WO2019045102A1

WO2019045102A1 - 複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置

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Publication number: WO2019045102A1
Application number: PCT/JP2018/032639
Authority: WO
Inventors: 豪生岡田; 脩平吉川; 将弘三宅; 雅弘 ▲高▼木
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2019-03-07
Also published as: CN111107957A; US11633802B2; EP3680051A1; EP3680051A4; JPWO2019045102A1; KR20200047605A; US20210086291A1; JP7030127B2; EP3981537A1; EP3680051B1; CN111107957B; KR102315903B1

Abstract

複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、複動式摩擦攪拌接合装置は、ピン部材（１１）とショルダ部材（１２）を有する接合ツール（５１）と、ピン部材（１１）をショルダ部材（１２）に対して出没させる出没機構と、接合ツール（５１）を回転させる回転機構（５３３）と、接合ツール（５１）を進退させる進退機構（５３２）と、を備え、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材（１１）の外周面及びショルダ部材（１２）の貫通孔（１３）の内周面への被接合物（６０）の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、ピン部材（１１）の外周面及びショルダ部材（１２）の貫通孔（１３）の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｂ）と、を含む。

Description

複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置

　本発明は、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置に関する。

　従来、センターピンとショルダーピンとからなる接合ツールの回転による摩擦熱で被接合物を軟化及び撹拌して接合するＦＳＷであって、センターピンがショルダーピン内に挿通されてショルダーピンに対してセンターピンの先端が出没するようになされ、撹拌用モータにより接合ツールが回転するＦＳＷが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＦＳＷでは、摩擦撹拌溶接（接合）時にショルダーピンとセンターピンとの間に付着した粉塵を除去するために、センターピンの表面及びショルダーピンの孔内面を清掃する。これにより、センターピンの動作不良が防止される。

　鋼製板材とこれより比重の軽い軽金属製板材とを含む車体を製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献１に開示されている方法では、ルーフパネルの前辺部および後辺部と、ヘッダー部材とをそれぞれ接合する際に、接合部の表面を平滑に維持することが可能な複動式の摩擦点接合装置を使用している。

特開２００７－２１６２８６号公報特開２００９－２０２８２８号公報

　しかしながら、上記特許文献１に開示されているＦＳＷの接合ツールの清掃方法では、接合ツールの寿命を長くするという観点からは不十分であるという第１の課題があった。

　また、上記特許文献２に開示されている方法では、アルミニウム合金板のみを組成流動させているため、接合強度が不十分となるおそれがあるという第２の課題があった。

　本発明は、接合ツールの寿命を長くすることが可能な複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置を提供することを第１の目的とする。

　また、本発明は、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置を提供することを第２の目的とする。

　上記第１の課題を解決するために、本発明のある態様(aspect)に係る複動式摩擦攪拌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、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、前記複動式摩擦攪拌接合装置は、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、を備え、前記回転機構による前記接合ツールの回転と、前記出没機構による前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構による前記接合ツールの進退とによって、前記被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、前記摩擦攪拌接合によって発生する前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への前記被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｂ）と、を含む。ここで、「凝着パラメータのレベルに基づいて清掃する」とは、凝着パラメータを監視して清掃する形態と、事前に凝着パラメータを検討して清掃のタイミングを決定し、凝着パラメータを監視しないで清掃する形態とを含む。清掃のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。

　後述するように、接合ツールが破断するまでの打点数が、実質的に接合ツールの寿命であり、ピン部材を上昇させる際のピン部材の駆動モータの電流が、打点数が増加するに連れて増大し、ある大きな絶対値に達した時にピン部材又はショルダ部材が破断する。ピン部材の駆動モータの電流は、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材の外周面及びショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータの一例である。上記構成によれば、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面への被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、ピン部材の外周面及びショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃するので、清掃を実施すべき凝着パラメータのレベルを、接合ツールが破断するレベルより低いレベルに設定することにより、接合ツールの破断を抑制することができる。その結果、接合ツールの寿命を長くすることができる。

　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、前記凝着パラメータの絶対値について第１閾値を設けてもよい。さらに、前記運転方法が、前記凝着パラメータが第１閾値以上になると警告する（Ｃ）をさらに含み、前記（Ｃ）の後に前記（Ｂ）が行われてもよい。ここで、「警告」は、音声、文字等によるメッセージによる警告及び警報による警告を含む。

　この構成によれば、凝着パラメータが、接合ツールへの凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、凝着パラメータが第１閾値以上になると警告し、その後で接合ツールを清掃するので、第１閾値を接合ツールが破断するレベルより低いレベルに設定することにより、好適に接合ツールの破断を抑制することができる。

　前記凝着パラメータが、第１閾値より大きい第２閾値以上になると前記接合ツールの動作を禁止することをさらに含んでもよい。ここで、ここで、「接合ツールの動作禁止」は、動作中の接合ツールを停止させることと、停止中の接合ツールを動作させないこととを含む。

　この構成によれば、警告をしても清掃が実施されない場合には、接合ツールの動作が禁止されるので、第２閾値を接合ツールが破断するレベルより低いレベルに設定することにより、確実に接合ツールの破断を抑制することができる。

　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、前記運転方法が、所定期間当たりの前記凝着パラメータの増加量が所定値以上になると警告及び前記接合ツールの動作禁止の少なくとも一方を行う（Ｄ）をさらに含んでもよい。

　この構成によれば、凝着パラメータが許容限度を上回る増加傾向を示すと、警報及び接合ツールの停止の少なくとも一方が行われるので、所定値を適宜設定することにより、被接合物の材料が、摩擦攪拌接合の回数が増加するに連れて急速に接合ツールへの凝着量が増加するようなものである場合に、好適に接合ツールの破断を抑制することができる。

　前記凝着パラメータが、前記出没機構に設けられ、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没するよう駆動するモータの電流値であってもよい。

　この構成によれば、好適に接合ツールの破断を抑制することができる。

　前記凝着パラメータが、前記一対の被接合物を摩擦攪拌接合する回数であってもよい。

　前記凝着パラメータが、前記ピン部材又は前記ショルダ部材に発生する応力であってもよい。

　また、本発明の他の態様(aspect)に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記回転機構を制御することによる前記接合ツールの回転と、前記出没機構を制御することによる前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構を制御することによる前記接合ツールの進退とによって、前記被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、前記摩擦攪拌接合によって発生する前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への前記被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、警告、前記接合ツールの動作禁止、及び前記接合ツールの清掃の少なくとも１つを行う（Ｂ１）と、を実行するよう構成されている。ここで、清掃のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。

　この構成によれば、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材の外周面及びショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、警告、接合ツールの動作禁止、及び接合ツールの清掃の少なくとも１つを行うので、これらを実施すべき凝着パラメータのレベルを、接合ツールが破断するレベルより低いレベルに設定し、接合ツールを清掃することによって、あるいは、警告又は接合ツールの動作禁止の後に接合ツールを清掃することによって、接合ツールの破断を抑制することができる。その結果、接合ツールの寿命を長くすることができる。

　また、本発明のさらなる他の態様(aspect)に係る複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法は、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複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、前記複動式摩擦攪拌接合装置は、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、を備え、前記回転機構による前記接合ツールの回転と、前記出没機構による前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構による前記接合ツールの進退とによって、互いに接触して配置された被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を所定のタイミングで清掃する（Ｅ）と、含む。ここで、所定のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。また、清掃をするタイミングとして、具体的には、例えば、定期的に、又は不定期にメンテナンスを実行するときに清掃を実行してもよく、１日の摩擦攪拌接合作業を終了した後に清掃を実行してもよい。

　また、本発明のさらなる他の態様(aspect)に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、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、複動式摩擦攪拌接合装置であって、前記複動式摩擦攪拌接合装置は、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記回転機構を制御することによる前記接合ツールの回転と、前記出没機構を制御することによる前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構を制御することによる前記接合ツールの進退とによって、互いに接触して配置された被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、所定のタイミングで、警告、前記接合ツールの動作禁止、及び前記接合ツールの清掃の少なくとも１つを行う（Ｅ）と、を実行するよう構成されている。ここで、所定のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。また、清掃をするタイミングとして、具体的には、例えば、定期的に、又は不定期にメンテナンスを実行するときに清掃を実行してもよく、１日の摩擦攪拌接合作業を終了した後に清掃を実行してもよい。

　また、上記第２の課題を解決するために、本発明に係る複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法では、前記第１部材が、前記接合ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記（Ａ）は、前記接合ツールを回転させながら、当該接合ツールが前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転機構及び前記進退機構が動作する（Ａ１）と、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記接合ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２）と、前記接合ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記出没機構、前記回転機構、及び前記進退機構が動作する（Ａ３）と、を有する。

　これにより、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

　さらに、上記第２の課題を解決するために、本発明に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、前記第１部材が、前記接合ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、前記（Ａ）は、前記接合ツールを回転させながら、当該接合ツールが前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転機構及び前記進退機構が動作する（Ａ１）と、軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記接合ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２）と、前記接合ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記出没機構、前記回転機構、及び前記進退機構が動作する（Ａ３）と、を有する。

　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。

　本発明に係る複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置によれば、接合ツールの寿命を長くすることができ得る。

　また、本発明に係る複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置によれば、異なる材料で構成されている複数の部材に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

