(57)【要約】【課題】繊維強化プラスチックを有する被接合物の良好な接合品質を実現し得る、摩擦攪拌点接合装置を提供することを目的とする。【解決手段】ピン部材１１及びショルダ部材１２が、被接合物６０と当接するように、回転駆動器５７及び工具駆動器５３を動作させる（Ａ）と、（Ａ）の後、ピン部材１１が被接合物６０から離れるように、回転駆動器５７及び工具駆動器５３を動作させる（Ｂ）と、（Ｂ）の後、ピン部材１１が被接合物６０に向かって進むように、回転駆動器５７及び工具駆動器５３を動作させる（Ｃ）と、を実行し、  ピン部材１１とショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、（Ｂ）よりも（Ｃ）の方が小さくなるように、工具駆動器５３を制御する、及び／又は、ピン部材１１とショルダ部材１２の回転数が、（Ｂ）よりも（Ｃ）の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御するように構成されている、制御器５１を備える、摩擦攪拌点接合装置。【選択図】図１
2020108902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる工具駆動器と、
制御器と、を備え、
前記第１部材は、繊維強化プラスチックで構成されていて、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置されていて、
前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記被接合物と当接するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ａ）と、前記（Ａ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物からから離れる方向に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物に更に圧入するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｃ）と、前記（Ｃ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が前記被接合物の表面に位置するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｄ）と、を実行し、
前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｂ）よりも前記（Ｃ）の方が小さくなるように、前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも前記（Ｃ）の方が小さくなるように、前記回転駆動器を制御するように構成されている、摩擦攪拌点接合装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも前記（Ｄ）の方が小さくなるように、前記回転駆動器を制御するように構成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｃ）よりも前記（Ｄ）の方が大きくなるように、前記工具駆動器を制御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。
【請求項４】
前記第２部材は、繊維強化プラスチックで構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項５】
前記第２部材は、金属で構成されていて、開口部を有する孔が設けられていて、
前記制御器は、前記（Ｃ）において、前記ピン部材の先端部周辺の前記繊維強化プラスチックの硬度に応じて、前記ピン部材の移動速度を変更するように構成されている、請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項６】
第１部材と第２部材を有する、被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置の運転方法であって、
前記摩擦攪拌点接合装置は、
円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、
円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているショルダ部材と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる工具駆動器と、を備え、
前記第１部材は、繊維強化プラスチックで構成されていて、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置されていて、
前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記被接合物と当接するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器が動作する（Ａ）と、
前記（Ａ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物に更に圧入するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器が動作する（Ｂ）と、
前記（Ｂ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器が動作する（Ｃ）と、
前記（Ｃ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が前記被接合物の表面に位置するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器が動作する（Ｄ）と、を備え、
前記（Ｃ）において、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｂ）よりも小さくなるように、前記工具駆動器が動作する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも小さくなるように、前記回転駆動器が動作する、摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【請求項７】
前記（Ｄ）において、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも小さくなるように、前記回転駆動器が動作する、請求項６に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【請求項８】
前記（Ｄ）において、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｃ）よりも大きくなるように、前記工具駆動器が動作する、請求項６又は７に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【請求項９】
前記第２部材は、繊維強化プラスチックで構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【請求項１０】
前記第２部材は、金属で構成されていて、開口部を有する孔が設けられていて、
前記（Ｃ）において、前記ピン部材の先端部周辺の前記繊維強化プラスチックの硬度に応じて、前記ピン部材の移動速度を変更するように、前記工具駆動器が動作する、請求項６に記載の摩擦攪拌点接合装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
