JP6351069B2 - 摩擦攪拌接合方法、及び摩擦攪拌接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌接合方法、及び摩擦攪拌接合装置に関し、特に、鉄を主成分とした合金を接合させる際に使用する摩擦攪拌接合方法、及び摩擦攪拌接合装置に関する。

従来、ショルダ、及びショルダの一面から突出し、ショルダと一体化されたプローブを含む回転ツールを有する摩擦攪拌接合装置を用いて、被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法が行われている。

該摩擦攪拌接合方法では、被接合部材の接合部（接合する２つの部材を突き合わせた境界部）に、上記回転ツールのプローブを回転させながら挿入し、回転ツールと接合部との間に発生する摩擦熱により、被接合部材を接合させる。

特許文献１には、高張力鋼板（言い換えれば、鉄を主成分とした合金）を摩擦攪拌接合する場合において、接合部の周囲を酸素濃度が１ｖｏｌ％以下の保護ガスで覆いながら摩擦攪拌接合をすることで、良好な継手強度が得られることが開示されている。

特開２０１０−１４９１８８号公報

ところで、摩擦攪拌接合では、鉄を主成分とした合金に適用した場合、荷重を増大させないと接合できないため、回転ツールのプローブが摩耗しやすく、該回転ツールの寿命が非常に短くなってしまうという問題がある。
特許文献１に開示された摩擦攪拌接合方法では、良好な継手強度を得ることは可能であるが、回転ツールの寿命を長くすることは困難であった。

そこで、本発明は、鉄を主成分とした合金よりなる被接合部材を接合させる際に使用する回転ツールの寿命を長くすることの可能な摩擦攪拌接合方法、及び摩擦攪拌接合装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、回転ツールを構成するプローブを所定の回転速度で回転させた状態で、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材に圧入させることで、該被接合部材を接合させる接合工程と、前記接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時に、前記被接合部材から前記プローブを離間させるとともに、前記プローブが外気に直接触れない状態で、前記所定の回転速度で回転する該プローブの周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び前記酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給するシールドガス供給工程と、を有することを特徴とする摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、前記接合工程と、前記シールドガス供給工程と、を順次繰り返し行うことを特徴とする請求項１記載の摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記シールドガス供給工程では、筒状とされた隔壁内に前記プローブを収容させた状態で、該プローブに前記シールドガスを供給させることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、前記酸化性ガスとして、酸素または二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記回転ツールの材料として、タングステンカーバイドを用いることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項６に係る発明によれば、前記シールドガス供給工程では、前記プローブにシールドガス供給口が対向するように配置されたシールドガス供給ノズルを介して、前記プローブに前記シールドガスを供給することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法が提供される。

また、請求項７に係る発明によれば、回転ツールを構成するプローブを所定の回転速度で回転させた状態で、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材に圧入させることで、該被接合部材を接合させる摩擦攪拌接合装置であって、ショルダ、及び該ショルダの一面から突出する前記プローブを含む前記回転ツールと、前記回転ツールを収容する筒状の隔壁と、前記隔壁の延在方向に対して、該隔壁を移動させる隔壁移動部と、前記プローブの周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、前記プローブに、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び前記酸化性ガスを含むシールドガスを供給するシールドガス供給源と、前記シールドガス供給源と接続され、前記回転ツールと前記隔壁との間に形成される環状空間を介して、前記プローブに、前記シールドガスを連続的に供給するシールドガス供給ラインと、を有することを特徴とする摩擦攪拌接合装置が提供される。

また、請求項８に係る発明によれば、一端が前記シールドガス供給ラインと接続され、他端であるシールドガス供給口が前記プローブに対向するように配置されたシールドガス供給用ノズルを有することを特徴とする請求項７記載の摩擦攪拌接合装置が提供される。

また、請求項９に係る発明によれば、前記酸化性ガスは、酸素または二酸化炭素であることを特徴とする請求項７または８記載の摩擦攪拌接合装置が提供される。

また、請求項１０に係る発明によれば、前記回転ツールの材料として、タングステンカーバイドを用いることを特徴とする請求項７ないし９のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合装置が提供される。

本発明の摩擦攪拌接合方法によれば、被接合部材を接合させる接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時に、被接合部材から回転ツールを構成するプローブを離間させた状態で、プローブの周囲におけるシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、所定の回転速度（接合工程におけるプローブの回転速度と同じ速度）で回転するプローブに、主成分であるアルゴンまたは窒素、及び酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給することで、プローブの靱性の低下（言い換えれば、プローブを含む回転ツールの寿命の低下）を抑制した上で、プローブの表面を僅かに酸化させることが可能となる。

このように、プローブの表面を僅かに酸化することで、プローブの表面と被接合部材との間のすべりが良くなって、撹拌量が増加し、被接合部材の接合時におけるプローブの回転トルク抵抗を低下させることが可能となる。
これにより、接合工程時において、プローブに与える負荷を小さくすることが可能となるので、鉄を主成分とした合金よりなる被接合部材を摩擦攪拌接合させる際に使用する回転ツールの寿命を長くすることができる。

第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、摩擦攪拌接合装置が２つの被接合部材を摩擦攪拌接合している状態を模式的に示す図である。 第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、接合工程間に設けられたインターバル時における摩擦攪拌接合装置の状態を模式的に示す図である。 第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、摩擦攪拌接合装置が２つの被接合部材を摩擦攪拌接合している状態を模式的に示す図である。 第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、接合工程間に設けられたインターバル時における摩擦攪拌接合装置の状態を模式的に示す図である。 １０点の点接合を行った際の比較例１の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。 ９点の点接合を行った際の実施例１の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。 １０点の点接合を行った際の参考例の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。 シールドガスに含まれる酸素濃度とプローブの回転トルクの最大値との関係を示す図（グラフ）である。 比較例２及び実施例２の裏ビードの写真、接合時のプローブの回転トルク、及びプローブの周囲におけるシールドガスを示す図である。 回転ツールの破断点数とプローブの周囲のシールドガスに含まれる酸素濃度との関係を示図（グラフ）である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の摩擦攪拌接合装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、摩擦攪拌接合装置が２つの被接合部材を摩擦攪拌接合している状態を模式的に示す図である。
図２は、第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、接合工程間に設けられたインターバル時における摩擦攪拌接合装置の状態を模式的に示す図である。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１及び図２において、Ｘ方向は２つの被接合部材２５，２６の配置方向、Ｚ方向は隔壁３３の延在方向及び隔壁３３の移動方向、Ａは回転ツール用ホルダ３１及び回転ツール３２の回転方向（以下、「Ａ方向」という）、Ｂは隔壁３３内におけるシールドガスの供給方向（以下、「Ｂ方向」という）をそれぞれ示している。

