(57)【要約】【課題】  鋼板に２枚のアルミニウム合金板を重ね合わせて順次摩擦スポット接合する摩擦接合部の摩擦接合強度を確保でき、その摩擦接合部の接触腐食に対する高い耐食性を確保することができる摩擦スポット接合方法及び摩擦スポット接合構造を提供する。【解決手段】  鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせ、第１接合ツールを回転させつつアルミニウム合金板Ｗ２に押圧し、アルミニウム合金板Ｗ２を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２の界面を固相接合する第１接合部を形成する。次に、前記の第１接合部３０を覆うようにアルミニウム合金板Ｗ２にアルミニウム合金板Ｗ３を重ね合わせ、第１接合部３０に対応する位置において第２接合ツールを回転させつつアルミニウム合金板Ｗ３に押圧し、アルミニウム合金板Ｗ３を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合した第２接合部３１を形成する。【選択図】  図１０
2007160342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と第１金属部材よりも融点が低い第２，第３金属部材を接合ツールの回転及び押圧により、スポット接合する摩擦スポット接合方法であって、
前記第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧し、第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材の界面を固相接合する第１工程と、
次に、前記第１，第２金属部材の接合部を覆うように、第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、前記接合部に対応する位置において第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧し、第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合する第２工程と、
を備えたことを特徴とする摩擦スポット接合方法。
【請求項２】
前記第１，第２接合ツールは、これらの回転軸線上に配置され且つ接合時に第２，第３金属部材内に夫々没入されるピン部と、接合時に第２，第３金属部材を夫々押圧するショルダ部を備え、前記第２接合ツールのショルダ部の直径は、第１接合ツールのショルダ部の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の摩擦スポット接合方法。
【請求項３】
前記第１接合ツールのショルダ部には軸線側程深くなる環状凹部が形成され、第２接合ツールのショルダ部には平坦面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の摩擦スポット接合方法。
【請求項４】
第１金属部材と第１金属部材よりも融点が低い第２，第３金属部材を接合ツールの回転及び押圧により、摩擦熱で軟化させ塑性流動させてスポット接合してなる摩擦スポット接合構造であって、
前記第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、接合ツールにより第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材の界面を固相接合した第１接合部と、    前記第１接合部を覆うように第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、第１接合部に対応する位置において接合ツールにより第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合した第２接合部と、
を備えていることを特徴とする摩擦スポット接合構造。
【請求項５】
前記第１接合部の周りの第１，第２金属部材間に接着剤層が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の摩擦スポット接合構造。
【請求項６】
前記第２接合部の周りの第２，第３金属部材間に接着剤層が形成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の摩擦スポット接合構造。
【請求項７】
前記第１金属部材が鋼板であり、前記第２，第３金属部材がアルミニウム合金板であることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の摩擦スポット接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１金属部材に第２金属部材を第１接合ツールにより固相接合してから、この接合部を覆うように第３金属部材を重ね合わせて固相接合部に対応する部位を第２接合ツールにより接合する摩擦スポット接合方法及びその摩擦接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車において、走行性能を高める為にエンジンやトランスミッションが装備される車体前部を軽量化することが望ましく、同様に、走行安定性を高める為に重心よりも高い部位（ルーフ等）も軽量化することが望ましい。