JP2024010134A - 摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができる、摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】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、制御器と、を備え、制御器は、回転した状態のショルダ部材１２又は回転した状態のピン部材１１における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ショルダ部材１２の先端又はピン部材１１の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したと判定する。
【選択図】図１

Description

本明細書は、摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法を開示する。

第１、第２金属材の各板厚寸法のばらつきに関係なく、第１金属材と第２金属材とを高い品質で接合可能とすることを目的とした異種金属接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている異種金属接合方法では、ピン部材で第２金属材に貫通孔を形成した後で、当該ピン部材が第１金属材に食い込むと、ピン部材を回転、又は軸方向に変位させる駆動源（モータ）の負荷が急増することに着目している。そして、ピン部材を回転、又は軸方向に変位させる駆動源（モータ）の負荷が急増すると、当該駆動源（モータ）にかかる電流が急増する。

このため、特許文献１に開示されている異種金属接合方法では、これらの駆動源にかかる電流の変化量が所定の閾値よりも大きくなったときに、ピン部材が第１金属材に食い込んだと判断できるとしている。

特開２０２０－１２７９５４号公報

しかしながら、駆動源にかかる電流の変化量の増加は、瞬間的なものであるため、判断が困難になるおそれがあり、特許文献１に開示されている異種金属接合方法であっても、未だ改善の余地があった。

本出願人の意図するところは、上記特許文献１に開示されている異種金属接合方法に比して、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができる、摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法を提供にある。

上記課題を解決するために、好ましい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る。
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、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記被接合物を攪拌するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させ、
回転した状態の前記ショルダ部材又は回転した状態の前記ピン部材が、前記軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定する。

これにより、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができる。

また、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る。
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、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記被接合物を攪拌するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させ、
回転した状態の前記ショルダ部材又は回転した状態の前記ピン部材が、前記軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定する。

これにより、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができる。

好ましい摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法は、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。

摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法によれば、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができる。

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。 図２は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置の制御構成を模式的に示すブロック図である。 図３Ａ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３Ｂ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。 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。 図５Ａは、本実施の形態２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５Ｂは、本実施の形態２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６Ａは、本実施の形態２に係る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。 図６Ｂは、本実施の形態２に係る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。 図７は、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ときの接合時間に対するショルダ部材の先端の位置をプロットしたグラフである。 図８は、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ときの接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。 図９は、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ときの接合時間に対する回転駆動器に通流した電流値をプロットしたグラフである。 図１０は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、接合条件２で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対する回転駆動器に通流した電流値をプロットしたグラフである。 図１１は、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置による摩擦攪拌点接合の説明図である。 図１２Ａは、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の、ショルダ部材が被接合物に圧入された使用状態の説明図である。 図１２Ｂは、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の、ショルダ部材が被接合物に図１２Ａより更に圧入された使用状態の説明図である。 図１２Ｃは、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の、ショルダ部材が第２部材の当接面に到達した使用状態の説明図である。 図１３は、試験例２及び３で摩擦攪拌点接合したときの、接合時間に対するショルダ部材の先端の位置をプロットしたグラフである。 図１４は、試験例２、３及び４で摩擦攪拌点接合したときの、接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。 図１５は、試験例５、６及び７で摩擦攪拌点接合したときの、接合時間に対するショルダ部材の先端の位置をプロットしたグラフである。

以下、好ましい実施の形態が、図面を参照しながら説明される。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、実施の形態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。更に、本明細書で開示された範囲は以下の実施の形態に限定されない。

（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、ピン部材及びショルダ部材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る。
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、
ピン部材及びショルダ部材が被接合物を攪拌するように、回転駆動器及び進退駆動器を動作させ、
回転した状態のショルダ部材又は回転した状態のピン部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定する。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、制御器は、回転した状態のショルダ部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ショルダ部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定してもよい。

ここで、予め設定されている所定の第１速度となった状態における第１速度は、速度の範囲を意味する。言い換えると、この第１速度となった状態とは、ショルダ部材における軸線方向の速度が、第１速度の速度範囲内にある状態をいう。本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１速度は、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下であってもよい。

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時間は、０．０１秒以上０．５秒以下であってもよい。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、制御器は、ショルダ部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定した後に、ショルダ部材の先端が、第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させるように、進退駆動器及び回転駆動器を動作させてもよい。

更に、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部材における第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の位置であってもよい。

本実施の形態１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、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、ピン部材及びショルダ部材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る。
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、
ピン部材及びショルダ部材が被接合物を攪拌するように、回転駆動器及び進退駆動器を動作させ、
回転した状態のショルダ部材又は回転した状態のピン部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定する。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、制御器は、回転した状態のショルダ部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ショルダ部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定してもよい。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１速度は、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下であってもよい。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１時間は、０．０１秒以上０．５秒以下であってもよい。

