JP6244041B2 - 摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法に関する。

自動車、鉄道車両、航空機等の輸送機器においては、金属材料を連結するときには、抵抗スポット溶接又はリベット接合が用いられていた。しかしながら、近年では、摩擦熱を利用して金属材料を接合する方法（摩擦攪拌点接合方法）が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１９６６８２号公報

ところで、摩擦攪拌点接合装置により被接合物の接合を行うときに、接合ツール（裏当てを含む）の状態が著しく変化した際、特に、連続して接合した場合に、外観不良が生じ得る。本発明者等は、当該課題について鋭意検討したところ、接合ツール（裏当てを含む）が蓄熱しており、単発で接合される場合よりも、接合ツールから熱が加えられることによって、材料がクランプ部の外側にまで軟化してしまい、クランプ部の下側の材料自体も流動してしまい、クランプ部ごと接合部が陥没したり、逆にクランプ部が隆起してしまったりすることが判った。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、特に、複動式の摩擦攪拌点接合法において、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得る、摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法を提供することを目的とする。

上記従来の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、被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構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おり、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成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工具駆動器と、前記ピン部材又は前記ショルダ部材における先端面の前記軸線方向の位置を検出する位置検出器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記被接合物の接合工程を開始するときに、前記位置検出器が検出した前記被接合物の表面に接触したときの前記ピン部材又は前記ショルダ部材における先端面の前記軸線方向の位置を基準位置と設定し、前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面を面一にするように、前記工具駆動器を制御し、前記位置検出器が検出した前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置である第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物の内方側の領域である第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように前記回転駆動器を制御する。

これにより、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得る。

また、本発明に係る摩擦攪拌点接合方法は、被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
軸線周りに回転し、かつ、該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材又は前記ピン部材の外周面を囲むように配置され、前記軸線周りに回転し、かつ、該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材の先端面が、前記被接合物の表面に接触したときにおける、位置検出器が検出した前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置を基準位置とする（Ａ）と、前記ピン部材又は前記ショルダ部材が予め設定された押圧力で前記被接合物を押圧した状態で、工具駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を前記軸線方向に進退移動させて、かつ、回転駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を予め設定された回転数で回転させて、前記被接合物を部分的に攪拌して、前記被接合物を接合する（Ｂ）と、前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が面一になるように前記工具駆動器が駆動する（Ｃ）と、前記（Ｃ）の後に、前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置である第１位置を前記位置検出器が検出する（Ｄ）と、前記第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物側の領域である第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように、及び／又は、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように、前記設定を変更する（Ｅ）と、を備える。

これにより、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得る。

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。

本発明に係る摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法によれば、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得る。

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、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３Ｂ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４は、図３に示す摩擦攪拌点接合の各工程におけるピン部材の先端面、ショルダ部材の先端面、及びツール平均位置Ｔｘを模式的に表すグラフである。 図５は、摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物を接合したときにおける工程（５）の状態を示す模式図である。 図６は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置を用いて、連続して被接合物を接合したときにおけるツール平均位置Ｔｘを模式的に表すグラフである。 図７は、連続接合を実行する場合における、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８は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例１の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９は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例２の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１０は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例４の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１１は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例５の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１２Ａは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例６の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１２Ｂは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例６の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１３Ａは、連続接合を実行する場合における、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１３Ｂは、連続接合を実行する場合における、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１４Ａは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態２における変形例１の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１４Ｂは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態２における変形例１の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１４Ｃは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態２における変形例１の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。

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。

（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、被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構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おり、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成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、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工具駆動器と、ピン部材又はショルダ部材における先端面の軸線方向の位置を検出する位置検出器と、制御器と、を備え、制御器は、被接合物の接合工程を開始するときに、位置検出器が検出した被接合物の表面に接触したときのピン部材又はショルダ部材における先端面の軸線方向の位置を基準位置と設定し、被接合物の接合工程を終了するときに、ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面を面一にするように、工具駆動器を制御し、位置検出器が検出したピン部材又はショルダ部材の先端面の軸線方向の位置である第１位置が、基準位置よりも被接合物の内方側の領域である第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力を減少させるように工具駆動器を制御する、及び／又は、ピン部材とショルダ部材の回転数を減少させるように回転駆動器を制御する態様を例示するものである。

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。

［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。

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、工具駆動器５３、クランプ部材５４、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及びショルダ部材１２は、工具固定器５２により支持されており、工具駆動器５３によって、上下方向に進退駆動される。ピン部材１１、ショルダ部材１２、工具固定器５２、工具駆動器５３及びクランプ部材５４は、Ｃ型ガン（Ｃ型フレーム）で構成される裏当て支持部５５の上部に設けられている。また、裏当て支持部５５の下部には、裏当て部材５６が設けられている。ピン部材１１及びショルダ部材１２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及びショルダ部材１２と、裏当て部材５６と、の間には、被接合物６０が配置される。

工具固定器５２は、回転工具固定器５２１及びクランプ固定器５２２から構成されており、工具駆動器５３は、ピン駆動器５３１、ショルダ駆動器５３２、及びクランプ駆動器４１から構成されている。また、クランプ部材５４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。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。

ピン部材１１は、略円筒形又は略円柱形に形成されていて、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。

ショルダ部材１２は、中空を有する略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。

このように、ピン部材１１及びショルダ部材１２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。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５４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５４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、略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略円筒状のクランプ部材５４が配置されている。換言すれば、クランプ部材５４、ショルダ部材１２及びピン部材１１が、それぞれ同軸芯状の入れ子構造となっている。

また、クランプ部材５４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５４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５４を裏当て部材５６側に付勢するように構成されている。

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５４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。

クランプ固定器５２２には、回転駆動器５７を介して、回転工具固定器５２１が支持されている。そして、クランプ部材５４（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Ｐ２と同方向）に進退可能に構成されている。

すなわち、本実施の形態１においては、クランプ駆動器４１及びショルダ駆動器５３２が、クランプ部材駆動器を構成する。なお、クランプ部材駆動器は、ショルダ駆動器５３２によらず独立して、クランプ部材５４を進退移動可能に駆動する駆動器により構成されてもよい。

ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４は、それぞれ先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面５４ａ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５４は、工具駆動器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５４ａは、それぞれ、被接合物６０の表面に当接する。

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、摩擦攪拌点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。

なお、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、工具駆動器５３、クランプ部材５４、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、工具駆動器５３を構成するピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２は、本実施の形態では、いずれも摩擦攪拌接合の分野で公知のモータ及びギア機構等から構成されているが、これに限定されない。

また、本実施の形態１においては、クランプ部材５４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５４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５４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。

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及びショルダ部材１２を進退移動可能に支持するとともに、ピン部材１１及びショルダ部材１２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。

