(57)【要約】【課題】鋼製部材と軽金属製部材の固相状態での点接合強度を高めると共に、接合部の接触腐食に対する耐食性を確実に確保することができる摩擦点接合方法を提供する。【解決手段】Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９とアルミニウム合金板１７との間に接着剤層２０を介在させて重ね合わせ、接着剤層２０が加熱され、接着剤層２０の粘度が低下した温度域に達した後、回転ツール７を回転させながらアルミニウム合金板１７の接合部をＺｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９側に押圧し、この回転ツール７の押圧により粘度が低下した状態の接着剤層２１が接合部の外周側へ押出される。【選択図】図７
2009113077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて重ね合わせ、回転ツールを回転させながら軽金属製部材に押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させ塑性流動を生じさせて鋼製部材と軽金属製部材を固相状態で点接合する摩擦点接合方法において、
前記鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて鋼製部材と軽金属製部材とを重ね合わせる第１工程と、
次に前記接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱処理する第２工程と、
次に前記回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部を鋼製部材側に押圧して接合部から接着剤を押出す第３工程と、
次に前記回転ツールを引き続き回転させながら軽金属製部材の接合部を押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させて塑性流動を生じさせて鋼製部材と軽金属製部材とを固相状態で点接合する第４工程と、
を備えたことを特徴とする摩擦点接合方法。
【請求項２】
前記加熱処理は、回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱により接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱する処理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】
前記鋼製部材の接合部の表面には、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層が形成され、前記鋼製部材と軽金属製部材の接合部が固相状態で点接合され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製部材と軽金属製部材を重ね合わせて点接合する摩擦点接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アルミニウム製部材と鋼製部材の接合方法においては、アルミニウム製部材と鋼製部材とを摩擦熱を利用して接合する摩擦点接合方法が知られている。この摩擦点接合方法においては、アルミニウム製部材と鋼製部材とを重ね合わせた状態で、摩擦点接合装置の回転ツールを回転させながらアルミニウム製部材に押圧して摩擦熱を発生させ、アルミニウム製部材の接合部を軟化させ塑性流動を生じさせてアルミニウム製部材と鋼製部材の接合部を固相状態で点接合する。
【０００３】
ところで、アルミニウム製部材と鋼製部材の異種金属部材を摩擦点接合した場合、その接合部に水が付着すると接触電位差により接触腐食（電触）が生じ、金属部材が急速に腐食するという問題がある。特許文献１の摩擦点接合方法においては、接合部の接触腐食を防止する為に、接着剤がアルミニウム合金板と鋼板の接合部を囲繞するように塗布され接着剤層が形成される。
【特許文献１】特開２００７−１６０３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接合時に、アルミニウム合金板と鋼板の接合部に接着剤が介在する場合、摩擦熱により接着剤が炭化して接合界面に残るため接着性能が低下すると共に、接着剤の影響により接合部の固相状態での点接合強度を高められない等の問題がある。特許文献１においては、鋼板とアルミニウム合金板の接合部を囲繞するように接着剤層が形成されているので、接着剤が炭化することがなく、接合部の固相状態での点接合強度も高めることができる。