図１を参照するに、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０は、摩擦攪拌接合法により、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合させるための装置である。
被接合部材２５，２６を構成する具体的な材料（合金）としては、例えば、軟鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等を例示することができる。

図１及び図２を参照するに、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０は、摩擦攪拌接合装置本体１１と、アルゴンガス供給源１３と、酸化性ガス供給源１４と、アルゴンガス供給ライン１６と、酸化性ガス供給ライン１７と、シールドガス供給源２１と、シールドガス供給ライン２２と、を有する。

摩擦攪拌接合装置本体１１は、回転ツール用ホルダ３１と、回転ツール３２と、ツール回転用装置（図示せず）と、押圧装置（図示せず）と、隔壁３３と、環状空間３４と、隔壁移動部３５と、を有する。
回転ツール用ホルダ３１は、その下端側において、回転ツール３２を支持するための部材である。回転ツール用ホルダ３１の外形は、例えば、円柱形状とすることができる。

回転ツール３２は、接合ツールとも呼ばれ、ショルダ４１と、プローブ４２と、を有する。ショルダ４１は、回転ツール３２が被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合（以下、単に「接合」ということもある）する際に、被接合部材２５，２６の平坦な一面２５ａ，２６ａ（回転ツール３２と対向する側の面）と接触する平坦な一面４１ａを有する。

ショルダ４１は、プローブ４２と一体に構成されている。ショルダ４１の上部は、回転ツール用ホルダ３１に固定されている。これにより、ツール回転用装置（図示せず）により、回転ツール用ホルダ３１がＡ方向に所定の回転速度で回転させられた際、回転ツール３２もＡ方向に該所定の回転速度で回転する。

ツール用ホルダ３１に固定された状態において、ツール用ホルダ３１の下面からその下方に突出するショルダ４１の突出量は、特に限定されることなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、４〜２５ｍｍの範囲内（好ましくは、６〜１５ｍｍの範囲内）で設定するとよい。
ショルダ４１の形状は、例えば、円柱形状とすることができる。ショルダ４１の外径は、回転ツール用ホルダ３１の外径よりも小さくなるように構成されている。

プローブ４２は、ショルダ４１の一面４１ａから下方に突出している。回転ツール３２が被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合する際、プローブ４２は、所定の回転速度で回転した状態で、被接合部材２５と被接合部材２６との境界に位置する被接合部材２５，２６に圧入される。
このとき、プローブ４２と被接合部材２５，２６間で発生する摩擦熱及び加工熱により、被接合部材が昇温されることで軟化し、軟化した被接合部材がプローブ４２の回転により攪拌され（言い換えれば、塑性流動し）、回転ツール３２の後方で、被接合部材２５と被接合部材２６とが固相接合される（図１参照）。

一面４１ａを基準としたときのプローブ４２の突出量は、例えば、被接合部材の厚さに応じて適宜選択することができるが、例えば、０．５〜３．０ｍｍの範囲内（好ましくは、０．８〜１．５ｍｍの範囲内）で設定するとよい。
プローブ４２の形状は、例えば、円柱形状とすることができる。プローブ４２の外径は、ショルダ４１の外径よりも小さくなるように構成されている。プローブ４２の外径は、例えば、８〜１６ｍｍとすることができる。

上記説明した回転ツール３２の材料としては、例えば、酸化が可能でかつ高硬度を有する合金を用いるとよい。上記条件を満たす回転ツール３２の材料としては、例えば、タングステンカーバイドを用いることができる。
このように、回転ツール３２の材料として、比較的安価なタングステンカーバイドを用いることで、回転ツール３２のコストを抑えることができる。

ツール回転用装置（図示せず）は、ツール用ホルダ３１の上方に配置されている。ツール回転用装置（図示せず）は、回転ツール用ホルダ３１を介して（言い換えれば、回転ツール用ホルダ３１を回転させることで）、回転ツール３２を所定の回転速度で回転させるための装置である。
ツール回転用装置（図示せず）は、回転ツール３２が被接合部材２５，２６を接合させる接合工程時、及び接合工程間のインターバル時において、同じ回転速度で回転ツール３２を回転させる。

押圧装置（図示せず）は、ツール用ホルダ３１の上方に配置されている。押圧装置（図示せず）は、回転ツール３２が被接合部材２５，２６を接合させる接合工程時において、回転ツール用ホルダ３１を押圧することで、回転ツール３２を構成するプローブ４２を被接合部材２５，２６の境界部分に圧入させる。

隔壁３３は、筒状とされた部材である。隔壁３３は、ツール用ホルダ３１の外周面３１ａと隔壁３３の内周面との間に円環状空間３４が形成されるように、ツール用ホルダ３１を収容している。
環状空間３４は、シールドガス供給ライン１９を介して、シールドガス供給源２１から供給されるシールドガスの供給経路として機能する。図２に示す状態（言い換えれば、インターバル時）において、環状空間３４の下方に移動するシールドガスは、回転ツール３２に供給される。