そのため、鋼板製の車体のうち車体前部やルーフ等に関し、鋼板にアルミニウム合金等の軽合金の板部材を重ね合わせてスポット接合した部材を採用することが考えられる。この場合の接合方法として、第１金属部材に第２金属部材を重ね合わせて接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧し、第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて、第１，第２金属部材をスポット接合する摩擦スポット接合技術が周知である。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のスポット接合装置、スポット接合方法においては、同種の金属板Ｗ１，Ｗ２を重ね合わせ、この金属板Ｗ１，Ｗ２の接合部に対応する部位に、貫通孔を有する付加材料片２４（前記金属板Ｗ１，Ｗ２と同種の金属板からなる）を重ね合わせて接合ツール１１を回転させながら付加材料片２４と金属板Ｗ１，Ｗ２に押圧し、付加材料片２４と金属板Ｗ２を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて金属板Ｗ１，Ｗ２を接合すると共に付加材料片２４を塑性流動させることで、接合部に形成される凹部が極力浅くなるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１２６８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記のように鋼板とアルミニウム合金板等の異種金属部材を摩擦スポット接合した場合、その接合部に水が付着すると腐食電位差により接触腐蝕が生じ、卑な金属部材が急速に腐食するという問題がある。
【０００５】
車体前部やルーフの軽量化を図る為、鋼板製の補強パネルにアルミニウム合金板製のインナーパネル又はアウタパネルを重ね合わせて摩擦スポット接合した部材を採用することも考えられる。この種の補強パネルとインナーパネル又はアウタパネルとからなるパネル体と、パネル体との接合部では、鋼板製の補強パネルに２枚のアルミニウム合金板製のインナーパネル又はアウタパネルを摩擦スポット接合する接合部も発生するが、このような異種金属からなる３枚構造の接合部においても、腐食電位差による接触腐食が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、第１金属部材に異種の第２，第３金属部材を摩擦接合する摩擦接合部の接合強度を確保でき、その摩擦接合部の接触腐食に対する耐食性を確保することができる摩擦スポット接合方法及び摩擦スポット接合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の摩擦スポット接合方法は、第１金属部材と第１金属部材よりも融点が低い第２，第３金属部材を接合ツールの回転及び押圧により、スポット接合する摩擦スポット接合方法であって、前記第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧し、第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１、第２金属部材の界面を固相接合する第１工程と、次に、前記第１，第２金属部材の接合部を覆うように、第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、前記接合部に対応する位置において第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧し、第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合する第２工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
尚、第１金属部材は鋼板で構成され、第２，第３金属部材はアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属からなる板材及び押出し材、鋳造材で構成されてもよい。この摩擦スポット接合方法では、先ず第１工程において、第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせた状態で、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧する。すると、第２金属部材が摩擦熱で軟化し塑性流動することで第１，第２金属部材の界面が固相接合される。次に第２工程において、第１，第２金属部材の接合部を覆うように第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせた状態で、接合部に対応する位置において第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧する。すると、第２，第３金属部材が摩擦熱で軟化し塑性流動することでこれら第２，第３金属部材が接合される。このように、第１，第２金属部材の接合部は強度に優れる固相接合となり、この接合部に形成される凹部に第２金属部材と同種の材料からなる第３金属部材が充填されるので、接合部の第２，第３金属部材の厚みが増し接触腐食等に対する耐食性が高まる。
