JP3726786B2

JP3726786B2 - 接合方法及び接合ツール

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Publication number: JP3726786B2
Application number: JP2002223594A
Authority: JP
Inventors: 士嘉村上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2022-07-31
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚み方向に重ねられた複数の板材を点状に接合する接合方法、及び該接合方法に用いられる接合ツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合する方法として、従来から、抵抗溶接法やリベットによる機械的締結法等が知られている。
【０００３】
抵抗溶接方法では、接合時に大容量の電源が必要であること、溶接電極は汚染や損耗により寿命が短いこと、電極の冷却のために冷却水の供給設備が必要であること等、ランニングコストや品質管理の面での課題がある。
【０００４】
一方、リベットによる機械的締結方法では、リベット材を多数必要とすること、そのリベットにより接合物の重量の増加を招くこと等の課題がある。
【０００５】
これに対し、ワークを点状に接合する方法として、摩擦攪拌接合法が知られている（例えば特開２００１−３１４９８２号公報参照）。この方法では、先端面から突出したピンを有する第１ツールと、先端面が平坦な第２ツールとからなる接合ツールを用いてワークの接合を行う。
【０００６】
具体的に摩擦攪拌接合法では、上記第１ツールを回転させながら、ワークを接合ツールによって挟み込んで押圧する。こうして、上記第１ツールのピンをワーク内に沈み込ませる。
【０００７】
次いで、上記第１ツールの回転により発生した摩擦熱によってワークを軟化させて第１ツールをワーク内にさらに沈み込ませると共に、上記第１ツールの回転によってワーク内で塑性流動を発生させる。この塑性流動により、ワークの重ね面（隣り合う２つの板材が互いに接した面）付近を攪拌する。
【０００８】
こうして上記ワーク内を十分に攪拌した後に、上記第１ツールをワークから引き抜くことによって、軟化した板材を硬化させる。こうして、複数の板材が点状に接合される。
【０００９】
この摩擦攪拌接合法では、抵抗溶接法とは異なり、小容量の電力で板材の接合が可能である上に、冷却水等の供給設備が不要である。また、接合ツールに汚染や損耗が生じないため、メンテナンスフリーで長時間使用することが可能であり、ランニングコストの低減と共に、維持管理も容易になるという利点がある。
【００１０】
また、リベットによる機械的接合法とは異なり、リベット材によるコストの増大を招くことなく、さらに、接合物の重量増加も招かない等の利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、摩擦攪拌接合法で接合強度を向上させようとすると、第１ツールのワーク内への沈み込み量を比較的大きくして、ワーク内で塑性流動が生じる範囲（塑性流動範囲）を拡大させる必要がある。
【００１２】
ところが、摩擦攪拌接合法では、第１ツールがワーク内へ沈み込んだ分だけ、ワーク（板材）の厚みが減少してしまうことから、第１ツールのワーク内への沈み込み量を大きくすると板材の厚みが大きく減少してしまい、板材自体の強度の低下を招いてしまう。このため、ワーク内を十分に攪拌することで接合強度は高まるものの、板材自体の強度が低下するため、結果として接合部分の強度は低下してしまうという問題がある。
【００１３】
また、摩擦攪拌接合法では、第１ツールの先端（ピン）をワークの重ね面付近まで沈み込ませる必要がある。このため、接合しようとする板材の厚みが分厚いときにはワークの表面と重ね面との間の距離が長くなることから、第１ツールの沈み込み量を大きくしなければならず、上述したように、板材の厚みが大きく減少してしまって、板材自体の強度が低下してしまう。また、板材の厚みが分厚いときには放熱容量が大きくなるため、ワーク内で塑性流動が起こりにくく、このため、ワーク内を十分に攪拌することができずに、接合強度も低下してしまう。このように、従来の摩擦攪拌接合法では、接合可能な板材の厚みに、一定の制約があった。
【００１４】
この摩擦攪拌接合法は、例えばアルミニウム合金等の比較的軟らかい金属の板材を接合する場合に適している。ところが、アルミニウム合金の内でも、５０００系の合金（Ａｌ−Ｍｇ）と、６０００系の合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）とでは、高温時における引張特性（引張強さ及び耐力等）が大きく異なる。このため、摩擦攪拌接合法で、材料強度が比較的低い６０００系のアルミニウム合金製板材を接合した場合は、十分な接合強度が得られる。一方、材料強度が比較的高い５０００系のアルミニウム合金製板材を接合した場合は、ワーク内を攪拌し難く、十分な接合強度が得られない。このように、従来の摩擦攪拌接合法では、接合可能な板材の材料に、一定の制約があった。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合する接合方法において、接合部分の強度を向上させることにあり、また、板材の厚みや材料の制約を受けることなくワークの接合を可能にすることにあり、さらに、その接合方法に適した接合ツールを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合する接合方法に係る。
【００１７】
そして、第１の発明に係る接合方法は、上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで配設された第１ツールと第２ツールとからなる接合ツールであって、該第１ツールの先端面から上記接合軸に沿って突出するピンと、上記第２ツールの先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪み及び該先端面において窪みを囲むように形成された環状の凸部とを有する接合ツールを用い、上記第１及び第２ツールのいずれか一方又は双方を上記接合軸回りに回転させながら、上記接合ツールで上記ワークを接合軸方向に挟み込んで押圧することにより、該接合ツールの先端部分を上記ワーク内に沈み込ませる第１工程と、上記接合ツールの回転によって発生した摩擦熱で軟化させたワークの上記重ね面を、上記第１ツールの該ワーク内に沈み込んだピンと第２ツールの窪み及び該ワークに沈み込んだ上記環状の凸部とによって、上記接合軸方向にかしめる第２工程と、上記接合ツールの回転によって上記ワーク内に塑性流動を発生させて、該ワークの重ね面付近を攪拌する第３工程と、上記接合ツールを上記ワーク内から引き抜く第４工程とを含む。
【００１８】