隔壁３３は、回転ツール３２が被接合部材２５，２６を接合させる接合工程時において、ツール用ホルダ３１の他にショルダ４１の一部を収容すると共に、隔壁３３の下端からプローブ４２を露出させる（図１参照）。
また、隔壁３３は、接合工程間のインターバル時において、ツール用ホルダ３１の他に回転ツール３２全体を収容する（図２参照）。
上記隔壁３３としては、例えば、円筒形状とされたガスノズルを用いることができるが、これに限定されない。

隔壁移動部３５は、隔壁３５の外側に配置されている。隔壁移動部３５は、必要に応じて、回転ツール３２に対する隔壁３３の下端面３３ａの位置を調節するための機構である。
具体的には、図１に示すように、所定の回転速度で回転する回転ツール３２により、被接合部材２５，２６を接合させる接合工程時において、隔壁移動部３５は、プローブ４２及びショルダ４１の下端の一部が隔壁３３の下端面３３ａよりも下方に突出するように隔壁３３をＺ方向に移動させる。
これにより、被接合部材２５，２６と隔壁３３の下端とが接触することなく、所定の回転速度で回転するプローブ４２を被接合部材２５，２６の境界部分に圧入させることができる。

また、図２に示すように、接合工程間のインターバル時において、隔壁移動部３５は、隔壁３３内に回転ツール３２全体が収容されるように、Ｚ方向に隔壁３３を移動させることで、回転ツール３２（特に、プローブ４２）が隔壁３３の外側に位置する外気に直接触れることがなくなる。

これにより、インターバル時において、シールドガス供給源２１から主成分であるアルゴンガス、及び０．１〜５％の酸化性ガスを含むシールドガスをプローブ４２に対して連続的に供給させた際、プローブ４２の周囲（具体的には、例えば、プローブ４２の表面から５ｍｍ離間した位置からプローブ４２の表面までの領域）の雰囲気における酸素性ガスの濃度が所定の濃度から外れることを抑制できる。
つまり、外気の影響を受けにくくすることで、所定の濃度とされた酸素性ガスを含むシールドガスをプローブ４２に安定して供給することができる。

隔壁移動部３５としては、例えば、Ｚ方向に延在するガイド溝を有し、Ｚ方向に隔壁３３を案内するガイド部材（図示せず）と、該ガイド溝に沿って、Ｚ方向に隔壁３３を移動させる移動機構と、を含んだスライド機構を用いることができる。

アルゴンガス供給源１３は、アルゴンガス供給ライン１６の一端と接続されている。アルゴンガス供給源１３は、アルゴンガス供給ライン１６に、純アルゴン（アルゴンの純度が９９．９％以上とされたアルゴンガス）を供給する。
アルゴンガス供給源１３としては、例えば、純アルゴンが充填されたボンベを用いることができる。

酸化性ガス供給源１４は、酸素性ガス供給ライン１７の一端と接続されている。酸化性ガス供給源１４は、酸素性ガス供給ライン１７に、酸化性ガスを供給する。該酸化性ガスとしては、例えば、酸素または二酸化炭素を用いることができる。
酸化性ガス供給源１４としては、例えば、酸素が充填されたボンベ、または二酸化炭素が充填されたボンベを用いることができる。

アルゴンガス供給ライン１６は、一端がアルゴンガス供給源１３と接続され、他端がシールドガス供給源２１と接続されている。アルゴンガス供給ライン１６は、アルゴンガス供給源１３から供給された純アルゴンをシールドガス供給源２１に供給する。
また、アルゴンガス供給ライン１６のうち、酸化性ガス供給ライン１７の分岐位置とシールドガス供給源２１との間に位置する部分は、酸化性ガス供給源１４から供給される酸化性ガスをシールドガス供給源２１に供給するラインとして機能する。また、この部分のラインは、純アルゴンと酸化性ガスとを混合させる混合部としても機能する。

なお、アルゴンガス供給ライン１６のうち、酸化性ガス供給ライン１７の分岐位置とアルゴンガス供給源１３との間に位置する部分には、バルブ及び流量計（共に図示せず）が設けられている。

酸化性ガス供給ライン１７は、アルゴンガス供給ライン１６のうち、アルゴンガス供給ライン１６に設けられたバルブ（図示せず）とシールドガス供給源２１との間に位置する部分から分岐されたラインであり、酸化性ガス供給源１４と接続されている。
酸化性ガス供給ライン１７は、アルゴンガス供給ライン１６の一部を介して、酸化性ガス供給源１４から供給される酸化性ガスをシールドガス供給源２１に供給する。
なお、酸化性ガス供給ライン１７には、バルブ及び流量計（共に図示せず）が設けられている。

シールドガス供給源２１は、シールドガス供給ライン２２の一端と接続されている。シールドガス供給源２１は、アルゴンガス供給ライン１６、及び酸化性ガス供給ライン１７を介して供給される純アルゴン及び酸化性ガスを混合させることで、主成分であるアルゴンガスと酸化性ガスとを含み、かつプローブ４２の周囲に供給された状態で、０．１〜５％の酸化性ガスを含むシールドガスを生成する。
ここでの「プローブ４２の周囲」とは、例えば、プローブ４２の表面から５ｍｍ離間した位置からプローブ４２の表面までの領域のことをいう。

シールドガス供給源２１は、接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時（被接合部材２５，２６を接合させる接合工程間のインターバル時）において、シールドガス供給ライン２２及び環状空間３４を介して、接合工程と同じ回転速度で回転するプローブ４２に０．１〜５％（プローブ４２の周囲における酸化性ガスの濃度）の酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給する。

インターバル時において、プローブ４２の周囲におけるシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度が０．１％よりも小さいと、プローブ４２の表面を僅かに酸化させることが困難（言い換えれば、酸化状態が不十分）となるため、後述する接合工程において、プローブ４２の表面と被接合部材２５，２６との間のすべりが悪くなり、撹拌量が低下し、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブ４２の回転トルク抵抗が高くなってしまうため、プローブ４２に大きな負荷がかかり、プローブ４２の寿命が短くなってしまう。

