接合部Ｗａに水が存在しても、貫通孔４０から水が排出されるので、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２のうち、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食を抑制することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態１に係る摩擦接合装置１では、制御装置３０が、ツール１０の先端を被接合物Ｗの支持台６の当接面にまで到達するように、直動駆動器７を制御する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御装置３０が、ツール１０の先端が被接合物Ｗの支持台６の当接面を突き抜けるように、直動駆動器７を制御する形態を採用してもよい。この場合、支持台６の被接合物Ｗとの当接面（上面）に、ツール１０の先端部が進出するための凹部を設けてもよい。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る摩擦接合装置は、実施の形態１に係る摩擦接合装置において、制御装置が、（Ａ）において、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部が被接合物を押圧しながら、ツールを軸線周りに回転させて、軟化した第２部材が、軟化した第１部材に突き刺さるように、被接合物に凹部を形成しながら、被接合物を接合させる（Ａ１）と、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置まで到達させることで、被接合物に貫通孔を形成する（Ａ２）と、を実行するように構成されている。
【００５１】
また、本実施の形態２に係る摩擦接合装置では、第１位置が、第２部材における第１部材と当接する面と反対側の面から０．２ｍｍ以下であってもよい。
【００５２】
また、本実施の形態２に係る摩擦接合装置では、制御装置が、（Ａ２）において、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置まで到達させることで、凹部の底部における軟化した第２部材がツールの先端部に付着し、その後、ツールを被接合物から離間させることで、被接合物に貫通孔を形成するように構成されていてもよい。
【００５３】
また、本実施の形態２に係る摩擦接合装置では、第１位置が、第２部材における第１部材と当接する面と反対側の面から０．１ｍｍ以下であってもよい。
【００５４】
さらに、本実施の形態２に係る摩擦接合装置では、（Ａ２）において、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置まで到達させることで、凹部の底部における軟化した第２部材がツールの先端部により押しのけられることで、被接合物に貫通孔を形成するように構成されていてもよい。
【００５５】
以下、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の一例について、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１の構成は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
［摩擦接合装置の動作及び作用効果］
図４は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図５は、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、ツールにより、摩擦接合を実行した状態を示す。なお、以下の動作は、制御装置３０の演算器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。
【００５７】
図４に示すように、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１の動作は、実施の形態１に係る動作と基本的には同じであるが、ステップＳ１０３に代えて、ステップＳ１０３Ａの処理が実行される点が異なる。
【００５８】
具体的には、制御装置３０は、ステップＳ１０２の処理において、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、ツール１０の先端部を被接合物Ｗの点接合部Ｗａに当接させる。ついで、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第１位置まで到達するように、直動駆動器７を駆動する（ステップＳ１０３Ａ）。なお、ツール１０の先端の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置３０に出力される。
【００５９】
ここで、第１位置とは、第２部材Ｗ２の第１部材Ｗ１と当接する面を０％とし、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面を１００％とした場合に、０％より大きく、かつ、１００％未満の間で任意に設定される位置をいう。
【００６０】
なお、第１位置は、軟化した第２部材Ｗ２をツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）させる観点から、９５％以上であってもよく、９８％以上であってもよく、９９％以上であってもよい。また、第１位置は、軟化した第２部材Ｗ２をツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）させる観点から、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面（第２部材Ｗ２における第１部材Ｗ１と当接する面と反対側の面）から０．２ｍｍ以下の範囲であってもよい。
【００６１】
これにより、図５に示すように、被接合物Ｗに凹部Ｗｂが形成され、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、アンカー構造が形成される。また、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１における軟化した第２部材Ｗ２が、ツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）する。なお、図５においては、ツール１０の先端部に凝着した第２部材Ｗ２の軟化部分を網目模様で示している。
