WO2017047574A1

WO2017047574A1 - 摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法

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Publication number: WO2017047574A1
Application number: PCT/JP2016/076940
Authority: WO
Inventors: 豪生岡田; 脩平吉川; 賢一上向
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-03-23
Also published as: JP6670317B2; JPWO2017047574A1; EP3351337B1; US20180257169A1; EP3351337A1; US10919108B2; EP3351337A4

Abstract

本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、被接合物（６０）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ツールと、被接合物（６０）の接合工程を開始するときに、ツールの温度を検出する温度検出器（２１）と、温度検出器（２１）が検出したツールの温度と基準温度とを比較して、ツールが被接合物（６０）を押圧する押圧力を設定するように構成されている制御器（５１）と、を備える。

Description

摩擦攪拌点接合装置及び摩擦攪拌点接合方法

　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）。

　特許文献１に開示されている摩擦攪拌点接合方法では、略円柱状のピン部材と、該ピン部材を内挿するための中空を有する略円筒状のショルダ部材と、が、被接合物を接合するために用いられていて、以下に示すように、ピン部材とショルダ部材（回転工具；ツール）を作動（駆動）させる工具駆動部を制御している。

　すなわち、ピン部材の先端面の断面積をＡｐ、ショルダ部材の先端面の断面積をＡｓ、ピン部材が被接合物の表面から圧入したときの圧入深さをＰｐ、ショルダ部材が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、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、工具駆動部を制御している。

　これにより、接合条件に応じて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または抑制することができる。

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、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、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、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、連続して摩擦攪拌点接合を行っても、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ツールと、前記ツールの温度を検出する温度検出器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定するように構成されている。

　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ツールと、前記ツールの温度を検出する温度検出器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定するように構成されている。

　また、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ツールと、前記ツールの温度を検出する温度検出器と、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定するように構成されている制御器と、を備える。

　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、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定する（Ｂ）と、を備える。

　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、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定する（Ｃ）と、を備える。

　さらに、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、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定する（Ｄ）と、を備える。

　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、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５は、押圧力を変更しないで、連続接合試験を行った場合のツール温度と、ショルダ部材の圧入量及び接合部の凹み量と、の関係を示すグラフである。図６は、押圧力を変更して、連続接合試験を行った場合のツール温度と、ショルダ部材の圧入量及び接合部の凹み量と、の関係を示すグラフである。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８は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態３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９は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態４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１０は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態５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１１は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態６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１２は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態７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。

　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た場合でも、ピン部材及びショルダ部材（以下、ツールということもある）を充分に冷却せずに、連続して接合を行った場合には、塑性流動域がピン／ショルダの直下より広がり、被接合物の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、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、ピン部材及びショルダ部材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。

　具体的には、本発明者等は、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クランプ部材の先端部近傍の外周面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。

　また、本発明者等は、２枚のアルミニウム合金Ａ７０７５Ｃ－Ｔ６（板厚１．２７ｍｍ）を重ねて、ある接合部の接合終了から次の接合部の接合開始までの待機時間を１秒として、連続して４０か所の接合部の接合を実行する試験（以下、連続接合試験という）を行った。なお、本連続接合試験においては、ピン部材及びショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力は、どの接合部においても、同じ所定の圧力で行っている。

　連続接合試験中、各接合部の終了時のツール温度（クランプ部材の先端部近傍の外周面の温度）を温度検出器で検出し、ショルダ部材の被接合物表面からの圧入量（被接合物表面からの深さ）をモニタリングした。そして、接合終了後の各接合部における被接合物表面からの凹み量（被接合物表面からの深さ）を測定した。その結果を図５に示す。

　図５では、菱形（◆）はツール温度を示し、四角（■）はショルダ部材の圧入量の１打点目からの増加量（最も圧入されたときの値）を示し、三角（▲）は接合部における被接合物表面からの凹み量を示す。なお、４０か所目の接合を４０打点目ということもある。

　図５に示すように、ツール温度が上昇すると、ショルダ部材の圧入量及び接合部における被接合物表面からの凹み量ともに増加し、外観品質の不良が発生することとなる。また、１０打点目までは、ツール温度が急激に上昇するが、１０打点目以降は、ツール温度の上昇がなだらかになることがわかった。