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。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。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。

［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の制御構成について、図２を参照して具体的に説明する。

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２に示すように、摩擦攪拌点接合装置５０は、制御器５１、位置検出器２１、記憶器３１、入力器３２、及び加圧力検出器３３を備えている。

記憶器３１は、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。また、記憶器３１には、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面に接触した位置である、基準位置（０点）が記憶されている。

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。

位置検出器２１は、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａ軸線Ｘｒ方向の位置（以下、単に位置という）を検出し、検出した位置を制御器５１に出力するように構成されている。位置検出器２１としては、種々の公知の位置センサを用いることができ、例えば、ＬＶＤＴ、エンコーダー等を使用することができる。

なお、本実施の形態１においては、位置検出器２１が、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を直接検出する形態を採用したが、間接的にピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を検出する形態を採用してもよい。例えば、位置検出器２１が、ピン部材１１又はショルダ部材１２の所定の位置を検出するように構成されていて、制御器５１には、所定の位置と先端面との距離が予め記憶されている形態であってもよい。

また、後述するように、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、被接合物６０の接合時に熱が蓄積し、熱膨張により、たわみが発生する場合がある。このような場合には、制御器５１は、位置検出器２１が検知した位置にピン部材１１又はショルダ部材１２のたわみ分を補正して、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置としてもよい。

加圧力検出器３３は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４のうち、少なくとも１つの部材が被接合物６０に当接又は圧入しているときに、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、公知の加圧力検出手段を用いることができる。

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）を制御するように構成されている。具体的には、制御器５１は、工具駆動器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５４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。

制御器５１の具体的な構成は、特に限定されず、本実施の形態１では、制御器５１は、マイクロコンピュータで構成されていて、ＣＰＵを備えている。制御器５１は、ＣＰＵが記憶器３１に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、工具駆動器５３及び回転駆動器５７の動作に関する演算を行うように構成されている。なお、制御器５１は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、摩擦攪拌点接合装置５０の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。

そして、制御器５１では、被接合物６０の接合を開始するときに、位置検出器２１が検出した位置データと、加圧力検出器３３が検出した圧力値と、を基に、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面に接触した位置を基準位置（０点）として設定する。

具体的には、制御器５１は、加圧力検出器３３が予め設定された押圧力を検出したときにおける、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を基準位置と設定する。後述するように、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材５４は、被接合物６０の表面６０ｃに同時（ほぼ同時）に接触し、予め設定された押圧力で被接合物６０を押圧するように制御されている（図３Ａの（１）参照）。このため、加圧力検出器３３が予め設定された押圧力を検出したときにおける、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を基準位置として設定することができる。

なお、ピン部材１１又はショルダ部材１２は、被接合物６０と接触した後、回転駆動される（図３Ａの（２）参照）が、材料が軟化するまでの間、被接合物６０の表面６０ｃで、わずかではあるが一定時間留まることになる。このため、制御器５１は、位置検出器２１から出力される位置データが一定時間同じ値であるときの位置を基準位置として設定してもよい。

制御器５１は、後述するように、ピン部材１１及びショルダ部材１２の先端面の断面積及び圧入深さの関係式に基づいて、工具駆動器５３を制御することにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２の先端の位置を制御する。

［摩擦攪拌点接合方法（摩擦攪拌点接合装置の動作）］
次に、摩擦攪拌点接合装置５０を用いて実施される摩擦攪拌点接合方法の具体的な工程について、図３Ａ、図３Ｂ、及び図４を参照して具体的に説明する。なお、図３Ａ、図３Ｂ、及び図４においては、被接合物６０として、２枚の金属板６１、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、本実施の形態１においては、ピン部材１１の先端面の断面積をＡｐ、ショルダ部材１２の先端面の断面積を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、制御器５１が、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、工具駆動器５３を制御する形態の一例について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂ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４は、図３に示す摩擦攪拌点接合の各工程におけるピン部材の先端面、ショルダ部材の先端面、及びツール平均位置Ｔｘを模式的に表すグラフである。

なお、図３Ａ及び図３Ｂ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、金属板６１、６２に加えられる力の方向を示す。

また、裏当て部材５６からも金属板６１、６２に対して力が加えられているが、説明の便宜上、図３Ａ及び図３Ｂ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５４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。

さらに、図４においては、被接合物６０の表面６０ｃと裏面６０ｄの位置、及び金属板６１と金属板６２の接触面の位置を一点鎖線で示している。また、図４に示す工程（１）〜（６）は、図３Ａ及び図３Ｂに示す各工程（１）〜（６）に対応している。

以下、摩擦攪拌点接合装置５０における単発の接合動作の一例について、説明する。

まず、裏当て部材５６の上面に被接合物６０を載置する。次に、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動させて、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４を被接合物６０（金属板６１、６２）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５４の先端面５４ａ（図３Ａ及び図３Ｂには図示せず）を被接合物６０の表面６０ｃに当接させる（図３Ａ及び図４の工程（１）参照）。

これにより、クランプ部材５４と裏当て部材５６とで金属板６１、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５４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。

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５４が予め設定された所定の押圧力（例えば、３０００Ｎ〜８０００Ｎ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、工具駆動器５３を制御する。また、制御器５１には、加圧力検出器３３から検出した圧力が入力され、制御器５１は、加圧力検出器３３が検出した圧力が所定の圧力である場合には、所定の圧力を検出したときに位置検出器２１が検出したピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を基準位置として、記憶器３１に記憶させる。

次に、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を被接合物６０の表面６０ｃに当接させた状態で回転させる（図３Ａ及び図４の工程（２）参照）。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、金属板６１の当接領域における金属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。

次に、制御器５１は、ピン駆動器５３１及び／又はショルダ駆動器５３２（図１参照）を制御して、ピン部材１１を被接合物６０の表面６０ｃから後退させることで、ショルダ部材１２を被接合物６０の表面６０ｃからさらに内部に進入（圧入）させる（図３Ａ及び図４の工程（３）参照）。このとき、金属材料の軟化部位は、上側の金属板６１から下側の金属板６２にまで及び、塑性流動部６０ａの領域が増加する。

次に、制御器５１は、ピン駆動器５３１を制御して、後退させたピン部材１１を徐々に金属板６１に進入（圧入）させる。これに伴って、ショルダ部材１２が金属板６１から後退する（図３Ｂ及び図４の工程（４）参照）。なお、当該工程（４）は、後述する工程（５）によって金属板６１の表面６０ｃが充分整形される場合には、実行されなくともよい。

ここで、制御器５１は、工程（３）及び工程（４）を実行する場合には、上述したように、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、工具駆動器５３を制御する。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、特許文献１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。