【００６２】
次に、制御装置３０は、ツール１０の先端部が、被接合物Ｗから離間するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ１０４）。これにより、ツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）した第２部材Ｗ２の軟化部分が、ツール１０とともに、被接合部Ｗａから引き抜かれるため、凹部Ｗｂに貫通孔が形成される。
【００６３】
このように構成された、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。
【００６４】
なお、本実施の形態２に係る摩擦接合装置１では、軟化した第２部材Ｗ２をツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）させ、当該ツールを被接合物Ｗから離間させることにより、貫通孔を形成する形態を採用したが、これに限定されない。
【００６５】
例えば、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面にまで、第２部材Ｗ２の材料を塑性流動させる観点から、第１位置は、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面から０．１ｍｍ以下の範囲であってもよい。
【００６６】
これにより、被接合物Ｗに凹部Ｗｂが形成され、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、アンカー構造が形成される。また、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１における軟化した第２部材Ｗ２の一部が、ツール１０の先端部の回転により、押しのけられ、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔が形成される。
【００６７】
［変形例１］
次に、本実施の形態２に係る摩擦接合装置の変形例について、図６を参照しながら、説明する。なお、本実施の形態２における変形例１の摩擦接合装置の構成は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
［摩擦接合装置の動作及び作用効果］
図６は、本実施の形態２における変形例１の摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御装置３０の演算器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。
【００６９】
まず、作業者が支持台６の上面に被接合物Ｗを載置する。ついで、作業者が入力器（図示せず）を操作して、制御装置３０に被接合物Ｗの接合実行を入力する。
【００７０】
すると、図６に示すように、制御装置３０は、回転駆動器８を駆動させて、ツール保持体４及びツール１０を所定の回転数（例えば、５０〜６０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２０１）。ついで、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、直動駆動器７を駆動させて、ツール１０の先端部を被接合物Ｗの点接合部Ｗａに当接させる（ステップＳ２０２）。
【００７１】
このとき、制御装置３０は、ツール１０が予め設定された所定の押圧力（例えば、４ｋＮ〜７０ｋＮ）で被接合物Ｗを押圧するように、直動駆動器７を制御する。なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、予め実験等により、適宜設定することができる。
【００７２】
これにより、被接合物Ｗは、ツール１０の先端部により、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の点接合部Ｗａが軟化されて、塑性流動が生じる。また、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、アンカー構造が形成される。
【００７３】
次に、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第２位置まで到達するように、直動駆動器７を駆動する（ステップＳ２０３）。なお、ツール１０の先端の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置３０に出力される。
【００７４】
ここで、第２位置とは、第２部材Ｗ２の第１部材Ｗ１と当接する面を０％とし、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面を１００％とした場合に、０％より大きく、かつ、１００％未満の間で任意に設定される位置をいう。なお、接合強度を向上させる観点から、第２位置は、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面に近い方がよく、２５％以上であってもよく、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、８０％以上であってもよく、９０％以上であってもよく、９５％以上であってもよい。
【００７５】
そして、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第２位置にまで到達すると、ツール１０の先端部が、被接合物Ｗから離間するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ２０４）。
【００７６】
次に、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第１位置まで到達するように、直動駆動器７を駆動し（ステップＳ２０５）、その後、ツール１０の先端部が、被接合物Ｗから離間するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ２０６）。
【００７７】
これにより、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１における軟化した第２部材Ｗ２が、ツール１０の先端部に付着（圧着、凝着）する。または、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１における軟化した第２部材Ｗ２の一部が、ツール１０の先端部の回転により、押しのけられ、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔が形成される。