図１は、本実施形態１に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。図２は、図１の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図３（ａ）～（ｆ）は、図１の複動式摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌接合動作の一例を示す模式図である。図４は、打点数に対するピン部材を出没駆動するモータの電流値の変化を示すグラフである。図５Ａは、ピン部材の外周面への被接合物の材料の凝着を示す写真である。図５Ｂは、ショルダ部材の中心貫通孔の内周面への被接合物の材料の凝着を示す写真である。図６は、図１の複動式摩擦攪拌接合装置の凝着パラメータに基づく警報及び接合ツールの停止制御を示すフローチャートである。図７は、本実施形態２に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。図８は、図７の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図９は、本実施形態３に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。図１０は、図９の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図１１は、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示す模式図である。図１２は、図１１に示す複動式摩擦攪拌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１３は、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌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、図１１に示す複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。図１４Ｂは、図１１に示す複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。図１５は、本実施形態７における変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１６Ａは、本変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。図１６Ｂは、本変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。図１７は、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示すブロック図である。図１８は、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１９は、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示すブロック図である。図２０は、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図２１は、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

　（本発明の契機となった知見）
　複動式摩擦攪拌接合では、仕上がり表面が平滑である。産業界には、意匠の観点から複動式摩擦攪拌接合の採用を要望する分野が存在するが、そのような分野では、打点のコストの低減が要求される。

　ところで、複動式摩擦攪拌接合では、ピン部材が破断することによってその寿命を終えていた。つまり、ピン部材が破断するまでの打点数が、実質的にピン部材の寿命であった。本発明者は、打点のコストを低減するためにピン部材の長寿命化を検討した。ピン部材は、ショルダ部材に対して先端を没入させるべく上昇させる過程で破断する。本発明者は、このピン部材の長寿命化を検討する過程で、ピン部材を上昇させる際のピン部材の駆動モータの電流が、打点数が増加するに連れて増大し、ある大きな絶対値に達した時にピン部材が破断することを発見した（図４参照）。本発明者は、このピン部材の駆動モータの電流の増大は、ピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面への被接合物の材料（アルミ合金）の凝着が原因であろうと推測し、打点により駆動モータの電流が増大した接合ツールのピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面に凝着したアルミニウムを除去した（清掃した）。その結果、駆動モータの電流が低下した。この接合ツールは、４００００打点に達したが、ピン部材はまだ破断していない。この実験は継続中である。

　また、ピン部材の径が大きい接合ツールの場合には、ショルダ部材が破断することを発見した。さらに、接合ツールの破断の時期（寿命）が、被接合物の材料に依存することをも発見した。

　本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。これらの知見は後で、図４を用いて詳しく説明する。

　（本発明における特許文献１に記載の技術の位置づけ）
　一般に、ＦＳＷによりスポット接合を行う場合、スポット接合のコストを低減するために１回のスポット接合を可能な限り短い時間で行うことが要求される。従って、スポット接合を行う都度、接合ツールを清掃することは現実的でない。しかし、特許文献１は、接合ツールの清掃のタイミング（頻度）について全く言及していない。そもそも、特許文献１は、接合ツールの清掃が接合ツールの寿命に影響を及ぼすことについて全く言及していない（認識していない）。このような特許文献１の記載に従って、接合ツールを清掃しようとする場合、そのタイミングが遅すぎて、清掃する前に接合ツールが破断してしまう場合があり得る。従って、特許文献１の清掃方法によって、接合ツールの寿命を長くすることはできない。

　以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しつつ具体的に説明する。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、以下の図は本発明を説明するための図であるので、本発明に無関係の要素が省略される場合、簡略化される場合、誇張される場合、又は複数の図が互いに一致しない場合がある。

　（実施形態１）
　［ハードウエアの構成］
　図１は、本実施形態１に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。複動式摩擦攪拌接合装置に方向性は存在しないが、以下では、説明の便宜上、図１の上下方向を複動式摩擦攪拌接合装置の上下方向として説明する。

　図１を参照すると、本発明の実施形態１に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔１３を有する円柱状のショルダ部材１２と、ショルダ部材１２とともに接合ツール５１を構成し、ショルダ部材１２の中心貫通孔１３に当該ショルダ部材１２と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材１１と、ピン部材１１をショルダ部材１２に対して出没させる出没機構（ピン駆動部５３１）と、接合ツール５１、及び出没機構（ピン駆動部５３１）をピン部材１１の中心軸Ｘｒの周りに一緒に回転させる回転機構（５２１，５３３）と、接合ツール５１、出没機構（ピン駆動部５３１）、及び回転機構（５２１，５３３）をピン部材１１の中心軸Ｘｒの延在方向に一緒に進退させる進退機構（５２２，５３２）と、を備え、回転機構（５２１，５３３）による接合ツール５１の回転と、出没機構（ピン駆動部５３１）によるショルダ部材１２に対するピン部材１１の出没と、進退機構（５２２，５３２）による接合ツール５１の進退とによって、被接合物６０を摩擦攪拌接合するよう構成されている。複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、さらに、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面への被接合物６０の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、警告及び接合ツール５１の動作禁止、及び接合ツール５１の清掃の少なくとも一方を行うよう構成されている。以下では、警告及び接合ツール５１の停止（動作禁止の一態様）を行う形態が例示される。

　以下、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａの構成を具体的に説明する。図１を参照すると、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、ここでは、ロボットアームの先端に取り付けられるエンドエフェクタ、具体的には接合ガンとして構成されている。もちろん、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、接合ガン以外の形態に構成されてもよい。複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、Ｃ字状のＣ型フレーム５５を備える。Ｃ型フレーム５５は、ロボットアームの先端に取り付けられる。Ｃ型フレーム５５の上端部には、ショルダ駆動部５３２が設けられている。

　ショルダ駆動部５３２は、例えば、サーボモータ及び昇降機構で構成される。ショルダ駆動部５３２には、可動体５２２が昇降可能に連結されている。昇降機構として、ボールネジ、ラックピニオン等が例示される。

　可動体５２２は、ここでは円板状に形成されている。可動体５２２の外周部に、クランプ駆動部４１が下方に延びるように設けられている。クランプ駆動部４１は、例えば、コイル状の圧縮スプリングで構成されている。クランプ駆動部４１の下端に、円筒状のクランプ部材５４が下方に延びるように設けられている。クランプ部材５４は、中心軸が所定の回転軸線Ｘｒに一致するように設けられている。所定の回転軸線は、上下方向に延在している。従って、所定の回転軸線の延在方向は、可動体５２２の昇降移動の方向と同じである。また、可動体５２２の中央部に回転駆動部５３３が設けられている。回転駆動部５３３は、モータで構成される。回転駆動部５３３による回転駆動の回転軸線は所定の回転軸線Ｘｒに一致している。回転駆動部５３３には回転体５２１が連結されている。回転体５２１は、ここでは、円板状に形成されている。回転体５２１の外周部に、ショルダ部材１２が下方に延びるように設けられている。ショルダ部材１２は、円柱状に形成され、中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔１３が形成されている。中心貫通孔１３は、上部が大径に形成され、残部が上部より小径に形成されている。ショルダ部材１２は、クランプ部材５４の内部空間に同心状に嵌挿されている。従って、ショルダ部材１２の中心軸は、所定の回転軸線に一致している。可動体５２２と回転体５２１とが接合ツール固定部５２を構成している。

　ショルダ部材１２の中心貫通孔１３の上部には、ピン駆動部５３１が設けられている。ピン駆動部５３１は、例えば、サーボモータ及び昇降機構で構成される。ピン駆動部５３１には、ピン部材１１が昇降可能に連結されている。昇降機構として、ボールネジ、ラックピニオン等が例示される。

　ピン部材１１は、円柱状に形成され、その上端部がピン駆動部５３１に連結されている。ピン部材１１は、ショルダ部材１２の中心貫通孔１３に、ショルダ部材１２と同心状に嵌挿されている。従って、ピン部材１１の中心軸Ｘｒは、所定の回転軸線に一致している。ピン部材１１は、基準位置に位置する場合に、下端面１１ａがショルダ部材１２の下端面１２ａと同じ高さに位置するように構成されている。従って、ピン駆動部５３１がピン部材１１を基準位置から下降させると、ピン部材１１がショルダ部材１２から下方に突出し、ピン駆動部５３１がピン部材１１を基準位置から上昇させると、ピン部材１１がショルダ部材１２の内部に没入する。従って、ピン駆動部５３１が、出没機構を構成する。

　ピン部材１１及びショルダ部材１２は、超硬合金、工具鋼、ハイス鋼、セラミックス等で構成される。ここでは、ピン部材１１及びショルダ部材１２は超硬合金で構成されている。また、ピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面には、表面被覆層が形成されている。表面被覆層の材料として、ダイヤモンド、水素フリーＤＬＣが例示される。この表面被覆層は、被接合物の材料としてのアルミニウムに対するピン部材１１及びショルダ部材１２の親和性を低くするために設けられる。これらのピン部材１１及びショルダ部材１２が、接合ツール５１を構成している。また、回転駆動部５３３が回転体５２１を回転させると、ショルダ部材１２及びピン部材１１が一緒に回転する。従って、回転駆動部５３３及び回転体５２１が接合ツール５１の「回転機構」を構成している。