しかし、接着剤層が接合部近傍に存在しないことにより、接合部近傍へ水が浸入した場合、接合部に水が付着して接触電位差による接触腐食が発生する虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、鋼製部材と軽金属製部材の固相状態での点接合強度を高めると共に、接合部の接触腐食に対する耐食性を確実に確保することができる摩擦点接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の摩擦点接合方法は、鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて重ね合わせ、回転ツールを回転させながら軽金属製部材に押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させ塑性流動を生じさせて鋼製部材と軽金属製部材を固相状態で点接合する摩擦点接合方法において、鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて鋼製部材と軽金属製部材とを重ね合わせる第１工程と、次に接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱処理する第２工程と、次に回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部を鋼製部材側に押圧して接合部から接着剤を押出す第３工程と、次に回転ツールを引き続き回転させながら軽金属製部材の接合部を押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させて塑性流動を生じさせて鋼製部材と軽金属製部材とを固相状態で点接合する第４工程とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
この摩擦点接合方法では、鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて重ね合わせて接着剤が加熱され、接着剤の粘度が低下した温度域に達した後、回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部を鋼製部材側に押圧し、この回転ツールの押圧により接合部から粘度が低下した状態の接着剤が押出される。
【０００８】
その後、回転ツールを引き続き回転させながら軽金属部材の接合部を押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させ塑性流動を生じさせて接合界面に接着剤がほとんど介在しない状態で鋼製部材と軽金属製部材を固相状態で点接合できる。
【０００９】
請求項２の摩擦点接合方法は、請求項１の発明において、加熱処理は、回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部を押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱により接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱する処理であることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の摩擦点接合方法は、請求項１又は２の発明において、鋼製部材の接合部の表面には、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層が形成され、鋼製部材と軽金属製部材の接合部が固相状態で点接合されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、第１工程において鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて鋼製部材と軽金属製部材とを重ね合わせ、第２工程において接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱し、第３工程において回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部を鋼製部材側に押圧して接合部から接着剤を押出し、第４工程において回転ツールを引き続き回転させながら軽金属製部材の接合部を押圧して摩擦熱を発生させ、軽金属製部材を軟化させて塑性流動を生じさせて鋼製部材と軽金属製部材とを固相状態で点接合するので、次の効果が得られる。
【００１２】
加熱処理で接着剤の粘度を低下させた状態で回転ツールの押圧により接合部から接着剤を押出し、その後接合処理するので、接合界面に接着剤がほとんど介在しない状態で鋼製部材と軽金属製部材との固相状態での点接合強度を高めることができる。また、接合時の熱による接着剤の炭化を低減することができる。
【００１３】