金属部材と繊維強化プラスチック等の複合材料で構成されている樹脂部材、又は樹脂部材同士を接合する接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂部材同士を接合する接合方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されている接合方法では、一方面に開口する孔を有する第１部材の上方に配置されている第２部材の樹脂を軟化もしくは溶融させて、軟化もしくは溶融させた樹脂内に繊維材が混合されてなる繊維強化樹脂部材を孔に押し込んで導入する導入工程と、導入された樹脂を硬化させる硬化工程と、を有している。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている接合方法では、ピン部材およびショルダ部材を回転させながら、ショルダ部材を第１部材と第２部材の当接面に向かう方向へ移動させつつピン部材を当接面から離れる方向へ移動させる押し込み工程と、ピン部材およびショルダ部材の回転を停止し、ショルダ部材を当接面から離れる方向へ移動させつつピン部材を当接面に向かう方向へ移動させて、接合形成部から引き抜く工程と、接合形成部に含まれる樹脂を硬化させる工程と、を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９７１２７３号
【特許文献２】特許第６０２０５０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている接合方法では、接合装置の運転条件、例えば、ピン部材等の回転数及び／又は押圧力等の条件について、充分に検討されておらず、未だ改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、特に、複動式の摩擦攪拌点接合法において、繊維強化プラスチックを有する被接合物の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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、第１部材と第２部材を有する、被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる工具駆動器と、制御器と、を備え、前記第１部材は、繊維強化プラスチックで構成されていて、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置されていて、前記制御器は、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記被接合物と当接するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ａ）と、前記（Ａ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物からから離れる方向に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物に更に圧入するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｃ）と、前記（Ｃ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が前記被接合物の表面に位置するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｄ）と、を実行し、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｂ）よりも前記（Ｃ）の方が小さくなるように、前記工具駆動器を制御する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも前記（Ｃ）の方が小さくなるように、前記回転駆動器を制御するように構成されている。
【０００９】
これにより、被接合物を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材よりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み）の悪化が生じることを抑制することができる。すなわち、被接合物の良好な接合品質を実現し得る。
【００１０】
また、本発明に係る摩擦攪拌点接合方法は、第１部材と第２部材を有する、被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置の運転方法であって、前記摩擦攪拌点接合装置は、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、前記ピン部材が内部に挿通されており、前記軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているショルダ部材と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、前記軸線周りに回転させる回転駆動器と、前記ピン部材及び前記ショルダ部材を、それぞれ前記軸線に沿って進退移動させる工具駆動器と、を備え、前記第１部材は、繊維強化プラスチックで構成されていて、前記ピン部材及び前記ショルダ部材と対向するように配置されていて、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記被接合物と当接するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ａ）と、前記（Ａ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物に更に圧入するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｂ）と、前記（Ｂ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材が前記被接合物に向かって進むように、又は前記ショルダ部材が前記被接合物から離れる方向に向かって進むように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｃ）と、前記（Ｃ）の後、前記ピン部材及び前記ショルダ部材が、前記軸線周りに回転しながら、前記ピン部材及び前記ショルダ部材の先端面が前記被接合物の表面に位置するように、前記回転駆動器及び前記工具駆動器を動作させる（Ｄ）と、を備え、前記（Ｃ）において、前記ピン部材と前記ショルダ部材が前記被接合物を押圧する押圧力が、前記（Ｂ）よりも小さくなるように、前記工具駆動器が制御動作する、及び／又は、前記ピン部材と前記ショルダ部材の回転数が、前記（Ｂ）よりも小さくなるように、前記回転駆動器が動作する。
【００１１】
これにより、被接合物を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材よりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み）の悪化が生じることを抑制することができる。すなわち、被接合物の良好な接合品質を実現し得る。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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、繊維強化プラスチックを有する被接合物の良好な接合品質を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】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３】図３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４Ａ】図４Ａ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４Ｂ】図４Ｂ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５】図５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６】図６は、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７Ａ】図７Ａは、図５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７Ｂ】図７Ｂは、図５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８】図８は、本実施の形態２における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