　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、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、ピン部材及びショルダ部材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して接合を行う場合、軟化する材料が多くなり、材料がショルダ部材の外側（クランプ部材側）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、ツール（ピン部材又はショルダ部材）の温度を検出し、当該温度に対応して、ツールの押圧力、ツールの回転数（回転速度）、及びツールの作動時間のうち、少なくとも１のパラメータを設定することにより、軟化材料の流出を防止することができ、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、被接合物に対する接合工程を終了してから、次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器が検出したツールの温度が、第１基準温度よりも高い場合には、ツールが被接合物を押圧する押圧力、ツールの回転数、及びツールの作動時間のうち、少なくとも１のパラメータを低減させることで、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ツールと、ツールの温度を検出する温度検出器と、被接合物を連続して接合する場合に、被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に温度検出器が検出したツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程におけるツールが被接合物を押圧する押圧力を設定するように構成されている制御器と、を備え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、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、それぞれ先端部１１ａ、先端部１２ａ、及び先端部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、先端部１１ａ、先端部１２ａ、及び先端部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、温度検出器２１、記憶器３１、及び入力器３２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、基準温度と当該基準温度におけるツール（ピン部材１１、及びショルダ部材１２）の押圧力と、後述する押圧力を調整するための演算式と、が記憶されている。具体的には、例えば、ピン部材１１の温度が２０～８０℃の間の任意の温度である第１基準温度Ｔ１と、当該第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力Ｆ１（例えば、３０００Ｎ～８０００Ｎの範囲に含まれる任意の値）と、第１基準温度Ｔ１よりも高い温度として設定されている第２基準温度Ｔ２（例えば、１４０～１６０℃の間の任意の温度）と、当該第２基準温度Ｔ２におけるツールの押圧力Ｆ２（例えば、５００～２０００Ｎの範囲に含まれる任意の値）と、が記憶されている。

　なお、第１基準温度Ｔ１、第２基準温度Ｔ２、押圧力Ｆ１、及び押圧力Ｆ２は、予め実験等で求めることができる。例えば、第１基準温度Ｔ１は、ピン部材１１及び／又はショルダ部材１２を充分に冷却した状態で、被接合物６０を接合した後のピン部材１１の温度の平均値であってもよい。第２基準温度Ｔ２は、被接合物６０を連続接合したときに、ピン部材１１の温度上昇が緩和されたとき（例えば、図４に示すグラフでは、１０打点目）のピン部材１１の温度であってもよい。

　また、押圧力Ｆ１は、被接合物６０の材質等により、適宜設定することができる。さらに、押圧力Ｆ２は、所定の押圧力で被接合物６０を連続接合（例えば、１０打点）したときに、１０打点目の接合部における外観品質等の不良が生じなかったときの押圧力としてもよい。

　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、その他のデータ、あるいは、摩擦攪拌点接合の開始指令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。

　温度検出器２１は、ツールの温度を検出し、検出した温度を制御器５１に出力するように構成されている。具体的には、本実施の形態１においては、ピン部材１１の先端部１１ａの温度を検出し、検出した温度を制御器５１に出力するように構成されている。温度検出器２１としては、種々の公知の温度センサを用いることができ、例えば、放射温度計、サーモグラフィ、熱電対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、温度検出器２１が、ピン部材１１の先端部１１ａの温度を直接検出する形態を採用したが、間接的にピン部材１１の先端部１１ａの温度を検出する形態を採用してもよい。例えば、温度検出器２１が、ショルダ部材１２の先端部１２ａ又はクランプ部材５４の先端部５４ａの温度を検出するように構成されていてもよい。

　また、温度検出器２１として、熱電対を用いる場合には、ショルダ部材１２の先端部１２ａ近傍の外周面に取り付ける形態を採用してもよく、クランプ部材５４の先端部５４ａ近傍の外周面に取り付ける形態を採用してもよい。

　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、制御器５１は、ツールの被接合物６０を押圧する押圧力、ツールの回転数、及びツールの作動時間を制御することができる。そして、制御器５１は、温度検出器２１が検出したピン部材１１における先端部１１ａの温度が高いほど、ツールが被接合物６０を押圧する押圧力を基準温度における押圧力に比して、より低減する。

　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のＣＰＵで構成されていて、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。

　また、制御器５１は、被接合物６０の接合を開始するときに、温度検出器２１が検出した温度データと、記憶器３１に記憶されている、第１基準温度Ｔ１、第２基準温度Ｔ２、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力Ｆ１、第２基準温度Ｔ２におけるツールの押圧力Ｆ２、及び押圧力を調整する演算式と、を基に、ツールが、被接合物６０を押圧する押圧力を設定（算出）するように構成されている。

