(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の板材をツールのピン部で摩擦撹拌して互いに点接合する摩擦撹拌点接合装置であって、
前記ツールを前記板材に向けて進退させる進退駆動器と、
前記ツールを回転させる回転駆動器と、
前記進退駆動器及び前記回転駆動器を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記ツールを回転させた状態で前記板材に前記ピン部を押し込んで前記ピン部に前記板材を加圧させる接合制御と、
前記接合制御の後に、前記ツールが回転して前記ピン部が前記板材に没入した状態のまま、前記接合制御のときよりも前記ツールの回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、前記ピン部の表面温度が酸化開始温度未満になってから前記ツールを前記板材から離間させる放熱制御と、を実行する、摩擦撹拌点接合装置。
【請求項２】
前記ピン部の前記表面温度は、前記ピン部に形成された被膜部の表面温度である、請求項１に記載の摩擦撹拌点接合装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記接合制御に要する時間よりも短時間で前記放熱制御を実行する、請求項１又は２に記載の摩擦撹拌点接合装置。
【請求項４】
一対の板材をツールのピン部で摩擦撹拌して互いに接合する摩擦撹拌点接合方法であって、
前記ツールを回転させた状態で前記板材に前記ピン部を押し込んで前記ピン部に前記板材を加圧させる接合工程と、
前記接合工程の後に、前記ツールが回転して前記ピン部が前記板材に没入した状態のまま、前記接合工程のときよりも前記ツールの回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、前記ピン部の表面温度が酸化開始温度未満になってから前記ツールを前記板材から離間させる放熱工程と、を備える、摩擦撹拌点接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の板材を互いに接合する方法として、摩擦撹拌点接合法（Friction Spot Joining）が知られている。この方法で一対の板材を接合する場合には、例えば特許文献１に開示されるように、重ね合わされた一対の板材に摩擦撹拌点接合装置のツールのピン部を回転させながら押し込み、接合完了後に引き抜く。これにより一対の板材は、摩擦撹拌点接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４７１３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、摩擦撹拌点接合直後のツールの表面温度は、接合しようとする一対の板材の材料等によって変化する。摩擦撹拌点接合後のツールの表面温度によっては、ツールを一対の板材に没入させた際に板材と接触していたツールの表面が、ツールを一対の板材から離間させた後に大気に酸化されることがある。このようにツールの表面が酸化されると、ツールが劣化してツールの耐久性能が低下し、ツールの寿命が短縮するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、摩擦撹拌点接合後にツールの表面が大気に酸化されるのを防止することにより、その酸化によるツールの劣化を抑制してツールの耐久性能を維持し、ツールの長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る摩擦撹拌点接合装置は、一対の板材をツールのピン部で摩擦撹拌して互いに点接合する摩擦撹拌点接合装置であって、前記ツールを前記板材に向けて進退させる進退駆動器と、前記ツールを回転させる回転駆動器と、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記ツールを回転させた状態で前記板材に前記ピン部を押し込んで前記ピン部に前記板材を加圧させる接合制御と、前記接合制御の後に、前記ツールが回転して前記ピン部が前記板材に没入した状態のまま、前記接合制御のときよりも前記ツールの回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、前記ピン部の表面温度が酸化開始温度未満になってから前記ツールを前記板材から離間させる放熱制御と、を実行する。
【０００７】
上記構成によれば、摩擦撹拌点接合後のツールを板材から離間させる際にピン部の表面温度が酸化開始温度未満になっているので、ピン部の表面が大気に酸化されるのを防止できる。これによりツールの劣化を抑制し、ツールの耐久性能を維持して、ツールの長寿命化を図れる。
【０００８】