さらに、接着剤が鋼製部材と軽金属製部材の接合部近傍に存在するので、接合部近傍への水の浸入を防止でき、接合部の接触腐食に対する耐食性を確実に確保することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、加熱処理は、回転ツールを回転させながら軽金属製部材の接合部に押圧して摩擦熱を発生させ、この摩擦熱により接着剤の粘度が低下する温度域に接着剤を加熱する処理であるので、接合部からの接着剤の押出しを促進させることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、鋼製部材の接合部の表面には、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層が形成され、鋼製部材と軽金属製部材の接合部が固相状態で点接合されるので、融点の高いＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層を形成した場合でも、鋼製部材と軽金属製部材の接合部の固相状態での点接合強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施例は、鋼製部材と軽金属製部材との間に接着剤を介在させて重ね合わせ、鋼製部材と軽金属製部材を点接合する摩擦点接合方法に、本発明を適用した場合の一例である。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例１について図面に基づいて説明する。
図１，２に示すように、摩擦点接合装置１は、接合ガン２を装備したロボット３と、ロボット３と接合ガン２を駆動制御する制御装置５と、接合ガン２でスポット接合する２枚（又は３枚）の金属構成部材を重ね合わせた状態で位置決め保持するワーク保持装置（図示略）とを備えている。
【００１８】
ロボット３は汎用の６軸垂直多関節型ロボットであり、そのロボットハンドの先端部に接合ガン２が装備されている。このロボット３が、接合ガン２をワーク保持装置（図示略）で位置決め保持された金属構成部材をスポット接合動作位置と、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。
【００１９】
図２に示すように、接合ガン２は、受け具６と、回転ルーツ７と、回転ツール駆動機構８とを有する。受け具６と回転ツール７は上下に対向状に配設され、受け具６は逆Ｌ字状のアーム９の下先端部に着脱可能に上向きに取付られ、アーム９の上部側に回転ツール駆動機構８が設けられ、この回転ツール駆動機構８に回転ツール７が着脱可能に下向きに取付られている。回転ツール駆動機構８は、回転ツール７を接合軸Ｘを中心として回転させる回転モータ１０と、回転ツール７を接合軸Ｘに沿って昇降させて複数の金属構成部材を押圧する昇降モータ１１とを有する。
【００２０】
図３に示すように、回転ツール７の胴体部７ａの先端面（下端面）にはショルダ部７ｂが形成されている。このショルダ部７ｂは平坦な形状をなし、ショルダ部７ｂの中心部に細径のピン部７ｃが突設されている。受け具６は、回転ツール７と略同径に形成され、その先端面（上端面）は平坦に形成されている。
【００２１】
図１に示すように、制御装置５は、ロボット３の各種電動アクチュエータ（図示略）にハーネス１２を介して接続されて、それらアクチュエータを夫々駆動制御し、また、接合ガン２の回転モータ１０と昇降モータ１１にハーネス１３と中継ボックス１４とハーネス１５を介して接続され、これら回転モータ１０と昇降モータ１１を夫々駆動制御する。    
【００２２】
次に、上記の摩擦点接合装置１を用いて鋼製部材と軽金属製部材を固相状態で点接合する摩擦点接合方法について、図４に示す接合工程図に基づいて説明する。尚、図４中のＰｉ（ｉ＝１，２，・・・）は各工程を示す。この摩擦点接合方法においては、鋼製部材として鋼板１６、軽金属製部材としてアルミニウム合金板１７を用いて、これらの接合部を摩擦点接合した。
【００２３】
Ｐ１において、鋼板１６の接合部の表面に溶融亜鉛メッキを施した後、合金化処理して亜鉛−鉄合金メッキ層（以下、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層）１８を有する、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板（合金化亜鉛メッキ鋼板）１９が形成される。
【００２４】
合金化処理においては、所定の加熱条件下（温度・時間・加熱速度）で鋼板１６の鉄を亜鉛メッキ層中に拡散させてＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８が形成される。Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９は、従来の溶融亜鉛メッキ鋼板と比較して、軟化温度（例えば、５３０℃〜６００℃）が高く、防錆性能を持ちつつ、複雑な形状をプレス成形する際の成形性、溶接性、塗装耐食性などに優れ、主に自動車の車体などに使用されている。
【００２５】
Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８を形成後、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の表面が例えばレーザーにより加熱され、その表面の油分やコンタミなどが除去されると共に、棒状や粒状の金属結晶が破壊され平滑化される。そのため、接合時のアルミニウム合金板１７とＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合界面においてＡｌとＺｎの拡散を促進させ、アルミニウム合金板１７と鋼板１６の接合強度を向上させることができる。
【００２６】
次に、Ｐ２において、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の表面に接着剤を適量塗布して接着剤層２０が形成される。接着剤として、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熱硬化性接着剤が用いられる。Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の表面には、熱硬化性接着剤が、約数１００μｍ程度薄く塗布された接着剤層２０が形成される。熱硬化性接着剤としてのエポキシ系接着剤は、約６０℃〜７０℃程度の加熱により粘性が低下し軟化状態となる。また、例えば、金属鋼製部材同士の間に介在させて、約１７０℃で２０分間程度加熱して硬化させることで高い接着性能を発揮する。
【００２７】
次に、Ｐ３において、図５に示すように、アルミニウム合金板１７を上板、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９を下板とし、アルミニウム合金板１７とＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の間に接着剤層２０を介在させた状態で重ね合わせ、Ｐ４において、回転ツール駆動機構８により回転ツール７を回転させつつ下降駆動させる。
【００２８】
Ｐ５において、図６に示すように、回転ツール７が回転されつつ接合軸Ｘに沿って下降すると、最初に回転ツール７のピン部７ｃがアルミニウム合金板１７の接合部に当接して回転ツール７を位置決めし、次にショルダ部７ｂがその接合部に当接して、アルミニウム合金板１７の接合部が回転ツール７により押圧される。
【００２９】
このとき、回転ツール７のショルダ部７ｂがアルミニウム合金板１７の接合部に所定接合時間当接した状態で回転ツール７が回転し押圧し続けることで摩擦熱が発生する。この摩擦熱により、接着剤層２０が粘度の低下する温度域（例えば、６０℃〜７０℃）に加熱される。接着剤層２０は、粘度が低下したことで軟化状態となり、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の外周側へ押し出される。
【００３０】
Ｐ６において、回転ツール７の押圧力（加圧力）を上げて、回転ツール７を回転させつつ更に下降させ、回転ツール７がアルミニウム合金板１７の接合部を鋼板１６側に押圧していく。回転ツール７とアルミニウム合金板１７の接合部とが接触することで摩擦熱の温度も高くなり（約４００℃〜５００℃）、アルミニウム合金板１７の接合部が軟化する。なお、回転ツール７のショルダ部７ｂは平坦なので、摩擦熱が発生しやすくなっている。
【００３１】
図７に示すように、回転ツール７が更に下降を続けて軟化したアルミニウム合金板１７の接合部に進入し、これに伴い、回転ツール７と接触圧力の高い部分のアルミニウム合金板１７の接合部がせん断され、その接合部に塑性流動が生じてせん断部が外周へ広がる。  
【００３２】
このとき、回転ツール７の押圧により、粘度の低下により軟化した状態の接着剤層２０が接合部の外周側へ一気に押出される。これにより、接合界面には接着剤層２１がほとんど介在しなくなり、接合時の熱による接着剤層２１の硬化及び炭化も殆ど生じなくなる。
【００３３】
次に、回転ツール７を回転させつつ押圧力を下げ、ピン部７ｃがＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８部分にまで至らないように回転ツール７を下降させる。Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８は、摩擦熱よりも軟化温度が高いので軟化しない。アルミニウム合金板１７とＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合界面において、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８のＺｎがアルミニウム合金板１７内に拡散してＺｎ拡散層が形成されると共に、アルミニウム合金板１７のＡｌがＺｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８内に拡散してＡｌ−Ｆｅ中間層２２が形成される。
【００３４】