また、制御器５１は、ツール平均位置Ｔｘ＝０となるように、工具駆動器５３を制御することが好ましい。ここで、「ツール平均位置Ｔｘ＝０」とは、ツール平均位置Ｔｘが±０である状態（Ｔｘ≒０）をいい、ピン部材１１の断面積Ａｐ、ショルダ部材１２の断面積Ａｓ、ピン部材１１の圧入深さＰｐ、及びショルダ部材１２の圧入深さＰｓの単位、有効数字、その他の諸条件に基づいてＴｘ＝０と見なすことができる状態をいう。したがって、摩擦攪拌点接合装置５０の構成又は用途等の諸条件によっては、ツール平均位置Ｔｘ＝０にまで小さくする必要はなく、良好な制御が可能になるのであれば、実用上でツール平均位置Ｔｘの絶対値をできる限り小さい値とすればよい。

そして、制御器５１は、工程（３）から工程（５）へ移行する場合には、ピン駆動器５３１を制御して、ピン部材１１を徐々に進入させる。一方、制御器５１は、工程（３）から工程（４）を経て工程（５）へ移行する場合には、ピン駆動器５３１を制御して、ピン部材１１を徐々に引き込ませる。このとき、ピン部材１１又はショルダ部材１２は、いずれも引き込み動作中であっても、その先端による加圧力は維持されている（図３Ａの工程（３）の矢印Ｆ及び図３Ｂの工程（４）の矢印Ｆ参照）。

このため、ショルダ部材１２が引き込まれる場合には、ピン部材１１による回転及び押圧が維持されているので、塑性流動部６０ａの軟化した金属材料は、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下に流動し、ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部が埋め戻されていく。

一方、ピン部材１１が引き込まれる場合には、ショルダ部材１２による回転及び押圧が維持されているので、塑性流動部６０ａの軟化した金属材料は、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動し、その結果、ピン部材１１の圧入により生じた凹部が埋め戻されていく。

次に、制御器５１は、工具駆動器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）（図３Ｂ及び図４の工程（５）参照）。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。

次に、制御器５１は、工具駆動器５３を制御して、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４を被接合物６０から離し、その後、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、一連の摩擦攪拌点接合（被接合物６０の接合工程）を終了させる（図３Ｂ及び図４の工程（６）参照）。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）は金属板６１、６２に加えられなくなるので、金属板６１、６２の双方に及ぶ塑性流動部６０ａでは、塑性流動が停止し、接合部６０ｂとなる。このようにして、２枚の金属板６１、６２は接合部６０ｂによって連結（接合）される。

このように、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、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、各部材（各機器）を制御することにより、好適な精度で良好な接合品質を実現し得るとともに、内部空洞欠陥の発生を防止又は抑制することができる。

ところで、本発明者等は、上記特許文献１に開示されている摩擦攪拌点接合方法を用いずに、かつ、ピン部材１１及びショルダ部材１２を充分に冷却せずに、連続して接合を行った場合には、外観品質等が不充分になるという知見を得た。ここで、「連続して接合を行う」とは、ピン部材及び／又はショルダ部材が充分に冷却（例えば、空冷）せずに、次の接合を行うことをいい、例えば、接合を終了後、所定の時間（例えば、数秒（２秒））以内に次の接合を開始する場合、及び／又は、次の接合を開始するときに、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度が所定の温度以上である場合、といった高サイクルで施工することをいう。

ここで、本発明者は、種々の冷却方法で連続して、２枚のアルミニウム合金２０２４クラッド−Ｔ３材（板厚０．８ｍｍ）への接合を行った場合におけるショルダ部材の温度を計測したところ、２００℃以上の温度のときに外観品質（主に接合部の凹み）の不良が発生した。一方、ショルダ部材の温度が２０〜６０℃以下の温度まで冷却された条件では、繰り返して接合をしても、ツールの温度の増加は確認されず、外観品質（主に接合部の凹み）の不良が発生しなかった。なお、これらの温度の閾値は、被接合材料及び板厚、並びにショルダ部材の材質により異なるので、一律に定義されるものではないことは言うまでもない。

そして、本発明者等は、連続して接合を行った場合における外観品質等の不良発生は、後述する理由（要因）によるものと考察している。以下、図５及び図６を参照しながら、詳細に説明する。

図５は、摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物を接合したときにおける工程（５）の状態を示す模式図であり、単発で接合した場合における工程（５）の状態（Ａ）と連続で接合した場合における工程（５）の状態（Ｂ）を示している。また、図６は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置を用いて、連続して被接合物を接合したときにおけるツール平均位置Ｔｘを模式的に表すグラフである。

なお、図６においては、制御器５１は、工程（５）において、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを面一にしたとき、これらの先端面は、被接合物６０の表面６０ｃ（基準位置）に位置するように制御している。また、図６においては、
４回連続して、被接合物の異なる部分の接合を実行し、各回におけるツール平均位置Ｔｘを示している。また、図６においては、ピン部材１１及びショルダ部材１２の圧入方向（図１における下向きの方向）を「正の方向」と定義している。さらに、図６においては、工程（６）のプロットを省略している。

単発で被接合物６０を接合した場合には、図５の（Ａ）に示すように、工程（５）において、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを面一にしたとき、これらの先端面は、被接合物６０の表面６０ｃ（基準位置）に位置している。

しかしながら、単発で接合した場合と同じ制御条件で、連続して被接合物６０を接合したところ、被接合物６０における、ピン部材１１及びショルダ部材１２が当接している部分が陥没し、クランプ部材５４が当接している部分が隆起するという結果が得られた（図示せず）。

また、図６に示すように、連続して被接合物を接合したときにおけるツール平均位置Ｔｘをプロットしたところ、単発の接合と同じ制御条件では、工程（５）において、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを被接合物６０の表面６０ｃ（基準位置）に位置するように制御することができず、ツール平均位置Ｔｘが正の値をとるという結果が得られた。

これらの結果から、本発明者等は、工程（５）において、摩擦攪拌点接合装置５０は、図５の（Ｂ）に示すような状態になっていると推察している。すなわち、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａは、基準位置（被接合物６０の表面６０ｃ）よりも被接合物６０の内方側の領域（第１領域）に位置している。一方、クランプ部材５４の先端面５４ａは、基準位置よりも被接合物６０の外方側の領域（第２領域）に位置している。

本発明者等は、このような結果は、ピン部材１１及びショルダ部材１２に摩擦により発生した熱が蓄積されたまま、次の接合を実行するため、単発で接合を実行する場合に比して、より金属材料が軟化されるまでの時間が早くなり、その結果、単発の接合と同じ時間、同じ回転速度、又は同じ押圧力で連続接合を行う場合、軟化する材料が多くなり、材料がショルダ部材１２の外側（クランプ部材５４側）等に流れてしまったことが原因（要因）であると考察している。