この構成により、第１工程では、第１及び第２ツールの少なくとも一方を接合軸回りに回転させながら、接合ツールでワークを上記接合軸方向に挟み込んで押圧する。こうして、接合ツールの先端部分を上記ワーク内に沈み込ませる（圧入する）。
【００１９】
続く第２工程では、接合ツールの回転によって発生した摩擦熱でワークを軟化させる。これにより、接合ツールはワーク内にさらに沈み込む。その結果、上記第１ツールのピンが軟化したワークを第２ツールの窪み内に押し込むようになり、ワークの重ね面が上記接合軸方向にかしめられる。
【００２０】
第３工程では、ワーク内に沈み込ませた接合ツールの回転によって上記ワーク内に塑性流動を発生させる。こうして、ワークの重ね面付近を攪拌し、複数の板材を一体化させる。
【００２１】
第４工程では、ワーク内に沈み込ませた接合ツールをこのワーク内から引き抜く。こうすることで、ワークは冷却されて硬化し、ワークの接合が完了する。
【００２２】
ここで、従来の摩擦攪拌接合法で用いる接合ツールは、ピンのみを有しているため、ワーク内が攪拌されるだけである。また、このときワーク内で発生している塑性流動は、主に、ワークの重ね面に沿った方向の流動である。
【００２３】
これに対し、第１の発明で用いる接合ツールは、ピンと、このピンに相対向する窪みとを有している。このため、上述したように、ワーク内が攪拌される上に、ワークの重ね面が接合軸方向にかしめられる。また、第２ツールの先端面に設けられた環状の凸部によって、軟化したワークは第２ツールから第１ツールに向かう方向に押し込まれる。このため、ワークの重ね面は、ワーク内に沈み込んだピンの周囲で、かしめ方向とは逆方向（第２ツールから第１ツールに向かう方向）にかしめられる。こうして、かしめ作用が増大する（接合強度が高まる）。
【００２４】
また、ワークの重ね面が接合軸方向（重ね面に直交する方向）にかしめられることで、ワーク内は、ワークの重ね面に沿った方向だけでなく、接合軸方向にも塑性流動する。このため、ワーク内は重ね面に沿う方向及び重ね面に直交する方向のそれぞれの方向に攪拌される。
【００２５】
こうして、第１の発明に係る接合方法では、ワーク内の攪拌と、ワークのかしめとを複合させてワークを接合するため、接合強度は従来と比べて大幅に向上する。
【００２６】
さらに、上記第２ツールは、先端面から突出した凸部の先端でワーク表面に接触するため、第２ツールとワークとの接触面積は小さくなる。このため、第１ツールにおいて上記凸部に相対向する部分、つまり、ピンの周辺部分の押圧力（第１ツールからワークに作用する単位面積あたりの力）は大きくなる。これにより、第３工程で発生させるワーク内の塑性流動範囲は、第１ツールの中心付近から径方向外方に向かって拡大し、これにより、ワーク内が広範囲に亘って攪拌される。その結果、接合強度はさらに向上する。
【００２７】
また、厚みの分厚い板材を接合する場合や、材料強度の比較的高い板材を接合する場合は、従来の接合方法ではワーク内の攪拌が不十分になるため、十分な接合強度が得られないが、本発明に係る接合方法では、ワーク内の攪拌が不十分になったとしても、ワークの重ね面をかしめることで接合強度が高まり、これによって、十分な接合強度が得られる。従って、本発明に係る接合方法では、板材の厚みや材料の制約を受けることなくワークの接合が可能になる。
【００２８】
第２の発明に係る接合方法は、上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで配設された第１ツールと第２ツールとからなる接合ツールであって、該第１ツールの先端面から上記接合軸に沿って突出するピン及び該先端面において該ピンを囲むように形成された環状の凹溝と、上記第２ツールの先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪み及び該先端面において該窪みを囲むように形成された環状の凸部とを有する接合ツールを用い、上記第１及び第２ツールのいずれか一方又は双方を上記接合軸回りに回転させながら、上記接合ツールで上記ワークを接合軸方向に挟み込んで押圧することにより、該接合ツールの先端部分を上記ワーク内に沈み込ませる第１工程と、上記接合ツールの回転によって発生した摩擦熱で軟化させたワークの上記重ね面を、上記第１ツールの凹溝及び該ワーク内に沈み込んだピンと第２ツールの窪み及び該ワーク内に沈み込んだ凸部とによって、上記接合軸方向にかしめる第２工程と、上記接合ツールの回転によって上記ワーク内に塑性流動を発生させて、該ワークの重ね面付近を攪拌する第３工程と、上記接合ツールを上記ワーク内から引き抜く第４工程とを含む。
【００２９】
この接合方法に用いる接合ツールはピンと窪みとを有しているため、第２工程では、上述したように、軟化したワークの重ね面が第１ツールから第２ツールに向かう方向にかしめられる。
【００３０】
また、第１ツールの先端面に環状の凹溝が設けられていることで、軟化したワークはこの凹溝内に押し込まれる。それと共に第２ツールの先端面に環状の凸部が設けられていることで、ワークの重ね面は、ワーク内に沈み込んだピンの周囲で、かしめ方向とは逆方向にかしめられる。こうして、ワークの重ね面は、接合軸方向に大きくかしめられて、かしめ作用が増大する。
【００３１】
さらに、第３工程では、接合ツールの回転によりワークの重ね面に沿った方向の塑性流動が発生すると共に、第１ツールの凹溝及び第２ツールの凸部によって、上記第１ツールの凹溝内にワークが押し込まれることに伴い、接合軸方向の塑性流動が促進される。こうして、ワーク内は、重ね面に沿った方向及び重ね面に直交する方向（接合軸方向）に、十分に攪拌される。その結果、接合強度はさらに向上する。
【００３２】
加えて、上記第２ツールに凸部を設けることにより、上述したように、第１ツールのピンの周辺部分の押圧力が高まり、これにより、第３工程で発生させた塑性流動の範囲が拡大する。その結果、第２の発明に係る接合方法では、接合強度はより一層向上する。
【００３３】
また、厚みの分厚い板材を接合する場合や、材料強度の比較的高い板材を接合する場合でも、第２の発明に係る接合方法では、ワーク内を十分に攪拌可能である上に、ワークをかしめることによって十分な接合強度が得られる。その結果、種々な板材を接合することが可能になる。
【００３４】
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールの先端面が、他方のツールの先端面よりも大径である接合ツールを用い、第１乃至第４の各工程では、上記第１及び第２ツールの内で、先端面の径が大きい方のツールを接合軸回りに回転させるようにしてもよい。
【００３５】
こうすることで、第１工程では、回転させているツールをワークに押圧して、そのツールをワーク内に沈み込ませるが、このとき、回転させているツールは、先端面の径が大きいため、そのツールとワークとの接触面積は大きくなる。これにより、ツールの押圧力は小さくなるため、そのツールのワーク内への沈み込みが抑制される。こうして、板材の厚みの減少が抑制される。
【００３６】
また、第３工程では、回転させているツールとワークとの接触面積は大きくなることで、摩擦による発熱量は増加する。これにより、ワーク内の塑性流動範囲は拡大する。
