JP6888104B2 - 複動式摩擦攪拌点接合方法及び複動式摩擦攪拌点接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を複動式摩擦攪拌点接合方法により接合する場合において、継手部分の接合強度を向上させる技術に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、互いに独立して予め定められた軸線周りに回転可能且つ前記軸線方向に進退可能なピン部材及びショルダ部材と、ショルダ部材の外周を囲み且つ前記軸線方向に進退可能にクランプ部材とが設けられた複動式摩擦攪拌点接合装置が知られている。

特開２０１２−１９６６８２号公報

摩擦攪拌点接合しようとする一対の被接合物の接合面には、塗膜が形成されている場合がある。接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を、複動式摩擦攪拌点接合装置を用いて摩擦撹拌点接合しようとすると、一対の被接合物の摩擦攪拌された領域に塗膜が残留することで接合強度が低下するおそれがある。

本発明はこの課題に鑑みてなされたものであって、接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を複動式摩擦攪拌点接合方法により接合する場合において、一対の被接合物の継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る摩擦攪拌点接合方法は、回転工具が備えられた複動式摩擦攪拌点接合装置を用いて、少なくとも一方の接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合方法であって、前記回転工具は、予め定められた軸線周りに回転し且つ前記軸線方向に進退可能に設けられたピン部材と、前記ピン部材の外周を囲んだ状態で前記軸線周りに回転し且つ前記ピン部材とは独立して前記軸線方向に進退可能に設けられたショルダ部材と、前記一対の被接合物のうち一方の被接合物の表面と面接触して前記表面を押圧可能な端面を有し且つ前記ショルダ部材の外周を囲むように設けられたクランプ部材とを有し、互いの前記接合面が重ね合わされた前記一対の被接合物のうち前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側の位置まで前記ショルダ部材の先端を圧入することにより、前記ショルダ部材の回転により前記塗膜を除去する塗膜除去ステップと、前記塗膜除去ステップ後、前記ピン部材と前記ショルダ部材とにより前記一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する接合ステップとを備える。

上記方法によれば、一対の被接合物のうち少なくとも一方の接合面に形成された塗膜が、接合ステップ前の塗膜除去ステップにおいて除去される。このため、接合ステップにおいて摩擦攪拌点結合される一対の被接合物の摩擦攪拌された領域に塗膜が残留するのが防止される。従って、被接合物の継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止できる。

前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材の回転により生じた熱で前記塗膜を熱分解してもよい。このように、ショルダ部材の回転により生じた熱を利用して塗膜を除去することで、塗膜を接合面から効率よく除去できる。

前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら、前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側に位置する待機位置まで前記ショルダ部材の前記先端を圧入した後、前記ショルダ部材の前記先端を前記待機位置に位置させた状態で所定時間待機してもよい。

上記方法によれば、塗膜除去ステップにおいて、ショルダ部材の先端を待機位置に位置させた状態でショルダ部材を所定時間待機させることで、回転中のショルダ部材から接合面への入熱量を増大させて塗膜を熱分解温度以上に加熱し、塗膜を良好に分解させることができる。

前記塗膜除去ステップと前記接合ステップとの間において、前記ショルダ部材の前記先端を前記待機位置から前記一方の被接合物の前記表面位置までリターンさせるリターンステップを更に備えてもよい。上記方法によれば、塗膜を熱分解した後に空気中に触れ易くして、塗膜の分解成分を空気中に放散し易くすることができる。

前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら、前記一方の被接合物の前記表面から前記一方の被接合物の前記接合面よりも前記表面側に位置する基準位置まで、前記ショルダ部材の前記先端を第１速度で圧入し、且つ、前記基準位置から接合位置まで、前記ショルダ部材の前記先端を前記第１速度よりも遅い第２速度で圧入してもよい。

上記方法によれば、塗膜除去ステップにおいて、基準位置から接合位置まで、ショルダ部材の先端を第１速度よりも遅い第２速度で一方の接合物に圧入することで、ショルダ部材の回転により生じた熱により塗膜を熱分解温度以上に加熱して、塗膜を良好に分解させることができる。