【００７８】
次に、制御装置３０は、回転駆動器８を停止させて（ステップＳ２０７）、本プログラムを終了する。
【００７９】
このように構成された、本変形例１の摩擦接合装置１であっても、実施の形態２に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る摩擦接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているツールと、ツールを軸線周りに回転させる回転駆動器と、ツールを軸線に沿って進退移動させる直動駆動器と、切削工具と、切削工具を駆動する第１駆動器と、制御装置と、を備え、第１部材は、ツールと対向するように配置され、かつ、第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、制御装置は、直動駆動器及び回転駆動器を制御して、ツールの先端部が被接合物を押圧しながら、ツールを軸線周りに回転させて、軟化した第２部材が、軟化した第１部材に突き刺さるように、被接合物に凹部を形成しながら被接合物を接合させる（Ｂ）と、（Ｂ）の後、第１駆動器を制御して、切削工具により、凹部に貫通孔を形成する（Ｃ）と、を実行するように構成されている。
【００８１】
以下、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の一例について、図７〜図９を参照しながら詳細に説明する。
【００８２】
［摩擦接合装置の構成］
図７は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の概略構成を示す模式図である。
【００８３】
図７に示すように、本実施の形態３に係る摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、切削工具５０と、切削工具５０を駆動する第１駆動器６０と、をさらに備える点が異なる。
【００８４】
切削工具５０は、被接合物Ｗの被接合部Ｗａに形成された凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔を形成するように構成されている（図９参照）。切削工具５０としては、例えば、ドリルであってもよく、その先端部が、ツール１０の先端部の面積（軸線Ｘに対する垂直な方向の断面積）よりも小さくなるように構成されているツールであってもよい。
【００８５】
第１駆動器６０は、切削工具５０を駆動するように構成されていれば、どのような形態であってもよく、例えば、切削工具５０を把持するロボットであってもよい。第１駆動器６０を構成するロボットは、ロボットアーム９で構成されていてもよく、ロボットアーム９とは異なるロボットアームで構成されていてもよい。
【００８６】
［摩擦接合装置の動作（摩擦接合装置の運転方法）］
次に、本実施の形態３に係る摩擦接合装置１の運転方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置３０の演算器が、記憶器に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。
【００８７】
図８は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図９は、本実施の形態３に係る摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、ツールにより、摩擦接合を実行した状態を示す。
【００８８】
まず、作業者が支持台６の上面に被接合物Ｗを載置する。ついで、作業者が入力器（図示せず）を操作して、制御装置３０に被接合物Ｗの接合実行を入力する。
【００８９】
すると、図８に示すように、制御装置３０は、回転駆動器８を駆動させて、ツール保持体４及びツール１０を所定の回転数（例えば、５０〜６０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ３０１）。ついで、制御装置３０は、ツール保持体４及びツール１０を回転させた状態で、直動駆動器７を駆動させて、ツール１０の先端部を被接合物Ｗの点接合部Ｗａに当接させる（ステップＳ３０２）。
【００９０】
このとき、制御装置３０は、ツール１０が予め設定された所定の押圧力（例えば、４ｋＮ〜７０ｋＮ）で被接合物Ｗを押圧するように、直動駆動器７を制御する。なお、所定の回転数及び所定の押圧力は、予め実験等により、適宜設定することができる。
【００９１】
これにより、被接合物Ｗは、ツール１０の先端部により、第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２の点接合部Ｗａが軟化されて、塑性流動が生じる。また、第２部材Ｗ２の軟化部分である第２部分４２が、第１部材Ｗ１の軟化部分である第１部分４１に入り込み、アンカー構造が形成される。
【００９２】
次に、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第２位置まで到達するように、直動駆動器７を駆動する（ステップＳ３０３；図９参照）。なお、ツール１０の先端の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御装置３０に出力される。
【００９３】
ここで、第２位置とは、第２部材Ｗ２の第１部材Ｗ１と当接する面を０％とし、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面を１００％とした場合に、０％より大きく、かつ、１００％未満の間で任意に設定される位置をいう。なお、接合強度を向上させる観点から、第２位置は、第２部材Ｗ２の支持台６と当接する面に近い方がよく、２５％以上であってもよく、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、８０％以上であってもよく、９０％以上であってもよく、９５％以上であってもよい。
【００９４】
そして、制御装置３０は、ツール１０の先端が、第２位置にまで到達すると、ツール１０の先端部が、被接合物Ｗから離間するように、直動駆動器７を駆動させる（ステップＳ３０４）。ついで、制御装置３０は、回転駆動器８を停止させる（ステップＳ３０５）。