　クランプ部材５４及び接合ツール５１は、ピン部材１１が基準位置に位置する場合、クランプ部材５４の下端面５４ａがピン部材１１の下端面１１ａ及びショルダ部材１２の下端面１２ａより所定の寸法だけ下方に位置するように構成されている。すなわち、クランプ部材５４の下端面５４ａと、ピン部材１１の下端面１１ａ及びショルダ部材１２の下端面１２ａとの間に段差が設けられている。

　Ｃ型フレーム５５の下端部には、裏当て部材５６が設けられている。裏当て部材５６は、クランプ部材５４及び接合ツール５１の下端に対向するように設けられている。そして、裏当て部材５６における支持面５６ａの上に被接合物６０が配置される。

　従って、ショルダ駆動部５３２が可動体５２２を昇降させると、接合ツール５１、「出没機構」（ピン駆動部５３１）、「回転機構」（５３３，５２１）、及びクランプ部材５４が被接合物６０に対して進退する。従って、ショルダ駆動部５３２及び可動体５２２が、接合ツール５１の「進退機構」を構成している。

　ショルダ駆動部５３２により、接合ツール５１を被接合物６０に向けて進出（下降）させると、上述の段差により、クランプ部材５４の下端面５４ａが先に被接合物６０に当接し、その後で、ピン部材１１の下端面１１ａ及びショルダ部材１２の下端面１２ａが被接合物６０に当接する。これにより、クランプ駆動部４１を構成する圧縮スプリングが上述の段差分だけ圧縮され、その弾発力によりクランプ部材５４が被接合物６０を加圧する。

　［制御系統の構成］
　図２は、図１の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａは、工具駆動部５３と、警報部３３と、制御部２１と、記憶部３１と、入力部３２とを含む。

　まず、凝着パラメータについて説明する。凝着パラメータは、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面への被接合物６０の材料の凝着の程度と相関するパラメータである。凝着パラメータとして、ピン部材１１をショルダ部材１２に対して出没するよう駆動するピン駆動部５３１のモータの電流値（以下、モータ電流値という）、摩擦攪拌接合の数（回数）である打点数、ピン部材１１又はショルダ部材１２に発生する応力が例示される。これらのパラメータの絶対値は、いずれも凝着の量が多くなる（レベルが高くなる）ことに対応して絶対値が大きくなる（レベルが高くなる）パラメータである。接合ツールの破断には、ピン部材１１が破断する形態と、ショルダ部材１２が破断する形態とがある。モータ電流値及び応力は、これら２つの形態の間で符号が反転する。それ故、凝着パラメータのレベルはその絶対値で特定される。以下では、凝着パラメータとして、ピン駆動部５３１のモータ電流値が用いられる形態が例示される。

　工具駆動部５３は、ピン駆動部５３１、ショルダ駆動部５３２、及び回転駆動部５３３を含む。

　警報部３３は、凝着パラメータが、接合ツール５１の破断を警戒すべきレベルに到達したことを操作者に報知（警告）する機能を有する。警報部３３は、例えば、ブザー、シグナルタワー、パトライト（登録商標）、スピーカ等で構成される。警報部３３は、例えば、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａが使用される作業場の適所に設置される。

　入力部３２は、ここでは、起動指令、停止指令、凝着パラメータの第１閾値及び第２閾値等を入力するために用いられる。入力部３２は、例えば、タッチパネル、マウス、キーボード等の入力機器で構成される。入力部３２は、例えば、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａが使用される作業場の適所に設置される。

　制御部２１と記憶部３１とは制御器として一体に構成される。制御部２１は記憶部３１記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出して実行することにより、工具駆動部５３の動作を制御する。また、制御部２１は、入力部３２から入力された凝着パラメータの第１閾値及び第２閾値を記憶部３１に記憶させる。制御部２１及び記憶部３１を備える制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されてもよい。制御器（制御部２１及び記憶部３１）は、例えばマイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)等によって構成される。制御部２１及び記憶部３１は、それぞれ、これらの演算器（プロセッサ）の演算部及びメモリで構成される。

　制御器（制御部２１及び記憶部３１）は、例えば、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａが使用される作業場の適所に設置される。

　制御部２１は、具体的には、ピン駆動部５３１及びショルダ駆動部５３２を構成するサーボモータを位置制御する。また制御部２１は、回転駆動部５３３を構成するモータの回転を制御する。また、制御部２１は、凝着パラメータ（ピン駆動部５３１ピンのモータ電流値（絶対値））を監視し、凝着パラメータが第１閾値以上になると警報部３３に警報を発せさせ（出させ）、凝着パラメータが第２閾値以上になると複動式撹拌摩擦攪拌接合装置５０Ａを停止させる。

　［動作］
　次に、以上のように構成された複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａの動作を、摩擦攪拌接合動作と凝着パラメータに基づく警報及び接合ツールの停止制御とに分けて説明する。なお、以下の動作は、制御部２１が、記憶部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。

　＜摩擦攪拌接合動作＞
　まず、摩擦攪拌接合動作を簡単に説明する。図３（ａ）～（ｆ）は、図１の複動式摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌接合動作の一例を示す模式図である。以下では、被接合物６０としての一対の金属板６１，６２を、互いに接触するように重ねて点接合にて連結する形態を例示する。また、図３（ａ）～（ｆ）においては、矢印ｐは、接合ツール５１の移動方向（図１における破線矢印Ｐ１～Ｐ２の方向に対応）を示し、黒色の矢印は、接合ツール（ピン部材１１およびショルダ部材１２）の回転方向を示し、ブロック矢印は、金属板６１，６２に力が加えられる方向を示す。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３（ａ）～（ｆ）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およびクランプ部材５４との区別を明確とするために、散点状の模様を付している。以下の動作は、制御部２１が工具駆動部５３を制御することによって行われるが、以下では、制御部２１及び工具駆動部５３に言及しない。

　図３（ａ）～（ｆ）に示す一連の工程では、ピン部材１１をショルダ部材１２よりも先に金属板６１，６２に圧入させている。

　具体的には、図３（ａ）に示すように、接合ツール５１を金属板６１，６２に接近させ（図中矢印ｐ）、クランプ部材５４の下端面５４ａ（図３（ａ）～（ｆ）には参照符号を示さず）を上側の金属板６１の表面６０ｃに当接させるとともに、裏当て部材５６を下側の金属板６２の裏面６０ｄに当接させる。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、クランプ部材５４による押圧（図中ブロック矢印Ｆ）によりクランプ力が発生する。

　次に図３（ｂ）に示すように、接合ツール５１が金属板６１，６２に近接し、ピン部材１１の下端面１１ａ（図３（ａ）～（ｆ）には参照符号を示さず）およびショルダ部材１２の下端面１２ａ（図３（ａ）～（ｆ）には参照符号を示さず）が金属板６１の表面６０ｃに当接する。この状態では、圧縮スプリングで構成されるクランプ駆動部４１の弾発力によってクランプ部材５４のクランプ力が生じる。そして、ピン部材１１およびショルダ部材１２を金属板６１の表面６０ｃに当接させて回転させる（図中黒色矢印）。

　この状態では、ピン部材１１もショルダ部材１２も進退移動しないので、金属板６１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、金属板６１の表面６０ｃ近傍に塑性流動部６０ａが生じる。

　次に、図３（ｃ）に示すように、ショルダ駆動部５３２によりショルダ部材１２をピン部材１１から相対的に突出させることで、当該ショルダ部材１２を金属板６１の表面６０ｃからさらに内部に進入（圧入）させる。これにより、塑性流動部６０ａ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の軟化した金属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から見て浮き上がる。

　次に、図３（ｄ）に示すように、突出したショルダ部材１２を徐々に後退させる（引き込ませる）とともに、ピン部材１１を金属板６１に進入（圧入）させる。

　次に、図３（ｅ）に示すように、ピン部材１１を徐々に引き込ませる。これにより、ショルダ部材１２またはピン部材１１の圧入により生じた凹部が埋め戻されていく。最終的に、ピン部材１１の下端面１１ａおよびショルダ部材１２の下端面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）。

　最後に図３（ｆ）に示すように、接合ツール５１および裏当て部材５６を金属板６１，６２から離し、一連の摩擦攪拌点接合が終了する。このとき、接合ツール５１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においては、塑性流動が停止し、接合部６０ｂとなる。これにより、一対の金属板６１，６２は接合部６０ｂによって連結される。

　＜警報及び接合ツールの停止制御＞
　次に、本発明を特徴付ける警報及び接合ツールの停止制御を説明する。

　まず、この制御の基礎となる接合ツール５１の打点数に対するモータ電流値の変化特性を説明する。「モータ電流値」は、既述のように、ピン部材１１を出没駆動するピン駆動部５３１を構成するモータの電流値である。

　図４は、打点数に対するピン部材を出没駆動するモータの電流値の変化を示すグラフである。図４の縦軸は、ピン駆動部５３１を構成するモータの打点時における最大電流値（以下、ピン軸最大電流値と呼ぶ）を示す。この「打点時における最大電流値」は、上述の図３（ｃ）の工程におけるピン駆動部５３１を構成するモータの電流値である。図４において、菱形のプロットを直線で繋いで成る曲線（以下、第１曲線という）は、接合ツール５１を清掃しない場合の、打点数－ピン軸最大電流値の変化を示し、三角形のプロット直線で繋いで成る曲線（以下、第２曲線という）は、接合ツール５１を間欠的に清掃した場合の、打点数－ピン軸最大電流値の変化を示す。第１曲線におけるＡ点及びＢ点は、それぞれ、接合ツール５１の凝着の程度を観察した点及び接合ツール５１のピン部材１１が破断（せん断）した点である。第２曲線において複数（６つ）の矢印が指す点は、接合ツール５１を清掃した点である。

