WO2025004829A1 - 摩擦攪拌点接合方法および摩擦攪拌点接合装置 - Google Patents

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press
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遼一 波多野
正樹 武岡
脩平 吉川
良崇 村松
立 高
智則 宮澤
大介 笈木
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Nissan Motor Co Ltd
Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Nissan Motor Co Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • This disclosure relates to a friction stir spot welding method and a friction stir spot welding device for joining multiple members.
  • a joint formed by joining multiple components may be used.
  • One known method for such joining is the friction stir spot joining method.
  • a double-action friction stir spot welding device that is provided with a pin member and a shoulder member that can rotate independently of each other about a predetermined axis and can move forward and backward in the axial direction, and a clamp member that surrounds the outer periphery of the shoulder member.
  • the objective of this disclosure is to provide a friction stir spot welding method and friction stir spot welding device that can join multiple workpieces, at least one of which has a coating film formed on it, while preventing a decrease in the joining strength.
  • a friction stir spot joining method is a method of joining a first member and a second member, at least one of which has a coating formed thereon, which are dissimilar materials, by softening the first member and the second member with frictional heat.
  • the friction stir spot welding method includes preparing a friction stir spot welding apparatus having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted; forming an overlapping portion where the first member and the second member overlap, and arranging the pin and the shoulder facing the overlapping portion; retracting the pin from the overlapping portion and pressing the shoulder into a predetermined first press-in position of the overlapping portion to form an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, distributing the coating film at a specific position, and joining the first member and the second member; retracting the shoulder from the first press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion to disperse the coating film that is unevenly distributed at the specific position by pressing the shoulder into a predetermined second press-in position of the overlapping portion while moving the pin closer to the overlapping portion; and retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion.
  • a friction stir spot joining method is a friction stir spot joining method in which a first member and a second member, at least one of which has a coating formed thereon, which are dissimilar materials, are softened by frictional heat and joined.
  • the joining method includes preparing a friction stir spot joining device having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted; forming an overlapping portion where the first member and the second member overlap, and arranging the pin and the shoulder facing the overlapping portion; retracting the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a predetermined first press-in position of the overlapping portion to form an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, thereby joining the first member and the second member; retracting the shoulder from the first press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; pressing the shoulder into a predetermined second press-in position of the overlapping portion while moving the pin closer to the overlapping portion; retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; and setting the first press-in position to a position deeper than the surface of the second member.
  • a friction stir spot welding apparatus is an apparatus capable of joining a first member and a second member, at least one of which has a coating formed thereon, which are dissimilar materials, by softening them with frictional heat.
  • the friction stir spot welding apparatus includes a joining tool having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted, a rotation mechanism capable of rotating the joining tool, a movement mechanism capable of independently moving the pin and the shoulder in a direction in which the pin extends, and a control unit that controls the rotation mechanism and the movement mechanism to join the first member and the second member with the pin and the shoulder disposed opposite the overlapping portion where the first member and the second member overlap.
  • the control unit controls the rotation mechanism and the movement mechanism to retract the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a first predetermined press-fit position of the overlapping portion, thereby forming an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, distributing the coating film at a specific position and joining the first member and the second member, retracting the shoulder from the first press-fit position while moving the pin closer to the overlapping portion, and then retracting the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a second predetermined press-fit position of the overlapping portion, thereby dispersing the coating film at the specific position, and retracting the shoulder from the second press-fit position while moving the pin closer to the overlapping portion.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a friction stir spot welding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of a process using a friction stir spot welding method according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram showing a part of a process using a friction stir spot welding method according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing a process chart of a friction stir spot welding method according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a joint portion of a joint body.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the distribution of the coating film when no anchor is formed at the joint or when the anchor is small.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a friction stir spot welding apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of a process using a friction stir spot welding method according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the distribution of a coating film when an anchor is formed at a joint.
  • FIG. 8 is a diagram showing a process using the friction stir spot welding method according to a modified embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a graph showing the tensile shear strength in the examples and comparative examples of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing how the tensile shear strength shown in FIG. 9 is measured.
  • FIG. 11 is a cross-sectional photograph of a joint of a comparative example related to the present disclosure.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional photograph of a part of FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional photograph of a joint in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is an enlarged cross-sectional photograph of a part of FIG.
  • FIG. 15 is a cross-sectional photograph of a joint of a comparative example related to the present disclosure.
  • FIG. 16 is an enlarged photograph of the bottom surface of an aluminum pillar at a joint in a comparative example related to the present disclosure.
  • FIG. 17 is an enlarged cross-sectional photograph of the bottom of the aluminum pillar in FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional photograph of a joint in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 19 is an enlarged photograph of the bottom surface of an aluminum pillar at a joint in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 20 is an enlarged cross-sectional photograph showing an interface between the first member and the second member in FIG. FIG.
  • FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the position of the bonding interface caused by the shoulder.
  • FIG. 22 is a schematic diagram for explaining the position of the bonding interface caused by the shoulder.
  • FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the position of the bonding interface caused by the shoulder.
  • FIG. 24 is a graph showing the transition of the press-in amount of the shoulder during friction stir spot welding.
  • FIG. 25 is a graph showing the cross tensile strength in the examples and comparative examples of the present disclosure.
  • FIG. 26 is a cross-sectional photograph of a joint in a reference example of the present disclosure.
  • FIG. 27 is an enlarged cross-sectional photograph of a part of FIG.
  • FIG. 28 is a graph showing the transition of the press-in amount of the shoulder during friction stir spot welding.
  • FIG. 29 is a cross-sectional photograph of a joint in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 30 is an enlarged cross-sectional photograph of a portion of FIG.
  • FIG. 31 is an
  • the friction stir spot welding method according to the present disclosure can be applied to the manufacture of various joined bodies formed by overlapping and spot-joining two or more structural materials, such as metal plates, frames, exterior materials, or columnar materials.
  • the joints manufactured become components of structures such as aircraft, railway cars, or automobiles.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a friction stir spot welding apparatus M according to an embodiment of the present disclosure.
  • the friction stir spot welding device M joins an upper plate 31 and a lower plate 32 by softening them with frictional heat.
  • the friction stir spot welding device M includes a tool 1 for friction stir spot welding, a tool drive unit 2 that drives the tool 1 to rotate and raise and lower, and a controller C that controls the operation of the tool drive unit 2. Note that although the directions “up” and “down” are indicated in FIG. 1 for ease of explanation, this is not intended to limit the actual direction in which the tool 1 is used.
  • the tool 1 is supported by a tool fixing portion.
  • the tool fixing portion can be, for example, the tip of an articulated robot.
  • a backup 15 is disposed facing the lower end surface of the tool 1.
  • At least two metal members to be joined are disposed between the tool 1 and the backup 15.
  • FIG. 1 shows an example in which an overlapping portion 30, in which a part of an upper plate 31 made of a flat plate and a part of a lower plate 32 also made of a flat plate overlap in the vertical direction, is disposed between the tool 1 and the backup 15.
  • the tool 1 corresponds to the joining tool of this disclosure.
  • the tool 1 includes a pin 11 having a central axis extending along a predetermined axial direction, a shoulder 12, a clamp 13, and a spring 14.
  • the pin 11 is formed in a cylindrical shape and is arranged so that its central axis extends in the vertical direction.
  • the pin 11 can rotate about the central axis as the rotation axis R, and can move up and down along the rotation axis R, that is, move forward and backward.
  • the rotation axis R is aligned with the point joining position W at the overlapping portion 30.
  • the tool 1 is a double-acting tool in which the pin 11 and shoulder 12 move independently.
  • the shoulder 12 is a cylindrical member with a hollow portion into which the pin 11 is inserted.
  • the axis of the shoulder 12 is coaxial with the axis of the pin 11, which is the rotation axis R.
  • the shoulder 12 rotates around the rotation axis R and moves up and down along the rotation axis R, that is, moves forward and backward.
  • the shoulder 12 and the pin 11 inserted in the hollow portion both rotate around the axis of rotation R, while moving relatively in the direction of the axis of rotation R.
  • the pin 11 and shoulder 12 can not only rise and fall simultaneously along the axis of rotation R, but can also move independently, with one descending and the other ascending.
  • the clamp 13 is a cylindrical member with a hollow portion into which the shoulder 12 is inserted.
  • the axis of the clamp 13 is also coaxial with the rotation axis R.
  • the clamp 13 does not rotate around its axis, but moves up and down along the rotation axis R, that is, moves forward and backward.
  • the clamp 13 serves to surround the outer periphery of the pin 11 or the shoulder 12 when they perform friction stirring.
  • the enclosure with the clamp 13 prevents the friction stirring material from scattering, and allows the friction stirring point joint to be finished smoothly.
  • the spring 14 is attached to the upper end side of the clamp 13 and biases the clamp 13 downward, toward the overlapping portion 30.
  • the clamp 13 is attached to the tool fixing portion via the spring 14.
  • the backup 15 has a support surface 15A that supports the underside of the overlapping portion 30, which is the object to be joined.
  • the backup 15 is a backing member that supports the overlapping portion 30 when the pin 11 or shoulder 12 is pressed into the overlapping portion 30.
  • the clamp 13 biased by the spring 14 presses the overlapping portion 30 against the backup 15.
  • the tool driving unit 2 includes a rotation driving unit 21 and a lifting driving unit 22.
  • the rotation driving unit 21 includes a motor, a driving gear, etc., and drives the pin 11 and the shoulder 12 to rotate around the rotation axis R.
  • the rotation driving unit 21 corresponds to the rotation mechanism of the present disclosure that rotates the tool 1.
  • the lifting driving unit 22 is a mechanism that moves the pin 11, the shoulder 12, and the clamp 13 forward and backward, i.e., raises and lowers them, along the rotation axis R.
  • the lifting driving unit 22 drives the pin 11 so as to press the pin 11 into the overlapping portion 30 and retract it from the overlapping portion 30.
  • the lifting driving unit 22 also moves the shoulder 12 forward and backward along the rotation axis R, causing the shoulder 12 to press into and retract from the overlapping portion 30.
  • the lifting drive unit 22 corresponds to the movement mechanism of the present disclosure, which can move the pin 11 and the shoulder 12 independently in the axial direction along which the pin 11 extends.
  • the lifting drive unit 22 also moves the clamp 13 toward the overlapping portion 30, pressing the overlapping portion 30 against the backup 15. At this time, the biasing force of the spring 14 acts.
  • the device is composed of three shafts: a first lifting shaft that drives the pin 11, the shoulder 12, and the clamp 13 together, a second lifting shaft that drives the pin 11 independently, and a central rotating shaft.
  • the controller C is made up of a microcomputer or the like, and controls the operation of each part of the tool driving unit 2 by executing a predetermined control program. Specifically, the controller C controls the rotation driving unit 21 to cause the pin 11 and shoulder 12 to perform the required rotational operation. The controller C also controls the lifting driving unit 22 to cause the pin 11, shoulder 12, and clamp 13 to perform the required forward and backward movement operation.
  • the controller C corresponds to the control unit in this disclosure, and sets the rotation, movement amount, movement position, pressure force, etc. of each member described below.
  • the upper plate 31 is made of metal, and has an upper plate surface 31A and an upper plate back surface 31B as shown in FIG. 1.
  • the upper plate surface 31A is the surface of the upper plate 31, and corresponds to the upper surface of the upper plate 31 in FIG. 1.
  • the upper plate back surface 31B is the back surface of the upper plate 31, and corresponds to the lower surface of the upper plate 31 in FIG. 1.
  • the upper plate 31 corresponds to the first member of the present disclosure.
  • the upper plate surface 31A corresponds to the first surface of the present disclosure
  • the upper plate back surface 31B corresponds to the first back surface of the present disclosure.
  • the upper plate 31 is an aluminum alloy (aluminum).
  • the upper plate 31 may be a wrought material or a cast metal.
  • the upper plate 31 is also subjected to electrochemical coating. That is, a coating film is formed on the upper plate surface 31A and the upper plate back surface 31B of the upper plate 31. In other embodiments, the upper plate 31 may be subjected to chemical conversion treatment or the like.
  • the aluminum in the present disclosure includes an aluminum alloy.
  • the lower plate 32 is made of metal, and has a lower plate surface 32A and a lower plate back surface 32B as shown in FIG. 1.
  • the lower plate surface 32A is the surface of the lower plate 32, and corresponds to the upper surface of the lower plate 32 in FIG. 1.
  • the lower plate back surface 32B is the back surface of the lower plate 32, and corresponds to the lower surface of the lower plate 32 in FIG. 1.
  • the lower plate 32 corresponds to the second member of the present disclosure.
  • the lower plate surface 32A corresponds to the second surface of the present disclosure
  • the lower plate back surface 32B corresponds to the second back surface of the present disclosure.
  • the lower plate 32 is high tensile steel (steel). That is, the upper plate 31 and the lower plate 32 are made of different metals.
  • the lower plate 32 may be an aluminum alloy, mild steel (steel), or hot stamp steel (steel).
  • the lower plate 32 may also be subjected to non-plating, zinc plating, Al-Si plating, chemical conversion treatment, electroplating, etc.
  • an adhesive or a sealant may be interposed between the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • examples of combinations in which the upper plate 31 and the lower plate 32 are made of different materials include, in the order of the upper plate 31 and the lower plate 32, the following: (Example 1) Al and Fe, (Example 2) resin and Fe, (Example 3) Al and Mg, (Example 4) resin and Mg, (Example 5) resin and Al.
  • the hardness of the lower plate 32 is higher than the hardness of the upper plate 31, so the anchor 4B described below can be stably formed.
  • a method of using the tool 1 exemplified in this embodiment i.e., a friction stir spot welding method
  • the method of using the friction stir spot welding apparatus M is roughly classified into a pin-first process in which the pin 11 of the tool 1 is pressed into the overlapping portion 30 of the joining members first, and a shoulder-first process in which the shoulder 12 is pressed into the overlapping portion 30 of the joining members first.
  • the shoulder-first process is adopted in this embodiment.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a part of the process using the friction stir spot welding method with the shoulder-first process. Note that the process in FIG. 3 is carried out after the process in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing a process chart of the friction stir spot welding method according to this embodiment.
  • FIGS. 2 to 4 show the process of friction stir spot welding the overlapping portion 30 of the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • an overlapping portion 30 is formed by an upper plate 31 and a lower plate 32.