また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、制御器は、ショルダ部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定した後に、ショルダ部材の先端が、第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させるように、進退駆動器及び回転駆動器を動作させてもよい。

更に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１位置は、第２部材における第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の位置であってもよい。

以下、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の一例が、図面を参照しながら詳細に説明される。

［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５０の概略構成を示す模式図である。なお、図１は、図における上下方向を摩擦攪拌点接合装置５０における上下方向として表している。

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。

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。

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。

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。

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。

なお、ピン駆動器５３１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。

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。

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。

なお、ショルダ駆動器５３２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。

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。更に、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。

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。

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。

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。

また、クランプ部材１３は、被接合物６０を一方の面（表面６０ｃ）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。

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。

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６０ｃ（被接合物６０の被接合部）に当接し、被接合物６０を押圧する。

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。

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。

なお、被接合物６０の、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。

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つの材料が用いられてもよい。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）が用いられてもよい。

また、第２部材６２としては、金属材料（例えば、鋼、チタン、ステンレス、銅等）が用いられてもよい。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（登録商標）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。更に、メッキ層の厚みは、２μｍから５０μｍであってもよい。

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。しかし、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。

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。

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。

また、本実施の形態１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。

更に、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。

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。

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。

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。更に、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。

［摩擦攪拌点接合装置の制御構成］
次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０の制御構成が、図２を参照しながら、具体的に説明される。

図２は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置５０の制御構成を模式的に示すブロック図である。

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、加圧力検出器３３、位置検出器３４、速度検出器３５、計時器３６を備えている。

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。具体的には、制御器５１は、記憶器３１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。

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。更に、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。

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。

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。

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。

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。

加圧力検出器３３は、ピン部材１１、又はショルダ部材１２が被接合物６０に当接又は押圧しているときに、これらの部材が被接合物６０に与える加圧力（押圧力）を検出し、検出した押圧力を制御器５１に出力するように構成されている。なお、本実施の形態１においては、加圧力検出器３３としてロードセルを用いているが、これに限定されず、公知の加圧力検出装置を用いることができる。

位置検出器３４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３４としては、例えば、変位センサ、ＬＶＤＴ、エンコーダー等が用いられてもよい。位置検出器３４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３４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）に供給される電流値を検出する電流計であってもよい。

速度検出器３５は、ショルダ部材１２の軸線方向の速度を検出し、検出した速度情報を制御器５１に出力するように構成されている。速度検出器３５としては、例えば、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、エンコーダーが用いられてもよい。

計時器３６は、クロック機能及び／又はカレンダー機能を有している。また、計時器３６は、時間測定を行い、測定した時間情報を制御器５１に出力するように構成されている。

［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の動作が、図３Ａから図４Ｂを参照して具体的に説明される。なお、以下の動作は、制御器５１が、記憶器３１に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０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５０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。

なお、図４Ａ及び図４Ｂ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。また、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、摩擦攪拌点接合装置５０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。更に、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、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が施されている。

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。

すると、図３Ａ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から３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１；図４Ａの工程（１）参照）。

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に接近させる。そして、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）。

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から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。

このため、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力（例えば、３ｋＮ～１５ｋＮ）を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。これにより、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が被接合物６０の表面６０ｃに当接したか否かを判定することができる。

制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出していないと判定した場合（ステップＳ１０３でＮｏ）には、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出するまで、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出したと判定した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、ステップＳ１０４の処理を実行する。

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が被接合物６０の表面６０ｃに当接されると、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が挟み込まれる。そして、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。

また、この状態では、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、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。

ステップＳ１０４では、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。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。

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。

次に、制御器５１は、速度検出器３５から、当該速度検出器３５が検出したショルダ部材１２の軸線方向の速度情報を取得する（ステップＳ１０５）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報（速度）が、予め設定されている所定の第１速度であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

ここで、第１部材６１と第２部材６２は、異なる金属で構成されていて、第２部材６２は、第１部材６１よりも融点の高い材料（硬い材料）で構成されている。このため、ショルダ部材１２の先端（先端面１２ａ）が、第２部材６２の第１部材６１との当接面６２ａに到達すると、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が小さくなる。

従って、第１速度は、予め実験等により設定することができ、第２部材６２の組成等により適宜設定される。第１速度は、速度検出器３５の検出精度の観点から、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下であってもよい。

制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度ではないと判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）には、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５で取得した速度情報が第１速度になるまで、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）には、計時器３６から時間情報を取得する（ステップＳ１０７）。具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定してから経過した時間を計時器３６から取得する。

制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報（第１速度であると判定してから経過した時間）が、予め設定されている第１時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