【０００９】
請求項２の摩擦スポット接合方法は、請求項１の発明において、前記第１，第２接合ツールは、これらの回転軸線上に配置され且つ、接合時に第２，第３金属部材内に夫々没入されるピン部と、接合時に第２，第３金属部材を夫々押圧するショルダ部を備え、前記第２接合ツールのショルダ部の直径は、第１接合ツールのショルダ部の直径よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の摩擦点接合方法は、請求項２の発明において、前記第１接合ツールのショルダ部には軸線側程深くなる環状凹部が形成され、第２接合ツールのショルダ部には平坦面が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の摩擦スポット接合構造は、第１金属部材と第１金属部材よりも融点が低い第２，第３金属部材を接合ツールの回転及び押圧により、摩擦熱で軟化させ塑性流動させてスポット接合してなる摩擦スポット接合構造であって、前記第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、接合ツールにより第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材の界面を固相接合した第１接合部と、前記第１接合部を覆うように第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、第１接合部に対応する位置において接合ツールにより第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合した第２接合部とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
尚、第１金属部材は鋼板で構成され、第２，第３金属部材はアルミニウム合金板やマグネシウム合金板等の軽金属板で構成されてもよい。この摩擦スポット接合構造では、請求項１と同様の作用を奏する。
【００１３】
請求項５の摩擦スポット接合構造は、請求項４の発明において、前記第１接合部の周りの第１，第２金属部材間に接着剤層が形成されたことを特徴とするものである。
請求項６の摩擦スポット接合構造は、請求項４又は５の発明において、前記第２接合部の周りの第２，第３金属部材間に接着剤層が形成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７の摩擦点接合構造は、請求項４〜６の何れかの発明において、前記第１金属部材が鋼板であり、前記第２，第３金属部材がアルミニウム合金板であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧しこれらの界面を固相接合し、次に、第１，第２金属部材の接合部を覆うように、第２金属部材に第３金属部材を重ね合わせ、接合部に対応する位置において第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧し接合するので、第１接合ツールによる押圧により第１，第２金属部材が固相接合され、優れた接合強度を確保することができる。
【００１６】
第１，第２金属部材の接合部に対して、第２接合ツールによる押圧により第２，第３金属部材は接合されるため、前記第１，第２金属部材の接合部に第２金属部材と同種の材料からなる第３金属部材を効果的に充填してすることができ、これにより、第１〜第３金属部材の接合部において第２，第３金属部材の厚みが増し耐食性（特に接触腐食に対する耐蝕性）が高まると共に、第１〜第３金属部材間の接合強度を高めることができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、第１，第２接合ツールは、これらの回転軸線上に配置され且つ接合時に第２，第３金属部材内に夫々没入されるピン部と、接合時に第２，第３金属部材を夫々押圧するショルダ部を備え、第２接合ツールのショルダ部の直径は、第１接合ツールのショルダ部の直径よりも大きいので、第１，第２金属部材の接合部に第３金属部材を一層効果的に充填することができ、これにより、接合部の耐食性が一層高まると共に、第１〜第３金属部材間の接合強度を一層高めることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、第１接合ツールのショルダ部には軸線側程深くなる環状凹部が形成されているので、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧したとき、その押圧位置の周辺に塑性流動された第２金属部材が集まり、第１金属部材と第２金属部材の固相接合を効果的に行うことができる。第２接合ツールのショルダ部には平坦面が形成されているので、第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧したとき、第１，第２金属部材の接合部に第３金属部材を一層効果的に充填することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、第１金属部材と第２金属部材を重ね合わせ、接合ツールにより第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させてこれらの界面を固相接合した第１接合部と、第１接合部を覆うように第２金属部材に第３金属部材を重ね合わせ、第１接合部に対応する位置において接合ツールにより第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合した第２接合部とを備えているので、第１，第２金属部材を接合する第１接合部の優れた接合強度を確保することができる。