　具体的には、制御器５１は、温度検出器２１が検出したピン部材１１における先端部１１ａの温度をＴｎとしたときに、温度Ｔｎのときにツールが被接合物６０を押圧する押圧力Ｆｎを次の式（１）により設定する。

　　Ｆｎ＝Ｆ１－（Ｔｎ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）×Ｆ２・・・（１）
　なお、「被接合物６０の接合を開始するとき」とは、入力器３２から制御器５１に被接合物６０の接合実行が入力されたときから、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と接触するまでの間の任意のタイミングであってもよい。また、「被接合物６０の接合を開始するとき」は、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を接合する所定の位置に移動したときから、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と接触するまでの間の任意のタイミングであってもよい。

　また、本実施の形態１においては、被接合物６０の接合を開始するときに温度検出器２１がピン部材１１の温度を検出する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、被接合物６０に対する接合工程を終了してから（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から離間したときから）、次の接合工程を開始するまでの間（次に、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と接触するまでの間）の任意のタイミングで、温度検出器２１がピン部材１１の温度を検出する形態を採用してもよい。

　さらに、本実施の形態１においては、押圧力を調整する演算式（式（１））を一次関数で示したが、これに限定されず、高次関数で示してもよく、指数関数、又は対数関数で示してもよい。

　そして、制御器５１は、工具駆動器５３及び回転駆動器５７を制御して、ツールが設定した押圧力Ｆｎで被接合物６０を押圧しながら、ピン部材１１及びショルダ部材１２を作動させる。具体的には、制御器５１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、式（２）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及び回転駆動器５７を制御する。

　　Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ・・・（２）

　［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及び図３Ｂを参照して具体的に説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂ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。

　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。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。

　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を駆動させてクランプ部材５４を被接合物６０（金属板６１、６２）に接近させ、クランプ部材５４の先端部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。

　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を回転させた状態で、工具駆動器５３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に接近させ、ピン部材１１の先端部１１ａ及びショルダ部材１２の先端部１２ａを回転させながら被接合物６０の表面６０ｃに当接させる。

　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、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の先端部１１ａ及びショルダ部材１２の先端部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。

　［摩擦攪拌点接合装置の連続接合動作］
　次に、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。

　図４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４に示すように、まず、入力器３２から制御器５１に被接合物６０の接合実行が入力される、又は、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を接合する所定の位置に移動する（スタート）と、制御器５１は、温度検出器２１が検出したピン部材１１の温度Ｔｎを取得する（ステップＳ１０１）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが、記憶器３１に記憶されている第１基準温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

　制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが、第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、被接合物６０を押圧するツールの押圧力を設定する（ステップＳ１０３）。具体的には、上述したように、制御器５１は、式（１）にステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎを代入して、押圧力を設定し、ステップＳ１０４に進む。一方、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが、第１基準温度Ｔ１以下の場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、押圧力の設定を行わず、ステップＳ１０４に進む。

　ステップＳ１０４では、制御器５１は、工具駆動器５３を駆動し、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、金属板６２）に接近するように移動させる。

　なお、制御器５１は、ステップＳ１０３で押圧力を設定した場合には、当該設定した押圧力でツールが被接合物６０を押圧するように、工具駆動器５３を駆動させる。また、制御器５１は、ステップＳ１０３で押圧力を設定していない場合（すなわち、温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１以下の場合）には、第１基準温度Ｔ１における押圧力Ｆ１でツールが被接合物６０を押圧するように、工具駆動器５３を駆動させる。

　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。

　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Ｓ１０５）。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。

　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５４が被接合物６０に接触した後、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Ｓ１０６）。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。

　そして、制御器５１は、被接合物６０の接合工程を終了すると、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から離間するように、工具駆動器５３を制御し、本フローのスタートに戻り、次の接合を実行する。

　［実施例１］
　次に、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の連続接合を行った実施例について、図６を参照しながら説明する。

　本実施例においては、図５で示した連続接合試験と同様に、２枚のアルミニウム合金Ａ７０７５Ｃ－Ｔ６（板厚１．２７ｍｍ）を重ねて、接合終了から次の接合開始までの待機時間を１秒として、連続して４０か所の接合を行った。なお、本実施例１における連続接合試験では、温度検出器２１が検出した温度に応じて、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力を減少させている。