　図４に示すデータを得るための実験では、５０００系のアルミ合金から成る被接合物６０が用いられた。

　図４を参照すると、接合ツール５１を清掃しない場合、第１曲線で示されるように、ピン軸最大電流値が打点数に略比例して増大し、略５０００の打点数で破断した。ピン部材１１の破断は、図３（ｃ）に示す工程において、ピン部材１１を上昇させる（ショルダ部材１２に引き込ませる（没入させる））際に発生した。以下、ピン部材１１が、打点数の増加に伴って破断により寿命を終えることをピン部材１１の破断寿命と呼ぶ。なお、後述するようにショルダ部材１２も打点数の増加に伴って破断するので、これをショルダ部材１２の破断寿命と呼び、接合ツール５１の打点数の増加に伴う破断を接合ツール５１の破断寿命と呼ぶ。

　一方、接合ツール５１を清掃した場合、第２曲線で示されるように、接合ツール５１を清掃する都度、ピン軸最大電流値が低下し、１７０００の打点数でも接合ツール５１が破断しておらず、実験を継続中である。最新のデータでは、４００００の打点数で接合ツール５１が破断していない。

　図５Ａは、第１曲線のＡ点におけるピン部材１１の外周面への被接合物６０の材料の凝着を示す写真である。図５Ｂは、第２曲線のＡ点におけるショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面への被接合物６０の材料の凝着を示す写真である。図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面には、被接合物６０の材料であるアルミ合金が凝着していることが判る。

　以上の事実から、以下のメカニズムが進行することが推察される。摩擦攪拌接合の際、ピン部材１１の外周面とショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面との間に被接合物６０の材料が進入し、それがピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面にそれぞれ凝着する。すると、摩擦攪拌接合時におけるピン部材１１の応力（この場合は引っ張り応力）が増大する。この応力の増加は、ピン軸最大電流値の増加となって現れる。接合ツール５１への被接合物６０の材料の凝着が打点数の増加に連れて増大し、それに応じて摩擦攪拌接合時におけるピン部材１１の応力が増大する。そして、その応力がピン部材１１の許容応力を超えるとピン部材１１が破断する。

　なお、ピン部材１１の破断時における応力（引っ張り応力）は、ピン部材１１の材料のせん断性能を超えているので、ピン部材１１の破断は、ピン部材の劣化に起因するものではない。

　また、ピン部材１１の径が大きい場合、図３（ｄ）に示す工程でショルダ部材１２が破断することが確認された。

　さらに、被接合物６０の材料が、５０００系のアルミ合金より塑性流動性が良い６０００系のアルミ合金の場合、接合ツール５１への凝着量が多いことが確認された。このことから、打点数の増加による接合ツール５１の破断し易さは、被接合物６０の材料に依存すると推察される。

　以下の警報及び接合ツールの停止制御は、以上の知見に基づいて規定されたものである。

　図６は、図１に示す複動式摩擦攪拌接合装置の凝着パラメータに基づく警報及び接合ツールの停止制御を示すフローチャートである。

　図２及び図６を参照すると、警報及び接合ツール５１の停止制御（以下本制御と呼ぶ）は、制御部２１が、凝着パラメータ（ここでは、ピン駆動部５３１のモータ電流値）に基づいて、工具駆動部５３及び警報部３３を制御することによって行われる。

　制御部２１は、摩擦攪拌接合が開始されると本制御を開始し、まず、停止指令を受けた否か判定する（ステップＳ１）。停止指令を受けた場合（ステップＳ１でＹｅｓ）は、ステップＳ６に進み、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａを停止し、本制御を終了する。停止指令を受けていない場合（ステップＳ１でＮｏ）、制御部２１は、凝着パラメータを取得する（ステップＳ２）。

　次に、制御部２１は、凝着パラメータが第１閾値以上か否か判定する（ステップＳ３）。第１閾値は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の破断寿命に対応する凝着パラメータの絶対値（レベル）より小さい絶対値（低いレベル）に設定される。第１閾値は、実験、シミュレーション、計算等によって決定される。ここでは、例えば、ピン部材１１が破断するピン軸最大電流値が６Ａであり、第１閾値が４Ａである。

　凝着パラメータが第１閾値以上でない場合（ステップＳ３でＮｏ）は、ステップＳ１に戻る。これにより、制御部２１は、凝着パラメータを監視する。

　凝着パラメータが第１閾値以上である場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部２１は、凝着パラメータが第２閾値以上か否か判定する（ステップＳ４）。第２閾値は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の破断寿命に対応する凝着パラメータの絶対値より小さく且つ第１閾値より大きい絶対値に設定される。第２閾値は、実験、シミュレーション、計算等によって決定される。ここでは、例えば、第２閾値は５Ａである。

　凝着パラメータが第２閾値以上でない場合（ステップＳ２でＮｏ）は、制御部２１は警報を発せさせ（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。この警報を受けて、操作者は複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａの入力部３２から停止指令を入力する。すると、制御部２１は、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａを停止する（ステップＳ１でＹｅｓ、ステップＳ６）。これにより、本制御が終了する。その後、操作者は、接合ツール５１を清掃する。これにより、接合ツール５１の破断が防止され、接合ツール５１の寿命が長くなる。

　一方、凝着パラメータが第２閾値以上である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御部２１は、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａを停止し、それにより接合ツール５１が停止される（ステップＳ６）。これにより、本制御が終了する。その後、操作者は、接合ツール５１を清掃する。これにより、接合ツール５１の破断が防止され、接合ツール５１の寿命が長くなる。

　なお、本実施形態１に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０Ａでは、操作者によって、接合ツール５１の清掃を行う形態を採用したが、これに限定されない。例えば、制御部２１が、工具駆動部５３を駆動させて、ショルダ部材１２に対して、ピン部材１１を出没させることにより、接合ツール５１の清掃を行う形態を採用してもよい。この場合、制御部２１は、上記特許文献１に開示されている接合ツールの清掃方法を実行してもよい。

　（実施形態２）
　図７は、本実施形態２に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。図８は、図７の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。本実施形態２は、凝着パラメータが打点数（摩擦攪拌接合する回数）である点が実施形態１と相違し、その他の構成は実施形態１同様である。以下、この相違点を説明する。

　図７及び図８を参照すると、実施形態２の複動式摩擦攪拌接合装置５０Ｂでは、ショルダ駆動部５３２のサーボモータ（図示せず）がロータリエンコーダ８０を備えていて、その出力信号が制御部２１に入力される。ショルダ駆動部５３２のモータは、１回の摩擦攪拌接合について、接合ツール５１を１回進退（下降及び上昇）させるので、制御部２１は、このロータリエンコーダ８０の出力に基づいて打点数（摩擦攪拌接合の回数）をカウントする。このようにして、制御部２１は、打点数を凝着パラメータとして監視し、実施形態１と同様に警報の制御を行う。但し、本実施形態２では、凝着パラメータのレベル（打点数）が第２閾値を超えた時点では接合ツール５１（複動式摩擦攪拌接合装置５０Ｂ）が停止しているので、凝着パラメータのレベル（打点数）が第２閾値を超えると、複動式摩擦攪拌接合装置５０Ｂが起動されない。これにより、接合ツール５１の動作が禁止される。

　この実施形態２によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

　（実施形態３）
　図９は、本実施形態３に係る複動式摩擦攪拌接合装置のハードウエアの構成を模式的に示す側面図である。図１０は、図９の複動式摩擦攪拌接合装置の制御系統の構成を示すブロック図である。本実施形態３は、凝着パラメータがピン部材１１に発生する応力である点が実施形態１と相違し、その他の構成は実施形態１同様である。以下、この相違点を説明する。

　図９及び図１０を参照すると、実施形態３の複動式摩擦攪拌接合装置５０Ｃでは、ピン部材１１に応力センサ８１が取り付けられていて、その出力信号が制御部２１に入力される。応力センサ８１として、歪ゲージが例示される。なお、応力センサ８１の出力信号は、例えば、回転体５２１上を信号線で伝送され、回転体５２１と可動体５２２との間は、回転駆動部５３３のモータの回転軸に設けられたスリップリングと可動体５２２に設けられたブラシとによって伝送され、ブラシと制御部２１との間は信号線で伝送される。制御部２１は、この応力センサ８１の出力に基づいて、ピン部材１１に発生する応力を検知する。このようにして、制御部２１は、ピン部材１１に発生する応力を凝着パラメータとして監視し、実施形態１と同様に警報及び接合ツールの停止制御を行う。なお、ピン部材１１に駆動力を伝達する部材に応力センサを設けることにより、間接的に、ピン部材１１に発生する応力を検出してもよい。また、ピン部材１１に代えてショルダ部材１２に応力センサ８１を取り付けてもよい。

　この実施形態３によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

　（実施形態４）
　本実施形態４では、制御部２１が、所定期間当たりの凝着パラメータの増加量が所定値以上になると警報及び接合ツールの動作禁止を行う点が実施形態１と相違する。これ以外の構成は実施形態１と同様である。