【００３７】
また特に、第１ツールの先端面が、第２ツールの先端面よりも大径である接合ツールを用いたときには、ピンを有する第１ツールのワーク内への沈み込みが抑制されることで、窪みを有する第２ツールのワーク内への沈み込み量が大きくなる。これにより、第２ツールの窪みの底部が、ワークの表面近傍に位置するようになる。
【００３８】
ここで、第２工程において第２ツールの窪み内に押し込まれた部分は、ワークの接合後には突起となる。このため、第２ツールのワーク内への沈み込み量を大きくして、第２ツールの窪みの底部をワークの表面近傍に位置させることで、この突起がワークの表面から大きく突出することが防止される。その結果、接合後のワークの見栄えが向上する。また特に、上記突起の先端をワークの表面と面一としたときには、突起に対する逃げを設けなくても、別の部材をワークの表面に取り付けることが可能になる。
【００３９】
尚、回転させるツールの先端面を大径にしたときには、回転させないツール（非回転ツール）の先端面は比較的小径となる。このため、非回転ツールとワークとの接触面積は小さくなり、これにより、非回転ツールを介して放熱される放熱量が低下する。その結果、ワーク内の塑性流動が早期に開始されると共に、塑性流動範囲の拡大が図られる。
【００４０】
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールが、他方のツールの先端面よりも大径の大径部と、該大径部よりもツール先端側で、該大径部よりも小径の小径部とを有する接合ツールを用い、第１乃至第４の各工程では、上記第１及び第２ツールの内で、上記大径部と小径部とを有するツールを接合軸回りに回転させるようにしてもよい。
【００４１】
こうすることで、第１工程では、回転させているツールをワークに押圧して、そのツールをワーク内に沈み込ませるが、このとき、回転させているツールが有する小径部は径が小さいため、この小径部は比較的早期にワーク内に沈み込む。これにより、第３工程においては、上記ワーク内の塑性流動が早期に発生する。こうして、ワーク内の塑性流動を早期に発生させることで、厚みの分厚い板材や、材料強度の比較的高い板材を接合する場合にも、ワーク内を十分に攪拌可能になる。
【００４２】
一方、上記小径部がワーク内に沈み込んだ後は、大径部がワーク表面と接するが、大径部とワーク表面との接触面積は大きいため、上記ツールのワーク内への沈み込みが抑制される。こうして、板材の厚みの減少が抑制される。
【００４３】
また、大径部がワーク表面と接している状態では、摩擦による発熱量は増加するため、上述したように、ワーク内の塑性流動範囲は拡大し、ワーク内が広範囲に亘って攪拌される。
【００４４】
また特に、第１ツールに小径部と大径部とを設けた接合ツールを用いたときには、上述したように、接合後のワークの表面から突起が大きく突出することが防止される。
【００４５】
第３の発明は、厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合するための接合ツールに係る。
【００４６】
そして、第３の発明に係る接合ツールは、上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで、いずれか一方又は双方が上記接合軸回りに回転可能に配設される第１ツールと第２ツールとを備え、上記第１ツールに、その先端面から上記接合軸に沿って突出し、接合時に上記ワーク内に沈み込むピンを設け、上記第２ツールに、その先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪みと、該先端面において該窪みに隣接して該窪みを囲み、接合時に上記ワーク内に沈み込む環状の凸部とを設ける。
【００４７】
この接合ツールを用いてワークの接合を行うと、上述したように、ワーク内の攪拌は勿論のこと、第１ツールのピンと第２ツールの窪み及び環状の凸部とによってワークの重ね面が接合軸方向にかしめられる。こうして、接合強度を向上させることが可能になる。
【００４８】
第４の発明に係る接合ツールは、上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで、いずれか一方又は双方が上記接合軸回りに回転可能に配設される第１ツールと第２ツールとを備え、上記第１ツールに、その先端面から上記接合軸に沿って突出し、接合時に上記ワーク内に沈み込むピンと、該先端面において上記ピンを囲む環状の凹溝とを設け、上記第２ツールに、その先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪みと、該先端面において該窪みに隣接して該窪みを囲み、接合時に上記ワーク内に沈み込む環状の凸部とを設ける。
【００４９】
この接合ツールを用いてワークの接合を行うと、上述したように、ワーク内が、重ね面に沿った方向及び重ね面に直交する方向に攪拌されると共に、第１ツールのピン及び凹溝と、第２ツールの窪み及び凸部とによってワークが接合軸方向に大きくかしめられる。こうして、接合強度をさらに向上させることが可能になる。
【００５０】
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールの先端面を、他方のツールの先端面よりも大径に構成してもよい。
【００５１】
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールを、他方のツールの先端面よりも大径の大径部と、該大径部よりもツール先端側で、該大径部よりも小径の小径部とを有するものとしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における接合方法及び接合ツールによれば、ワーク内に塑性流動を発生させて重ね面付近を攪拌する一方で、接合ツールが有するピンと窪みとによってワークの重ね面を接合軸方向にかしめることができる。こうして、攪拌によるワークの接合に、重ね面のかしめ作用を付加することによって、接合部の強度を大幅に向上させることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００５４】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る接合装置Ａの概略構成を示しており、この接合装置Ａは、例えば自動車のボディ等に用いられるアルミニウム合金等の板材Ｗ１，Ｗ２を、厚み方向に重ねた状態で点状に接合するものに構成されている（図４参照）。
【００５５】
上記接合装置Ａは、ワークＷ（図４参照）の接合を行う接合ガン１を備えており、この接合ガン１は、ロボット２の手首に取り付けられている。これにより、上記接合ガン１は、図示省略の治具に固定されたワークＷの接合位置に、ロボット２によって位置づけられて、上記ワークＷの接合を行うようになっている。
【００５６】
上記ロボット２は、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットを用いることができる。このロボット２は、ハーネス３１により制御盤３と接続されている。また、上記接合ガン１も、ロボット２に設けられた中継ボックス３４を介して、ハーネス３２，３３により上記制御盤３と接続されている。