　図６に示すように、ツール温度が上昇しても、図５に示す連続接合試験の結果に比して、ツールの圧入量及び接合部における被接合物６０の表面からの凹み量の増加が抑制される結果となった。

　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の先端部１２ａの温度に応じて、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力を設定することにより、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。

　（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、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ツールと、ツールの温度を検出する温度検出器と、被接合物を連続して接合する場合に、被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に温度検出器が検出したツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程におけるツールの回転数を設定するように構成されている制御器と、を備え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。

　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７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７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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ａを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールの回転数を設定し（ステップＳ１０３Ａ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりもその回転数が小さくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１の温度上昇に比例して、ツールの回転数をより低減させてもよい。

　一方、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが、第１基準温度Ｔ１以下の場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、回転数の設定を行わず、ステップＳ１０４に進む。

　そして、制御器５１は、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３Ａで回転数を設定した場合には、当該設定した回転数でツールが回転するように、回転駆動器５７を駆動させる。また、制御器５１は、ステップＳ１０３Ａで回転数を設定していない場合（すなわち、温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１以下の場合）には、第１基準温度Ｔ１における回転数でツールが回転するように、回転駆動器５７を駆動させる。

　このように構成された、本実施の形態２に係る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。

　（実施の形態３）
　本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、温度検出器が検出したツールの温度と基準温度とを比較して、ツールが被接合物を押圧する押圧力及びツールの回転数を設定する態様を例示するものである。なお、本実施の形態３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。

　以下、本実施の形態３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８は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態３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に示すように、本実施の形態３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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ｂを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールが被接合物６０を押圧する押圧力及びツールの回転数を設定し（ステップＳ１０３Ｂ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりもその押圧力が小さくなるように設定し、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりもその回転数が小さくなるように設定する。

　なお、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりも小さければ、実施の形態１で設定したツールの押圧力よりもその押圧力が大きくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりも小さければ、実施の形態２で設定したツールの回転数よりもその回転数が大きくなるように設定してもよい。

　このように構成された、本実施の形態３に係る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。

　（実施の形態４）
　本実施の形態４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ツールと、ツールの温度を検出する温度検出器と、被接合物を連続して接合する場合に、被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に温度検出器が検出したツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程におけるツールの作動時間を設定するように構成されている制御器と、を備える態様を例示するものである。なお、本実施の形態４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。

　以下、本実施の形態４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９は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態４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９に示すように、本実施の形態４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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ｃを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールの作動時間を設定し（ステップＳ１０３Ｃ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりもその作動時間が短くなるように設定してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１の温度上昇に比例して、ツールの作動時間をより短くさせてもよい。

　ここで、ステップＳ１０３Ｃで設定するツールの作動時間は、被接合物６０を接合する所定の位置に移動してから、ピン駆動器５３１及び／又はショルダ駆動器５３２により、ツールを被接合物６０の厚み方向に移動させるときから、ツールを被接合物６０から離間させるまでの時間であってもよい。また、ステップＳ１０３Ｃで設定するツールの作動時間は、ツールを被接合物６０の表面６０ｃに当接させた状態で回転させてからツールを被接合物６０から離間させるまでの時間であってもよい。

　具体的には、制御器５１は、ツールの作動時間として、ツールを被接合物６０の表面６０ｃに当接させた状態で回転させる時間（被接合物６０を予備過熱する時間；図３Ａの工程（２））を設定してもよい。

　また、制御器５１は、ツールの作動時間として、予備過熱後、ツールを被接合物６０の厚み方向（図１における上下方向）に移動させるとき（図３Ａの工程（３）及び／又は図３Ｂの工程（４））の時間を設定してもよい。この場合、制御器５１は、ツールの作動時間として、ピン部材１１又はショルダ部材１２を、被接合物６０の表面から内部に圧入する方向（図１における下方向）に移動させる時間を設定してもよく、ピン部材１１又はショルダ部材１２を、被接合物６０の表面から離間する方向（図１における上方向）に移動させる時間を設定してもよい。

　一方、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが、第１基準温度Ｔ１以下の場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、ツールの作動時間の設定を行わず、ステップＳ１０４に進む。

