(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショルダ面にプローブを突設して金属材料からなる被加工材を摩擦攪拌加工するためのツールと、
ツールを回転させるための回転駆動手段と、
ツールを上下に移動させて被加工材に対して上から押し付けるツール高さを設定するための昇降駆動手段と、
ツールを被加工材の加工方向に相対移動させるための移送駆動手段と、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときに、ツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出する検出手段と、
回転駆動手段、昇降駆動手段、移送駆動手段を制御する制御手段とを備え、
制御手段は、ツールが回転しながら被加工材に押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に、押付け抵抗力が予め設定した移送開始設定値又は予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる構成とし、
前記制御手段における前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）の判断は、
前記検出手段の検出値（Ｔｓ）に基づいて、最初の極大値（Ｐ１）を検出すると、当該最初の極大値（Ｐ１）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が最初の極大値（Ｐ１）を超えなかった場合に、当該最初の極大値（Ｐ１）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定し、
前記所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）において最初の極大値（Ｐ１）を超える新たな極大値（Ｐ２）が検出された場合には、さらに当該新たな極大値（Ｐ２）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が新たな極大値（Ｐ２）を超えなかった場合に、当該新たな極大値（Ｐ２）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する動作を繰り返し行う摩擦攪拌加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記移送開始設定値は、ツールの押付け抵抗力において前記極大値の６５〜９０％の範囲内で設定される摩擦攪拌加工装置。
【請求項３】
請求項１に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記移送開始設定値は、ツールの押付け抵抗力においてツール走行時の平均値の７０％以上で前記極大値未満の範囲内で設定される摩擦攪拌加工装置。
【請求項４】
ショルダ面にプローブを突設して金属材料からなる被加工材を摩擦攪拌加工するためのツールと、
ツールを回転させるための回転駆動手段と、
ツールを上下に移動させて被加工材に対して上から押し付けるツール高さを設定するための昇降駆動手段と、
ツールを被加工材の加工方向に相対移動させるための移送駆動手段と、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときに、ツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出する検出手段と、
回転駆動手段、昇降駆動手段、移送駆動手段を制御する制御手段とを備え、
制御手段は、ツールが回転しながら被加工材に押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる構成とし、
前記遅れ時間は、前記極大値を過ぎた後の極小値に達した時間からの一定時間に設定される摩擦攪拌加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールがＮｉ基２重複相金属間化合物製であり、前記被加工材が鉄系又は鉄合金系である摩擦攪拌加工装置。
【請求項６】
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときにツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出し、
ツールが回転しながらワークに押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に、押付け抵抗力が予め設定した移送開始設定値又は予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる摩擦攪拌加工方法であり、
前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）の判断は、
前記押付け抵抗力の検出値（Ｔｓ）において、最初の極大値（Ｐ１）を検出すると、当該最初の極大値（Ｐ１）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が最初の極大値（Ｐ１）を超えなかった場合に、当該最初の極大値（Ｐ１）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定し、
前記所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）において最初の極大値（Ｐ１）を超える新たな極大値（Ｐ２）が検出された場合には、さらに当該新たな極大値（Ｐ２）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が新たな極大値（Ｐ２）を超えなかった場合に、当該新たな極大値（Ｐ２）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する動作を繰り返し行う摩擦攪拌加工方法。
【請求項７】
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときにツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出し、
ツールが回転しながらワークに押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる摩擦攪拌加工方法であり、