  • the overlapping portion 30 at least a portion of the lower plate surface 32A abuts against the upper plate back surface 31B, and the upper plate 31 and the lower plate 32 are arranged so as to overlap.
  • the tool 1 is placed at a predetermined position and rotated. Specifically, the tool 1 is placed facing the overlapping portion 30 so that the rotation axis R of the tool 1 is parallel to the overlapping direction of the upper plate 31 and the lower plate 32, that is, the vertical direction.
  • the rotation axis R of the tool 1 may be arranged so as to be inclined with respect to the vertical direction.
  • the lower end surface of the tool 1 is abutted against the upper plate surface 31A of the upper plate 31 with the rotation axis R aligned with the predetermined point joining position W as shown in FIG. 1.
  • the clamp 13 presses the overlapping portion 30 against the backup 15 with the biasing force of the spring 14 in FIG. 1.
  • the controller C controls the rotation drive unit 21 in FIG. 1 to rotate the pin 11 and the shoulder 12 at a predetermined number of rotations around the rotation axis R.
  • process P11 in FIG. 2 and step S2 in FIG. 4 show the preheating process of the overlapping portion 30.
  • a pressing process is performed in which the pin 11 retreats from the overlapping portion 30 and the shoulder 12 is pressed into the overlapping portion 30.
  • the controller C controls the lifting drive unit 22 to lower the shoulder 12 as shown in process P12 in FIG. 2 while maintaining the rotation of the tool 1, and presses it into the overlapping portion 30, while controlling the lifting drive unit 22 to raise the pin 11, that is, to retreat.
  • the clamp 13 is immobile.
  • the shoulder 12 is pressed into the overlapping portion 30 from the upper plate surface 31A to the first pressing position deeper than the lower plate surface 32A.
  • the lower plate surface 32A at this time corresponds to the surface of the second member in this disclosure, and is the upper metal surface of the lower plate 32. Even if the lower plate 32 has a coating film, the surface of the second member refers to the surface of the metal part.
  • the above pressing operation also agitates the material in the pressing region of the shoulder 12, as shown by the arrow b1 in FIG. 2, and the overflow material OF that overflows from the overlapping portion 30 due to the pressing is released into the hollow space in the shoulder 12 created by the retraction of the pin 11.
  • the base portion of the anchor 4B in FIG. 5, which will be described in detail later, is formed.
  • a pressure force along the axial direction that is, a pressing pressure force
  • a pressure force is applied to the entire pin 11, shoulder 12, and clamp 13.
  • a pressure force is applied to the clamp 13 to press the clamp 13 against the backup 15.
  • the pressure force with which the tool 1 is pressed against the joint 3 corresponds to the pressure force obtained by subtracting the clamp pressure force from the pressing pressure force.
  • the controller C controls the lift drive unit 22 to move the shoulder 12 away from the first press-in position, and controls the lift drive unit 22 to lower the pin 11 so that it enters the overlapping portion 30.
  • This process shows a backfilling process of the overflow material OF.
  • the controller C controls the lift drive unit 22 to raise the shoulder 12, while controlling the lift drive unit 22 to lower the pin 11.
  • the overflow material OF that has escaped into the hollow space is backfilled into the press-in area of the shoulder 12, as shown by the arrow b2 in FIG. 2.
  • a smoothing process is performed to smooth the overlapping portion 30.
  • the controller C controls the lifting drive unit 22 to rotate the lower end surface of the pin 11 and the lower end surface of the shoulder 12 while positioning them slightly lower than the upper plate surface 31A of the upper plate 31, thereby smoothing the point joint portion.
  • the tool 1 is moved away from the overlapping portion 30.
  • process P21 of FIG. 3 the lower end surface of the tool 1 is again brought into contact with the upper plate surface 31A of the upper plate 31.
  • the controller C controls the rotation drive unit 21 of FIG. 1 to rotate the pin 11 and shoulder 12 at a predetermined number of rotations around the rotation axis R.
  • This rotation preheats the area in the overlapping portion 30 where the pin 11 and shoulder 12 are in contact by friction, as shown in step S7 of FIG. 4. That is, process P21 of FIG. 3, like process P11 of FIG. 2, shows a preheating process for the overlapping portion 30.
  • the pin 11 is retracted from the overlapping portion 30, and the pressing process is performed again to press the shoulder 12 into the overlapping portion 30.
  • This process is generally similar to process P12 of FIG. 2.
  • the shoulder 12 is pressed into the overlapping portion 30 from the upper plate surface 31A until it reaches a predetermined second pressing position.
  • the controller C controls the lift drive unit 22 to move the shoulder 12 away from the second press-fit position, and also controls the lift drive unit 22 to lower the pin 11 so that it enters the overlapping portion 30.
  • This process is generally similar to process P13 in FIG. 2.
  • the smoothing process is performed again to smooth the overlapping portion 30.
  • the controller C controls the lifting drive unit 22 to rotate the lower end surface of the pin 11 and the lower end surface of the shoulder 12 while positioning them slightly lower than the upper plate surface 31A of the upper plate 31, and smooth the spot joint portion.
  • the indent 4T in FIG. 5 which will be described in detail later, is formed. Note that the indent 4T does not necessarily have to be formed.
  • the tool 1 is separated from the overlapping portion 30.
  • the stir welded portion 4 in FIG. 1 is formed, in which the upper plate 31 and the lower plate 32 are joined.
  • the stir welded portion 4 corresponds to the joint in this disclosure.
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the stir welded portion 4 of the welded body 3 formed by the above-mentioned friction stir spot welding method.
  • the stir welded portion 4 has a weld bottom surface 4A, an anchor 4B, and an indent 4T. Note that Fig. 5 shows thicknesses T1 and T2 of the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • the joint bottom surface 4A is the joint interface between the upper plate 31 and the lower plate 32, which is generated at a position deeper than the lower plate surface 32A with respect to the upper plate surface 31A when pressed against the shoulder 12.
  • the joint bottom surface 4A When viewed along the rotation axis R, the joint bottom surface 4A has a ring shape corresponding to the shoulder lower surface portion 12S of the shoulder 12. Note that the ring shape is not limited to two perfect circles, and may be an irregular shape depending on the conditions of the friction stir spot welding. In other words, the joint bottom surface 4A has a substantially ring shape in a plan view.
  • the anchor 4B is a raised portion in which a part of the lower plate 32 is raised to a position higher than the lower plate surface 32A with respect to the joint bottom surface 4A on the radially inner side.
  • the anchor 4B is formed when the overflow material OF that overflows from the overlapping portion 30 into the hollow space of the shoulder 12 during the press-in process is crushed at its upper end by the pin 11 during the backfilling process. As shown in Figure 5, the outer edge of the tip of the anchor 4B tends to become claw-shaped. The higher the amount by which the shoulder 12 is pressed into the lower plate 32, the greater the height of the raised anchor 4B.
  • the indent 4T is disposed opposite the joint bottom surface 4A and anchor 4B in the overlapping direction of the upper plate 31 and the lower plate 32, i.e., in the vertical direction, and corresponds to a recessed portion in the upper plate surface 31A of the upper plate 31.
  • the indent 4T can be actively formed in the smoothing process by rotating the lower end surface of the pin 11 and the lower end surface of the shoulder 12 while positioning them lower than the upper plate surface 31A of the upper plate 31, but in the smoothing process, the lower end surface of the pin 11 and the lower end surface of the shoulder 12 may be positioned flush with the upper plate surface 31A of the upper plate 31. Also, as described above, the indent 4T does not have to be formed.
  • the friction stir spot welding method according to this embodiment, two welding processes are performed for one joint.
  • the first welding process Q1 the upper plate 31 and the lower plate 32 are joined so that the coating film is unevenly distributed at a specific position within the friction stir welding portion 4.
  • the series of processes in FIG. 2 described above corresponds to this first welding process Q1.
  • the second welding process Q2 the coating film unevenly distributed at the specific position is dispersed.
  • the series of processes in FIG. 3 described above corresponds to this second welding process Q2.
  • the discloser further found that in this method of dispersing the coating film, the formation of anchor 4B in FIG. 5 is particularly effective.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view showing the distribution of the coating when no anchor is formed at the stir welded portion 4 or when the anchor is small.
  • Figure 7 is a schematic cross-sectional view showing the distribution of the coating when an anchor is formed at the stir welded portion 4.
  • Figures 6 and 7 correspond to processes P12, P13, and P14 in Figure 2, respectively. Note that the pin 11 and shoulder 12 are not shown.
  • the upper plate 31 is made of aluminum and the lower plate 32 is made of steel, and a coating is formed on the surface of the upper plate 31, i.e., the upper plate surface 31A and the upper plate back surface 31B in Figures 1 and 5.
  • the coating is made of cationic electrocoating formed, for example, to prevent corrosion.
  • the pressure acting near the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 is relatively small, so the coating film tends to aggregate at the interface and in the center.
  • the overflowing material OF spreads out the coating film, and as a result, the coating film returns to its original position, i.e., near the interface. As a result, even at the end of process P14, the coating film is distributed in a similar area.
  • the anchor 4B can be formed stably.
  • the pressing force of the shoulder 12 acts strongly near the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32, so the coating film tends to aggregate inside the anchor 4B.
  • the overflowing material OF flows below the shoulder 12.
  • the coating film spread by the overflowing material OF is distributed so as to spread from the upper end of the anchor to the shoulder path, i.e., the passing area of the shoulder 12, as in process P14 in Figure 7.
  • process P12 the shoulder 12 is pressed into the lower plate 32 to a position deeper than the lower plate surface 32A, so that the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 at the shoulder portion on the outside of the anchor is in a state of good adhesion without being affected by the coating.
  • the coating can be stirred and efficiently dispersed as the shoulder 12 rotates when the shoulder 12 is pressed into the second press-in position.
  • the coating is prevented from concentrating in one part of the stirred joint 4, and the joint 3 can be prevented from breaking starting from this coating part.
  • FIG. 8 is a diagram showing a part of a process using a friction stir spot welding method according to a modified embodiment of the present disclosure.
  • the clamp 13 of the tool 1 is separated from the upper plate 31 between the first welding process Q1 and the second welding process Q2, but the present disclosure is not limited to this.
  • a series of processes are performed without the clamp 13 of the tool 1 being separated from the upper plate 31.
  • processes P31 to P34 in FIG. 8 correspond to the first welding process Q1.
  • the preheating step is performed, and in processes P32 and P33, the shoulder 12 is pressed in to the first press-in position while the pin 11 is raised.
  • process P34 the pin 11 is lowered and the shoulder 12 is raised. Thereafter, the second welding process Q2 is continuously performed. Specifically, in process P35, the shoulder 12 is pressed in to the second press-in position while the pin 11 is raised. Then, in process P36, the pin 11 is lowered while the shoulder 12 is raised, and the backfilling step is performed. Then, in process P37, the leveling step is performed, and the tool 1 is separated from the upper plate 31.
  • the coating film can be unevenly distributed at a specific position in the first joining process Q1, and the coating film can be dispersed in the second joining process Q2. This prevents the coating film from concentrating in a part of the stir joining portion 4, and prevents the joined body 3 from breaking from this coating part.
  • the tool 1 does not move away from the upper plate 31 between the first joining process Q1 and the second joining process Q2, so the rotation axis R of the tool 1 does not shift between the two joining processes, and as described below, it is possible to prevent the shoulder 12 from contacting the anchor 4B. Therefore, the strength of the joined body 3 after joining can be stably maintained. Note that even in the joining method according to the above embodiment, the same strength can be maintained by accurately reproducing the position of the tool 1 between the first joining process Q1 and the second joining process Q2.
  • an anchor 4B is formed on the inside of the shoulder 12 to unevenly distribute the coating at a specific position, and then in the second joining process Q2, the coating is dispersed, so that the members having the coating can be stably joined and their strength can be maintained. Therefore, after joining the upper plate 31 and the lower plate 32, there is no need to form a coating for corrosion prevention on the joined body 3, and multiple members can be joined using materials on which a coating has already been formed. In addition, as described in detail below, it is possible to improve the strength of the stir welded portion 4 by about 1.3 times compared to the case where members having a coating are joined by only one conventional joining process.
  • the anchor 4B can be stably formed and the coating film can be raised above the bonding interface between the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • the coating film can be stably dispersed in the second bonding process Q2.
  • the anchor 4B can be formed more stably.
  • the anchor 4B it is desirable to form the anchor 4B so that it satisfies the relationship HA/tu ⁇ 2.7(%), where HA is the height of the anchor 4B based on the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 before joining, and tu is the surface position of the upper plate 31 before joining. It is even more desirable to form the anchor 4B so that it satisfies the relationship HA/tu ⁇ 5.3(%).
  • anchor 4B It is also desirable to form the anchor 4B so that its height is 0.16 mm or more, based on the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 before joining.
  • the top of the anchor 4B means the point with the maximum vertical distance from the surface of the lower plate 32, in other words, the highest point of the anchor 4B.
  • the second press-fit position may be set deeper or shallower than the first press-fit position. However, by setting the second press-fit position shallower than the first press-fit position, the shoulder 12 is less likely to come into contact with the material of the lower plate 32 in the second joining process Q2, making it easier to maintain the joined state of the upper plate 31 and the lower plate 32 joined in the first joining process Q1.
  • the hardness of the lower plate 32 is set to be higher than that of the upper plate 31, so that a part of the lower plate 32 is more likely to protrude in the first joining process Q1, and the anchor 4B can be stably formed.
  • the coating film can be stably held in a specific position by the anchor 4B, and the dispersion effect in the second joining process Q2 can be improved.
  • the point joining position W is prevented from shifting between the two joining processes, making it easier to prevent deformation of the formed anchor 4B.
  • Fig. 9 is a graph showing the tensile shear strength TSS in the examples and comparative examples of the present disclosure.
  • Fig. 10 is a schematic perspective view showing the state of measuring the tensile shear strength shown in Fig. 9.
  • Comparative Example 1 in Fig. 9 corresponds to a case where a coating film is not formed on either the upper plate 31 or the lower plate 32, and where the plates are joined by a conventional one-time joining process.
  • Comparative Example 2 corresponds to a case where a coating film is formed only on the upper plate 31, and where the plates are joined by a conventional one-time joining process.
  • Example 1 corresponds to a case where a coating film is formed only on the upper plate 31, and where the plates are joined by two joining processes as shown in Figs. 2 and 3.