そこで、連続して被接合物を接合する場合に、次の接合を開始するまでの間に、軟化材料の流出することを防止するための処置を行うことにより、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得ることを見出し、本発明を想到した。

すなわち、被接合物６０の接合工程を終了するときに、位置検出器２１が検出したピン部材１１又はショルダ部材１２の先端面の位置（第１位置）が第１領域に位置する場合には、被接合物６０を押圧する押圧力を減少させる、及び／又は、ピン部材１１とショルダ部材１２の回転数を減少させることで、上記課題（要因）を解決することができることを見出した。

以下、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０において、連続して接合を行う場合の動作（制御方法）について、説明する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図７は、連続接合を実行する場合における、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７に示すように、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動し、被接合物の接合工程を開始する（ステップＳ１０１）。これにより、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４が被接合物６０（金属板６１、６２）に接近するように移動する。

次に、制御器５１は、予め設定された所定の回転数で、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を回転させる（ステップＳ１０２）。これにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２が回転しながら、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４が被接合物６０に接近するように移動する。

なお、本実施の形態１においては、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動させた後に、回転駆動器５７を駆動させる形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御器５１は、回転駆動器５７を駆動させた後に、工具駆動器５３を駆動させる形態を採用してもよい。また、例えば、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動させて、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４が被接合物６０に接触した後に、回転駆動器５７を駆動させる形態を採用してもよい。

そして、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。上述したように、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５４が予め設定された所定の押圧力で被接合物６０を押圧するように、工具駆動器５３を制御している。このため、制御器５１は、加圧力検出器３３が検出した圧力が所定の圧力である場合には、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、被接合物６０の表面６０ｃに当接したと判定することができる。

したがって、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、ステップＳ１０４に進む。制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出しない場合（ステップＳ１０３でＮｏ）には、所定の圧力を検出するまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３を繰り返す。

なお、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、被接合物６０と接触すると、上述したように、材料が軟化するまでの間、被接合物６０の表面６０ｃで留まっている。また、クランプ部材がある場合には、材料が軟化しても被接合物６０の表面６０ｃで留まっている。

次に、制御器５１は、加圧力検出器３３が所定の圧力を検出したときに、位置検出器２１が検出したピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を基準位置として、設定する（記憶器３１に記憶させる）（ステップＳ１０４）。

なお、本実施の形態１においては、制御器５１が、回転駆動器５７を駆動させた後に、基準位置を設定する形態を採用しているが、これに限定されない。制御器５１が、回転駆動器５７を駆動させる前に、基準位置を設定する形態を採用してもよい。この場合、基準位置を設定する際（工程（１））の押圧力の閾値と、金属板６１に当接させたピン部材１１等を回転させる際（工程（２）〜（５））の押圧力と、を同じ値にしてもよく、両者を異なる値にしてもよい。例えば、工程（２）〜（５）での押圧力に比べて、工程（１）での押圧力の閾値を小さい値に設定してもよい。またクランプがある場合は、工程（３）の開始される直前の時間において基準位置を設定しても差し支えない。

次に、制御器５１は、ピン部材１１又はショルダ部材１２が所定の動作をするように、工具駆動器５３を制御する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御器５１は、所定の制御プログラムに従って、工具駆動器５３を制御する。このとき、制御器５１は、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、工具駆動器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、工具駆動器５３を制御することがより好ましい。

なお、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２を被接合物６０の表面６０ｃから後退させる。被接合物６０の接合工程を終了するときには、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが面一になるように、工具駆動器５３を制御する。

次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを面一にしたときにおける、位置検出器２１が検出したピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を取得する（ステップＳ１０６）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置が、第１領域に位置するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）が、第１領域に位置していない（ステップＳ１０７でＮｏ）場合には、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置が、第１領域に位置している（ステップＳ１０７でＹｅｓ）場合には、上記押圧力及び／又は回転数の設定を変更して（ステップＳ１０８）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

具体的には、制御器５１は、次回の接合工程における被接合物６０を押圧する押圧力を、前記所定の押圧力よりも減少させるように、工具駆動器５３の設定を変更する、及び／又は、次回の接合工程におけるピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数を前記所定の回転数よりも減少させるように、回転駆動器５７の設定を変更する。より詳細には、制御器５１は、工具駆動器５３の操作量を減少させる、及び／又は回転駆動器５７の操作量を減少させる。

これにより、過剰に金属材料が軟化されることを抑制することができ、軟化した材料のクランプ部材５４側への流出を抑制することができる。

このように、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、連続して接合を実行する際に、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力及び／又はピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数を減少させることにより、被接合物６０の接合部分の外観品質等を充分に担保することができ、良好な接合品質を実現し得る。

［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０の変形例について、説明する。

本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、被接合物の接合工程を終了するときに、第１位置が第１領域に位置し、かつ、次回の接合工程を開始するときに、ピン部材及びショルダ部材の温度が所定の温度以上である場合には、次回の接合工程における、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力を減少させるように工具駆動器を制御する、及び／又は、ピン部材とショルダ部材の回転数を減少させるように回転駆動器を制御する態様を例示する。

なお、本変形例１の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と同様に構成されているため、その構成の説明については省略する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図８は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例１の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８に示すように、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合動作は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的動作は同じであるが、ステップＳ１０７とステップＳ１０８の間に、ステップＳ１０７Ａが実行される点が異なる。

具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）が、第１領域に位置している（ステップＳ１０７でＹｅｓ）場合に、ステップＳ１０７Ａに進む。ステップＳ１０７Ａでは、制御器５１は、次の接合を開始する指令が入力されたときに、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度が所定の温度以上であるか否かを判断する。

ここで、所定の温度は、予め実験等により設定することができ、例えば、２０〜６０℃に設定してもよい。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度は、例えば、赤外線温度センサ等により、直接的に検知してもよく、また、被接合物６０等の温度、又は被接合物６０の接合回数等から間接的に検知してもよい。

そして、制御器５１は、第１位置が第１領域に位置し、かつ、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度が所定の温度以上である場合（ステップＳ１０７ＡでＹｅｓ）には、押圧力及び／又は回転数の設定を変更して（ステップＳ１０８）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。なお、押圧力及び／又は回転数の設定変更は、あらかじめ実験等でデータベースをつくり、自動的に変更されることが望ましい。

一方、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度が所定の温度以上でない場合（ステップＳ１０７ＡでＮｏ）には、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

