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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6829343
(24)【登録日】2021年1月25日
(45)【発行日】2021年2月10日
(54)【発明の名称】摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20210128BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 344
B23K20/12 364
B23K20/12 310
【請求項の数】4
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2020-523462(P2020-523462)
(86)(22)【出願日】2020年4月23日
(86)【国際出願番号】JP2020017551
【審査請求日】2020年10月12日
(31)【優先権主張番号】特願2019-83178(P2019-83178)
(32)【優先日】2019年4月24日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大橋 良司
(72)【発明者】
【氏名】村松 良崇
(72)【発明者】
【氏名】武岡 正樹
(72)【発明者】
【氏名】三宅 将弘
【審査官】
黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１７−２００７０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１７０２８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１７／１５９６２７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１２−１９６６８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１４／０２４４７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１９／０４９８１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１６−０９８３４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２３Ｋ ２０／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
前記摩擦攪拌点接合装置は、
円柱状に形成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、
制御器と、を備え、
前記第１部材は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、
前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、
回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、
前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されていて、
前記被接合物は、重ね合された前記第１部材と前記第２部材との接触部分にシーラント材が塗布されていて、
前記第１位置は、前記第２部材の前記第１部材と対向する面から０．３ｍｍ以下の位置である、摩擦攪拌点接合装置。
前記摩擦攪拌点接合装置は、
円柱状に形成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、
制御器と、を備え、
前記第１部材は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、
前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、
回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、
前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されていて、
前記被接合物は、重ね合された前記第１部材と前記第２部材との接触部分にシーラント材が塗布されていて、
前記第１位置は、前記第２部材の前記第１部材と対向する面から０．３ｍｍ以下の位置である、摩擦攪拌点接合装置。
【請求項2】
前記ショルダ部材は、当該ショルダ部材における先端面の半径をＲｓ、前記ピン部材における先端面の半径をＲｐとしたときに、次式
Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐ
を満たすように構成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐ
を満たすように構成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項3】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌点接合装置の運転方法であって、
前記摩擦攪拌点接合装置は、
円柱状に形成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、
制御器と、を備え、
前記第１部材は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、
前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、
回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、
前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されていて、
前記被接合物は、重ね合された前記第１部材と前記第２部材との接触部分にシーラント材が塗布されていて、
前記第１位置は、前記第２部材の前記第１部材と対向する面から０．３ｍｍ以下の位置である、摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
前記摩擦攪拌点接合装置は、
円柱状に形成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、
制御器と、を備え、
前記第１部材は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、
前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、
回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、
前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されていて、
前記被接合物は、重ね合された前記第１部材と前記第２部材との接触部分にシーラント材が塗布されていて、
前記第１位置は、前記第２部材の前記第１部材と対向する面から０．３ｍｍ以下の位置である、摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【請求項4】
前記ショルダ部材は、当該ショルダ部材における先端面の半径をＲｓ、前記ピン部材における先端面の半径をＲｐとしたときに、次式
Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐ
を満たすように構成されている、請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐ
を満たすように構成されている、請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法に関する。【背景技術】
【0002】
軟質金属からなる第一の部材と硬質金属からなる第二の部材とを重ね合わせ、該第一の部材側から、プローブを回転させつつ、その先端が該第二の部材の直上に達するように差し込み、摩擦攪拌して、第一及び第二の部材を接合せしめる、異種金属部材の接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。【0003】