【００５７】
上記制御盤３は、ロボット２の６軸と、詳しくは後述するが、接合ガン１に設けれられた２つのモータ１１，１２（図２参照）の２軸との合計８軸を同期制御するように構成されている。
【００５８】
上記接合ガン１は、図２に示すように、略円柱状の第１ツール４と第２ツール５とからなる接合ツール６を備えている。
【００５９】
上記第１ツール４は、２つの板材Ｗ１，Ｗ２を、その厚み方向に重ねたワークＷの重ね面Ｗ３（図４参照）に対して直交する接合軸Ｘ上に配設されていて、回転軸モータ１１によって、この接合軸Ｘ回りに回転するように構成されている。また、上記第１ツール４は、押圧軸モータ１２によって、上記接合軸Ｘに沿って昇降するように構成されている。上記回転軸モータ１１は、インダクションモータやサーボモータを用いることができ、上記押圧軸モータ１２は、サーボモータを用いることができる。
【００６０】
一方、第２ツール５は、略Ｌ字状のアーム１３の先端に取り付けられていて、これにより、上記第１ツール４と相対向するように上記接合軸Ｘ上に配設されている。
【００６１】
尚、上記第１及び第２ツール４，５はそれぞれ、接合ガン１に対して着脱可能に取り付けられている。
【００６２】
次に、上記第１及び第２ツール４，５の先端部分の形状について、図３を参照しながら詳細に説明する。
【００６３】
上記第１ツール４の先端部分は、第２ツール５の先端面５３よりも大径にされた大径部４１と、この大径部４１よりもツール先端側で、大径部４１よりも小径の小径部４２とを有している。この小径部４２の縁部４６には、アールがつけられている。これは、後述するように、接合したワークＷの応力集中を防止するためである。また、第１ツール４のその他の縁部にも、アールがつけられている。
【００６４】
そして、上記第１ツール４には、小径部４２の先端面４３から上記接合軸Ｘに沿って突出するピン４４が形成されている。このピン４４の周面には、逆ねじが設けられている。
【００６５】
また、上記第１ツール４の先端面４３には、上記ピン４４を囲むように環状の凹溝４５が形成されている。尚、この凹溝４５内の面は平滑にされている。
【００６６】
一方、第２ツール５には、その先端面５３から上記接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１が形成されている。この窪み５１は、その底部から先端開口部に向かって径が拡大するようなテーパ状に形成されている。尚、この窪み５１の内周面は、平滑にされている。
【００６７】
また、上記第２ツール５の先端面５３には、窪み５１を囲むように環状の凸部５２が設けられている。この凸部５２は、その断面形状が、先細となるように形成されていると共に、丸みを帯びた形状に形成されている。これにより、第２ツール５をワークＷ内に沈み込み易くすると共に、接合したワークＷの応力集中を防止するようにしている。
【００６８】
次に、上記接合装置ＡによるワークＷの接合方法について説明すると、先ず、図示省略の治具によってワークＷを固定し、接合ガン１を、ロボット２によって上記ワークＷに設定された所定の接合位置に位置づける。詳しくは、接合ガン１の第１及び第２ツール４，５の間にワークＷを位置させると共に、接合軸Ｘ上にワークＷの接合位置を位置させる。また、上記第２ツール５の先端を、ワークＷの下面に当接させる。
【００６９】
そして、後述するように、上記接合ガン１によってワークＷの接合を行い、ワークＷの接合が完了すれば、上記接合ガン１をロボット２によって次の接合位置に位置づける。このようにして、ワークＷに設定された所定の接合位置の接合を順次行う。尚、ワークＷを接合するときには、接合ガン１のアーム１３に撓みが生じるため、ロボット２の制御によって、このアーム１３に取り付けられた第２ツール５の先端位置の補正を行う。こうした位置補正は、従来から行われている制御ロジックを適用すればよい（例えば溶接ガンを用いた抵抗溶接の際に行われている）。
【００７０】
次に、上記接合ガン１によるワークＷの接合手順について、図４及び図５を参照しながら説明する。尚、図４は、図３に示す接合ツール６を模式的に示したものであり、同一の部材については同一の符号を付している。また、図５は、図４に示す接合ツール６によって接合させたワークＷの接合部分を模式的に示す図である。
【００７１】
先ず、接合ガン１の回転軸モータ１１により、第１ツール４を接合軸Ｘ回りに回転させる。そして、第１ツール４の回転数が目標回転数に到達すれば、第１ツール４を回転させながら、押圧軸モータ１２によって第１ツール４を下降させ、これにより、第１ツール４と第２ツール５とでワークＷを挟み込んで、このワークＷを接合軸Ｘ方向に押圧する。こうして、第１ツール４のピン４４を、ワークＷ内に沈み込ませる。
【００７２】
この状態で、第１ツール４の回転と、ワークＷの押圧とを継続することにより、ピン４４の周囲のワークＷを切削することによる発熱と、第１ツール４の小径部４２の先端面４３とワークＷ表面との摩擦による発熱とを生じさせる。
【００７３】
このとき、第２ツール５は、その凸部５２の先端がワークＷの下面に当接しているため、第２ツール５とワークＷとの接触面積は極めて小さい。これにより、第２ツール５を介して放熱される放熱量は、小さくなる。その結果、ワークＷは比較的早期に軟化する。そして、この軟化したワークＷ内に、第１ツール４の小径部４２が沈み込む。
【００７４】
第１ツール４の小径部４２がワークＷ内に沈み込むことにより、この第１ツール４のピン４４が、軟化したワークＷを第２ツール５の窪み５１内に押し込むようになり、上記ワークＷの重ね面Ｗ３が接合軸Ｘ方向にかしめられる（図５参照）。
【００７５】
このとき、第２ツール５の窪み５１は、その先端開口に向かって径が拡大するテーパ状に形成されている。このため、ワークＷを押圧する際に、接合ガン１のアーム１３が撓んで第２ツール５の窪み５１の中心軸が接合軸Ｘに対して傾いたとしても、第１ツール４のピン４４の中心軸（接合軸Ｘ）が、窪み５１の先端開口から外れることが防止される。これにより、ワークＷの重ね面Ｗ３を、確実にかしめることが可能になる。
【００７６】
また、第１ツール４に凹溝４５が形成されているため、軟化したワークＷはこの凹溝４５内に押し込まれる。また、第２ツール５に凸部５２が形成されているため、上記ワークＷは、接合軸Ｘ方向の上方に押し上げられる。こうして、ワークＷの重ね面Ｗ３は、ワークＷ内に沈み込んだピン４４の周囲で、上記かしめ方向とは逆方向（第２ツール５から第１ツール４に向かう方向）にかしめられる。こうして、ワークＷの重ね面Ｗ３が、さらに大きくかしめられる（図５参照）。
【００７７】