このように構成された、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

［変形例２］
本実施の形態１における変形例２の摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、被接合物の接合工程を終了するときに、第１位置が第１領域に位置し、かつ、被接合物の接合工程を終了から次回の接合工程を開始するまでの時間が所定の時間以内である場合には、次回の接合工程における、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力を減少させるように工具駆動器を制御する、及び／又は、ピン部材とショルダ部材の回転数を減少させるように回転駆動器を制御する態様を例示する。

なお、本変形例２の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と同様に構成されているため、その構成の説明については省略する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図９は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例２の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９に示すように、本変形例２の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合動作は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的動作は同じであるが、ステップＳ１０７とステップＳ１０８の間に、ステップＳ１０７Ｂが実行される点が異なる。

具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）が、第１領域に位置している（ステップＳ１０７でＹｅｓ）場合に、ステップＳ１０７Ｂに進む。ステップＳ１０７Ｂでは、制御器５１は、前回の接合が終了してから、次の接合を開始する指令が入力されるまでの時間を計時し、当該計時した時間が所定の時間以上経過しているか否かを判断する。

ここで、所定の時間は、予め実験等により設定することができ、例えば、５〜７秒に設定してもよい。なお、制御器５１による時間の経時は、図示されない制御器５１の時計部によって実行される。

そして、制御器５１は、第１位置が第１領域に位置し、かつ、前回の接合が終了してから、次の接合を開始する指令が入力されるまでの時間が所定の時間以上経過していない場合（ステップＳ１０７ＢでＹｅｓ）には、押圧力及び／又は回転数の設定を変更して（ステップＳ１０８）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、前回の接合が終了してから、次の接合を開始する指令が入力されるまでの時間が所定の時間以上経過している場合（ステップＳ１０７ＢでＮｏ）には、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

このように構成された、本変形例２の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

なお、本変形例２の摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１は、第１位置が第１領域に位置し、かつ、前回の接合が終了してから、次の接合を開始する指令が入力されるまでの時間が所定の時間以上経過していない場合に、押圧力及び／又は回転数の設定を変更する形態を採用したが、これに限定されない。

制御器５１は、第１位置が第１領域に位置し、かつ、前回の接合が終了してから、次の接合を開始する指令が入力されるまでの時間が所定の時間以上経過しておらず、かつ、次の接合を開始する指令が入力されたときに、ピン部材１１及びショルダ部材１２の温度が所定の温度以上である場合に、押圧力及び／又は回転数の設定を変更する形態を採用してもよい。

［変形例３］
本実施の形態１における変形例３の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、加圧力検出器３３が設けられていない点が異なる。また、本変形例３の摩擦攪拌点接合装置５０では、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様に、連続接合動作を実行するが、基準位置の設定方法が異なる。具体的には、作業者が、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａと、被接合物６０の表面との接触を目視にて確認し、制御器５１は、このときに位置検出器２１が検知した位置を、記憶器３１に基準位置として記憶させる。

このように、本変形例３の摩擦攪拌点接合装置５０では、予め記憶器３１に基準位置が記憶されているため、本変形例３においては、連続接合動作は、図７に示す連続接合動作のステップＳ１０３が省略されて実行される。このように構成された、本変形例３の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

なお、記憶器３１は、連続して接合を実行する前に、１以上の接合箇所の基準位置を記憶すればよく、例えば、全ての接合箇所の基準位置を記憶してもよく、複数の接合箇所の基準位置を記憶してもよく、１の接合箇所の基準位置を記憶してもよい。

なお、本変形例３の摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、変形例１又は２の摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

［変形例４］
上述したように、ピン部材１１又はショルダ部材１２は、被接合物６０と接触した後、回転駆動され、その後、ピン部材１１又はショルダ部材１２のいずれか一方の部材は、工具駆動器５３により、被接合物６０の表面６０ｃからさらに内部に進入（圧入）する。すなわち、ピン部材１１又はショルダ部材１２が駆動される前も、ピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａは、被接合物６０の表面６０ｃに位置する。

このため、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、工具駆動器５３を制御して、ピン部材１１又はショルダ部材１２のいずれか一方の部材を駆動する直前における位置検出器２１が検出した位置を基準位置として設定する。

以下、図１０を参照しながら、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、具体的に説明する。なお、本変形例４の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と同様に構成されているため、その構成の説明については省略する。

図１０は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例４の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１０に示すように、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動し、被接合物の接合工程を開始する（ステップＳ２０１）。ついで、制御器５１は、予め設定された所定の回転数で、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を被接合物６０の表面６０ｃに当接させた状態で回転させる。このとき、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、上述したように、材料が軟化するまでの間、被接合物６０の表面６０ｃで留まっている。

次に、制御器５１は、ステップＳ２０５で、工具駆動器５３に制御信号を出力する直前に、位置検出器２１が検出したピン部材１１の先端面１１ａ又はショルダ部材１２の先端面１２ａの位置を取得する（ステップＳ２０３）。ついで、制御器５１は、ステップＳ２０３で取得した位置を、基準位置として、設定する（記憶器３１に記憶されている基準位置を更新する）（ステップＳ２０４）。

そして、制御器５１は、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０８を実行する。なお、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０８は、図７に示すステップＳ１０５〜ステップＳ１０８と同様の動作であるため、その説明は省略する。

このように、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０では、連続して接合を実行するときに、ステップＳ２０４で基準位置を更新していくように構成されている。このように構成された、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

なお、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０では、変形例３と同様に、連続して接合を実行する前に、１以上の接合箇所の基準位置を記憶器３１に記憶させておき、被接合物６０を接合するときに、記憶器３１に記憶されている基準位置を更新させてもよい。

また、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０では、変位例４と同様に、連続して接合を実行する前に、１以上の接合箇所の基準位置を記憶器３１に記憶させておき、被接合物６０を接合するときに、記憶器３１に記憶されている基準位置とは別に、ステップＳ２０３で取得した位置を基準位置として記憶してもよい。

さらに、本変形例４の摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、変形例１〜３のいずれかの摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

［変形例５］
本変形例５の摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、第１位置を基準として算出されたツール平均位置Ｔｘであるツール平均位置Ｔｘ１が、予め実験等で任意に設定される適正範囲外である場合には、次回の接合工程における、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力を減少させるように工具駆動器を制御する、及び／又は、次回の接合工程における、ピン部材とショルダ部材の回転数を減少させるように回転駆動器を制御する態様を例示する。なお、本変形例５の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と同様に構成されているため、その構成の説明は省略する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図１１は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例５の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１１に示すように、本変形例５の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作は、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０６までは、図７に示す実施の形態１のステップＳ１０１〜ステップＳ１０６と同じであるが、ステップＳ３０７以降の動作が異なる。以下、動作が異なる部分について、詳細に説明する。