特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法では、回転工具として、プローブがショルダ部材とは別体に構成されて、別個に軸方向に移動可能とされた複動式回転工具を用い、該プローブを第一の部材に差し込んで、第一及び第二の部材の摩擦攪拌接合を行なっている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第４９３７３８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法であっても、接合時間の短縮化の観点から未だ改善の余地があった。【0006】
本発明は、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる、摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法を提供することを目的とする。【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、前記摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、制御器と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されている。【0008】
これにより、ピン部材とショルダ部材が同じ回転数である場合に、ショルダ部材を被接合部内に圧入する場合の方が、ピン部材を被接合部内に圧入する場合に比して、周速が大きくなる。【0009】
このため、ショルダ部材を圧入する場合の方が、ピン部材を圧入する場合に比して、被接合部内の塑性流動を起こさせる力が大きくなり、被接合部内への圧入速度の低下を抑制することができる。したがって、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる。【0010】
また、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌点接合装置の運転方法であって、前記摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ、前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、制御器と、を備え、前記第１部材は、前記ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、回転した状態で、前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ａ）と、回転した状態の前記ショルダ部材の先端を前記第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部から後退するように、前記進退駆動器及び前記回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後に、回転した状態の前記ショルダ部材を前記被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態の前記ピン部材を前記被接合物の被接合部に向かって進出するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されている。【0011】
これにより、ピン部材とショルダ部材が同じ回転数である場合に、ショルダ部材を被接合部内に圧入する場合の方が、ピン部材を被接合部内に圧入する場合に比して、周速が大きくなる。【0012】
このため、ショルダ部材を圧入する場合の方が、ピン部材を圧入する場合に比して、被接合部内の塑性流動を起こさせる力が大きくなり、被接合部内への圧入速度の低下を抑制することができる。したがって、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる。【0013】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。【発明の効果】
【0014】
本発明に係る摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法によれば、従来の異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる。【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。【0017】
（実施の形態１）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を摩擦熱で軟化させることにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ、軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、制御器と、を備え、第１部材は、ツールと対向するように配置され、かつ、第２部材よりも融点の低い材料で構成されていて、制御器は、ピン部材及びショルダ部材が、回転した状態で、被接合物の被接合部を押圧するように、回転駆動器及び進退駆動器を動作させる（Ａ）と、回転した状態のショルダ部材の先端を第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態のピン部材を被接合物の被接合部から後退するように、進退駆動器及び回転駆動器を動作させる（Ｂ）と、（Ｂ）の後に、回転した状態のショルダ部材を被接合物の被接合部から引き抜くように、かつ、回転した状態のピン部材を被接合物の被接合部に向かって進出するように、回転駆動器及び進退駆動器を動作させる（Ｃ）と、を実行するように構成されている。
【0018】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１位置は、第２部材の第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の間における任意の位置であってもよい。【0019】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材は、当該ショルダ部材における先端面の半径をＲｓ、ピン部材における先端面の半径をＲｐとしたときに、次式Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐを満たすように構成されていてもよい。【0020】
さらに、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、被接合物は、重ね合された第１部材と第２部材との接触部分にシーラント材が塗布されていてもよい。【0021】
以下、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。【0022】
［摩擦攪拌点接合装置の構成］図１は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。なお、図１においては、図における上下方向を摩擦攪拌点接合装置における上下方向として表している。
【0023】
図１に示すように、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、工具固定器５２、進退駆動器５３、クランプ部材１３、裏当て支持部５５、裏当て部材５６、及び回転駆動器５７を備えている。【0024】
ピン部材１１、ショルダ部材１２、工具固定器５２、進退駆動器５３、クランプ部材１３、及び回転駆動器５７は、Ｃ型ガン（Ｃ型フレーム）で構成される裏当て支持部５５の上端に設けられている。また、裏当て支持部５５の下端には、裏当て部材５６が設けられている。ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３と、裏当て部材５６と、は互いに対向する位置で裏当て支持部５５に取り付けられている。なお、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３と、裏当て部材５６と、の間には、被接合物６０が配置される。【0025】
ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、回転工具固定器５２１及びクランプ固定器５２２から構成される工具固定器５２に固定されている。具体的には、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転工具固定器５２１に固定されていて、クランプ部材１３は、クランプ駆動器４１を介して、クランプ固定器５２２に固定されている。そして、回転工具固定器５２１は、回転駆動器５７を介して、クランプ固定器５２２に支持されている。なお、クランプ駆動器４１は、スプリングにより構成されている。【0026】