また、インターバル時において、プローブ４２の周囲におけるシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度が５％よりも大きいと、シールドガスに含まれる酸化性ガスにより、回転ツール３２の酸化により靭性が低下し、回転ツール３２が破断し易くなる。
したがって、インターバル時において、接合工程と同じ回転速度で回転するプローブ４２に供給するシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度は、例えば、プローブ４２の周囲において、０．１〜５％の範囲内にするとよい。

このように、接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時において、シールドガス供給ライン２２及び環状空間３４を介して、接合工程と同じ所定の回転速度で回転するプローブ４２の周囲の酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガス、及び該酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給することで、プローブ４２の靱性の低下（言い換えれば、プローブ４２を含む回転ツール３２の寿命の低下）を抑制した上で、プローブ４２の表面を僅かに酸化させることが可能となる。

このように、プローブ４２の表面を僅かに酸化することで、プローブ４２の表面と被接合部材２５，２６との間のすべりが良くなって、撹拌量が増加し、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブ４２の回転トルク抵抗を低下させることが可能となる。
これにより、接合工程時において、プローブ４２に与える負荷を小さくすることが可能となるので、鉄を主成分とした合金よりなる被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合させる際に使用する回転ツール３２の寿命を長くすることができる。

シールドガス供給ライン２２は、一端がシールドガス供給源２１と接続されており、他端が環状空間３４にアルゴンガス及び酸化性ガスを含むシールドガスを供給可能な状態で、隔壁３３と接続されている。
図２に示すインターバル時において、シールドガス供給ライン２２から供給されたシールドガスは、Ｂ方向に移動し、回転ツール３２に供給される。
なお、シールドガス供給ライン２２には、図示していないバルブが設けられている。

第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置によれば、ショルダ４１、及びショルダ４１の一面４１ａの下方に突出するプローブ４２を含む回転ツール３２と、回転ツール３２を収容する筒状の隔壁３３と、隔壁３３の延在方向に対して、隔壁３３を移動させる隔壁移動部３５と、プローブ４２の周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び酸化性ガスを含むシールドガスを供給するシールドガス供給源２１と、シールドガス供給源２１と接続され、回転ツール３２と隔壁３３との間に形成される環状空間３４を介して、プローブ４２にシールドガスを連続的に供給するシールドガス供給ライン２２と、を有することで、接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時において、シールドガス供給ライン２２及び環状空間３４を介して、接合工程と同じ所定の回転速度で回転するプローブ４２の周囲の酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガス、及び該酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給することが可能となる。
これにより、プローブ４２の靱性の低下（言い換えれば、プローブ４２を含む回転ツール３２の寿命の低下）を抑制した上で、プローブ４２の表面を僅かに酸化させることが可能となる。

このように、プローブ４２の表面を僅かに酸化することで、プローブ４２の表面と被接合部材２５，２６との間のすべりが良くなって、撹拌量が増加し、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブ４２の回転トルク抵抗を低下させることが可能となる。
これにより、接合工程時において、プローブ４２に与える負荷を小さくすることが可能となるので、鉄を主成分とした合金よりなる被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合させる際に使用する回転ツール３２の寿命を長くすることができる。

なお、第１の実施の形態では、図１及び図２に示すように、シールドガスを構成する主成分のガスとして、アルゴンガスを用いた場合を例に挙げて説明したが、アルゴンガスに替えて、窒素を用いてよい。
この場合には、図１及び図２に示すアルゴンガス供給源１３に替えて、窒素を供給する窒素供給源（図示せず）を設け、プローブ４２の周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、プローブ４２に主成分であるアルゴンガス、及び酸化性ガスを含むシールドガスを供給する。
このように、シールドガスの主成分となるガスとして窒素を用いた場合も、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０と同様な効果を得ることができる。

次に、図１及び図２を参照して、図１及び図２に示す摩擦攪拌接合装置１０を用いた第１の実施の形態の摩擦攪拌接合方法について説明する。なお、酸化性ガスの一例として、酸素を用いた場合を例に挙げて、以下の説明を行う。
始めに、図２に示すように、隔壁３３内に回転ツール３２（例えば、タングステンカーバイドを材料とする回転ツール）全体が収容された状態で、酸素濃度測定位置Ｐ_１の酸素濃度が測定可能なように酸素濃度計（図示せず）をセッティングする。
酸素濃度測定位置Ｐ_１は、例えば、プローブ４２の表面から５ｍｍ離間した位置からプローブ４２の表面までの領域内に配置するとよい。

次いで、シールドガス供給ライン２２に設けられたバルブ（図示せず）を開け、アルゴンガス供給ライン１６に設けられたバルブ（図示せず）、及び酸化性ガス供給ライン１７に設けられたバルブ（図示せず）の開度を調整して、シールドガス供給源２１及びシールドガス供給ライン２２を介して、シールドガスを環状空間３４に供給する。

次いで、酸素濃度計（図示せず）が測定する酸素濃度が０．１〜５％の範囲内の所定の濃度となるように、アルゴンガス供給ライン１６に設けられたバルブ（図示せず）、及び酸化性ガス供給ライン１７に設けられたバルブ（図示せず）の開度を調整する。
そして、酸素濃度が０．１〜５％の範囲内の所定の濃度になった際のアルゴンガスの流量及び酸素の流量を取得する。アルゴンガスの流量は、アルゴンガス供給ライン１６に設けられた流量計（図示せず）により取得する。酸素の流量は、酸化性ガス供給ライン１７に設けられた流量計（図示せず）により取得する。

次いで、図１に示すように、摩擦攪拌接合したい被接合部材２５，２６（鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材）の側面が接触するようにＸ方向に配置する。次いで、ショルダ４１の下部の一部、及びプローブ４２を隔壁３３の下方に突出させた状態で、プローブ４２を接合領域Ｃ_１の上方に移動させ、所定の回転数で回転ツール用ホルダ３１をＡ方向に回転させる。
これにより、回転ツール用ホルダ３１に固定された回転ツール３２も所定の回転数でＡ方向に回転する。回転ツール３２の回転数は、例えば、３００〜６００ｒｐｍ（１分間の回転数）の範囲内とすることができる。