前記塗膜除去ステップ前において、前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら所定時間待機する予備ステップを更に有していてもよい。

上記方法によれば、予備ステップにおいて一方の被接合物の表面を予備的に加熱することにより、一対の被接合物の継手部分の接合強度を更に向上させることができる。

本発明の別態様に係る複動式摩擦攪拌点接合装置は、少なくとも一方の接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する複動式摩擦攪拌点接合装置であって、回転工具と、前記回転工具を駆動させる工具駆動部と、前記工具駆動部を制御する制御部と、を備え、前記回転工具は、予め定められた軸線周りに回転し且つ前記軸線方向に進退可能に設けられたピン部材と、前記ピン部材の外周を囲んだ状態で前記軸線周りに回転し且つ前記ピン部材とは独立して前記軸線方向に進退可能に設けられたショルダ部材と、前記一対の被接合物のうち一方の被接合物の表面と面接触して前記表面を押圧可能な端面を有し且つ前記ショルダ部材の外周を囲むように設けられたクランプ部材とを有し、前記制御部は、互いの前記接合面が重ね合わされた前記一対の被接合物のうち前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側の位置まで前記ショルダ部材の先端を圧入することにより、前記ショルダ部材の回転により前記塗膜を除去するように、前記工具駆動部を制御する塗膜除去制御と、前記塗膜除去制御後、前記ピン部材と前記ショルダ部材とにより前記一対の被接合物を摩擦攪拌点接合するように、前記工具駆動部を制御する接合制御と、を実行する。

上記構成によれば、一対の被接合物のうち少なくとも一方の接合面に形成された塗膜が、接合制御前に実行される塗膜除去制御により除去されるため、接合ステップにおいて摩擦攪拌点結合される一対の被接合物の摩擦攪拌された領域に塗膜が残留するのが防止される。従って、被接合物の継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止できる。

本発明の各態様によれば、接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を複動式摩擦攪拌点接合方法により接合する場合において、一対の被接合物の継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止できる。

第１実施形態に係る複動式摩擦攪拌点接合装置の要部構成図である。 第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を示すステップ図である。 第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材とショルダ部材との先端位置を示すグラフである。 （ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を説明するための断面図である。 従来の問題を説明するための断面図である。 第２実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材とショルダ部材との先端位置を示すグラフである。 第３実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材とショルダ部材との先端位置を示すグラフである。 第４実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法における予備ステップを示す図である。

以下、図面を参照して各実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る複動式摩擦攪拌点接合装置１の要部構成図である。図１では、回転工具２を断面で示すと共に、回転工具２と工具駆動部３との繋がりを破線により模式的に示している。

装置１は、一対の被接合物Ｗ（一例として一対の板材（第１板材Ｗ１及び第２板材Ｗ２））を摩擦攪拌点接合する。一対の被接合物Ｗは、アルミ合金からなるが、一対の被接合物Ｗの材質はこれに限定されない。

一対の被接合物Ｗは、その少なくとも一方（ここでは両方）の接合面に、塗膜が形成されている。塗膜は、熱分解可能な樹脂を含む。塗膜としては、例えば、防食塗料（一例としてエポキシ樹脂）を主成分とするものやシーラント等、一対の被接合物Ｗの表面を保護するための層（表面保護層）が挙げられる。

装置１は、回転工具２、工具駆動部３、制御部４、及び裏当部５を備える。工具駆動部３は、回転工具２を予め定められた複数の位置に移動させると共に、回転工具２を回転駆動させる。制御部４は、回転工具２が有する各要素６〜８を駆動させるように、工具駆動部３を制御する。工具駆動部３の具体的な構造は限定されず、例えば公知の構造を利用できる。

制御部４は、一例として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、工具駆動部３の動作を制御する。ＲＯＭには、後述する塗膜除去制御と接合制御とを行うための所定の制御プログラムが格納される。ＲＡＭには、オペレータにより入力された設定情報が記憶される。この設定情報には、例えば、板材Ｗ１，Ｗ２の各板厚値の情報と、各接合位置の情報とが含まれる。

裏当部５は支持部であり、一対の被接合物Ｗを挟んで回転工具２とは反対側に配置されて一対の被接合物Ｗを支持する。裏当部５の一部は、一対の被接合物Ｗを挟んで回転工具２と対向する。