第２，第３金属部材を接合する第２接合部を形成する際に第１接合部に第２金属部材と同種の材料からなる第３金属部材を効果的に充填することができる。これにより、第１接合部における第２，第３金属部材の厚みを増して耐食性を高めることができると共に、第１〜第３金属部材間の接合強度を高めることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、第１接合部の周りの第１，第２金属部材間に接着剤層が形成されたので、第１，第２金属部材間の接合強度が高めることができると共に、第１，第２金属部材間の隙間から水が浸入した場合にも、第１接合部に浸入するのを防止でき、第１接合部の接触腐食に対する耐食性を高めることができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、第２接合部の周りの第２，第３金属部材間に接着剤層が形成されたので、第２，第３金属部材間の接合強度が高めることができると共に、第２，第３金属部材間の隙間から水が浸入した場合にも、第２接合部に浸入するのを防止でき、第２接合部の耐食性を高めることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、第１金属部材が鋼板であり、第２，第３金属部材がアルミニウム合金板であるので、鋼板と２枚のアルミニウム合金板を重ね合わせて摩擦点接合した場合にも、優れた接合強度と高い耐食性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の摩擦点接合方法は、第１金属部材にこれよりも低融点の第２金属部材を重ね合わせ、第１接合ツールを回転させながら第２金属部材に押圧し、第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材の界面を固相接合する第１工程と、次に、第１，第２金属部材の接合部を覆うように、第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、前記接合部に対応する位置において第２接合ツールを回転させながら第３金属部材に押圧し、第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合する第２工程とを備えたものである。
【００２４】
また、本発明の摩擦点接合構造は、第１金属部材にこれよりも低融点の第２金属部材を重ね合わせ、接合ツールにより第２金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて第１，第２金属部材の界面を固相接合した第１接合部と、第１接合部を覆うように第２金属部材にこれと同種の材料からなる第３金属部材を重ね合わせ、第１接合部に対応する位置において接合ツールにより第２，第３金属部材を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて接合した第２接合部とを備えたものである。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、摩擦スポット接合装置１は、例えば、自動車の車体前部やルーフ等に適用される鋼板・アルミニウム合金板製の複合パネル体における、第１金属部材としての鋼板Ｗ１と、鋼板Ｗ１よりも融点が低い第２，第３金属部材としての２枚のアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３を接合ツール６の回転及び押圧により、２回の接合動作によりスポット接合する装置である。この摩擦スポット接合装置１は、接合ガン３を備えたロボット２と、ロボット２と接合ガン３を駆動制御する制御装置４とを備えている。
【００２６】
ロボット２は、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットであり、そのロボットハンド２ａの先端部に接合ガン３が装備され、このロボット２が、接合ガン３を、鋼板Ｗ１、アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３をスポット接合する接合動作位置と、この接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる。鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３は、実際には複数の接合個所で接合されるが、本実施例では、説明の簡単化のため１個所の接合部を接合する場合を例にして説明する。
【００２７】