　この実施形態３によれば、凝着パラメータが許容限度を上回る増加傾向を示すと、警報及び接合ツール５の停止が行われるので、所定値を適宜設定することにより、被接合物６０の材料が、摩擦攪拌接合の回数が増加するに連れて急速に接合ツール５１への凝着量が増加するようなものである場合に、好適に接合ツール５１の破断を抑制することができる。

　（実施形態５）
　本実施形態５では、複動式摩擦攪拌接合装置が清掃機構を備えており、所定のタイミングで、清掃機構によって自動的に接合ツール５１の清掃が行われる。所定のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。

　この実施形態５によれば、接合ツール５１の寿命を長くすることができる。

　（実施形態６）
　本実施形態６では、操作者により、又は、複動式摩擦攪拌接合装置により、所定のタイミングで、警告、前記接合ツールの動作禁止、及び前記接合ツールの清掃の少なくとも１つが行われる。所定のタイミングは、１以上の特定のタイミング、不定期のタイミング、定期的なタイミングを含む。

　この実施形態６によれば、接合ツール５１の寿命を長くすることができる。

　（実施形態７）
　本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、実施の形態１～６に係る複動式摩擦攪拌接合装置において、第１部材は、接合ツールと対向するように配置され、かつ、第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、制御器は、（Ａ）において、接合ツールを回転させながら、当該接合ツールが被接合物の被接合部を押圧するように、回転機構及び進退機構が動作する（Ａ１）と、軟化した第２部材が、軟化した第１部材に突き刺さるように、接合ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達するように、出没機構が動作する（Ａ２）と、接合ツールを回転させた状態で被接合部から引き抜くように、出没機構、回転機構、及び進退機構が動作する（Ａ３）と、を実行するように構成されている。

　また、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、制御器は、（Ａ２）において、ピン部材をショルダ部材の内方に没入させて、ショルダ部材の先端部が第１位置に到達するように、出没機構が動作する（Ａ２１）と、（Ａ２１）の後、ショルダ部材の先端部が第１位置から後退し、かつ、ピン部材をショルダ部材の先端部から突出するように、出没機構が動作する（Ａ２２）と、を実行するように構成されていてもよい。

　また、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、第１部材は、第２部材に対して、軟化温度が低い材料で構成されていてもよい。

　さらに、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、第１部材は、アルミニウム又は熱可塑性プラスチック、及び繊維強化プラスチックのうち、少なくとも１つの材料で構成されていて、第２部材は鋼で構成されていてもよい。

　以下、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置の一例について、図１１～図１４Ｂを参照しながら説明する。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の構成］
　図１１は、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示す模式図である。なお、図１１においては、図における上下方向を複動式摩擦攪拌接合装置における上下方向として表している。

　図１１に示すように、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０は、ピン部材１１及びショルダ部材１２を有する接合ツール５１、接合ツール固定部５２、工具駆動部５３、クランプ部材５４、Ｃ型フレーム５５、裏当て部材５６、及び制御器１００を備えている。

　ピン部材１１及びショルダ部材１２は、接合ツール固定部５２により支持されており、工具駆動部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、接合ツール固定部５２、工具駆動部５３及びクランプ部材５４は、Ｃ型フレーム５５の上部に設けられている。また、Ｃ型フレーム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Ｃ型フレーム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。

　接合ツール固定部５２は、回転体５２１及び可動体５２２から構成されており、工具駆動部５３は、ピン駆動部５３１、ショルダ駆動部５３２、及びクランプ駆動部４１から構成されている。また、クランプ部材５４は、クランプ駆動部４１を介して可動体５２２に固定されている。なお、クランプ駆動部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１１には、詳細に図示されないが、回転体５２１により支持されている。また、ピン部材１１は、回転駆動部５３３により、ピン部材１１の軸心（中心軸）に一致する軸線Ｘｒ周りに回転するように構成されている。

　さらに、ピン部材１１は、ピン駆動部５３１により、矢印Ｐ１方向、すなわち軸線Ｘｒ方向（図１１では上下方向）に沿って、ショルダ部材１２に対して相対的に進退移動可能に構成されている。すなわち、ピン駆動部５３１が、ピン部材１１をショルダ部材１２に対して出没させる出没機構を構成する。なお、ピン駆動部５３１としては、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としては、サーボモータとラックアンドピニオン、又はサーボモータとボールネジで構成されていてもよい。

　ショルダ部材１２は、中空を有する略円筒状に形成されていて、回転体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、回転駆動部５３３により、ピン部材１１と同一の軸線Ｘｒ周りに回転するように構成されている。さらに、ショルダ部材１２は、ショルダ駆動部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、ショルダ駆動部５３２としては、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としては、サーボモータとラックアンドピニオン、又はサーボモータとボールネジ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は、本実施の形態ではいずれも同一の回転体５２１によって支持され、いずれも回転駆動部５３３により軸線Ｘｒ周りに一体的に回転する。このため、回転駆動部５３３及び回転体５２１が、接合ツール５１をピン部材１１の中心軸の回りに回転させる回転機構を構成する。

　また、回転体５２１は、回転駆動部５３３を介して、可動体５２２に支持されている。これにより、ショルダ駆動部５３２が駆動すると、ショルダ部材１２と共に、ピン部材１１及び可動体５２２が進退する。このため、ショルダ駆動部５３２及び可動体５２２が、接合ツール５１をピン部材１１の中心軸の延在方向に進退させる進退機構を構成する。

　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、クランプ駆動部４１を介して可動体５２２に支持されている。クランプ駆動部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。そして、クランプ部材５４（クランプ駆動部４１及び可動体５２２を含む）は、ショルダ駆動部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。

　なお、クランプ駆動部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。クランプ駆動部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。

　ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４は、それぞれ下端面（先端面）１１ａ、下端面（先端面）１２ａ、及び下端面（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、工具駆動部５３により進退移動することで、下端面１１ａ、下端面１２ａ、及び下端面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、本実施形態７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、Ｃ型フレーム５５から外して交換できるように構成されてもよい。

　なお、本実施形態７におけるピン部材１１、ショルダ部材１２、接合ツール固定部５２、工具駆動部５３、クランプ部材５４、Ｃ型フレーム５５、及び裏当て部材５６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、工具駆動部５３を構成するピン駆動部５３１及びショルダ駆動部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、本実施形態７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Ｃ型フレーム５５から着脱可能に構成されていてもよい。

　さらに、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０は、摩擦攪拌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、Ｃ型フレーム５５が、ロボットのアームの先端に取り付けられている。

　なお、複動式摩擦攪拌接合装置５０（Ｃ型フレーム５５を含む）は、摩擦攪拌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に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０は、二対以上のロボットが、複動式摩擦攪拌接合装置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、複動式摩擦攪拌接合装置５０は、被接合物６０に対して安定して摩擦攪拌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。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の制御構成］
　次に、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０の制御構成について、図１２を参照して具体的に説明する。

　図１２は、図１１に示す複動式摩擦攪拌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１２に示すように、複動式摩擦攪拌接合装置５０は、入力部３２及び制御器１００を備えている。制御器１００は、ＣＰＵ等の制御部（演算処理部）２１とＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部３１を有している。

　入力部３２は、制御器１００に対して、摩擦攪拌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。本実施形態７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部３２により入力可能となっている。

　記憶部３１は、各種データを読み出し可能に記憶するものであり、記憶部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。記憶部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。制御部２１等がマイクロコンピュータで構成されている場合には、記憶部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、記憶部３１には、データが記憶され、制御部２１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、制御部２１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。

　制御部２１は、複動式摩擦攪拌接合装置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、制御部２１は、記憶部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、工具駆動部５３を構成するピン駆動部５３１、ショルダ駆動部５３２、及び回転駆動部５３３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。

　なお、制御器１００は、集中制御する単独の制御器１００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１００によって構成されていてもよい。また、制御器１００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。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果］
　次に、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果について、図１１～図１４Ｂを参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１００の制御部２１が、記憶部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１３は、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌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及び図１４Ｂは、図１１に示す複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌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１４Ａ、及び図１４Ｂにおいては、被接合物６０として、２枚の板状の第１部材６１Ａ及び第２部材６２Ａ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。第１部材６１Ａは、第２部材６２Ａに対して、軟化温度が低い材料で構成されていてもよい。

　第１部材６１Ａとしては、例えば、金属材料（例えば、アルミニウム）、熱可塑性プラスチック（例えば、ポリアミド）、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）のうち、少なくとも１つの材料を用いてもよく、第２部材６２Ａは、第１部材６１Ａとは異なる金属材料（例えば、鋼又はアルミニウム）を用いてもよい。

　また、本実施形態７においては、被接合物Ｗを板状の第１部材６１Ａと板状の第２部材６２Ａで構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物Ｗ（第１部材６１Ａ及び第２部材６２Ａ）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、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、複動式摩擦攪拌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、第１部材６１Ａ及び第２部材６２Ａに加えられる力の方向を示す。

　さらに、裏当て部材５６からも第１部材６１Ａ及び第２部材６２Ａに対して力が加えられているが、説明の便宜上、図１４Ａ及び図１４Ｂには図示していない。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。

　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Ｗを載置する。ついで、作業者が入力部３２を操作して、制御器１００に被接合物Ｗ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Ｗを載置してもよい。