また、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、ピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２から構成される進退駆動器５３によって、上下方向に進退駆動される。【0027】
ピン部材１１は、円柱状に形成されていて、図１には、詳細に図示されないが、回転工具固定器５２１により支持されている。また、ピン部材１１は、回転駆動器５７により、ピン部材１１の軸心に一致する軸線Ｘｒ（回転軸）周りに回転し、ピン駆動器５３１により、矢印Ｐ１方向、すなわち軸線Ｘｒ方向（図１では上下方向）に沿って、進退移動可能に構成されている。【0028】
なお、ピン駆動器５３１としては、例えば、直動アクチュエータで構成されていてもよい。直動アクチュエータとしては、例えば、サーボモータとラックアンドピニオン、サーボモータとボールネジ、又はエアシリンダー等で構成されていてもよい。【0029】
ショルダ部材１２は、中空を有する円筒状に形成されていて、回転工具固定器５２１により支持されている。ショルダ部材１２の中空内には、ピン部材１１が内挿されている。換言すると、ショルダ部材１２は、ピン部材１１の外周面を囲むように配置されている。【0030】
また、ショルダ部材１２は、回転駆動器５７により、ピン部材１１と同一の軸線Ｘｒ周りに回転し、ショルダ駆動器５３２により、矢印Ｐ２方向、すなわち軸線Ｘｒ方向に沿って進退移動可能に構成されている。【0031】
なお、ショルダ駆動器５３２としては、例えば、直動アクチュエータで構成されていてもよい。直動アクチュエータとしては、例えば、サーボモータとラックアンドピニオン、サーボモータとボールネジ、又はエアシリンダー等で構成されていてもよい。【0032】
このように、ピン部材１１及びショルダ部材１２（回転工具）は、本実施の形態ではいずれも同一の回転工具固定器５２１によって支持され、いずれも回転駆動器５７により軸線Ｘｒ周りに一体的に回転する。さらに、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、ピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２により、それぞれ軸線Ｘｒ方向に沿って進退移動可能に構成されている。【0033】
なお、本実施の形態１においては、ピン部材１１は単独で進退移動可能であるとともに、ショルダ部材１２の進退移動に伴っても進退移動可能となっているが、ピン部材１１及びショルダ部材１２がそれぞれ独立して進退移動可能に構成されてもよい。【0034】
これにより、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合面積（新生面が形成される面積）を大きくすることができる。このため、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合強度を大きくすることができる。【0035】
クランプ部材１３は、ショルダ部材１２と同様に、中空を有する円筒状に形成されていて、その軸心が軸線Ｘｒと一致するように設けられている。クランプ部材１３の中空内には、ショルダ部材１２が内挿されている。【0036】
すなわち、ピン部材１１の外周面を囲むように、円筒状のショルダ部材１２が配置されていて、ショルダ部材１２の外周面を囲むように円筒状のクランプ部材１３が配置されている。換言すれば、クランプ部材１３、ショルダ部材１２及びピン部材１１が、それぞれ同軸心状の入れ子構造となっている。【0037】
また、クランプ部材１３は、被接合物６０を一方の面（表面）から押圧するように構成されている。クランプ部材１３は、上述したように、本実施の形態１においては、クランプ駆動器４１を介してクランプ固定器５２２に支持されている。クランプ駆動器４１は、クランプ部材１３を裏当て部材５６側に付勢するように構成されている。そして、クランプ部材１３（クランプ駆動器４１及びクランプ固定器５２２を含む）は、ショルダ駆動器５３２によって、矢印Ｐ３方向（矢印Ｐ１及び矢印Ｐ２と同方向）に進退可能に構成されている。【0038】
なお、クランプ駆動器４１は、本実施の形態１においては、スプリングで構成したが、これに限定されるものではない。クランプ駆動器４１は、クランプ部材１３に付勢を与えたり加圧力を与えたりする構成であればよく、例えば、ガス圧、油圧、サーボモータ等を用いた機構も好適に用いることができる。【0039】
ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、それぞれ先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面１３ａを備えている。また、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、進退駆動器５３により進退移動することで、先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面１３ａは、それぞれ、被接合物６０の表面（被接合物６０の被接合部）に当接し、被接合物６０を押圧する。【0040】
また、ショルダ部材１２は、当該ショルダ部材１２の先端面１２ａの半径をＲｓ、ピン部材１１の先端面１１ａの半径をＲｐとしたときに、Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐを満たすように構成されている。換言すると、ショルダ部材１２は、円環状の先端面１２ａの面積が、ピン部材１１の円状の先端面１１ａの面積よりも大きくなるように構成されている。【0041】
これにより、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合面積（新生面が形成される面積）を大きくすることができる。このため、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合強度を大きくすることができる。【0042】
裏当て部材５６は、本実施の形態１においては、平板状の被接合物６０の裏面を当接するように平坦な面（支持面５６ａ）により、支持するように構成されている。裏当て部材５６は、摩擦攪拌接合を実施できるように被接合物６０を適切に支持することができるものであれば、その構成は特に限定されない。裏当て部材５６は、例えば、複数の種類の形状を有する裏当て部材５６が別途準備され、被接合物６０の種類に応じて、裏当て支持部５５から外して交換できるように構成されてもよい。【0043】
被接合物６０は、２枚の板状の第１部材６１及び第２部材６２を有する。第１部材６１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２と対向するように配置され、かつ、第２部材６２よりも融点の低い材料で構成されている。【0044】
なお、被接合物６０は、重ね合された第１部材６１と第２部材６２との接触部分にシーラント材が塗布されていてもよい。シーラント材としては、シーリング材であってもよく、接着剤であってもよい。シーラント材としては、例えば、ポリサルファイド系合成ゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴム、四フッ化エチレンゴム樹脂等の合成樹脂等を用いることができる。【0045】
第１部材６１としては、金属材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）、熱可塑性プラスチック（例えば、ポリアミド等）、及び繊維強化プラスチック（例えば、炭素繊維強化プラスチック等）のうち、少なくとも１つの材料を用いてもよい。アルミニウム合金としては、各種のアルミニウム合金を用いることができ、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（Ａ６０６１）を用いてもよく、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＡＣ４Ｃ）を用いてもよい。【0046】
また、第２部材６２としては、金属材料（例えば、鋼、チタン等）を用いてもよい。鋼としては、各種の鋼をもちいることができ、軟鋼、又は高張力鋼を用いてもよい。また、鋼の表面に酸化膜が形成されていてもよく、メッキ層（例えば、亜鉛メッキ）が形成されていてもよい。亜鉛メッキが形成されている鋼板としては、溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ鋼板）であってもよく、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ鋼板）であってもよく、ガルバリウム鋼板であってもよく、アルミニウムシリコンメッキホットスタンプ鋼板であってもよい。さらに、メッキ層の厚みとしては、２μｍ〜５０μｍであってもよい。【0047】
