WO2020179661A1

WO2020179661A1 - 摩擦攪拌点接合装置、摩擦攪拌点接合された被接合物、及びショルダ部材

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Publication number: WO2020179661A1
Application number: PCT/JP2020/008285
Authority: WO
Inventors: 遼一波多野; 慎太郎深田; 友祐吉田; 俊祐春名; 将弘三宅; 健吾前田
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-09-10
Also published as: EP3932606A4; US20220143739A1; CN113260478A; KR102602950B1; JPWO2020179661A1; EP3932606A1; KR20210122847A

Abstract

本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材（１１）と、円筒状に形成され、ピン部材（１１）が内部に挿通されているショルダ部材（１２）と、ピン部材（１１）及びショルダ部材（１２）を、ピン部材（１１）の軸心に一致する軸線（Ｘｒ）周りに回転させる回転駆動器（５７９と、ピン部材（１１９及びショルダ部材（１２）を、それぞれ軸線（Ｘｒ）に沿って進退移動させる進退駆動器（５３）と、を備え、ショルダ部材（１２）の外周面の先端部には、ピン部材（１１）の軸心方向に沿って延びるように第１溝（２１）が形成されている。

Description

摩擦攪拌点接合装置、摩擦攪拌点接合された被接合物、及びショルダ部材

　本発明は、摩擦攪拌点接合装置、摩擦攪拌点接合された被接合物、及びショルダ部材に関する。

　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；接合ツール）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、又は抑制することができる。

特開２０１２－１９６６８２号公報

　しかしながら、上記特許文献１に開示されている摩擦攪拌点接合方法であっても、被接合物の接合時間の短縮の観点から、未だ改善の余地があった。また、上記特許文献１に開示されている摩擦攪拌点接合方法であっても、被接合物の接合強度の観点から、未だ改善の余地があった。

　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、接合時間を短縮することができる、摩擦攪拌点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、従来の摩擦攪拌点接合装置で接合された被接合物に比して、接合強度を高くすることができる、摩擦攪拌点接合装置、及び従来の摩擦攪拌点接合装置で接合された被接合物に比して、接合強度が大きい被接合物を提供することを第２の目的とする。

　上記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、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、前記ショルダ部材の外周面の先端部には、前記ピン部材の軸心方向に沿って延びるように、第１溝が形成されている。

　これにより、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、接合時間を短縮することができる。

　また、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、前記ショルダ部材の先端面には、径方向に延びるように第２溝が形成されている。

　また、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、第１部材と第２部材から構成される被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合装置であって、前記摩擦攪拌点接合装置は、ピン部材と、中空状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれの長手方向に延びる軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、前記ショルダ部材は、当該ショルダ部材が前記被接合物内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、前記ショルダ部材の進行方向又は前記ショルダ部材の退行方向に流動するように構成されている。

　これにより、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、被接合物の接合強度を大きくすることができる。

　また、本発明に係る被接合物は、上記摩擦攪拌点接合装置により、摩擦攪拌点接合された被接合物。

　これにより、従来の摩擦攪拌点接合装置で接合された被接合物に比して、接合強度が大きい被接合物を得ることができる。

　さらに、本発明に係る被接合物は、摩擦攪拌点接合装置により摩擦攪拌点接合された被接合物であって、前記被接合物は、第１部材と第２部材から構成され、フッキングが、前記第１部材内に形成されている、又は前記第２部材内に形成されている。

　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によれば、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、接合時間を短縮することができる。また、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置によれば、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、被接合物の接合強度を大きくすることができる。さらに、本発明に係る被接合物は、従来の摩擦攪拌点接合装置で接合された被接合物に比して、接合強度が大きい被接合物を得ることができる。

図１は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図３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４は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図５Ａ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５Ｂ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６は、本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の要部（ショルダ部材の先端部）を模式的に示す斜視図である。図７は、本実施の形態２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８は、図７に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図９は、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した結果の接合時間と、十字引張試験の結果を示すグラフである。図１０Ａは、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図１０Ａは、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図１１は、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。図１２は、図１１に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図１３Ａは、図１１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１３Ｂは、図１１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１４Ａは、図１１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他の例を模式的に示す工程図である。図１４Ｂは、図１１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他の例を模式的に示す工程図である。図１５は、本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。図１６は、図１５に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図１７は、本実施の形態４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１８は、図１７に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図１９は、本実施の形態５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２０は、図１９に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。図２１Ａは、図１９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２１Ｂは、図１９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２２は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である図２３は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験した後の断面写真である。図２４は、比較例１及び実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。図２５は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図２６は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図２７は、実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図２８は、比較例１及び実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。図２９は、比較例１及び実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。図３０は、比較例１及び実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。

　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

　（実施の形態１）
　本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、ショルダ部材の外周面の先端部には、ピン部材の軸心方向に沿って延びるように、第１溝が形成されている。

　以下、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

　［摩擦攪拌点接合装置の構成］
　図１は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。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、進退駆動器５３、クランプ部材１３、裏当て支持部５５、裏当て部材５６、及び回転駆動器５７を備えている。

　ピン部材１１、ショルダ部材１２、工具固定器５２、進退駆動器５３、クランプ部材１３、及び回転駆動器５７は、Ｃ型ガン（Ｃ型フレーム）で構成される裏当て支持部５５の上端部に設けられている。また、裏当て支持部５５の下端部には、裏当て部材５６が設けられている。ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３と、裏当て部材５６と、は互いに対向する位置で裏当て支持部５５に取り付けられている。なお、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３と、裏当て部材５６と、の間には、被接合物６０が配置される。

　ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、回転工具固定器５２１及びクランプ固定器５２２から構成される工具固定器５２に固定されている。具体的には、ピン部材１１及びショルダ部材１２は、回転工具固定器５２１に固定されていて、クランプ部材１３は、クランプ駆動器４１を介して、クランプ固定器５２２に固定されている。そして、回転工具固定器５２１は、回転駆動器５７を介して、クランプ固定器５２２に支持されている。なお、クランプ駆動器４１は、スプリングにより構成されている。

　また、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、ピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２から構成される進退駆動器５３によって、上下方向に進退駆動される。

　ピン部材１１は、円柱状に形成されていて、図１には、詳細に図示されないが、回転工具固定器５２１により支持されている。なお、ピン部材１１は、直動軸受（図示せず）を介して回転工具固定器５２１に支持されてもよい。

　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。ピン駆動器５３１は、ピン部材１１に加圧力を与え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を好適に用いることができる。

　ショルダ部材１２は、中空を有する円筒状に形成されていて、回転工具固定器５２１により支持されている。ショルダ部材１２の中空内には、ピン部材１１が内挿されている。換言すると、ショルダ部材１２は、ピン部材１１の外周面を囲むように配置されている。

