JP2022007462A - 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被接合部材の接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を提供する。
【解決手段】摩擦撹拌接合装置１０は、プローブ２６と、ショルダ１４と、第１気室部１５と、第２気室部１６と、連通部１７と、を備えている。プローブ２６は、第１ワーク２１及び第２ワーク２２の接合部２３を回転しながら押圧する。ショルダ１４は、プローブ２６を取り囲むように形成されている。第１気室部１５及び第２気室部１６は、プローブ２６の外周面とショルダ１４の内周面１４ａとの間に形成されている。連通部１７は、第１気室部１５及び第２気室部１６を連通し、各気室部に対してプローブ２６とショルダ１４との距離が小さく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法に関する。

摩擦撹拌接合装置として、例えば、被接合部材に溶接ピン（以下、プローブという）を回転させながら移動することにより、プローブと被接合部材との間に発生する摩擦熱で被接合部材を接合する構成が知られている。この構成は、例えば、プローブと溶接・平滑化シュー（以下、ショルダという）との間に隙間が形成され、隙間に連通する流入溝がショルダに形成されている。この構成によれば、被接合部材を摩擦熱で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）が隙間に侵入し、侵入した切削屑が上部領域のリフティング動作によって流入溝を経て外部に導かれる（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１９－５１６５５５号公報

しかし、特許文献１の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブとショルダとの間の隙間に侵入して流入溝から外部に導かれることが、接合部の品質に影響を与えることが考えられる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、被接合部材の接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明に係る摩擦撹拌接合装置は、積層された複数の被接合部材（例えば、実施形態の第１ワーク２１、第２ワーク２２）の接合部（例えば、実施形態の接合部２３）に、回転しながら押圧されるプローブ（例えば、実施形態のプローブ２６）と、前記プローブの回転軸（例えば、実施形態の回転軸２８）に対する径方向の外側において、前記プローブを取り囲むショルダ（例えば、実施形態のショルダ１４，６３，１２４）と、前記プローブの外面（例えば、実施形態のプローブの外周面２６ａ、プローブ軸部の端面７１ａ、プローブ軸部の外周面１２３ａ）と前記ショルダの内面（例えば、実施形態のショルダの内周面１４ａ，１２４ａ、ショルダ底部の内面７６ｂ）との間に形成された複数の気室（例えば、実施形態の第１気室部１５，６４，９４，１０５，１３６，１５５，１７５、第２気室部１６，６５，９５，１０６，１３７，１５６，１７６、第３気室部１３８，１９４）と、前記複数の気室を連通し、前記複数の気室に対して前記プローブと前記ショルダとの距離（例えば、実施形態の連通部距離Ｌ３、第１連通部距離Ｌ３、第２連通部距離Ｌ３）が小さく形成された連通部（例えば、実施形態の連通部１７，６６，９６，１０７，１９５、第１連通部１４１、第２連通部１４２）と、を備えている。

この構成によれば、プローブの外面とショルダの内面の間に複数の気室が形成され、複数の気室が連通部で連通されている。よって、被接合部材の摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、複数の気室のうち接合部の側の気室に侵入する。侵入した切削屑は、連通部を経て次の気室に侵入する。
ここで、連通部は、気室に対してプローブとショルダとの距離が小さく形成されている。連通部に侵入した切削屑が連通部から気室に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。この状態を複数の気室と連通部とにより繰り返すことにより、切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、被接合部材の摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる。したがって、複数の被接合部材がプローブで摩擦撹拌接合される接合部の品質を向上させることができる。

（２）前記プローブ（例えば、実施形態のプローブ軸部１２３）の外面（例えば、実施形態のプローブ軸部の外周面１２３ａ）及び前記ショルダ（例えば、実施形態のショルダ１２４）の内面（例えば、実施形態のショルダの内周面１２４ａ）は、前記回転軸の軸方向において前記被接合部材の側から反対側へ向けて断続的に拡径され、前記プローブの拡径された部位（例えば、実施形態の第１凸拡径部１２６、第２凸拡径部１２７、第３凸拡径部凸拡径部）と前記ショルダの拡径された部位（例えば、実施形態の第１凹拡径部１３２、第２凹拡径部１３３、第３凹拡径部１３４）とにより前記複数の気室が形成されてもよい。

この構成によれば、プローブの外面及びショルダの内面は、回転軸の方向において被接合部材の側から反対側へ向けてそれぞれが断続的に拡径されている。プローブの凸状に拡径された部位（以下、凸拡径部という）は、凸外周面と、凸端面と、を有する。さらに、ショルダの拡径された部位（以下、凹拡径部という）は、凹内周面と、凹端面と、を有する。例えば、凸外周面、凸端面、凹内周面、及び凹端面により気室が形成される。よって、プローブの外面とショルダの内面とが断続的に拡径されることにより、複数の気室が形成される。また、例えば、凸外周面と凹内周面とにより連通部が形成される。これにより、複数の気室と複数の連通部とにより、いわゆるラビリンス構造が形成される。

よって、被接合部材の接合の際に発生する切削屑が、複数の気室のうち接合部の側の気室に侵入して溜められる。溜められた切削屑は、連通部を経て次の気室に侵入する。
ここで、連通部は、気室よりもプローブとショルダとの距離が狭く形成されている。よって、切削屑が連通部から気室に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
さらに、凸端面は、気室のうち接合部に対向する面を形成する。よって、被接合部材の接合の際に発生する切削屑が気室に侵入して凸端面に当たり、凸端面による抵抗によって切削屑の流れを抑制できる。

この状態を複数の気室と連通部とにより繰り返すことにより、複数の連結部及び複数の凸端面により、切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、被接合部材の接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる。したがって、複数の被接合部材がプローブで接合される接合部の品質を向上させることができる。

また、プローブとショルダとを軸方向に対して相対位置を調整することにより、凸端面と凹端面との間隔を軸方向において調整できる。これにより、複数の気室の容積を調整でき、例えば、多種の被接合部材の接合に適用できる。

（３）前記プローブの端部（例えば、実施形態のプローブの端部２６ｂ）と前記ショルダの端部（例えば、実施形態のショルダの端部１４ｂ、１２４ｂ、ショルダ底部７６）との距離（例えば、実施形態の第１通路部距離Ｌ３）は、前記複数の気室のうち、最も前記接合部の側にある気室（例えば、実施形態の第１気室部１５，６４，９４，１０５，１３６，１５５，１７５）における前記プローブの外面（例えば、実施形態のプローブの外周面２６ａ、プローブ軸部の端面７１ａ）と前記ショルダの内面（例えば、実施形態の溝底面４１、ショルダ底部の内面７６ｂ、第１凹内周面１３２ｂ）との距離（例えば、実施形態の第１気室距離Ｌ１，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０）に対して小さくてもよい。

この構成によれば、プローブの端部とショルダの端部との距離を、複数の気室のうち、最も接合部の側にある気室におけるプローブの外面とショルダの内面との距離より小さくした。よって、被接合部材の接合の際に発生する切削屑が、最も接合部の側にある気室に侵入することを、プローブの端部とショルダの端部との隙間で抑制できる。これにより、被接合部材の接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを一層良好に抑制できる。

（４）本発明に係る摩擦撹拌接合方法は、（１）から（３）のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合装置による摩擦撹拌接合方法であって、前記プローブと前記ショルダとは回転数が異なるように制御される。

ここで、プローブとショルダとの回転数が異なることにより、プローブとショルダとの摩擦により発熱することが考えられる。よって、被接合部材の接合の際に発生する切削屑が、プローブとショルダとの間に隙間に侵入した場合、切削屑の流動性が高まることが考えられる。このため、プローブとショルダとの間の隙間に切削屑が浸入しやすくなり、そのことが接合部の品質に影響を与えることが考えられる。

そこで、（１）から（３）のいずれか１項に記載の摩擦撹拌工具を制御して、積層された複数の被接合部材の接合部をプローブで接合するようにした。これにより、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、プローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる。これにより、例えば、摩擦撹拌工具で複数の被接合部材を接合部で接合する際に、プローブとショルダとの回転数が異なるように制御して複数の被接合部材をプローブで接合部を接合する場合においても、接合部の品質を向上させることができる。