なお、本実施の形態１においては、被接合物６０を板状の第１部材６１と板状の第２部材６２で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物６０（第１部材６１及び第２部材６２）の形状は任意であり、例えば、直方体状であってもよく、円弧状に形成されていてもよい。また、被接合物６０は、３つ以上の部材を有していてもよい。【0048】
また、本実施の形態１におけるピン部材１１、ショルダ部材１２、工具固定器５２、進退駆動器５３、クランプ部材１３、裏当て支持部５５、及び回転駆動器５７の具体的な構成は、前述した構成に限定されず、広く摩擦攪拌接合の分野で公知の構成を好適に用いることができる。例えば、ピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２は、摩擦攪拌接合の分野で公知のモータ及びギア機構等で構成されていてもよい。【0049】
また、裏当て支持部５５は、本実施の形態１においては、Ｃ型ガンで構成されているが、これに限定されない。裏当て支持部５５は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を進退移動可能に支持するとともに、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３に対向する位置に裏当て部材５６を支持することができれば、どのように構成されていてもよい。【0050】
また、本実施の形態１においては、クランプ部材１３を備える構成を採用したが、これに限定されず、クランプ部材１３を備えていない構成を採用してもよい。この場合、例えば、クランプ部材１３は、必要に応じて裏当て支持部５５から着脱可能に構成されていてもよい。【0051】
さらに、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、摩擦攪拌点接合用ロボット装置（図示せず）に配設される形態を採用している。具体的には、裏当て支持部５５が、ロボット装置のアームの先端に取り付けられている。【0052】
このため、裏当て支持部５５も摩擦攪拌点接合用ロボット装置に含まれるとみなすことができる。裏当て支持部５５及びアームを含めて、摩擦攪拌点接合用ロボット装置の具体的な構成は特に限定されず、多関節ロボット等、摩擦攪拌接合の分野で公知の構成を好適に用いることができる。【0053】
なお、摩擦攪拌点接合装置５０（裏当て支持部５５を含む）は、摩擦攪拌点接合用ロボット装置に適用される場合に限定されるものではなく、例えば、ＮＣ工作機械、大型のＣフレーム、及びオートリベッター等の公知の加工用機器にも好適に適用することができる。【0054】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、二対以上のロボットが、摩擦攪拌点接合装置５０における裏当て部材５６以外の部分と、裏当て部材５６と、を正対させるように構成されていてもよい。さらに、摩擦攪拌点接合装置５０は、被接合物６０に対して安定して摩擦攪拌点接合を行うことが可能であれば、被接合物６０を手持ち型にする形態を採用してもよく、ロボットを被接合物６０のポジショナーとして用いる形態を採用してもよい。【0057】
図２に示すように、摩擦攪拌点接合装置５０は、制御器５１、記憶器３１、入力器３２、及び位置検出器３３を備えている。【0058】
制御器５１は、摩擦攪拌点接合装置５０を構成する各部材（各機器）を制御するように構成されている。具体的には、制御器５１は、記憶器に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、進退駆動器５３を構成するピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２と、回転駆動器５７と、を制御する。【0059】
これにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２の進出移動又は後退移動の切り替え、進退移動時のピン部材１１及びショルダ部材１２における、先端位置の制御、移動速度、及び移動方向等を制御することができる。また、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３の被接合物６０を押圧する押圧力を制御することができる。さらに、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数を制御することができる。【0060】
なお、制御器５１は、集中制御する単独の制御器５１によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器５１によって構成されていてもよい。また、制御器５１は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。【0061】
記憶器３１は、基本プログラム、各種データを読み出し可能に記憶するものであり、記憶器３１としては、公知のメモリ、ハードディスク等の記憶装置等で構成される。記憶器３１は、単一である必要はなく、複数の記憶装置（例えば、ランダムアクセスメモリ及びハードディスクドライブ）として構成されてもよい。制御器５１等がマイクロコンピュータで構成されている場合には、記憶器３１の少なくとも一部がマイクロコンピュータの内部メモリとして構成されてもよいし、独立したメモリとして構成されてもよい。【0062】
なお、記憶器３１には、データが記憶され、制御器５１以外からデータの読み出しが可能となっていてもよいし、制御器５１等からデータの書き込みが可能になっていてもよいことはいうまでもない。【0063】
入力器３２は、制御器５１に対して、摩擦攪拌点接合の制御に関する各種パラメータ、あるいはその他のデータ等を入力可能とするものであり、キーボード、タッチパネル、ボタンスイッチ群等の公知の入力装置で構成されている。本実施の形態１では、少なくとも、被接合物６０の接合条件、例えば、被接合物６０の厚み、材質等のデータが入力器３２により入力可能となっている。【0064】
位置検出器３３は、ショルダ部材１２の先端（先端面１２ａ）の位置情報を検出して、検出した位置情報を制御器５１に出力するように構成されている。位置検出器３３としては、例えば、変位センサ、ＬＶＤＴ、エンコーダー等を用いてもよい。位置検出器３３として、エンコーダーを用いる場合には、当該エンコーダーは、ショルダ部材１２を進退駆動させる進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）の回転角度を検出するように構成されていてもよい。また、位置検出器３３として、ショルダ部材１２を進退駆動させる進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）に供給される電流値を検出する電流計であってもよい。【0065】
［摩擦攪拌点接合装置の動作（運転方法）］次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、図３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照して具体的に説明する。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、被接合物６０として、第１部材６１及び第２部材６２を用い、これらを重ねて点接合にて連結する場合を例に挙げている。
【0066】
図３は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図４Ａ及び図４Ｂは、図１に示す摩擦攪拌点接合装置による摩擦攪拌点接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。【0067】
なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、摩擦攪拌点接合装置の一部を省略し、矢印ｒは、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転方向を示し、ブロック矢印Ｆは、第１部材６１及び第２部材６２に加えられる力の方向を示す。また、裏当て部材５６からも第１部材６１及び第２部材６２に対して力が加えられているが、説明の便宜上、図４Ａ及び図４Ｂには図示していない。さらに、ショルダ部材１２には、ピン部材１１及びクランプ部材１３との区別を明確とするために、網掛けのハッチングを施している。【0068】