このとき、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８のＺｎは、ほとんどアルミニウム合金板１７内に拡散する。このため、Ａｌ−Ｆｅ中間層２２は、Ｚｎ成分が少なく、Ａｌ及びＦｅを主成分とするものとなる。また、Ａｌ−Ｆｅ中間層２２が形成された箇所以外の領域には、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８が残留する。
【００３５】
Ｐ７において、アルミニウム合金板１７内の塑性流動を所定時間継続させ、アルミニウム合金板１７と鋼板１６の接合部がＡｌ−Ｆｅ中間層２２を介して固相状態で点接合される。図８に示すように、昇降モータ１１により回転ツール７が上昇駆動され、回転ツール７がアルミニウム合金板１７内から離間される。その後、Ｐ８において、接合部が冷却されて硬化し、Ａｌ−Ｆｅ中間層２２を介してアルミニウム合金板１７と鋼板１６の接合部の接合が完了する。この摩擦点接合方法において、Ｐ２及びＰ３が第１工程、Ｐ５が第２工程、Ｐ６が第３工程、Ｐ７が第４工程に相当する。
【００３６】
以上説明した実施例１の摩擦点接合方法の作用効果について説明する。
Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９とアルミニウム合金板１７との間に熱硬化性接着剤を介在させた状態で重ね合わせ、回転ツール７を回転させながらアルミニウム合金板１７の接合部に回転ツール７のショルダ部７ｂを当接させた状態でアルミニウム合金板１７とショルダ部７ｂとの接触により発生した摩擦熱により、接着剤層２０の粘度が低下する温度域に接着剤層２０が加熱される。
【００３７】
接着剤層２０が加熱されて軟化状態になった後、回転ツール７を回転させつつ押圧力を上げ、回転ツール７でアルミニウム合金板１７を鋼板１６側の接合部に押圧し、この回転ツール７の押圧により接着剤層２１が接合部の外周側へ一気に押出される。その後、回転ツール７を引き続き回転させながらアルミニウム合金板１７の接合部を押圧して、その接合部を軟化させ塑性流動を生じさせ、鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部がＡｌ−Ｆｅ中間層２２を介して固相状態で点接合される。
【００３８】
接合部に介在する接着剤層２１の粘度を低下させた状態で回転ツール７の押圧により接着剤層２１を接合部の外周側に押出し、その後、接合界面に接着剤層２２がほとんど介在しない状態でこれら接合部が接合されるので、Ａｌ−Ｆｅ中間層２２を介しての鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部の固相状態での点接合強度を高めることができる。また、接合時の熱による接着剤層２０の炭化及び硬化を低減することができる。
【００３９】
さらに、接着剤層２０が鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部近傍に存在するので、接合部近傍への水の浸入を防止でき、接合部の接触腐食に対する耐食性を確実に確保することができる。
【実施例２】
【００４０】
次に、実施例２に係る摩擦点接合方法について図９〜図１３に基づいて説明する。なお、実施例１の摩擦点接合方法と同様の部材に同一の符号を付してその説明を省略する。
摩擦点接合装置１を用いて鋼板１６とアルミニウム合金板１７を固相状態で点接合する摩擦点接合方法について、図９に示す接合工程図に基づいて説明する。尚、図９中のＰｉ（ｉ＝１１，１２，・・・）は各工程を示す。この摩擦点接合方法においては、鋼板１６の表面に亜鉛メッキ層２４を形成して、亜鉛メッキ鋼板２５とアルミニウム合金板１７を摩擦点接合にて点接合した。
【００４１】
Ｐ１１において、鋼板１６の接合部の表面に溶融亜鉛メッキを施した溶融亜鉛メッキ層（以下、Ｚｎメッキ層）２４を有する、Ｚｎメッキ鋼板２５が形成される。
【００４２】
次に、Ｐ１２において、Ｚｎメッキ層２４の接合部の表面に熱硬化性接着剤が約数１００μｍ程度薄く塗布された接着剤層２０が形成される。次に、Ｐ１３において、図１０に示すように、アルミニウム合金板１７を上板、Ｚｎメッキ鋼板２５を下板とし、アルミニウム合金板１７とＺｎメッキ層２４の接合部の間に接着剤層２０を介在させた状態で重ね合わせ、Ｐ１４において、回転ツール駆動機構８により回転ツール７を回転させつつ下降駆動させる。
【００４３】
Ｐ１５において、図１１に示すように、回転ツール７が回転されつつ接合軸Ｘに沿って下降すると、最初に回転ツール７のピン部７ｃがアルミニウム合金板１７の接合部に当接して回転ツール７を位置決めし、次にショルダ部７ｂがその接合部に当接する。
【００４４】