そして、第１ツール４のピン４４と小径部４２とをワークＷ内に沈み込ませた状態で、この第１ツール４の回転及び押圧を継続させる。これにより、ワークＷ内に塑性流動を発生させる。このとき、第１ツール４の回転によって発生する塑性流動は、主に重ね面Ｗ３に沿った方向の流動であるが、第１ツール４のピン４４及び凹溝４５と、第２ツール５の窪み５１及び凸部５２とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３がかしめられるため、接合軸Ｘ方向の塑性流動も発生する（図５の矢印参照）。こうして、ワークＷの重ね面Ｗ３付近が、重ね面Ｗ３に沿った方向及び接合軸Ｘ方向（重ね面Ｗ３に直交する方向）に攪拌される。
【００７８】
またこのとき、上記第１ツール４のピン４４の周面に逆ねじが形成されていることで、ワークＷの攪拌がより一層促進される。
【００７９】
さらにこの状態で、第１ツール４の回転及び押圧を継続させ、このことにより、ワークＷ内の塑性流動範囲Ｗ４を拡大させる。
【００８０】
このとき、第１ツール４は、その大径部４１がワークＷの表面と当接しているが、大径部４１は比較的径が大きいため、この大径部４１とワークＷ表面との接触面積は比較的大きい。これにより、発熱量が増大してワークＷ内の塑性流動範囲Ｗ４は、短時間で拡大する。
【００８１】
また、第１ツール４の大径部４１とワークＷ表面との接触面積が大きいことで、第１ツール４の押圧力（第１ツール４からワークＷに作用する単位面積あたりの力）は小さくなる。これにより、第１ツール４のワークＷへの沈み込みは抑制される。こうして、ワークＷ（板材Ｗ１）の厚みの減少を抑制することができる（図５のＬ２参照）。
【００８２】
さらに、第１ツール４のワークＷへの沈み込みが抑制されることで、第２ツール５のワークＷ内への沈み込みは大きくなる。これにより、第２ツール５の窪み５１に押し込まれた部分（突起Ｗ５）が、接合後にワークＷの表面から大きく突出することが防止される（図５のＬ１参照）。その結果、接合後のワークＷの見栄えが向上する。
【００８３】
このようにして、ワークＷ内の攪拌を所定時間継続させれば、第１ツール４を回転させたまま、押圧軸モータ１２によってこの第１ツール４を上昇させる。これにより、第１ツール４（及び第２ツール５）をワークＷ内から引き抜く。このとき、第１ツール４における凹溝４５の内周面や、第２ツール５における窪み５１の内周面が平滑にされていることで、これらの面にワークＷが凝着せず、これにより、接合ツール６の引き抜き時に、ワークＷを引きちぎってしまうことが防止される。
【００８４】
その後、ワークＷは急激に冷却して硬化し、これにより、ワークＷの接合が完了する。
【００８５】
こうして接合されたワークＷの接合部分においては、第１ツール４の小径部４２の縁部４６にアールがつけられているため、この縁部に対応する部分が滑らかな形状となる。これにより、接合部分の応力集中を防止することが可能になる。
【００８６】
このように、第１実施形態に係る接合方法によれば、接合ツール６の第１ツール４にピン４４を設ける一方で、第２ツール５に窪み５１を設けることにより、ワークＷの重ね面Ｗ３を接合軸Ｘ方向にかしめることが可能になる。また、第１ツール４のピン４４の周囲に凹溝４５を設ける一方で、第２ツール５の窪み５１の周縁に凸部５２を設けることにより、ワークＷの重ね面Ｗ３を、接合軸Ｘ方向に、より一層大きくかしめることが可能になる。
【００８７】
また、上記第１ツール４のピン４４及び凹溝４５と、第２ツール５の窪み５１及び凸部５２とによって、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させることができ、これにより、ワークＷの攪拌を十分に行うことができる。
【００８８】
このように、第１実施形態に係る接合方法では、ワークＷ内の攪拌と、ワークＷの重ね面Ｗ３のかしめとを複合させてワークＷを接合するため、接合強度を従来と比べて大幅に向上させることができる。
【００８９】
また、厚みの分厚い板材を接合する場合や、材料強度の比較的高い板材を接合する場合であっても、第１実施形態に係る接合方法では、ワークＷ内の攪拌を十分に行うことができると共に、ワークＷの重ね面Ｗ３をかしめることで、十分な接合強度を得ることができる。特に、第１ツール４に大径部４１と小径部４２とを設けていることで、第１ツール４のワークＷ内への沈み込みが抑制されるため、厚みの分厚い板材を接合する場合でも、板材Ｗ１の厚みの減少を抑制することができる。
【００９０】
（変形例１）
第１実施形態に係る接合ツール６は、第１ツール４が大径部４１と小径部４２とを有するものであったが、変形例１に係る接合ツール６１は、図６に示すように、第１ツール４ａが小径部４２を有しないものである。つまり、この第１ツール４ａの先端面４３は、第２ツール５の先端面５３よりも大径にされている。また、この第１ツール４ａには、その先端面４３から接合軸Ｘに沿って突出するピン４４と、このピン４４を囲む環状の凹溝４５とが形成されている。
【００９１】
一方、変形例１に係る接合ツール６１の第２ツール５は、上記第１実施形態に係る第２ツール５と同じであって、その先端面５３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１と、この窪み５１を囲む環状の凸部５２とが形成されている。
【００９２】
この変形例１に係る接合ツール６１を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ａのピン４４と第２ツール５の窪み５１、及び第１ツール４ａの凹溝４５と第２ツール５の凸部５２とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向に大きくかしめることができる。また、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させて、ワークＷ内の攪拌を十分に行うことができる。こうして、接合強度を向上させることができる。
【００９３】
また、第１ツール４ａの先端面の径が大きいことで、接合の際に、第１ツール４ａがワークＷ内に沈み込むことを抑制することができる。これにより、ワークＷ（板材Ｗ１）の厚みの減少を抑制することができる（図５のＬ２参照）。また、第２ツール５のワークＷへの沈み込みが大きくなるため、突起Ｗ５が、接合後にワークＷの表面から大きく突出することが防止される（図５のＬ１参照）。
【００９４】
但し、変形例１に係る接合ツール６１を用いて接合を行った場合は、第１ツール４ａのピン４４がワークＷ内に沈み込んだ時点で、この第１ツール４ａの沈み込みが抑制されるため、ワークＷ内で塑性流動が発生するまでに長時間を要し、これにより、接合時間が長くなる。
【００９５】
（変形例２）
変形例２に係る接合ツール６２は、図７に示すように、第１ツール４ｂの先端面４３が比較的に小径にされている。具体的には、変形例２に係る第１ツール４ｂの先端面４３は、第２ツール５の先端面５３と略同じ径に設定されている。尚、この第１ツール４ｂにも、その先端面４３から接合軸Ｘに沿って突出するピン４４と、このピン４４を囲む環状の凹溝４５とが形成されている。
【００９６】
一方、変形例２に係る接合ツール６２の第２ツールは、上記第１実施形態に係る第２ツール５と同じであって、その先端面５３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１と、この窪み５１を囲む環状の凸部５２とが形成されている。