　また、ショルダ部材１２は、回転駆動器５７により、ピン部材１１と同一の軸線Ｘｒ周りに回転し、ショルダ駆動器５３２により、矢印Ｐ２方向、すなわち軸線Ｘｒ方向に沿って進退移動可能に構成されている。ショルダ駆動器５３２は、ショルダ部材１２に加圧力を与え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を好適に用いることができる。

　さらに、ショルダ部材１２の先端部（下端部）の外周面には、先端面１２ａ（ショルダ部材１２の先端）から延びるように第１溝２１が形成されている（図１及び図２参照）。第１溝２１は、ここでは、軸線Ｘｒ方向に延びるように形成されているが、これに限定されず、軸線Ｘｒに対して、斜め方向に延びるように形成されていてもよい。また、第１溝２１は、ここでは、４か所に設けられているが、これに限定されず、１箇所に設けられていてもよく、複数箇所（例えば、２ヶ所、６か所、８か所等）に設けられていてもよい。

　なお、第１溝２１の先端は、ここでは、ショルダ部材１２の先端と一致しているが、これに限定されない。第１溝２１の先端は、ショルダ部材１２の先端よりも基端（上方）側に位置していてもよい。

　第１溝２１の幅方向（ショルダ部材１２の周方向）の長さ寸法は、被接合物６０の接合部の接合強度を向上させる観点から、０．３ｍｍ以上であってもよく、０．５ｍｍ以上であってもよい。また、第１溝２１の幅方向（ショルダ部材１２の周方向）の長さ寸法は、被接合物６０の接合部の接合時間を短縮させる観点から、１．５ｍｍ以下であってもよく、１．３ｍｍ以下であってもよい。

　また、第１溝２１の深さ寸法（ショルダ部材１２の径方向の長さ寸法）は、被接合物６０の接合部の接合強度を向上させる観点から、０．１ｍｍ以上であってもよく、０．２ｍｍ以上であってもよい。また、第１溝２１の深さ寸法は、被接合物６０の接合部の接合時間を短縮させる観点から、０．３ｍｍ以下であってもよく、０．５ｍｍ以下であってもよい。

　さらに、第１溝２１の軸線Ｘｒ方向の長さ寸法は、被接合物６０の接合部の接合強度を向上させる観点から、２．０ｍｍ以下であってもよく、１．８ｍｍ以下であってもよい。また、第１溝２１の軸線Ｘｒ方向の長さ寸法は、被接合物６０の接合部の接合時間を短縮させる観点から、０．７ｍｍ以上であってもよく、１．２ｍｍ以上であってもよい。

　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１３は、ショルダ部材１２と同様に、中空を有する円筒状に形成されていて、その軸心が軸線Ｘｒと一致するように設けられている。クランプ部材１３の中空内には、ショルダ部材１２が内挿されている。

　すなわち、ピン部材１１の外周面を囲むように、円筒状のショルダ部材１２が配置されていて、ショルダ部材１２の外周面を囲むように円筒状のクランプ部材１３が配置されている。換言すれば、クランプ部材１３、ショルダ部材１２及びピン部材１１が、それぞれ同軸心状の入れ子構造となっている。

　また、クランプ部材１３は、被接合物６０を一方の面（表面）から押圧するように構成されている。クランプ部材１３は、上述したように、本実施の形態１においては、クランプ駆動器４１を介してクランプ固定器５２２に支持されている。クランプ駆動器４１は、クランプ部材１３を裏当て部材５６側に付勢するように構成されている。そして、クランプ部材１３（クランプ駆動器４１及びクランプ固定器５２２を含む）は、ショルダ駆動器５３２によって、矢印Ｐ３方向（矢印Ｐ１及び矢印Ｐ２と同方向）に進退可能に構成されている。

　なお、クランプ駆動器４１は、本実施の形態１においては、スプリングで構成したが、これに限定されるものではない。クランプ駆動器４１は、クランプ部材１３に付勢を与えたり加圧力を与えたりする構成であればよく、例えば、ガス圧、油圧、サーボモータ等を用いた機構も好適に用いることができる。

　ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、それぞれ先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面１３ａを備えている。また、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３は、進退駆動器５３により進退移動することで、先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面１３ａは、それぞれ、被接合物６０の表面（被接合物６０の被接合部）に当接し、被接合物６０を押圧する。

　裏当て部材５６は、本実施の形態１においては、平板状の被接合物６０の裏面を当接するように平坦な面（支持面５６ａ）により、支持するように構成されている。裏当て部材５６は、摩擦攪拌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、進退駆動器５３、クランプ部材１３、裏当て支持部５５、及び回転駆動器５７の具体的な構成は、前述した構成に限定されず、広く摩擦攪拌接合の分野で公知の構成を好適に用いることができる。例えば、工具固定器５２は、直動軸受（図示せず）を介して裏当て支持部５５に支持されてもよい。また、ピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２は、摩擦攪拌接合の分野で公知のモータ及びギア機構等で構成されていてもよい。

　また、裏当て支持部５５は、本実施の形態１においては、Ｃ型ガンで構成されているが、これに限定されない。裏当て支持部５５は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を進退移動可能に支持するとともに、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３に対向する位置に裏当て部材５６を支持することができれば、どのように構成されていてもよい。

　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３を参照して具体的に説明する。

　図３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３に示すように、摩擦攪拌点接合装置５０は、制御器５１、記憶器３１、入力器３２、及び位置検出器３３を備えている。

　制御器５１は、摩擦攪拌点接合装置５０を構成する各部材（各機器）を制御するように構成されている。具体的には、制御器５１は、記憶器に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、進退駆動器５３を構成するピン駆動器５３１及びショルダ駆動器５３２と、回転駆動器５７と、を制御する。

　これにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２の進出移動又は後退移動の切り替え、進退移動時のピン部材１１及びショルダ部材１２における、先端位置の制御、移動速度、及び移動方向等を制御することができる。また、ピン部材１１、ショルダ部材１２及びクランプ部材１３の被接合物６０を押圧する押圧力を制御することができる。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５１は、集中制御する単独の制御器５１によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器５１によって構成されていてもよい。また、制御器５１は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。

　記憶器３１は、基本プログラム、各種データを読み出し可能に記憶するものであり、記憶器３１としては、公知のメモリ、ハードディスク等の記憶装置等で構成される。記憶器３１は、単一である必要はなく、複数の記憶装置（例えば、ランダムアクセスメモリ及びハードディスクドライブ）として構成されてもよい。制御器５１等がマイクロコンピュータで構成されている場合には、記憶器３１の少なくとも一部がマイクロコンピュータの内部メモリとして構成されてもよいし、独立したメモリとして構成されてもよい。

　なお、記憶器３１には、データが記憶され、制御器５１以外からデータの読み出しが可能となっていてもよいし、制御器５１等からデータの書き込みが可能になっていてもよいことはいうまでもない。

　入力器３２は、制御器５１に対して、摩擦攪拌点接合の制御に関する各種パラメータ、あるいはその他のデータ等を入力可能とするものであり、キーボード、タッチパネル、ボタンスイッチ群等の公知の入力装置で構成されている。本実施の形態１では、少なくとも、被接合物６０の接合条件、例えば、被接合物６０の厚み、材質等のデータが入力器３２により入力可能となっている。