図２に示すように、接合ガン３は、受け具５、接合ツール６、接合ツール駆動機構９を有する。受け具５と接合ツール６は上下に対向状に配設され、受け具５はＬ字状のアーム１０の下端部に着脱可能に上向きに取付けられている。アーム１０の上部側に接合ツール駆動機構９が設けられ、この接合ツール駆動機構９に接合ツール６が着脱可能に下向きにその回転軸線上に取付けられている。接合ツール駆動機構９は、接合ツール６を接合軸Ｘを中心として回転させる回転モータ１１と、接合ツール６を接合軸Ｘに沿って昇降させて受け具５で受け止められた鋼板Ｗ１に対し、アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３を押圧する昇降モータ１２とを有する。
【００２８】
図１に示すように、制御装置４は、ロボット２の各軸の電動のアクチュエータ（図示略）にハーネス１３で接続されて、それらアクチュエータを夫々駆動制御すると共に、接合ガン３の回転モータ１１と昇降モータ１２にハーネス１４と中継ボックス１５とハーネス１６を介して接続され、これら回転モータ１１と昇降モータ１２を夫々駆動制御する。
【００２９】
次に、接合ツール６と受け具５について説明する。
図１、図２に示すように、接合ツール６としては、第１接合ツール７（図５参照）と第２接合ツール８（図９参照）が、接合ツール駆動機構９に選択的に取付けられる。第１接合ツール７は、アルミニウム合金板Ｗ２を摩擦熱で軟化させ塑性流動させて鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２の界面を固相接合によりスポット接合する為に使用される。第２接合ツール８は、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２をスポット接合した後、その第１接合部を覆うようにアルミニウム合金板Ｗ３を重ね合わせて、第１接合部と重なる位置においてアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３を摩擦熱で軟化させ塑性流動させてそれらをスポット接合する為に使用される。
【００３０】
図５に示すように、第１接合ツール７は、胴体部７ａと、この胴体部７ａの先端から突出するように一体形成された位置決め作用のあるピン部７ｂとを有する。胴体部７ａの先端面には、接合時にアルミニウム合金板Ｗ２を押圧するショルダ部７ｃが形成されている。ショルダ部７ｃには軸線側程深くなる環状凹部が形成されている。この環状凹部の作用により、接合時に塑性流動したアルミニウム合金が環状凹部の中心側に集まるようになっている。ショルダ部７ｃの中心部には、ショルダ部７ｃの直径の約1/4 〜1/5 の直径の位置決め用のピン部７ｂが下方へ突出する状態に形成されている。
【００３１】
図９に示すように、第２接合ツール８は、胴体部８ａと、この胴体部８ａの先端から突出するように一体形成された位置決め作用のあるピン部８ｂとを有する。胴体部８ａの先端面には、接合時にアルミニウム合金板Ｗ３を押圧するショルダ部８ｃが形成されている。ショルダ部８ｃには平坦面が形成されている。このショルダ部８ｃの直径は、第１接合ツール７のショルダ部８ｃの直径よりも大きい。
【００３２】
ショルダ部８ｃの中心部には、ショルダ部８ｃの直径の約1/5 の直径の位置決め用のピン部８ｂが下方へ突出する状態に形成されている。受け具５として、第１接合ツール７用の受け具と、第２接合ツール８用の受け具とが予め準備され、接合ツール駆動機構９に取付けて使用される接合ツール６に応じて、接合ツール６に対応する受け具５がアーム１０の下端部に択一的に取付けられる。尚、第１，第２接合ツール７，８用の受け具のの先端面は夫々平坦面に形成されている。
【００３３】
次に、摩擦スポット接合装置１を用いて行なう摩擦スポット接合方法について、図３〜図１０に基づいて説明する。
図３に示すように、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせたときそれら異種金属が接触して接触腐蝕が生じるのを防止する為に、鋼板Ｗ１の表面には予め亜鉛メッキ層ＷＺｎが形成されている。アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３の表面には大気中で生成される酸化膜（Ａｌ2 O3 )が形成されている。
【００３４】
先ず、ロボット２の作業領域内の所定位置に配置した治具（図示略）に鋼板Ｗ１をセットし、図３、図４に示すように、鋼板Ｗ１にアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせる前に、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２と接合する接合部を囲繞するように、鋼板Ｗ１の表面に接着剤を塗布して接着剤層２０を形成する。尚、接着剤としては、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤などの化学反応型接着剤が用いられる。
【００３５】
接着剤層２０は、円環部２０ａと、この円環部２０ａから両側に延びる直線部２０ｂとを有する。円環部２０ａは、鋼板Ｗ１において鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を固相接合する第１接合部３０の外周側位置に形成される。円環部２０ａの内径は、第１接合ツール７のショルダ部７ｃの直径の１．４〜２．５倍とすることが望ましい。第１接合ツール７による鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２の接合時に、第１接合ツール７のショルダ部７ｃにより円環部２０ａを押圧しないようになっている。