次いで、所定の回転数で回転ツール３２を回転させた状態で、回転ツール３２、及び隔壁３３を下方に移動させて、回転ツール用ホルダ３１を介して、プローブ４２に所定の圧力を印加させた状態で、被接合部材２５，２６の境界に位置する接合領域Ｃ_１に圧入させて、被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合させる（接合工程）。

このとき、インターバル時に行う後述するシールドガス供給工程で環状空間３４に供給するシールドガス（アルゴンガス、及び０．１〜５％の範囲内の所定の濃度とされた酸素を含むガス）を隔壁３３の下方に位置する被接合部材２５，２６の一面２５ａ，２６ａ、及びショルダ４１に供給してもよい。これにより、被接合部材２５，２６の接合部において、良好な継手強度が得ることができる。

なお、接合工程時に供給するガスとして、上記シールドガスに替えて、アルゴンガス供給源１３に充填されたアルゴンガス（純アルゴン）を供給してもよい。このように、接合工程時において、隔壁３３の下方に位置する被接合部材２５，２６の一面２５ａ，２６ａ、及びショルダ４１に純アルゴンを供給することで、被接合部材２５，２６、及びショルダ４１の酸化を抑制することができる。

上記接合工程では、接合領域Ｃ_１として、点状或いはスポット状の領域を摩擦攪拌接合させてもよいし、或いは、線状（直線状または曲線状）の領域を摩擦攪拌接合させてもよい。

また、上記接合工程（最初の接合工程）を行う前に、ダミー用の被接合部材を用いて、接合工程と後述するシールドガス供給工程とを数回程度繰り返し行った後、実際の製品となる被接合部材２５，２６を接合させるとよい。
このように、ダミー用の被接合部材を用いて、接合工程と後述するシールドガス供給工程とを数回程度繰り返し行なうことで、プローブ４２の表面状態が安定するため、その後に実施する被接合部材２５，２６を接合状態のばらつきを小さくすることができる。

次いで、上記接合工程後、上記接合工程時と同じ回転速度でプローブ４２を回転させた状態で、図１に示す被接合部材２５，２６の接合領域Ｃ_１の上方に、回転ツール３２及び隔壁３３を移動させて、プローブ４２と被接合部材２５，２６とを離間させる。

次いで、接合工程時と同じ回転速度でプローブ４２を回転させた状態で、アルゴンガス供給ライン１６、及び酸化性ガス供給ライン１７に設けられたバルブ（図示せず）を開け、それぞれ所定の流量（プローブ４２の周囲（例えば、図２に示す酸素濃度測定位置Ｐ_１におけるシールドガスに含まれる酸素の濃度が０．１〜５％の範囲内の所定の濃度なる流量）とされた酸素及びアルゴンガスをシールドガス供給源２１に供給する。

インターバル時において、プローブ４２の周囲におけるシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度が０．１％よりも小さいと、プローブ４２の表面を僅かに酸化させることが困難（言い換えれば、酸化状態が不十分）となるため、後述する接合工程において、プローブ４２の表面と被接合部材２５，２６との間のすべりが悪くなり、撹拌量が低下し、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブ４２の回転トルク抵抗が高くなってしまうため、プローブ４２に大きな負荷がかかり、プローブ４２の寿命が短くなってしまう。

また、インターバル時において、プローブ４２の周囲におけるシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度が５％よりも大きいと、シールドガスに含まれる酸化性ガスにより、回転ツール３２の酸化により靭性が低下し、回転ツール３２が破断し易くなる。
したがって、インターバル時において、接合工程と同じ回転速度で回転するプローブ４２に供給するシールドガスに含まれる酸化性ガスの濃度は、例えば、プローブ４２の周囲において、０．１〜５％の範囲内にするとよい。

上記アルゴンガスの流量、及び酸素の流量としては、先に説明した酸素濃度計（図示せず）を用いて取得したアルゴンガスの流量、及び酸素の流量を用いる。
これにより、プローブ４２の周囲におけるシールドガスに含まれる酸素の濃度が、０．１〜５％の範囲内の所定の濃度となるように、精度良く制御することができる。

シールドガス供給源２１では、酸素とアルゴンガスとを混合させることで、主成分となるアルゴンガス、及び酸素を含むシールドガスを生成する。
そして、シールドガス供給ライン２２及び環状空間３４を介して、プローブ４２に、シールドガス供給源２１で生成されたシールドガスを連続的に供給する（シールドガス供給工程）。
このとき、プローブ４２には、プローブ４２の周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内の所定の濃度となるように、主成分となるアルゴンガス、及び酸素を含むシールドガスが供給され、プローブ４２の表面が僅かに酸化される。

また、プローブ４２が隔壁３３内に収容された状態で、シールドガスを供給することで、隔壁３３の外部の雰囲気の影響を受けにくくなるため、プローブ４２の周囲における酸素濃度が所定の濃度からずれてしまうことを抑制可能となる。
これにより、複数のシールドガス供給工程を行った際、各シールドガス供給工程間におけるプローブ４２の近傍の酸素濃度のばらつきを小さくすることが可能となるので、プローブ４２の表面の酸化状態の再現性を高めることができる。

なお、シールドガス供給工程において、隔壁３３内の環状空間３４に供給するシールドガスの供給量は、例えば、１５〜４０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。また、シールドガス供給工程が行われるインターバルの時間は、例えば、１〜５秒とすることができる。

上記シールドガス供給工程が終了後、被接合部材２５，２６の次の接合領域（図示せず）に回転ツール３２を移動させ、次の接合工程を開始する。次いで、該接合工程が終了後、上記説明したシールドガス供給工程を行う。
そして、複数の接合領域の全ての接合が完了するまで、上記接合工程と、シールドガス供給工程と、を順次繰り返し行う。