本発明によれば、被接合部材の接合の際に発生する切削屑がプローブとショルダとの間の隙間に侵入することを抑制できる。

本発明に係る第１実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図１のII部を拡大した断面図である。 本発明に係る第２実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図３のIＶ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第３実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図５のＶＩ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第４実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図７のＶＩＩＩ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第５実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図９のＸ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第６実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図１１のＸＩＩ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第７実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図１３のＸＩＶ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第８実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図１５のＸＶＩ部を拡大した断面図である。 本発明に係る第９実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す断面図である。 図１７のＸＩＩＩＶ部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施形態の摩擦撹拌接合装置（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）及び摩擦撹拌接合方法を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、摩擦撹拌接合装置１０は、支持用治具１２と、摩擦撹拌接合用工具１３と、ショルダ１４と、第１、第２の気室部（複数の気室）１５，１６、連通部１７と、第１、第２の通路部１８，１９と、駆動機構（図示せず）と、を備えている。
支持用治具１２には、第１ワーク（被接合部材）２１と第２ワーク（被接合部材）２２とが積層された状態に配置（載置）されている。なお、支持用治具１２のうち、第１ワーク２１が配置される面の中央部（すなわち、後述のプローブ２６に相当する部位）１２ａに、中空円筒体形状の凹部（図示せず）が設けられていてもよい。
第１ワーク２１及び第２ワーク２２としては、例えば、ＪＩＳ記号の数字が５０００番台である、いわゆる５０００系のアルミニウム合金が使用される。
第１ワーク２１と第２ワーク２２とは、支持用治具１２に積層された状態において、摩擦撹拌接合用工具１３により接合部２３で接合される。

第１実施形態では、第１ワーク２１と第２ワーク２２との２枚を積層して接合部２３を摩擦撹拌接合する例について説明するが、例えば、ワークを３枚以上積層して接合部を摩擦撹拌接合してもよい。また、第１実施形態では、第１ワーク２１と第２ワーク２２との２枚を積層して摩擦撹拌接合する例について説明するが、第１ワーク２１と第２ワーク２２とを突き合せた状態で摩擦撹拌接合してもよい。
さらに、第１実施形態では、一例として、摩擦撹拌接合装置１０を固定型に備える例について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、摩擦撹拌接合装置１０を、生産ラインに配設される多軸ロボットのアーム等に備えてもよい。

摩擦撹拌接合用工具１３は、プローブ軸部２５と、プローブ２６と、を備えている。プローブ軸部２５は、円柱状に形成され、不図示の駆動機構に連結されている。また、プローブ軸部２５のうち接合部２３の側の先端には、プローブ２６がプローブ軸部２５の回転軸２８に対して同軸上に設けられている。
プローブ２６は、プローブ軸部２５より小径の円柱状に形成されている。プローブ２６は、例えば、鋼、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金、タングステン合金、コバルト合金、チタン合金、超硬合金、セラミックス、耐熱樹脂等で形成されている。
以下、回転軸２８に対する軸方向を単に「軸方向」と略記することがある。また、プローブ２６の回転軸２８に対する径方向を単に「径方向」と略記し、プローブ２６の回転軸２８に対する周方向を単に「周方向」と略記することがある。

プローブ２６は、径方向の外側において、外周面（外周）２６ａがショルダ１４により周方向に取り囲まれている。ショルダ１４は、例えば、鋼、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金、タングステン合金、コバルト合金、チタン合金、超硬合金、セラミックス、耐熱樹脂等で形成されている。なお、プローブ２６、ショルダ１４は、同一材料でなくてもよい。

図１、図２に示すように、ショルダ１４は、例えば、軸方向に貫通する貫通孔３１が形成された円筒状の部材である。ショルダ１４は、内周面（内面）１４ａと、段部３３と、傾斜段部３４と、第１、第２の溝部（複数の溝部）３６，３７と、を有する。
内周面１４ａは、プローブ２６の外周面２６ａに対して径方向の外側に所定間隔をおいて、周方向にプローブ２６の外周面２６ａに沿って円周上に形成されている。換言すれば、内周面１４ａは、プローブ２６の回転軸２８と交差する面上で外側において、プローブ２６を取り囲むように形成されている。
すなわち、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとの間には、例えば、径方向において僅かな隙間Ｓが形成されている。ショルダ１４の貫通孔３１には、プローブ２６が軸方向へ移動可能に貫通されている。

段部３３は、ショルダ１４のうち接合部２３の側の端部１４ｂにおいて、例えば、内周面１４ａから径方向の外側に張り出され、接合部２３の反対側に凹むように環状に形成されている。
傾斜段部３４は、ショルダ１４のうち接合部２３の反対側の端部１４ｃにおいて、例えば、内周面１４ａから径方向の外側で、かつ、接合部２３から離れるように傾斜状に張り出され、接合部２３の側に凹むように円錐台状に形成されている。

ショルダ１４の内周面１４ａには、複数の溝部として、例えば、第１溝部３６と、第２溝部３７と、が形成されている。第１溝部３６は、第２溝部３７に対して接合部２３に近い側に、軸方向へ間隔をおいて形成されている。第１溝部３６は、溝底面４１と、第１溝側面４２と、第２溝側面４３と、を有する。第１実施形態では、複数の溝部として第１溝部３６及び第２溝部３７の２つの溝部を例示するが、溝部の数は任意に選択してもよい。

溝底面４１は、ショルダ１４の内周面１４ａに対して径方向の外側に所定距離をおいて、内周面１４ａに沿って円周上に形成されている。第１溝側面４２は、溝底面４１のうち、軸方向において接合部２３（すなわち、第１ワーク２１、第２ワーク２２）の反対側（接合部２３から離れた側）の周辺から内周面１４ａまで径方向の内側に向けてリング状に形成されている。第２溝側面４３は、溝底面４１のうち、軸方向において接合部２３の側（接合部２３に近い側）の周辺から内周面１４ａまで径方向の内側に向けてリング状に形成されている。
第１溝側面４２及び第２溝側面４３は、軸方向に所定間隔をおいて対向するように形成されている。すなわち、第１溝部３６は、溝底面４１、第１溝側面４２、及び第２溝側面４３により、内周面１４ａから径方向の外側に凹むように断面Ｕ字状に形成されている。

第２溝部３７は、第１溝部３６に対して接合部２３から離れた側に、軸方向へ間隔をおいて形成されている。第２溝部３７は、第１溝部３６と同様に、溝底面４５、第１溝側面４６、及び第２溝側面４７により、内周面１４ａから径方向の外側に凹むように断面Ｕ字状に形成されている。溝底面４５、第１溝側面４６、及び第２溝側面４７は、第１溝部３６の溝底面４１、第１溝側面４２、及び第２溝側面４３とそれぞれ同様に形成されている。

このように、ショルダ１４の内周面１４ａに第１溝部３６及び第２溝部３７が加工されることにより、例えば、プローブ２６が超硬合金やセラミックス等の難加工材の場合でも、第１溝部３６及び第２溝部３７を容易に加工できる。
なお、第１溝部３６及び第２溝部３７は、軸方向において任意の位置に形成してもよい。

ショルダ１４の貫通孔３１には、前述したように、プローブ２６が軸方向へ移動可能に貫通されている。この状態において、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとの間には、例えば、径方向において僅かな隙間Ｓが形成されている。
プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとの間には、複数の気室部として、例えば、第１気室部１５と、第２気室部１６と、が形成されている。

第１気室部１５は、プローブ２６の外周面２６ａと第１溝部３６とにより、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第１気室部１５は、プローブ２６の外周面（プローブの外面）２６ａと溝底面４１（ショルダの内面）との径方向の第１気室距離（距離）がＬ１に形成されている。
第２気室部１６は、プローブ２６の外周面２６ａと第２溝部３７とにより、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第２気室部１６は、プローブ２６の外周面２６ａと、第２気室部１６におけるショルダ１４の内周面（すなわち、溝底面４５）との径方向の第２気室距離がＬ２に形成されている。第１気室距離Ｌ１及び第２気室距離Ｌ２は、例えば、同じ距離に形成されている。

第１気室部１５及び第２気室部１６は、軸方向において接合部２３から離れる位置に、第１間隔をあけて順に形成されている。第１気室部１５及び第２気室部１６を軸方向に配置することにより、プローブ２６とショルダ１４との相対位置が軸方向にずれた場合でも、第１気室部１５及び第２気室部１６の容積の管理を容易にできる。すなわち、プローブ２６の位置精度の管理幅を広くでき、摩擦撹拌接合の機能を安定的に発揮できる。
また、第１気室部１５は、複数の気室部（すなわち、第１気室部１５及び第２気室部１６）のうち、最も接合部２３（プローブ２６の端部２６ｂ）の側で、かつ、最もプローブ２６の端部２６ｂの側に位置している。また、第１気室部１５は、段部３３（すなわち、貫通孔３１の下端）に対して接合部２３から離れる位置に第２間隔をあけて形成されている。さらに、第２気室部１６は、貫通孔３１の上端に対して接合部２３に近づく位置に第３間隔をあけて形成されている。