【００３６】
次に、図５に示すように、鋼板Ｗ１にアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせて、アルミニウム合金板Ｗ２を円環部２０ａに接触させる。このとき、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２との間及び直線部２０ｂとアルミニウム合金板Ｗ２との間には隙間が形成されている。
【００３７】
次に、接合ツール駆動機構９に第１接合ツール７を取付け、アーム１０の下先端部に第１接合ツール７用の受け具５を取付け、ロボット２により接合ガン３を待機位置から接合動作位置に移動させる。接合ガン３を接合動作位置に位置させた状態で、接合ガン３の第１接合ツール７は、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を接合する部位（第１接合部３０となる部位）の上方に位置し、受け具５は鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を隔てて第１接合ツール７に下方から対向し、鋼板Ｗ１を受け止める状態にする。
【００３８】
次に、接合ツール駆動機構９により第１接合ツール７が回転駆動され且つ下降駆動されると、第１接合ツール７がアルミニウム合金板Ｗ２に当接して、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を受け具５に押圧する。第１接合ツール７がアルミニウム合金板Ｗ２と接触して回転することで発生する摩擦熱により、アルミニウム合金板Ｗ２が軟化し塑性流動状態となって、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２が固相接合にてスポット接合される。
【００３９】
この第１接合部を形成するスポット接合について詳しく説明する。
第１接合ツール７を回転させつつ下降させると、第１接合ツール７のピン部７ｂが、最初にアルミニウム合金板Ｗ２に当接し、摩擦熱で軟化したアルミニウム合金板Ｗ２の表層に没入して位置決めされてから、ショルダ部７ｃがアルミニウム合金板Ｗ２に接触し、アルミニウム合金は摩擦熱により軟化する。第１接合ツール７は下降を続け、ショルダ部７ｃが軟化したアルミニウム合金板Ｗ２のアルミニウム合金内に部分的に没入し、ショルダ部７ｃと接触する接触圧力の高い部分のアルミニウム合金（接合軸心側のアルミニウム合金）がせん断されて塑性流動状態となり、この塑性流動状態のアルミニウム合金と共に、摩擦熱により流動状態となった鋼板Ｗ１の亜鉛メッキ層ＷＺｎが流動する。
【００４０】
次に、第１接合ツール７が下降するのに応じて、アルミニウム合金が塑性変形し塑性流動範囲が拡大して外周側へ広がる。このとき、鋼板Ｗ１と塑性流動状態のアルミニウム合金との界面に残存する亜鉛メッキ層ＷＺｎも外周側へ流動する。アルミニウム合金板Ｗ２表面の酸化膜は、脆性の高いものであるため、アルミニウム合金の塑性変形により破壊され、アルミニウム合金板Ｗ２には、新生面（酸化膜で覆われずアルミニウム合金自体からなる面）が形成される。
【００４１】
次に、鋼板Ｗ１の表面の亜鉛メッキ層ＷＺｎは、一部がアルミニウム合金中に取り込まれ、残りは第１接合ツール７の加圧力により第１接合部３０の周囲に押し出される。これにより、亜鉛メッキ層ＷＺｎがなくなった範囲では、新生面が露出した鋼板Ｗ１とアルミニウム合金の新生面とが接触して固相接合し、第１接合部３０となる。亜鉛メッキ層ＷＺｎが残存する外周部においては、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２とは、亜鉛−アルミ−鉄化合物を介して接合する。このとき、アルミニウム合金板Ｗ２への押圧により円環部２０ａが押圧され円環部２０ａが外側に広がり、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２との接合強度が一層高まる。
【００４２】
この後、所定時間が経過すると、第１接合ツール７が上昇されアルミニウム合金板Ｗ２から離間される。このとき、図６に示すように、アルミニウム合金板Ｗ２において第１接合部３０に対応する位置に第１接合ツール７の下部と同形状の凹部２１が形成され、凹部２１の縁部には環状突起部２１ａが形成される。
【００４３】
次に、図７、図８に示すように、アルミニウム合金板Ｗ２の上にアルミニウム合金板Ｗ３を重ねる前に、アルミニウム合金板Ｗ２のアルミニウム合金板Ｗ３との接触面に接着剤を塗布し接着剤層２２を形成する。尚、接着剤としては、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤などの化学反応型接着剤が用いられる。接着剤層２２は、アルミニウム合金板Ｗ２の凹部２１の環状突起部２１ａの外周側に円環状に形成され、接着剤層２２の内径は、環状突起部２１ａの外径の１．４倍〜１．６倍に形成される。尚、接着剤層２２の幅は０．５ｍｍ以上、高さは環状突起部２１ａの高さ以上が好ましい。
【００４４】