【００９５】
次に、制御装置３０は、第１駆動器６０を駆動させて、切削工具５０により、点接合部Ｗａにおける凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔を形成させる（ステップＳ３０６）。ついで、制御装置３０は、第１駆動器６０を停止させて、本プログラムを終了する。
【００９６】
このように構成された、本実施の形態３に係る摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。
【００９７】
なお、本実施の形態３に係る摩擦接合装置１では、制御装置３０が、第１駆動器６０を駆動させて、切削工具５０により、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔を形成させる形態を採用したが、これに限定されない。例えば、作業者が、切削工具５０により、凹部Ｗｂの底部Ｗｂ１に貫通孔を形成させる形態を採用してもよい。
【００９８】
［変形例１］
次に、本実施の形態１〜３に係る摩擦接合装置の変形例について、説明する。
【００９９】
本変形例１における摩擦接合装置は、実施の形態１〜３のいずれかに係る摩擦接合装置において、第１部材が、複数の第１サブ部材で構成されている。
【０１００】
以下、本変形例１における摩擦接合装置の一例について、図９を参照しながら説明する。
【０１０１】
図１０は、本変形例１における摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、摩擦接合を実行した状態を示す。
【０１０２】
図１０に示すように、本変形例１における摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、第１部材Ｗ１が複数の第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂで構成されている点が異なる。複数の第１サブ部材は、少なくとも１つの第１サブ部材が、第２部材Ｗ２と異なる種類の材料で構成されていればよい。
【０１０３】
例えば、第２部材Ｗ２が、鋼で構成されていて、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂがアルミニウムで構成されていてもよい。この場合、図１０に示すように、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂは、ツール１０の先端部との摩擦により、それぞれ軟化し、軟化した部分が攪拌されて、接合される。このため、第２部材Ｗ２の第２部分４２は、第１サブ部材Ｗ１Ａ、Ｗ１Ｂが軟化して、攪拌されて接合された部分（第１部分４１）に入り込む（突き刺さる）。
【０１０４】
このように構成された、本変形例１における摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。
【０１０５】
［変形例２］
本変形例２における摩擦接合装置は、実施の形態１〜３のいずれかに係る摩擦接合装置（変形例１における摩擦接合装置を含む）において、第２部材が、複数の第２サブ部材で構成されている。
【０１０６】
以下、本変形例２における摩擦接合装置の一例について、図１１を参照しながら説明する。
【０１０７】
図１１は、本変形例２における摩擦接合装置の要部を示す模式図であり、摩擦接合を実行した状態を示す。
【０１０８】
図１１に示すように、本変形例２における摩擦接合装置１は、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と基本的構成は同じであるが、第２部材Ｗ２が複数の第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂで構成されている点が異なる。複数の第２サブ部材は、少なくとも１つの第２サブ部材が、第１部材Ｗ１と異なる種類の材料で構成されていればよい。
【０１０９】
例えば、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂが、鋼で構成されていて、第１部材Ｗ１がアルミニウムで構成されていてもよい。この場合、図１１に示すように、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂは、ツール１０の先端部との摩擦により、それぞれ軟化し、軟化した部分が攪拌されて、接合される。このため、第２サブ部材Ｗ２Ａ、Ｗ２Ｂが軟化して、攪拌されて接合された部分（第２部分４２）が、第１部分４１に入り込む（突き刺さる）。
【０１１０】
このように構成された、本変形例２における摩擦接合装置１であっても、実施の形態１に係る摩擦接合装置１と同様の作用効果を奏する。
【０１１１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の摩擦接合装置及びその運転方法は、異なる材料で構成されている複数の部材を摩擦接合方法により接合を行っても、良好な耐食性を実現し得るため、有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  摩擦接合装置
２  基体
３  可動体
４  ツール保持体
５  湾曲フレーム
６  支持台
７  直動駆動器
８  回転駆動器
９  ロボットアーム
１０  ツール
３０  制御装置
４０  貫通孔
４１  第１部分
４２  第２部分
５０  切削工具
６０  第１駆動器
Ｗ  被接合物
Ｗ１  第１部材
Ｗ１Ａ  第１サブ部材
Ｗ１Ｂ  第１サブ部材
Ｗ２  第２部材
Ｗ２Ａ  第２サブ部材
Ｗ２Ｂ  第２サブ部材
Ｗａ  点接合部
Ｗｂ  凹部
Ｗｂ１  底部
Ｘ  軸線
【図１】
2019195826.tif 000003
【図２】
2019195826.tif 000004
【図３】
2019195826.tif 000005
【図４】
2019195826.tif 000006
【図５】
2019195826.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019195826.tif 000009
【図８】
2019195826.tif 000010
【図９】
2019195826.tif 000011
【図１０】
2019195826.tif 000012
【図１１】
2019195826.tif 000013