回転工具２は、ピン部材６、ショルダ部材７、及びクランプ部材８を有する。回転工具２は、ピン部材６の外側にショルダ部材７が配置され、ショルダ部材７の外側にクランプ部材８が配置された入れ子構造を有する。

ピン部材６は、予め定められた軸線Ｐ周りに回転し且つ軸線Ｐ方向に進退可能に設けられている。本実施形態のピン部材６は、軸線Ｐ方向に延びる円柱状に形成されている。ピン部材６の軸線Ｐ方向後端部（ピン部材６の一対の被接合物Ｗ側とは反対側の端部）は、工具駆動部３の固定部（不図示）に支持されている。

ショルダ部材７は、ピン部材６の外周を囲んだ状態で軸線Ｐ周りに回転し且つピン部材６とは独立して軸線Ｐ方向に進退可能に設けられている。ショルダ部材７は中空部７ａを有し、ピン部材６はショルダ部材７の中空部７ａに内挿されている。

本実施形態の回転工具２では、ショルダ部材７の中空部７ａにピン部材６が内挿された状態で、ピン部材６とショルダ部材７とが、それぞれ独立して軸線Ｐ周りに回転し且つ軸線Ｐ方向に進退可能に設けられている。またショルダ部材７は、軸線Ｐ方向に延びる円筒状に形成されている。

クランプ部材８は、ショルダ部材７の外周を囲むように設けられている。またクランプ部材８は、ピン部材６とショルダ部材７とは独立して、軸線Ｐ方向に進退可能に設けられている。クランプ部材８は中空部８ｂを有し、ショルダ部材７はクランプ部材８の中空部８ｂに内挿されている。またクランプ部材８は、一対の被接合物Ｗのうち一方の被接合物の表面（ここでは第１板材Ｗ１の板面）と面接触して前記表面を押圧可能な端面８ａを有する。

クランプ部材８の軸線Ｐ方向後端部には、軸線Ｐ方向に一対の被接合物Ｗに向けてクランプ部材８に付勢力を付与するためのスプリング９が配置されている。クランプ部材８は、スプリング９からの付勢力により、裏当部５に支持された一対の被接合物Ｗを軸線Ｐ方向に押圧する。クランプ部材８が一対の被接合物Ｗから後退させられる際、クランプ部材８は、スプリング９を圧縮させながら、一対の被接合物Ｗから後退させられる。

なお装置１は、例えば、Ｃ型フレーム構造を有していてもよい。この場合、回転工具２、工具駆動部３、及び制御部４は、装置１の上部に配置され、裏当部５は、装置１の下部に配置されていてもよい。また装置１は、例えば、多関節ロボットに取り付けられていてもよい。また装置１は、回転工具２、工具駆動部３、及び制御部４が多関節ロボットに取り付けられ、裏当部５が前記多関節ロボットとは別の構成（ポジショナー等）に取り付けられていてもよい。

図２は、第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を示すステップ図である。図２に示すように、当該方法では、複数のステップＳ１〜Ｓ４を順に含むシークエンスを行う。

具体的には、所定の接合位置において摩擦攪拌点接合を行うために一対の被接合物Ｗに対して回転工具２の位置合わせを行う位置合わせステップＳ１と、位置合わせステップＳ１後、互いの接合面が重ね合わされた一対の被接合物Ｗのうち一方の被接合物の前記表面（第１板材Ｗ１の板面）をクランプ部材８の端面８ａにより押圧した状態で、ショルダ部材７を軸線Ｐ周りに回転させながら一方の被接合物に接合面よりも一方の被接合物の前記表面側の位置までショルダ部材７の先端を圧入する（押し込む）ことにより、ショルダ部材７の回転により塗膜を除去する塗膜除去ステップＳ２とを行う。制御部４は、このような塗膜の除去を行うように、工具駆動部３に塗膜除去制御を実行させる。