　位置検出器３３は、ショルダ部材１２の先端部（先端面１２ａ）の位置情報を検出して、検出した位置情報を制御器５１に出力するように構成されている。位置検出器３３としては、例えば、ＬＶＤＴ、エンコーダー等を用いてもよい。

　［摩擦攪拌点接合装置の動作及び作用効果］
　次に、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、図４、図５Ａ、及び図５Ｂを参照して具体的に説明する。なお、以下の動作については、制御器５１が、記憶器３１に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

　図４は、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の動作の一例を示すフローチャートである。図５Ａ及び図５Ｂ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５Ａ、及び図５Ｂにおいては、被接合物６０として、２枚の板状の第１部材６１及び第２部材６２を用い、これらを重ねて点接合にて連結する場合を例に挙げている。第１部材６１及び第２部材６２としては、金属（例えば、アルミニウム、鋼等）で構成されていてもよい。

　また、本実施の形態１においては、被接合物６０を板状の第１部材６１と板状の第２部材６２で構成されている形態を採用したが、これに限定されず、被接合物６０（第１部材６１及び第２部材６２）の形状は任意であり、例えば、直方体状であってもよく、円弧状に形成されていてもよい。

　また、図５Ａ及び図５Ｂにおいては、複動式摩擦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６１及び第２部材６２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６１及び第２部材６２に対して力が加えられているが、説明の便宜上、図５Ａ及び図５Ｂ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１３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６０を載置する。ついで、作業者が入力器３２を操作して、制御器５１に被接合物６０の接合実行を入力する。なお、ロボットが、裏当て部材５６の支持面５６ａに被接合物６０を載置してもよい。

　すると、図４に示すように、制御器５１は、回転駆動器５７を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を予め設定されている所定の第１回転数（例えば、２００～３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０１；図５Ａの工程（１）参照）。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を回転させた状態で、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０に接近させ、ピン部材１１の先端面１１ａ、ショルダ部材１２の先端面１２ａ、及びクランプ部材１３の先端面１３ａ（図５Ａ及び図５Ｂ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５Ａの工程（２）参照）。

　このとき、制御器５１は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３が、全体として、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、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する。

　これにより、クランプ部材１３と裏当て部材５６とで第１部材６１及び第２部材６２が挟み込まれ、クランプ駆動器４１の収縮により、クランプ部材１３が被接合物６０の表面６０ｃ側に付勢され、クランプ力が発生する。

　また、この状態では、ピン部材１１及びショルダ部材１２共に進退移動しないので、被接合物６０の表面６０ｃを「予備加熱」することになる。これにより、第１部材６１の当接領域における構成材料が摩擦により発熱することで軟化し、被接合物６０の表面６０ｃ近傍に塑性流動部６０ａが生じる。

　次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａがショルダ部材１２の先端面１２ａに対して没入するように、進退駆動器５３を駆動する（ステップＳ１０３）。このとき、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動してもよい。また、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０内に圧入されるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動してもよい。

　次に、制御器５１は、位置検出器３３から、ショルダ部材１２の先端部の位置情報を取得する（ステップＳ１０４）。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、予め設定されている所定の第１位置まで到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

　ここで、第１位置は、予め実験等により設定することができ、第１部材６１の表面（被接合物６０の表面６０ｃ）を０％とし、第２部材６２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６２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、被接合物６０の軟化部位は、上側の第１部材６１から下側の第２部材６２にまで及び、塑性流動部６０ａのボリュームが増加する。さらに、塑性流動部６０ａの軟化した材料はショルダ部材１２により押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動するので、ピン部材１１は後退し、ショルダ部材１２に対して浮き上がる（図５Ａの工程（３）参照）。

　制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、第１位置まで到達していないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）には、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、第１位置まで到達したと判定するまで、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理を繰り返す。

　一方、制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、第１位置まで到達したと判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６の処理を実行する。

　ステップＳ１０６では、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０に向かって進むように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動する、又は、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動する。

　これにより、ピン部材１１が徐々に第１部材６１に向かって進み、ショルダ部材１２が第１部材６１から後退する（図５Ｂの工程（４）参照）。このとき、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動する。

　なお、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａが、第１位置に位置するように、進退駆動器５３を制御してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａが、第２部材６２内に到達するように、進退駆動器５３を制御してもよく、ピン部材１１の先端面１１ａが、第１部材６１内に位置するように、進退駆動器５３を制御してもよい。

　また、制御器５１は、ステップＳ１０３及び／又はステップＳ１０６の処理において、ピン部材１１の先端面の面積をＡｐ、ショルダ部材１２の先端面の面積をＡｓとし、ピン部材１１の圧入深さをＰｐ、ショルダ部材１２の圧入深さをＰｓとしたときに、次の式（Ｉ）
　　Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ　・・・　（Ｉ）
で定義されるツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、進退駆動器５３を制御することが好ましく、ツール平均位置Ｔｘ＝０となるように、進退駆動器５３を制御することがより好ましい。なお、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくする具体的な制御については、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。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３を制御して、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを、互いに段差がほとんど生じない程度に合わせる（面一とする）（ステップＳ１０７；図５Ｂ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、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０から離間するように、進退駆動器５３を駆動させる（ステップＳ１０８）ついで、制御器５１は、回転駆動器５７を制御して、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転を停止させ（ステップＳ１０９；図５Ｂの工程（６）参照）、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。

　これにより、ピン部材１１及びショルダ部材１２の当接による回転（及び押圧）は第１部材６１及び第２部材６２に加えられなくなるので、第１部材６１、第２部材６２の双方に及ぶ塑性流動部６０ａでは、塑性流動が停止し、被接合部６０ｂとなる。

　このように構成された、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、ショルダ部材１２の先端部の外周面には、ショルダ部材１２の先端面１２ａから延びるように第１溝２１が形成されている。これにより、第１部材６１及び／又は第２部材６２の撹拌が促進され、接合時間を短縮することができる。

　また、ショルダ部材１２の先端部の外周面に第１溝２１が形成されていることにより、後述する試験例に示すように、第１溝２１が形成されていない、従来のショルダ部材１２に比して、接合強度を向上させることができる。

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

　本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置において、ショルダ部材の先端面に、径方向に延びるように第２溝が形成されている。

　以下、図６を参照しながら、本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置について、詳細に説明する。

　図６は、本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の要部（ショルダ部材の先端部）を模式的に示す斜視図である。

　図６に示すように、本実施の形態１における変形例１の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、第１溝２１に加えて、ショルダ部材１２の先端面１２ａに第２溝２２が設けられている点が異なる。