  • TSS indicates the load at which the stir weld 4 breaks when the upper plate 31 and the lower plate 32 of the joint 3 after the stir weld 4 is formed are pulled in opposite directions parallel to the upper plate surface 31A.
  • TSS value the higher the TSS value, the higher the tensile shear strength.
  • Comparative Example 1 where no coating was formed, had a TSS of 5.6 (kN), while Comparative Example 2, where a coating was formed on the upper plate 31, had a TSS of 3.8 (kN), resulting in a decrease in joint strength. It is believed that this phenomenon occurs because unevenly distributed coating at the stir welded portion 4 makes it easy for fractures to occur.
  • Figure 11 is a cross-sectional photograph of the stir welded portion 4 of Comparative Example 2.
  • Figure 12 is an enlarged cross-sectional photograph of region N in Figure 11. As shown in Figure 12, in Comparative Example 2, the coating remains unevenly in layers around the anchor 4B, resulting in the above-mentioned decrease in strength.
  • Example 2 In contrast, in Example 1, although a coating is formed, it is possible to ensure a TSS of 4.6 (kN) as shown in FIG. 9, making it possible to improve the joining strength compared to Comparative Example 2.
  • FIG. 13 is a cross-sectional photograph of the stir welded portion 4 in Example 1.
  • FIG. 14 is an enlarged cross-sectional photograph of region N in FIG. 13. As shown in FIG. 14, in Example 2, no coating was found to be biased around the anchor 4B, and it can be seen that the coating is suitably distributed by the shoulder 12 in the second joining process.
  • the first press-in position of the shoulder 12 was set at a position shallower than the upper plate back surface 31B of the upper plate 31, and the experiment was performed under conditions in which the anchor 4B was not intentionally formed.
  • Figure 15 is a cross-sectional photograph of the stir welded portion 4 of the comparative example.
  • Figure 16 is an enlarged photograph of the bottom surface of the aluminum pillar in the stir welded portion 4 of the comparative example.
  • Figure 17 is an enlarged cross-sectional photograph of the bottom N of the aluminum pillar in Figure 15.
  • the aluminum pillar refers to the cylindrical region located below the pin 11 and inside the shoulder 12 when the process is interrupted.
  • the paint film remained widely on the steel interface side of the aluminum pillar as explained above using Figure 6.
  • the interface side portion of the aluminum pillar was recessed inward as shown in Figure 17, and the paint film remained inside it.
  • Figure 18 is a cross-sectional photograph of the joint of an example of the present disclosure.
  • Figure 19 is an enlarged photograph of the bottom surface of the aluminum column at the joint of an example of the present disclosure.
  • Figure 20 is an enlarged cross-sectional photograph of the interface N between the upper plate 31 and lower plate 32 of Figure 18.
  • the coating film was mainly distributed inside the anchor 4B, as explained above using Figure 7.
  • the presence of the anchor 4B makes it possible to prevent the coating film from spreading too far outward beyond the anchor 4B.
  • this anchor 4B not much coating film is present near the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 on the outside of the anchor 4B, so it was confirmed that, as shown at the bonding interface CA in Figure 20, the bonding between the aluminum of the upper plate 31 and the steel of the lower plate 32 can be favorably improved even under conditions that include the coating film.
  • FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the joint interface position by the shoulder 12.
  • the position of the upper plate surface 31A of the upper plate 31 is defined as the upper plate position tu
  • the height of the anchor 4B i.e., the position of the tip of the anchor 4B
  • the first press-fit position of the shoulder 12 in the first joining process Q1 is defined as the first pass joint interface position HI.
  • the above values are expressed as zero for the position of the base material interface, which is the original interface between the upper plate back surface 31B of the upper plate 31 and the lower plate surface 32A of the lower plate 32, and the upper plate 31 side is expressed as + and the lower plate 32 side is expressed as minus.
  • the thickness T1 of the upper plate 31 in FIG. 5 i.e., the upper plate position tu in FIG. 21 is 3.0 mm
  • the thickness T2 of the lower plate 32 in FIG. 5 is 1.6 mm.
  • the thickness of the coating of the upper plate 31 is 20 ⁇ m.
  • the outer diameter of the shoulder 12 is 8 mm
  • the outer diameter of the pin 11 is 5 mm.
  • the upper plate position tu corresponds to the surface of the upper plate 31, that is, the upper metal surface of the upper plate 31.
  • Table 1 shows the dispersion effect of the coating based on each experimental condition and cross-sectional observation of the stir welded part 4.
  • Example 2 was performed under the conditions of the first pass joint interface position HI -0.09 mm, and anchor height HA +0.08 mm. As a result, the ratio of anchor height HA to upper plate position tu was 2.7%, and although there was a small amount of paint remaining on the outside of anchor 4B, the results showed that there was no problem with the strength in practical use, so the paint dispersion effect was rated as ⁇ .
  • Example 3 was performed under the conditions of the first pass joint interface position HI -0.16 mm and anchor height HA +0.26 mm. As a result, the ratio of anchor height HA to upper plate position tu was 8.7%, and no residual paint film was found near the outer joint interface of anchor 4B, so it was rated as good.
  • Example 4 was performed under the conditions of the first pass joint interface position HI -0.20 mm and anchor height HA +0.42 mm. As a result, the ratio of anchor height HA to upper plate position tu was 14.0%, and no residual paint film was found near the outer joint interface of anchor 4B, so it was rated as good.
  • Example 5 the first pass was performed with the joint interface position HI-0.30 mm and anchor height HA+0.72 mm. As a result, the ratio of anchor height HA to upper plate position tu was 24.0%, and no residual paint film was found near the joint interface on the outside of anchor 4B, so it was rated as good.
  • the first press-in position of the shoulder 12 for the first time is desirable to set at a position deeper than the lower plate surface 32A of the lower plate 32.
  • a more stable effect can be obtained by setting the first press-in position at a position 0.09 mm or more deeper than the lower plate surface 32A of the lower plate 32.
  • the first press-fit position be set at a position deeper than the position 0.09 mm deep from the lower plate surface 32A of the lower plate 32. It is even more desirable that the first press-fit position be set at a position 0.16 mm or deeper than the lower plate surface 32A of the lower plate 32.
  • the anchor height HA is set to 0.08 mm or more, more preferable that it is set to greater than 0.08 mm, and even more preferable that it is set to 0.26 mm or more.
  • the ratio of the anchor height HA to the upper plate position tu is set to 2.7% or more, more preferably to be set to greater than 2.7%, and even more preferably to be set to 8.7% or more.
  • the present inventors also conducted the same experiment as above with coating thicknesses of 8 ⁇ m and 30 ⁇ m, and confirmed that similar results were obtained.
  • Fig. 22 is a schematic diagram for explaining the joining interface position by the shoulder 12.
  • the second press-fit position of the shoulder 12 in the second joining process Q2 is defined as the second pass joining interface position HI'.
  • the magnitude of the anchor height HA is an actual measurement value, and HI' is calculated based on a drive command signal to the controller C.
  • Table 2 shows the results of the dispersion effect of the coating film based on each experimental condition and cross-sectional observation of the stir welded portion 4.
  • Table 2 compares Example 3, Example 4, and Example 5 in Table 1 based on the second pressing position of the shoulder 12 in the second joining process Q2.
  • the method for evaluating the dispersion effect of the coating film is the same as that in Table 1.
  • the second press-in position of the shoulder 12 in the second joining process Q2 is set to a position 0.25 mm deeper than the tip of the anchor 4B.
  • the second press-in position of the shoulder 12 in the second joining process Q2 is set to a position 0.40 mm deeper than the tip of the anchor 4B.
  • the second press-in position of the shoulder 12 in the second joining process Q2 is set to a position 0.41 mm deeper than the tip of the anchor 4B.
  • the coating dispersion effect can be favorably obtained. That is, as shown diagrammatically in FIG. 22, it is desirable to set the second press-in position to a position deeper than the tip of the anchor 4B, above the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32, in order to favorably disperse the coating film that has floated around the outer periphery of the tip of the anchor 4B.
  • FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the joint interface position by the shoulder 12.
  • FIG. 24 is a graph showing the transition of the press-in amount of the shoulder during friction stir spot welding.
  • Tables 1 and 2 the experiment was performed under the condition that the second press-in position is set shallower than the first press-in position, but in this experiment, as shown in FIG. 23, the experiment was performed under the condition that the second press-in position is set deeper than the first press-in position.
  • Table 3 shows the experimental conditions and the dispersion effect of the coating film based on the cross-sectional observation of the stir welded portion 4.
  • Example 6 the first pass joint interface position HI corresponding to the first press-in position is set to -0.12 mm, and the second pass joint interface position HI' corresponding to the second press-in position is set to -0.21 mm.
  • the clamp 13 is maintained in contact with the upper plate 31 during welding.
  • the tool 1 approaches the upper plate 31, and a preheating process is carried out from about 0.5 seconds to about 1 second. Thereafter, the shoulder 12 is pressed into the upper plate 31, and reaches the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32 at about 1.3 seconds. Furthermore, at about 1.8 seconds, the shoulder 12 reaches the first press-in position, and then retreats to about 1.8 mm of shoulder press-in amount so as to move away from the lower plate 32. Thereafter, the shoulder 12 is pressed in again so as to approach the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32, and at about 3.8 seconds, it is pressed in to a second press-in position deeper than the first press-in position.
  • the shoulder 12 separates from the interface between the upper plate 31 and the lower plate 32, the smoothing process is performed when the shoulder is pressed in at approximately 0.6 mm, and after the indent 4T is formed, the tool 1 separates from the upper plate 31.
  • ⁇ About the continuous two-step bonding process> 25 is a graph showing CTS (Cross Tension Strength) in the examples and comparative examples of the present disclosure.
  • CTS Cross Tension Strength
  • the upper plate 31 and the lower plate 32 are overlapped in a cross shape in a plan view, and the stir weld 4 is formed at the intersection.
  • the CTS shown on the vertical axis of FIG. 25 corresponds to the load at which fracture occurs when attempting to peel the upper plate 31 and the lower plate 32 apart from each other.
  • the present inventor intentionally caused a position shift of this point joining position W and evaluated the change in the CTS of the joined body 3.
  • Figure 25 shows the CTS measurement results for each of the following examples: Comparative Example 1, which does not have a coating and does not perform the second joining process; Comparative Example 2, which has a coating and does not perform the second joining process; Example 1, which has a coating and performs the first joining process Q1 and the second joining process Q2 separately; and Example 7, which performs the first joining process Q1 and the second joining process Q2 continuously without separating the clamp 13 from the upper plate 31 as in the modified embodiment described above.
  • the data indicated by white circles corresponds to Example 1
  • the data indicated by black circles corresponds to a reference example in which the point joining position W of the second joining process is intentionally shifted under the conditions of Example 1.
  • Comparative Example 2 which has a coating, has a lower CTS than Comparative Example 1, which does not have a coating.
  • Examples 1 and 7 which perform the first bonding process Q1 and the second bonding process Q2, it was confirmed that the CTS was equal to or higher than that of Comparative Example 1, even under conditions in which a coating was present.
  • the reference example in which the point bonding position W was intentionally shifted it was confirmed that the CTS was lower than that of Example 1.
  • FIG. 26 is a cross-sectional photograph of the stir welded portion 4 of the reference example of the present disclosure after fracture.
  • FIG. 27 is an enlarged cross-sectional photograph of the region N of FIG. 26.
  • the upper plate 31 is made of an Al-Si casting with a thickness of 3.0 mm, and the coating film formed by electrochemical deposition has a thickness of 20 ⁇ m.
  • the lower plate 32 is a high-tensile steel plate with a thickness of 1.6 mm, for example, a 780 MPa-class GA-plated steel plate.
  • Figure 28 is a graph showing the transition of the amount of pressing in of the shoulder 12 during friction stir spot welding in this experiment.
  • Table 5 shows the amount of pressing in of the shoulder 12 corresponding to the end of each welding time in Figure 28.
  • the amount of pressing is expressed as zero for the surface of the upper plate 31 and plus for the lower plate 32 side.
  • “1" corresponds to the preheating process
  • "2" to pressing in of the shoulder 12 into the upper plate 31
  • "4" to the backfilling process "5" to re-pressing the shoulder 12 to disperse the coating
  • "6” to re-backfilling and leveling.
  • FIG. 29 is a cross-sectional photograph of the stir welded portion 4 after completion of the joining process of Example 7 of the present disclosure.
  • FIG. 30 is an enlarged cross-sectional photograph of the region N1 in FIG. 29, and FIG. 31 is an enlarged cross-sectional photograph of the region N2 in FIG. 29.
  • FIG. 31 virtually illustrates a part of the shoulder 12.
  • FIG. 29 and FIG. 30 in this experiment, no contact marks of the shoulder 12 with the anchor 4B were confirmed, and it was confirmed that the coating film was sufficiently dispersed near the bonding interface of the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • FIG. 25 for the bonded body 3 bonded under the conditions of Example 7
  • fracture occurred along the interface between the aluminum and the steel, as in the case without the coating film, and no remaining coating film was confirmed on the fracture surface.
  • control may be performed so that the shoulder 12 is pressed again inside the shoulder 12 without completely detaching the shoulder 12 from the upper plate 31.
  • Plate thickness of the upper plate 31 and the lower plate 32 0.5 mm or more and 5 mm or less, more preferably 1 mm or more and 3 mm or less
  • Rotation speed of the tool 500 rpm or more and 4000 rpm or less, more preferably 1500 rpm or more and 2500 rpm or less
  • the coating film is described as being formed on the upper plate 31, but the coating film may be formed on at least one of the upper plate 31 and the lower plate 32.
  • the friction stir spot joining method is a friction stir spot joining method in which a first member and a second member, at least one of which has a coating formed thereon, are dissimilar materials and are joined by softening them with frictional heat.
  • the joining method includes preparing a friction stir spot joining device having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted; forming an overlapping portion where the first member and the second member overlap, and arranging the pin and the shoulder facing the overlapping portion; retracting the pin from the overlapping portion and pressing the shoulder into a predetermined first press-in position of the overlapping portion to form an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, distributing the coating film at a specific position, and joining the first member and the second member; retracting the shoulder from the first press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion to disperse the coating film that is unevenly distributed at the specific position; and retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion.