ここで、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０において、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が第１速度になってから経過した時間を計測するのは、以下の理由からである。すなわち、ショルダ部材１２の先端（先端面１２ａ）が、第２部材６２の第１部材６１との当接面６２ａに到達すると、すぐには、ショルダ部材１２の先端部は、第２部材６２内に圧入されることがない。

このため、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が第１速度になってから経過した時間を計測することにより、誤検知を回避することができる。また、ショルダ部材１２の先端（先端面１２ａ）が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したことをより明確に（正確に）判定することができる。

第１時間は、予め実験等により設定することができる。第１時間としては、第１部材６１と第２部材６２の融点（硬さ）の差が小さい場合には、例えば、０．０１秒以上であってもよく、０．０５以上であってもよく、０．１秒以上であってもよく、０．２秒以上であってもよい。また、第１時間としては、第１部材６１と第２部材６２の融点（硬さ）の差が大きい場合には、例えば、０．５秒以下であってもよく、０．４秒以下であってもよい。

制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過していないと判定した場合（ステップＳ１０８でＮｏ）には、ステップＳ１０７に戻り、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過するまで、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過したと判定した場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）には、位置検出器３４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Ｓ１０９；図３Ｂ参照）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０９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Ｓ１１０）。

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。

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。

更に、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。

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。

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）。

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。更に、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。

制御器５１は、ステップＳ１０９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Ｓ１１０でＮｏ）には、ステップＳ１０９に戻り、ステップＳ１０９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Ｓ１０９及びステップＳ１１０の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ１０９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Ｓ１１０でＹｅｓ）には、ステップＳ１１１の処理を実行する。

ステップＳ１１１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。

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）。

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。

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）。

なお、制御器５１は、ステップＳ１０４及び／又はステップＳ１１１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、その説明が省略される。

また、制御器５１は、ステップＳ１１１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。

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Ｓ１１２）。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Ｓ１１３；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。

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。

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における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したか否かを判定するように構成されている。

これにより、第１部材６１の厚みのばらつきに関わらず、ショルダ部材１２の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したとより明確に（より正確
に）判定することができる。

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の先端を第２部材６２における第１部材６１との当接面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。

これにより、ショルダ部材１２の先端部により、第２部材６２の表面（当接面６２ａ）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。

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。更に、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。

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。

なお、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における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したと判定した後に、ショルダ部材１２の先端を第１位置にまで到達させるように、進退駆動器５３を動作させる形態を採用したが、これに限定されない。

制御器５１が、回転した状態のショルダ部材１２における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したと判定した後に、更に、所定の第２時間経過するまで、ショルダ部材１２の移動を待機させるように構成されていてもよい。また、制御器５１は、第２時間経過したと判定した後に、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）を駆動するように構成されていてもよい。

ここで、第２時間は、第２部材６２の表面に新生面を形成させる観点から、０．１秒以上であってもよく、０．２秒以上であってもよい。また、第２時間は、第２部材６２の表面に形成された新生面に過度の熱がかかるのを抑制する観点から、０．８秒以下であってもよく、０．７５秒以下であってもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置において、制御器が、回転した状態のピン部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定する。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１速度は、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下であってもよい。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１時間は、０．０１秒以上０．５秒以下であってもよい。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置では、制御器は、ピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定した後に、ピン部材の先端が、第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させるように、進退駆動器及び回転駆動器を動作させてもよい。

更に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１位置は、第２部材における第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の位置であってもよい。

本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法において、制御器が、回転した状態のピン部材における軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で、予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、ピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定する。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１速度は、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下であってもよい。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１時間は、０．０１秒以上０．５秒以下であってもよい。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、制御器は、ピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したと判定した後に、ピン部材の先端が、第２部材内における予め設定されている所定の第１位置まで到達させるように、進退駆動器及び回転駆動器を動作させてもよい。

更に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の運転方法では、第１位置は、第２部材における第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の位置であってもよい。

以下、本実施の形態２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。

なお、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、位置検出器３４及び速度検出器３５の構成が異なる。

具体的には、位置検出器３４は、ピン部材１１の先端（先端面１１ａ）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３４としては、例えば、変位センサ、ＬＶＤＴ、エンコーダー等が用いられてもよい。

位置検出器３４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、ピン部材１１を進退駆動させる進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）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３４は、ピン部材１１を進退駆動させる進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）に供給される電流値を検出する電流計であってもよい。

速度検出器３５は、ピン部材１１の軸線方向の速度を検出し、検出した速度情報を制御器５１に出力するように構成されている。速度検出器３５としては、例えば、ピン部材１１を進退駆動させる進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）の回転角度を検出する、エンコーダーが用いられてもよい。