次に、図9 に示すように、第１接合部３０を覆うように、アルミニウム合金板Ｗ２にアルミニウム合金板Ｗ３を上方から重ね合わせて、アルミニウム合金板Ｗ３を接着剤層２２に接触させる。次に、接合ツール駆動機構９に第２接合ツール８を取付け、アーム１０の先端部に第２接合ツール用の受け具５を取付ける。次に、ロボット２と接合ガン３が作動して、アルミニウム合金板Ｗ２とアルミニウム合金板Ｗ３がスポット接合される。
【００４５】
このとき、接合ガン3 を移動させて第２接合ツール８を第１接合部３０に対応する位置に位置させ、受け具５で鋼板Ｗ１の下面を支持した状態において、接合ツール駆動機構９により第２接合ツール８を回転駆動しつつ下降させると、第２接合ツール８がアルミニウム合金板Ｗ３と接触してアルミニウム合金板Ｗ３を下方へ押圧する。第２接合ツール８がアルミニウム合金板Ｗ３と接触して回転することで発生する摩擦熱により、アルミニウム合金板Ｗ３のアルミニウム合金が軟化し塑性流動状態となって第１接合部３０にアルミニウム合金板Ｗ３がスポット接合される。
【００４６】
この第２接合部を形成するスポット接合について詳しく説明する。
図１０に示すように、第２接合ツール８が回転され下降されると、第２接合ツール８のピン部８ｂが、摩擦熱で軟化したアルミニウム合金板Ｗ３に没入して位置決めされた後、ショルダ部８ｃがアルミニウム合金板Ｗ３に当接し、アルミニウム合金板Ｗ３は摩擦熱により軟化する。第２接合ツール８は更に下降し、軟化したアルミニウム合金が塑性変形してショルダ部８ｃが没入し、ショルダ部８ｃと強く接触する接触圧力の高いアルミニウム合金がせん断され、塑性流動状態になる。第２接合ツール８が第１接合ツール７よりも大径であるため、第１接合部３０の環状突起部２１ａも流動状態になって凹部２１に充填される。
【００４７】
次に、第２接合ツール８による加圧により、アルミニウム合金の塑性流動が拡大し、塑性流動したアルミニウム合金が第１接合部３０のアルミニウム合金（アルミニウム合金板Ｗ２の合金）に一体的に接合されて第２接合部３１が形成され、第２接合部３１においてアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３が一体的に接合する。所定時間経過後、第２接合ツール８が上昇されてアルミニウム合金板Ｗ３から離隔される。
【００４８】
このとき、アルミニウム合金板Ｗ３への押圧により接着剤層２２が押圧され接着剤層２２が外側に広がり、アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３間の接合強度が一層高まる。また、アルミニウム合金板Ｗ３において第２接合部３１に対応する位置に第２接合ツール８の下部と同形状の凹部２３が形成され、凹部２３の縁部には環状突起部２３ａが形成される。
【００４９】
次に、以上説明した摩擦スポット接合装置１と摩擦スポット接合方法の効果について説明する。鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせ、第１接合ツール７を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ２に押圧してそれらの界面を固相接合して第１接合部３０を形成し、次に、第１接合部３０を覆うように、アルミニウム合金板Ｗ２にアルミニウム合金板Ｗ３を重ね合わせ、第１接合部３０に対応する位置において第２接合ツール８を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ３に押圧して接合し、第２接合部３１を形成するので、第１接合ツール７による回転・押圧により鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２は固相接合され、優れた接合強度を有する第１接合部３０を形成することができる。
【００５０】
第２接合ツール８による回転・押圧により第１接合部３０と一体化した第２接合部３１においてアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３は接合されると共に、第１接合部３０にアルミニウム合金板Ｗ３のアルミニウム合金を効果的に充填することができる。これにより、第１，第２接合部３０，３１におけるアルミニウム合金の厚みが増し、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３を接合する第１，第２接合部３０，３１の強度と耐食性を格段に高めることができる。
【００５１】
第１，第２接合ツール８は、接合時にアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３内に夫々没入されるピン部７ｂ，８ｂと、接合時にアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３を夫々押圧するショルダ部７ｃ，８ｃを備え、第２接合ツール８のショルダ部８ｃの直径は、第１接合ツール７のショルダ部７ｃの直径よりも大きいので、第１接合部３０の凹部２１にアルミニウム合金板Ｗ３のアルミニウム合金を一層効果的に充填することができる。これにより、第１接合部３０の耐食性が一層高まると共に、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２間の接合強度が一層高まる。
【００５２】