【００９７】
この変形例２に係る接合ツール６２を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ｂのピン４４と第２ツール５の窪み５１、及び第１ツール４ｂの凹溝４５と第２ツール５の凸部５２とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向に大きくかしめることができる。また、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させて、ワークＷ内の攪拌を十分に行うことができる。
【００９８】
また、接合の開始時には、第２ツール５の凸部５２の先端がワークＷの下面に当接することで、第１ツール４の先端面４３において、この凸部５２に相対向する部分（ピン４４の周辺部分）の押圧力は大きくなる。このため、ワークＷ内の塑性流動範囲Ｗ４を、第１ツール４ｂの中心付近から径方向外方に向かって拡大させることができる。
【００９９】
但し、変形例２に係る接合ツール６２は、第１ツール４ｂの先端面４３の径が比較的小さいため、この第１ツール４ｂのワークＷ内への沈み込み量が大きくなる虞がある。このため、板材Ｗ１の厚みの減少を招くと共に、第２ツール５の沈み込み量が小さくなることにより、突起Ｗ５がワークＷの表面から大きく突出する虞がある。
【０１００】
＜第１参考形態＞
第１参考形態に係る接合ツール６３は、図８に示すように、第１ツール４ｂは、上記第１実施形態の変形例２に係る第１ツールと同じである。つまり、第１ツール４ｂの先端面４３は、第２ツール５の先端面５３と略同じ径に設定されており、この第１ツール４ｂには、その先端面４３から接合軸Ｘに沿って突出するピン４４と、このピン４４を囲む環状の凹溝４５とが形成されている。
【０１０１】
一方、第１参考形態に係る接合ツール６３の第２ツール５ａには、その先端面５３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１が形成されているが、環状の凸部５２は形成されていない。
【０１０２】
この第１参考形態に係る接合ツール６３を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ｂのピン４４と第２ツール５ａの窪み５１とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向にかしめることができる。また、第１ツール４ｂの凹溝４５内に軟化したワークＷが押し込まれ、これにより、ワークＷの重ね面Ｗ３より大きくかしめることができる。
【０１０３】
さらに、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させることができる。こうして、接合強度を従来に比べて向上させることができる。
【０１０４】
但し、第１参考形態に係る接合ツール６３では、第２ツール５ａに凸部５２が設けられていないため、第１実施形態に係る接合ツール６を用いてワークＷの接合した場合に比べて、かしめ作用は低下する。
【０１０５】
また、重ね面Ｗ３に直交する方向の塑性流動も、第１実施形態に係る接合ツール６を用いてワークＷを接合する場合に比べ弱くなる。
【０１０６】
尚、第１参考形態に係る接合ツール６３においても、上記第１実施形態のように、第１ツール４ｂを大径部４１と小径部４２と有するものにしてもよいし、第１実施形態の変形例１のように、第１ツール４ｂの先端面４３の径を、第２ツール５ａの先端面５３の径よりも大きくしてもよい。
【０１０７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る接合ツール６４は、図９に示すように、第１ツール４ｃには、その先端面４３から接合軸Ｘに沿って突出するピン４４が形成されているが、環状の凹溝４５は形成されていない。
【０１０８】
一方、第２実施形態に係る接合ツール６４の第２ツール５は、上記第１実施形態に係る第２ツール５と同じである。つまり、第２ツール５には、その先端面５３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１と、この窪み５１を囲む環状の凸部５２とが形成されている。
【０１０９】
この第２実施形態に係る接合ツール６４を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ｃのピン４４と第２ツール５の窪み５１とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向にかしめることができる。また、第２ツール５の凸部５２により軟化したワークＷが押し上げられ、これにより、ワークＷの重ね面Ｗ３より大きくかしめることができる。
【０１１０】
さらに、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させることができる。こうして、接合強度を従来に比べて向上させることができる。
【０１１１】
但し、第２実施形態に係る接合ツール６４では、第１ツール４ｃに凹溝４５が設けられていないため、この接合ツール６４を用いてワークＷの接合を行った場合、かしめ作用は若干弱くなる。
【０１１２】
また、重ね面Ｗ３に直交する方向の塑性流動も、第１実施形態に係る接合ツール６を用いて、ワークＷ３を接合する場合に比べて弱くなる。
【０１１３】
尚、第２実施形態に係る接合ツール６４においても、上記第１実施形態のように、第１ツール４ｃを大径部４１と小径部４２と有するものとしてもよいし、第１実施形態の変形例１のように、第１ツール４ｃの先端面４３の径を、第２ツール５の先端面５３の径よりも大きくしてもよい。
【０１１４】
＜第２参考形態＞
第２参考形態に係る接合ツール６５は、図１０に示すように、第１ツール４ｃは、第２実施形態に係る第１ツール４ｃと同じであって、この第１ツール４ｃには、その先端面４３から接合軸Ｘに沿って突出するピン４４が形成されているが、環状の凹溝４５は形成されていない。
【０１１５】
一方、第２参考形態に係る接合ツール６５の第２ツール５ａは、第１参考形態に係る第２ツールと同じであって、この第２ツール５ａには、その先端面５３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み５１が形成されているが、環状の凸部５２は形成されていない。
【０１１６】
この第２参考形態に係る接合ツール６５を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ｃのピン４４と第２ツール５ａの窪み５１とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向にかしめることができる。
【０１１７】
さらに、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させることができる。こうして、接合強度を従来に比べて向上させることができる。
【０１１８】