ステップＳ３０７では、制御器５１は、ステップＳ３０６で取得した位置（第１位置）を基準として、ツール平均位置Ｔｘ１（Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ）を算出する。ついで、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、その適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。

ここで、ツール平均位置Ｔｘ１の適正範囲は、被接合物６０を構成する金属材料等により、任意に変更されるものであり、予め実験等で設定することができる。被接合物６０の接合部分の外観品質等を充分に担保する観点から、適正範囲の下限値は、−０．０８〜−０．０５程度の値であることが好ましく、上限値は０．０５〜０．０８程度の値であることが好ましい。

制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適正範囲内の場合（ステップＳ３０８でＮｏ）には、そのまま本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適正範囲外である（ステップＳ３０８でＹｅｓ）場合には、上記押圧力及び／又は回転数の設定を変更して（ステップＳ３０９）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

このように構成された、本変形例５の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。なお、本変形例５の摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、変形例１〜４のいずれかの摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

［変形例６］
本変形例６の摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、ツール平均位置Ｔｘ１が第１閾値より大きい場合には、次回の接合工程の実行を禁止する態様を例示するものである。なお、本変形例６の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と同様に構成されているため、その構成の説明は省略する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図１２Ａ及び図１２Ｂは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態１における変形例６の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１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、本変形例６の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作は、変形例５の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作と基本的動作は同じであるが、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適性範囲外である場合（ステップＳ３０８でＹｅｓ）の動作が異なる。以下、動作が異なる部分について、詳細に説明する。

制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適性範囲外である場合（ステップＳ３０８でＹｅｓ）には、ステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きいか否かを判定する。

ここで、第１閾値は、適性範囲より大きい値であり、被接合物６０を構成する金属材料、又は求められる品質要求等により、任意に変更されるものであり、予め設計要求又は実験等で設定することができる。第１閾値としては、求められる品質に応じて、例えば、０．１ｍｍ、又は０．２ｍｍ等と設定してもよく、被接合物６０の板厚の２０％等と設定してもよい。

制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きくない場合（ステップＳ３０９でＮｏ）、には、上記押圧力及び／又は回転数の設定を変更して（ステップＳ３１１）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きい場合（ステップＳ３０９でＹｅｓ）には、次回の接合の実行を禁止し（ステップＳ３１０）、本フローを終了する。ピン部材１１及びショルダ部材１２に蓄積された熱量が大きいため、設定変更によっても、被接合物６０の接合部分の外観品質等を充分に担保することができないおそれがあるため、次回の接合の実行を禁止する。

なお、次回の接合の実行の禁止には、単に、次の被接合物６０の接合を中止する場合だけでなく、充分にピン部材１１及びショルダ部材１２を冷却する時間が経過するまで、被接合物６０の接合を中止する場合も含む。

このように構成された、本変形例６の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

また、本変形例６の摩擦攪拌点接合装置５０では、ピン部材１１及びショルダ部材１２が過加熱されていると判断できる場合には、被接合物６０の接合の実行を禁止することにより、より外観品質等を充分に担保することができ、良好な接合品質を実現し得る。

なお、本変形例６の摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、変形例１〜４のいずれかの摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

（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、制御器が、被接合物の接合工程を終了するごとに、第１位置が、基準位置よりも被接合物から離れた側の領域である第２領域と、基準位置又は第１領域と、に変動する場合には、ピン部材及び／又はショルダ部材に被接合物の一部が付着していると判断し、報知器により警告を報知する、及び／又は次回の接合工程の実行を禁止する態様を例示するものである。なお、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と同様に構成されているため、その構成の説明は省略する。

ところで、本発明者等は、連続して被接合物の接合を実行すると、被接合物の接合工程を終了するときに、第１位置が、第２領域に位置する場合があることを見出した。このような状態が生じる要因としては、被接合物の表面と、ピン部材の先端面及び／又はショルダ部材の先端面と、の間に、空洞（空間）が形成されている場合、ピン部材及び／又はショルダ部材の先端部に被接合物の一部が付着している場合等が考えられる。

そこで、本発明者等は、当該現象について、さらに考察したところ、第１位置が、第２領域に位置した場合、次回以降の接合工程において、ピン部材及び／又はショルダ部材の先端部に付着した被接合物の一部は、当該接合部分に混ざって、除去されることがあることを見出し、本発明を想到した。

以下、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０において、連続して接合を行う場合の動作（制御方法）について、説明する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図１３Ａ及び図１３Ｂは、連続接合を実行する場合における、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１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作と基本的動作は同じであるが、ステップＳ１０７以降の動作が異なる。以下、動作が異なる部分について、詳細に説明する。

制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）が、第１領域に位置している（ステップＳ１０７でＹｅｓ）場合には、上記押圧力及び／又は回転数の設定を変更する（ステップＳ１０８）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）を記憶器３１に記憶させ（ステップＳ１０９）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ステップＳ１０６で取得した位置（第１位置）が、第１領域に位置していない（ステップＳ１０７でＮｏ）場合には、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動しているか否かを判定する。具体的には、制御器５１は、記憶器３１に記憶されている第１位置の履歴を参照して、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動しているか否かを判定する。なお、記憶器３１に記憶されている第１位置の履歴は、本フローを開始してからの履歴を参照し、それ以前の履歴は参照されない。

ここで、被接合物６０の接合工程を終了するごとに、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動する場合とは、以下のような場合をいう。

上述したように、制御器５１は、被接合物６０の接合工程を終了するごとに、第１位置を記憶器３１に記憶させている。そして、例えば、１回目の第１位置が第２領域に位置し、２回目の第１位置が第１領域（又は基準位置）に位置し、３回目の第１位置が第２領域に位置するような場合に、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動する場合と判定する。

なお、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動する場合には、記憶された第１位置が、第２領域と、第１領域（又は基準位置）と、を交互に位置する場合だけに限定されない。第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動する場合としては、例えば、第１位置が、複数回連続して、第２領域に位置し、その後、１以上の回数、第１領域（又は基準位置）に位置した後に、再び、第２領域に位置する場合、又は第１位置が、複数回連続して、第１領域（又は基準位置）に位置し、その後、１以上の回数、第２領域に位置した後、再び、第１領域（又は基準位置）に位置する場合等であってもよい。

そして、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動していない場合（ステップＳ１１０でＮｏ）には、そのまま、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合（ステップＳ１１０でＹｅｓ）には、報知器により、使用者にピン部材１１及び／又はショルダ部材１２の先端部に被接合物６０の一部が付着しているおそれがあるという警告を報知させ（ステップＳ１１１）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