  • the coating is unevenly distributed at a specific position in the first joining process, and then the coating is dispersed in the second joining process, so that the members having the coating can be stably joined and their strength can be maintained. Therefore, after joining the first and second members, the need to form a coating for corrosion prevention on the joined body is reduced, and multiple members can be joined using materials on which a coating has already been formed. In addition, it is possible to improve the strength of the joint by about 1.3 times compared to when members having a coating are joined by only one joining process. In this way, according to this method, it is possible to provide a friction stir spot joining method that can join multiple workpieces having a coating formed on at least one side while preventing a decrease in the joint strength.
  • the friction stir spot welding method according to the second aspect of the present disclosure further comprises, in the friction stir spot welding method according to the first aspect described above, setting the first press-in position at a position deeper than the surface of the second member.
  • the friction stir spot welding method according to the third aspect of the present disclosure is the friction stir spot welding method according to the first or second aspect described above, further comprising forming the anchor so as to satisfy the relationship HA/tu ⁇ 2.7(%), where HA is the height of the anchor and tu is the position of the surface of the first member based on the interface between the first member and the second member before joining.
  • the anchor height is consistently maintained, allowing the coating to be dispersed stably.
  • the friction stir spot welding method according to the fourth aspect of the present disclosure further comprises forming the anchor so as to satisfy the relationship HA/tu ⁇ 5.3(%) in the friction stir spot welding method according to the third aspect described above.
  • the height of the anchor can be more stably secured, allowing the coating film to be dispersed more stably.
  • the friction stir spot welding method according to the fifth aspect of the present disclosure further comprises forming the anchor so that the height of the anchor is 0.16 mm or more based on the interface between the first member and the second member before joining, in the friction stir spot welding method according to the first to fourth aspects described above.
  • the anchor height is consistently maintained, allowing the coating to be dispersed stably.
  • the friction stir spot welding method according to the sixth aspect of the present disclosure further comprises, in the friction stir spot welding method according to the second aspect described above, setting the first press-in position at a position 0.09 mm or more deeper than the surface of the second member.
  • This method allows the anchor to be formed more stably and the coating film to be stably raised above the interface between the first and second components.
  • the friction stir spot welding method according to the seventh aspect of the present disclosure is the friction stir spot welding method according to any one of the first to sixth aspects described above, further comprising setting the second press-in position at a position deeper than the top of the anchor.
  • the friction stir spot welding method according to the eighth aspect of the present disclosure further comprises, in the friction stir spot welding method according to the seventh aspect described above, setting the second press-in position at a position shallower than the first press-in position.
  • the shoulder is less likely to come into contact with the material of the second component, making it easier to maintain the joined state of the first and second components joined in the first joining process.
  • the friction stir spot welding method according to a ninth aspect of the present disclosure is the friction stir spot welding method according to any one of the first to eighth aspects described above, further comprising setting the hardness of the second member higher than the hardness of the first member.
  • the friction stir spot welding method according to the tenth aspect of the present disclosure is the friction stir spot welding method according to the ninth aspect described above, further comprising the first member being aluminum and the second member being steel.
  • the friction stir spot welding method according to an eleventh aspect of the present disclosure is the friction stir spot welding method according to the first to ninth aspects above, further comprising the friction stir spot welding device that is prepared further having a cylindrical clamp including a hollow portion into which the shoulder is inserted, and continuing to bias the first member by the clamp at least from the time when the shoulder is pressed into the first press-in position until the time when the shoulder is pressed into the second press-in position.
  • This method prevents the point joining position from shifting between the two joining processes, making it easier to prevent deformation of the formed anchor.
  • the friction stir spot joining method is a friction stir spot joining method in which a first member and a second member, at least one of which has a coating film formed thereon, which are dissimilar materials, are softened by frictional heat and joined together.
  • the joining method includes preparing a friction stir spot joining device having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted; forming an overlapping portion where the first member and the second member overlap, and arranging the pin and the shoulder facing the overlapping portion; retracting the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a predetermined first press-in position of the overlapping portion to form an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, thereby joining the first member and the second member; retracting the shoulder from the first press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; pressing the shoulder into a predetermined second press-in position of the overlapping portion while moving the pin closer to the overlapping portion; retracting the shoulder from the second press-in position while moving the pin closer to the overlapping portion; and setting the first press-in position to a position deeper than the surface of the second member.
  • this method it is possible to stably join members having a coating film and maintain their strength. Therefore, after joining the first and second members, the need to form a coating film for corrosion prevention on the joined body is reduced, and multiple members can be joined using materials on which a coating film has been formed in advance. In addition, it is possible to improve the strength of the joint by about 1.3 times compared to when members having a coating film are joined by only one joining process. In particular, by setting the first press-in position at a position deeper than the surface of the second member, it is possible to stably form an anchor and raise the coating film above the interface between the first and second members. As a result, it is possible to stably disperse the coating film in the second joining process. In this way, according to this method, it is possible to provide a friction stir spot joining method that can join multiple workpieces having a coating film formed on at least one side while preventing a decrease in the joining strength.
  • a friction stir spot welding device is a friction stir spot welding device capable of joining a first member and a second member, at least one of which is a dissimilar material, by softening them with frictional heat.
  • the friction stir spot welding device includes a joining tool having a pin and a cylindrical shoulder including a hollow portion into which the pin is inserted, a rotation mechanism capable of rotating the joining tool, a movement mechanism capable of independently moving the pin and the shoulder in a direction in which the pin extends, and a control unit that controls the rotation mechanism and the movement mechanism to join the first member and the second member with the pin and the shoulder disposed opposite the overlapping portion where the first member and the second member overlap.
  • the control unit controls the rotation mechanism and the movement mechanism to retract the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a first predetermined press-fit position of the overlapping portion, thereby forming an anchor in which the second member protrudes inside the shoulder, distributing the coating film at a specific position and joining the first member and the second member, retracting the shoulder from the first press-fit position while moving the pin closer to the overlapping portion, and then retracting the pin from the overlapping portion while pressing the shoulder into a second predetermined press-fit position of the overlapping portion, thereby dispersing the coating film at the specific position, and retracting the shoulder from the second press-fit position while moving the pin closer to the overlapping portion.