（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、第１部材と第２部材を有する、被接合物を部分的に攪拌することにより接合する摩擦攪拌点接合装置であって、円柱状に形成され、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているピン部材と、円筒状に形成され、ピン部材が内部に挿通されており、軸線周りの回転と該軸線に沿った方向への進退移動とが可能なように構成されているショルダ部材と、ピン部材及びショルダ部材を、軸線周りに回転させる回転駆動器と、ピン部材及びショルダ部材を、それぞれ軸線に沿って進退移動させる工具駆動器と、制御器と、を備え、第１部材は、繊維強化プラスチックで構成されていて、ピン部材及びショルダ部材と対向するように配置されていて、制御器は、ピン部材及びショルダ部材が、軸線周りに回転しながら、被接合物と当接するように、回転駆動器及び工具駆動器を動作させる（Ａ）と、（Ａ）の後、ピン部材及びショルダ部材が軸線周りに回転しながら、ピン部材が被接合物からから離れる方向に向かって進むように、又はショルダ部材が被接合物に更に圧入するように、回転駆動器及び工具駆動器を動作させる（Ｂ）と、（Ｂ）の後、ピン部材及びショルダ部材が軸線周りに回転しながら、ピン部材が被接合物に向かって進むように、又はショルダ部材が被接合物から離れる方向に向かって進むように、回転駆動器及び工具駆動器を動作させる（Ｃ）と、（Ｃ）の後、ピン部材及びショルダ部材が、軸線周りに回転しながら、ピン部材及びショルダ部材の先端面が被接合物の表面に位置するように、回転駆動器及び工具駆動器を動作させる（Ｄ）と、を実行し、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力が、（Ｂ）よりも（Ｃ）の方が小さくなるように、工具駆動器を制御する、及び／又は、ピン部材とショルダ部材の回転数が、（Ｂ）よりも（Ｃ）の方が小さくなるように、回転駆動器を制御するように構成されている。
【００１７】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、制御器は、ピン部材とショルダ部材の回転数が、（Ｂ）よりも（Ｄ）の方が小さくなるように、回転駆動器を制御するように構成されていてもよい。
【００１８】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、制御器は、ピン部材とショルダ部材が被接合物を押圧する押圧力が、（Ｃ）よりも（Ｄ）の方が大きくなるように、工具駆動器を制御するように構成されていてもよい。
【００１９】
さらに、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置では、第２部材は、繊維強化プラスチックで構成されていてもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、ピン駆動器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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、ショルダ駆動器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。
【００３７】
ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４は、それぞれ先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面５４ａを備えている。また、ピン部材１１、ショルダ部材１２、及びクランプ部材５４は、工具駆動器５３により進退移動することで、先端面１１ａ、先端面１２ａ、及び先端面５４ａは、それぞれ、被接合物６０の表面に当接する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
［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。
【００４６】
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。
【００４７】
図２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、及び入力器３２を備えている。
【００４８】
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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照して具体的に説明する。
【００５５】
なお、以下においては、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、制御器５１が、次の式（Ｉ）
Ａｐ・Ｐｐ＋Ａｓ・Ｐｓ＝Ｔｘ  ・・・  （Ｉ）
で定義されるツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、工具駆動器５３を制御する形態の一例について説明する。
【００５６】
図３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４Ａ及び図４Ｂ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。
【００５７】
なお、図４Ａ、及び図４Ｂ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、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）で構成されていてもよい。
【００５８】
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。
【００５９】
また、図４Ａ及び図４Ｂ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。
【００６０】
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４Ａ及び図４Ｂ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。
【００６１】
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、作業者が入力部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。
【００６２】
すると、図３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４Ａの工程（１）参照）。ついで、制御器５１は、工具駆動器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５４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５４の先端面５４ａ（図４Ａ及び図４Ｂ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４Ａの工程（２）参照）。
【００６３】
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第１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、工具駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、工具駆動器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、工具駆動器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、工具駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動してもよい。
【００６７】