ショルダ１４の内周面１４ａのうち、第１間隔の領域１４ｄ、第２間隔の領域１４ｅ、及び第３間隔の領域１４ｆと、プローブ２６の外周面２６ａとにより、連通部１７、第１通路部１８、及び第２通路部１９が隙間Ｓにそれぞれ形成されている。
連通部１７は、第１気室部１５と第２気室部１６とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。具体的には、連通部１７は、接合部２３の側の端部が、第１気室部１５のうち第１溝側面４２の内周辺とプローブ２６の外周面２６ａとの隙間を経て第１気室部１５に連通されている。また、連通部１７は、接合部２３の反対側の端部が、第２気室部１６のうち第２溝側面４７の内周辺とプローブ２６の外周面２６ａとの隙間を経て第２気室部１６に連通されている。
連通部１７は、プローブ２６の外周面２６ａと第１間隔の領域１４ｄとの径方向の連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ１及び第２気室距離Ｌ２に対して小さく（狭く）形成されている。

第１通路部１８は、段部３３と第１気室部１５とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。具体的には、第１通路部１８は、接合部２３の側の端部が段部３３に連通されている。また、第１通路部１８は、接合部２３の反対側の端部が、第１気室部１５のうち第２溝側面４３の内周辺とプローブ２６の外周面２６ａとの隙間を経て第１気室部１５に連通されている。
第１通路部１８は、プローブ２６の外周面２６ａと第２間隔の領域１４ｅとの径方向の第１通路部距離（距離）が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。換言すれば、第１通路部１８は、プローブ２６の端部２６ｂとショルダ１４のうち接合部２３の側の端部１４ｂとにより形成されている。第１通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ１に対して小さく（狭く）形成されている。

第２通路部１９は、傾斜段部３４と第２気室部１６とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。具体的には、第２通路部１９は、接合部２３の反対側の端部が傾斜段部３４に連通されている。また、第２通路部１９は、接合部２３の側の端部が、第２気室部１６のうち第１溝側面４６の内周辺とプローブ２６の外周面２６ａとの隙間を経て第２気室部１６に連通されている。
第２通路部１９は、プローブ２６の外周面２６ａと第３間隔の領域１４ｆとの径方向の第２通路部距離が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。換言すれば、第２通路部１９は、プローブ２６のうちプローブ軸部２５の側の部位とショルダ１４のうち接合部２３の反対側の端部１４ｃとにより形成されている。第２通路部距離Ｌ３は、第２気室距離Ｌ１に対して小さく（狭く）形成されている。
すなわち、第１気室部１５及び第２気室部１６は、連通部１７、第１通路部１８、及び第２通路部１９に比べて断面積が大きく形成されている。また、第１気室部１５及び第２気室部１６は、連通部１７、第１通路部１８、及び第２通路部１９に比べて容積が大きく形成されている。

なお、第１実施形態では、複数の気室部として第１気室部１５及び第２気室部１６の２つの気室を例示するが、気室の数は任意に選択してもよい。

次に、第１実施形態の摩擦撹拌接合装置１０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図１、図２に基づいて説明する。
図１に示すように、第１ワーク２１と第２ワーク２２とを積層した状態で接合部２３を支持用治具１２に配置する。この状態において、接合部２３は、プローブ２６及びショルダ１４に対応する位置に位置する。また、プローブ２６の端部２６ｂは、ショルダ１４の端部１４ｂに対して概ね面一に配置されている。

次に、駆動機構を操作してプローブ２６及びショルダ１４を下降させて、ショルダ１４の端部１４ｂを接合部２３に対して所定距離まで接近させ、プローブ２６及びショルダ１４を矢印Ａの方向に回転軸２８に伴って回転する。
ここで、プローブ２６とショルダ１４とは回転軸２８に対する回転数が異なるように設定されている。例えば、プローブ２６がショルダ１４に対して高速回転される。
この状態において、プローブ２６及びショルダ１４をさらに接合部２３に向けて移動し、例えば、ショルダ１４の端部１４ｂを接合部２３に摺接させる。接合部２３がショルダ１４の端部１４ｂで押圧され、接合部２３が摩擦熱で軟化する。

続いて、プローブ２６の端部２６ｂをショルダ１４の端部１４ｂから接合部２３の側に突出させて接合部２３を押圧した状態において接合部２３に摺接させる。プローブ２６の端部２６ｂが摺接した接合部２３に摩擦熱が発生する。よって、接合部２３が軟化してプローブ２６が接合部２３に埋没する。これにより、摩擦撹拌接合装置１０の摩擦撹拌接合方法により、第２ワーク２２及び第１ワーク２１が接合部２３で摩擦撹拌接合される。

このように、摩擦撹拌接合装置１０による摩擦撹拌接合方法は、前述したように、プローブ２６とショルダ１４との回転数が異なるように設定され、例えば、プローブ２６がショルダ１４に対して高速回転される。よって、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとの摩擦により発熱することが考えられる。
これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１の接合部２３を摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入した場合、切削屑の流動性が摩擦熱で高まることが考えられる。このため、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに切削屑が浸入しやすくなり、そのことが接合部２３の品質に影響を与えることが考えられる。

そこで、摩擦撹拌接合装置１０によれば、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａの間に第１気室部１５と第２気室部１６とを形成し、第１気室部１５及び第２気室部１６を連通部１７で連通させた。よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、段部３３から第１通路部１８を経て第１気室部１５に矢印Ｂの如く侵入する。
第１通路部１８は、第１気室部１５の第１気室距離Ｌ１に対して第１通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。また、第１通路部１８は第１気室部１５に対して、回転軸２８に対する垂直な断面で断面積が小さく形成されている。よって、切削屑が第１通路部１８から第１気室部１５に侵入することにより、切削屑が圧力損失（圧損という場合もある）によって圧力低下する。

さらに、第１気室部１５に侵入した切削屑は、連通部１７に矢印Ｃの如く侵入する。連通部１７に侵入した切削屑は、連通部１７を経て第２気室部１６に矢印Ｄの如く侵入する。
連通部１７は、第２気室部１６の第２気室距離Ｌ２に対して連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が連通部１７から第２気室部１６に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
第２気室部１６に侵入した切削屑が第２気室部１６から第２通路部１９に矢印Ｅの如く侵入する。第２通路部１９は、第２気室部１６の第２気室距離Ｌ２に対して第２通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。

このように、第１気室部１５、連通部１７、第２気室部１６、及び第２通路部１９に切削屑を順に繰り返し侵入させることにより、例えば、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、圧損を発生させて切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１０によれば、第１通路部１８は、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ１４のうち接合部２３の側の端部１４ｂとにより形成されている。さらに、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ１４の端部１４ｂとで形成される第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１５の第１気室距離Ｌ１に対して小さく（狭く）形成されている。
よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３において摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１５に侵入することを、第１通路部１８の隙間Ｓで抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

ここで、第１気室部１５及び第２気室部１６は、溝底面４１及び溝底面４５が内周面１４ａに対して径方向の外側に離れて形成されている。また、プローブ２６及びショルダ１４の摩擦熱は、プローブ２６の外周面２６ａ及びショルダ１４の内周面１４ａに発生する。よって、溝底面４１及び溝底面４５は、摩擦熱対して径方向の外側において離れた位置に形成されている。これにより、第１気室部１５及び第２気室部１６に侵入した切削屑を、溝底面４１及び溝底面４５の側に遠心力で案内して、摩擦熱から径方向の外側に離すことができる。したがって、第１気室部１５及び第２気室部１６に侵入した切削屑の粘性を高めて流動性を抑えることができ、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに切削屑が侵入することを一層良好に抑制できる。

なお、摩擦撹拌接合装置１０の摩擦撹拌接合方法においては、プローブ２６とショルダ１４と回転数が異なるように設定され、例えば、プローブ２６がショルダ１４に対して高速回転される例について説明したが、これに限らない。その他の例として、例えば、プローブ２６とショルダ１４とを同一の回転数で回転させてもよい。この場合においても、摩擦撹拌接合装置１０によれば、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

次に、本発明に係る第２実施形態から第９実施形態の摩擦撹拌接合装置を、図３から図１８を参照して説明する。なお、第２実施形態及び第９実施形態においては、第１実施形態の構成と同一、類似の構成については同じ符号を付して、その説明を省略し、異なる点について説明する。