ここで、報知器としては、警告を外部に知らせることができれば、どのような構成であってもよい。外部に知らせる態様としては、例えば、リモコンの表示部（画面）に、文字データ又は画像データ等を表示させる態様であってもよく、スピーカー等により音声で知らせる態様であってもよく、光又は色で知らせるような態様であってもよい。また、通信ネットワークを介してスマートフォン、携帯電話、又はタブレット型コンピュータ等にメール又はアプリで知らせる態様であってもよい。

これにより、摩擦攪拌点接合装置５０の使用者は、ピン部材１１及び／又はショルダ部材１２に異常が発生しているおそれがあることを知ることができ、摩擦攪拌点接合装置５０の整備等を早期に実行することができる。このため、被接合物６０にピン部材１１に付着した被接合物６０の一部が接合部分に混ざることによる品質の悪化（例えば、被接合物６０の表面６０ｃが肉盛りされる等）を抑制することができる。

なお、本実施の形態２においては、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合には、報知器により、警告を報知する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合には、次回の接合を禁止する形態を採用してもよい。また、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合に、報知器による警告の報知を複数回行った後に、次回の接合を禁止する形態を採用してもよい。

また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、実施の形態１における変形例１〜６のいずれかの摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

［変形例１］
次に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０の変形例について、説明する。

本変形例１の摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、被接合物の接合工程を終了するごとに、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合には、ピン部材及び／又はショルダ部材に被接合物の一部が付着していると判断し、報知器により警告を報知する、及び／又は次回の接合工程の実行を禁止する態様を例示するものである。なお、本変形例１の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と同様に構成されているため、その構成の説明は省略する。

［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃは、連続接合を実行する場合における、本実施の形態２における変形例１の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１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃに示すように、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作は、実施の形態１の変形例５の摩擦攪拌点接合装置５０における連続接合の動作と基本的動作は同じであるが、ステップＳ３０８以降の動作が異なる。以下、動作が異なる部分について、詳細に説明する。

制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適性範囲内である場合（ステップＳ３０８でＮｏ）には、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１を記憶器３１に記憶させ（ステップＳ３１３）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、適性範囲外である場合（ステップＳ３０８でＹｅｓ）には、ステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きいか否かを判定する。

制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きい場合（ステップＳ３０９でＹｅｓ）には、次回の接合の実行を禁止し（ステップＳ３１２）、本フローを終了する。

一方、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１が、第１閾値より大きくない場合（ステップＳ３０９でＮｏ）には、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動しているか否かを判定する（ステップＳ３１１Ａ）。

具体的には、制御器５１は、記憶器３１に記憶されているツール平均位置Ｔｘ１の履歴を参照して、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動しているか否かを判定する。なお、記憶器３１に記憶されているツール平均位置Ｔｘ１の履歴は、本フローを開始してからの履歴を参照し、それ以前の履歴は参照されない。

ここで、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合とは、以下のような場合をいう。

上述したように、制御器５１は、被接合物６０の接合工程を終了するごとにツール平均位置Ｔｘ１を記憶器３１に記憶させている。そして、例えば、１回目のツール平均位置Ｔｘ１がマイナスの値をとり、２回目のツール平均位置Ｔｘ１がプラスの値（又は０）をとり、３回目のツール平均位置Ｔｘ１が再びマイナスの値をとるような場合に、制御器５１は、記憶されたツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合と判定する。

なお、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合には、記憶されたツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値（又は０）と、を交互にとる場合だけに限定されない。ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合としては、例えば、ツール平均位置Ｔｘ１が、複数回連続して、マイナスの値をとり、その後、１以上の回数、プラスの値（又は０）をとった後に、再び、マイナスの値をとる場合、又はツール平均位置Ｔｘ１が、複数回連続して、プラスの値（又は０）をとり、その後、１以上の回数、マイナスの値をとった後、再び、プラスの値（又は０）をとる場合等であってもよい。

そして、制御器５１は、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動している場合（ステップＳ３１１ＡでＹｅｓ）には、報知器により、使用者にピン部材１１及び／又はショルダ部材１２の先端部に被接合物６０の一部が付着しているおそれがあるという警告を報知させ（ステップＳ３１２）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

一方、制御器５１は、ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動していない場合（ステップＳ３１１ＡでＮｏ）には、上記押圧力及び／又は回転数の設定を変更する（ステップＳ３１１）。ついで、制御器５１は、ステップＳ３０７で算出したツール平均位置Ｔｘ１を記憶器３１に記憶させ（ステップＳ３１３）、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

このように構成された、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

なお、本変形例１においては、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合には、報知器により、警告を報知する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合には、次回の接合を禁止する形態を採用してもよい。また、制御器５１は、第１位置が、第２領域と、第１領域又は基準位置と、に変動している場合に、報知器による警告の報知を複数回行った後に、次回の接合を禁止する形態を採用してもよい。

また、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０は、上記特徴以外は、実施の形態１における変形例１〜６のいずれかの摩擦攪拌点接合装置５０と同様に構成されていてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や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。本発明の要旨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。

本発明の摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法は、連続して接合を行っても、良好な接合品質を実現し得るため、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
２１ 位置検出器
３１ 記憶器
３２ 入力器
３３ 加圧力検出器
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 工具駆動器
５４ クランプ部材
５４ａ 先端面
５５ 裏当て支持部
５６ 裏当て部材
５６ａ 支持面
５７ 回転駆動器
６０ 被接合物
６０ａ 塑性流動部
６０ｂ 接合部
６０ｃ 表面
６０ｄ 裏面
６１ 金属板
６２ 金属板
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

Claims (20)