前記ピン部の前記表面温度は、前記ピン部に形成された被膜部の表面温度でもよい。これにより、ピン部に形成された被膜部が大気に酸化されるのを防止できるので、例えば、被膜部が酸化によってピン部の芯体部から剥離されるのを防止できる。従って、芯体部が板材と不要な反応を生じるのを防止でき、ツールの長寿命化を図れる。
【０００９】
前記制御器は、前記接合制御に要する時間よりも短時間で前記放熱制御を実行してもよい。これにより、ツールを放熱させるための時間を節約できるので、一対の板材を点接合する作業効率の低下を抑制しながら、ツールの長寿命化を図れる。
【００１０】
本発明の一態様に係る摩擦撹拌点接合方法は、一対の板材をツールのピン部で摩擦撹拌して互いに接合する摩擦撹拌点接合方法であって、前記ツールを回転させた状態で前記板材に前記ピン部を押し込んで前記ピン部に前記板材を加圧させる接合工程と、前記接合工程の後に、前記ツールが回転して前記ピン部が前記板材に没入した状態のまま、前記接合工程のときよりも前記ツールの回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、前記ピン部の表面温度が酸化開始温度未満になってから前記ツールを前記板材から離間させる放熱工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、摩擦撹拌点接合後にツールの表面が大気に酸化されるのを防止することにより、その酸化によるツールの劣化を抑制してツールの耐久性能を維持し、ツールの長寿命化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る摩擦撹拌点接合装置の機能ブロック図である。
【図２】図１の摩擦撹拌点接合装置における接合ユニットの側面図である。
【図３】図１の摩擦撹拌点接合装置の動作フローチャートである。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は図１の摩擦撹拌点接合装置を用いた摩擦撹拌点接合の各工程を説明する断面図である。
【図５】比較例のツールの加圧力と回転数との各時間変化を示す図である。
【図６】比較例のショルダー部及びピン部の表面の最高温度の時間変化を示す図である。
【図７】板材から離間させた直後の比較例のツールの表面温度分布を示す図である。
【図８】実施例のツールの加圧力と回転数との各時間変化を示す図である。
【図９】実施例のショルダー部及びピン部の表面の最高温度の時間変化を示す図である。
【図１０】板材から離間させた直後の実施例のツールの表面温度分布を示す図である。
【図１１】実施例及び比較例における板材の打点数（摩擦撹拌点接合数）とピン部の径の変化量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る摩擦撹拌点接合装置１（以下、単に接合装置１と称する。）の機能ブロック図である。図２は、図１の接合装置１における接合ユニット２の側面図である。図１及び２に示すように、接合装置１は、接合ユニット２、多関節ロボット３、及び制御装置４を備える。接合ユニット２は、フレーム部５、ユニット本体部６、及び裏当部７を有する。
【００１５】
フレーム部５は、一例として、側面視においてＣ字状又は逆Ｃ字状の外観形状を有し、ユニット本体部６と裏当部７とに接続されると共に、多関節ロボット３に支持される。ユニット本体部６は、回転軸部９、ツール１０、ツール移動用モータＭ１（進退駆動器）、及びツール回転用モータＭ２（回転駆動器）を有する。回転軸部９は、ユニット本体部６の筐体から裏当部７に向けて延び、裏当部７に接近又は離間可能に設けられる。ユニット本体部６の筐体から遠位に位置する回転軸部９の軸方向一端には、ホルダが設けられ、ツール１０を着脱可能に保持している。
【００１６】
ツール１０は、ツール本体部１０ａ、ショルダー部１０ｂ、及びピン部１０ｃを有し、板材Ｗ２の板材Ｗ１とは反対側の面に接触又は離間可能に設けられる。ピン部１０ｃは、ツール本体部１０ａから裏当部７に向けて突出し、ショルダー部１０ｂに囲まれている。ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面には、被膜部１０ｅが形成されている。被膜部１０ｅは、ショルダー部１０ｂの表面とピン部１０ｃの芯体部１０ｄの表面を覆って保護している。芯体部１０ｄは、超硬合金又はニッケル合金等の合金や、セラミックで構成されてもよい。また被膜部１０ｅは、Ｔｉ及びＡｌの少なくともいずれかを含む窒化物や、Ｔｉ及びＡｌの少なくともいずれかを含む酸化物で構成されるが、これに限定されず、セラミックで構成されてもよい。また、被膜部１０ｅが省略され、芯体部１０ｄが露出していてもよい。
【００１７】
各モータＭ１，Ｍ２は、ユニット本体部６の筐体に内蔵される。ツール移動用モータＭ１が駆動されると、回転軸部９の軸方向に、回転軸部９及びツール１０が、板材Ｗ１，Ｗ２に向けて進退される。また、ツール回転用モータＭ２が駆動されると、回転軸部９及びツール１０が、回転軸部９の軸線周りに回転される。各モータＭ１，Ｍ２の各駆動は、制御装置４に制御される。