なお、上記説明では、シールドガスの主成分のガスの一例として、アルゴンガスを用いと共に、酸化性ガスの一例として、酸素を用いた場合について説明したが、これに限定されない。
シールドガスの主成分となるガスとしては、例えば、アルゴンガスまたは窒素ガスを用いることができる。また、シールドガスに含まれる酸化性ガスとしては、例えば、酸素または二酸化炭素を用いることができる。

第１の実施の形態の摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツール３２を構成するプローブ４２を所定の回転速度で回転させた状態で、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材２５，２６に圧入させることで、被接合部材２５，２６を接合させる接合工程と、該接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時に、被接合部材２５，２６からプローブ４２を離間させた状態で、所定の回転速度で回転するプローブ４２の周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び該酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給するシールドガス供給工程と、を含むことにより、プローブ４２の靱性の低下（言い換えれば、プローブ４２を含む回転ツール３２の寿命の低下）を抑制した上で、プローブ４２の表面を僅かに酸化させることが可能となる。

このように、プローブ４２の表面を僅かに酸化することで、プローブ４２の表面と被接合部材２５，２６との間のすべりが良くなって、撹拌量が増加し、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブ４２の回転トルク抵抗を低下させることが可能となる。
これにより、接合工程時において、プローブ４２に与える負荷を小さくすることが可能となるので、鉄を主成分とした合金よりなる被接合部材２５，２６を摩擦攪拌接合させる際に使用する回転ツール３２の寿命を長くすることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、摩擦攪拌接合装置が２つの被接合部材を摩擦攪拌接合している状態を模式的に示す図である。
図４は、第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の概略構成を模式的に示す系統図であると共に、接合工程間に設けられたインターバル時における摩擦攪拌接合装置の状態を模式的に示す図である。
図３及び図４において、図１及び図２に示す第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図４において、図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図３及び図４を参照するに、第２の実施の形態の摩擦攪拌接合装置５０は、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０を構成する回転ツール用ホルダ３１、及び回転ツール３２に替えて、回転ツール用ホルダ５３、及び回転ツール５４を有すると共に、さらにシールドガス供給用ノズル５２を有すること以外は、摩擦攪拌接合装置１０と同様に構成される。

回転ツール用ホルダ５３は、隔壁３３をＺ方向に移動させた際に、シールドガス供給用ノズル５２と回転ツール用ホルダ５３とが衝突しないように、下端部に面取り部を有すること以外は、第１の実施の形態で説明した回転ツール用ホルダ３１と同様に構成される。
回転ツール５４は、隔壁３３内にプローブ４２を完全に収容させた状態で、シールドガス供給用ノズル５２から導出されるシールドガスをプローブ４２に供給できるように、下端部に面取り部を有すること以外は、第１の実施の形態で説明した回転ツール３２と同様に構成される。

シールドガス供給用ノズル５２は、隔壁３３に収容されており、プローブ４２に導出させたシールドガスを供給するシールドガス供給口５２Ａを有する。
シールドガス供給用ノズル５２は、その一端がシールドガス供給ライン２２の他端と接続され、他端であるシールドガス供給口５２Ａがプローブ４２と対向するように配置されている。

第２の実施の形態の摩擦攪拌接合装置によれば、一端がシールドガス供給ライン２２と接続され、他端であるシールドガス供給口５２Ａがプローブ４２に対向するように配置されたシールドガス供給用ノズル５２を有することで、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び０．１〜５％の範囲内の所定の濃度とされた酸化性ガスを含むシールドガスをプローブ４２に対して効率良く供給することが可能となるので、プローブ４２の表面全体を均一に酸化させることができる。
また、プローブ４２の近傍にシールドガス供給口５２Ａを配置することで、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０を用いた場合よりも少ないシールドガスの供給量で、プローブ４２の表面全体を酸化させることができる。

なお、上記構成とされた第２の実施の形態の摩擦攪拌接合装置５０は、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合装置１０と同様な効果を得ることができる。

また、図３及び図４に示す摩擦攪拌接合装置５０を用いた、第２の実施の形態の摩擦攪拌接合方法は、インターバル時において、シールドガス供給用ノズル５２を介して、プローブ５４にシールドガスを供給すること以外は、先に説明した第１の実施の形態の摩擦攪拌接合方法と同様な手法で行うことができ、第１の実施の形態の摩擦攪拌接合方法と同様

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

以下、試験例について説明する。

（試験例１）
＜比較例１＞
試験例１では、比較例１として、図１及び図２に示す摩擦攪拌接合装置１０を用いて、被接合部材２５，２６を点接合する接合工程（図１に示す状態）と、該接合工程後のインターバル時に、プローブ４２にシールドガスＥを供給するシールドガス供給工程と、を交互に行うことで、１０点の点接合を行うと共に、この期間のプローブ４２の回転トルクを測定した。

以下、比較例１の試験を行った際の試験条件について、列挙する。
比較例１では、回転プローブ３２の材料として、ＷＣ−９％Ｎｉを用いた。円柱形状とされたショルダ４１の外径は、１２ｍｍとした。円柱形状とされたプローブ４２の外径は、４ｍｍとした。回転プローブ３２としては、試験の初期において、表面が酸化されていないものを用いた。
被接合部材２５，２６としては、厚さ３．２ｍｍのＳＰＨＣ（熱間圧延軟鋼板）を用いた。

接合工程において、被接合部材２５，２６へのプローブ４２の挿入速度は、１．０ｍｍ／ｓｅｃとした。回転ツール３２の回転速度は、８００ｒｐｍとした。点接合に要する時間は、０．６ｓｅｃとした。また、回転ツール３２を押圧する際の荷重は、１２００ｋｇとした。

シールドガス供給工程では、シールドガスＥとして、酸素性ガスを含んでいないガスを用いた。具体的には、シールドガスＥとして、純アルゴンを用いた。シールドガスＥの供給量は、３０Ｌ／ｍｉｎとした。
上記条件を用いて、接合工程と、シールドガス供給工程と、を繰り返し行った際の時間（ｓｅｃ）に対するプローブ４２の回転トルクの推移を図５に示す。