前記遅れ時間は、前記押付け抵抗力が前記極大値を過ぎた後の極小値に達した時間からの一定時間に設定される摩擦攪拌加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属材料の被加工材に回転するツールを押し付けて摩擦熱を生じさせて摩擦攪拌加工する摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、金属材料の被加工材同士を突き合せた接合線に対して円柱状のツール（径の大きいショルダ部とその先端に突設するプローブとを有するツール）を回転させながら押し付けて接合線方向に相対移動させることにより、発生する摩擦熱で被加工材を軟化させて接合する技術は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）として知られている。また、前記ツールを用いて、被加工材表面の強度及び硬さ等を向上させる摩擦攪拌プロセス（ＦＳＰ）や、被加工材を点接合する摩擦攪拌点接合（ＦＳＪ）も行われ、これらＦＳＷ、ＦＳＰ、ＦＳＪを総称して摩擦攪拌加工と称される。
【０００３】
従来、摩擦攪拌接合装置として、回転するツールを被加工材の接合線に押し付けた後、ツールの回転用モータの電流値に基づいて被加工材からツールに与えられる回転抵抗力を取得して、この回転抵抗力が極大値となった時刻をショルダ部当接時刻として判断し、このショルダ部当接時刻に達した後で前記回転抵抗力が走行開始設定値（ツール走行時の回転抵抗力の１．２倍の値）に達するとツールを走行開始させるものが知られている（特許文献１）。これによれば、ツールの走行開始をタイマーや作業者の手動で行う場合に比べ、被加工材のツール押し付け部分の軟化状態に過不足が生じた状態でツールが走行開始されることを防ぐことができ、被加工材の品質のばらつきを防ぐことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の摩擦攪拌接合装置では、ツールの走行開始をツールの回転抵抗力（ツールの回転用モータの電流値）から決定しているが、この回転抵抗力は、周期的変動が大きく（例えば、特許文献１の図２３（２）等）、また、ツールと被加工材との間の回転の摩擦力が強く関与するため、ツールの回転数が異なれば回転抵抗力自体も大きく変動する。そのため、ツールの回転抵抗力における極大値や所定の走行開始設定値を見極めるのが困難となることがあった。従って、ツールの回転抵抗力によりツールの走行開始を決定しても、適切な接合温度域で走行が開始されるとは限らず、その結果、被加工材の接合品質にばらつきが生じることがあった。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、被加工材が適切な軟化状態に摩擦攪拌された時点で確実にツールの走行開始を行うことができる摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る摩擦攪拌加工装置は、
ショルダ面にプローブを突設して金属材料からなる被加工材を摩擦攪拌加工するためのツールと、
ツールを回転させるための回転駆動手段と、
ツールを上下に移動させて被加工材に対して上から押し付けるツール高さを設定するための昇降駆動手段と、
ツールを被加工材の加工方向に相対移動させるための移送駆動手段と、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときに、ツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出する検出手段と、
回転駆動手段、昇降駆動手段、移送駆動手段を制御する制御手段とを備え、
制御手段は、ツールが回転しながら被加工材に押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に、押付け抵抗力が予め設定した移送開始設定値又は予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる構成とし、
前記制御手段における前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）の判断は、
前記検出手段の検出値（Ｔｓ）に基づいて、最初の極大値（Ｐ１）を検出すると、当該最初の極大値（Ｐ１）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が最初の極大値（Ｐ１）を超えなかった場合に、当該最初の極大値（Ｐ１）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定し、
前記所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）において最初の極大値（Ｐ１）を超える新たな極大値（Ｐ２）が検出された場合には、さらに当該新たな極大値（Ｐ２）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が新たな極大値（Ｐ２）を超えなかった場合に、当該新たな極大値（Ｐ２）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する動作を繰り返し行うものである。
【０００８】
前記構成より、被加工材からツールに対する押付け抵抗力が極大値を過ぎると、被加工材のツール押し付け部分が十分な軟化状態になったと判断することができる。そして、前記極大値に達した時刻の経過後に押付け抵抗力が移送開始設定値になったとき、又は前記極大値に達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間になったとき、被加工材のツール押し付け部分が、摩擦熱で適正範囲内の温度となり適切な軟化状態になったと判断することができる。従って、ツールの押付け抵抗力が前記移送開始設定値又は前記遅れ時間になるとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させることにより、被加工材のツール押し付け部分が過不足無く軟化された状態でツールを走行開始することができる。
【０００９】
ここで、前記極大値及び前記移送開始設定値の判断に際して、ツールが軸線方向に被加工材から受ける押付け抵抗力に基づくようにしている。ツールの押付け抵抗力は、ツールの被加工材への押付力に抗する反力であるから、回転抵抗力に比べて、ツールと被加工材との間の回転の摩擦力の影響を受け難い。従って、ツールの押付け抵抗力は、ツールの回転数が異なっても変動が小さく、被加工材のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができる。その結果、被加工材のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツールを走行開始することができる。
【００１０】
また、前記制御手段における前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）の判断によれば、押付け抵抗力が外乱によって多少変動して推移した場合でも前記極大値を精度良く判断することができる。従って、前記極大値の誤認を防止することができるので、ツールが被加工材に十分に押し付けられるように当接したことを精度良く判断することができる。よって、被加工材のツール押し付け部分が過不足無く軟化した状態でツールを走行開始することができる。