また塗膜除去ステップＳ２後、ショルダ部材７の先端を一方の被接合物の表面までリターンさせるリターンステップＳ３と、ピン部材６とショルダ部材７とにより一対の被接合物Ｗを摩擦攪拌点接合する接合ステップＳ４とを行う。制御部４は、このような一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌点接合を行うように、工具駆動部３に接合制御を実行させる。

本実施形態では、塗膜除去ステップＳ２を行うことにより、一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌された領域内に塗膜が残留するのを防止し、一対の被接合物Ｗの接合強度が低下するのを防止する。

図３は、第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材６とショルダ部材７との先端位置を示すグラフである。図４の（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を説明するための断面図である。

具体的には、最初にオペレータは、設定情報を装置１に入力し、互いの接合面が重ね合わされた一対の被接合物Ｗ（板材Ｗ１，Ｗ２）を裏当部５に支持させる。制御部４は、回転工具２が予め定められた接合位置まで移動されるように、工具駆動部３を制御する（図４（ａ））。これにより位置合わせステップＳ１が行われ、回転工具２が被接合物Ｗに対して位置合わせされる。

なお、一対の被接合物Ｗの外表面に塗膜が形成される場合、塗膜の種類等によっては、ピン部材６とショルダ部材７とが一対の被接合物Ｗの外表面の塗膜と接触した際に、ピン部材６とショルダ部材７との各先端の位置が、一対の被接合物Ｗの位置に対してブレ易くなる場合があることが考えられる。従ってオペレータは、このようなブレを防止できる程度に、一対の被接合物Ｗが裏当部５により確実に支持されるように設定することが望ましい。

次に制御部４は、ピン部材６とショルダ部材７とが回転駆動されるように工具駆動部３を制御すると共に、ショルダ部材７とクランプ部材８とが第２板材Ｗ２に向けて所定位置まで移動されるように、工具駆動部３を制御する（図４（ｂ））。

図３に示すように、このときショルダ部材７の先端は、時刻ｔ１に第１板材Ｗ１の表面位置ｈ０に接触した後、時刻ｔ２に待機位置ｈ１に到達する。待機位置ｈ１は、第１板材Ｗ１の板厚方向（軸線Ｐ方向）内部において、第１板材Ｗ１の接合面（接合位置ｈ２）よりも第１板材Ｗ１の表面位置ｈ０側に位置している。

本実施形態では、ショルダ部材７を軸線Ｐ周りに回転させながら待機位置ｈ１までショルダ部材７の先端を圧入した後、ショルダ部材７の先端を待機位置ｈ１に位置させた状態でショルダ部材７を所定時間（ｔ２〜ｔ３の間）待機させる。

以上により塗膜除去ステップＳ２が行われ、一対の被接合物Ｗの接合面のうち、ピン部材６とショルダ部材７とにより摩擦攪拌される領域に存在する塗膜が、ショルダ部材７の回転により生じた熱により熱分解温度以上に加熱されて熱分解される。熱分解された塗膜成分は、第１板材Ｗ１の塑性流動により摩擦攪拌された領域内に分散されて当該領域に固溶されたり、気化されて空気中に放散される。また当該塗膜が、ショルダ部材７の回転により攪拌されて分散される。これにより、ピン部材６とショルダ部材７とにより摩擦攪拌される領域内の塗膜は、消失又は量が大幅に低減される。

なお、所定時間（ｔ２〜ｔ３の間）は、適宜設定可能であるが、一方の被接合物の前記表面に圧入されたショルダ部材７の回転により生じた熱によって、一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌点接合される領域の接合面に存在する塗膜が熱分解されるために必要な入熱量が得られる値に設定する。

次に制御部４は、塗膜除去ステップＳ２と接合ステップＳ４との間における時刻ｔ３〜ｔ４の間に、ショルダ部材７の先端を待機位置ｈ１から表面位置ｈ０までリターンさせるように、工具駆動部３を制御する。これにより、リターンステップＳ３が行われる（図４（ｃ））。

次に制御部４は、時刻ｔ５〜ｔ６において、ピン部材６とショルダ部材７とを軸線Ｐ周りに回転させながら、ショルダ部材７の先端を、表面位置ｈ０から、一対の被接合物Ｗの接合面よりも他方の被接合物（ここでは第２板材Ｗ２）側に位置する攪拌位置ｈ３まで到達させるように、工具駆動部３を制御する。