  • the coating is unevenly distributed at a specific position in the first joining process, and then the coating is dispersed in the second joining process, making it possible to stably join members having a coating and maintain their strength.
  • This reduces the need to form a coating to prevent corrosion on the joined body after joining the first and second members, and makes it possible to join multiple members using materials on which a coating has already been formed.
  • it is possible to improve the strength of the joint by about 1.3 times compared to joining members having a coating in only one joining process.
  • it is possible to provide a friction stir spot joining device that can join multiple workpieces having a coating formed on at least one side while preventing a decrease in the joint strength.
  • the friction stir spot welding apparatus is the friction stir spot welding apparatus according to the thirteenth aspect described above, in which the control unit controls the movement mechanism to set the first press-in position to a position deeper than the surface of the second member.
  • the friction stir spot welding device is the friction stir spot welding device according to the thirteenth or fourteenth aspect described above, in which the control unit controls the movement mechanism to set the second press-in position to a position deeper than the top of the anchor.
  • the friction stir spot welding apparatus is the friction stir spot welding apparatus according to the fifteenth aspect described above, in which the control unit controls the movement mechanism to set the second press-in position to a position shallower than the first press-in position.
  • the friction stir spot welding apparatus is the friction stir spot welding apparatus according to any one of the thirteenth to sixteenth aspects above, wherein the welding tool further has a cylindrical clamp including a hollow portion into which the shoulder is inserted, the movement mechanism is capable of moving the clamp in the direction in which the pin extends, and the control unit controls the movement mechanism to continue to bias the first member by the clamp at least from the time when the shoulder is pressed into the first press-in position until the time when the shoulder is pressed into the second press-in position.
  • This configuration prevents the point joining position from shifting between the two joining processes, making it easier to prevent deformation of the formed anchor.

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Abstract

摩擦攪拌点接合方法は、ピン（１１）を重なり部（３０）から退避させつつショルダ（１２）を重なり部（３０）の所定の第１圧入位置まで圧入することで、第１部材（３１）の塗膜を特定位置に偏在させるように第１部材（３１）と第２部材（３２）とを接合することと、ピン（１１）を重なり部（３０）に近づけながらショルダ（１２）を前記第１圧入位置から退避させることと、ピン（１１）を重なり部（３０）から退避させつつショルダ（１２）を重なり部（３０）の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させることと、を備える。

Description

摩擦攪拌点接合方法および摩擦攪拌点接合装置
　本開示は、複数の部材を接合するための摩擦攪拌点接合方法および摩擦攪拌点接合装置に関する。
　航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材として、複数の部材が接合された接合体が用いられることがある。このような接合の手法の一つとして、摩擦攪拌点接合方法が知られている。
　例えば特許文献１に開示されているように、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む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２００６－３２０９２４号公報
　上記のような摩擦攪拌点接合方法において、接合しようとする一対の被接合物の少なくとも一の接合面に塗膜が形成されている場合がある。特許文献１に記載された技術によって、このような少なくとも一方に塗膜が形成された一対の被接合物を、摩擦撹拌点接合しようとすると、摩擦攪拌された領域に塗膜が偏って残留することで接合強度が低下するおそれがある。
　本開示の目的は、少なくとも一方に塗膜が形成された複数の被接合物を、接合強度が低下することを抑止しながら接合することが可能な摩擦攪拌点接合方法および摩擦攪拌点接合装置を提供することにある。
　本開示の一の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させることによって接合する方法である。当該摩擦攪拌点接合方法は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させることと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、を備える。
　また、本開示の他の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合する摩擦攪拌点接合方法である。当該接合方法は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定することと、を備える。
　また、本開示の他の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合することが可能な装置である。当該摩擦攪拌点接合装置は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する接合ツールと、前記接合ツールを回転させることが可能な回転機構と、前記ピンおよび前記ショルダを前記ピンが延びる方向に独立して移動させることが可能な移動機構と、前記ピンおよび前記ショルダが前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部に対向して配置された状態で、前記回転機構および前記移動機構を制御して、前記第１部材と前記第２部材とを接合する制御部と、を備える。前記制御部は、前記回転機構および前記移動機構を制御して、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合し、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させたのち、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させ、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させる。
図１は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合装置の構成を示す模式図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を用いたプロセスの一部を示す図である。 図３は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を用いたプロセスの一部を示す図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法の工程チャートを示す図である。 図５は、接合体の接合部を説明するための模式的な断面図である。 図６は、接合部にアンカーが形成されていない場合又はアンカーが小さい場合の塗膜の分布を示す模式的な断面図である。 図７は、接合部にアンカーが形成されている場合の塗膜の分布を示す模式的な断面図である。 図８は、本開示の変形実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を用いたプロセスを示す図である。 図９は、本開示の実施例および比較例における引張せん断強さを示すグラフである。 図１０は、図９に示す引張せん断強さを測定する様子を示す模式的な斜視図である。 図１１は、本開示に関する比較例の接合部の断面写真である。 図１２は、図１１の一部を拡大した拡大断面写真である。 図１３は、本開示の実施例の接合部の断面写真である。 図１４は、図１３の一部を拡大した拡大断面写真である。 図１５は、本開示に関する比較例の接合部の断面写真である。 図１６は、本開示に関する比較例の接合部におけるアルミ柱の底面の拡大写真である。 図１７は、図１５のアルミ柱の底部を拡大した拡大断面写真である。 図１８は、本開示の実施例の接合部の断面写真である。 図１９は、本開示の実施例の接合部におけるアルミ柱の底面の拡大写真である。 図２０は、図１８の第１部材と第２部材との界面を拡大した拡大断面写真である。 図２１は、ショルダによる接合界面位置を説明するための模式図である。 図２２は、ショルダによる接合界面位置を説明するための模式図である。 図２３は、ショルダによる接合界面位置を説明するための模式図である。 図２４は、摩擦攪拌点接合時のショルダの圧入量の推移を示すグラフである。 図２５は、本開示の実施例および比較例における十字引張強さを示すグラフである。 図２６は、本開示の参考例の接合部の断面写真である。 図２７は、図２６の一部を拡大した拡大断面写真である。 図２８は、摩擦攪拌点接合時のショルダの圧入量の推移を示すグラフである。 図２９は、本開示の実施例の接合部の断面写真である。 図３０は、図２９の一部を拡大した拡大断面写真である。 図３１は、図２９の一部を拡大した拡大断面写真である。
　以下、図面に基づいて、本開示の実施形態を詳細に説明する。本開示に係る摩擦攪拌点接合方法は、金属製のプレート、フレーム、外装材或いは柱状材等の構造材を、二つ以上重ね合わせて点接合してなる各種接合体の製造に適用することができる。製造される接合体は、例えば、航空機、鉄道車両又は自動車などの構造物の構成部材となる。
　［摩擦攪拌点接合装置の構成］
　図１は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合装置Ｍの構成を示す模式図である。
　摩擦攪拌点接合装置Ｍは、上板３１と下板３２とを摩擦熱で軟化させることによって接合する。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、摩擦攪拌点接合用のツール１と、ツール１を回転及び昇降駆動するツール駆動部２と、ツール駆動部２の動作を制御するコントローラＣとを含む。なお、図１には「上」「下」の方向表示を付しているが、これは説明の便宜のためであり、実際のツール１の使用方向を限定する意図ではない。
　ツール１は、ツール固定部によって支持される。前記ツール固定部は、例えば多関節ロボットの先端部とすることができる。ツール１の下端面に対向して、バックアップ１５が配置されている。ツール１とバックアップ１５との間には、接合対象となる少なくとも二つの金属部材が配置される。図１では、平板プレートからなる上板３１の一部と、同じく平板プレートからなる下板３２の一部とが上下方向に重なり合った重なり部３０が、ツール１とバックアップ１５との間に配置されている例を示している。なお、ツール１は、本開示の接合ツールに相当する。
　ツール１は、所定の軸方向に沿って延びる中心軸を有するピン１１と、ショルダ１２と、クランプ１３と、スプリング１４とを含む。ピン１１は円柱状に形成されており、その中心軸が上下方向に延びるように配されている。ピン１１は、前記中心軸を回転軸Ｒとして回転可能であり、且つ、回転軸Ｒに沿って上下方向に昇降、つまり進退可能である。なお、ツール１の使用時には、回転軸Ｒと重なり部３０における点接合位置Ｗとが位置合わせされる。ツール１は、ピン１１およびショルダ１２が独立して移動する複動式のツールである。
　ショルダ１２は、ピン１１が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。ショルダ１２の軸心は、回転軸Ｒであるピン１１の軸心と同軸上にある。ショルダ１２は、回転軸Ｒ回りに回転し、且つ、回転軸Ｒに沿って上下方向に昇降、つまり進退する。
　ショルダ１２と、前記中空部に内挿されたピン１１とは、共に回転軸Ｒの軸回りに回転しつつ、回転軸Ｒ方向に相対移動する。すなわち、ピン１１及びショルダ１２は、回転軸Ｒに沿って同時に昇降するだけでなく、一方が下降し他方が上昇するという独立移動を行うことができる。
　クランプ１３は、ショルダ１２が内挿される中空部を備え、円筒状に形成された部材である。クランプ１３の軸心も、回転軸Ｒと同軸上にある。クランプ１３は、軸回りに回転はしないが、回転軸Ｒに沿って上下方向に昇降、つまり進退する。クランプ１３は、ピン１１又はショルダ１２が摩擦攪拌を行う際に、これらの外周を囲う役目を果たす。クランプ１３の囲いによって、摩擦攪拌材料を四散させず、摩擦攪拌点接合部分を平滑に仕上げることができる。
　スプリング１４は、クランプ１３の上端側に取り付けられ、クランプ１３を重なり部３０に向かう方向である下方に付勢している。クランプ１３は、スプリング１４を介して、前記ツール固定部に取り付けられている。バックアップ１５は、図１に示すように、接合対象である重なり部３０の下面側を支持する支持面１５Ａを備える。バックアップ１５は、ピン１１又はショルダ１２が重なり部３０に圧入される際に、当該重なり部３０を支持する裏当て部材である。スプリング１４で付勢されたクランプ１３は、重なり部３０をバックアップ１５に押し当てる。
　ツール駆動部２は、回転駆動部２１と、昇降駆動部２２とを含む。回転駆動部２１は、モーター及び駆動ギア等を含み、ピン１１及びショルダ１２を回転軸Ｒ回りに回転駆動する。回転駆動部２１は、ツール１を回転させる、本開示の回転機構に相当する。昇降駆動部２２は、回転軸Ｒに沿ってピン１１、ショルダ１２およびクランプ１３を進退移動、つまり昇降させる機構である。昇降駆動部２２は、ピン１１の重なり部３０への圧入並びに重なり部３０からの退避を行うように、ピン１１を駆動する。また、昇降駆動部２２は、回転軸Ｒに沿ってショルダ１２を進退移動させ、ショルダ１２の重なり部３０への圧入並びに退避を行わせる。なお、昇降駆動部２２は、ピン１１およびショルダ１２をピン１１が延びる軸方向にそれぞれ独立して移動させることが可能な、本開示の移動機構に相当する。また、昇降駆動部２２は、クランプ１３を重なり部３０に向けて移動させ、重なり部３０をバックアップ１５に押圧させる。この際、スプリング１４の付勢力が作用する。換言すれば、本実施形態では、ピン１１、ショルダ１２およびクランプ１３を一体で駆動させる第１の昇降軸部と、ピン１１を独立して駆動させる第２の昇降軸部と、中心の回転軸部の３つの軸部から構成される。
　コントローラＣは、マイクロコンピュータ等からなり、所定の制御プログラムを実行することで、ツール駆動部２の各部の動作を制御する。具体的にはコントローラＣは、回転駆動部２１を制御して、ピン１１及びショルダ１２に所要の回転動作を行わせる。また、コントローラＣは、昇降駆動部２２を制御して、ピン１１、ショルダ１２及びクランプ１３に、所要の進退移動動作を行わせる。コントローラＣは、本開示の制御部に相当し、以後で説明する各部材の回転、移動量、移動位置、その加圧力などをそれぞれ設定する。
　上板３１は、金属からなり、図１に示すように、上板表面３１Ａと上板裏面３１Ｂとを有する。上板表面３１Ａは、上板３１の表面であり、図１では上板３１の上面に相当する。同様に、上板裏面３１Ｂは、上板３１の裏面であり、図１では上板３１の下面に相当する。上板３１は、本開示の第１部材に相当する。上板表面３１Ａは本開示の第１表面に相当し、上板裏面３１Ｂは本開示の第１裏面に相当する。また、一例として、上板３１はアルミニウム合金（アルミニウム）である。なお、上板３１は、展伸材、鋳物でもよい。また、上板３１には、電着塗装が施されている。すなわち、上板３１の上板表面３１Ａおよび上板裏面３１Ｂには塗膜が形成されている。なお、他の実施形態において、上板３１には化成処理などが施されていても良い。また、本開示におけるアルミニウムは、アルミニウム合金を含む。
　下板３２は、金属からなり、図１に示すように、下板表面３２Ａと下板裏面３２Ｂとを有する。下板表面３２Ａは、下板３２の表面であり、図１では下板３２の上面に相当する。同様に、下板裏面３２Ｂは、下板３２の裏面であり、図１では下板３２の下面に相当する。下板３２は、本開示の第２部材に相当する。また、下板表面３２Ａは本開示の第２表面に相当し、下板裏面３２Ｂは本開示の第２裏面に相当する。また、一例として、下板３２は、高張力鋼（鋼）である。すなわち、上板３１と下板３２とは異材の金属からなる。なお、下板３２は、アルミニウム合金、軟鋼（鋼）、ホットスタンプ鋼（鋼）でもよい。また、下板３２には、非メッキ処理、亜鉛メッキ処理、Ａｌ－Ｓｉメッキ処理、化成処理、電着塗装などが施されていてもよい。また、上板３１と下板３２との間には、接着剤やシーリング材が介在してもよい。