1. 被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
   円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構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おり、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成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工具駆動器と、
   前記ピン部材又は前記ショルダ部材における先端面の前記軸線方向の位置を検出する位置検出器と、
   制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記被接合物の接合工程を開始するときに、前記位置検出器が検出した前記被接合物の表面に接触したときの前記ピン部材又は前記ショルダ部材における先端面の前記軸線方向の位置を基準位置と設定し、
   前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面を面一にするように、前記工具駆動器を制御し、前記位置検出器が検出した前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置である第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物の内方側の領域である第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように前記回転駆動器を制御する、摩擦攪拌点接合装置。
2. 前記制御器は、前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記第１位置が前記第１領域に位置し、かつ、次回の接合工程を開始するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の温度が所定の温度以上である場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように前記回転駆動器を制御する、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
3. 前記制御器は、前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記第１位置が前記第１領域に位置し、かつ、前記被接合物の接合工程を終了から次回の接合工程を開始するまでの時間が所定の時間以内である場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように前記回転駆動器を制御する、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、前記被接合物の接合工程を終了するごとに、前記第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物から離れた側の領域である第２領域と、前記第１領域又は前記基準位置と、に変動する場合には、前記ピン部材及び／又は前記ショルダ部材に前記被接合物の一部が付着していると判断し、報知器により警告を報知する、及び／又は次回の接合工程の実行を禁止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
5. 前記制御器は、前記被接合物の接合工程において、前記ピン部材の先端面の断面積をＡｐ、前記ショルダ部材の先端面の断面積をＡｓ、前記ピン部材が前記被接合物の表面から圧入したときの圧入深さをＰｐ、前記ショルダ部材が前記被接合物の表面から圧入したときの圧入深さをＰｓとしたときに、次式
   Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ
   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、前記工具駆動器を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
6. 前記制御器は、前記ツール平均位置Ｔｘ＝０となるように、前記工具駆動器を制御する、請求項５に記載の摩擦攪拌点接合装置。
7. 前記制御器は、前記基準位置と前記第１位置により算出されたツール平均位置Ｔｘであるツール平均位置Ｔｘ１が、予め設定された適正範囲外である場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように前記回転駆動器を制御する、請求項５に記載の摩擦攪拌点接合装置。
8. 前記制御器は、前記ツール平均位置Ｔｘ１が、前記適正範囲よりも大きい値である第１閾値より大きい場合には、次回の接合工程の実行を禁止する、請求項７に記載の摩擦攪拌点接合装置。
9. 前記制御器は、前記被接合物の接合工程を終了するごとに、前記ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合には、前記ピン部材及び／又は前記ショルダ部材に前記被接合物の一部が付着していると判断し、報知器により警告を報知する、及び／又は、次回の接合工程の実行を禁止する、請求項７又は８に記載の摩擦攪拌点接合装置。
10. 前記軸線方向に進退移動可能に構成されているクランプ部材と、
    前記クランプ部材を、前記軸線に沿って進退移動するように動作させるクランプ部材駆動器と、をさらに備え、
    前記制御器は、前記第１位置が前記第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材、前記ショルダ部材、及び前記クランプ部材が前記被接合物材を押圧する押圧力を減少させるように、前記工具駆動器及び／又は前記クランプ部材駆動器を制御する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
11. 被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
    軸線周りに回転し、かつ、該軸線方向に進退移動可能に構成されている円柱状のピン部材又は前記ピン部材の外周面を囲むように配置され、前記軸線周りに回転し、かつ、該軸線方向に進退移動可能に構成されている円筒状のショルダ部材の先端面が、前記被接合物の表面に接触したときにおける、位置検出器が検出した前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置を基準位置とする（Ａ）と、
    前記ピン部材又は前記ショルダ部材が予め設定された押圧力で前記被接合物を押圧した状態で、工具駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を前記軸線方向に進退移動させて、かつ、回転駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を予め設定された回転数で回転させて、前記被接合物を部分的に攪拌して、前記被接合物を接合する（Ｂ）と、
    前記被接合物の接合工程を終了するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が面一になるように前記工具駆動器が駆動する（Ｃ）と、
    前記（Ｃ）の後に、前記ピン部材又は前記ショルダ部材の先端面の前記軸線方向の位置である第１位置を前記位置検出器が検出する（Ｄ）と、
    前記第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物側の領域である第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力を減少させるように、及び／又は、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように、前記設定を変更する（Ｅ）と、を備える、摩擦攪拌点接合方法。
12. 前記（Ｅ）では、前記第１位置が、前記第１領域に位置し、かつ、次回の接合工程を開始するときに、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の温度が所定の温度以上である場合に、次回の接合工程における前記設定を変更する、請求項１１に記載の摩擦攪拌点接合方法。
13. 前記（Ｅ）では、前記第１位置が、前記第１領域に位置し、かつ、前記（Ｄ）から次回の接合工程を開始するまでの時間が所定の時間以内である場合に、次回の接合工程における前記設定を変更する、請求項１１又は１２に記載の摩擦攪拌点接合方法。
14. 前記被接合物の接合工程を終了するごとに、前記（Ｄ）で検出した第１位置が、前記基準位置よりも前記被接合物から離れた側の領域である第２領域と、前記第１領域又は前記基準位置と、に変動する場合には、前記ピン部材及び／又は前記ショルダ部材に前記被接合物の一部が付着していると判断する（Ｆ）と、
    前記（Ｆ）で前記ピン部材及び／又は前記ショルダ部材に前記被接合物の一部が付着していると判断すると、報知機により警告を報知する、及び／又は次回の接合工程を禁止する（Ｇ）と、をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
15. 前記（Ｂ）における前記設定は、前記ピン部材の先端面の断面積をＡｐ、前記ショルダ部材の先端面の断面積をＡｓ、前記ピン部材が前記被接合物の表面から圧入したときの圧入深さをＰｐ、前記ショルダ部材が前記被接合物の表面から圧入したときの圧入深さをＰｓとしたときに、次式
    Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ
    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、前記工具駆動器の動作量が設定されている、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
16. 前記（Ｂ）における前記設定は、前記ツール平均位置Ｔｘ＝０となるように、前記工具駆動器の動作量が設定されている、請求項１５に記載の摩擦攪拌点接合方法。
17. 前記（Ｅ）では、前記基準位置と前記第１位置により算出されたツール平均位置Ｔｘであるツール平均位置Ｔｘ１が、予め設定された適正範囲外の場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力、及び／又は、次回の接合工程における、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数を減少させるように、前記設定を変更する、請求項１６に記載の摩擦攪拌点接合方法。
18. 前記（Ｅ）において、前記ツール平均位置Ｔｘ１が、前記適正範囲よりも大きい値である第１閾値より大きい場合には、次回の接合工程の実行を禁止する（Ｈ）をさらに備える、請求項１７に記載の摩擦攪拌点接合方法。
19. 前記（Ｆ）では、前記ツール平均位置Ｔｘ１が、マイナスの値と、プラスの値又は０と、に変動する場合には、前記ピン部材及び／又は前記ショルダ部材に前記被接合物の一部が付着していると判断する、請求項１７又は１８に記載の摩擦攪拌点接合方法。
20. 前記（Ｂ）では、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の少なくとも一方の部材、並びに、クランプ部材が予め設定された押圧力で前記被接合物を押圧した状態で、工具駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を前記軸線方向に進退移動させて、かつ、回転駆動器が前記ピン部材又は前記ショルダ部材を予め設定された回転数で回転させて、前記被接合物を部分的に攪拌して、前記被接合物を接合し、
    前記（Ｅ）では、前記第１位置が前記第１領域に位置する場合には、次回の接合工程における、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の少なくとも一方の部材と、並びに、前記クランプ部材と、が前記被接合物材を押圧する押圧力を減少させるように、前記設定を変更する、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。

Images