以上により接合ステップＳ４が行われ、一対の被接合物Ｗに摩擦攪拌された領域Ｊが形成されて、一対の被接合物Ｗが摩擦攪拌点接合される（図４（ｄ））。制御部４は、時刻ｔ６にショルダ部材７の先端を攪拌位置ｈ３に到達させた後、時刻ｔ７において、ショルダ部材７の先端を表面位置ｈ０までリターンさせる（図４（ｅ））。以上でステップＳ１〜Ｓ４が完了する。

なお、一対の被接合物Ｗは、塗膜除去ステップＳ２においてショルダ部材７により摩擦攪拌されることにより、塗膜除去ステップＳ２直後においてもある程度接合されるが、接合ステップＳ４を実施することで、より確実に接合される。

また図３に示す例では、ショルダ部材７の先端位置と連動して、ショルダ部材７の先端が一対の被接合物Ｗに圧入されるにつれて、ピン部材６の先端が一対の被接合物Ｗの表面から離間していき、ショルダ部材７の先端が一方の被接合物の表面位置ｈ０に接近するにつれて、ピン部材６の先端も一方の被接合物の表面位置ｈ０に接近するように、制御部４により工具駆動部３が制御される。

これにより、ショルダ部材７が一対の被接合物Ｗに圧入されるときには、ショルダ部材７の摩擦攪拌により生じた一対の被接合物Ｗの塑性流動部Ｗ３が、ショルダ部材７の内部に流入させられる。また、ショルダ部材７の先端が一方の被接合物の表面位置ｈ０に接近させられるときには、ショルダ部材７の内部に流入した塑性流動部Ｗ３が、ピン部材６により一対の被接合物Ｗに埋め戻される。

ここで図５は、従来の問題を説明するための断面図である。少なくとも一方の接合面に塗膜が形成された一対の被接合物Ｗを複合式摩擦攪拌点接合装置を用いて摩擦攪拌点接合しようとした場合、軸線Ｐ周りに回転させたショルダ部材７を一対の被接合物Ｗに圧入することで、塗膜Ｒ１の一部が、ショルダ部材７の内部に塑性流動部Ｗ３と共に流入する（図５（ａ））。

ここで、ショルダ部材７の内部における一対の被接合物Ｗ（塑性流動部Ｗ３）の温度は、ショルダ部材７の先端近傍における一対の被接合物Ｗの温度に比べて低い。また、ショルダ部材７の内部は外気と遮断されているため、ショルダ部材７の内部に流入した塗膜Ｒ１は酸化されにくい。このため、ショルダ部材７の内部に流入した塗膜Ｒ１は、熱分解されにくい。

その後、ショルダ部材７の内部の塑性流動部Ｗ３が、ピン部材６により一対の被接合物Ｗに埋め戻されると、塗膜Ｒ１が、軸線Ｐに垂直な方向に広がった状態で、摩擦攪拌された領域Ｊ内に偏在するように戻される。

このような塗膜Ｒ１により、摩擦撹拌された領域Ｊ内に未接合領域Ｒ２が形成されて、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度が低下するおそれがある。また、未接合領域Ｒ２から亀裂が進展し、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度が更に低下するおそれがある。

これに対して第１実施形態では、一対の被接合物Ｗのうち少なくとも一方の接合面に形成された塗膜が、接合ステップＳ４前の塗膜除去ステップＳ２において除去される。

具体的に塗膜除去ステップＳ２では、前記接合面に形成された塗膜Ｒ１が、ショルダ部材７の回転により生じた熱で熱分解されると共に、ショルダ部材７の回転により攪拌されて分散される。

このため、接合ステップＳ４において摩擦攪拌点結合される一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌された領域Ｊに塗膜Ｒ１が残留するのが防止される。従って、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止できる。

即ち、塗膜除去ステップＳ２によれば、塗膜除去ステップＳ２を行わない従来の摩擦攪拌点接合に比べて、一対の被接合物Ｗの接合面に存在する単位面積当たりの塗膜量を、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止可能程度にまで低減できる。また、ショルダ部材７の先端を待機位置ｈ１に位置させた状態でショルダ部材７を待機させる時間（ｔ２〜ｔ３の間）を一対の被接合物Ｗに合わせて更に最適化することで、一対の被接合物Ｗの接合面に存在する単位面積当たりの塗膜量を低減できる。