まず、作業者（操作者）が、裏当て部材５６の支持面５６ａに被接合物６０を載置する。ついで、作業者が入力器３２を操作して、制御器５１に被接合物６０の接合実行を入力する。なお、ロボットが、裏当て部材５６の支持面５６ａに被接合物６０を載置してもよい。【0069】
すると、図３に示すように、制御器５１は、回転駆動器５７を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を予め設定されている所定の第１回転数（例えば、２００〜３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１；図４Ａの工程（１）参照）。【0070】
次に、制御器５１は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を回転させた状態で、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０に接近させ、ピン部材１１の先端面１１ａ、ショルダ部材１２の先端面１２ａ、及びクランプ部材１３の先端面１３ａ（図４Ａ及び図４Ｂには図示せず）を被接合物６０の表面６０ｃ（被接合物６０の被接合部）に当接させる（ステップＳ１０２；図４Ａの工程（２）参照）。【0071】
このとき、制御器５１は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３が予め設定された所定の押圧力（例えば、３ｋＮ〜１５ｋＮの範囲に含まれる所定値）で被接合物６０を押圧するように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する。【0072】
これにより、クランプ部材１３と裏当て部材５６とで第１部材６１及び第２部材６２が挟み込まれ、クランプ駆動器４１の収縮により、クランプ部材１３が被接合物６０の表面６０ｃ側に付勢され、クランプ力が発生する。【0073】
また、この状態では、ピン部材１１及びショルダ部材１２共に進退移動しないので、被接合物６０の表面６０ｃを「予備加熱」することになる。これにより、第１部材６１の当接領域における構成材料が摩擦により発熱することで軟化し、被接合物６０の表面６０ｃ近傍に塑性流動部６０ａが生じる。【0074】
次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａがショルダ部材１２の先端面１２ａに対して没入するように、進退駆動器５３を駆動する（ステップＳ１０３）。このとき、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動してもよい。また、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０内に圧入されるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動してもよい。【0075】
これにより、ショルダ部材１２の先端部が、回転した状態で、被接合物６０の被接合部内に圧入される。【0076】
次に、制御器５１は、位置検出器３３から、ショルダ部材１２の先端の位置情報を取得する（ステップＳ１０４）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端の位置情報が、予め設定されている所定の第１位置まで到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。【0077】
ここで、第１位置は、予め実験等により設定することができ、第２部材６２内の任意の位置である。より詳細には、第１位置は、第２部材６２の第１部材６１との当接面６２ａから０．３ｍｍ以下の間における任意の位置である。【0078】
また、第１位置は、第２部材６２に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜を除去して、新生面を形成させる観点から、当接面６２ａから０．００８ｍｍ以上の位置であってもよく、当接面６２ａから０．０１ｍｍ以上の位置であってもよい。また、第１位置は、ショルダ部材１２の摩耗（損傷）を抑制する観点から、当接面６２ａから０．２５ｍｍ以下の位置であってもよく、当接面６２ａから０．２０ｍｍ以下の位置であってもよく、当接面６２ａから０．１０ｍｍ以下の位置であってもよい。【0079】
さらに、第１位置は、第２部材６２に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜を除去して、新生面を形成させる観点から、第２部材６２に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜から０．２０ｍｍ以下の位置であってもよく、第２部材６２に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜から０．１０ｍｍ以下の位置であってもよい。【0080】
これにより、ショルダ部材１２の先端面１２ａが、第２部材６２の当接面６２ａから０．３ｍｍ以下における任意の位置（すなわち、第１位置）にまで到達する。そして、第２部材６２におけるショルダ部材１２と当接している部分、及び／又は第２部材６２における塑性流動部６０ａと当接している部分に、新生面が形成される。【0081】
なお、塑性流動部６０ａの軟化した材料はショルダ部材１２により押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動するので、ピン部材１１は後退し、ショルダ部材１２に対して浮き上がる（図４Ａの工程（３）参照）。【0082】
また、第２部材６２の表面に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜を形成する不純物（例えば、亜鉛、酸化鉄等）も、ピン部材１１の直下に流動する。さらに、上記不純物の一部が、ショルダ部材１２先端部の外周面よりも外側に流出する。【0083】
制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端の位置情報が、第１位置まで到達していないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）には、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、第１位置まで到達したと判定するまで、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理を繰り返す。【0084】
一方、制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端の位置情報が、第１位置まで到達したと判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６の処理を実行する。【0085】
なお、制御器５１は、位置検出器３３が、変位センサで構成されている場合には、変位センサが検出したショルダ部材１２の先端の位置情報を基に、第１位置に到達したか否かを判定すればよい。【0086】
また、制御器５１は、位置検出器３３が、ショルダ部材１２を進退駆動させる進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）の回転角度を検出するエンコーダーで構成されている場合には、以下のようにして、第１位置に到達したか否かを判定してもよい。【0087】
制御器５１は、位置検出器３３であるエンコーダーが検出した回転角度情報（速度情報）が、予め設定されている所定の第１角度よりも小さくなった場合に、ショルダ部材１２の先端が第１位置に到達したと判定してもよい。【0088】
ここで、第１角度は、予め実験等により設定することができる。例えば、第２部材６２を構成する材料が第１部材６１を構成する材料よりも固い材質である場合、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の表面に到達すると、ショルダ部材１２の進行速度が小さくなる。このため、第１角度は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）に入力される角度情報であってもよい。また、第１角度は、接合工程を実行中に、エンコーダーが前回（直前に）検出した角度情報であってもよい。【0089】
また、制御器５１は、位置検出器３３が、ショルダ部材１２を進退駆動させる進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）に供給される電流値を検出する電流計で構成されている場合には、以下のようにして、第１位置に到達したか否かを判定してもよい。【0090】