　そして、制御器５１は、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３Ｃでツールの作動時間を設定した場合には、当該設定した作動時間でツールが作動するように、工具駆動器５３及び／又は回転駆動器５７を駆動させる。また、制御器５１は、ステップＳ１０３Ｃでツールの作動時間を設定していない場合（すなわち、温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１以下の場合）には、第１基準温度Ｔ１における作動時間でツールが作動するように、工具駆動器５３及び／又は回転駆動器５７を駆動させる。

　このように構成された、本実施の形態４に係る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、本実施の形態４においては、温度Ｔｎと第１基準温度とを比較して、ツールの作動時間を設定する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、温度Ｔｎと第１基準温度とを比較して、ピン駆動器５３１及び／又はショルダ駆動器５３２により、ツールを被接合物６０の厚み方向に移動させる速度を設定する形態を採用してもよい。

　具体的には、制御器５１は、被接合物６０を予備過熱した後、ツールを被接合物６０の厚み方向（図１における上下方向）に移動させるとき（図３Ａの工程（３）及び図３Ｂの工程（４））の速度を設定する。

　より詳細には、制御器５１は、ピン部材１１又はショルダ部材１２を、被接合物６０の表面から圧入して、所定の位置（所定の深さ）までに移動させる速度を設定してもよく、被接合物６０の表面から離間して、所定の位置（所定の高さ）までに移動させる速度を設定してもよく、所定の深さに位置するピン部材１１又はショルダ部材１２を、所定の高さまでに移動させる速度を設定してもよく、所定の高さに位置するピン部材１１又はショルダ部材１２を、所定の深さまでに移動させる速度を設定してもよい。

　この場合、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールを移動させる速度よりもその速度が大きくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１の温度上昇に比例して、ツールを移動させる速度をより大きくしてもよい。

　（実施の形態５）
　本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、温度検出器が検出したツールの温度と基準温度とを比較して、ツールが被接合物を押圧する押圧力及びツールの作動時間を設定する態様を例示するものである。なお、本実施の形態５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。

　以下、本実施の形態５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１０は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態５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１０に示すように、本実施の形態５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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ｄを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールが被接合物６０を押圧する押圧力及びツールの作動時間を設定し（ステップＳ１０３Ｄ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりもその押圧力が小さくなるように設定し、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりもその作動時間が短くなるように設定する。

　なお、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりも小さければ、実施の形態１で設定したツールの押圧力よりもその押圧力が大きくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりも短ければ、実施の形態４で設定したツールの作動時間よりもその作動時間が長くなるように設定してもよい。

　このように構成された、本実施の形態５に係る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。

　（実施の形態６）
　本実施の形態６に係る摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、温度検出器が検出したツールの温度と基準温度とを比較して、ツールの回転数及びツールの作動時間を設定する態様を例示するものである。なお、本実施の形態６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。

　以下、本実施の形態６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１１は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態６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１１に示すように、本実施の形態６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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ｅを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールの回転数及びツールの作動時間を設定し（ステップＳ１０３Ｅ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりもその回転数が小さくなるように設定し、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりもその作動時間が短くなるように設定する。

　なお、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりも小さければ、実施の形態２で設定したツールの回転数よりもその回転数が大きくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりも短ければ、実施の形態４で設定したツールの作動時間よりもその作動時間が長くなるように設定してもよい。

　このように構成された、本実施の形態６に係る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。

　（実施の形態７）
　本実施の形態７に係る摩擦攪拌点接合装置は、制御器が、温度検出器が検出したツールの温度と基準温度とを比較して、ツールが被接合物を押圧する押圧力、ツールの回転数、及びツールの作動時間を設定する態様を例示するものである。なお、本実施の形態７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。

　以下、本実施の形態７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１２は、連続接合を実行する場合における、本実施の形態７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１２に示すように、本実施の形態７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Ｓ１０３に代えてステップＳ１０３Ｆを実行する点が異なる。

　具体的には、制御器５１は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｎが第１基準温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ツールが被接合物６０を押圧する押圧力、ツールの回転数、及びツールの作動時間を設定し（ステップＳ１０３Ｆ）、ステップＳ１０４に進む。このとき、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりもその押圧力が小さくなるように設定し、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりもその回転数が小さくなるように設定し、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりもその作動時間が短くなるように設定する。

　なお、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの押圧力よりも小さければ、実施の形態１で設定したツールの押圧力よりもその押圧力が大きくなるように設定してもよい。また、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの回転数よりも小さければ、実施の形態２で設定したツールの回転数よりもその回転数が大きくなるように設定してもよい。さらに、制御器５１は、第１基準温度Ｔ１におけるツールの作動時間よりも短ければ、実施の形態４で設定したツールの作動時間よりもその作動時間が長くなるように設定してもよい。