［摩擦攪拌点接合装置の動作及び作用効果］
本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作が、図５Ａから図６Ｂを参照して具体的に説明される。なお、以下の動作は、制御器５１が、記憶器３１に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

図５Ａ及び図５Ｂは、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作の一例を示すフローチャートである。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０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。

なお、図６Ａ及び図６Ｂ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。また、図６Ａ及び図６Ｂにおいては、摩擦攪拌点接合装置５０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６Ａ及び図６Ｂには図示していない。更に、図６Ａ及び図６Ｂにおいては、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が施されている。

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。

すると、図５Ａ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から３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２０１；図６Ａの工程（１）参照）。

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に接近させる。そして、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６Ａ及び図６Ｂ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Ｓ２０２；図６Ａの工程（２）参照）。

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から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。

このため、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力（例えば、３ｋＮから１５ｋＮ）を検出したか否かを判定することにより（ステップＳ２０３）、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が被接合物６０の表面６０ｃに当接したか否かを判定することができる。

制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出していないと判定した場合（ステップＳ２０３でＮｏ）には、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出するまで、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出したと判定した場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）には、ステップＳ２０４の処理を実行する。

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が被接合物６０の表面６０ｃに当接されると、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が挟み込まれる。そして、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。

また、この状態では、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、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。

ステップＳ２０４では、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に対して突出するように、進退駆動器５３を駆動する。このとき、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０内に圧入されるように、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）を駆動してもよい。

これにより、ピン部材１１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。

次に、制御器５１は、速度検出器３５から、当該速度検出器３５が検出したピン部材１１の軸線方向の速度情報を取得する（ステップＳ２０５）。ついで、制御器５１は、ステップＳ２０５で取得した速度情報（速度）が、予め設定されている所定の第１速度であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

制御器５１は、ステップＳ２０５で取得した速度情報が、第１速度ではないと判定した場合（ステップＳ２０６でＮｏ）には、ステップＳ２０５に戻り、ステップＳ２０５で取得した速度情報が第１速度になるまで、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ２０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定した場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）には、計時器３６から時間情報を取得する（ステップＳ２０７）。具体的には、制御器５１は、ステップＳ２０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定してから経過した時間を計時器３６から取得する。

制御器５１は、ステップＳ２０７で取得した時間情報（第１速度であると判定してから経過した時間）が、予め設定されている第１時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

制御器５１は、ステップＳ２０７で取得した時間情報が、第１時間を経過していないと判定した場合（ステップＳ２０８でＮｏ）には、ステップＳ２０７に戻り、ステップＳ２０７で取得した時間情報が、第１時間を経過するまで、ステップＳ２０７及びステップＳ２０８の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ２０７で取得した時間情報が、第１時間を経過したと判定した場合（ステップＳ２０８でＹｅｓ）には、位置検出器３４から、ピン部材１１の先端の位置情報を取得する（ステップＳ２０９；図６Ｂ参照）。ついで、制御器５１は、ステップＳ２０９で取得したピン部材１１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Ｓ２１０）。

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。

これにより、ピン部材１１の先端面１１ａ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におけるピン部材１１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。

なお、塑性流動部６０ａの軟化した材料はピン部材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の直下に流動するので、ショルダ部材１２は後退し、ピン部材１１に対して浮き上がる（図６Ａの工程（３Ａ）参照）。

制御器５１は、ステップＳ２０９で取得したピン部材１１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Ｓ２１０でＮｏ）には、ステップＳ２０９に戻り、ステップＳ２０９で取得したピン部材１１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Ｓ２０９及びステップＳ２１０の処理を繰り返す。

一方、制御器５１は、ステップＳ２０９で取得したピン部材１１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Ｓ２１０でＹｅｓ）には、ステップＳ２１１の処理を実行する。

ステップＳ２１１では、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０に向かって進むように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動する、及び／又は、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）を駆動する。

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）。

これにより、ショルダ部材１２が徐々に第１部材６１に向かって進み、ピン部材１１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、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。

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６Ｂの工程（４）参照）。

なお、制御器５１は、ステップＳ２０４及び／又はステップＳ２１１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、その説明が省略される。

また、制御器５１は、ステップＳ２１１の処理において、ショルダ部材１２の先端面１２ａ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、ショルダ部材１２の先端面１２ａａ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。

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Ｓ２１２）。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Ｓ２１３；図６Ｂ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。

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。

このように構成されている、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、回転した状態のピン部材１１における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したか否かを判定する。

これにより、ピン部材１１の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したとより明確に（より正確に）判定することができる。

なお、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、回転した状態のピン部材１１における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したと判定した後に、ピン部材１１の先端を第１位置にまで到達させるように、進退駆動器５３を動作させる形態を採用したが、これに限定されない。