但し、第２参考形態に係る接合ツール６５では、第１ツール４ｃに凹溝４５が設けられておらず、また第２ツール５ａに凸部５２が設けられていないため、この接合ツール６５を用いてワークＷの接合を行った場合、かしめ作用は若干弱くなる。
【０１１９】
また、重ね面Ｗ３に直交する方向の塑性流動も、第１実施形態に係る接合ツール６を用いてワークＷを接合する場合に比べて弱くなる。
【０１２０】
尚、第２参考形態に係る接合ツール６５においても、上記第１実施形態のように、第１ツール４ｃを大径部４１と小径部４２と有するものとしてもよいし、第１実施形態の変形例１のように、第１ツール４ｃの先端面４３の径を、第２ツール５の先端面５３の径よりも大きくしてもよい。
【０１２１】
＜第３参考形態＞
第３参考形態に係る接合ツール６６は、図１１に示すように、第２参考形態に係る接合ツール６５に対して、第１ツールと第２ツールとを相互に入れ替えたものである。つまり、第３参考形態に係る接合ツール６６の第１ツール４ｄには、その先端面４３で接合軸Ｘに沿って窪んだ窪み４７が形成されている。
【０１２２】
一方、第３参考形態に係る接合ツール６６の第２ツール５ｂには、その先端面５３から接合軸Ｘに沿って突出するピン５４が形成されている。
【０１２３】
この第３参考形態に係る接合ツール６６を用いて、ワークＷの接合を行うと、第１ツール４ｄの窪み４７と第２ツール５ｂのピン５４とによって、ワークＷの重ね面Ｗ３を、上記接合軸Ｘ方向にかしめることができる。
【０１２４】
さらに、ワークＷ内で、重ね面Ｗ３に沿った方向と、この重ね面Ｗ３に直交する方向との塑性流動を発生させることができる。こうして、接合強度を従来に比べて向上させることができる。
【０１２５】
尚、第３参考形態に係る接合ツール６６においても、上記第１実施形態のように、第１ツール４ｄを大径部４１と小径部４２と有するものとしてもよいし、第１実施形態の変形例１のように、第１ツール４ｄの先端面４３の径を、第２ツール５の先端面５３の径よりも大きくしてもよい。
【０１２６】
また、上記第１及び第２実施形態、並びに第１及び第２参考形態に係る各接合ツール６１〜６５においても、第１ツールと第２ツールとを相互に入れ替えるようにしてもよい。
【０１２７】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、接合装置について、第１実施形態とは異なる実施形態である。具体的には、図１２に示すように、第３実施形態に係る接合装置Ｂでは、ロボット２の手首に、ワークＷを保持するハンドリングツール７が取り付けられている。一方、接合ガン１は、上記ロボット２とは別に設置された架台８に取り付けられている。
【０１２８】
上記ロボット２は、分岐ボックス３５を介してハーネス３１により制御盤３に接続されている。また、接合ガン１は、ハーネス３３により互いに接続された中継ボックス３４を介して、上記分岐ボックス３５及び制御盤３に対しハーネス３２，３６により接続されている。
【０１２９】
この接合装置ＢによってワークＷの接合を行う場合は、ハンドリングツール７でワークＷを保持し、この保持したワークＷに設定された所定の接合位置を、上記ロボット２によって、定置された接合ガン１の第１及び第２ツール４，５の間に位置づける。そして、上記接合ガン１によって、上述したように、ワークＷの接合を行う。
【０１３０】
この接合装置Ｂにおいては、ワークＷを、ロボット２で位置づけることから、接合位置の精度は、上記第１実施形態に係る接合装置Ａに比べて低下する。このため、例えば、ワークＷに複数の接合位置が設定されている場合、この複数の接合位置の内で、高い位置精度を要する仮接合の接合位置は、上記第１実施形態に係る接合装置Ａによって接合を行い、位置精度が比較的低くてもよい増接合の接合位置は、第３実施形態に係る接合装置Ｂによって接合を行うようにすればよい。
【０１３１】
＜他の実施形態＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、ワークＷを接合する際に、第１ツール４を回転させる一方、第２ツール５を回転させないようにしているが、第１及び第２ツール４，５の双方を回転させるようにしてもよい。
【０１３２】
また、上記実施形態では、ワークＷとして、２つの板材Ｗ１，Ｗ２を厚み方向に重ねたものを接合するようにしているが、本発明は、３以上の複数の板材を重ねたものを接合することも可能であり、３以上の板材からなるワークの接合を行うようにしてもよい。
【０１３３】
【実施例】
次に、本発明に係る接合方法について、具体的に実施した実施例について説明する。
【０１３４】
先ず、本発明に係る接合方法（実施例）と、従来の接合方法（比較例）とのそれぞれの方法により、互いに異なる材料の板材からなるワークＷの接合を行った。具体的には、５０００系のアルミニウム合金の板材（板厚１．０ｍｍ）と、６０００系のアルミニウム合金の板材（板厚２．０ｍｍ）との接合を行った。
【０１３５】
尚、実施例では、図３に示す接合ツール６を用いて、ワークＷの接合を行った。これに対し、比較例では、ピンのみが形成された（凹溝は形成されていない）第１ツールと、先端面が平坦な（窪み及び凸部が形成されていない）第２ツールとからなる接合ツールを用いて、ワークＷの接合を行った。
【０１３６】
図１３はその結果を示しており、比較例においては、接合時間を長くしても、接合強度はほとんど上がらず、また、その接合強度自体も１．００ｋＮ程度であった。つまり、比較例では、十分な接合強度が得られなかった。これに対し、実施例においては、接合時間を長くすると接合強度が次第に増加し、約２．５０ｋＮ程度の、十分な接合強度を得ることができた。
【０１３７】
次に、本発明に係る接合方法（実施例）と、従来の接合方法（比較例）とのそれぞれの方法により、板厚の比較的分厚い板材からなるワークＷの接合を行った。具体的には、板厚２．０ｍｍの板材（６０００系のアルミニウム合金）と、板厚１．６ｍｍの板材（６０００系のアルミニウム合金）との接合を行った。
【０１３８】
尚、このときも、実施例では、図３に示す接合ツール６を用いて、ワークＷの接合を行った。これに対し、比較例では、ピンのみが形成された第１ツールと、先端面が平坦な第２ツールとからなる接合ツールを用いて、ワークＷの接合を行った。
【０１３９】
図１４はその結果を示しており、比較例においては、接合時間を長くすれば、接合強度は次第に上がり、最大で２．００ｋＮ程度の接合強度が得られた。これに対し、実施例においては、同じ接合時間でも、比較例よりも高い接合強度が得られた。また、実施例においては、約３．７０ｋＮ程度の、極めて大きい接合強度を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る接合装置の概略構成を示す図である。
【図２】接合ガンの概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る接合ツールの先端部分を示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係る接合ツールを模式的に示す図である。