　第２溝２２は、ここでは、ショルダ部材１２の中心（軸心）を通る径方向に延びるように形成されているが、これに限定されず、径方向に対して、斜め方向に延びるように形成されていてもよい。また、第２溝２２は、ここでは、４か所に設けられているが、これに限定されず、１箇所に設けられていてもよく、複数箇所（例えば、２ヶ所、６か所、８か所等）に設けられていてもよい。

　また、第２溝２２は、第１溝２１と連通するように設けられているが、これに限定されず、第１溝２１と連通しないように設けられていてもよい。

　（実施の形態２）
　本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、ショルダ部材の先端面には、径方向に延びるように第２溝が形成されている。

　以下、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の一例について、図７及び図８を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の動作は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の動作と基本的には同じであるため、その詳細な説明は省略する。

　［摩擦攪拌点接合装置の構成］
　図７は、本実施の形態２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８は、図７に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。なお、図７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７及び図８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は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、第１溝２１に代えて、ショルダ部材１２の先端面１２ａに第２溝２２が設けられている点が異なる。

　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。

　なお、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０に示す、第２溝２２を実施の形態１に示す摩擦攪拌点接合装置５０のショルダ部材１２に設ける形態を採用してもよい。すなわち、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、第１溝２１が設けられ、ショルダ部材１２の先端面１２ａに、第２溝２２が設けられている形態を採用してもよい。

　［試験例］
　次に、実施の形態１及び２に係る摩擦攪拌点接合装置５０の試験例について説明する。

　（試験例１）
　試験例１の摩擦攪拌点接合装置５０は、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、第１溝２１を設けたものである。具体的には、第１溝２１を、ショルダ部材１２の先端部の外周面に４カ所設け、第１溝２１の幅方向（ショルダ部材１２の周方向）の長さ寸法を１．５ｍｍとし、第１溝２１の深さ寸法（ショルダ部材１２の径方向の長さ寸法）を０．３ｍｍとし、第１溝２１の軸線Ｘｒ方向の長さ寸法を２．０ｍｍとした。
（試験例２）
　試験例２の摩擦攪拌点接合装置５０は、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、第１溝２１を設けたものである。具体的には、第１溝２１を、ショルダ部材１２の先端部の外周面に４カ所設け、第１溝２１の幅方向の長さ寸法を０．５ｍｍとし、第１溝２１の深さ寸法を０．２ｍｍとし、第１溝２１の軸線Ｘｒ方向の長さ寸法を１．８ｍｍとした。
（試験例３）
　試験例３の摩擦攪拌点接合装置５０は、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、第１溝２１を設けたものである。具体的には、第１溝２１を、ショルダ部材１２の先端部の外周面に８カ所設け、第１溝２１の幅方向の長さ寸法を０．５ｍｍとし、第１溝２１の深さ寸法を０．２ｍｍとし、第１溝２１の軸線Ｘｒ方向の長さ寸法を１．８ｍｍとした。
（試験例４）
　試験例４の摩擦攪拌点接合装置５０は、ショルダ部材１２の先端面１２ａに、第２溝２２１を設けたものである。具体的には、第２溝２２を、ショルダ部材１２の先端面１２ａに４カ所設け、第２溝２２の幅方向（ショルダ部材１２の周方向）の長さ寸法を１．７３ｍｍとし、第２溝２２の深さ（軸線Ｘｒ方向の長さ）寸法を０．５ｍｍとした。
（比較例）
　比較例の摩擦攪拌点接合装置５０は、従来のショルダ部材１２と同様の構成であり、第１溝２１又は第２溝２２が設けられていないショルダ部材１２を用いた。
（試験結果）
　そして、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、第１部材６１、第２部材６２として、厚み寸法が２．０ｍｍのアルミニウム板を用いて、摩擦攪拌点接合を実行し、接合時間を測定した。

　なお、接合時間は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面６０ｃに当接させてから、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面６０ｃから離間するまでの時間を計測した。

　また、摩擦攪拌点接合した被接合物６０を用いて、十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１３７）を行った。

　図９は、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した結果の接合時間と、十字引張試験の結果を示すグラフである。図９においては、比較例の摩擦攪拌点接合装置５０を用いたときの接合時間及び十字引張試験の結果を１００％とし、試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、摩擦攪拌点接合したときの接合時間及び十字引張試験の結果を示している。

　図１０Ａ及び図１０Ｂは、比較例及び試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。

　図９に示すように、試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した結果の方が、比較例の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した結果に比して、接合時間が短くなり、接合強度が向上することが示された。

　また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、比較例の摩擦攪拌点接合装置５０では、被接合物６０（第１部材６１）におけるショルダ部材１２が圧入により生じた凹部を形成する内壁面６５（図５Ｂの工程（６）参照）と、軟化した材料により埋め戻された部分（被接合部６０ｂ）と、の間で、界面が形成されている。一方、試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置５０では、比較例の摩擦攪拌点接合装置５０に比して、内壁面６５と被接合部６０ｂの間の界面の形成が抑制されることが示された。

　これらの結果から、試験例１～４の摩擦攪拌点接合装置５０では、内壁面６５と被接合部６０ｂの間の界面の形成が抑制されることにより、界面近傍の領域での接合が充分に行われるため、接合強度が向上することが示唆された。

　（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、第１部材と第２部材から構成される被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合装置であって、摩擦攪拌点接合装置は、ピン部材と、中空状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれの長手方向に延びる軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、ショルダ部材は、当該ショルダ部材が被接合物内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材の進行方向に流動するように構成されている。

　ここで、ショルダ部材の進行方向とは、ショルダ部材が被接合物に向かって進む方向をいう。なお、ショルダ部材の退行方向は、ショルダ部材が被接合物から離れる方向をいう。

　また、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材が、被接合物のフッキングがショルダ部材の進行方向に向かって形成されるように構成されていてもよい。

　また、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１部材は、第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、ショルダ部材は、被接合物のフッキングが接合前の第１部材側に形成されるように構成されていてもよい。

　ここで、引張強度とは、ＪＩＳ　Ｚ２２４１によって測定された強度をいう。

　また、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材の先端部の外周面には、第１溝が形成されていて、第１溝は、ショルダ部材の回転方向における前端側が、ショルダ部材の回転方向における後端側に比して、ショルダ部材の基端側に位置するように形成されていてもよい。

　さらに、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置では、第１溝は、その先端部がショルダ部材の先端から基端部側に離れた位置に形成されていてもよい。

　本実施の形態３に係る被接合物は、上記本実施の形態３に係る、いずれかの摩擦攪拌点接合装置により、摩擦攪拌点接合されたものであってもよい。

　また、本実施の形態３に係る被接合物では、第１部材は、第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、フッキングは接合前の第１部材側に形成されるように構成されていてもよい。

　さらに、本実施の形態３に係る被接合物は、摩擦攪拌点接合装置により摩擦攪拌点接合された被接合物であって、被接合物は、第１部材と第２部材から構成され、フッキングが、第１部材又は第２部材内に形成されている。

　本実施の形態３に係るショルダ部材は、外周面に、回転方向におけるある部分が、回転方向における他の部分に比して、基端側に位置する、傾斜部を有する凹部及び／又は凸部が形成されている。