制御器５１が、回転した状態のピン部材１１における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したと判定した後に、更に、所定の第２時間経過するまで、ピン部材１１の移動を待機させてもよい。また、制御器５１は、第２時間経過したと判定した後に、ショルダ部材１２が被接合物６０に向かって進むように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動し、及び／又は、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。

［本実施の形態１に係る試験例］
次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０による、被接合物６０の接合試験が説明される。

（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、ショルダ部材１２の先端の位置、ショルダ部材１２の軸線方向の速度、及びショルダ部材１２を回転駆動させる回転駆動器５７に通流した電流値がプロットされた。

（接合条件１）
第１部材６１として、０．９９ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１－Ｔ６）が用いられ、第２部材６２として、１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級ハイテン鋼板が用いられた。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回転数は２０００ｒｐｍとされ、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３の押圧力は１４．７ｋＮとされた。

なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置は、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａから下方０．０４ｍｍの位置に設定された。

（比較例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、ショルダ部材１２を回転駆動させる回転駆動器５７に通流した電流値がプロットされた。

（接合条件２）
第１部材６１として、０．９９ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６１－Ｔ６）が用いられ、第２部材６２として、１．２ｍｍの９８０ＭＰａ級ハイテン鋼板が用いられた。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回転数は２０００ｒｐｍとされ、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３の押圧力は１４．７ｋＮとされた。

なお、ショルダ部材１２の目標到達位置である、第１位置は、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａから下方０．０６ｍｍの位置に設定された。

（試験結果）
図７は、試験例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対するショルダ部材の先端の位置をプロットしたグラフである。図８は、試験例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。図９は、試験例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対する回転駆動器５７に通流した電流値をプロットしたグラフである。図１０は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件２で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対する回転駆動器５７に通流した電流値をプロットしたグラフである。

なお、図７から図１０において、接合時間とは、制御器５１が、図３Ａ及び図３Ｂに示す接合プログラムを開始してからの経過時間をいう。図７においては、被接合物６０の表面６０ｃが０と規定され、被接合物６０内に圧入される向きがプラス、被接合物６０から離れる向きがマイナスとして、表されている。また、図８においては、第１部材６１の上面（被接合物６０の表面６０ｃ）から第２部材６２の当接面６２ａに向う側がマイナスとされ、第２部材６２の当接面６２ａから第１部材６１の上面に向かう側がプラスとされた。更に、図７から図９において、工程（１）から工程（５）の各工程は、図４Ａ及び図４Ｂに示す工程（１）から工程（５）の各工程に対応している。

図８に示すように、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工程（３）において、１．３秒から１．９秒の間で、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が、０ｍｍ／秒となっている。

そして、図７に示すように、接合時間が１．３から１．９秒の間では、ショルダ部材１２の先端位置は、０．９９ｍｍ前後に位置している。なお、ショルダ部材１２の先端位置が、０．９９ｍｍ前後に位置しているのは、ショルダ部材１２にかかる圧力により、ショルダ部材１２がたわみ、測定荷重のばらつきに起因すると考えられる。

このため、１．３から１．９秒の間では、ショルダ部材１２の先端は、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに位置していると推察される。

従って、制御器５１が、回転した状態のショルダ部材１２における軸線方向の速度が、第１速度となった状態で、第１時間経過したか否かを判定することで、ショルダ部材１２の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したか否かを判定できることが示された。

また、図８に示すように、接合時間が１．９から１．９５秒の間では、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が、－０．３ｍｍ／秒の値を示している。これは、ショルダ部材１２の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａから第２部材６２内に圧入され、第１位置に到達したものと考えられる。

一方、図９に示すように、試験例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件１で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対する回転駆動器５７に通流した電流値をプロットした場合には、どの時点で、所定の閾値よりも大きくなっているか、判断が困難となった。

しかしながら、図１０に示すように、比較例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、接合条件２で摩擦攪拌点接合したときの接合時間に対する回転駆動器５７に通流した電流値をプロットした場合には、接合時間が１．２５秒前後で電流値が大きく変動して、所定の閾値よりも大きくなったものと推察している。

このため、上記特許文献１に開示されている異種金属接合方法では、ショルダ部材１２又はピン部材１１の先端が、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに到達したと判定できる場合と判定できない場合があり、未だ改善の余地があることが示された。

（実施の形態３）
本実施の形態３について、摩擦攪拌点接合装置５０（図１参照）を用いて説明がされる。この摩擦攪拌点接合装置５０の基本的構成は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０のそれと同じである。ここでは、摩擦攪拌点接合装置５０及び運転方法について、実施の形態１と異なる構成が説明され、同様の構成の説明は省略される。