　また、本実施形態において上板３１と下板３２とが異材である組み合わせとして、上板３１、下板３２の順に、以下を例示することができる。（例１）ＡｌとＦｅ、（例２）樹脂とＦｅ、（例３）ＡｌとＭｇ、（例４）樹脂とＭｇ、（例５）樹脂とＡｌ。このような組み合わせの場合、下板３２の硬度が上板３１の硬度よりも高いため、後記のアンカー４Ｂを安定して形成することができる。
　［ツールの使用方法］
　続いて、本実施形態で例示しているツール１の使用方法、すなわち、摩擦攪拌点接合方法について説明する。摩擦攪拌点接合装置Ｍの使用方法としては、大略的に、ツール１のピン１１を先行して接合部材の重なり部３０へ圧入させるピン先行プロセスと、ショルダ１２を先行して接合部材の重なり部３０へ圧入させるショルダ先行プロセスとがある。このうち、本実施形態では、ショルダ先行プロセスが採用される。
　図２および図３は、前記ショルダ先行プロセスによる摩擦攪拌点接合方法を用いたプロセスの一部を示す図である。なお、図３のプロセスは図２のプロセスの後に実行される。
　図４は、本実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法の工程チャートを示す図である。図２乃至図４は、上板３１と下板３２との重なり部３０を摩擦攪拌点接合する場合のプロセスを示している。
　摩擦攪拌点接合を行うにあたって、まず、図４のステップＳ１に示すように、上板３１および下板３２によって重なり部３０を形成する。重なり部３０では、下板表面３２Ａの少なくとも一部が上板裏面３１Ｂに当接し、上板３１と下板３２とが重なり合うように配置される。
　次に、図２のプロセスＰ１１、図４のステップＳ２に示すように、ツール１が所定の位置に配置されるとともに、回転される。具体的に、まず上板３１及び下板３２の重なり方向、つまり上下方向にツール１の回転軸Ｒが平行になるように、重なり部３０にツール１が対向して配置される。なお、この対向して配置される態様について、ツール１の回転軸Ｒが上下方向に対して傾斜するように配置されるものでもよい。本実施形態では、回転軸Ｒが、図１のように予め定められた点接合位置Ｗに位置合わせされた状態で、ツール１の下端面が上板３１の上板表面３１Ａに当接される。この際、クランプ１３は、図１のスプリング１４の付勢力を伴って重なり部３０をバックアップ１５に押圧する。ツール１の下端面が上板３１の上板表面３１Ａに当接した状態で、コントローラＣが図１の回転駆動部２１を制御してピン１１及びショルダ１２を回転軸Ｒ回りに所定の回転数で回転させる。
　この回転により、重なり部３０におけるピン１１及びショルダ１２が当接している領域が摩擦によって予熱される。すなわち、図２のプロセスＰ１１、図４のステップＳ２は、重なり部３０の予熱工程を示している。
　次に、図２のプロセスＰ１２、図４のステップＳ３に示すように、ピン１１が重なり部３０から退避するとともに、ショルダ１２が重なり部３０に圧入される圧入工程が行われる。この工程では、コントローラＣが、ツール１の回転を維持しながら、昇降駆動部２２を制御してショルダ１２を図２のプロセスＰ１２のように下降させて重なり部３０へ圧入させる一方、昇降駆動部２２を制御してピン１１を上昇、つまり退避させる。なお、クランプ１３は不動である。ショルダ１２は、重なり部３０において上板表面３１Ａから下板表面３２Ａよりも深い第１圧入位置に至るまで圧入される。なお、この際の下板表面３２Ａは、本開示における第２部材の表面に相当し、下板３２の上部金属表面である。仮に、下板３２に塗膜がある場合でも、第２部材の表面は金属部分の表面のことを言う。
　また、上記の圧入動作により、図２の矢印ｂ１で示すように、ショルダ１２の圧入領域の材料が攪拌され、前記圧入によって重なり部３０から溢れ出した溢れ出し材料ＯＦが、ピン１１の退避によって生じた、ショルダ１２の中空空間に逃がされる。この結果、後記で詳述する図５のアンカー４Ｂの基礎となる部分が形成される。なお、圧入工程では、ピン１１、ショルダ１２およびクランプ１３の全体に対して、軸方向に沿った加圧力、すなわち、圧入加圧力が付与される。一方、クランプ１３には、当該クランプ１３をバックアップ１５に向かって押し付ける加圧力が付与される。この結果、ツール１が接合体３に向かって押し込まれる加圧力は、圧入加圧力からクランプの加圧力を差し引いた力に相当する。
　次に、コントローラＣは、図２のプロセスＰ１３、図４のステップＳ４に示すように、ツール１の回転を維持しながら、昇降駆動部２２を制御してショルダ１２を前記第１圧入位置から退避させるとともに、昇降駆動部２２を制御してピン１１を重なり部３０に進入するように下降させる。この工程は、溢れ出し材料ＯＦの埋め戻し工程を示している。当該工程では、コントローラＣが、昇降駆動部２２を制御してショルダ１２を上昇させる一方で、昇降駆動部２２を制御してピン１１を下降させる。ピン１１の下降により、図２の矢印ｂ２で示すように、前記中空空間に逃がされた溢れ出し材料ＯＦが、ショルダ１２の圧入領域に埋め戻される。
　次に、図２のプロセスＰ１４、図４のステップＳ５で示すように、重なり部３０にならし処理を施す、ならし工程が行われる。当該工程では、コントローラＣが、昇降駆動部２２を制御して、ピン１１の下端面及びショルダ１２の下端面を上板３１の上板表面３１Ａよりも僅かに低い位置に配置した状態で両者を回転させ、点接合部分を平滑化する。その後、図２のプロセスＰ１５、図４のステップＳ６で示すように、ツール１が重なり部３０から離間される。
　次に、図３のプロセスＰ２１に示すように、ツール１の下端面が再び上板３１の上板表面３１Ａに当接される。そして、コントローラＣが図１の回転駆動部２１を制御してピン１１及びショルダ１２を回転軸Ｒ回りに所定の回転数で回転させる。この回転により、図４のステップＳ７に示すように、重なり部３０におけるピン１１及びショルダ１２が当接している領域が摩擦によって予熱される。すなわち、図３のプロセスＰ２１は、図２のプロセスＰ１１と同様に、重なり部３０の予熱工程を示している。
　次に、図３のプロセスＰ２２、図４のステップＳ８に示すように、ピン１１が重なり部３０から退避するとともに、ショルダ１２が重なり部３０に圧入される圧入工程が再び行われる。この工程は、概ね図２のプロセスＰ１２と同様である。ショルダ１２は、重なり部３０において上板表面３１Ａから所定の第２圧入位置に至るまで圧入される。
　次に、コントローラＣは、図３のプロセスＰ２３、図４のステップＳ９に示すように、ツール１の回転を維持しながら、昇降駆動部２２を制御してショルダ１２を前記第２圧入位置から退避させるとともに、昇降駆動部２２を制御してピン１１を重なり部３０に進入するように下降させる。この工程は、概ね図２のプロセスＰ１３と同様である。
　次に、図３のプロセスＰ２４、図４のステップＳ１０で示すように、重なり部３０にならし処理を施す、ならし工程が再び行われる。当該工程においても、コントローラＣが、昇降駆動部２２を制御して、ピン１１の下端面及びショルダ１２の下端面を上板３１の上板表面３１Ａよりも僅かに低い位置に配置した状態で両者を回転させ、点接合部分を平滑化する。この結果、後記で詳述する図５のインデント４Ｔが形成される。なお、インデント４Ｔは必ずしも形成される必要はない。その後、図３のプロセスＰ２５、図４のステップＳ１１で示すように、ツール１が重なり部３０から離間される。以上のプロセスにより、上板３１と下板３２とが接合された、図１の攪拌接合部４が形成される。攪拌接合部４は、本開示の接合部に相当する。
　［接合体の断面構造について］
　図５は、上記のような摩擦攪拌点接合方法によって形成された接合体３の攪拌接合部４を説明するための模式的な断面図である。攪拌接合部４は、接合底面４Ａと、アンカー４Ｂと、インデント４Ｔとを有する。なお、図５では、上板３１および下板３２の厚さＴ１、Ｔ２が示されている。
　接合底面４Ａは、ショルダ１２に加圧されることで上板表面３１Ａを基準として下板表面３２Ａよりも深い位置に生じる、上板３１と下板３２との接合界面である。回転軸Ｒに沿って見た場合、接合底面４Ａは、ショルダ１２のショルダ下面部１２Ｓに対応するリング形状を有する。なお、当該リング形状は、２つの正円からなるものに限定されるものではなく、摩擦攪拌点接合の条件に応じて異形となることがある。換言すれば、接合底面４Ａは平面視において略リング形状を有する。
　アンカー４Ｂは、接合底面４Ａの径方向内側において、下板３２の一部が接合底面４Ａを基準として下板表面３２Ａよりも高い位置まで隆起した隆起部である。アンカー４Ｂは、前記圧入工程において重なり部３０からショルダ１２の中空空間に溢れ出した溢れ出し材料ＯＦが、前記埋め戻し工程において、その上端部をピン１１によって押しつぶされることで形成される。図５に示すように、アンカー４Ｂの先端部の外縁は爪状になりやすい。なお、ショルダ１２を下板３２に圧入する量を増加させるほど、隆起するアンカー４Ｂの高さが大きくなる。
　インデント４Ｔは、上板３１および下板３２の重なり方向、すなわち、上下方向において、接合底面４Ａおよびアンカー４Ｂに対向して配置され、上板３１の上板表面３１Ａの一部が窪んだ窪み部に相当する。なお、前述のように、インデント４Ｔは、ならし工程において、ピン１１の下端面及びショルダ１２の下端面を上板３１の上板表面３１Ａよりも低い位置に配置した状態で両者を回転させることで、積極的に形成することができるが、ならし工程において、ピン１１の下端面及びショルダ１２の下端面は上板３１の上板表面３１Ａと面一に配置されてもよい。また、前述のように、インデント４Ｔは形成されなくてもよい。
　［接合部における塗膜の分布について］
　前述のように、本実施形態では、一つの接合部に対して、図２のプロセスＰ１１からＰ１５までの工程が行われたのち、図３のプロセスＰ２１からＰ２５までの工程が行われる。従来、一つの接合部に対して、図２のプロセスＰ１１からＰ１５までの工程に類似した工程のみが行われていたが、本開示の開示者は、このような摩擦攪拌点接合方法における問題点を新たに知見するに至った。具体的に、上板３１および下板３２のうちの少なくとも一方に塗膜が形成されている場合、上記のような従来の摩擦攪拌点接合方法では、接合部の内部に残存した塗膜に起因して接合強度が大きく低下するという問題があった。そして、前記開示者は、接合部の内部において塗膜を好適に分散させ、接合強度の低下を抑止することが可能な新たな摩擦攪拌点接合方法を知見するに至った。
　具体的に、本実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法では、一つの接合部に対して２度の接合プロセスが実行される。このうち１回目の接合プロセスＱ１では、前記塗膜を攪拌接合部４内の特定位置に偏在させるように上板３１と下板３２とを接合する。前述の図２の一連のプロセスが、この１回目の接合プロセスＱ１に相当する。一方、２回目の接合プロセスＱ２では、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させる。前述の図３の一連のプロセスが、この２回目の接合プロセスＱ２に相当する。そして、前記開示者は、このように塗膜を分散させる方法において、図５のアンカー４Ｂの形成が特に有効であることを更に知見した。
　図６は、攪拌接合部４にアンカーが形成されていない場合又はアンカーが小さい場合の塗膜の分布を示す模式的な断面図である。図７は、攪拌接合部４にアンカーが形成されている場合の塗膜の分布を示す模式的な断面図である。図６、図７のいずれも図２のプロセスＰ１２、Ｐ１３、Ｐ１４にそれぞれ対応している。なお、ピン１１、ショルダ１２の図示は省略している。また、以下では、上板３１がアルミ、下板３２が鋼からなり、上板３１の表面、すなわち、図１、図５の上板表面３１Ａ、上板裏面３１Ｂに塗膜が形成されている場合について説明する。一例として、当該塗膜は、例えば腐食防止のために形成されるカチオン電着塗装からなる。
　図６に示すように、１回目の接合プロセスＱ１において、ショルダ１２の圧入量が小さく設定された場合には、図５のアンカー４Ｂ、すなわちアルミの隆起が形成されにくい。
　この場合、上板３１と下板３２との界面付近に作用する加圧力が相対的に小さいため、塗膜は界面部および中央部に凝集しやすくなる。この状態で、プロセスＰ１３においてピン１１が下降しショルダ１２が上昇すると、溢れ出し材料ＯＦによって塗膜が押し拡げられるため、結果的に塗膜は元の位置、すなわち界面付近に戻ることとなる。この結果、プロセスＰ１４の終了時においても、塗膜は同様の領域に分布する。
　一方、１回目の接合プロセスＱ１において、ショルダ１２の圧入量を図６よりも大きくして、下板３２に圧入させた場合には、アルミが隆起して、アンカー４Ｂが形成される。
　このように、１回目の接合プロセスＱ１におけるショルダ１２の第１圧入位置を下板３２の下板表面３２Ａよりも深い位置に設定することで、アンカー４Ｂを安定して形成することができる。この場合、上板３１と下板３２との界面付近にショルダ１２の加圧力が大きく作用するため、塗膜はアンカー４Ｂの内側に凝集しやすくなる。この状態で、プロセスＰ１３においてピン１１が下降しショルダ１２が上昇すると、溢れ出し材料ＯＦがショルダ１２の下方に流れ込む。この際、アンカー４Ｂによって塗膜が保持されているため、溢れ出し材料ＯＦによって押し広げられた塗膜は、図７のプロセスＰ１４のように、アンカー上端からショルダパス、すなわち、ショルダ１２の通過領域に拡がるように分布する。
　一方、プロセスＰ１２において、ショルダ１２が下板３２の下板表面３２Ａよりも深い位置まで圧入されるため、アンカー外側のショルダ部における上板３１と下板３２との界面は、塗膜の影響を受けずに良く密着した状態となる。
　図７のプロセスＰ１４に示すように、上板３１と下板３２との界面よりも高い位置に塗膜が分布、偏在している状態で、２回目の接合プロセスＱ２を実行すると、ショルダ１２の第２圧入位置への圧入時に、ショルダ１２が回転しながら塗膜を攪拌し効率的に分散させることができる。この結果、攪拌接合部４の一部に塗膜が集中することが抑止され、この塗膜部分を起点として接合体３が破断することを防止することができる。
　［変形実施形態］
　図８は、本開示の変形実施形態に係る摩擦攪拌点接合方法を用いたプロセスの一部を示す図である。上記の実施形態では、図２、図３に示すように、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２との間でツール１のクランプ１３が上板３１から離間する態様にて説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。本変形実施形態では、ツール１のクランプ１３が上板３１から離れることなく、一連のプロセスが実行される。具体的に、図８のプロセスＰ３１からＰ３４は、１回目の接合プロセスＱ１に相当する。プロセスＰ３１では前記予熱工程が実行され、プロセスＰ３２、Ｐ３３において、ピン１１が上昇しながらショルダ１２が第１圧入位置まで圧入される。その後、プロセスＰ３４において、ピン１１が下降しショルダ１２が上昇する。その後、２回目の接合プロセスＱ２が連続して実行される。具体的に、プロセスＰ３５において、ピン１１が上昇しながらショルダ１２が第２圧入位置まで圧入される。その後、プロセスＰ３６において、ピン１１が下降しながらショルダ１２が上昇し、前記埋め戻し工程が実行される。その後、プロセスＰ３７において、前記ならし工程が行われたのち、ツール１が上板３１から離間する。
　このような接合方法においても、１回目の接合プロセスＱ１において、塗膜を特定位置に偏在させ、２回目の接合プロセスＱ２において前記塗膜を分散させることができる。このため、攪拌接合部４の一部に塗膜が集中することが抑止され、この塗膜部分を起点として接合体３が破断することを防止することができる。また、本変形実施形態では、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２との間で、ツール１が上板３１から離間しないため、２つの接合プロセス間においてツール１の回転軸Ｒがずれることがなく、後記のように、ショルダ１２がアンカー４Ｂに接触することを抑止することができる。したがって、接合後の接合体３の強度を安定して維持することができる。なお、前述の実施形態に係る接合方法であっても、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２との間で、ツール１の位置を精度良く再現することで、同様の強度を維持することができる。
　以上のように、本開示の各実施形態によれば、１回目の接合プロセスＱ１において、ショルダ１２の内側にアンカー４Ｂを形成し塗膜を特定位置に偏在させたのち、２回目の接合プロセスＱ２において前記塗膜を分散させることで、塗膜を有する部材を安定して接合し、その強度を維持することができる。したがって、上板３１および下板３２を接合した後に、腐食防止のための塗膜を接合体３に形成する必要がなく、予め塗膜が形成された材料を用いて複数の部材を接合することができる。また、後記で詳述するように、塗膜を有する部材を従来の１回の接合プロセスのみで接合する場合と比較して、攪拌接合部４の強度を１．３倍程度に向上させることが可能になる。
　特に、第１圧入位置を下板３２の表面よりも深い位置に設定することで、アンカー４Ｂを安定して形成し、上板３１と下板３２との接合界面よりも上方に塗膜を浮き上がらせることができる。この結果、２回目の接合プロセスＱ２において前記塗膜を安定して分散させることが可能になる。この際、第１圧入位置を、下板３２の表面よりも０．０９ｍｍ以上深い位置に設定することで、より安定してアンカー４Ｂを形成することが可能になる。
　この際、接合前の上板３１と下板３２との界面を基準とした、アンカー４Ｂの高さをＨＡ、接合前の上板３１の表面の位置をｔｕとすると、ＨＡ／ｔｕ≧２．７（％）の関係を満たすように、アンカー４Ｂを形成することが望ましい。また、ＨＡ／ｔｕ≧５．３（％）の関係を満たすように、アンカー４Ｂを形成することが更に望ましい。
　また、接合前の上板３１と下板３２との界面を基準とした、アンカー４Ｂの高さが０．１６ｍｍ以上となるように、アンカー４Ｂを形成することが望ましい。
　そして、ショルダ１２の第１圧入位置への圧入によってショルダ１２の内側において下板３２が隆起したアンカー４Ｂの頂部よりも深い位置に第２圧入位置を設定することで、浮き上がった塗膜を更に安定して分散させることが可能になる。ここで、アンカー４Ｂの頂部とは、下板３２の表面から垂直距離が最大なポイント、換言すれば、アンカー４Ｂの最も高い箇所を意味する。
　なお、第２圧入位置は、第１圧入位置よりも深く設定されてもよいし、浅く設定されてもよい。ただし、第２圧入位置を第１圧入位置よりも浅く設定することで、２回目の接合プロセスＱ２においてショルダ１２が下板３２の材料に接触しにくいため、１回目の接合プロセスＱ１において接合された上板３１および下板３２の接合状態を維持することが容易になる。
　また、上板３１および下板３２の選定にあたっては、上板３１の硬度よりも下板３２の硬度を高く設定することで、１回目の接合プロセスＱ１において下板３２の一部が隆起しやすく、アンカー４Ｂを安定して形成することができる。この結果、当該アンカー４Ｂによって塗膜を特定位置に安定して保持し、２回目の接合プロセスＱ２における分散効果を高めることが可能になる。
　更に、上記の変形実施形態のように、少なくとも、ショルダ１２の第１圧入位置への圧入から第２圧入位置への圧入までの間、クランプ１３によって上板３１を付勢しつづけることで、２回の接合プロセス間で点接合位置Ｗがずれるころが抑止され、形成されたアンカー４Ｂの変形を防止することが容易になる。
　次に、上記の各実施形態について実施例を用いてその効果を説明する。なお、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
　＜接合強度について＞