【図５】第１実施形態に係る接合ツールを用いて接合を行った場合のワークの状態を示す説明図である。
【図６】第１実施形態の変形例１に係る接合ツールを示す図である。
【図７】第１実施形態の変形例２に係る接合ツールを示す図である。
【図８】第１参考形態に係る接合ツールを示す図である。
【図９】第２実施形態に係る接合ツールを示す図である。
【図１０】第２参考形態に係る接合ツールを示す図である。
【図１１】第３参考形態に係る接合ツールを示す図である。
【図１２】第３実施形態に係る接合装置の概略構成を示す図である。
【図１３】互いに異なる材料の板材からなるワークの接合を行った場合の、接合時間に対する接合強度の実験結果を示す図である。
【図１４】板厚の分厚い板材からなるワークの接合を行った場合の、接合時間に対する接合強度の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
４，４ａ〜４ｄ第１ツール
４１大径部
４２小径部
４３先端面（第１ツール）
４４ピン
４５凹溝
５，５ａ，５ｂ第２ツール
５１窪み
５２凸部
５３先端面（第２ツール）
６，６１〜６６接合ツール
Ｗワーク
Ｗ１，Ｗ２板材
Ｗ３重ね面
Ｘ接合軸

Claims

厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合する接合方法であって、
上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで配設された第１ツールと第２ツールとからなる接合ツールであって、該第１ツールの先端面から上記接合軸に沿って突出するピンと、上記第２ツールの先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪み及び該先端面において窪みを囲むように形成された環状の凸部とを有する接合ツールを用い、
上記第１及び第２ツールのいずれか一方又は双方を上記接合軸回りに回転させながら、
上記接合ツールで上記ワークを接合軸方向に挟み込んで押圧することにより、該接合ツールの先端部分を上記ワーク内に沈み込ませる第１工程と、
上記接合ツールの回転によって発生した摩擦熱で軟化させたワークの上記重ね面を、上記第１ツールの該ワーク内に沈み込んだピンと第２ツールの窪み及び該ワークに沈み込んだ上記環状の凸部とによって、上記接合軸方向にかしめる第２工程と、
上記接合ツールの回転によって上記ワーク内に塑性流動を発生させて、該ワークの重ね面付近を攪拌する第３工程と、
上記接合ツールを上記ワーク内から引き抜く第４工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。
厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合する接合方法であって、
上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで配設された第１ツールと第２ツールとからなる接合ツールであって、該第１ツールの先端面から上記接合軸に沿って突出するピン及び該先端面において該ピンを囲むように形成された環状の凹溝と、上記第２ツールの先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪み及び該先端面において該窪みを囲むように形成された環状の凸部とを有する接合ツールを用い、
上記第１及び第２ツールのいずれか一方又は双方を上記接合軸回りに回転させながら、
上記接合ツールで上記ワークを接合軸方向に挟み込んで押圧することにより、該接合ツールの先端部分を上記ワーク内に沈み込ませる第１工程と、
上記接合ツールの回転によって発生した摩擦熱で軟化させたワークの上記重ね面を、上記第１ツールの凹溝及び該ワーク内に沈み込んだピンと第２ツールの窪み及び該ワーク内に沈み込んだ凸部とによって、上記接合軸方向にかしめる第２工程と、
上記接合ツールの回転によって上記ワーク内に塑性流動を発生させて、該ワークの重ね面付近を攪拌する第３工程と、
上記接合ツールを上記ワーク内から引き抜く第４工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。
請求項１又は請求項２において、
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールの先端面が、他方のツールの先端面よりも大径である接合ツールを用い、
第１乃至第４の各工程では、上記第１及び第２ツールの内で、先端面の径が大きい方のツールを接合軸回りに回転させる
ことを特徴とする接合方法。
請求項１又は請求項２において、
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールが、他方のツールの先端面よりも大径の大径部と、該大径部よりもツール先端側で、該大径部よりも小径の小径部とを有する接合ツールを用い、
第１乃至第４の各工程では、上記第１及び第２ツールの内で、上記大径部と小径部とを有するツールを接合軸回りに回転させる
ことを特徴とする接合方法。
厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合するための接合ツールであって、
上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで、いずれか一方又は双方が上記接合軸回りに回転可能に配設される第１ツールと第２ツールとを備え、
上記第１ツールには、その先端面から上記接合軸に沿って突出し、接合時に上記ワーク内に沈み込むピンが設けられ、
上記第２ツールには、その先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪みと、該先端面において該窪みに隣接して該窪みを囲み、接合時に上記ワーク内に沈み込む環状の凸部とが設けられている
ことを特徴とする接合ツール。
厚み方向に重ねられた複数の板材からなるワークを点状に接合するための接合ツールであって、
上記ワークの重ね面に対して略直交する接合軸上に、該ワークを挟んで、いずれか一方又は双方が上記接合軸回りに回転可能に配設される第１ツールと第２ツールとを備え、
上記第１ツールには、その先端面から上記接合軸に沿って突出し、接合時に上記ワーク内に沈み込むピンと、該先端面において上記ピンを囲む環状の凹溝とが設けられ、
上記第２ツールには、その先端面で上記接合軸に沿って窪んだ窪みと、該先端面において該窪みに隣接して該窪みを囲み、接合時に上記ワーク内に沈み込む環状の凸部とが設けられている
ことを特徴とする接合ツール。
請求項５又は請求項６において、
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールの先端面は、他方のツールの先端面よりも大径に構成されている
ことを特徴とする接合ツール。
請求項５又は請求項６において、
第１及び第２ツールのいずれか一方のツールは、他方のツールの先端面よりも大径の大径部と、該大径部よりもツール先端側で、該大径部よりも小径の小径部とを有している
ことを特徴とする接合ツール。