［摩擦攪拌点接合装置の動作及び作用効果］
本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、説明がされる。なお、以下の動作は、制御器５１（図２参照）が、記憶器３１（図２参照）に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

図１１には、摩擦攪拌点接合装置５０において、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が、被接合物６０の表面６０ｃに当接した状態が示されている。両矢印Ｒは、第２部材６２の当接面６２ａを含む検知範囲を表している。この検知範囲Ｒは、制御器５１によって、ショルダ部材１２の先端が当接面６２ａに到達したか否かを判定される範囲である。両矢印Ｄは、第１部材６１の上面（被接合物６０の表面６０ｃ）から検知範囲Ｒまでの距離を表している。

この実施の形態３の動作は、実施の形態１での動作に対して、検知範囲Ｒが設定されることで異なる。これにより、図３ＡのステップＳ１０５とステップＳ１０６とでの動作が異なる。実施の形態３のその他の動作は、実施の形態１での動作と同様である。

前述の本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作と同様に、図３Ａに示される様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０４が実行される。その後、更に、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６が実行される。ここで、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃを参照して、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６が説明される。

図１２Ａには、このステップＳ１０５において、被接合物６０に圧入されたショルダ部材１２が示されている。ステップＳ１０５では、制御器５１は、ショルダ部材１２の軸方向の速度情報を取得する。また、位置検出器３４が、ショルダ部材１２の先端位置を検出する。制御器５１は、ショルダ部材１２の先端が検知範囲Ｒにあるか否かを判定する。制御器５１は、ショルダ部材１２の先端が検知範囲Ｒにあると判定するまで、ステップＳ１０５の処理を繰り返す。図１２Ｂに示される様に、制御器５１は、ショルダ部材１２の先端が検知範囲Ｒにあると判定すると、ステップＳ１０６を実行する。

ステップＳ１０６で、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度ではないと判定した場合には、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理を繰り返す。

そして、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定した場合には、計時器３６から時間情報を取得する（ステップＳ１０７）。このとき、図１２Ｃに示される様に、ショルダ部材１２の先端は、第２部材６２の当接面６２ａに到達している。このステップＳ１０７では、制御器５１は、ステップＳ１０５で取得した速度情報が、第１速度であると判定してから経過した時間を計時器３６から取得する。

制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報（第１速度であると判定してから経過した時間）が、予め設定されている第１時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過していないと判定した場合には、ステップＳ１０７に戻り、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過するまで、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理を繰り返す。

そして、ステップＳ１０８で、制御器５１は、ステップＳ１０７で取得した時間情報が、第１時間を経過したと判定した場合には、図３Ｂに示される様に、ステップＳ１０９以降のステップが実行される。

この摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１は、設定された検知範囲Ｒで、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達したか否かを判定する。この検知範囲Ｒは、第２部材６２の当接面６２ａを含む範囲として設定される。

この検知範囲Ｒを外れる領域で、第１速度となった場合に、制御器５１の誤判定が防止される。この摩擦攪拌点接合装置５０は、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達したか否かを高精度に判定できる。

検知範囲Ｒを小さく設定することで、制御器５１の誤判定が更に抑制される。この観点から、この検知範囲Ｒは、好ましくは、第１部材６１の厚みより小さい。また、この検知範囲Ｒは、好ましくは、０．６ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．４ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．２ｍｍ以下である。また、検知範囲Ｒに占める第1部材６１の厚みの割合を小さくすることで、制御器５１の誤判定が更に抑制される。この観点から、検知範囲Ｒに占める第1部材６１の厚みの割合は、好ましくは６０％以下であり、更に好ましくは４０％以下であり、特に好ましくは２０％以下であり、最も好ましくは１０％以下である。

この動作では、検知範囲Ｒを外れる領域で、第１速度となって第１時間が経過した場合に、制御器５１の誤判定が防止される。この検知範囲Ｒを設定することで、第１時間を短く設定しても、誤判定が抑制される。従って、この摩擦攪拌点接合装置５０は、第１時間が短く設定されうる。この検知範囲Ｒを設定することで、第１時間が、例えば０．０１秒以上であれば、この制御器５１は、誤判定を抑制できる。制御器５１の誤判定を抑制する観点から、第１時間は、好ましくは０．０５秒以上である。

この摩擦攪拌点接合装置５０では、例えば、記憶器３１は、被接合物６０に対応する検知範囲Ｒと距離Ｄを記憶している。これにより、制御器５１は、記憶器３１の記憶した検知範囲Ｒに基づき、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達したか否かを判定する。