また、制御器５１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、ピン駆動器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５１に出力される。位置検出器としては、例えば、ＬＶＤＴ、エンコーダー等を用いてもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
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４Ａの工程（３）参照）。
【００７０】
次に、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、工具駆動器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、工具駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を駆動する（ステップＳ１０４）。
【００７１】
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４Ｂ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。
【００７２】
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、工具駆動器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、工具駆動器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、工具駆動器５３を制御してもよい。
【００７３】
また、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが一致するように、工具駆動器５３を制御してもよい。さらに、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが、被接合物６０の表面６０ｃに到達するように、工具駆動器５３を制御してもよい。
【００７４】
また、上述したように、本実施の形態１においては、制御器５１は、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を実行する場合には、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。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、特開２０１２−１９６６８２号公報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。
【００７５】
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の先端面１１ａの面積Ａｐ、ショルダ部材１２の先端面１２ａの面積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。
【００７６】
さらに、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０４の方が小さくなるように、工具駆動器５３を制御する、及び／又はピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０４の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御するように構成されている。
【００７７】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【００７８】
次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが一致するように、工具駆動器５３を制御する（ステップＳ１０５）。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（図４Ｂの工程（５）参照）。
【００７９】
なお、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０４よりもステップＳ１０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。
【００８０】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【００８１】
また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ１０４よりもステップＳ１０５の方が大きくなるように、工具駆動器５３を制御してもよい。これにより、被接合物６０の塑性流動部６０ａ内に生じたボイド（空洞欠陥）を押しつぶすことができ、被接合物６０内部の空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【００８２】
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を被接合物６０から離間するように、工具駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する（ステップＳ１０６）。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Ｓ１０７）、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４Ｂの工程（６）参照）。
【００８３】
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）が、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及び第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、接合部６０ｂとなる。このようにして、第１部材６１及び第２部材６２は、接合部６０ｂによって連結（接合）される。
【００８４】
このように、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０４の方が小さくなるように、工具駆動器５３を制御する、及び／又はピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０４の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御するように構成されている。
【００８５】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【００８６】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０３よりもステップＳ１０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ１０４よりもステップＳ１０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。
【００８７】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【００８８】
また、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ１０４よりもステップＳ１０５の方が大きくなるように、工具駆動器５３を制御してもよい。
【００８９】
これにより、被接合物６０の塑性流動部６０ａ内に生じたボイド（空洞欠陥）を押しつぶすことができ、被接合物６０内部の空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【００９０】
さらに、本実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、制御器５１が、ツール平均位置Ｔｘの絶対値を小さくするように、工具駆動器５３及び回転駆動器５７を制御するように構成されている。
【００９１】
これにより、好適な精度で良好な接合品質を実現し得るとともに、内部空洞欠陥の発生を防止又は抑制することができる。
【００９２】