（第２実施形態）
図３、図４に示すように、摩擦撹拌接合装置６０は、主に、第１実施形態の第１、第２の気室部１５，１６、及び連通部１７を第１、第２の気室部（複数の気室）６４，６５、及び連通部６６に代えたものである。第１実施形態の第１気室部１５、第２気室部１６、及び連通部１７は、軸方向に配置されている。一方、第２実施形態の第１気室部６４、第２気室部６５、及び連通部６６は、径方向に配置されている。

摩擦撹拌接合装置６０は、支持用治具１２と、摩擦撹拌接合用工具６２と、ショルダ６３と、第１、第２の気室部６４，６５と、連通部６６と、第１、第２の通路部６７，６８と、駆動機構（図示せず）と、を備えている。

摩擦撹拌接合用工具６２は、プローブ軸部７１と、プローブ２６と、を備えている。プローブ軸部７１は、接合部２３の側の端面（プローブ２６の外面）７１ａに環状の溝部７３が形成されている。溝部７３は、溝内上面７３ｂと、溝内側面７３ａと、溝外側面７３ｃと、を有する。溝部７３は、溝内上面７３ｂ、溝内側面７３ａ、及び溝外側面７３ｃにより、プローブ軸部７１の端面（プローブの外面）７１ａから接合部２３の反対側に向けて凹むように断面Ｕ字状に形成されている。
プローブ２６及びプローブ軸部７１は、径方向の外側において、プローブ２６の外周面（外周）２６ａ及びプローブ軸部７１の外周面７１ｂがショルダ６３により周方向に取り囲まれている。

ショルダ１４は、例えば、ショルダ筒部７５と、ショルダ底部（ショルダ６３のうち接合部２３の側の端部）７６と、を有する。ショルダ筒部７５は、円筒状に形成されて筒部内周面７５ａが、プローブ軸部７１の外周面７１ｂに対して、例えば、径方向において僅かな隙間Ｓをあけて形成されている。ショルダ底部７６は、ショルダ筒部７５のうち接合部２３の側の端部において円板状に形成され、中央に貫通孔７８が形成されている。
ショルダ底部７６は、底部内周面（すなわち、ショルダの内面）７６ａと、段部３３と、凸部８１と、を有する。底部内周面７６ａは、プローブ２６の外周面２６ａに対して、例えば、径方向において僅かな隙間Ｓをあけて形成されている。
すなわち、摩擦撹拌接合用工具６２（すなわち、プローブ軸部７１及びプローブ２６）は、ショルダ６３に軸方向へ移動可能に貫通されている。

凸部８１は、ショルダ底部７６のうち、プローブ軸部７１の端面７１ａに対向する内面（ショルダの内面）７６ｂから溝部７３に向けて環状に突出されている。凸部８１は、凸頂面８１ａと、凸内側面８１ｂと、及び凸外側面８１ｃと、を有する。
このように、ショルダ底部７６に凸部８１が加工されることにより、例えば、プローブ軸部７１が超硬合金やセラミックス等の難加工材の場合でも、凸部８１を容易に加工できる。

凸頂面８１ａは、溝部７３の溝内上面７３ｂに対して軸方向に僅かな隙間Ｓをあけて配置されている。凸内側面８１ｂは、溝部７３の溝内側面７３ａに対して径方向に僅かな隙間Ｓをあけて配置されている。凸外側面８１ｃは、溝部７３の溝外側面７３ｃに対して径方向に僅かな隙間Ｓをあけて配置されている。
以上説明したように、プローブ２６の外面（具体的には、プローブ軸部７１の端面７１ａ）と、ショルダ６３の内面（具体的には、ショルダ底部７６の内面７６ｂ）との間には、第１気室部６４と、第２気室部６５と、が形成されている。

第１気室部６４は、プローブ２６の外周面２６ａ、プローブ軸部７１の端面７１ａ、凸部８１の凸内側面８１ｂ、及びショルダ底部７６の内面７６ｂにより、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第１気室部６４は、プローブ軸部７１の端面７１ａ（プローブの外面）とショルダ底部７６の内面７６ｂ（ショルダの内面）との軸方向の第１気室距離（距離）がＬ４に形成されている。
第２気室部６５は、凸部８１の凸外側面８１ｃ、プローブ軸部７１の端面７１ａ、ショルダ筒部７５の筒部内周面７５ａ、及びショルダ底部７６の内面７６ｂにより、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第２気室部６５は、プローブ軸部７１の端面７１ａとショルダ底部７６の内面７６ｂとの軸方向の第２気室距離がＬ５に形成されている。

第１気室部６４及び第２気室部６５は、径方向においてプローブ２６から離れる位置に、第１間隔をあけて順に形成されている。すなわち、第１気室部６４は、複数の気室部（すなわち、第１気室部６４及び第２気室部６５）のうち、最もプローブ２６の端部２６ｂの側に位置している。また、第１気室部６４は、段部３３（すなわち、貫通孔７８の下端）に対して接合部２３から軸方向に離れる位置に第２間隔をあけて形成されている。さらに、第２気室部６５は、第１気室部６４に対して径方向の外側に第１間隔をあけて形成されている。

ショルダ底部７６の底部内周面７６ａとプローブ２６の外周面２６ａとにより、第１通路部６７が隙間Ｓに形成されている。溝部７３と凸部８１とにより、連通部６６が隙間Ｓで、かつ、断面Ｕ字状に形成されている。プローブ軸部７１の外周面７１ｂとショルダ筒部７５の筒部内周面７５ａとにより、第２通路部６８が隙間Ｓに形成されている。
連通部６６は、第１気室部６４と第２気室部６５とを隙間Ｓにより概ね径方向に連通させている。連通部６６が断面Ｕ字状に形成されることにより、第１気室部６４、連通部６６、及び第２気室部６５がラビリンス状に形成されている。
連通部６６は、溝部７３と凸部８１との連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ４及び第２気室距離Ｌ５に対して小さく（狭く）形成されている。

第１通路部６７は、段部３３と第１気室部６４とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第１通路部６７は、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ底部７６の底部内周面７６ａとの径方向の第１通路部距離（距離）が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第１通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ４に対して小さく（狭く）形成されている。また、第１気室部６４は、回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも大きく（広く）形成されている。
第２通路部６８は、ショルダ６３の外部と第２気室部６５とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第２通路部６８は、プローブ軸部７１の外周面７１ｂとショルダ筒部７５の筒部内周面７５ａとの径方向の第２通路部距離が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第２通路部距離Ｌ３は、第２気室距離Ｌ５に対して小さく（狭く）形成されている。
すなわち、第１気室部６４及び第２気室部６５は、連通部６６、第１通路部６７、及び第２通路部６８に比べて断面積が大きく形成されている。また、第１気室部６４及び第２気室部６５は、連通部６６、第１通路部６７、及び第２通路部６８に比べて容積が大きく形成されている。

なお、第２実施形態では、複数の気室部として第１気室部６４及び第２気室部６５の２つの気室を例示するが、気室の数は任意に選択してもよい。

次に、第２実施形態の摩擦撹拌接合装置６０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図３、図４に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置６０によれば、プローブ２６の外面とショルダ６３の内面との間に第１気室部６４と第２気室部６５とを形成し、第１気室部６４及び第２気室部６５を連通部６６で連通させた。よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、段部３３から第１通路部６７を経て第１気室部６４に矢印Ｆの如く侵入して溜められる。
第１通路部６７は、第１気室部６４の第１気室距離Ｌ４に対して第１通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。また、第１気室部６４は、回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも広く形成されている。よって、切削屑が第１通路部６７から第１気室部６４に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。

さらに、第１気室部６４に溜められた切削屑は、連通部６６に矢印Ｇの如く侵入する。連通部６６に侵入した切削屑は、連通部６６を経て第２気室部６５に矢印Ｈの如く侵入して溜められる。
連通部６６は、第２気室部６５の第２気室距離Ｌ５に対して連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、第１気室部６４に溜められた切削屑が連通部６６から第２気室部６５に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
第２気室部６５に溜められた切削屑が第２気室部６５から第２通路部６８に矢印Ｉの如く侵入する。第２通路部６８は、第２気室部６５の第２気室距離Ｌ５に対して第２通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。

このように、第１気室部６４、連通部６６、第２気室部６５、及び第２通路部６８に切削屑を順に繰り返し侵入させることにより、例えば、第１実施形態のように摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、圧損を発生させて切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置６０によれば、第１通路部６７は、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ底部７６（すなわち、ショルダ６３の端部）とにより形成されている。さらに、プローブ２６の端部２６ｂと、底部内周面７６ａとで形成される第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部６４の第１気室距離Ｌ４に対して小さく（狭く）形成されている。
よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３において摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部６４に侵入することを、第１通路部６７の隙間Ｓで抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