ここで本願発明者らの検討によれば、塗膜除去ステップＳ２を行うことで、軸線Ｐ方向から見て、摩擦撹拌点接合された一対の被接合物Ｗのショルダ部材７の外周よりも内側の領域に存在する単位面積当たりの塗膜（炭素）量が、これ以外の領域の単位面積当たりの塗膜量に比べて大幅に低減されることが、蛍光Ｘ線分析結果により確認された。

塗膜除去ステップＳ２では、ショルダ部材７の内部ではなくショルダ部材７の先端近傍において塗膜が加熱されるため、塗膜を加熱させ易い。また、塗膜を接合面に形成された状態で加熱できるため、酸素雰囲気下で塗膜を加熱でき、塗膜を酸化させ易い。このため、塗膜を比較的容易に熱分解させることができる。

また、塗膜除去ステップＳ２により除去される塗膜は、一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌点接合される領域のものに制限される。このため、塗膜によって一対の被接合物Ｗに付与される機能（耐食性等）が低下するのを最小限に抑制できる。

また、塗膜除去ステップＳ２は装置１を流用して行うことができるため、塗膜除去ステップＳ２を行うための別途の専用装置が不要であり、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを低コストで効率よく防止できる。

また、塗膜除去ステップＳ２では、ショルダ部材７の回転により生じた熱で塗膜を熱分解するので、ショルダ部材７の回転により生じた熱を利用して塗膜を除去することで、塗膜を前記接合面から効率よく除去できる。

また塗膜除去ステップＳ２において、ショルダ部材７の先端を待機位置ｈ１に位置させた状態でショルダ部材７を所定時間待機させることで、回転中のショルダ部材７から接合面への入熱量を増大させて塗膜を熱分解温度以上に加熱し、塗膜を良好に分解させることができる。

また、リターンステップＳ３を行うことで、ショルダ部材７を一対の被接合物Ｗから離間させて、塗膜の分解成分を空気中に放散し易くすることができる。以下、その他の実施形態について、第１実施形態との差異を中心に説明する。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材６とショルダ部材７との先端位置を示すグラフである。第２実施形態の摩擦攪拌点接合方法では、リターンステップＳ３は省略されている。

即ち図６に示すように、塗膜除去ステップＳ２では、時刻ｔ８〜９の間において、ショルダ部材７を軸線Ｐ周りに回転させながら、一方の被接合物（第１板材Ｗ１）に圧入し、時刻ｔ９〜ｔ１０の間において、ショルダ部材７の先端の位置を待機位置ｈ１に保持する。

その後の接合ステップＳ４では、時刻ｔ１０〜ｔ１１の間において、ショルダ部材７の先端を、待機位置ｈ１から、接合位置ｈ２よりも他方の被接合物（第２板材Ｗ２）側に位置する攪拌位置ｈ３へ移動させる。またショルダ部材７の先端を、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間において、攪拌位置ｈ３から表面位置ｈ０に移動させる。

このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が奏される。また、待機位置ｈ１に移動させたショルダ部材７の先端を、表面位置ｈ０にリターンさせることなく攪拌位置ｈ３へ移動させることで、塗膜除去ステップＳ２においてショルダ部材７の回転により生じた熱を利用して、一対の被接合物Ｗの摩擦撹拌点接合を効率よく行うことができる。なお、第２実施形態の待機位置ｈ１は、第１実施形態の待機位置ｈ１と同一でもよいし、異なっていてもよい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法におけるピン部材６とショルダ部材７との先端位置を示すグラフである。第３実施形態の摩擦攪拌点接合方法では、第２実施形態と同様にリターンステップＳ３は省略されている。また塗膜除去ステップＳ２は、ショルダ部材７を一方の被接合物内で移動させながら行う。