　以下、図１１～図１４Ｂを参照しながら、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置及び被接合物について、詳細に説明する。

　［摩擦攪拌点接合装置の構成］
　図１１は、本実施の形態３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１２は、図１１に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。なお、図１１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１１及び図１２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は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、ショルダ部材１２の形状が異なる。なお、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０の制御構成は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

　具体的には、ショルダ部材１２は、当該ショルダ部材１２が被接合物６０内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の進行方向に流動するように構成されている（図１３Ａ及び図１４Ａ参照）。換言すると、ショルダ部材１２が、被接合物６０にフッキング６６がショルダ部材１２の進行方向に向かって形成されるように構成されている。

　より詳細には、ショルダ部材１２の先端部の外周面に形成されている第１溝２１が、ショルダ部材１２の回転方向における前端部２１ａが、ショルダ部材１２の回転方向における後端部２１ｂに比して、ショルダ部材の基端側に位置するように形成されている。すなわち、第１溝２１は、基端側に前端部２１ａが位置し、先端側に後端部２１ｂが位置するように、ショルダ部材１２の先端部の外周面に形成されている。

　なお、本実施の形態３においては、複数の第１溝２１が、ショルダ部材１２の外周面全体を覆うように形成されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、１つの第１溝２１が、ショルダ部材１２の外周面全体を覆うようにらせん状に形成されている形態を採用してもよい。さらに、第１溝２１に代えて、複数の凹部及び／又は凸部を直線上又は曲線上に並ぶように、ショルダ部材１２の先端部の外周面に設けてもよい。

　［摩擦攪拌点接合装置の動作及び作用効果］
　次に、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、図１１～図１４Ｂを参照して具体的に説明する。なお、以下の動作については、制御器５１が、記憶器３１に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

　図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１１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１４Ａ及び図１４Ｂは、図１１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他の例を模式的に示す工程図である。

　なお、図１３Ａ～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６１及び第２部材６２を用い、これらを重ねて点接合にて連結する場合を例に挙げている。図１３Ａ及び図１３Ｂにおいては、第１部材６１及び第２部材６２は、同じ厚みの部材を用いていて、第１部材６１が、裏当て部材５６に載置されている。また、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、第１部材６１は、第２部材６２よりも引張強度が高い部材を用い、裏当て部材５６に載置されている。

　また、図１３Ａ～図１４Ｂにおいては、摩擦攪拌点接合装置５０の一部を省略し、矢印ｒは、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転方向を示し、ブロック矢印Ｆは、第１部材６１及び第２部材６２に加えられる力の方向を示す。

　さらに、裏当て部材５６からも第１部材６１及び第２部材６２に対して力が加えられているが、説明の便宜上、図１３Ａ～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１３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。

　すると、制御器５１は、回転駆動器５７を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を予め設定されている所定の第１回転数（例えば、２００～３０００ｒｐｍ）で回転させる（図１３Ａ及び図１４Ａの工程（１）参照）。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を回転させた状態で、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０に接近させ、ピン部材１１の先端面１１ａ、ショルダ部材１２の先端面１２ａ、及びクランプ部材１３の先端面１３ａ（図１３Ａ～図１４Ｂには図示せず）を被接合物６０の表面６０ｃに当接させる（図１３Ａ及び図１４Ａの工程（２）参照）。

　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、被接合物６０の当接領域における構成材料が摩擦により発熱することで軟化し、被接合物６０の表面６０ｃ近傍に塑性流動部６０ａが生じる。

　次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａがショルダ部材１２の先端面１２ａに対して没入するように、進退駆動器５３を駆動する。なお、制御器５１は、ピン部材１１が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動してもよい。また、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０内に圧入されるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動してもよい。

　このとき、図１３Ａの工程（３）に示すように、被接合物６０の軟化部位は、第１部材６１から第２部材６２にまで及び、塑性流動部６０ａのボリュームが増加する。また、塑性流動部６０ａの軟化した材料はショルダ部材１２により押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動し、その分、ピン部材１１が後退して、ショルダ部材１２に対して浮き上がる。このため、ピン部材１１には、上向きの力Ｆがかかる場合がある。

　さらに、本実施の形態３においては、ショルダ部材１２が、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動するように構成されている。これにより、図１３Ａ及び図１４Ａの工程（３）に示すように、フッキング６６がショルダ部材１２の進行方向に向かって形成される。なお、図１４Ａの工程（３）に示すように、第１部材６１が第２部材６２よりも引張強度が高い部材である場合には、フッキング６６が、接合前の第１部材６１側に形成される。

　次に、制御器５１は、位置検出器３３から、ショルダ部材１２の先端部の位置情報を取得する。ついで、制御器５１は、ステップＳ１０４で取得したショルダ部材１２の先端部の位置情報が、予め設定されている所定の第１位置まで到達したか否かを判定する。

　制御器５１は、ショルダ部材１２の先端部の位置情報が、第１位置まで到達したと判定した場合には、ピン部材１１が被接合物６０に向かって進むように、進退駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動する、又は、制御器５１は、ショルダ部材１２が被接合物６０から離れるように、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動する。

　これにより、ピン部材１１が徐々に被接合物６０に向かって進み、ショルダ部材１２が被接合物６０から後退する（図１３Ｂ及び図１４Ｂの工程（４）参照）。このとき、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動する。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３を制御して、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを、互いに段差がほとんど生じない程度に合わせる（面一とする）（図１３Ｂ及び図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５１は、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０から離間するように、進退駆動器５３を駆動させる（ステップＳ１０８）ついで、制御器５１は、回転駆動器５７を制御して、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転を停止させ（図１３Ｂ及び図１４Ｂの工程（６）参照）、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。

　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では、ショルダ部材１２が、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動するように構成されている。

　これにより、フッキング６６がショルダ部材１２の進行方向に向かって形成される。より詳細には、ピン部材１１が退行方向に移動する際に、フッキング６６は、若干、退行方向に引っ張られるが、大きく進行方向に押し込まれているため、全体として、フッキング６６は、ショルダ部材１２の進行方向に向かって形成される。

　なお、フッキング６６の向きは、その先端部分の向きで判断し、その一部が上方向に向いていても、先端部分が下向きに形成されている場合には、フッキング６６は下向きに形成されていると判断する。

　このため、後述する試験例に示すように、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、被接合物６０の接合強度を大きくすることができる。

　また、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、第１溝２１の先端部が、ショルダ部材１２の先端面から基端部側に離れた位置に形成されている。これにより、ショルダ部材１２の先端面に角部が形成されないため、先端部分が欠けにくくなり、ショルダ部材１２の寿命を向上させることができる。

　なお、ショルダ部材１２は、当該ショルダ部材１２が被接合物６０内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の進行方向に流動するように構成されていればよく、上述した形状に限定されない。例えば、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、適宜な凹部及び／又は凸部を設けてもよい。