【００１８】
裏当部７は、一例として、フレーム部５からユニット本体部６に向かって延びる円柱状の外観形状を有し、板材Ｗ１を下方から支持する。裏当部７の軸方向一端の先端部は、板材Ｗ１の板材Ｗ２とは反対側の面に接触する。
【００１９】
多関節ロボット３は、ロボット用モータＭ３を有し、接合ユニット２を所定位置に移動させる。ロボット用モータＭ３の駆動は、制御装置４に制御される。ロボット用モータＭ３は、複数のモータを含んでいてもよい。
【００２０】
制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、接合ユニット２と多関節ロボット３との各動作を制御する。制御装置４は、入力器２１、制御器２５、及び判定器２６を有する。入力器２１は、オペレータが入力する情報を受け付ける。前記ＲＯＭには、所定の制御プログラムが格納される。前記ＲＡＭは、入力器２１を介して入力される設定情報を記憶可能に構成される。前記設定情報には、例えば、板材Ｗ１，Ｗ２の各板厚値の情報と、板材Ｗ１，Ｗ２の各接合位置の情報とが含まれる。
【００２１】
制御器２５は、前記制御プログラムに基づいて、各モータＭ１〜Ｍ３を制御する。判定器２６は、前記制御プログラムに基づいて、所定のタイミングで全ての接合位置での摩擦攪拌点接合が完了したか否か等の判定を行う。
【００２２】
次に、接合装置１を用いて、鋼からなる板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合する方法を例示する。図３は、図１の接合装置１の動作フローチャートである。図３に示すように、接合装置１では、位置合わせ工程（ステップＳ１）、接合工程（ステップＳ２）、放熱工程（ステップＳ３）、及び完了判定工程（ステップＳ４）が順に行われ、残余の接合位置がある場合には、位置合わせ工程が再び行われる。図４の（ａ）〜（ｄ）は、図１の接合装置１を用いた摩擦撹拌点接合の各工程を説明する断面図である。
【００２３】
最初にオペレータは、入力器２１を介して前記設定情報を接合装置１に入力し、板材Ｗ１，Ｗ２を重ねた状態で所定の治具に保持させる。そして、図４（ａ）に示すように、制御器２５は、接合ユニット２を前記複数の接合位置のうち１の接合位置に対応する位置まで移動させ、板材Ｗ２側にツール１０、板材Ｗ１側に裏当部７がそれぞれ配置されるように裏当部７の先端部で板材Ｗ１を支持させる位置合わせ制御を実行する（ステップＳ１）。
【００２４】
次いで、図４（ｂ）に示すように、制御器２５は、各モータＭ１，Ｍ２を制御することによって、ツール１０を回転させた状態で板材Ｗ１，Ｗ２にピン部１０ｃを押し込んでピン部１０ｃに板材Ｗ１，Ｗ２を加圧させる接合制御を実行する（ステップＳ２）。接合制御時には、ツール１０と板材Ｗ１，Ｗ２との間で発生する摩擦熱でツール１０が加熱される。ここでは一例として、鋼からなる板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合するため、ツール１０は、例えばアルミニウム等からなる一対の板材を接合する場合よりも高温に加熱され、ツール１０の表面温度は、ピン部１０ｃの表面の酸化開始温度以上に上昇する。ここで言うピン部１０ｃの表面とは、板材Ｗ１，Ｗ２にツール１０を没入させた際に板材Ｗ１，Ｗ２に接触するピン部１０ｃの接触面であって、ピン部１０ｃに被膜部１０ｅが形成されている場合は、被膜部１０ｅの表面のうち板材Ｗ１，Ｗ２に接触する接触面を指し、ピン部１０ｃに被膜部１０ｅが形成されていない場合は、芯体部１０ｄの表面のうち板材Ｗ１，Ｗ２に接触する接触面を指す。
【００２５】
次いで、制御器２５は、接合制御の後に、各モータＭ１，Ｍ２を制御することによって、ツール１０が回転してピン部１０ｃが板材Ｗ１，Ｗ２に没入した状態のまま、接合制御のときよりもツール１０の回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、ピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になってからツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させる放熱制御を実行する（ステップＳ３）。ここでは制御器２５は、接合制御のときよりもツール１０の回転数及び加圧力の両方が減少するように、各モータＭ１，Ｍ２を制御する。また制御器２５は、接合制御に要する接合時間よりも短時間で放熱制御を実行する。ピン部１０ｃが板材Ｗ１，Ｗ２に没入した状態を維持したままピン部１０ｃの熱を板材Ｗ１，Ｗ２に逃がすことで、ツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させる時にピン部１０ｃの表面が酸化開始温度以上の状態で大気に触れるのが防止される。
【００２６】