ここで、切削屑は、第１通路部６７から第１気室部６４に矢印Ｆの如く軸方向に侵入する。第１気室部６４に溜められた切削屑は、第１気室部６４から連通部６６に侵入し、連通部６６において軸方向から径方向に矢印Ｇの如く侵入方向が異なるように導かれる。よって、第１気室部６４に侵入した切削屑を、第１気室部６４においてプローブ軸部７１の端面７１ａに当て、第１気室部６４に溜めることができる。

また、連通部６６に侵入した切削屑は、連通部６６を経て第２気室部６５に矢印Ｈの如く侵入して溜められる。第２気室部６５に溜められた切削屑は、第２気室部６５から第２通路部６８に矢印Ｉの如く、第２気室部６５の侵入方向に対して異なる侵入方向（すなわち、逆向きの軸方向）で導かれる。よって、第２気室部６５に侵入した切削屑を、第２気室部６５においてショルダ底部７６の内面７６ｂに当て、第２気室部６５に溜めることができる。
これにより、第１気室部６４及び第２気室部６５に切削屑が満たされるまで、第１気室部６４及び第２気室部６５から切削屑を連通部６６及び第２通路部６８にそれぞれ侵入し難くできる。したがって、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに切削屑が侵入することを一層良好に抑制できる。

（第３実施形態）
図５、図６に示すように、摩擦撹拌接合装置９０は、主に、第２実施形態のプローブ軸部７１の端面７１ａから環状の溝部７３を除去し、第２実施形態のショルダ底部７６の内面７６ｂに、凸部８１に加えて段差部９２を形成したものである。
ショルダ底部７６に凸部８１や段差部９２が加工されることにより、例えば、プローブ軸部７１が超硬合金やセラミックス等の難加工材の場合でも、凸部８１や段差部９２を容易に加工できる。

第３実施形態の第１気室部９４、連通部９６、及び第２気室部９５は、第２実施形態の第１気室部６４、連通部６６、及び第２気室部６５と同様に、径方向の外側に向けて順に配置されている。
第１気室部９４は、第１気室距離（距離）がＬ６に形成されている。第２気室部９５は、第２気室距離がＬ７に形成されている。連通部９６は、プローブ軸部７１の端面７１ａと凸部８１との軸方向の連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ６及び第２気室距離Ｌ７に対して小さく（狭く）形成されている。

第１通路部９７は、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ底部７６の底部内周面７６ａとの径方向の第１通路部距離（距離）が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第１通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ６に対して小さく（狭く）形成されている。また、第１気室部９４は、回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも大きく（広く）形成されている。
第２通路部９８は、プローブ軸部７１の端面７１ａと段差部９２との軸方向の第２通路部距離が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第２通路部距離Ｌ３は、第２気室距離Ｌ７に対して小さく（狭く）形成されている。
すなわち、第１気室部９４及び第２気室部９５は、連通部９６、第１通路部９７、及び第２通路部９８に比べて断面積が大きく形成されている。また、第１気室部９４及び第２気室部９５は、連通部９６、第１通路部９７、及び第２通路部９８に比べて容積が大きく形成されている。

次に、第３実施形態の摩擦撹拌接合装置９０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図５、図６に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置９０によれば、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、段部３３から第１通路部９７を経て第１気室部９４に矢印の如く侵入して溜められる。
第１通路部９７は、第１気室部９４の第１気室距離Ｌ６に対して第１通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。また、第１気室部９４は、回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも広く形成されている。よって、切削屑が第１通路部９７から第１気室部９４に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。

さらに、第１気室部９４に溜められた切削屑は、連通部９６に矢印の如く侵入する。連通部９６に侵入した切削屑は、連通部９６を経て第２気室部９５に矢印の如く侵入して溜められる。
連通部９６は、第２気室部９５の第２気室距離Ｌ７に対して連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が連通部９６から第２気室部９５に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
第２気室部９５に溜められた切削屑が第２気室部９５から第２通路部９８に矢印の如く侵入する。第２通路部９８は、第２気室部９５の第２気室距離Ｌ７に対して第２通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。

このように、第１気室部９４、連通部９６、第２気室部９５、及び第２通路部９８に切削屑を順に繰り返し侵入させることにより、例えば、第２実施形態のように摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、圧損を発生させて切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置９０によれば、第１通路部９７は、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ底部７６（すなわち、ショルダ６３の端部）とにより形成されている。さらに、プローブ２６の端部２６ｂと、底部内周面７６ａとで形成される第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部９４の第１気室距離Ｌ６に対して小さく（狭く）形成されている。
よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３において摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部９４に侵入することを、第１通路部９７の隙間Ｓで抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

ここで、切削屑は、第１通路部９７から第１気室部９４に矢印の如く軸方向に侵入する。第１気室部９４に溜められた切削屑は、第１気室部９４から連通部９６に矢印の如く径方向に侵入方向が異なるように導かれる。よって、第１気室部９４に侵入した切削屑を、第１気室部９４においてプローブ軸部７１の端面７１ａに当て、第１気室部６４に溜めることができる。
これにより、第１気室部９４に切削屑が満たされるまで、第１気室部から切削屑を連通部９６に侵入し難くできる。したがって、プローブ２６とショルダ１２４との間の隙間Ｓに切削屑が侵入することを一層良好に抑制できる。

（第４実施形態）
図７、図８に示すように、摩擦撹拌接合装置１００は、主に、第２実施形態のプローブ軸部７１の端面７１ａから環状の溝部７３を除去し、第２実施形態の凸部８１を第１凸部１０２及び第２凸部１０３に代えたものである。
ショルダ底部７６に第１凸部１０２及び第２凸部１０３が加工されることにより、例えば、プローブ軸部７１が超硬合金やセラミックス等の難加工材の場合でも、第１凸部１０２及び第２凸部１０３を容易に加工できる。

第４実施形態の第１気室部１０５、連通部１０７、及び第２気室部１０６は、第２実施形態の第１気室部６４、連通部６６、及び第２気室部６５と同様に、径方向の外側に向けて順に配置されている。

第１凸部１０２は、ショルダ底部７６の内面７６ｂにおいて、径方向の内周端７６ｃからプローブ軸部７１の端面７１ａに向けて環状に突出されている。第２凸部１０３は、ショルダ底部７６の内面７６ｂにおいて、第１凸部１０２に対して径方向の外側の部位７６ｄからプローブ軸部７１の端面７１ａに向けて環状に突出されている。
第１気室部１０５は、第１気室距離（距離）がＬ８に形成されている。第２気室部１０６は、第２気室距離がＬ９に形成されている。連通部１０７は、プローブ軸部７１の端面７１ａと第２凸部１０３との軸方向の連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ８及び第２気室距離Ｌ９に対して小さく（狭く）形成されている。

第１通路部１０８は、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ底部７６の底部内周面７６ａとの径方向の距離、及びプローブ軸部７１の端面７１ａと第１凸部１０２との軸方向の距離が、それぞれ第１通路部距離（距離）に形成されている。すなわち、第１通路部１０８は、プローブ２６の端部２６ｂとショルダ底部７６（すなわち、ショルダ６３の端部）とにより形成される部位を有している。第１通路部距離は、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第１通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ８に対して小さく（狭く）形成されている。
第２通路部１０９は、プローブ軸部７１の外周面７１ｂとショルダ筒部７５の筒部内周面７５ａとの径方向の第２通路部距離が、連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第２通路部距離Ｌ３は、第２気室距離Ｌ９に対して小さく（狭く）形成されている。
すなわち、第１気室部１０５及び第２気室部１０６は、連通部１０７、第１通路部１０８、及び第２通路部１０９に比べて断面積が大きく形成されている。また、第１気室部１０５及び第２気室部１０６は、連通部１０７、第１通路部１０８、及び第２通路部１０９に比べて容積が大きく形成されている。

次に、第４実施形態の摩擦撹拌接合装置１００の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図７、図８に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置１００によれば、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、段部３３から第１通路部１０８を経て第１気室部１０５に矢印の如く侵入して溜められる。
第１通路部１０８は、第１気室部１０５の第１気室距離Ｌ８に対して第１通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が第１通路部１０８から第１気室部１０５に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。

さらに、第１気室部１０５に溜められた切削屑は、連通部１０７に矢印の如く侵入する。連通部１０７に侵入した切削屑は、連通部１０７を経て第２気室部１０６に矢印の如く侵入して溜められる。
連通部１０７は、第２気室部１０６の第２気室距離Ｌ９に対して連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が連通部１０７から第２気室部１０６に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
第２気室部１０６に溜められた切削屑が第２気室部１０６から第２通路部１０９に矢印の如く侵入する。第２通路部１０９は、第２気室部１０６の第２気室距離Ｌ９に対して第２通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。