　すると、図１３に示すように、制御器１００は、回転駆動部５３３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回転数（例えば、２００～３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１；図１４Ａの工程（１）参照）。ついで、制御器１００は、ショルダ駆動部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５４を被接合物６０に接近させ、ピン部材１１の下端面１１ａ、ショルダ部材１２の下端面１２ａ、及びクランプ部材５４の下端面５４ａ（図１４Ａ及び図１４Ｂには図示せず）を被接合物６０の表面６０ｃに当接させる（ステップＳ１０２；図１４Ａの工程（２）参照）。

　このとき、制御器１００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、３ｋＮ～１０ｋＮ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、ショルダ駆動部５３２を制御する。

　これにより、クランプ部材５４と裏当て部材５６とで第１部材６１Ａ及び第２部材６２Ａが挟み込まれ、クランプ駆動部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。

　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、第１部材６１Ａ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近傍に第１部材６１Ａの塑性流動部６１Ｂが生じる。

　次に、制御器１００は、ピン部材１１の下端面１１ａがショルダ部材１２の下端面１２ａに対して没入するように、ピン駆動部５３１を駆動する（ステップＳ１０３）。このとき、制御器１００は、ショルダ部材１２の先端部が予め設定されている所定の第１位置まで到達するように、ピン駆動部５３１を制御する。なお、ショルダ部材１２の先端部の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御器１００に出力される。

　ここで、第１位置とは、第２部材６２Ａの第１部材６１Ａと当接する面を０％とし、第２部材６２Ａの裏当て部材５６の支持面５６ａと当接する面を１００％とした場合に、０％より大きく、かつ、１００％未満の間で任意に設定される位置をいう。なお、接合強度を向上させる観点から、第１位置は、第２部材６２Ａの支持面５６ａと当接する面に近い方がよく、２５％以上であってもよく、５０％以上であってもよく、７５％以上であってもよく、８０％以上であってもよく、９０％以上であってもよく、９５％以上であってもよい。

　これにより、ショルダ部材１２の先端部が被接合物６０の表面６０ｃから第２部材６２Ａの内部に進入（圧入）し（図１４Ａの工程（３）参照）、第２部材６２Ａにも、塑性流動部６２Ｂが生じる。このとき、ショルダ部材１２の先端部により、押し出された第２部材６２Ａの軟化した部分が、第１部材６１Ａの軟化した部分に入り込む（突き刺さる）。

　次に、制御器１００は、ピン部材１１の下端面１１ａがショルダ部材１２の下端面１２ａに対して突出するように、ピン駆動部５３１を駆動する（ステップＳ１０４）。このとき、制御器１００は、ピン部材１１の先端部が予め設定されている所定の第２位置に到達するように、ピン駆動部５３１を制御する。ここで、第２位置は、予め実験等により設定することができ、塑性流動部６１Ｂに入り込んだ塑性流動部６２Ｂよりも上方の位置となるように、適宜設定される。

　これにより、ピン部材１１が徐々に第１部材６１Ａに進入（圧入）し、ショルダ部材１２が第１部材６１Ａから後退する（図１４Ｂの工程（４）参照）。このとき、塑性流動部６１Ｂ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。

　次に、制御器１００は、被接合物６０の表面６０ｃにおいて、ピン部材１１の下端面１１ａ及びショルダ部材１２の下端面１２ａが面一になるように、ピン駆動部５３１を制御する（ステップＳ１０５；図１４Ｂ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１００は、ピン部材１１の下端面１１ａ、ショルダ部材１２の下端面１２ａ、及びクランプ部材５４の下端面５４ａが、それぞれ、被接合物６０から離間するように、ショルダ駆動部５３２を制御する（ステップＳ１０６）。ついで、制御器１００は、その後、回転駆動部５３３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Ｓ１０７）、一連の摩擦攪拌接合（被接合物６０の接合工程）を終了させる（図１４Ｂ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）は第１部材６１Ａ、第２部材６２Ａに加えられなくなるので、塑性流動部６１Ｂ及び塑性流動部６２Ｂ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枚の第１部材６１Ａ、第２部材６２Ａは、接合部６０ｂによって連結（接合）される。

　このように構成された、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、被接合物Ｗに対して、摩擦攪拌接合を実行することにより、第２部材６２Ａの軟化した部分が、第１部材６１Ａの軟化した部分に入り込み、引張せん断に対する強度が高くなり、相対的に剥離強度も高くなるといったアンカー効果が得られる。

　このため、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、異なる材料で構成されている複数の部材（第１部材６１Ａ、第２部材６２Ａ）に対して、摩擦熱を利用して接合しても、接合強度を高めることができ得る。

　なお、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、異なる材料で構成されている２つの部材（第１部材６１Ａ、第２部材６２Ａ）に対して、摩擦攪拌接合する形態を採用したが、これに限定されない。異なる材料で構成されている３つ以上の部材に対して、摩擦攪拌接合する形態を採用してもよい。

　［変形例１］
　次に、本実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０の変形例について、図１５、図１６Ａ、及び図１６Ｂを参照しながら説明する。

　本実施形態７における変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置は、制御器が、（Ａ２）において、ピン部材をショルダ部材の先端部から突出させて、当該ピン部材の先端部が第１位置に到達するように、出没機構が動作する（Ａ２３）と、（Ａ２３）の後、ピン部材の先端部が第１位置からショルダ部材の内方に没入するように、出没機構が動作する（Ａ２４）と、を実行するように構成されている。

　なお、本実施形態７における変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置は、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置と構成は同じであるので、その詳細な説明は省略する。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果］
　図１５は、本実施形態７における変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１６Ａ及び図１６Ｂは、本変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合の各工程の一例を模式的に示す工程図である。

　図１５に示すように、本変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置５０の動作は、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０の動作と、基本的には同じであるが、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４に代えて、ステップＳ１０３Ａ及びステップＳ１０４Ａが行われる点が異なる。

　具体的には、制御器１００は、ピン部材１１の下端面１１ａがショルダ部材１２の下端面１２ａに対して突出するように、ピン駆動部５３１を駆動する（ステップＳ１０３Ａ）。このとき、制御器１００は、ピン部材１１の先端部が第１位置まで到達するように、ピン駆動部５３１を制御する。なお、ピン部材１１の先端部の位置情報は、図示されない位置検出器により検出されて、制御器１００に出力される。

　これにより、ピン部材１１の先端部が被接合物６０の表面６０ｃから第２部材６２Ａの内部に進入（圧入）し（図１６Ａの工程（３）参照）、第２部材６２Ａにも、塑性流動部６２Ｂが生じる。このとき、ピン部材１１の先端部により、押し出された第２部材６２Ａの軟化した部分が、第１部材６１Ａの軟化した部分に入り込む（突き刺さる）。

　次に、制御器１００は、ピン部材１１の下端面１１ａがショルダ部材１２の下端面１２ａに対して没入するように、ピン駆動部５３１を駆動する（ステップＳ１０４Ａ）。このとき、制御器１００は、ショルダ部材１２の先端部が予め設定されている所定の第２位置に到達するように、ピン駆動部５３１を制御する。

　これにより、ショルダ部材１２が徐々に第１部材６１Ａに進入（圧入）し、ピン部材１１が第１部材６１Ａから後退する（図１６Ｂの工程（４）参照）。このとき、塑性流動部６１Ｂ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の直下に流動し、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。

　そして、制御器１００は、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と同様に、ステップＳ１０５～ステップＳ１０７の処理を実行して、一連の摩擦攪拌接合（被接合物６０の接合工程）を終了させる。

　このように構成された、本変形例１の複動式摩擦攪拌接合装置５０であっても、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

　（実施形態８）
　本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置において、制御器は、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面への被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、ピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｄ）をさらに実行するように構成されている。

　また、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、凝着パラメータが、出没機構に設けられ、ピン部材をショルダ部材に対して出没するよう駆動する、モータの電流値であってもよい。

　また、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、凝着パラメータが、被接合物を摩擦攪拌接合した回数であってもよい。

　さらに、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置では、凝着パラメータが、ピン部材及び／又はショルダ部材に発生する応力であってもよい。

　以下、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の一例について、図１７及び図１８を参照しながら説明する。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の構成］
　図１７は、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示すブロック図である。

　図１７に示すように、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０は、実施形態７に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と基本的構成は同じであるが、電流検知器３４をさらに備える点が異なる。電流検知器３４は、ピン駆動部５３１を構成するサーボモータの電流値を検知して、検知した電流値を制御器１００の制御部２１に出力するように構成されている。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果］
　次に、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果について、図１７及び図１８を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１００が摩擦攪拌接合動作を実行するときに、制御器１００の制御部２１が、記憶部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１８は、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

　図１８に示すように、制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

　制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されたと判定した場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）には、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止処理を実行し（ステップＳ２０２）、本プログラムを終了する。

　なお、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止処理としては、例えば、ピン駆動部５３１及びショルダ駆動部５３２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を所定の初期位置まで移動させ、かつ、回転駆動部５３３を停止させることが挙げられる。

　一方、制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されていないと判定した場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、凝着パラメータを取得する（ステップＳ２０３）。具体的には、本実施形態８においては、制御器１００は、電流検知器３４が検知したピン駆動部５３１のモータの電流値を取得する。