このとき、回転ツール７のショルダ部７ｂがアルミニウム合金板１７の接合部に所定接合時間当接した状態で回転ツール７が回転し押圧し続けることで摩擦熱が発生する。この摩擦熱により、接着剤層２０が粘度の低下する温度域（例えば、６０℃〜７０℃）に加熱される。接着剤層２０は、粘度が低下したことで軟化状態となり、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層１８の接合部の外周側へ押し出される。
【００４５】
Ｐ１６において、回転ツール７の押圧力を上げて、回転ツール７を回転させつつ更に下降させ、回転ツール７がアルミニウム合金板１７の接合部を鋼板１６側に押圧していく。回転ツール７とアルミニウム合金板１７の接合部とが接触することで摩擦熱の温度も高くなり（約４００℃〜５００℃）、アルミニウム合金板１７の接合部が軟化する。
【００４６】
図１２に示すように、回転ツール７が更に下降を続けて軟化したアルミニウム合金板１７の接合部に進入し、これに伴い、回転ツール７と接触圧力の高い部分のアルミニウム合金板１７の接合部がせん断され、その接合部に塑性流動が生じてせん断部が外周へ広がる。また、摩擦熱を受けたＺｎメッキ層２４が軟化する。
【００４７】
このとき、回転ツール７の押圧により、粘度の低下により軟化した状態の接着剤層２０が接合部の外周側へ一気に押出される。これにより、接合界面には接着剤層２０がほとんど介在しなくなり、接合時の熱による接着剤層２０の硬化及び炭化も殆ど生じなくなる。  
【００４８】
Ｐ１７において、回転ツール７を回転させつつ押圧力を下げ、ピン部７ｃがＺｎメッキ層２４部分にまで至らないように、回転ツール７を下降させる。これにより、溶融したＺｎメッキ層２４は、一部がアルミニウム合金板１７内に取り込まれ、残りは接合部の周囲に押し出される。こうして、Ｚｎメッキ層２４が解消した範囲では、表面の酸化被膜が破壊されて新生面が露出したアルミニウム合金板１７と鋼板１６の新生面の接合部が接触して固相状態で点接合される。
【００４９】
図１３に示すように、昇降モータ１１により回転ツール７が上昇駆動され、回転ツール７がアルミニウム合金板１７内から離間される。その後、Ｐ１８において、接合部が冷却されて硬化し、アルミニウム合金板１７と鋼板１６の接合部の接合が完了する。
【００５０】
次に、上述した実施例２の摩擦点接合方法により形成されるアルミニウム製部材１７と鋼製部材１６の接合部の効果検証試験について図１４〜図１７に基づいて説明する。
［接合ガン］
接合ガンとして位置制御型ユニットを使用した。回転ツールは、ショルダ部の直径が１０ｍｍ、ピン部７ｃの直径が２ｍｍ、長さが０．３ｍｍのものを使用した。
【００５１】
［ワーク材料］
アルミニウム製部材として、厚み１．２ｍｍの６０００系アルミニウム合金板を準備し、鋼製部材として、Ｚｎメッキ層を形成した、厚み０．８ｍｍのＺｎメッキ鋼板を準備した。
【００５２】
［接合方法］
実施例２で説明した摩擦点接合方法に基づいて、アルミニウム合金板とＺｎメッキ鋼板を接合した。また、比較例として、接合処理前の接着剤層の加熱処理を行わずに、アルミニウム合金板とＺｎメッキ鋼板を接合した。
【００５３】
［接合条件］
回転ツールの回転数を２５００ｒｐｍとし、図１４に示すように、回転ツールの押圧力をアルミニウム合金板の上面、中部、下部の接合部に応じて１０００Ｎ、４５００Ｎ、１５００Ｎとした。また、前記の押圧力に応じて、接合時間をそれぞれ２．３ｓ、１．０ｓ、２．７とした。
【００５４】
一方、比較例については、回転ツールの回転数を２５００ｒｐｍとし、図１５に示すように、回転ツールの押圧力をアルミニウム合金板の上面、中部、下部に応じて２５００Ｎ、４５００Ｎ、１５００Ｎとした。また、前記の押圧力に応じて、接合時間をそれぞれ１．０ｓ、１．０ｓ、２．７とした。
【００５５】
図１４に示すように、回転ツールを回転させながらアルミニウム合金板の表面（上面）を押圧する場合、回転ツールの押圧力は、比較例よりも低く、また接合時間が長い。これは、接着剤層を粘度が低下する約６０℃〜７０℃に加熱して軟化状態とするためである。この接着剤層としてはエポキシ系接着剤を使用する。表１及び図１７は、エポキシ系接着剤の加熱温度に対する粘度特性を示し、エポキシ系接着剤は、約６０℃から低い粘度特性となる。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
［接合強度の試験及び評価］
接合部の剪断強度を測定した。図１６に示すように、剪断強度は、比較例の剪断強度よりも高い剪断強度を示した。これは、粘度低下状態の接着層が、Ｚｎメッキ層の接合部の表面から接合部の外周側へ押出され、接合の際、接合界面に接着剤層がほとんど介在しない状態でアルミニウム板と鋼板の接合部が接合されたため、これら接合部の固相状態での点接合強度が高まったと考えられる。一方、比較例の場合、接合部からの接着剤層の押出しが促進されず接合界面に接着剤層が介在したため、その接着剤層の影響で、接合部の固相状態での点接合強度を高めることができなっかったと考えられる。
【００５８】