ここで、放熱制御時のツール１０の回転数は、適宜設定が可能であるが、例えば、ツール１０が板材Ｗ１，Ｗ２に固着しない程度の値であればよい。一例として、放熱制御時のツール１０の回転数は、０ｒｐｍより大きく且つ５００ｒｐｍ以下の範囲の値が望ましい。なお、ツール１０が板材Ｗ１，Ｗ２に固着するおそれの小さい場合、放熱制御時にツール１０の回転を停止してもよい。
【００２７】
また、放熱制御時のツール１０の加圧力は、適宜設定が可能であるが、例えば、ツール１０のピン部１０ｃの表面が板材Ｗ１，Ｗ２に接触する値であればよい。一例として、放熱制御時のツール１０の加圧力は、０Ｎより大きく且つ５０００Ｎ以下の範囲の値が望ましい。
【００２８】
また、接合制御後にツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２に接触させておく放熱時間は、適宜設定が可能であるが、例えば、放熱制御時のツール１０の回転数及び加圧力の各設定値に対応して、ピン部１０ｃの表面温度を酸化開始温度未満まで低下させるために必要な最小限の時間であればよい。
【００２９】
一例として接合装置１では、制御器２５による制御が接合制御から放熱制御に移行されると、ツール１０の回転数及び加圧力の各々が、接合制御時の回転数及び加圧力の少なくとも５０％以下の値にまで減少する。これにより、ツール１０と板材Ｗ１，Ｗ２との間で生じる摩擦熱が急速に減少し、ピン部１０ｃの板材Ｗ１，Ｗ２への放熱が促進される。
【００３０】
放熱制御時のツール１０の回転数、加圧力、及び放熱時間は、例えば、ツール１０の表面の材料、ツール１０の表面の各種特性（摩擦係数や熱伝導率等）、板材Ｗ１，Ｗ２の材料、放熱制御時のツール１０の表面温度分布等に応じて設定される。ピン部１０ｃの表面の酸化開始温度は、ピン部１０ｃの表面の材料により特定される。ピン部１０ｃの表面の酸化開始温度は、ピン部１０ｃに被膜部１０ｅが形成されている場合には、被膜部１０ｅの材料により特定され、ピン部１０ｃに被膜部１０ｅが形成されていない場合には、芯体部１０ｄの材料により特定される。摩擦撹拌点接合後のピン部１０ｃの表面温度は、例えば、サーモグラフィー装置や熱電対等の温度計を用いて測定可能である。よって、例えば、事前の実験によって、ピン部１０ｃを板材Ｗ１，Ｗ２から離間させるまでにピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になるような放熱制御時のツール１０の回転数、加圧力及び放熱時間を予め特定し、制御器２５に設定しておくとよい。
【００３１】
また、接合装置１は、ピン部１０ｃの表面温度を測定可能な温度計を備えてもよい。この場合、放熱制御時において、判定器２６は、前記温度計の測定値を監視すると共に、ピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になってからピン部１０ｃを板材Ｗ１，Ｗ２から離間させるように、制御器２５にツール移動用モータＭ１を制御させてもよい。
【００３２】
また、放熱制御時では、ツール１０と板材Ｗ１，Ｗ２との相対位置を変化させてもよい。例えば、接合制御時にピン部１０ｃを板材Ｗ１，Ｗ２に押し込むときのツール１０の移動速度よりも低速で、摩擦撹拌点接合した板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を徐々に離間させながら、ツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２に放熱させるように、制御器２５がツール移動用モータＭ１を制御してもよい。例えば、放熱制御時にピン部１０ｃが板材Ｗ１，Ｗ２に接触した状態から離間した状態になるまでのツール１０の移動速度は、ピン部１０ｃが板材Ｗ１，Ｗ２から離間した状態から更に板材Ｗ１，Ｗ２から離れていく移動速度よりも遅くなるように、制御器２５がツール移動用モータＭ１を制御してもよい。
【００３３】
また、ツール１０の加圧力を強めると、ツール１０で板材Ｗ１，Ｗ２を加圧する方向にフレーム部５の裏当部７が接続された部分が撓み、ツール１０の加圧力を弱めると、フレーム部５の裏当部７が接続された部分の撓みが消失してフレーム部５が元の形状に復元する場合がある。この場合、例えば、摩擦撹拌点接合した板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０が離間する際のツール１０の移動速度をフレーム部５の形状の復元速度以下に設定することにより、摩擦撹拌点接合した板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０が離間する方向にツール１０が移動され始めてから、フレーム部５の形状が復元するまでの間、ツール１０と板材Ｗ１，Ｗ２との相対位置を一定に維持してツール１０と板材Ｗ１，Ｗ２とを接触状態に保ち、ツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２に効率よく放熱できる。