即ち図７に示すように、塗膜除去ステップＳ２では、時刻ｔ１３〜ｔ１４の間において、ショルダ部材７を軸線Ｐ周りに回転させながら、一方の被接合物の前記表面（第１板材Ｗ１の板面）から接合面よりも前記表面側に位置する基準位置ｈ４まで、ショルダ部材７の先端を第１速度で圧入する。そして時刻ｔ１４〜１５の間において、ショルダ部材７の先端を、基準位置ｈ４から接合位置ｈ２まで、第１速度よりも遅い第２速度で圧入する。

第１及び第２速度は、適宜設定可能であるが、少なくとも第２速度は、一方の被接合物の前記表面に圧入されたショルダ部材７の回転により生じた熱によって、ショルダ部材７の先端が接合位置ｈ２に到達するまでに、摩擦攪拌点接合される領域の接合面に存在する塗膜が熱分解されるために必要な入熱量が得られる値に設定する。

このように塗膜除去ステップＳ２において、基準位置ｈ４から接合位置ｈ２まで、ショルダ部材７の先端を第２速度で一方の接合物に圧入することで、ショルダ部材７の回転により生じた熱により塗膜を熱分解温度以上に加熱して、塗膜を良好に分解させることができる。

塗膜除去ステップＳ２後、時刻ｔ１５〜ｔ１６の間において、ショルダ部材７の先端を第２速度のまま接合位置ｈ２から攪拌位置ｈ３まで移動させて接合ステップＳ４を行い、その後、時刻ｔ１６〜ｔ１７の間において、ショルダ部材７の先端を攪拌位置ｈ３から表面位置ｈ０まで移動させる。

なお基準位置ｈ４は、第２実施形態の待機位置ｈ１と同一でもよいし、異なっていてもよい。また、第２及び第３実施形態における攪拌位置ｈ３は、第１実施形態の攪拌位置ｈ３と同一でもよいし、異なっていてもよい。また、接合位置ｈ２から攪拌位置ｈ３までのショルダ部材７の移動速度は、第２速度以外の速度でもよい。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法における予備ステップＳ６を示す図である。第４実施形態の摩擦攪拌点接合方法は、第１実施形態の方法と共通するが、塗膜除去ステップ前において、図８に示すように、一方の被接合物である第１板材Ｗ１の表面をクランプ部材８の端面８ａにより押圧した状態で、ショルダ部材７を軸線Ｐ周りに回転させながら所定時間待機する予備ステップＳ６を有する。

即ち、この予備ステップＳ６は、図４（ａ）と図４（ｂ）とに示したタイミングの間に行われる。なお、予備ステップＳ６における待機時間は、第１実施形態の塗膜除去ステップＳ２における待機時間（所定時間（ｔ２〜ｔ３の間））とは異なる時間であってもよい。

このような方法によれば、予備ステップＳ６において第１板材Ｗ１の表面を予備的に加熱することにより、第１実施形態に比べて、一対の被接合物Ｗの継手部分の接合強度を更に向上させることができる。なお第４実施形態では、一対の被接合物Ｗ（例えば第１板材Ｗ１）の外表面に塗膜が形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。

一対の被接合物Ｗの外表面に塗膜が形成されている場合、予備ステップＳ６を行うことで、一対の被接合物Ｗの外表面のピン部材６とショルダ部材７とに接触する領域の塗膜が除去され、当該塗膜が一対の被接合物Ｗの摩擦攪拌された領域Ｊに混入するのが防止される。このため、一対の被接合物Ｗの接合強度を一層向上できる。

外表面に塗膜が形成されている一対の被接合物Ｗを用いて発明者が行った試験（ＩＳＯ１６２３７に基づく十字引張試験）によれば、一例として第４実施形態の一対の被接合物Ｗの破断強度は、第１実施形態の一対の被接合物Ｗの破断強度の２倍以上の値であった。

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その方法を変更、追加、又は削除できる。上記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成または方法を他の実施形態に適用してもよい。また当然ながら、一対の被接合物Ｗは、一対の板材Ｗ１，Ｗ２に限定されない。被接合物Ｗは、航空機、自動車、及び鉄道車両等の乗物の部品でもよいし、建築物の部品でもよい。