　ここで、凝着パラメータは、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材１１の外周面及び／又はショルダ部材１２の中心貫通孔１３の内周面への被接合物６０の材料の凝着の程度と相関するパラメータである。凝着パラメータとしては、ピン部材１１をショルダ部材１２に対して出没するよう駆動するピン駆動部５３１のモータの電流値、摩擦攪拌接合の回数である打点数、ピン部材１１又はショルダ部材１２に発生する応力が例示される。これらのパラメータの絶対値は、いずれも凝着の量が多くなる（レベルが高くなる）ことに対応して、絶対値が大きくなる（レベルが高くなる）。モータ電流値及び応力は、これら２つの形態の間で符号が反転する。それ故、凝着パラメータのレベルはその絶対値で特定される。

　なお、制御器１００は、摩擦攪拌接合を実行した回数を記憶部３１に記憶させておき、当該摩擦攪拌接合の回数を凝着パラメータとして、取得してもよい。また、制御器１００は、ピン部材１１及び／又はショルダ部材１２に設置されている、応力検知器が検知した応力を凝着パラメータとして、取得してもよい。なお、応力検知器としては、歪ゲージを用いてもよい。

　次に、制御器１００は、ステップＳ２０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、第１閾値は、予め実験等により設定することができる。凝着パラメータとして、電流値を採用している場合には、接合ツール５１の破損を抑制する観点から、例えば、３Ａであってもよく、４Ａであってもよい。

　なお、凝着パラメータとして、摩擦攪拌接合の回数を採用している場合には、電流検知器３４が検知した電流値が３Ａとなった回数であってもよく、電流検知器３４が検知した電流値が４Ａとなった回数であってもよい。同様に、凝着パラメータとして、応力を採用している場合には、電流検知器３４が検知した電流値が３Ａとなったときに、応力検知器が検知した応力であってもよく、電流検知器３４が検知した電流値が４Ａとなったときに、応力検知器が検知した応力であってもよい。

　制御器１００は、ステップＳ２０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ２０４でＮｏ）には、ステップＳ２０１に戻る。

　一方、制御器１００は、ステップＳ２０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であると判定した場合（ステップＳ２０４でＹｅｓ）には、接合ツール５１の清掃を実行し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０１に戻る。具体的には、制御器１００は、ショルダ駆動部５３２を駆動して、ショルダ部材１２に対して、ピン部材１１を出没させることにより、接合ツール５１の清掃を行う。この場合、制御器１００は、上記特許文献２に開示されている接合ツールの清掃方法を実行してもよい。

　このように構成された、本実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、制御器１００が、摩擦攪拌接合によって発生するピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔の内周面への被接合物６０の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、ピン部材１１の外周面及びショルダ部材１２の中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｄ）をさらに実行するように構成されている。

　これにより、接合ツール５１が破損する前に、接合ツール５１を清掃することができ、接合ツール５１の寿命を長くすることができ得る。

　（実施形態９）
　本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、上記実施形態７及び／又は実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置において、制御器が、（Ｄ）において、凝着パラメータが、予め設定されている所定の第１閾値以上である場合には、報知器により警告を報知する（Ｄ１）と、（Ｄ１）の後、ピン部材の外周面及びショルダ部材の中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｄ２）を実行するように構成されている。

　以下、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の一例について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の構成］
　図１９は、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の概略構成を示すブロック図である。

　図１９に示すように、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０は、実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と基本的構成は同じであるが、報知器３５をさらに備える点が異なる。報知器３５は、凝着パラメータが、接合ツール５１の破断を警戒すべきレベルに到達したことを操作者に報知（警告）するように構成されている。

　報知器３５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。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果］
　次に、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１００が摩擦攪拌接合動作を実行するときに、制御器１００の制御部２１が、記憶部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２０は、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。

　図２０に示すように、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０の動作は、実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０の動作と基本的には同じであるが、ステップＳ２０４で、制御器１００が、ステップＳ２０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であると判定した場合に、ステップＳ２０５Ａを実行した後に、ステップＳ２０５が実行される点が異なる。

　具体的には、制御器１００は、ステップＳ２０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であると判定した場合（ステップＳ２０４でＹｅｓ）には、報知器３５に警告を出力させる（ステップＳ２０５）。これにより、操作者等は、接合ツール５１の破断を警戒すべきレベルに到達したことを知ることができる。

　次に、制御器１００は、接合ツール５１の清掃を実行し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０１に戻る。

　このように構成された、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０であっても、実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

　また、本実施形態９に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、制御器１００が、報知器３５により警告を報知するように構成されている。これにより、操作者等は、接合ツール５１の破断を警戒すべきレベルに到達したことを知ることができる。このため、接合ツール５１が破損する前に、接合ツール５１を清掃することができ、接合ツール５１の寿命を長くすることができ得る。

　なお、本実施形態９においては、制御器１００が、接合ツール５１の清掃を実行する形態を採用したが、これに限定されず、報知器３５により警報が出力されていることを報知された操作者等が、接合ツール５１の清掃を実行する形態を採用してもよい。

　（実施形態１０）
　本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、上記実施形態７～９のいずれかの実施形態に係る複動式摩擦攪拌接合装置において、制御器が、（Ｄ）において、凝着パラメータが、第１閾値よりも大きい第２閾値以上である場合には、次回の被接合物の接合動作を禁止する（Ｄ３）をさらに実行するように構成されている。

　以下、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置の一例について、図２１を参照しながら説明する。なお、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置は、実施形態８に係る複動式摩擦攪拌接合装置と構成は同じであるため、その詳細な説明は省略する。

　［複動式摩擦攪拌接合装置の動作及びその作用効果］
　図２１は、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器１００が摩擦攪拌接合動作を実行するときに、制御器１００の制御部２１が、記憶部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２１に示すように、制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されたか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

　制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されたと判定した場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）には、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止処理を実行し（ステップＳ３０２）、本プログラムを終了する。

　一方、制御器１００は、操作者から入力部３２を介して、複動式摩擦攪拌接合装置５０の停止指令が入力されていないと判定した場合（ステップＳ３０１でＮｏ）には、凝着パラメータを取得する（ステップＳ３０３）。

　次に、制御器１００は、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。制御器１００は、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ３０４でＮｏ）には、ステップＳ２０１に戻る。

　一方、制御器１００は、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第１閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。

　ここで、第２閾値は、予め実験等により設定することができ、後述するように、ピン部材１１及びショルダ部材１２の破断寿命に対応する凝着パラメータの絶対値より小さく、かつ、第１閾値より大きい絶対値に設定される。第２閾値は、凝着パラメータとして、電流値を採用している場合には、接合ツール５１の破損を抑制する観点から、例えば、５Ａであってもよく、５．５Ａであってもよい。

　なお、凝着パラメータとして、摩擦攪拌接合の回数を採用している場合には、電流検知器３４が検知した電流値が５Ａとなった回数であってもよく、電流検知器３４が検知した電流値が５．５Ａとなった回数であってもよい。同様に、凝着パラメータとして、応力を採用している場合には、電流検知器３４が検知した電流値が５Ａとなったときに、応力検知器が検知した応力であってもよく、電流検知器３４が検知した電流値が５．５Ａとなったときに、応力検知器が検知した応力であってもよい。

　制御器１００は、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第２閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ３０５でＮｏ）には、接合ツール５１の清掃を実行し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０１に戻る。なお、制御器１００は、接合ツール５１の清掃を実行する前に、報知器３５に警告を出力させてもよい。

　一方、制御器１００は、ステップＳ３０３で取得した凝着パラメータが、第２閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）には、複動式摩擦攪拌接合装置５０の強制停止を実行する（ステップＳ３０７）。

　具体的には、例えば、制御器１００は、ピン駆動部５３１及びショルダ駆動部５３２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を所定の初期位置まで移動させ、かつ、回転駆動部５３３を停止させることが挙げられる。

　このとき、制御器１００は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が、被接合物６０を押圧している押圧力を小さくするように、ピン駆動部５３１を制御してから、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４を所定の初期位置まで移動させるように、ショルダ駆動部５３２を制御してもよい。

　また、制御器１００は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数を小さくするように、回転駆動部５３３を制御してから、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４を所定の初期位置まで移動させるように、ショルダ駆動部５３２を制御してもよい。

　さらに、制御器１００は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が、被接合物６０を押圧している押圧力を小さくするように、ピン駆動部５３１を制御し、かつ、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数を小さくするように、回転駆動部５３３を制御してから、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４を所定の初期位置まで移動させるように、ショルダ駆動部５３２を制御してもよい。

　次に、制御器１００は、次回の接合の実行を禁止し（ステップＳ３０８）、本プログラムを終了する。なお、制御器１００は、ステップＳ３０８の処理を実行した後に、接合ツール５１の清掃を実行してもよい。また、制御器１００は、ステップＳ３０８の処理を実行した後に、報知器３５に次回の接合の実行を禁止することを報知させてもよい。さらに、制御器１００は、ステップＳ３０８の処理を実行した後に、報知器３５に次回の接合の実行を禁止することを報知させ、その後、接合ツール５１の清掃を実行してもよい。

　このように構成された、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０であっても、実施形態７～９のいずれかの実施形態に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０と同様の作用効果を奏する。