　この場合、凹部及び／又は凸部は、ショルダ部材１２の回転方向におけるある部分（例えば、前端部２１ａ）が、ショルダ部材１２の回転方向における他の部分（例えば、後端部２１ｂ）に比して、ショルダ部材１２の基端側に位置する、傾斜部を有するように形成されていてもよい。また、傾斜部は、直線状に形成されていてもよく、曲線状に形成されていてもよく、階段状に形成されていてもよい。

　［変形例１］
　次に、本実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０の変形例について、説明する。

　本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置は、ショルダ部材の先端面には、第２溝が形成されている。

　また、本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置では、第２溝は、その底面が傾斜するように形成されていてもよい。

　以下、本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置及び被接合物の一例について、図１５及び図１６を参照しながら説明する。

　図１５は、本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。図１６は、図１５に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。なお、図１５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１５及び図１６に示すように、本実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０は、実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、ショルダ部材１２の先端面１２ａに、径方向に延びるように第２溝２２が形成されている点が異なる。第２溝２２は、ここでは、その底面２２ａが傾斜するように形成されている。

　具体的には、底面２２ａは、ショルダ部材１２の回転方向における前端部２２１が、ショルダ部材１２の回転方向における後端部２２２に比して、ショルダ部材１２の基端側に位置するように、傾斜している。

　これにより、塑性流動により軟化した材料を、ショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動させることができる。このため、実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０よりも、軟化した材料を、よりショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動させることができ、後述する試験例に示すように、実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０に比して、被接合物６０の接合強度をより大きくすることができる。

　（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、第１部材と第２部材から構成される被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合装置であって、摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、ショルダ部材は、当該ショルダ部材が被接合物内を進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材の進行方向に流動するように構成されている。

　また、本実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材は、被接合物のフッキングがショルダ部材の進行方向に向かって形成されるように構成されていてもよい。

　また、本実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材の先端面には、径方向又は弦方向に延びるように第２溝が形成されていてもよい。

　さらに、本実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置では、第２溝は、その底面が傾斜するように形成されていてもよい。

　本実施の形態４に係る被接合物は、上記本実施の形態４に係る、いずれかの摩擦攪拌点接合装置により、摩擦攪拌点接合されたものであってもよい。

　また、本実施の形態４に係る被接合物では、第１部材は、第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、フッキングは接合前の第１部材側に形成されるように構成されていてもよい。

　以下、本実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置及び被接合物の一例について、図１７及び図１８を参照しながら説明する。

　図１７は、本実施の形態４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１８は、図１７に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。なお、図１７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１７及び図１８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は、実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、第１溝２１に代えて、ショルダ部材１２の先端面１２ａに、径方向に延びるように第２溝２２が形成されている点が異なる。第２溝２２は、ここでは、その底面２２ａが傾斜するように形成されている。

　これにより、塑性流動により軟化した材料を、ショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動させることができる。このため、軟化した材料をショルダ部材１２の進行方向（下方向）に流動させることができ、後述する試験例に示すように、被接合物６０の接合強度をより大きくすることができる。

　なお、本実施の形態においては、第２溝２２は、径方向に、直線状に延びるように形成したが、これに限定されず、径方向に、局線状に延びるように形成してもよく、弦方向に、直線状又は曲線状に延びるように形成してもよい。

　（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、第１部材と第２部材から構成される被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合装置であって、摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、ショルダ部材は、当該ショルダ部材が被接合物内を進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材の退行方向に流動するように構成されている。

　また、本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材は、被接合物のフッキングがショルダ部材の退行方向に向かって形成されるように構成されていてもよい。

　さらに、本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置では、ショルダ部材の先端部の外周面には、第１溝が形成されていて、第１溝は、ショルダ部材の回転方向における後端側が、ショルダ部材の回転方向における前端側に比して、ショルダ部材の基端側に位置するように形成されていてもよい。

　本実施の形態５に係る被接合物は、上記本実施の形態５に係る、いずれかの摩擦攪拌点接合装置により、摩擦攪拌点接合されたものであってもよい。

　また、本実施の形態５に係る被接合物では、第１部材は、第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、フッキングは接合前の第１部材側に形成されるように構成されていてもよい。

　さらに、本実施の形態５に係る被接合物は、摩擦攪拌点接合装置により摩擦攪拌点接合された被接合物であって、被接合物は、第１部材と第２部材から構成され、フッキングが、接合前の第１部材内に形成されている。

　以下、本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置及び被接合物の一例について、図１９～図２１Ｂを参照しながら説明する。

　［摩擦攪拌点接合装置の構成］
　図１９は、本実施の形態５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２０は、図１９に示す摩擦攪拌点接合装置におけるショルダ部材の先端部を模式的に示す斜視図である。なお、図１９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１９及び図２０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は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と基本的構成は同じであるが、ショルダ部材１２の形状が異なる。なお、本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置５０の制御構成は、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同じであるため、その詳細な説明は省略する。

　具体的には、ショルダ部材１２は、当該ショルダ部材１２が被接合物６０内を進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の退行方向に流動するように構成されている（図２１Ａ参照）。換言すると、ショルダ部材１２が、被接合物６０にフッキング６６がショルダ部材１２の退行方向に向かって形成されるように構成されている。

　より詳細には、ショルダ部材１２の先端部の外周面に形成されている第１溝２１が、ショルダ部材１２の回転方向における前端部２１ａが、ショルダ部材１２の回転方向における後端部２１ｂに比して、ショルダ部材の先端側に位置するように形成されている。すなわち、第１溝２１は、前端部２１ａが先端側に位置し、後端部２１ｂが基端側に位置するように、ショルダ部材１２の先端部の外周面に形成されている。

　なお、本実施の形態５においては、複数の第１溝２１が、ショルダ部材１２の外周面全体覆うように形成されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、１つの第１溝２１が、ショルダ部材１２の外周面全体を覆うようにらせん状に形成されている形態を採用してもよい。さらに、第１溝２１に代えて、複数の凹部及び／又は凸部を直線上に並ぶように、ショルダ部材１２の先端部の外周面に設けてもよい。

　なお、ショルダ部材１２は、当該ショルダ部材１２が被接合物６０内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の退行方向に流動するように構成されていればよく、上述した形状に限定されない。例えば、ショルダ部材１２の先端部の外周面に、適宜な凹部及び／又は凸部を設けてもよい。

　この場合、凹部及び／又は凸部は、ショルダ部材１２の回転方向におけるある部分（例えば、後端部）が、ショルダ部材１２の回転方向における他の部分（例えば、前端部）に比して、ショルダ部材１２の基端側に位置する、傾斜部を有するように形成されていてもよい。また、傾斜部は、直線状に形成されていてもよく、曲線状に形成されていてもよく、階段状に形成されていてもよい。

　［摩擦攪拌点接合装置の動作及び作用効果］
　次に、本実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置５０の動作について、図１９～図２１Ｂを参照して具体的に説明する。なお、以下の動作については、制御器５１が、記憶器３１に格納されているプログラムを読み出すことにより実行される。