（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、実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置において、第２部材は、金属で構成されていて、開口部を有する孔が設けられていて、制御器は、（Ｃ）において、ピン部材の先端部周辺の繊維強化プラスチックの硬度に応じて、ピン部材の移動速度を変更するように構成されている。
【００９３】
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、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００９４】
［摩擦攪拌点接合装置の構成］
図５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。なお、図５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。
【００９５】
図５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、裏当て部材５６の支持面５６ａに凹部５６ｂが設けられている点と、被接合物６０を構成する第２部材６２が金属で構成されていて、開口部を有する孔６２ａが設けられている点と、が異なる。
【００９６】
凹部５６ｂは、その開口部が、第２部材６２の孔６２ａの開口面積よりも大きくなるように形成されていれば、どのような形状であってもよい。本実施の形態２においては、凹部５６ｂは、半球状に形成されているが、これに限定されず、直方体状に形成されていてもよい。
【００９７】
また、孔６２ａの開口部は、円状に形成されていてもよく、多角形状に形成されていてもよい。孔６２ａの開口部の面積は、被接合物６０に求められる接合強度により、適宜設定することができる。
【００９８】
［摩擦攪拌点接合装置の動作及びその作用効果］
次に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の動作及びその作用効果について、図５、図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。
【００９９】
図６は、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７Ａ及び図７Ｂは、図５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。
【０１００】
なお、図７Ａ、及び図７Ｂ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としては、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）で構成されていてもよい。第２部材６２としては、金属（例えば、アルミニウム、鋼、チタン等）で構成されていてもよく、合金（例えば、アルミニウム合金等）で構成されていてもよい。
【０１０１】
また、本実施の形態２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。
【０１０２】
また、図７Ａ及び図７Ｂ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。
【０１０３】
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７Ａ及び図７Ｂ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。
【０１０４】
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、作業者が入力部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。
【０１０５】
すると、図６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２回転数（例えば、２００〜３０００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２０１；図７Ａの工程（１）参照）。ついで、制御器５１は、工具駆動器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５４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５４の先端面５４ａ（図７Ａ及び図７Ｂ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Ｓ２０２；図７Ａの工程（２）参照）。
【０１０６】
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第２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、工具駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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近傍に塑性流動部６０ａが生じる。
【０１０９】
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、工具駆動器５３を駆動する（ステップＳ２０３）。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、工具駆動器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、工具駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動してもよい。
【０１１０】
また、制御器５１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位置まで到達するように、ピン駆動器５３１を制御する。
【０１１１】
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、第１部材６１の表面（被接合物６０の表面６０ｃ）を０％とし、第１部材６１の第２部材６２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２位置は、第１部材６１の第２部材６２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。
【０１１２】
これにより、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７Ａの工程（３）参照）。
【０１１３】
次に、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、工具駆動器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、工具駆動器５３（ピン駆動器５３１）を駆動する（ステップＳ２０４）。
【０１１４】
これにより、ピン部材１１が徐々に第１部材６１内に進入（圧入）し、ショルダ部材１２が第１部材６１から後退する（図７Ｂ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）に流動するとともに、第２部材６２の孔６２ａ内に押し出されて、裏当て部材５６の凹部５６ｂにまで到達する。
【０１１５】
なお、本実施の形態２においては、制御器５１は、ステップＳ２０３及びステップＳ２０４を実行する場合には、ツール平均位置Ｔｘ＝裏当て部材５６の凹部５６ｂの体積／｛ショルダ部材１２の半径×ショルダ部材１２の半径×π｝（式（１））となるように、工具駆動器５３を制御する。また、ツール平均位置Ｔｘが式（１）を満たすように、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数、及び工具駆動器５３の駆動時間を予め実験により求め、得られた押圧力等を記憶器３１に記憶させておく。
【０１１６】