更に、当接面６２ａを含む検知範囲Ｒを小さく設定する観点から、制御器５１は、検知範囲Ｒを補正してもよい。例えば、位置検出器３４が被接合物６０の表面６０ｃに当接したショルダ部材１２の先端の位置を検出する。制御器５１は、ショルダ部材１２の先端が表面６０ｃ（図１１参照）に当接した位置情報と第２部材６２の当接面６２ａ（図１２Ｃ参照）に到達したと判定した位置情報とを取得する。制御器５１は、これらの位置情報に基づき、図１１に示された距離Ｄと検知範囲Ｒとを補正してもよい。

この様な補正をすることで、第１部材６１の厚みや第２部材６２の厚みのバラツキによる影響が抑制される。この補正によって、当接面６２ａを外すことなく、検知範囲Ｒは更に小さく設定されうる。

なお、ここでは、被接合物６０の表面６０ｃと第２部材６２の当接面６２ａとに基づいて補正がされたが、これに限られない。例えば、第１部材６１の厚みが測定され、この厚みに基づいて距離Ｄと検知範囲Ｒとが補正されてもよい。また、被接合物６０の厚みが測定され、この厚みに基づいて距離Ｄと検知範囲Ｒとが補正されてもよい。また、検知範囲Ｒは、第２部材６２の当接面６２ａを含む範囲に設定されればよい。例えば、検知範囲Ｒは、距離Ｄを用いずに、第２部材６２の当接面６２ａを特定し、当接面６２ａを中央値として定められてもよい。

また、ステップＳ１０９及びステップＳ１１０で、ショルダ部材１２が第１位置に到達したか否かの判定に代えて、所定の保持時間が経過したか否かが判定されてもよい。即ち、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達した後に、ショルダ部材１２の回転と押圧力とが保持される。この状態で、制御器５１が、所定の保持時間が経過したか否かを判定してもよい。所定の保持時間が経過したと判定された後に、ステップＳ１１１以降のステップが実行されてもよい。

ここでは、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いたが、この検知範囲Ｒの設定は、実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０にも、同様に適用できる。

即ち、実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０において、 制御器５１は、当接面６２ａを含む検知範囲Ｒが設定されてもよい。この検知範囲Ｒで、回転した状態のピン部材１１の軸線方向の速度が第１速度となった状態で第１時間を経過した場合には、ピン部材１１の先端が、第２部材６２の当接面６２ａに到達したと判定してもよい。

［本実施の形態３に係る試験例］
次に、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０による、被接合物６０の接合試験について説明がされる。

（試験例２）
本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０の接合試験が実行された。この試験例２では、ステップＳ１０８の後に、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達した後に、ショルダ部材１２の回転と押圧力とが保持された。この状態が、所定の保持時間で保持された。その後に、ステップＳ１１１が実行された。なお、この保持時間は、０．２秒であった。その他の接合条件は、試験例１の接合条件１と同様である。即ち、第１部材６１と、第２部材６２と、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数と、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３の押圧力とは、接合条件１と同様にした。検知範囲Ｒは０．６ｍｍとした。具体的には、検知範囲Ｒは、当接面６２ａを中央値にして＋－（プラスマイナス）０．３ｍｍとした。第１時間は、０．１０秒とした。

（試験例３－４）
試験例３では第１時間は、０．０５秒とし、試験例４では第１時間は、０．０１秒とした。その他の接合条件は、試験例２と同じにした。

図１３のグラフ２は、試験例２の接合時間に対するショルダ部材の先端の位置（押し込み量）をプロットしたグラフである。グラフ３は、試験例３の接合時間に対するショルダ部材の先端の位置（押し込み量）をプロットしたグラフである。

図１４のグラフ２は、試験例２の接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。グラフ３は、試験例３の接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。グラフ４は、試験例４の接合時間に対するショルダ部材の軸線方向の速度をプロットしたグラフである。

（試験例５－７）
この試験例５では、ステップＳ１０９及びステップＳ１１０で、ショルダ部材１２が第１位置に到達したか否かが、判定された。検知範囲Ｒは、第２部材６２の当接面６２ａを基準に＋－（プラスマイナス）０．３ｍｍとされた。更に、第１時間は、０．０５秒とされ、第１位置までの押し込み量が０．１０ｍｍとされた。試験例６では、第１位置までの押し込み量が０．０８ｍｍとされた。その他の接合条件は、試験例５と同じにされた。試験例７では、第１位置までの押し込み量が０．０５ｍｍとされた。その他の接合条件は、試験例５と同じにされた。

図１５のグラフ５は、試験例５の接合時間に対するショルダ部材の先端の位置（押し込み量）をプロットしたグラフである。グラフ６は、試験例６の接合時間に対するショルダ部材の先端の位置（押し込み量）をプロットしたグラフである。グラフ７は、試験例７の接合時間に対するショルダ部材の先端の位置（押し込み量）をプロットしたグラフである。