このように、第１気室部１０５、連通部１０７、第２気室部１０６、及び第２通路部１０９に切削屑を順に繰り返し侵入させることにより、例えば、第２実施形態のように摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、圧損を発生させて切削屑の流れを十分に抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１００によれば、第１通路部１０８は、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ底部７６（すなわち、ショルダ６３の端部）とにより形成される部位を有している。さらに、プローブ２６の端部２６ｂと、底部内周面７６ａとで形成される第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１０５の第１気室距離Ｌ８に対して小さく（狭く）形成されている。
よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３において摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１０５に侵入することを、第１通路部１０８の隙間Ｓで抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

ここで、摩擦撹拌接合装置１００によれば、第１凸部１０２がショルダ底部７６の内周端７６ｃからプローブ軸部７１の端面７１ａに向けて環状に突出されている。よって、第１通路部１０８は、プローブ２６の外周面２６ａに沿って軸方向に大きく形成されている。これにより、第１通路部１０８に侵入した切削屑を、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ底部７６の底部内周面７６ａとの摩擦熱の近傍に配置できる。したがって、切削屑を好適な高温に保つことにより切削屑の固着を抑制できる。この結果、プローブ２６とショルダ６３との分解を伴うメンテナンスを容易にできる。

（第５実施形態）
図９、図１０に示すように、摩擦撹拌接合装置１２０は、プローブ軸部（プローブ）１２３の外周面（外面）１２３ａ及びショルダ１２４の内周面（内面）１２４ａが、軸方向において接合部２３の側から反対側へ向けて断続的に拡径されたものである。

プローブ軸部１２３は、接合部２３の側の端部１２３ｂにおける外周面１２３ａに、第１凸拡径部１２６と、第２凸拡径部１２７と、第３凸拡径部１２８と、を有する。第１凸拡径部１２６、第２凸拡径部１２７、及び第３凸拡径部１２８は、接合部２３の側から反対側へ向けて断続的に拡径されている。

具体的には、第１凸拡径部１２６は、プローブ２６の外周面２６ａに対して径方向の外側に凸状に拡径されている。第１凸拡径部１２６は、第１凸端面１２６ａと、第１凸外周面１２６ｂと、を有する。第２凸拡径部１２７は、第１凸外周面１２６ｂに対して径方向の外側に凸状に拡径されている。第２凸拡径部１２７は、第２凸端面１２７ａと、第２凸外周面１２７ｂと、を有する。第３凸拡径部１２８は、第２凸外周面１２７ｂに対して径方向の外側に凸状に拡径されている。第３凸拡径部１２８は、第３凸端面１２８ａと、第３凸外周面１２８ｂと、を有する。第３凸外周面１２８ｂは、プローブ軸部１２３の外周面１２３ａの一部を形成する部位である。

ショルダ１２４は、貫通孔１３１が貫通されることにより内周面１２４ａを有する。さらに、ショルダ１２４は、内周面１２４ａに形成された、第１凹拡径部１３２と、第２凹拡径部１３３と、第３凹拡径部１３４と、を有する。第１凹拡径部１３２、第２凹拡径部１３３、及び第３凹拡径部１３４は、接合部２３の側から反対側へ向けて断続的に拡径されている。

具体的には、第１凹拡径部１３２は、ショルダ１２４の内周面１２４ａに対して径方向の外側に拡径されている。第１凹拡径部１３２は、第１凹端面１３２ａと、第１凹内周面１３２ｂと、を有する。第２凹拡径部１３３は、第１凹内周面１３２ｂに対して径方向の外側に拡径されている。第２凹拡径部１３３は、第２凹端面１３３ａと、第２凹内周面１３３ｂと、を有する。第３凹拡径部１３４は、第２凹内周面１３３ｂに対して径方向の外側に拡径されている。第３凹拡径部１３４は、第３凹端面１３４ａと、第３凹内周面１３４ｂと、を有する。

ショルダ１２４の貫通孔１３１に摩擦撹拌接合用工具１２２のプローブ２６が貫通されている。摩擦撹拌接合用工具１２２のプローブ軸部１２３は、第１凸拡径部１２６、第２凸拡径部１２７、及び第３凸拡径部１２８がショルダ１２４の第１凹拡径部１３２、第２凹拡径部１３３、及び第３凹拡径部１３４にそれぞれ嵌合されている。

第１凸拡径部１２６が第１凹拡径部１３２に嵌合された状態において、プローブ２６の外周面２６ａ、第１凸端面１２６ａ、第１凹内周面１３２ｂ、及び第１凹端面１３２ａにより第１気室部１３６が形成されている。第１気室部１３６は、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。
第１気室部１３６は、プローブ２６の外周面（プローブの外面）２６ａと第１凹内周面（ショルダの内面）１３２ｂとの径方向の第１気室距離（距離）がＬ１０に形成されている。また、第１気室部１３６は、第１凸端面１２６ａと第１凹端面１３２ａとの軸方向の距離がＨ１に形成されている。

第２凸拡径部１２７が第２凹拡径部１３３に嵌合された状態において、第１凸外周面１２６ｂ、第２凸端面１２７ａ、第２凹内周面１３３ｂ、及び第２凹端面１３３ａにより第２気室部１３７が形成されている。第２気室部１３７は、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第２気室部１３７は、第１気室部１３６に対して軸方向において接合部２３から離れる側に位置し、かつ第１気室部１３６に対して径方向の外側に形成されている。
第２気室部１３７は、第１凸外周面１２６ｂと、第２気室部１３７におけるショルダ１２４の内周面（すなわち、第２凹内周面１３３ｂ）との径方向の第２気室距離がＬ１１に形成されている。また、第２気室部１３７は、第２凸端面１２７ａと第２凹端面１３３ａとの軸方向の距離がＨ２に形成されている。

第３凸拡径部１２８が第３凹拡径部１３４に嵌合された状態において、第２凸外周面１２７ｂ、第３凸端面１２８ａ、第３凹内周面１３４ｂ、及び第３凹端面１３４ａにより第３気室部１３８が形成されている。第３気室部１３８は、断面矩形状で、かつ、中空の環状に形成されている。第３気室部１３８は、第２気室部１３７に対して軸方向において接合部２３から離れる側に位置し、かつ第２気室部１３７に対して径方向の外側に形成されている。
第３気室部１３８は、第２凸外周面１２７ｂと、第３気室部１３８におけるショルダ１２４の内周面（すなわち、第３凹内周面１３４ｂ）との径方向の第３気室距離がＬ１２に形成されている。また、第３気室部１３８は、第３凸端面１２８ａと第３凹端面１３４ａとの軸方向の距離がＨ３に形成されている。

このように、第１凸拡径部１２６、第２凸拡径部１２７、及び第３凸拡径部１２８が第１凹拡径部１３２、第２凹拡径部１３３、及び第３凹拡径部１３４に嵌合される。これにより、プローブ軸部１２３の外周面１２３ａとショルダの内周面１２４ａとの間に、複数の気室として第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８が軸方向において断続的に形成されている。
第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８を軸方向に断続的に配置することにより、プローブ軸部１２３とショルダ１２４との相対位置が軸方向にずれた場合でも、各気室部１３６，１３７，１３８の容積の管理を容易にできる。すなわち、プローブ軸部１２３（摩擦撹拌接合用工具１２２）の位置精度の管理幅を広くでき、摩擦撹拌接合の機能を安定的に発揮できる。

さらに、摩擦撹拌接合用工具１２２とショルダ１２４との相対位置を回転軸２８の軸方向に対して調整することにより、第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８の各距離Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を調整できる。これにより、第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８の容積を調整できる。これにより、摩擦撹拌接合装置１２０によれば、例えば、多種の第１ワーク２１及び第２ワーク２２に対して、プローブ２６による摩擦撹拌接合を適用できる。

また、第１凸外周面１２６ｂと第１凹内周面１３２ｂとにより第１連通部（連通室）１４１が形成されている。第１連通部１４１は、第１気室部１３６と第２気室部１３７とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第１連通部１４１は、第１凸外周面１２６ｂと第１凹内周面１３２ｂとの径方向の第１連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ１０及び第２気室距離Ｌ１１に対して小さく（狭く）形成されている。

さらに、第２凸外周面１２７ｂと第２凹内周面１３３ｂとにより第２連通部（連通室）１４２が形成されている。第２連通部１４２は、第２気室部１３７と第３気室部１３８とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第２連通部１４２は、第２凸外周面１２７ｂと第２凹内周面１３３ｂとの径方向の第２連通部距離（距離）がＬ３に形成されている。連通部距離Ｌ３は、第２気室距離Ｌ１１及び第３気室距離Ｌ１２に対して小さく（狭く）形成されている。