また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ２０３よりもステップＳ２０４の方が小さくなるように、工具駆動器５３を制御する、及び／又はピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ２０３よりもステップＳ２０４の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御するように構成されている。
【０１１７】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【０１１８】
さらに、制御器５１は、ピン部材１１の先端部周辺の繊維強化プラスチックの硬度に応じて、ピン部材１１の移動速度を変更するように構成されていてもよい。なお、ピン部材１１の移動速度は、予め実験等により設定することができる。
【０１１９】
制御器５１は、ピン部材１１の移動速度が、ステップＳ２０３よりもステップＳ２０４の方が大きくなるように、工具駆動器５３を制御してもよい。また、制御器５１は、記憶器３１に予め記憶されている、ピン部材１１の先端部周辺の繊維強化プラスチックの硬度と、ステップＳ２０３におけるピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数及びピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力と、の相関関係を示すテーブル、グラフ等を基にして、ピン部材１１の移動速度を変更するように構成されていてもよい。
【０１２０】
次に、制御器５１は、ピン部材１１の先端面１１ａ及びショルダ部材１２の先端面１２ａが一致するように、工具駆動器５３を制御する（ステップＳ２０５）。これにより、被接合物６０の表面６０ｃが整形される（図７Ｂの工程（５）参照）。
【０１２１】
なお、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ２０３よりもステップＳ２０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２の回転数が、ステップＳ２０４よりもステップＳ２０５の方が小さくなるように、回転駆動器５７を制御してもよい。
【０１２２】
これにより、被接合物６０を構成する繊維強化プラスチックが過剰に加熱されることを抑制することができ、繊維強化プラスチックの樹脂が過剰に流動（軟化）することを抑制することができる。このため、塑性流動した樹脂（軟化した樹脂）が、ショルダ部材１２の先端面１２ａよりも外側に流れて、外観品質（主に接合部の凹み、又はバリの発生）の悪化が生じることを抑制することができる。
【０１２３】
また、制御器５１は、ピン部材１１及びショルダ部材１２が被接合物６０を押圧する押圧力が、ステップＳ２０４よりもステップＳ２０５の方が大きくなるように、工具駆動器５３を制御してもよい。これにより、被接合物６０の塑性流動部６０ａ内に生じたボイド（空洞欠陥）を押しつぶすことができ、被接合物６０内部の空洞欠陥の発生を抑制することができる。
【０１２４】
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を被接合物６０から離間するように、工具駆動器５３（ショルダ駆動器５３２）を制御する（ステップＳ２０６）。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Ｓ２０７）、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７Ｂの工程（６）参照）。
【０１２５】
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）が、第１部材６１に加えられなくなるので、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、第１部材６１及び第２部材６２は、接合部６０ｂによって連結（接合）される。
【０１２６】
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。
【０１２７】
また、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０では、裏当て部材５６の支持面５６ａに凹部５６ｂが形成されていて、第２部材６２に孔６２ａを形成するように構成されている。
【０１２８】
これにより、当該孔６２ａに塑性流動部６０ａを押し出して、凹部５６ｂまで到達させることにより、第１部材６１と第２部材６２を接合しているので、第２部材６２が、軟化させ難い材料（例えば、鋼、チタン等）で構成されていても、第１部材６１と第２部材６２を接合することができる。
【０１２９】
［変形例１］
次に、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０の変形例について、図８を参照しながら説明する。
【０１３０】
図８は、本実施の形態２における変形例１の摩擦攪拌点接合装置の概略構成を示す模式図である。なお、図８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。
【０１３１】
図８に示すように、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０は、実施の形態２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、被接合物６０を構成する第２部材６２の孔６２ａの形状が異なる。具体的には、孔６２ａは、第２部材６２における裏当て部材５６の支持面５６ａと当接する面側の開口面積が、第２部材６２の第１部材６１と当接する面側の開口面積よりも大きくなるように形成されている。
【０１３２】
これにより、被接合物６０の接合部６０ｂがアンカー効果を得ることができる。このため、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０では、裏当て部材５６の支持面５６ａには、凹部５６ｂを設けなくてもよい。
【０１３３】
なお、孔６２ａは、第２部材６２における裏当て部材５６の支持面５６ａと当接する面側の開口面積が、第２部材６２の第１部材６１と当接する面側の開口面積よりも大きくなるように形成されていれば、どのような形状であってもよい。例えば、孔６２ａは、第２部材６２の主面の法線方向で切断した断面の形状が、図８に示すように、テーパー状に形成されていてもよい。また、孔６２ａは、第２部材６２の主面の法線方向で切断した断面の形状が、段状に形成されていてもよい。
【０１３４】
このように構成された、本変形例１の摩擦攪拌点接合装置５０であっても、実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置５０と同様の作用効果を奏する。
【０１３５】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明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。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
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、繊維強化プラスチックを有する被接合物の良好な接合品質を実現し得るため、有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
１１  ピン部材
１１ａ  先端面
１２  ショルダ部材
１２ａ  先端面
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  先端面
５５  支持部
５６  裏当て部材
５６ａ  支持面
５６ｂ  凹部
５７  回転駆動器
６０  被接合物
６０ａ  塑性流動部
６０ｂ  接合部
６０ｃ  表面
６１  第１部材
６２  第２部材
６２ａ  孔
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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