　図２１Ａ及び図２１Ｂは、図１９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２１Ａ及び図２１Ｂにおいては、被接合物６０として、２枚の板状の第１部材６１及び第２部材６２を用い、これらを重ねて点接合にて連結する場合を例に挙げている。また、図２１Ａ及び図２１Ｂにおいては、第１部材６１は、第２部材６２よりも引張強度が高い部材を用い、裏当て部材５６に載置されている。

　また、図２１Ａ及び図２１Ｂにおいては、摩擦攪拌点接合装置５０の一部を省略し、矢印ｒは、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転方向を示し、ブロック矢印Ｆは、第１部材６１及び第２部材６２に加えられる力の方向を示す。

　さらに、裏当て部材５６からも第１部材６１及び第２部材６２に対して力が加えられているが、説明の便宜上、図２１Ａ及び図２１Ｂ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１３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。

　すると、制御器５１は、回転駆動器５７を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を予め設定されている所定の第１回転数（例えば、２００～３０００ｒｐｍ）で回転させる（図２１Ａの工程（１）参照）。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動させて、ピン部材１１及びショルダ部材１２を回転させた状態で、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０に接近させ、ピン部材１１の先端面１１ａ、ショルダ部材１２の先端面１２ａ、及びクランプ部材１３の先端面１３ａ（図２１Ａ及び図２１Ｂには図示せず）を被接合物６０の表面６０ｃに当接させる（図２１Ａの工程（２）参照）。

　このとき、図２１Ａの工程（３）に示すように、被接合物６０の軟化部位は、上側の第１部材６１から下側の第２部材６２にまで及び、塑性流動部６０ａのボリュームが増加する。また、塑性流動部６０ａの軟化した材料はショルダ部材１２により押し退けられ、ショルダ部材１２の直下からピン部材１１の直下に流動するので、ピン部材１１は後退し、ショルダ部材１２に対して浮き上がる。

　さらに、本実施の形態５においては、ショルダ部材１２が、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の退行方向（上方向）に流動するように構成されている。これにより、フッキング６６がショルダ部材１２の退行方向に向かって形成される。

　これにより、ピン部材１１が徐々に第１部材６１に向かって進み、ショルダ部材１２が第１部材６１から後退する（図２１Ｂの工程（４）参照）。このとき、塑性流動部６０ａの軟化した部分は、ピン部材１１の直下からショルダ部材１２の直下（ショルダ部材１２の圧入により生じた凹部）に流動する。

　次に、制御器５１は、進退駆動器５３を制御して、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａを、互いに段差がほとんど生じない程度に合わせる（面一とする）（図２１Ｂ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、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材１３を被接合物６０から離間するように、進退駆動器５３を駆動させる（ステップＳ１０８）ついで、制御器５１は、回転駆動器５７を制御して、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転を停止させ（図２１Ｂの工程（６）参照）、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。

　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では、ショルダ部材１２が、塑性流動により軟化した材料が、ショルダ部材１２の退行方向（上方向）に流動するように構成されている。

　これにより、フッキング６６がショルダ部材１２の退行方向に向かって形成され、後述する試験例に示すように、第１溝２１が形成されていない、従来のショルダ部材１２に比して、引張強度の大きい第１部材６１側にフッキングを高く形成させることができる。このため、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、被接合物６０の接合強度を大きくすることができる。

　［実施例］
　次に、実施の形態３（変形例１を含む）～５に係る摩擦攪拌点接合装置５０の実施例について説明する。

　（実施例１）
　実施例１の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、摩擦攪拌点接合を実行した。

　（実施例２）
　実施例２の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態３における変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、摩擦攪拌点接合を実行した。

　（実施例３）
　実施例３の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、摩擦攪拌点接合を実行した。

　（実施例４）の摩擦攪拌点接合装置は、実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合装置５０を用いて、摩擦攪拌点接合を実行した。

　（比較例１）
　比較例１の摩擦攪拌点接合装置は、従来のショルダ部材１２と同様の構成であり、第１溝２１又は第２溝２２が設けられていないショルダ部材１２を用いて、摩擦攪拌点接合を実行した。

　（試験結果１）
　第２部材６２として、１．６ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ８）を用い、第１部材６１として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用いて、第１部材６１を裏当て部材５６に載置させ、比較例１及び実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０に対して、それぞれ、十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１３７）を実行した。

　図２２は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験をする前の断面写真であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域（Ｂ）を拡大した断面写真である。図２３は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験した後の断面写真であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域（Ｂ）を拡大した断面写真である。

　図２４は、比較例１及び実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。

　なお、図２４においては、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いたときの十字引張試験の結果を１００％とし、実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合したときの十字引張試験の結果を示している。また、図２４においては、第１部材６１と第２部材６２の当接面より上方の部分をプラス側とし、第１部材６１と第２部材６２の当接面より下方の部分をマイナス側として、表している。

　図２２～図２４に示すように、実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合すると、フッキングが、第１部材６１側（マイナス側）に形成されることが示された。

　具体的には、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合すると、フッキングの高さが、－１２１μｍとなり、実施例２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合すると、フッキングの高さが、－２９μｍとなった。また、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合すると、フッキングの高さが、１１７μｍとなった。

　また、図２３に示すように、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０に対して、十字引張試験を実行すると、亀裂が下向きにも進展しているとともに、引張強度の小さい部材（第２部材６２）側が破断することが示された。

　さらに、図２４に示すように、実施例１、２の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した結果の方が、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、被接合物６０を摩擦攪拌点接合した結果に比して、接合強度が向上することが示された。

　これらの結果から、引張強度の大きな部材側（試験結果１では、第１部材６１側）にフッキングを形成させるようにショルダ部材１２を構成することで、接合強度を大きくすることができることが示唆された。

　（試験結果２）
　第２部材６２として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用い、第１部材６１として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用いて、第１部材６１を裏当て部材５６に載置させ、比較例１及び実施例１の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０に対して、それぞれ、十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１３７）を実行した。

　図２５は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真であり、（Ａ）は、十字引張試験前の断面写真であり、（Ｂ）は、十字引張試験後の断面写真である。なお、図２５（Ａ）では、フッキング部分近傍を拡大している。

　図２６は、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真であり、（Ａ）は、十字引張試験前の断面写真であり、（Ｂ）は、十字引張試験後の断面写真である。なお、（Ａ）では、フッキング部分近傍を拡大している。

　図２５（Ａ）に示すように、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した場合には、フッキングは、ショルダ部材１２の退行方向（第２部材６２側）に形成されている。また、図２６（Ａ）に示すように、実施例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した場合には、フッキングは、ショルダ部材１２の進行方向（第１部材６１側）に形成されている。そして、図２５（Ｂ）及び図２６（Ｂ）に示すように、フッキングが形成されている部材側が破断することが示された。