また、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１２４の内周面１２４ａとにより第１通路部１４３が形成されている。第１通路部１４３は、段部３３と第１気室部１３６とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第１通路部１４３は、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１２４の内周面１２４ａとの径方向の第１通路部距離（距離）が、第１連通部距離及び第２連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第１通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ１０に対して小さく（狭く）形成されている。

さらに、第３凸外周面１２８ｂと第３凹内周面１３４ｂとにより第２通路部１４４が形成されている。第２通路部１４４は、ショルダ１２４の外部と第３気室部１３８とを隙間Ｓにより軸方向に連通させている。第２通路部１４４は、第３凸外周面１２８ｂと第３凹内周面１３４ｂとの径方向の第２通路部距離が、第１連通部距離及び第２連通部距離と同様にＬ３に形成されている。第２通路部距離Ｌ３は、第１気室距離Ｌ１２に対して小さく（狭く）形成されている。
すなわち、第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８は、第１連通部１４１、第２連通部１４２、第１通路部１４３、及び第２通路部１４４に比べて断面積が大きく形成されている。また、第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８は、第１連通部１４１、第２連通部１４２、第１通路部１４３、及び第２通路部１４４に比べて容積が大きく形成されている。
第１通路部１４３、第１気室部１３６、第１連通部１４１、第２気室部１３７、第２連通部１４２、第３気室部１３８、及び第２通路部１４４により、いわゆる、ラビリンス構造が形成されている。

次に、第５実施形態の摩擦撹拌接合装置１２０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ１２４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図９、図１０に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置１２０によれば、プローブ軸部１２３の外周面１２３ａとショルダ１２４の内周面１２４ａとの間に第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８とを形成した。さらに、第１気室部１３６及び第２気室部１３７を第１連通部１４１で連通させ、第２気室部１３７及び第３気室部１３８を第２連通部１４２で連通させた。

よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、段部３３から第１通路部１４３を経て第１気室部１３６に矢印Ｊの如く侵入して溜められる。
第１通路部１４３は、第１気室部１３６の第１気室距離Ｌ１０に対して第１通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が第１通路部１４３から第１気室部１３６に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。

また、第１気室部１３６に溜められた切削屑は、第１連通部１４１に矢印Ｋの如く侵入する。第１連通部１４１に侵入した切削屑は、第１連通部１４１を経て第２気室部１３７に矢印Ｋの如く侵入して溜められる。
第１連通部１４１は、第２気室部１３７の第２気室距離Ｌ１１に対して連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が第１連通部１４１から第２気室部１３７に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。

さらに、第２気室部１３７に溜められた切削屑が第２気室部１３７から第２連通部１４２に矢印Ｌの如く侵入する。第２連通部１４２に侵入した切削屑は、第２連通部１４２を経て第３気室部１３８に矢印Ｌの如く侵入して溜められる。
第２連通部１４２は、第３気室部１３８の第３気室距離Ｌ１２に対して第２連通部距離Ｌ３が小さく形成されている。よって、切削屑が第２連通部１４２から第３気室部１３８に侵入することにより、切削屑が圧力損失によって圧力低下する。
加えて、第３気室部１３８に溜められた切削屑が第３気室部１３８から第２通路部１４４に矢印Ｍの如く侵入する。第２通路部１４４は、第３気室部１３８の第３気室距離Ｌ１２に対して第２通路部距離Ｌ３が小さく形成されている。

このように、第１気室部１３６、第１連通部１４１、第２気室部１３７、第２連通部１４２、第３気室部１３８、及び第２通路部１４４に切削屑が順に繰り返し侵入する。よって、例えば、第１実施形態のように摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、圧損を発生させて切削屑の流れを十分に抑制できる。
さらに、第１凸端面１２６ａ、第２凸端面１２７ａ、及び第３凸端面１２８ａは、接合部２３に対向する面である。よって、第１気室部１３６、第２気室部１３７、及び第３気室部１３８に侵入した切削屑が各凸端面１２６ａ，１２７ａ，１２８ａに当たり、各凸端面１２６ａ，１２７ａ，１２８ａによる抵抗によって切削屑の流れが抑制される。
加えて、第１通路部１４３、第１気室部１３６、第１連通部１４１、第２気室部１３７、第２連通部１４２、第３気室部１３８、及び第２通路部１４４によりラビリンス構造が形成されている。よって、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、切削屑の流れを一層十分に抑制できる。

これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１２４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１２０によれば、第１通路部１４３は、プローブ２６の端部２６ｂと、ショルダ１２４の端部１２４ｂとにより形成されている。さらに、プローブ２６の外周面２６ａと、ショルダ１２４の内周面１２４ａとで形成される第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１３６の第１気室距離Ｌ１０に対して小さく（狭く）形成されている。
よって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３において摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１３６に侵入することを、第１通路部１４３の隙間Ｓで抑制できる。これにより、第２ワーク２２及び第１ワーク２１を接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１２４との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を一層良好に向上させることができる。

（第６実施形態）
図１１、図１２に示すように、摩擦撹拌接合装置１５０は、第１実施形態の第１溝部３６及び第２溝部３７に代えて、プローブ２６の外周面２６ａに第１溝部１５２及び第２溝部１５３に形成したもので、その他の構成は第１実施形態と概ね同様である。
摩擦撹拌接合装置１５０は、第１実施形態の第１気室部１５、第２気室部１６、連通部１７、第１通路部１８、及び第２通路部１９と同様に、第１気室部１５５、第２気室部１５６、連通部１７、第１通路部１８、及び第２通路部１９を備えている。

摩擦撹拌接合装置１５０によれば、プローブ２６の外周面２６ａに第１溝部１５２及び第２溝部１５３を形成できるので、外周加工で対応できる。よって、ショルダ１４の内周面１４ａに溝部を内周加工する場合に比べて、プローブ２６の外周面２６ａに第１溝部１５２及び第２溝部１５３を容易に形成できる。
これにより、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとの間に第１気室部１５５及び第２気室部１５６（複数の気室）を容易に形成できる。

また、第１気室部１５５及び第２気室部１５６は軸方向に配置されている。これにより、プローブ２６とショルダ１４との相対位置が軸方向にずれた場合でも、第１気室部１５５及び第２気室部１５６の容積の管理を容易にできる。すなわち、プローブ２６の位置精度の管理幅を広くでき、摩擦撹拌接合の機能を安定的に発揮できる。

次に、第６実施形態の摩擦撹拌接合装置１５０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図１１、図１２に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置１５０の摩擦撹拌接合方法によれば、第１実施形態の摩擦撹拌接合方法と同様に、第１気室部１５５、連通部１７、第２気室部１５６、及び第２通路部１９に切削屑が矢印の如く順に繰り返し侵入する。よって、例えば、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、切削屑の流れを十分に抑制できる。
これにより、摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１５０によれば、第１通路部１８の第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１５５の第１気室距離Ｌ１に対して小さく（狭く）形成されている。よって、接合部２３における摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１５５に侵入することを、第１通路部１８の隙間Ｓで抑制できる。
これにより、接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。

（第７実施形態）
図１３、図１４に示すように、摩擦撹拌接合装置１７０は、第３実施形態の凸部８１及び段差部９２でショルダ底部７６に形成した溝部に代えて、プローブ軸部（プローブ）２５の端面（外面）２５ａに第１溝部１７２及び第２溝部１７３に形成したものである。
摩擦撹拌接合装置１７０は、第３実施形態の第１気室部９４、第２気室部９５、連通部９６、第１通路部９７、及び第２通路部９８と同様に、第１気室部１７５、第２気室部１７６、連通部９６、第１通路部９７、及び第２通路部９８を備えている。

摩擦撹拌接合装置１７０によれば、プローブ軸部２５の端面２５ａに第１溝部１７２及び第２溝部１７３を形成できるので、外面加工で対応できる。よって、ショルダ底部７６の内面（ショルダの内面）７６ｂに溝部を内面加工する場合に比べて、プローブ軸部２５の端面２５ａに第１溝部１７２及び第２溝部１７３を容易に形成できる。
これにより、プローブ軸部２５の端面２５ａとショルダ底部７６の内面７６ｂとの間に第１気室部１７５及び第２気室部１７６（複数の気室）を容易に形成できる。