なお、図１３、１４及び１５において、接合時間とは、制御器５１が、図３Ａ及び図３Ｂに示す接合プログラムを開始してからの経過時間をいう。図１３及び１５は、被接合物６０の表面６０ｃを０と規定し、被接合物６０内に圧入される向きをプラス、被接合物６０から離れる向きをマイナスとして、表している。また、図１４においては、第１部材６１の上面（被接合物６０の表面６０ｃ）から圧入される向きがマイナスとされ、離れる向きがプラスとされた。

図１４に示すように、試験例２及び試験例３では、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、１．３秒から１．６秒の間で、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が、０ｍｍ／秒となった。

図１３に示すように、試験例２及び試験例３では、接合時間が１．３から１．６秒の間では、ショルダ部材１２の先端位置は、０．９９ｍｍ前後に位置している。なお、ショルダ部材１２の先端位置が、０．９９ｍｍ前後に位置しているのは、図７と同様の理由によると考えられる。

このため、試験例２及び試験例３では、１．３から１．６秒の間では、ショルダ部材１２の先端は、第２部材６２における第１部材６１との当接面６２ａに位置していると推察される。この試験例２及び３では、所定の保持時間を判定することで、第１部材６１と第２部材６２とが接合された。この試験例２及び３では、第１位置による押し込み量を設定せずに、第１部材６１と第２部材６２とが接合された。

一方で、図１４に示すように、試験例４では、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、１．３秒から１．４秒の間で、ショルダ部材１２の軸線方向の速度が、０ｍｍ／秒となった。これは、第１時間が０．０１秒であったため、矢印Ｐの位置での速度によって、ショルダ部材１２の先端が第２部材６２の当接面６２ａに到達した誤判定したものと考えられる。しかし、第１時間が０．０１秒である場合にも、距離Ｄと検知範囲Ｒとを見直すことで、誤判定しないことが確認されている。

図１５に示すように、ショルダ部材１２の先端位置が１ｍｍ前後に位置している時間が、第１位置までの押し込み量が大きいほど長い。図１５では、押し込み量が大きいほど時間が長くなっている。この試験例５、６及び７では、設定した押し込み量が得られることが確認された。

この試験例２－７では、制御器５１が、ショルダ部材１２の速度が、検知範囲Ｒで、第１速度となった状態で、第１時間経過したか否かを判定した。この試験例２－７によって、ショルダ部材１２の先端が、第２部材６２の当接面６２ａに到達したか否かを、短い第１時間で正確に判定できることが確認された。

上記説明から、当業者にとっては、本実施形態の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、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。本明細書で開示された範囲を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細は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実施形態が形成できる。

これらの摩擦攪拌点接合装置及びその運転方法は、ショルダ部材の先端又はピン部材の先端が、第２部材における第１部材との当接面に到達したことをより明確に判定することができるため、有用である。

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 加圧力検出器
３４ 位置検出器
３５ 速度検出器
３６ 計時器
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
Ｘｒ 軸線

Claims (9)

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、
   前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記被接合物を攪拌するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させ、
   回転した状態の前記ショルダ部材又は回転した状態の前記ピン部材が、前記軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定する、摩擦攪拌点接合装置。
2. 前記第１速度は、－０．５ｍｍ／秒以上＋０．５ｍｍ／秒以下である、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
3. 前記第１時間は、０．０１秒以上０．５秒以下である、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌点接合装置。
4. 前記制御器は、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定した後に、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、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、請求項１から３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
5. 前記第１位置は、前記第２部材の前記第１部材との当接面から０．３ｍｍ以下の位置である、請求項４に記載の摩擦攪拌点接合装置。
6. 前記制御器は、前記当接面を含み前記第１部材の厚みより小さい検知範囲が設定され、前記検知範囲で、回転した状態の前記ショルダ部材又は回転した状態の前記ピン部材が、前記軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定する、請求項１から７のいずれかに記載の摩擦攪拌点接合装置。
7. 前記検知範囲が、０．６ｍｍ以下である、請求項６に記載の摩擦攪拌点接合装置。
8. 前記検知範囲に占める前記第１部材の厚みの割合が、６０％以下である、請求項６又は７に記載の摩擦攪拌点接合装置。
9. 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、
   前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記被接合物を攪拌するように、前記回転駆動器及び前記進退駆動器を動作させ、
   回転した状態の前記ショルダ部材又は回転した状態の前記ピン部材が、前記軸線方向の速度が、予め設定されている所定の第１速度となった状態で予め設定されている所定の第１時間経過した場合には、前記ショルダ部材の先端又は前記ピン部材の先端が、前記第２部材における前記第１部材との当接面に到達したと判定する、摩擦攪拌点接合装置の運転方法。

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