図５は、１０点の点接合を行った際の比較例１の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。図５では、荷重の推移に関するデータも載せている。
図５では、横軸が時間（ｓｅｃ）、右側の縦軸が荷重（ｋｇ）、左側の縦軸がプローブ４２の回転トルク（ｋｇ・ｍ）の目盛になっている。
なお、図５に示す荷重の値が、回転ツール３２を押圧する荷重である１２００ｋｇよりも小さい値で計測された理由としては、荷重制御をする際のサンプリング間隔に比べ、本測定のサンプリング間隔が長いためと考えられる。
つまり、荷重は１２００ｋｇになった瞬間低減するのに対し、測定のサンプリング間隔が長いため、瞬時の最大値の測定に追従できていないものと思われる。

＜実施例１＞
次いで、試験例１では、実施例１として、図１及び図２に示す摩擦攪拌接合装置１０を用いて、被接合部材２５，２６を点接合する接合工程（図１に示す状態）と、該接合工程後のインターバル時に、プローブ４２にシールドガスＦを供給するシールドガス供給工程と、を交互に行うことで、９点の点接合を行うと共に、この期間のプローブ４２の回転トルクを測定した。

実施例１の試験では、シールドガス供給工程でシールドガスＦを用いたこと以外は、比較例１と同様な試験を行った。
実施例１では、プローブ４２の周囲において、５％の酸素濃度とされたシールドガスＦ（主成分がアルゴンガス）を用いた。
実施例１では、東レエンジニアリング株式会社製のジリコニア式酸素濃度計（非接触式の酸素濃度計）を用いて、シールドガスＦに含まれる酸素濃度を測定した。

上記条件を用いて、接合工程と、シールドガス供給工程と、を繰り返し行った際の時間（ｓｅｃ）に対するプローブ４２の回転トルクの推移を図６に示す。

図６は、９点の点接合を行った際の実施例１の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。図６では、荷重の推移に関するデータも載せている。
図６では、横軸が時間（ｓｅｃ）、右側の縦軸が荷重（ｋｇ）、左側の縦軸がプローブ４２の回転トルク（ｋｇ・ｍ）の目盛になっている。
なお、図６に示す荷重の値が、回転ツール３２を押圧する荷重である１２００ｋｇよりも小さい値で計測された理由としては、荷重制御をする際のサンプリング間隔に比べ、本測定のサンプリング間隔が長いためと考えられる。
つまり、荷重は１２００ｋｇになった瞬間低減するのに対し、測定のサンプリング間隔が長いため、瞬時の最大値の測定に追従できていないものと思われる。

＜参考例＞
次いで、試験例１では、参考例として、プローブ４２の表面を酸化させたものを準備し、これを用いて、比較例１と同じ条件で、試験を行った。
この条件を用いて、接合工程と、シールドガス供給工程と、を繰り返し行った際の時間（ｓｅｃ）に対するプローブ４２の回転トルクの推移を図７に示す。

図７は、１０点の点接合を行った際の参考例の時間に対するプローブの回転トルクの推移を示す図（グラフ）である。図７では、横軸が時間（ｓｅｃ）、左側の縦軸がプローブ４２の回転トルク（ｋｇ・ｍ）の目盛になっている。

＜試験例１の結果について＞
図５参照するに、表面が酸化されていないプローブ４２を用いて試験を行った比較例１のプローブ４２の回転トルクは、４．３〜４．５ｋｇ・ｍであった。
図６参照するに、表面が酸化されていないプローブ４２を用いて試験を行った実施例１のプローブ４２の回転トルクは、３．０〜３．８ｋｇ・ｍであり、比較例１の回転トルクよりも低い値となった。

このことから、シールドガスＦに含まれる５％の酸素により、プローブ４２の表面を僅かに酸化され、プローブの表面と被接合部材との間のすべりが良くなって、撹拌量が増加して、被接合部材２５，２６の接合時におけるプローブの回転トルクが低下したものと推測される。
また、図６から、３点目以降において、プローブ４２の回転トルクが安定することが分かった。このことから、２点目の接合までは、ダミー用の被接合部材で接合を行い、３点目以降に製品となる被接合部材２５，２６の接合を行うと、安定した回転トルクで接合ができると推測される。

図７を参照するに、１点目の接合から１０点目の接合に向かうにつれて、プローブ４２の回転トルクが上昇することが確認できた。このことから、参考例では、接合の回数の増加と共に、初期の段階で形成されていた回転ツール３２の表面の酸化部分が除去されて、酸化していない面が露出されて、プローブ４２の回転トルクが上昇したものと推測される。

（試験例２）
試験例２では、図１及び図２に示す摩擦攪拌接合装置１０を用いて、シールドガスに含まれる酸素濃度を変化させた際のプローブ４２の回転トルクの最大値を測定した。この結果を図８に示す。

図８は、シールドガスに含まれる酸素濃度とプローブの回転トルクの最大値との関係を示す図（グラフ）である。図８に示す酸素濃度は、プローブ４２の周囲（具体的には、プローブ４２の表面から５ｍｍ離間した位置からプローブ４２の表面までの領域）に位置するシールドガスに含まれる酸素の濃度である。

図８を参照するに、酸素濃度が高くなるにつれて、プローブ４２の回転トルクの最大値が低くなり、酸素濃度が１％程度以降では２．８ｋｇ・ｍ程度で安定することが分かった。
また、プローブ４２の回転トルクの最大値を３．５ｋｇ・ｍ以下にするためには、酸素濃度を０．１％以上にする必要があることが確認できた。

（試験例３）
試験例３では、比較例２として、比較例１で説明した被接合部材２５，２６を、比較例１の条件で点接合させ、シールドガス供給工程において、プローブ４２の周囲において１５ｐｐｍの濃度の酸素を含むシールドガス（主成分がアルゴンガス）を用いたときの、接合部の裏ビードの写真を撮影した。