以上説明した実施例２の摩擦点接合方法の作用効果について説明する。
Ｚｎメッキ鋼板２５とアルミニウム合金板１７との間に熱硬化性接着剤を介在させた状態で重ね合わせ、回転ツール７を回転させながらアルミニウム合金板１７の接合部に回転ツール７のショルダ部７ｂを当接させた状態で発生した摩擦熱により、接着剤層２０の粘度が低下する温度域に接着剤層２０が加熱される。
【００５９】
接着剤層２０が加熱されて軟化状態になった後、回転ツール７の押圧力を上げ、回転ツール７を回転させつつ、アルミニウム合金板１７の接合部を鋼板１６側の接合部に押圧し、この回転ツール７の押圧により接着剤層２０が接合部の外周側へ一気に押出される。その後、回転ツール７を引き続き回転させながらアルミニウム合金板１７の接合部を押圧して、その接合部を軟化させ塑性流動を生じさせ、鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部が点接合される。
【００６０】
接合部に介在する接着剤層２０の粘度を低下させた状態で回転ツール７の押圧により接着剤層２０を接合部の外周側へ押出し、その後、接合界面に接着剤層２０がほとんど介在しない状態でこれら接合部が接合されるので、鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部の固相状態での点接合強度を高めることができる。また、接合時の熱による接着剤層２０の炭化及び硬化を低減することができる。
【００６１】
さらに、接着剤層２０が鋼板１６とアルミニウム合金板１７の接合部近傍に存在するので、接合部近傍への水の浸入を防止でき、接合部の接触腐食に対する耐食性を確実に確保することができる。
【００６２】
次に、前記実施例１，２を部分的に変更した変更例について説明する。
１〕実施例の摩擦点接合方法は、例えば、自動車の車体の製造において前記アルミニウム合金板１７及びＺｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板１９やＺｎメッキ鋼板２５を車体構成部材として使用し、これら部材を接合する際に採用してもよい。
【００６３】
２〕前記実施例において、接合処理前に接着剤層２１は回転ツール７による摩擦熱により加熱されたが、その他、レーザー等により接着剤層２１を加熱してもよい。
【００６４】
３〕前記実施例においては、回転ツール７のショルダ部７ｂを平坦にしているが、これに限らず、例えば、ショルダ部の形状を円錐台状に窪んだ形状にしてもよい。但し、平坦にしている方が、摩擦熱が発生しやすい。
【００６５】
４〕前記実施例においては、軽金属製部材としてアルミニウム合金板１７を用いたが、その他、アルミニウム板、マグネシウム合金板などを用いてもよい。
【００６６】
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あり、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】
【００６７】
【図１】摩擦点接合装置の側面図である。
【図２】摩擦点接合装置の接合ガン周辺の要部拡大側面図である。
【図３】回転ツールの要部部分断面図である。
【図４】実施例１の摩擦点接合方法の接合工程図である。
【図５】アルミニウム板とＺｎ−Ｆｅ合金メッキ鋼板の間に接着剤層を介在させて重ね合わせた状態を示す断面図である。
【図６】回転ツールのショルダ部がアルミニウム合金板の接合部の表面に当接した状態を示す断面図である。
【図７】回転ツールがアルミニウム合金板内の接合部に進入した状態を示す断面図である。
【図８】接合完了後の接合状態を示す断面図である。
【図９】実施例２の摩擦点接合方法の接合工程図である。
【図１０】アルミニウム板とＺｎメッキ鋼板の間に接着剤層を介在させて重ね合わせた状態を示す断面図である。
【図１１】回転ツールのショルダ部がアルミニウム合金板の接合部の表面に当接した状態を示す断面図である。
【図１２】回転ツールがアルミニウム合金板内の接合部に進入した状態を示す断面図である。
【図１３】接合完了後の接合状態を示す断面図である。
【図１４】実施例の接合方法における回転ツールの加圧力と接合時間を説明する図である。
【図１５】比較例の接合方法における回転ツールの加圧力と接合時間を説明する図である。
【図１６】接合部の剪断強度を示すデータである。
【図１７】接着剤の加熱温度による粘度特性を示す温度粘度曲線である。
【符号の説明】
【００６８】
７    回転ツール
１６  鋼板  
１７  アルミニウム合金板
１８  Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層
２０  接着剤層
【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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