次に、第７実施形態の摩擦撹拌接合装置１７０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図１３、図１４に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置１７０の摩擦撹拌接合方法によれば、第１実施形態の摩擦撹拌接合方法と同様に、第１気室部１７５、連通部９６、第２気室部１７６、及び第２通路部９８に切削屑が矢印の如く順に繰り返し侵入する。よって、例えば、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、切削屑の流れを十分に抑制できる。
これにより、摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１７０によれば、第１通路部９７の第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１７５の第１気室距離Ｌ６に対して小さく（狭く）形成されている。また、第１気室部１７５は回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも広く形成されており、切削屑が第１通路部９７から第１気室部１７５に侵入した際に、圧損が発生する。よって、接合部２３における摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１７５に侵入することを、第１通路部９７の隙間Ｓで抑制できる。
これにより、接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。

（第８実施形態）
図１５、図１６に示すように、摩擦撹拌接合装置１９０は、第７実施形態のプローブ軸部２５の端面２５ａにおいて外周部に第３溝部１９２を形成したもので、その他の構成は第７実施形態と概ね同様である。
すなわち、摩擦撹拌接合装置１９０は、第７実施形態の第１気室部１７５、第２気室部１７６、連通部９６、第１通路部９７、及び第２通路部９８に加えて、第３気室部１９４、及び連通部１９５を備えている。

摩擦撹拌接合装置１９０によれば、第７実施形態と同様に、プローブ軸部２５の端面２５ａに第１溝部１７２、第２溝部１７３、及び第３溝部１９２を形成できるので、外面加工で対応できる。よって、プローブ軸部２５の端面２５ａに第１溝部１７２、第２溝部１７３、及び第３溝部１９２を容易に形成できる。
これにより、プローブ軸部２５の端面２５ａとショルダ底部７６の内面７６ｂとの間に第１気室部１７５、第２気室部１７６、及び第３気室部１９４（複数の気室）を容易に形成できる。

次に、第８実施形態の摩擦撹拌接合装置１９０の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図１５、図１６に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置１９０の摩擦撹拌接合方法によれば、第７実施形態の摩擦撹拌接合方法と同様に、第１気室部１７５、連通部９６、第２気室部１７６、連通部１９５、第３気室部１９４、及び第２通路部９８に切削屑が矢印の如く順に繰り返し侵入する。よって、例えば、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、切削屑の流れを十分に抑制できる。
これにより、摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置１９０によれば、第１通路部９７の第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１７５の第１気室距離Ｌ６に対して小さく（狭く）形成されている。また、第１気室部１７５は回転軸２８に対して垂直な断面で第１通路部距離Ｌ３よりも広く形成されており、切削屑が第１通路部９７から第１気室部１７５に侵入した際に、圧損が発生する。よって、接合部２３における摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１７５に侵入することを、第１通路部９７の隙間Ｓで抑制できる。
これにより、接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ６３との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。

（第９実施形態）
図１７、図１８に示すように、摩擦撹拌接合装置２００は、プローブ２６の外周面２６ａに第６実施形態の第１溝部１５２を形成し、ショルダ１４の内周面１４ａに第１実施形態の第２溝部３７を形成したものである。
摩擦撹拌接合装置２００は、第１実施形態や第６実施形態と概ね同様に、軸方向において、接合部２３の側から接合部２３の反対側に向けて、第１通路部１８、第１気室部１５５、連通部１７、第２気室部１６、及び第２通路部１９が順に形成されている。

摩擦撹拌接合装置２００によれば、第１溝部１５２及び第２溝部３７の２つの溝部を、プローブ２６の外周面２６ａとショルダ１４の内周面１４ａとにそれぞれ分けて形成した。よって、第１溝部１５２及び第２溝部３７の２つの溝部を、例えば、プローブ２６及びショルダ１４の一方にまとめて形成する場合と比べて、第１溝部１５２及び第２溝部３７の軸方向の間隔の自由度を高めることができる。さらに、第１溝部１５２及び第２溝部３７の径方向における溝深さの自由度を高めることができる。
これにより、第１溝部１５２及び第２溝部３７の２つの溝部を、プローブ２６とショルダ１４とに分けて形成することにより、軸方向や径方向において各気室部１５５，３７の容積効率を高めることができ、摩擦撹拌接合用工具１３の小型化に寄与できる。

次に、第９実施形態の摩擦撹拌接合装置２００の摩擦撹拌接合方法により摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑（例えば、バリ等）がプローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制する例を図１７、図１８に基づいて説明する。
摩擦撹拌接合装置２００の摩擦撹拌接合方法によれば、第１実施形態の摩擦撹拌接合方法と同様に、第１気室部１５５、連通部１７、第２気室部１６、及び第２通路部１９に切削屑が矢印の如く順に繰り返し侵入する。よって、例えば、摩擦熱で流動性が高められた切削屑でも、切削屑の流れを十分に抑制できる。
これにより、摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを抑制できる。したがって、第２ワーク２２及び第１ワーク２１がプローブ２６で摩擦撹拌接合される接合部２３の品質を向上させることができる。

さらに、摩擦撹拌接合装置２００によれば、第１通路部１８の第１通路部距離Ｌ３は、第１気室部１５５の第１気室距離Ｌ１に対して小さく（狭く）形成されている。よって、接合部２３における摩擦撹拌接合の際に発生する切削屑が、摩擦熱で流動性が高められた場合でも、最も接合部２３の側にある第１気室部１５５に侵入することを、第１通路部１８の隙間Ｓで抑制できる。
これにより、接合部２３で摩擦撹拌接合する際に発生する切削屑が、プローブ２６とショルダ１４との間の隙間Ｓに侵入することを一層良好に抑制できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
例えば、連通部距離Ｌ３、第１連通部距離Ｌ３、第２連通部距離Ｌ３、第１通路部距離Ｌ３、第２通路部距離Ｌ３は同一寸法でも、少なくとも一つが異なる寸法でもよい。

１０，６０，９０，１００，１２０，１５０，１７０，１９０，２００ 摩擦撹拌接合装置
１２ 支持用治具
１３，１２２ 摩擦撹拌接合用工具
１４，６３，１２４ ショルダ
１４ａ，１２４ａ ショルダの内周面（ショルダの内面）
１４ｂ、１２４ｂ ショルダの端部
１５，６４，９４，１０５，１３６，１５５，１７５ 第１気室部（複数の気室、最も接合部の側にある気室）
１６，６５，９５，１０６，１３７，１５６，１７６ 第２気室部（複数の気室）
１７，６６，９６，１０７，１９５ 連通部
２１，２２ 第１、第２のワーク（被接合部材）
２３ 接合部
２５，７１，１２３ プローブ軸部（プローブ）
２６ プローブ
２６ａ プローブの外周面（プローブの外面）
２６ｂ プローブの端部
２８ 回転軸
４１ 溝底面（ショルダの内面）
７１ａ プローブ軸部の端面（プローブの外面）
７６ ショルダ底部（ショルダの端部）
７６ａ ショルダ底部の底部内周面（ショルダの内面）
７６ｂ ショルダ底部の内面（ショルダの内面）
１２３ａ プローブ軸部の外周面（プローブの外面）
１２６，１２７，１２８ 第１、第２、第３の凸拡径部（プローブの拡径された部位）
１３２，１３３，１３４ 第１、第２、第３の凹拡径部（ショルダの拡径された部位）
１３２ｂ 第１凹内周面（ショルダの内面）
１３８，１９４ 第３気室部（複数の気室）
１４１，１４２ 第１、第２の連通部（連通室）
Ｌ１，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０ 第１気室距離（距離）
Ｌ３ 連通部距離、第１連通部距離、第２連通部距離、第１通路部距離（距離、プローブの端部とショルダの端部との距離）

Claims (4)

1. 積層された複数の被接合部材の接合部に、回転しながら押圧されるプローブと、
   前記プローブの回転軸に対する径方向の外側において、前記プローブを取り囲むショルダと、
   前記プローブの外面と前記ショルダの内面との間に形成された複数の気室と、
   前記複数の気室を連通し、前記複数の気室に対して前記プローブと前記ショルダとの距離が小さく形成された連通部と、
   を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
2. 前記プローブの外面及び前記ショルダの内面は、前記回転軸の軸方向において前記被接合部材の側から反対側へ向けて断続的に拡径され、
   前記プローブの拡径された部位と前記ショルダの拡径された部位とにより前記複数の気室が形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。
3. 前記プローブの端部と前記ショルダの端部との距離は、
   前記複数の気室のうち、最も前記接合部の側にある気室における前記プローブの外面と前記ショルダの内面との距離に対して小さい
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合装置による摩擦撹拌接合方法であって、前記プローブと前記ショルダとは回転数が異なる
   ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。

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