　また、本実施形態１０に係る複動式摩擦攪拌接合装置５０では、制御器１００が、凝着パラメータが、第２閾値以上である場合には、次回の被接合物６０の接合動作を禁止するように構成されている。これにより、接合ツール５１が破損するおそれが高い状態で、被接合物６０の接合動作を実行されないため、接合ツール５１の破損を防止することができる。

　（その他の実施形態）
　実施形態１乃至４において、クランプ部材５４の清掃を省略してもよい。また、ピン部材１１及びショルダ部材１２の一方の清掃を省略してもよい。

　実施形態１乃至４において、警報に代えて、メッセージによる警告を行ってもよい。

　実施形態１乃至４において、警告及び接合ツールの動作禁止の一方を省略してもよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良及び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、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置は、接合ツールの寿命を長くすることが可能な複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法及び複動式摩擦攪拌接合装置として有用である。

　１１　ピン部材
　１１ａ　下端面
　１２　ショルダ部材
　１２ａ　下端面
　１３　中心貫通孔
　２１　制御部
　３１　記憶部
　３２　入力部
　３３　警報部
　３４　電流検知器
　３５　報知器
　４１　クランプ駆動部
　５０　複動式摩擦攪拌接合装置
　５０Ａ　複動式摩擦攪拌接合装置
　５０Ｂ　複動式摩擦攪拌接合装置
　５０Ｃ　複動式摩擦攪拌接合装置
　５１　接合ツール
　５２　接合ツール固定部
　５３　工具駆動部
　５４　クランプ部材
　５４ａ　下端面
　５５　Ｃ型フレーム
　５６　裏当て部材
　５６ａ　支持面
　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
　６１Ａ　第１部材
　６１Ｂ　塑性流動部
　６２　金属板
　６２Ａ　第２部材
　６２Ｂ　塑性流動部
　８０　ロータリエンコーダ
　８１　応力センサ
　１００　制御器
　５２１　回転体
　５２２　可動体
　５３１　ピン駆動部
　５３２　ショルダ駆動部
　５３３　回転駆動部
　Ｘｒ　中心軸

Claims

　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、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、
　前記複動式摩擦攪拌接合装置は、
　中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、
　前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、
　前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、を備え、
　前記回転機構による前記接合ツールの回転と、前記出没機構による前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構による前記接合ツールの進退とによって、前記被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、
　前記摩擦攪拌接合によって発生する前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への前記被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を清掃する（Ｂ）と、を含む、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、前記凝着パラメータの絶対値について第１閾値を設ける、請求項１に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記運転方法が、前記凝着パラメータが第１閾値以上になると警告する（Ｃ）をさらに含み、前記（Ｃ）の後に前記（Ａ）が行われる、請求項２に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、第１閾値より大きい第２閾値以上になると前記接合ツールの動作を禁止することをさらに含む、請求項３に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、前記運転方法が、所定期間当たりの前記凝着パラメータの絶対値の増加量が所定値以上になると警告及び前記接合ツールの動作禁止の少なくとも一方を行う工程（Ｄ）をさらに含む、請求項１に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、前記出没機構に設けられ、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没するよう駆動するモータの電流値である、請求項１乃至５のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、前記被接合物を摩擦攪拌接合する回数である、請求項１乃至５のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記凝着パラメータが、前記ピン部材又は前記ショルダ部材に発生する応力である、請求項１乃至５のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　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、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法であって、
　前記複動式摩擦攪拌接合装置は、
　中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、
　前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、
　前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、を備え、
　前記回転機構による前記接合ツールの回転と、前記出没機構による前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構による前記接合ツールの進退とによって、互いに接触して配置された被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、
　前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面の少なくとも一方を所定のタイミングで清掃する（Ｅ）と、を含む、複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記第１部材は、前記接合ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
　前記（Ａ）は、前記接合ツールを回転させながら、当該接合ツールが前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転機構及び前記進退機構が動作する（Ａ１）と、
　軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記接合ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２）と、
　前記接合ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記出没機構、前記回転機構、及び前記進退機構が動作する（Ａ３）と、を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記（Ａ２）において、前記ピン部材を前記ショルダ部材の内方に没入させて、前記ショルダ部材の先端部が前記第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２１）と、前記（Ａ２１）の後、前記ショルダ部材の先端部が前記第１位置から後退し、かつ、前記ピン部材を前記ショルダ部材の先端部から突出するように、前記出没機構が動作する（Ａ２２）と、が実行される、請求項１０に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記（Ａ２）において、前記ピン部材を前記ショルダ部材の先端部から突出させて、当該ピン部材の先端部が前記第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２３）と、前記（Ａ２３）の後、前記ピン部材の先端部が前記第１位置から前記ショルダ部材の内方に没入するように、前記出没機構が動作する（Ａ２４）と、が実行される、請求項１０に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　前記第１部材は、前記第２部材に対して、軟化温度が低い材料で構成されている、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の複動式摩擦攪拌接合装置の運転方法。
　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、複動式摩擦攪拌接合装置であって、
　前記複動式摩擦攪拌接合装置は、
　中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、
　前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、
　前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、
　制御器と、を備え、
　前記制御器は、
　前記回転機構を制御することによる前記接合ツールの回転と、前記出没機構を制御することによる前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構を制御することによる前記接合ツールの進退とによって、前記被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、
　前記摩擦攪拌接合によって発生する前記ピン部材の外周面及び前記ショルダ部材の前記中心貫通孔の内周面への前記被接合物の材料の凝着の程度と相関する凝着パラメータのレベルに基づいて、警告、前記接合ツールの動作禁止、及び前記接合ツールの清掃の少なくとも１つを行う（Ｂ１）と、を実行するように構成されている、複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、前記凝着パラメータの絶対値について第１閾値が設定されている、請求項１４に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記制御器は、前記（Ｂ１）において、前記凝着パラメータが前記第１閾値以上になると前記警報を行うように構成されている、請求項１５に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記制御器は、前記（Ｂ１）において、前記凝着パラメータが、前記第１閾値より大きい第２閾値以上になると前記接合ツールの動作禁止を行うように構成されている、請求項１６に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記凝着パラメータが、前記凝着の量が多くなることに対応して絶対値が増加するパラメータであり、
　前記制御器は、前記（Ｂ１）において、所定期間当たりの前記凝着パラメータの増加量が所定値以上になると警告及び前記接合ツールの動作禁止の少なくとも一方を行うように構成されている、請求項１４に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記凝着パラメータが、前記出没機構に設けられ、前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没するよう駆動するモータの電流値である、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記凝着パラメータが、前記被接合物を摩擦攪拌接合する回数である、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記凝着パラメータが、前記ピン部材又は前記ショルダ部材に発生する応力である、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　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、複動式摩擦攪拌接合装置であって、
　前記複動式摩擦攪拌接合装置は、
　中心部に同心状に延在する円柱状の中心貫通孔を有する円柱状のショルダ部材と、
　前記ショルダ部材とともに接合ツールを構成し、前記ショルダ部材の中心貫通孔に当該ショルダ部材と同心状に嵌挿された円柱状のピン部材と、
　前記ピン部材を前記ショルダ部材に対して出没させる出没機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の周りに回転させる回転機構と、
　前記接合ツールを前記ピン部材の中心軸の延在方向に進退させる進退機構と、
　制御器と、を備え、
　前記制御器は、前記回転機構による前記接合ツールの回転と、前記出没機構による前記ショルダ部材に対する前記ピン部材の出没と、前記進退機構による前記接合ツールの進退とによって、互いに接触して配置された被接合物を摩擦攪拌接合する（Ａ）と、
　所定のタイミングで、警告、前記接合ツールの動作禁止、及び前記接合ツールの清掃の少なくとも１つを行う（Ｅ）と、を実行するよう構成されている、複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記第１部材は、前記接合ツールと対向するように配置され、かつ、前記第２部材とは異なる種類の材料で構成されていて、
　前記制御器は、前記（Ａ）において、前記接合ツールを回転させながら、当該接合ツールが前記被接合物の被接合部を押圧するように、前記回転機構及び前記進退機構が動作する（Ａ１）と、
　軟化した前記第２部材が、軟化した前記第１部材に突き刺さるように、前記接合ツールの先端部を予め設定されている所定の第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２）と、
　前記接合ツールを回転させた状態で前記被接合部から引き抜くように、前記出没機構、前記回転機構、及び前記進退機構が動作する（Ａ３）と、を実行するように構成されている、請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記制御器は、前記（Ａ２）において、前記ピン部材を前記ショルダ部材の内方に没入させて、前記ショルダ部材の先端部が前記第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２１）と、前記（Ａ２１）の後、前記ショルダ部材の先端部が前記第１位置から後退し、かつ、前記ピン部材を前記ショルダ部材の先端部から突出するように、前記出没機構が動作する（Ａ２２）と、を実行するように構成されている、請求項２３に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記制御器は、前記（Ａ２）において、前記ピン部材を前記ショルダ部材の先端部から突出させて、当該ピン部材の先端部が前記第１位置に到達するように、前記出没機構が動作する（Ａ２３）と、前記（Ａ２３）の後、前記ピン部材の先端部が前記第１位置から前記ショルダ部材の内方に没入するように、前記出没機構が動作する（Ａ２４）と、を実行するように構成されている、請求項２３に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。
　前記第１部材は、前記第２部材に対して、軟化温度が低い材料で構成されている、請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の複動式摩擦攪拌接合装置。