　このように構成された、本実施の形態７に係る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、上記実施の形態１～７に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、摩擦攪拌点接合装置が複動式摩擦攪拌点接合装置である態様を例示したが、これに限定されず、摩擦攪拌点接合装置が単動式摩擦攪拌点接合装置である態様であってもよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明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　先端部
　１２　ショルダ部材
　１２ａ　先端部
　２１　温度検出器
　３１　記憶器
　３２　入力器
　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　先端部
　５５　支持部
　５６　部材
　５６ａ　支持面
　５７　回転駆動器
　６０　被接合物
　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

　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ツールと、
　前記ツールの温度を検出する温度検出器と、
　制御器と、を備え、
　前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定するように構成されている、摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記接合工程を開始するときに前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較するよう構成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度より高い場合には、前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を前記基準温度のときの押圧力よりも低減するように構成されている、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記基準温度と前記温度検出器が検出した前記ツールの温度との温度差に応じて前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定するよう構成されている、請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記基準温度は、所定の第１基準温度と前記第１基準温度よりも高い温度である第２基準温度を有し、
　前記第１基準温度をＴ１、前記第２基準温度をＴ２、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度をＴｎとし、前記第１基準温度での前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力をＦ１、前記第２基準温度での前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力をＦ２としたときに、前記制御器は、前記Ｔｎのときに前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力Ｆｎを次式により決定する、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。
　Ｆｎ＝Ｆ１－（Ｔｎ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）×Ｆ２
　前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定するように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　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ツールと、
　前記ツールの温度を検出する温度検出器と、
　前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定するように構成されている制御器と、を備える、摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記ツールの回転数を前記基準温度のときの回転数よりも低減する、請求項７に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定するように構成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　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ツールと、
　前記ツールの温度を検出する温度検出器と、
　制御器と、を備え、
　前記制御器は、前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と所定の基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定するように構成されている、摩擦攪拌点接合装置。
　前記制御器は、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記ツールの作動時間を前記基準温度のときの作動時間よりも低減する、請求項１０に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　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をさらに備え、
　前記温度検出器は、前記クランプ部材の温度を前記ツールの温度として検出する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　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、
　前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、
　前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定する（Ｂ）と、を備える、摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ａ）において、前記温度検出器は前記被接合物に対する接合工程を開始するときに前記ツールの温度を検出する、請求項１３に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ｂ）において、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を前記基準温度のときの押圧力よりも低減する、請求項１３又は１４に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ｂ）において、前記基準温度と前記温度検出器が検出した前記ツールの温度との温度差に応じて前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力を設定する、請求項１５に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　前記基準温度は、所定の第１基準温度と前記第１基準温度よりも高い温度である第２基準温度を有し、
　第１基準温度をＴ１、前記第２基準温度をＴ２、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度をＴｎとし、前記第１基準温度での前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力をＦ１、前記第２基準温度での前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力をＦ２としたときに、
　前記（Ｂ）において、前記Ｔｎのときに前記ツールが前記被接合物を押圧する押圧力Ｆｎを次式により決定する、請求項１３～１６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　Ｆｎ＝Ｆ１－（Ｔｎ－Ｔ１）／（Ｔ２－Ｔ１）×Ｆ２
　前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定する（Ｃ）をさらに備える、請求項１３～１７のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　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、
　前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、
　前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの回転数を設定する（Ｃ）と、を備える、摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ｃ）において、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記ツールの回転数を前記基準温度のときの回転数よりも低減する、請求項１９に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定する（Ｄ）をさらに備える、請求項１３～２０のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合方法。
　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、
　前記被接合物を連続して接合する場合に、前記被接合物に対する接合工程を終了してから次の接合工程を開始するまでの間に、温度検出器により前記ツールの温度を検出する（Ａ）と、
　前記（Ａ）で前記温度検出器が検出した前記ツールの温度と基準温度とを比較して、次の接合工程における前記ツールの作動時間を設定する（Ｄ）と、を備える、摩擦攪拌点接合方法。
　前記（Ｄ）において、前記温度検出器が検出した前記ツールの温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記ツールの作動時間を前記基準温度のときの作動時間よりも低減する、請求項２２に記載の摩擦攪拌点接合方法。