　図９は、本開示の実施例および比較例における引張せん断強さＴＳＳ（Ｔｅｎｓｉｌｅ　Ｓｈｅａｒ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を示すグラフである。図１０は、図９に示す引張せん断強さを測定する様子を示す模式的な斜視図である。図９の比較例１は、上板３１および下板３２のいずれにも塗膜が形成されていない場合であって、従来の１回の接合プロセスによって接合した場合に相当する。比較例２は、上板３１のみに塗膜が形成され、従来の１回の接合プロセスによって接合した場合に相当する。実施例１は、上板３１のみに塗膜が形成され、図２、図３のように２つの接合プロセスによって接合した場合に相当する。
　ＴＳＳは、図１０に示すように、攪拌接合部４が形成された後の接合体３に対して、上板３１および下板３２を上板表面３１Ａと平行な互いに反対の方向にそれぞれ引っ張った際に、攪拌接合部４に破断が生じるときの荷重を示すものである。すなわち、ＴＳＳの値が大きいほど、引張せん断強さが高いことを意味する。
　図９に示すように、塗膜が形成されていない比較例１ではＴＳＳ５．６（ｋＮ）である一方、上板３１に塗膜が形成されている比較例２ではＴＳＳ３．８（ｋＮ）と接合強度が低下する結果となった。この現象は、攪拌接合部４において偏在した塗膜が起点となって破断が生じやすいためと推察される。図１１は、比較例２の攪拌接合部４の断面写真である。図１２は、図１１の領域Ｎを拡大した拡大断面写真である。図１２に示すように、比較例２では、アンカー４Ｂの周囲に塗膜が偏って層状に残存しているため、上記のような強度低下がもたらされる。
　一方、実施例１では、塗膜が形成されているものの、図９に示すようにＴＳＳ４．６（ｋＮ）を確保することが可能になり、比較例２よりも接合強度を向上させることが可能になっている。図１３は、実施例１の攪拌接合部４の断面写真である。図１４は、図１３の領域Ｎを拡大した拡大断面写真である。図１４に示すように、実施例２では、アンカー４Ｂの周囲に偏った塗膜が確認されず、２回目の接合プロセスにおいてショルダ１２によって塗膜が好適に分散されていることがわかる。
　＜アンカーと塗膜の関係＞
　次に、接合プロセスにおけるアンカー４Ｂの有無によって、塗膜がどのように分布しているかを確認する実験を比較例および実施例として行った。本実験では、ストップアクションと称される手法を用いて、ショルダ１２を第１圧入位置まで圧入したのちに接合プロセスを中断し、攪拌接合部４の各断面を切断評価した。なお、本実験では、ショルダ１２の外径が９ｍｍ、ピン１１の外径が６ｍｍに設定されている。
　比較例では、ショルダ１２の第１圧入位置を上板３１の上板裏面３１Ｂよりも浅い位置に設定し、意図的にアンカー４Ｂが形成されない条件にて実験を実施した。図１５は、比較例の攪拌接合部４の断面写真である。図１６は、比較例の攪拌接合部４におけるアルミ柱の底面の拡大写真である。図１７は、図１５のアルミ柱の底部Ｎを拡大した拡大断面写真である。なお、アルミ柱とは、前記プロセスの中断時に、ピン１１の下方、ショルダ１２の内側に位置する円柱状の領域を意味する。図１５、図１６に示すように、比較例では、前述の図６を用いた説明のようにアルミ柱の鋼界面側に塗膜が広く残存する結果となった。また、ショルダ１２の圧入時に中心に向かって材料が押し込まれるため、図１７に示すように、アルミ柱の界面側部分は内側に凹んでおり、その内部に塗膜が残存する結果となった。
　一方、実施例では、ショルダ１２の第１圧入位置を下板３２の上板表面３１Ａよりも深い位置に設定し、アンカー４Ｂが形成される条件にて実験を実施した。図１８は、本開示の実施例の接合部の断面写真である。図１９は、本開示の実施例の接合部におけるアルミ柱の底面の拡大写真である。図２０は、図１８の上板３１と下板３２との界面Ｎを拡大した拡大断面写真である。
　図１８、図１９に示すように、実施例では、前述の図７を用いた説明のように塗膜は主にアンカー４Ｂの内側に分布する結果となった。特に、アンカー４Ｂの存在によって塗膜がアンカー４Ｂよりも外側に大きく拡がることを抑止することができている。また、このアンカー４Ｂの存在によって、アンカー４Ｂの外側の上板３１と下板３２との界面付近に多くの塗膜が介在していないため、図２０の接合界面ＣＡに示すように、塗膜を含む条件においても上板３１のアルミと下板３２の鋼との接合性を良好に改善できることが確認された。
　＜第１圧入位置について＞
　次に、１回目の接合プロセスＱ１におけるショルダ１２の第１圧入位置を変化させた場合の塗膜分散効果を確認した実験結果について説明する。図２１は、ショルダ１２による接合界面位置を説明するための模式図である。図２１において、上板３１の上板表面３１Ａの位置を上板位置ｔｕ、アンカー４Ｂの高さ、すなわちアンカー４Ｂの先端の位置をアンカー高さＨＡ、１回目の接合プロセスＱ１におけるショルダ１２の第１圧入位置を１パス目接合界面位置ＨＩと定義する。なお、上記の各値は上板３１の上板裏面３１Ｂと下板３２の下板表面３２Ａとの元々の界面である母材部界面の位置をゼロとし、上板３１側を＋、下板３２側をマイナスで表している。本実験では、図５の上板３１の厚さＴ１、すなわち図２１の上板位置ｔｕが３．０ｍｍ、図５の下板３２の厚さＴ２は１．６ｍｍである。また、上板３１の塗膜の厚さは２０μｍである。また、ショルダ１２の外径は８ｍｍ、ピン１１の外径は５ｍｍである。なお、上板位置ｔｕは、上板３１の表面、すなわち、上板３１の上部金属表面に相当する。
　表１に、各実験条件および攪拌接合部４の断面観察に基づく塗膜の分散効果結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　　実施例２は、１パス目接合界面位置ＨＩ－０．０９ｍｍ、アンカー高さＨＡ＋０．０８ｍｍの条件の下で行った。この結果、上板位置ｔｕに対するアンカー高さＨＡの割合は、２．７％であり、アンカー４Ｂの外側に僅かな塗膜の残留があったものの、実使用上の強度には問題ない結果となったため、塗膜分散効果は△と評価している。
　一方、実施例３は、１パス目接合界面位置ＨＩ－０．１６ｍｍ、アンカー高さＨＡ＋０．２６ｍｍの条件の下で行った。この結果、上板位置ｔｕに対するアンカー高さＨＡの割合は、８．７％であり、アンカー４Ｂの外側の接合界面付近に塗膜の残留が見られなかったため、〇と評価している。
　同様に、実施例４は、１パス目接合界面位置ＨＩ－０．２０ｍｍ、アンカー高さＨＡ＋０．４２ｍｍの条件の下で行った。この結果、上板位置ｔｕに対するアンカー高さＨＡの割合は、１４．０％であり、アンカー４Ｂの外側の接合界面付近に塗膜の残留が見られなかったため、〇と評価している。
　実施例５は、１パス目接合界面位置ＨＩ－０．３０ｍｍ、アンカー高さＨＡ＋０．７２ｍｍの下で行った。この結果、上板位置ｔｕに対するアンカー高さＨＡの割合は、２４．０％であり、アンカー４Ｂの外側の接合界面付近に塗膜の残留が見られなかったため、〇と評価している。
　以上のように、１回目のショルダ１２の第１圧入位置は、下板３２の下板表面３２Ａよりも深い位置に設定されることが望ましい。特に、第１圧入位置を下板３２の下板表面３２Ａよりも０．０９ｍｍ以上深い位置に設定することで、より安定した効果を得ることができる。
　更に、第１圧入位置は下板３２の下板表面３２Ａから０．０９ｍｍだけ深い位置よりも更に深い位置に設定されることが望ましい。また、第１圧入位置は下板３２の下板表面３２Ａよりも０．１６ｍｍ以上深い位置に設定されることがより望ましい。
　また、アンカー高さＨＡは０．０８ｍｍ以上に設定されることが望ましく、０．０８ｍｍよりも大きく設定されることがより望ましく、０．２６ｍｍ以上に設定されることが更に望ましい。
　また、表１に示すように、上板位置ｔｕに対するアンカー高さＨＡの割合は、２．７％以上に設定されることが望ましく、２．７％よりも大きく設定されることが更に望ましく、８．７％以上に設定されることが更に望ましい。
　なお、本開示者は、上記と同じ実験を塗膜の厚さ８μｍ、３０μｍの条件でも行い、同様の結果が得られることを確認した。
　＜第２圧入位置について＞
　次に、２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置を変化させた場合の塗膜分散効果を確認した結果について説明する。図２２は、ショルダ１２による接合界面位置を説明するための模式図である。図２２では、図２１と比較して、２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置を２パス目接合界面位置ＨＩ’と定義している。なお、アンカー高さＨＡの大きさは実測値であり、ＨＩ’はコントローラＣに対する駆動指令信号に基づいて算出している。
　表２に、各実験条件および攪拌接合部４の断面観察に基づく塗膜の分散効果結果を示す。表２は、表１の実施例３、実施例４、実施例５について、２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置に基づいて比較したものである。塗膜分散効果の評価方法については、表１と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　　表２に示すように、実施例３ではアンカー４Ｂの先端よりも０．２５ｍｍだけ深い位置まで２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置が設定されている。
　同様に、実施例４ではアンカー４Ｂの先端よりも０．４０ｍｍだけ深い位置まで２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置が設定されている。更に、実施例５ではアンカー４Ｂの先端よりも０．４１ｍｍだけ深い位置まで２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の第２圧入位置が設定されている。いずれの実施例においても塗膜の分散効果を好適に得ることができる。すなわち、図２２に模式的に示すように、上板３１と下板３２との界面よりも上方であって、アンカー４Ｂの先端部の外側周辺に浮き上がった塗膜を好適に分散させるために、第２圧入位置がアンカー４Ｂの先端よりも深い位置に設定されることが望ましい。
　＜第１圧入位置と第２圧入位置との関係について＞
　図２３は、ショルダ１２による接合界面位置を説明するための模式図である。図２４は、摩擦攪拌点接合時のショルダの圧入量の推移を示すグラフである。表１、表２の例では、第２圧入位置を第１圧入位置よりも浅く設定する条件にて実験を行ったが、本実験では、図２３に示すように、第２圧入位置を第１圧入位置よりも深い位置に設定する条件で実験を行った。表３に、実験条件および攪拌接合部４の断面観察に基づく塗膜の分散効果結果を示す。当該実験に基づく実施例６では、第１圧入位置に相当する１パス目接合界面位置ＨＩが－０．１２ｍｍに設定され、第２圧入位置に相当する２パス目接合界面位置ＨＩ’が－０．２１ｍｍに設定される。なお、本実験では、前述の変形実施形態のように、接合中、クランプ１３が上板３１に当接した状態が維持される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図２４を参照して、接合時間０ｓｅｃ以降、ツール１が上板３１に近接したのち、０．５ｓｅｃから１ｓｅｃ付近において予熱処理が実行される。その後、ショルダ１２が上板３１内に圧入され、１．３ｓｅｃ付近で上板３１と下板３２との界面に到達する。更に、１．８ｓｅｃ付近で、ショルダ１２が第１圧入位置に到達したのち、一旦ショルダ１２が下板３２から離れるように、ショルダ圧入量１．８ｍｍ付近まで退避する。その後、ショルダ１２は再び上板３１と下板３２との界面に近づくように圧入され、３．８ｓｅｃ付近で第１圧入位置よりも深い第２圧入位置まで圧入される。その後、ショルダ１２は上板３１と下板３２との界面から離れ、ショルダ圧入量０．６ｍｍ付近で前記ならし処理が行われ、インデント４Ｔが形成されたのち、ツール１が上板３１から離間する。
　そして、表３に示すように、第２圧入位置が第１圧入位置よりも深い位置に設定される場合であっても、アンカー４Ｂの周囲に偏在した塗膜を好適に分散することが確認された。
　上記で説明した各実験結果を表４にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示されるように、２回目の接合プロセスＱ２を実行しない比較例２では、塗膜の分散効果を得ることが難しい一方、２回目の接合プロセスＱ２を実行する実施例２乃至６では、塗膜の分散効果が得られることが確認された。この結果、塗膜が部分的に集中することによる接合体３の破断を好適に抑止することが可能になった。この際、１回目の接合プロセスＱ１においてアンカー４Ｂを形成し、上板３１と下板３２との界面より上方に塗膜を偏在させることで、２回目の接合プロセスＱ２においてこれらの塗膜を安定して分散させることが可能になった。そして、このようなアンカー４Ｂは、上板３１と下板３２とが異材の関係にある場合に、その硬度の違いによって形成されやすく、このアンカー４Ｂを好適に利用して塗膜の分散効果を得ることが可能になる。
　＜連続的な２回接合プロセスについて＞
　図２５は、本開示の実施例および比較例におけるＣＴＳ（Ｃｒｏｓｓ　Ｔｅｎｓｉｏｎ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ：十字引張強さ）を示すグラフである。この十字引張強さの評価では、上板３１および下板３２を平面視で十字状に重ね合わせ、その交差部に攪拌接合部４を形成する。図２５の縦軸に示されるＣＴＳは、上記の上板３１および下板３２を上下に引き剥がそうとする際に、破断が発生する荷重に相当する。
　先で説明した実施形態のように、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２との間で、ツール１のクランプ１３が上板３１から離間した場合、接合プロセス間において点接合位置Ｗ、換言すれば接合体３に対するツール１の回転軸Ｒの位置がずれる可能性がある。そこで、本開示者は、意図的にこの点接合位置Ｗの位置ずれを発生させ、接合体３のＣＴＳの変化を評価した。
　図２５は、塗膜を有さず２回目の接合プロセスも実行しない比較例１、塗膜を有するＧ２回目の接合プロセスを実行しない比較例２、塗膜を有し１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２とを個別に実行する実施例１、前述の変形実施形態のようにクランプ１３を上板３１から離間させずに１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２とを連続的に実行する実施例７の各例におけるＣＴＳの測定結果を示している。そして、白丸で示すデータが実施例１に相当し、黒丸で示すデータは実施例１の条件において意図的に２回目の接合プロセスの点接合位置Ｗをずらした参考例に相当する。
　図２５に示すように、塗膜を有する比較例２は、塗膜を有さない比較例１と比較してＣＴＳが低下する。一方、１回目の接合プロセスＱ１および２回目の接合プロセスＱ２を実行する実施例１、実施例７では、塗膜を有する条件においても、ＣＴＳが比較例１と同等またはそれ以上となる結果が確認された。一方、意図的に点接合位置Ｗをずらした参考例では、実施例１と比較してＣＴＳが低下することが確認された。
　図２６は、本開示の参考例の攪拌接合部４の破断後の断面写真である。図２７は、図２６の領域Ｎを拡大した拡大断面写真である。図２６、図２７のように、点接合位置Ｗの位置をずらした場合、２回目の接合プロセスＱ２においてショルダ１２がアンカー４Ｂに接触し、アンカー４Ｂが変形した様子が確認された。この場合、アンカー４Ｂによって上板３１と下板３２とが強く接合することが阻害され、図２５のようにＣＴＳが低下したものと推定される。換言すれば、図２５の実施例７のように、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２とを連続的に実行することで、点接合位置Ｗの位置ずれを抑制し、安定して塗膜を分散させることが可能になる。
　次に、上記の実施例７に基づく接合プロセスの実験について更に詳述する。当該実験では、ショルダ１２の外径８ｍｍ、ピン１１の外径５ｍｍのものを使用した。上板３１は、厚さ３．０ｍｍのＡｌ－Ｓｉ系鋳物からなり、電着塗装による塗膜の膜厚は２０μｍである。また、下板３２は、厚さ１．６ｍｍの高張力鋼板であって、例えば、７８０ＭＰａ級ＧＡメッキ鋼板である。
　図２８は、本実験における摩擦攪拌点接合時のショルダ１２の圧入量の推移を示すグラフである。また、表５は、図２８の各接合時間の終了時に対応するショルダ１２の圧入量である。この圧入量は、上板３１の表面をゼロとして下板３２側をプラスとして表記している。「１」は予熱工程であり、「２」は上板３１へのショルダ１２の圧入、「３」は下板３２へのショルダ１２の圧入、「４」は埋め戻し工程、「５」は塗膜を分散させるためのショルダ１２の再圧入、「６」は再度の埋め戻しおよびならし工程に相当する。なお、表５では、「５」の再圧入量が３．１４ｍｍに設定されているが、上板３１と下板３２とが既に強く接合しているため、図２８に示すように、実際にはショルダ１２の圧入速度が減速し、２．６ｍｍ付近において再圧入を終了した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　図２９は、本開示の実施例７の接合プロセス終了後の攪拌接合部４の断面写真である。
　図３０は図２９の領域Ｎ１を拡大した拡大断面写真であり、図３１は、図２９の領域Ｎ２を拡大した拡大断面写真である。なお、図３１では、ショルダ１２の一部を仮想的に図示している。図２９、図３０に示すように、本実験では、アンカー４Ｂへのショルダ１２の接触痕は確認されず、上板３１および下板３２の接合界面近傍における塗膜が充分に分散していることが確認された。このような実施例７の条件で接合した接合体３について、図２５に示されるように複数回の実験を行った結果、いずれの実験でも、塗膜を有さない場合と同様にアルミと鋼の界面に沿った破断が発生し、その破面での塗膜の残存が確認されなかった。また、図３０に示すような、アンカー４Ｂの外側、換言すればショルダ１２の圧入領域よりも更に外側に残存する塗膜は、強度に影響しないことがあわせて確認された。また、いずれの実験同士を比較しても、接合時のツール１の挙動、接合時間に大きなばらつきは生じないことも確認された。
　なお、前述のような、２回目の接合プロセスＱ２におけるショルダ１２の圧入速度の低減現象は、図３１に示すように、１回目の接合プロセスＱ１において形成されたアンカー４Ｂによって、ショルダ１２の直下のアルミがショルダ１２の内側に流動しにくいためと推定される。
　更に、１回目の接合プロセスＱ１と２回目の接合プロセスＱ２とを連続して実行する場合、図２８に示すように、ショルダ１２を上板３１から完全に脱離させることなく、ショルダ１２の内部においてショルダ１２を再び圧入させるような制御を行っても良い。
　本開示の開示者は、上記の実施例を含めて、以下の範囲で特に本開示の効果が発現されることを確認するに至った。
・上板３１および下板３２の板厚：０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下、より望ましくは、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下・ツールの回転速度：５００ｒｐｍ以上、４０００ｒｐｍ以下、より望ましくは、１５００ｒｐｍ以上、２５００ｒｐｍ以下
　また、上記の各実施形態、各実施例では、塗膜が上板３１に形成される態様にて説明したが、塗膜は、上板３１と下板３２とのうちの少なくとも一方に形成されるものでもよい。
　［本開示のまとめ］
　以上説明した具体的実施形態には、以下の構成を有する開示が含まれている。
　本開示の第１の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合する摩擦攪拌点接合方法である。当該接合方法は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させることと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、を備える。
　本方法によれば、１回目の接合プロセスにおいて塗膜を特定位置に偏在させたのち、２回目の接合プロセスにおいて前記塗膜を分散させることで、塗膜を有する部材を安定して接合し、その強度を維持することができる。したがって、第１部材および第２部材を接合した後に、腐食防止のための塗膜を接合体に形成する必要が低減され、予め塗膜が形成された材料を用いて複数の部材を接合することができる。また、塗膜を有する部材を１回の接合プロセスのみで接合する場合と比較して、接合部の強度を１．３倍程度に向上させることが可能になる。このように本方法によれば、少なくとも一方に塗膜が形成された複数の被接合物を、接合強度が低下することを抑止しながら接合することが可能な摩擦攪拌点接合方法を提供することができる。