制御器５１は、位置検出器３３である電流計が検出した電流値情報が、予め設定されている所定の第１電流値よりも小さくなった場合に、ショルダ部材１２の先端が第１位置に到達したと判定してもよい。【0091】
ここで、第１電流値は、予め実験等により設定することができる。例えば、第２部材６２を構成する材料が第１部材６１を構成する材料よりも固い材質である場合、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の表面に到達すると、ショルダ部材１２の進行速度が小さくなる。このため、第１電流値は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）に入力される電流値情報であってもよい。また、第１電流値は、接合工程を実行中に、電流計が前回（直前に）検出した電流値情報であってもよい。【0092】
ステップＳ１０６では、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０に向かって進むように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動する、及び／又は、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動する。【0093】
具体的には、制御器５１は、進退駆動器５３を制御して、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを、互いに段差がほとんど生じない程度に合わせる（面一とする）。【0094】
これにより、ピン部材１１が徐々に第１部材６１に向かって進み、ショルダ部材１２が第１部材６１から後退する。このとき、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動する。【0095】
そして、ピン部材１１の先端面１１ａとショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面６０ｃ近傍まで移動する。これにより、被接合物６０の表面６０ｃが整形され、実質的な凹部が生じない程度の略平坦な面が得られる（図４Ｂの工程（４）参照）。【0096】
なお、制御器５１は、ステップＳ１０３及び／又はステップＳ１０６の処理において、ピン部材１１の先端面の面積をＡｐ、ショルダ部材１２の先端面の面積をＡｓとし、ピン部材１１の圧入深さをＰｐ、ショルダ部材１２の圧入深さをＰｓとしたときに、次の式（Ｉ）Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ ・・・ （Ｉ）
で定義されるツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、進退駆動器５３を制御することが好ましく、ツール平均位置Ｔｘ＝０となるように、進退駆動器５３を制御することがより好ましい。なお、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくする具体的な制御については、特開２０１２−１９６６８２号公報に詳細に開示されているため、ここでは、その説明を省略する。
【0097】
また、制御器５１は、ステップＳ１０６の処理において、ピン部材１１の先端面１１ａが、第１位置に位置するように、進退駆動器５３を制御してもよい。この場合、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａが、第１位置に位置した後に、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが、面一となるように、進退駆動器５３を制御してもよい。【0098】
次に、制御器５１は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０から離間するように、進退駆動器５３を駆動させる（ステップＳ１０７）。ついで、制御器５１は、回転駆動器５７を制御して、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転を停止させ（ステップＳ１０８；図４Ｂの工程（５）参照）、本プログラム（被接合物６０の接合工程）を終了する。【0099】
これにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２の当接による回転（及び押圧）は第１部材６１及び第２部材６２に加えられなくなるので、塑性流動部６０ａでは塑性流動が停止し、塑性流動部６０ａと第２部材６２の新生面とが接合する。【0100】
このように構成されている、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、回転した状態のショルダ部材１２の先端を第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態のピン部材１１を被接合物６０の被接合部から後退するように、進退駆動器５３及び回転駆動器５７を動作させるように構成されている。【0101】
これにより、ピン部材１１とショルダ部材１２が同じ回転数である場合に、ショルダ部材１２を被接合部内に圧入する場合の方が、ピン部材１１を被接合部内に圧入する場合に比して、周速が大きくなる。【0102】
このため、ショルダ部材１２を圧入する場合の方が、ピン部材１１を圧入する場合に比して、被接合部内の塑性流動を起こさせる力が大きくなり、被接合部内への圧入速度の低下を抑制することができる。したがって、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる。【0103】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、ショルダ部材１２の先端部を第２部材６２の表面から０．３ｍｍ以下における任意の位置（すなわち、第１位置）にまで到達させるように、進退駆動器５３を動作させるように構成されている。【0104】
これにより、ショルダ部材１２の先端面が回転した状態で、第２部材６２と当接するので、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、新生面が早く形成される。このため、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができる。【0105】
また、制御器５１が、ショルダ部材１２の先端が第１位置まで到達するように、制御することにより、ショルダ部材１２の先端部により、第２部材６２の表面に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜が除去されて、新生面が形成される。【0106】
また、除去されたメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜を形成する不純物（例えば、亜鉛等）は、ピン部材１１の直下に流動する。さらに、上記不純物の一部が、ショルダ部材１２の先端部の外周面よりも外側に流出する。【0107】
このため、塑性流動部６０ａの軟化した部分が、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動するときに、流出した不純物の分だけ、ショルダ部材１２の直下に流動する不純物の量が減少される。【0108】
一方、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法では、プローブ（ピン部材）を圧入するため、被接合物６０の軟化部位（塑性流動部６０ａ）は、プローブにより押し退けられ、プローブの直下からショルダ部材の直下に流動し、ショルダ部材が、プローブに対して上方に移動する。このとき、第２部材６２の表面に形成されているメッキ層（メッキ膜）又は酸化膜を形成する不純物（例えば、亜鉛等）も、ショルダ部材の直下に流動する。【0109】
なお、ショルダ部材が上方に移動するため、塑性流動部６０ａの軟化した部分及び不純物が、ショルダ部材の先端部の外周面よりも外側にほとんど流出しない。【0110】
このため、塑性流動部６０ａの軟化した部分が、ショルダ部材の直下からプローブの直下（プローブの圧入により生じた凹部）に流動するときに、プローブの直下に流動する不純物の量が減少することがない。【0111】
したがって、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、新生面と当接する部分（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）の不純物の量を低減することができる。【0112】