　これらの結果から、第１溝２１を、ショルダ部材１２の回転方向における前端部２１ａが、ショルダ部材１２の回転方向における後端部２１ｂに比して、ショルダ部材の基端側に位置するように形成することで、フッキングを、ショルダ部材１２の進行方向に形成させることができることが示唆された。また、ショルダ部材１２の形状を選択することにより、被接合物６０の破断させる部材を選択することができることが示唆された。

　（試験結果３）
　第２部材６２として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用い、第１部材６１として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用いて、第１部材６１を裏当て部材５６に載置させ、実施例３及び比較例１の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０に対して、それぞれ、十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１３７）を実行した。

　図２７は、実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域（Ｂ）を拡大した断面写真である。図２８は、比較例１及び実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。

　なお、図２８においては、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いたときの十字引張試験の結果を１００％とし、実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合したときの十字引張試験の結果を示している。

　図２７及び図２８に示すように、実施例３の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０では、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０に比して、フッキングの高さを小さくすることができ、接合強度が向上することが示された。

　これにより、第１部材６１と第２部材６２の引張強度が同じである場合には、フッキングの高さを小さくすることで、接合強度が向上することが示唆された。

　（試験結果４）
　第２部材６２として、３．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用い、第１部材６１として、５．０ｍｍのアルミニウム板（２０２４－Ｔ３）を用いて、第２部材６２を裏当て部材５６に載置させ、比較例１及び実施例４の摩擦攪拌点接合装置により、接合した被接合物６０に対して、それぞれ、十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１３７）を実行した。

　図２９は、比較例１及び実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真であり、（Ａ）は、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真であり、（Ｂ）は、実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物の断面写真である。

　図３０は、比較例１及び実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物に対して、十字引張試験を行った結果と、フッキングの高さを示すグラフである。なお、図３０においては、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いたときの十字引張試験の結果を１００％とし、実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合したときの十字引張試験の結果を示している。

　図２９及び図３０に示すように、実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０の方が、比較例１の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０に比して、フッキング６６の高さが大きくなり、接合強度が向上することが示された。

　なお、図には示さないが、実施例４の摩擦攪拌点接合装置を用いて、摩擦攪拌点接合した被接合物６０では、十字引張試験を実行した後、引張強度の小さい部材（第２部材６２）側が破断した。

　当該結果から、引張強度の大きい部材側（試験結果４では、第１部材６１側）にフッキングを高く形成させるようにショルダ部材１２を構成することで、接合強度を大きくすることができることが示唆された。

　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は、従来の摩擦攪拌点接合装置に比して、接合時間を短縮することができるため、有用である。

　１１　ピン部材
　１１ａ　先端面
　１２　ショルダ部材
　１２ａ　先端面
　１３　クランプ部材
　１３ａ　先端面
　２１　第１溝
　２１ａ　前端部
　２１ｂ　後端部
　２２　第２溝
　３１　記憶器
　３２　入力器
　３３　位置検出器
　４１　クランプ駆動器
　５０　摩擦攪拌点接合装置
　５１　制御器
　５２　工具固定器
　５３　進退駆動器
　５５　裏当て支持部
　５６　裏当て部材
　５６ａ　支持面
　５７　回転駆動器
　６０　被接合物
　６０ａ　塑性流動部
　６０ｂ　被接合部
　６０ｃ　表面
　６１　第１部材
　６２　第２部材
　６５　内壁面
　６６　フッキング
　２２１　前端部
　２２２　後端部
　５２１　回転工具固定器
　５２２　クランプ固定器
　５３１　ピン駆動器
　５３２　ショルダ駆動器
　Ｘｒ　軸線

Claims

　円柱状に形成されているピン部材と、
　円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、
　前記ショルダ部材の外周面の先端部には、前記ピン部材の軸心方向に沿って延びるように第１溝が形成されている、摩擦攪拌点接合装置。
　前記ショルダ部材の先端面には、径方向に延びるように第２溝が形成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　円柱状に形成されているピン部材と、
　円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記ピン部材の軸心に一致する軸線周りに回転させる回転駆動器と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、
　前記ショルダ部材の先端面には、径方向に延びるように第２溝が形成されている、摩擦攪拌点接合装置。
　第１部材と第２部材から構成される被接合物を摩擦攪拌点接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
　前記摩擦攪拌点接合装置は、
　ピン部材と、
　中空状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されているショルダ部材と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれの長手方向に延びる軸線周りに回転させる回転駆動器と、
　前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる進退駆動器と、を備え、
　前記ショルダ部材は、当該ショルダ部材が前記被接合物内を回転しながら進行するときに、塑性流動により軟化した材料が、前記ショルダ部材の進行方向又は前記ショルダ部材の退行方向に流動するように構成されている、摩擦攪拌点接合装置。
　前記ショルダ部材は、前記被接合物のフッキングが前記ショルダ部材の進行方向又は前記ショルダ部材の退行方向に向かって形成されるように構成されている、請求項４に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記第１部材は、前記第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、
　前記ショルダ部材は、前記被接合物のフッキングが接合前の前記第１部材側に形成されるように構成されている、請求項４又は５に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記ショルダ部材の外周面には、当該ショルダ部材の回転方向におけるある部分が、前記ショルダ部材の回転方向における他の部分に比して、前記ショルダ部材の基端側に位置する、傾斜部を有する凹部及び／又は凸部が形成されている、請求項４～６のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合装置。
　前記ショルダ部材の先端部の外周面には、第１溝が形成されていて、
　前記第１溝は、前記ショルダ部材の回転方向における前端側が、前記ショルダ部材の回転方向における後端側に比して、前記ショルダ部材の基端側に位置するように形成されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記ショルダ部材の先端部の外周面には、第１溝が形成されていて、
　前記第１溝は、前記ショルダ部材の回転方向における後端側が、前記ショルダ部材の回転方向における前端側に比して、前記ショルダ部材の基端側に位置するように形成されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記第１溝は、その先端部が前記ショルダ部材の外周面の先端から基端部側に離れた位置に形成されている、請求項７～９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記ショルダ部材の先端面には、径方向又は弦方向に延びるように、第２溝が形成されている、請求項４～１０のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　前記第２溝は、その底面が傾斜するように形成されている、請求項１１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
　請求項４～１２のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置により、摩擦攪拌点接合された、被接合物。
　摩擦攪拌点接合装置により摩擦攪拌点接合された被接合物であって、
　前記被接合物は、第１部材と第２部材から構成され、
　フッキングが、前記第１部材内に形成されている、又は前記第２部材内に形成されている、被接合物。
　前記第１部材は、前記第２部材よりも引張強度が大きくなるように構成されていて、
　前記フッキングは接合前の前記第１部材側で形成されるように構成されている、請求項１４に記載の被接合物。
　外周面に、回転方向におけるある部分が、前記回転方向における他の部分に比して、基端側に位置するように傾斜部を有する凹部及び／又は凸部が形成されている、ショルダ部材。