【００３４】
判定器２６は、放熱工程（ステップＳ３）の完了後、全ての接合位置での接合が完了したか否かを判定する（ステップＳ４）。完了判定工程において、板材Ｗ１，Ｗ２の全ての接合位置での接合が未だ完了していないと判定器２６が判定した場合、次の接合位置にツール１０が移動するように制御器２５がロボット用モータＭ３を制御し、位置合わせ工程（ステップＳ１）が再び行われる。
【００３５】
以上のように接合装置１では、摩擦撹拌点接合後のツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させる際に、ピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になっているので、ピン部１０ｃの表面が大気に酸化されるのを防止できる。これによりツール１０の劣化を抑制し、ツール１０の耐久性能を維持して、ツール１０の長寿命化を図れる。よって、板材Ｗ１，Ｗ２を複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合を行う場合でも、安定してツール１０を使用でき、ツール１０に掛かるコストの低減を図れる。
【００３６】
なお、通常、摩擦撹拌点接合後のツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させる際、ショルダー部１０ｂの表面温度は、ピン部１０ｃの表面温度以下になっているので、ピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になってからツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させることで、ショルダー部１０ｂの表面が大気に酸化されるのを防止できる。ここで言うショルダー部１０ｂの表面とは、板材Ｗ１，Ｗ２にツール１０を没入させた際に板材Ｗ１，Ｗ２に接触するショルダー部１０ｂの接触面を指す。
【００３７】
また、ピン部１０ｃの表面に被膜部１０ｅが形成されている場合には、被膜部１０ｅが大気に酸化されるのを防止できるので、例えば、被膜部１０ｅが酸化によって芯体部１０ｄから剥離されるのを防止できる。これにより、芯体部１０ｄが板材Ｗ１，Ｗ２と不要な反応を生じるのを防止でき、ツール１０の長寿命化を図れる。
【００３８】
また、ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面の酸化開始温度が比較的低い場合でもツール１０の長寿命化を図れるので、ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面に被膜部１０ｅが形成されている場合には、耐酸化温度が低い比較的安価な材料で被膜部１０ｅが構成されたツール１０でも安定して使用でき、ツール１０に掛かるコストの低減を更に良好に図れる。また、放熱制御中にツール１０を回転させることにより、ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面を板材Ｗ１，Ｗ２に固着されにくくすることができる。
【００３９】
また、制御器２５は、ツール１０が回転してピン部１０ｃが板材Ｗ１，Ｗ２に没入した状態のまま、接合制御のときよりもツール１０の回転数又は加圧力の少なくとも一方を減少させ、ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になってからツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させるように放熱制御を実行してもよい。これにより、摩擦撹拌点接合後のショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面が大気に酸化されるのを一層良好に防止できる。
【００４０】
（確認試験）
比較例及び実施例のツールとして、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成した芯体部１０ｄを有し、ショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面に窒化チタン（ＴｉＮ）で構成した被膜部１０ｅが形成された同様の仕様のツール１０を用いた。比較例及び実施例の各接合装置で、接合制御時のツール１０の加圧力を１１７６０Ｎ、接合制御時のツール１０の回転数を１０００ｒｐｍ、接合時間を５．０ｓｅｃにそれぞれ設定した。
【００４１】
図５は、比較例のツール１０の加圧力と回転数との各時間変化を示す図である。図６は、比較例のショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面の最高温度の時間変化を示す図である。図７は、板材Ｗ１，Ｗ２から離間させた直後の比較例のツール１０の表面温度分布を示す図である。図７では、接合位置で摩擦撹拌点接合した板材Ｗ１，Ｗ２から離間させた直後の比較例のツール１０の表面温度分布をサーモグラフィー装置で測定し、その測定結果を用いて、ツール１０の表面温度分布を複数の温度域に分けて図示している。