これにより、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合強度を大きくすることができる。【0113】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、ショルダ部材１２が、当該ショルダ部材１２の先端面１２ａの半径をＲｓ、ピン部材１１の先端面１１ａの半径をＲｐとしたときに、Ｒｓ＞２１／２×Ｒｐを満たすように構成されている。換言すると、ショルダ部材１２は、円環状の先端面１２ａの面積が、ピン部材１１の円状の先端面１１ａの面積よりも大きくなるように構成されている。【0114】
これにより、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合面積（新生面が形成される面積）を大きくすることができる。このため、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合強度を大きくすることができる。【0115】
［試験例］次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０及び上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法による、被接合物６０の接合試験について説明する。
【0116】
（試験例１）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０の接合試験を実行した。なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．０５ｍｍの位置に設定した。
【0117】
（比較例１）比較例１として、特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法による、被接合物６０の接合試験を実行した。
【0118】
具体的には、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、ステップＳ１０３の処理において、ピン部材１１が被接合部内に圧入されるように、ピン駆動器５３１が駆動するよう、プログラムを設定した。このとき、ピン部材１１の先端が、第１部材６１における第２部材６２との当接面（下面）から上方０．１ｍｍの位置に位置するように、プログラムを設定した。【0119】
また、ステップＳ１０６の処理において、ピン部材１１が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）が駆動するよう、プログラムを設定した。【0120】
（接合条件１）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0121】
そして、比較例１及び試験例１の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０をそれぞれ、引張せん断試験（ＪＩＳ Ｚ ３１３６）と、十字引張試験（ＪＩＳ Ｚ ３１３７）と、を実行した。【0122】
（接合条件２）第１部材６１として、３ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0124】
また、図６は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真と、試験例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件１及び接合条件２で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。【0125】
図５に示すように、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合した被接合物６０の引張せん断強度は、１３４５Ｎで、十字引張強度は、８４Ｎであった。一方、試験例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合した被接合物６０の引張せん断強度は、３３８１Ｎで、十字引張強度は、１２１９Ｎであった。【0126】
これらの結果から、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、上記特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法に比して、接合強度を十分に大きくすることができることが示された。【0127】
また、図６に示すように、被接合物６０の第１部材６１の厚みを３ｍｍと大きくしても、十分に塑性流動させることができ、第１部材６１と第２部材６２を接合することができることが示された。【0128】
（試験例２）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、種々の被接合物６０の接合試験を実行した。なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．０５ｍｍの位置に設定した。
【0129】
（接合条件３）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0130】
（接合条件４）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、１．２ｍｍの２７０ＭＰａ級溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0131】
（接合条件５）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、１．２ｍｍの２７０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ）を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１５００ｒｐｍとした。
【0132】
（接合条件６）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を２０００ｒｐｍとした。
【0133】
（接合条件７）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＡ）を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を２０００ｒｐｍとした。
【0134】
そして、試験例３の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０をそれぞれ、引張せん断試験（ＪＩＳ Ｚ ３１３６）を実行した。【0136】
また、図８は、試験例２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件３〜７で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。【0137】
図７及び図８に示すように、試験例２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件３〜６で摩擦攪拌点接合した被接合物６０の引張せん断強度は、３．０ｋＮ以上となり、各種の鋼板を用いても、接合強度を十分に大きくすることができることが示された。【0138】
なお、本発明者らは、第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、アルミニウムシリコンメッキホットスタンプ鋼板を用いて、第１回転数を２０００ｒｐｍとして、被接合物６０の接合試験を実行した結果、被接合物６０を接合できることを確認している（ｄａｔａ ｎｏｔ ｓｈｏｗｎ）。【0139】
（試験例３）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０の接合試験を実行した。なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．２ｍｍの位置に設定した。
【0140】
（接合条件８）第１部材６１として、２．５ｍｍのＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＡＣ４Ｃ）を用い、第２部材６２として、２７０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１５００ｒｐｍとした。
【0141】