第１接合ツール７のショルダ部７ｃは軸線側程深くなる環状凹状に形成されているので、第１接合ツール７を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ２に押圧したとき、その押圧位置の周辺に塑性流動したアルミニウム合金が集まり、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２の固相接合を効果的に行うことができる。第２接合ツール８のショルダ部８ｃは平坦面状に形成されているので、第２接合ツール８を回転させながらアルミニウム合金板Ｗ３に押圧したとき、第１接合部３０の凹部２１にアルミニウム合金板Ｗ３のアルミニウム合金を一層効果的に充填することができる。
【００５３】
更に、第１接合部３０の周りの鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２の間に接着剤層２０、特に円環部２０ａが形成されたので、鋼板Ｗ１にアルミニウム合金板Ｗ２を接合する部位の接合強度が一層高まると共に、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２との隙間に侵入した水が第１接合部３０に浸入するのを防止でき、第１接合部３０の接触腐食に対する耐食性が一層高まる。
【００５４】
更に、第２接合部３１の周りのアルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３間に接着剤層２２が形成されたので、アルミニウム合金板Ｗ２をアルミニウム合金板Ｗ３に接合する合強度が一層高まると共に、アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３との隙間から水が浸入した場合にも、第２接合部３１に浸入するのを防止でき、第２接合部３１の耐食性が一層高まる。
【００５５】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］上記実施例において、図１１に示すように、第２接合ツール８のピン部８ｄの先端部とショルダ部８ｅの中心部及び縁部を滑らかな形状に構成してもよい。この場合、アルミニウム合金板Ｗ３に形成された凹部２３Ａの内面が滑らかな円弧状になるため、その後の自動車製造ラインの電着塗装工程において、凹部２３Ａの内面も均一な厚さで塗装されるので、高い防錆力を確保することができる。
【００５６】
２〕鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２を重ね合わせる前に鋼板Ｗ１の表面全体に接着剤を塗布し、鋼板Ｗ１とアルミニウム合金板Ｗ２との間の隙間をなくすように接着剤層２０を形成してもよい。同様に、アルミニウム合金板Ｗ２，Ｗ３間の隙間をなくすように接着剤層２２をアルミニウム合金板Ｗ２の表面の全面に形成してもよい。
【００５７】
３〕鋼板Ｗ１のアルミニウム合金板Ｗ２との接触面と、アルミニウム合金板Ｗ２のアルミニウム合金板Ｗ３との接触面に塗布する接着剤は、化学反応型接着剤即ち熱硬化型接着剤や常温硬化型接着剤又は防錆シーラーであってもよい。
４〕第１接合ツール７と受け具５、第２接合ツール８と受け具５を夫々のロボットの接合ガンに取付けて順次接合を行うようにしてもよく、また、接着剤を塗布する塗布ガンを接合ガンと着脱交換式としてロボットで接合ガンによる接合と、塗布ガンによる接着剤塗布を行うようにしてもよい。
５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例に係る摩擦スポット接合装置の側面図である。
【図２】接合ガンの側面図である。
【図３】接着剤を塗布した鋼板の断面図である。
【図４】接着剤を塗布した鋼板の平面図である。
【図５】第１接合ツールで接合される直前の鋼板とアルミニウム合金板の断面図である。
【図６】第１接合部と鋼板とアルミニウム合金板の断面図である。
【図７】接着剤を塗布後の第１接合部と鋼板とアルミニウム合金板の断面図である。
【図８】接着剤を塗布後の第１接合部と鋼板とアルミニウム合金板の平面図である。
【図９】第２接合ツールで接合される直前の第１接合部と鋼板と２枚のアルミニウム合金板の断面図である。
【図１０】第１，第２接合部と鋼板と２枚のアルミニウム合金板の断面図である。
【図１１】変更例に係る図１０相当図である。
【符号の説明】
【００５９】
１        摩擦スポット接合装置
Ｗ１      鋼板
Ｗ２，Ｗ３    アルミニウム合金板
７，８        第１，第２接合ツール
７ｂ，８ｂ    ピン部
７ｃ，８ｃ    ショルダ部
２０，２２    接着剤層
３０，３１    第１，第２接合部
【図１】
2007160342.tif 000003
【図２】
2007160342.tif 000004
【図３】
2007160342.tif 000005
【図４】
2007160342.tif 000006
【図５】
2007160342.tif 000007
【図６】
2007160342.tif 000008
【図７】
2007160342.tif 000009
【図８】
2007160342.tif 000010
【図９】
2007160342.tif 000011
【図１０】
2007160342.tif 000012
【図１１】
2007160342.tif 000013