【００４２】
図５に示すように、比較例では、板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合した後、直ちにツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させた。図６に示すように、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を離間させた時のピン部１０ｃの側面の最高温度は、被膜部１０ｅの酸化開始温度（６００℃）よりも高温の９５８．１℃であった。図７に示すように、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を離間させた直後のツール１０の表面温度分布では、ショルダー部１０ｂの板材Ｗ１，Ｗ２との接触面の略全領域と、ピン部１０ｃの表面の略２／３の領域との温度が６００℃を超えていることが確認された。
【００４３】
図８は、実施例のツール１０の加圧力と回転数との各時間変化を示す図である。図９は、実施例のショルダー部１０ｂ及びピン部１０ｃの表面の最高温度の時間変化を示す図である。図１０は、板材Ｗ１，Ｗ２から離間させた直後の実施例のツール１０の表面温度分布を示す図である。図１０では、図７と同様の方法でツール１０の表面温度分布を図示している。実施例では、放熱制御時のツール１０の加圧力値を１０００Ｎ、ツール１０の回転数値を１００ｒｐｍ、放熱時間を２．５ｓｅｃにそれぞれ設定した。
【００４４】
図８に示すように、実施例では、摩擦撹拌点接合後のツール１０の熱を板材Ｗ１，Ｗ２に放熱させることにより、ピン部１０ｃの表面温度が被膜部１０ｅの酸化開始温度未満になってから、ツール１０を板材Ｗ１，Ｗ２から離間させた。図９に示すように、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を離間させた時のピン部１０ｃの側面の最高温度は、被膜部１０ｅの酸化開始温度よりも低温の４００．５℃であった。図１０に示すように、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を離間させた直後のツール１０の表面温度分布では、ショルダー部１０ｂの板材Ｗ１，Ｗ２との接触面の略全領域と、ピン部１０ｃの表面の略全領域との温度が４００℃以下まで低下していることが確認された。これにより、摩擦撹拌点接合後のツール１０を適切に放熱することで、板材Ｗ１，Ｗ２からツール１０を離間させた直後のショルダー部１０ｂとピン部１０ｃとの表面温度を酸化開始温度以下まで低下できることが確認された。
【００４５】
次に、実施例及び比較例の接合装置を用いて、板材Ｗ１，Ｗ２を複数の接合位置で連続して摩擦撹拌点接合したときのピン部１０ｃの径の変化量（減少量）を調べた。図１１は、実施例及び比較例における板材Ｗ１，Ｗ２の打点数（摩擦撹拌点接合数）とピン部１０ｃの径の変化量との関係を示す図である。図１１に示すように、比較例では、実施例に比べて、打点数が１００を超える付近から、ピン部１０ｃの径の変化量が次第に大きくなることが確認された。この理由の一つとして、各接合位置で板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合した後、高温の被膜部１０ｅが大気と触れて酸化され、被膜部１０ｅが次第に剥離し、芯体部１０ｄが露出して板材Ｗ１，Ｗ２と反応したことでピン部１０ｃの摩耗が進行したことが考えられる。
【００４６】
実施例では、比較例に比べて、打点数が１００を超えた後も、ピン部１０ｃの径の変化量が抑制されることが確認された。この理由の一つとして、各接合位置で板材Ｗ１，Ｗ２を摩擦撹拌点接合した後、ピン部１０ｃの表面温度が酸化開始温度未満になってからツール１０が板材Ｗ１，Ｗ２から離間されたことにより、ツール１０の表面が大気に酸化されるのが防止され、被膜部１０ｅの剥離や摩耗が抑制されたことが考えられる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｍ１    ツール移動用モータ（進退駆動器）
Ｍ２    ツール回転用モータ（回転駆動器）
Ｗ１，Ｗ２    板材
１  接合装置
１０    ツール
１０ｃ    ピン部
１０ｅ    被膜部
２５    制御器
【図１】
0006276739.tif 000002
【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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