そして、試験例３の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０について、引張せん断試験（ＪＩＳ Ｚ ３１３６）と、十字引張試験（ＪＩＳ Ｚ ３１３７）と、を実行した。【0142】
（試験結果３）図９Ａは、試験例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件８で摩擦攪拌点接合した被接合物の引張せん断試験と十字引張試験の結果を示すグラフである。また、図９Ｂは、試験例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件８で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。
【0144】
（試験例４）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０の接合試験を実行した。なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．１ｍｍの位置に設定した。また、第１部材６１と第２部材６２との当接面にシーラント材（接着剤）を塗布した。
【0145】
（接合条件９）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級非メッキの鋼板を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0146】
（試験結果４）図１０は、試験例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件９で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。なお、図１０に示す接合範囲とは、ピン部材１１及びショルダ部材１２が、被接合物６０の上面と当接する部分をいう。
【0147】
図１０に示すように、第１部材６１と第２部材６２との当接面に塗布したシーラント材（接着剤）は、ピン部材１１の直下に多く存在していることが示された。【0148】
これにより、ステップＳ１０６を実行することにより、塑性流動部６０ａの軟化した部分が、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動しても、シーラント材は、ショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動せずに、ピン部材１１の直下に残留（滞留）することが示唆された。【0149】
（試験例５）本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０の接合試験を実行した。なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．１ｍｍの位置に設定した。また、ステップＳ１０５でショルダ部材１２の先端が第１位置に到達すると、ピン部材１１及びショルダ部材１２を上方に引き上げて、接合試験を停止させた。
【0150】
（比較例２）比較例２として、特許文献１に開示されている異種金属部材の接合方法による、被接合物６０の接合試験を実行した。
【0151】
具体的には、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、ステップＳ１０３の処理において、ピン部材１１が被接合部内に圧入されるように、ピン駆動器５３１が駆動するよう、プログラムを設定した。このとき、ピン部材１１の先端が、第１位置を第２部材６２における第１部材６１との当接面（上面）から下方０．１ｍｍに位置するように、プログラムを設定した。【0152】
また、試験例５と同様に、ステップＳ１０５でピン部材１１の先端が第１位置に到達すると、ピン部材１１及びショルダ部材１２を上方に引き上げて、接合試験を停止させた。【0153】
（接合条件１０）第１部材６１として、１ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１）を用い、第２部材６２として、１．２ｍｍの２７０ＭＰａ級溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）を用いた。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数である、第１回転数を１０００ｒｐｍとした。
【0154】
（試験結果５）図１１は、比較例２及び試験例５の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件１０で摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。なお、図１１において、ピン部材を破線により模式的に示し、ショルダ部材を一点鎖線により模式的に示す。
【0155】
図１１に示すように、比較例２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した場合には、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ピン部材１１により押し退けられ、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下に流動する。このとき、第２部材６２の表面に形成されているメッキ層（メッキ膜）を形成する不純物（例えば、亜鉛等）も、ショルダ部材１２の直下に流動することが示された。【0156】
なお、図１１において、第１部分６１における右側のショルダ部材１２の直下部分は、ショルダ部材１２に付着（凝着）して、破断したものと推察される。【0157】
一方、試験例５の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した場合には、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ショルダ部材１２により押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動する。【0158】
このとき、第２部材６２の表面に形成されているメッキ層（メッキ膜）を形成する不純物（例えば、亜鉛等）の大部分が、ピン部材１１の直下に流動することが示された。また、不純物の一部が、ショルダ部材１２の先端部の外周面よりも外側に流出することが示された。【0159】
このため、塑性流動部６０ａの軟化した部分が、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動するときに、流出した不純物の分だけ、ショルダ部材１２の直下に流動する不純物の量が減少することが示唆された。【0160】
また、上記試験例４の結果（試験結果４）を考慮すると、ピン部材１１の直下に流動した不純物は、塑性流動部６０ａの軟化した部分が、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下に流動するときに、ピン部材１１の直下に残留（滞留）するものと考察される。【0161】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。【産業上の利用可能性】
【0162】
本発明の摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法は、従来の異種金属部材の接合方法に比して、接合時間を短縮することができるため、有用である。【符号の説明】
【0163】
１１ ピン部材１１ａ 先端面
１２ ショルダ部材
１２ａ 先端面
１３ クランプ部材
１３ａ 先端面
３１ 記憶器
３２ 入力器
３３ 位置検出器
４１ クランプ駆動器
５０ 摩擦攪拌点接合装置
５１ 制御器
５２ 工具固定器
５３ 進退駆動器
５５ 裏当て支持部
５６ 裏当て部材
５６ａ 支持面
５７ 回転駆動器
６０ａ 塑性流動部
６０ 被接合物
６０ｃ 表面
６１ 第１部材
６２ 第２部材
６２ａ 当接面
５２１ 回転工具固定器
５２２ クランプ固定器
５３１ ピン駆動器
５３２ ショルダ駆動器
ｔ 厚み
Ｘｒ 軸線
【要約】
本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、ピン部材（１１）と、ショルダ部材（１２）と、回転駆動器（５７）と、進退駆動器（５３）と、回転した状態のショルダ部材（１２）の先端を第２部材（６２）内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させ、かつ、回転した状態のピン部材（１１）を被接合物（６０）の被接合部から後退するように、進退駆動器（５３）及び回転駆動器（５７）を動作させるように構成されている、制御器（５１）と、を備える。