　本開示の第２の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定することを更に備える。
　本方法によれば、第１圧入位置を第２部材の表面よりも深い位置に設定することで、アンカーを安定して形成し、第１部材と第２部材との界面よりも上方に塗膜を浮き上がらせることができる。この結果、２回目の接合プロセスにおいて前記塗膜を安定して分散させることが可能になる。
　本開示の第３の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１または第２の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、接合前の前記第１部材と前記第２部材との界面を基準とした、前記アンカーの高さをＨＡ、前記第１部材の表面の位置をｔｕとすると、ＨＡ／ｔｕ≧２．７（％）の関係を満たすように、前記アンカーを形成することを更に備える。
　本方法によれば、アンカーの高さが安定して確保されることで、塗膜を安定して分散させることができる。
　本開示の第４の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第３の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、ＨＡ／ｔｕ≧５．３（％）の関係を満たすように、前記アンカーを形成することを更に備える。
　本方法によれば、アンカーの高さが更に安定して確保されることで、塗膜を更に安定して分散させることができる。
　また、本開示の第５の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１乃至第４の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、接合前の前記第１部材と前記第２部材との界面を基準とした、前記アンカーの高さが０．１６ｍｍ以上となるように、前記アンカーを形成することを更に備える。
　本方法によれば、アンカーの高さが安定して確保されることで、塗膜を安定して分散させることができる。
　本開示の第６の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第２の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも０．０９ｍｍ以上深い位置に設定することを更に備える。
　本方法によれば、アンカーをより安定して形成し、第１部材と第２部材との界面よりも上方に塗膜を安定して浮き上がらせることができる。
　本開示の第７の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１から第６の何れか一の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記アンカーの頂部よりも深い位置に前記第２圧入位置を設定することを更に備える。
　本方法によれば、アンカーの頂部よりも深い位置に第２圧入位置を設定することで、浮き上がった塗膜を２回目の接合プロセスにおいて安定して分散させることが可能になる。
　本開示の第８の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第７の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記第２圧入位置を前記第１圧入位置よりも浅い位置に設定することを更に備える。
　本方法によれば、第２圧入位置を第１圧入位置よりも浅く設定することで、ショルダが第２部材の材料に接触しにくいため、１回目の接合プロセスにおいて接合された第１部材および第２部材の接合状態を維持することが容易になる。
　本開示の第９の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１から第８の何れか一の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記第１部材の硬度よりも前記第２部材の硬度を高く設定することを更に備える。
　本方法によれば、１回目の接合プロセスにおいて第２部材の一部が隆起しやすく、アンカーを安定して形成することができる。
　本開示の第１０の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第９の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、前記第１部材はアルミニウムであり、前記第２部材は鋼であることを更に備える。
　本方法によれば、１回目の接合プロセスにおいて第２部材の一部が隆起しやすく、アンカーを安定して形成することができる。
　本開示の第１１の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、上記の第１から第９の局面に係る摩擦攪拌点接合方法において、準備される前記摩擦攪拌点接合装置が、前記ショルダが内挿される中空部を含む円筒状のクランプを更に有し、少なくとも、前記ショルダの前記第１圧入位置への圧入から前記ショルダの前記第２圧入位置への圧入までの間、前記クランプによって前記第１部材を付勢しつづけることを更に備える。
　本方法によれば、２回の接合プロセス間で点接合位置がずれることが抑止され、形成されたアンカーの変形を防止することが容易になる。
　本開示の第１２の局面に係る摩擦攪拌点接合方法は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合する摩擦攪拌点接合方法である。当該接合方法は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することと、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定することと、を備える。
　本方法によれば、塗膜を有する部材を安定して接合し、その強度を維持することができる。したがって、第１部材および第２部材を接合した後に、腐食防止のための塗膜を接合体に形成する必要が低減され、予め塗膜が形成された材料を用いて複数の部材を接合することができる。また、塗膜を有する部材を１回の接合プロセスのみで接合する場合と比較して、接合部の強度を１．３倍程度に向上させることが可能になる。特に、第１圧入位置を第２部材の表面よりも深い位置に設定することで、アンカーを安定して形成し、第１部材と第２部材との界面よりも上方に塗膜を浮き上がらせることができる。この結果、２回目の接合プロセスにおいて前記塗膜を安定して分散させることが可能になる。このように本方法によれば、少なくとも一方に塗膜が形成された複数の被接合物を、接合強度が低下することを抑止しながら接合することが可能な摩擦攪拌点接合方法を提供することができる。　
　本開示の第１３の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合することが可能な摩擦攪拌点接合装置である。当該摩擦攪拌点接合装置は、ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する接合ツールと、前記接合ツールを回転させることが可能な回転機構と、前記ピンおよび前記ショルダを前記ピンが延びる方向に独立して移動させることが可能な移動機構と、前記ピンおよび前記ショルダが前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部に対向して配置された状態で、前記回転機構および前記移動機構を制御して、前記第１部材と前記第２部材とを接合する制御部と、を備える。前記制御部は、前記回転機構および前記移動機構を制御して、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合し、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させたのち、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させ、前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させる。
　本構成によれば、１回目の接合プロセスにおいて塗膜を特定位置に偏在させたのち、２回目の接合プロセスにおいて前記塗膜を分散させることで、塗膜を有する部材を安定して接合し、その強度を維持することができる。したがって、第１部材および第２部材を接合した後に、腐食防止のための塗膜を接合体に形成する必要が低減され、予め塗膜が形成された材料を用いて複数の部材を接合することができる。また、塗膜を有する部材を１回の接合プロセスのみで接合する場合と比較して、接合部の強度を１．３倍程度に向上させることが可能になる。本構成によれば、少なくとも一方に塗膜が形成された複数の被接合物を、接合強度が低下することを抑止しながら接合することが可能な摩擦攪拌点接合装置を提供することができる。
　本開示の第１４の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、上記の第１３の局面に係る摩擦攪拌点接合装置において、前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第１圧入位置が、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定する。
　本構成によれば、第１圧入位置を第２部材の表面よりも深い位置に設定することで、アンカーを安定して形成し、第１部材と第２部材との界面よりも上方に塗膜を浮き上がらせることができる。この結果、２回目の接合プロセスにおいて前記塗膜を安定して分散させることが可能になる。
　本開示の第１５の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、上記の第１３または第１４の局面に係る摩擦攪拌点接合装置において、前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第２圧入位置を、前記アンカーの頂部よりも深い位置に設定する。
　本構成によれば、アンカーの頂部よりも深い位置に第２圧入位置を設定することで、浮き上がった塗膜を２回目の接合プロセスにおいて安定して分散させることが可能になる。
　本開示の第１６の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、上記の第１５の局面に係る摩擦攪拌点接合装置において、前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第２圧入位置を、前記第１圧入位置よりも浅い位置に設定する。
　本構成によれば、第２圧入位置を第１圧入位置よりも浅く設定することで、ショルダが第２部材の材料に接触しにくいため、１回目の接合プロセスにおいて接合された第１部材および第２部材の接合状態を維持することが容易になる。
　本開示の第１７の局面に係る摩擦攪拌点接合装置は、上記の第１３から第１６の何れか一の局面に係る摩擦攪拌点接合装置において、前記接合ツールは、前記ショルダが内挿される中空部を含む円筒状のクランプを更に有し、前記移動機構は、前記ピンが延びる方向において前記クランプを動かすことが可能であり、前記制御部は、前記移動機構を制御して、少なくとも、前記ショルダの前記第１圧入位置への圧入から前記ショルダの前記第２圧入位置への圧入までの間、前記クランプによって前記第１部材を付勢しつづける。
　本構成によれば、２回の接合プロセス間で点接合位置がずれることが抑止され、形成されたアンカーの変形を防止することが容易になる。

Claims (17)

  1. 　少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
    　ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、
    　前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、
    　前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、
    　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、
    　前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させることと、
    　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、
    　を備える、摩擦攪拌点接合方法。
  2. 　前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定することを更に備える、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  3. 　接合前の前記第１部材と前記第２部材との界面を基準とした、前記アンカーの高さをＨＡ、前記第１部材の表面の位置をｔｕとすると、ＨＡ／ｔｕ≧２．７（％）の関係を満たすように、前記アンカーを形成することを更に備える、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  4. 　ＨＡ／ｔｕ≧５．３（％）の関係を満たすように、前記アンカーを形成することを更に備える、請求項３に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  5. 　接合前の前記第１部材と前記第２部材との界面を基準とした、前記アンカーの高さが０．１６ｍｍ以上となるように、前記アンカーを形成することを更に備える、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  6. 　前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも０．０９ｍｍ以上深い位置に設定することを更に備える、請求項２に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  7. 　前記アンカーの頂部よりも深い位置に前記第２圧入位置を設定することを更に備える、請求項１乃至６の何れか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  8. 　前記第２圧入位置を前記第１圧入位置よりも浅い位置に設定することを更に備える、請求項７に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  9. 　前記第１部材の硬度よりも前記第２部材の硬度を高く設定することを更に備える、請求項１の記載の摩擦攪拌点接合方法。
  10. 　前記第１部材はアルミニウムであり、前記第２部材は鋼であることを更に備える、請求項９に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  11. 　準備される前記摩擦攪拌点接合装置が、前記ショルダが内挿される中空部を含む円筒状のクランプを更に有し、
    　少なくとも、前記ショルダの前記第１圧入位置への圧入から前記ショルダの前記第２圧入位置への圧入までの間、前記クランプによって前記第１部材を付勢しつづけることを更に備える、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
  12. 　少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
    　ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する摩擦攪拌点接合装置を準備することと、
    　前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部を形成するとともに、前記ピンおよび前記ショルダを前記重なり部に対向して配置することと、
    　前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記第１部材と前記第２部材とを接合することと、
    　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させることと、
    　前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することと、
    　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させることと、
    　前記第１圧入位置を、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定することと、
    　を備える、摩擦攪拌点接合方法。
  13. 　少なくとも一方に塗膜が形成された第１部材および第２部材であって異材の関係にある第１部材および第２部材を摩擦熱で軟化させて接合することが可能な摩擦攪拌点接合装置であって、
    　ピンと前記ピンが内挿される中空部を含む円筒状のショルダとを有する接合ツールと、
    　前記接合ツールを回転させることが可能な回転機構と、
    　前記ピンおよび前記ショルダを前記ピンが延びる方向に独立して移動させることが可能な移動機構と、
    　前記ピンおよび前記ショルダが前記第１部材と前記第２部材とが重なり合う重なり部に対向して配置された状態で、前記回転機構および前記移動機構を制御して、前記第１部材と前記第２部材とを接合する制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記回転機構および前記移動機構を制御して、
    　　前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第１圧入位置まで圧入することで前記ショルダの内側に前記第２部材が隆起したアンカーを形成し、前記塗膜を特定位置に偏在させて、前記第１部材と前記第２部材とを接合し、
    　　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第１圧入位置から退避させたのち、前記ピンを前記重なり部から退避させつつ前記ショルダを前記重なり部の所定の第２圧入位置まで圧入することで、前記特定位置に偏在した前記塗膜を分散させ、
    　　前記ピンを前記重なり部に近づけながら前記ショルダを前記第２圧入位置から退避させる、摩擦攪拌点接合装置。
  14. 　前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第１圧入位置が、前記第２部材の表面よりも深い位置に設定する、請求項１３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
  15. 　前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第２圧入位置を、前記アンカーの頂部よりも深い位置に設定する、請求項１３または１４に記載の摩擦攪拌点接合装置。
  16. 　前記制御部は、前記移動機構を制御して、前記第２圧入位置を、前記第１圧入位置よりも浅い位置に設定する、請求項１５に記載の摩擦攪拌点接合装置。
  17. 　前記接合ツールは、前記ショルダが内挿される中空部を含む円筒状のクランプを更に有し、
    　前記移動機構は、前記ピンが延びる方向において前記クランプを動かすことが可能であり、
    　前記制御部は、前記移動機構を制御して、少なくとも、前記ショルダの前記第１圧入位置への圧入から前記ショルダの前記第２圧入位置への圧入までの間、前記クランプによって前記第１部材を付勢しつづける、請求項１３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
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