また、試験例３では、実施例２として、比較例１で説明した被接合部材２５，２６を、比較例１の条件で点接合させ、シールドガス供給工程において、プローブ４２の周囲において１０００ｐｐｍ（０．１％）の濃度の酸素を含むシールドガス（主成分がアルゴンガス）を用いたときの、接合部の裏ビードの写真を撮影した。

上記比較例２及び実施例２の裏ビードの写真、及び接合時のプローブ４２の回転トルクを図９に示す。
図９は、比較例２及び実施例２の裏ビードの写真、接合時のプローブの回転トルク、及びプローブの周囲におけるシールドガスを示す図である。

図９を参照するに、１０００ｐｐｍ（０．１％）の濃度の酸素を含むシールドガス（主成分がアルゴンガス）を用いた実施例２の裏ビードの写真から、十分な溶け込みが確認され、良好な接合が行われたことが分かった。
これは、酸素濃度が高いことで、プローブ４２と被接合部材２５，２６との間のすべりが良くなり、撹拌量が増加したためと推測される。
一方、酸素濃度が１５ｐｐｍとされた比較例２の裏ビードの写真からは、実施例２のような十分な溶け込みは確認できなかった。

（試験例４）
試験例４では、被接合部材２５，２６として、硬度の高いＳＵＳ３０４（厚さ３ｍｍ）を用いて、酸素濃度を変化させて、加速試験を行った。
酸素濃度以外の条件は、先に説明した比較例１の試験条件と同じ条件を用いた。この結果を図１０に示す。

図１０は、回転ツールの破断点数とプローブの周囲のシールドガスに含まれる酸素濃度との関係を示図（グラフ）である。なお、図１０に示す「破断点数」とは、点溶接を何回行った際に回転ツール３２（具体的には、プローブ４２）が破断したかを示す数値である。具体的には、５０点の接合を行った際に回転ツール３２が破断した場合、破断点数は、５０となる。

図１０を参照するに、酸素濃度が少ない（例えば、０．１％よりも少ないと）と、プローブ４２の回転トルクが増加して、回転ツール３２に負荷がかかり、プローブ４２が早く破断してしまうことが確認できた。
一方、酸素濃度が高い（例えば、５％よりも高い）と、プローブ４２の表面における酸化が進行しすぎるため、靱性が低下し、プローブ４２が破断してしまうことが確認できた。

本発明は、鉄を主成分とした合金を接合させる際に使用する摩擦攪拌接合方法、及び摩擦攪拌接合装置に適用可能である。

１０，５０…摩擦攪拌接合装置、１１…摩擦攪拌接合装置本体、１３…アルゴンガス供給源、１４…酸化性ガス供給源、１６…アルゴンガス供給ライン、１７…酸化性ガス供給ライン、２１…シールドガス供給源、２２…シールドガス供給ライン、２５，２６…被接合部材、２５ａ，２６ａ，４１ａ…一面、３１，５３…回転ツール用ホルダ、３１ａ…外周面、３２，５４…回転ツール、３３…隔壁、３３ａ…下端面、３４…環状空間、３５…隔壁移動部、４１…ショルダ、４２…プローブ、５２…シールドガス供給用ノズル、５２Ａ…シールドガス供給口、Ａ，Ｂ…方向、Ｃ_１…接合領域、Ｐ_１…酸素濃度測定位置

Claims (10)

1. 回転ツールを構成するプローブを所定の回転速度で回転させた状態で、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材に圧入させることで、該被接合部材を接合させる接合工程と、
   前記接合工程後から次の接合工程を実施するまでの期間であるインターバル時に、前記被接合部材から前記プローブを離間させるとともに、前記プローブが外気に直接触れない状態で、前記所定の回転速度で回転する該プローブの周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び前記酸化性ガスを含むシールドガスを連続的に供給するシールドガス供給工程と、
   を有することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
2. 前記接合工程と、前記シールドガス供給工程と、を順次繰り返し行うことを特徴とする請求項１記載の摩擦攪拌接合方法。
3. 前記シールドガス供給工程では、筒状とされた隔壁内に前記プローブを収容させた状態で、該プローブに前記シールドガスを供給させることを特徴とする請求項１または２記載の摩擦攪拌接合方法。
4. 前記酸化性ガスとして、酸素または二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法。
5. 前記回転ツールの材料として、タングステンカーバイドを用いることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法。
6. 前記シールドガス供給工程では、前記プローブにシールドガス供給口が対向するように配置されたシールドガス供給ノズルを介して、前記プローブに前記シールドガスを供給することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合方法。
7. 回転ツールを構成するプローブを所定の回転速度で回転させた状態で、鉄を主成分とする合金よりなる被接合部材に圧入させることで、該被接合部材を接合させる摩擦攪拌接合装置であって、
   ショルダ、及び該ショルダの一面から突出する前記プローブを含む前記回転ツールと、
   前記回転ツールを収容する筒状の隔壁と、
   前記隔壁の延在方向に対して、該隔壁を移動させる隔壁移動部と、
   前記プローブの周囲における酸化性ガスの濃度が０．１〜５％の範囲内となるように、前記プローブに、主成分であるアルゴンガスまたは窒素、及び前記酸化性ガスを含むシールドガスを供給するシールドガス供給源と、
   前記シールドガス供給源と接続され、前記回転ツールと前記隔壁との間に形成される環状空間を介して、前記プローブに、前記シールドガスを連続的に供給するシールドガス供給ラインと、
   を有することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
8. 一端が前記シールドガス供給ラインと接続され、他端であるシールドガス供給口が前記プローブに対向するように配置されたシールドガス供給用ノズルを有することを特徴とする請求項７記載の摩擦攪拌接合装置。
9. 前記酸化性ガスは、酸素または二酸化炭素であることを特徴とする請求項７または８記載の摩擦攪拌接合装置。
10. 前記回転ツールの材料として、タングステンカーバイドを用いることを特徴とする請求項７ないし９のうち、いずれか１項記載の摩擦攪拌接合装置。