本発明は、接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を複動式摩擦攪拌点接合方法により接合する場合において、一対の被接合物の継手部分の接合強度が塗膜により低下するのを防止できる。このため、複動式摩擦攪拌点接合を利用した各分野に広く好適に利用可能である。

Ｐ 軸線
ｈ０ 表面位置
ｈ１ 待機位置
ｈ２ 接合位置
ｈ４ 基準位置
Ｗ 一対の被接合物
１ 複動式摩擦攪拌点接合装置
２ 回転工具
６ ピン部材
７ ショルダ部材
８ クランプ部材
８ａ クランプ部材の端面

Claims (7)

1. 回転工具が備えられた複動式摩擦攪拌点接合装置を用いて、少なくとも一方の接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
   前記回転工具は、予め定められた軸線周りに回転し且つ前記軸線方向に進退可能に設けられたピン部材と、前記ピン部材の外周を囲んだ状態で前記軸線周りに回転し且つ前記ピン部材とは独立して前記軸線方向に進退可能に設けられたショルダ部材と、前記一対の被接合物のうち一方の被接合物の表面と面接触して前記表面を押圧可能な端面を有し且つ前記ショルダ部材の外周を囲むように設けられたクランプ部材とを有し、
   互いの前記接合面が重ね合わされた前記一対の被接合物のうち前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側の位置まで前記ショルダ部材の先端を圧入することにより、前記ショルダ部材の回転により前記塗膜を除去する塗膜除去ステップと、
   前記塗膜除去ステップ後、前記ピン部材と前記ショルダ部材とにより前記一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する接合ステップとを備える、摩擦攪拌点接合方法。
2. 前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材の回転により生じた熱で前記塗膜を熱分解する、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
3. 前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら、前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側に位置する待機位置まで前記ショルダ部材の前記先端を圧入した後、前記ショルダ部材の前記先端を前記待機位置に位置させた状態で所定時間待機する、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌点接合方法。
4. 前記塗膜除去ステップと前記接合ステップとの間において、前記ショルダ部材の前記先端を前記待機位置から前記一方の被接合物の前記表面位置までリターンさせるリターンステップを更に備える、請求項３に記載の摩擦攪拌点接合方法。
5. 前記塗膜除去ステップでは、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら、前記一方の被接合物の前記表面から前記一方の被接合物の前記接合面よりも前記表面側に位置する基準位置まで、前記ショルダ部材の前記先端を第１速度で圧入し、且つ、前記基準位置から接合位置まで、前記ショルダ部材の前記先端を前記第１速度よりも遅い第２速度で圧入する、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌点接合方法。
6. 前記塗膜除去ステップ前において、前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら所定時間待機する予備ステップを更に有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
7. 少なくとも一方の接合面に塗膜が形成された一対の被接合物を摩擦攪拌点接合する複動式摩擦攪拌点接合装置であって、
   回転工具と、
   前記回転工具を駆動させる工具駆動部と、
   前記工具駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記回転工具は、予め定められた軸線周りに回転し且つ前記軸線方向に進退可能に設けられたピン部材と、前記ピン部材の外周を囲んだ状態で前記軸線周りに回転し且つ前記ピン部材とは独立して前記軸線方向に進退可能に設けられたショルダ部材と、前記一対の被接合物のうち一方の被接合物の表面と面接触して前記表面を押圧可能な端面を有し且つ前記ショルダ部材の外周を囲むように設けられたクランプ部材とを有し、
   前記制御部は、互いの前記接合面が重ね合わされた前記一対の被接合物のうち前記一方の被接合物の前記表面を前記クランプ部材の前記端面により押圧した状態で、前記ショルダ部材を前記軸線周りに回転させながら前記一方の被接合物に前記接合面よりも前記表面側の位置まで前記ショルダ部材の先端を圧入することにより、前記ショルダ部材の回転により前記塗膜を除去するように、前記工具駆動部を制御する塗膜除去制御と、
   前記塗膜除去制御後、前記ピン部材と前記ショルダ部材とにより前記一対の被接合物を摩擦攪拌点接合するように、前記工具駆動部を制御する接合制御と、を実行する、複動式摩擦攪拌点接合装置。

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