【００１１】
前記移送開始設定値は、ツールの押付け抵抗力において前記極大値の６５〜９０％の範囲内で設定されるのが望ましい。また、前記移送開始設定値は、ツールの押付け抵抗力においてツール走行時の平均値の７０％以上で前記極大値未満の範囲内で設定されるようにしてもよい。
これらの場合でも、被加工材のツール押し付け部分が過不足無く摩擦攪拌された軟化状態となったことを適切に判断することができ、この適切な軟化状態となった時点でツールを走行開始することができる。
【００１２】
また、本発明に係る摩擦攪拌加工装置は、
ショルダ面にプローブを突設して金属材料からなる被加工材を摩擦攪拌加工するためのツールと、
ツールを回転させるための回転駆動手段と、
ツールを上下に移動させて被加工材に対して上から押し付けるツール高さを設定するための昇降駆動手段と、
ツールを被加工材の加工方向に相対移動させるための移送駆動手段と、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときに、ツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出する検出手段と、
回転駆動手段、昇降駆動手段、移送駆動手段を制御する制御手段とを備え、
制御手段は、ツールが回転しながら被加工材に押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる構成とし、
前記遅れ時間は、前記極大値を過ぎた後の極小値に達した時間からの一定時間に設定されるものである。
この場合でも、上記同様の作用効果を発揮することができ、従って、被加工材のツール押し付け部分が過不足無く摩擦攪拌された軟化状態となったことを適切に判断することができ、この適切な軟化状態となった時点でツールを走行開始することができる。
【００１３】
前記摩擦攪拌加工装置は、前記ツールがＮｉ基２重複相金属間化合物製であり、前記被加工材が鉄系又は鉄合金系である場合に有利である。
すなわち、前記ツールと前記被加工材の組み合わせの場合、ツールと被加工材との間で融着等の現象によりツールが摩耗してその表面が凹凸になり得る。そうすると、ツールと被加工材との間の回転の摩擦力の影響が顕著となりツールが受ける回転抵抗力が大幅に変動し易く、そのため、従来の摩擦攪拌接合装置（特許文献１）では、ツールの回転抵抗力における極大値や所定の走行開始設定値を見極めるのが困難となり、適切な時期にツールを走行開始できないおそれがあった。
これに対して、前記構成によれば、ツール摩耗によりツールと被加工材との間の回転の摩擦力の影響が大きくなっても、ツールが受ける押付け抵抗力の変動幅が少ないので、被加工材のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができる。その結果、被加工材のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツールを走行開始することができる。
【００１４】
一方、本発明に係る摩擦攪拌加工方法は、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときにツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出し、
ツールが回転しながらワークに押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に、押付け抵抗力が予め設定した移送開始設定値又は予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる摩擦攪拌加工方法であり、
前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）の判断は、
前記押付け抵抗力の検出値（Ｔｓ）において、最初の極大値（Ｐ１）を検出すると、当該最初の極大値（Ｐ１）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が最初の極大値（Ｐ１）を超えなかった場合に、当該最初の極大値（Ｐ１）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定し、
前記所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）において最初の極大値（Ｐ１）を超える新たな極大値（Ｐ２）が検出された場合には、さらに当該新たな極大値（Ｐ２）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記検出値（Ｔｓ）が新たな極大値（Ｐ２）を超えなかった場合に、当該新たな極大値（Ｐ２）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する動作を繰り返し行うという方法である。
また、本発明に係る摩擦攪拌加工方法は、
ツールが回転しながら被加工材を押し付けるときにツールの軸線方向にツールが被加工材から受ける押付け抵抗力を検出し、
ツールが回転しながらワークに押し付けられる際に、押付け抵抗力が極大値に達したと判断し、前記極大値に達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間に達するとツールを被加工材の加工方向に相対移動開始させる摩擦攪拌加工方法であり、
前記遅れ時間は、前記押付け抵抗力が前記極大値を過ぎた後の極小値に達した時間からの一定時間に設定されるという方法である。
以上の各摩擦攪拌加工方法によれば、前記摩擦攪拌加工装置と同様の作用が発揮される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被加工材のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときに確実にツールを走行開始することができ、その結果、摩擦攪拌加工による被加工材の品質の向上及び品質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態による摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態による摩擦攪拌接合装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】摩擦攪拌加工用のツールを示す図であり、同図（ａ）はツールの斜視図であり、同図（ｂ）はツールの側面図である。
【図４】ワークからツールに与えられる押付け抵抗力の時間変化を示すグラフである。
【図５】制御装置による摩擦攪拌接合動作を示すフローチャートである。
【図６】実施例１において、接合部の接合状態を示した写真である。
【図７】実施例２において、接合部の接合状態を示した写真である。
【図８】図８（ａ）は、実施例１において昇降用モータのモータトルク値の時間変化を示すグラフであり、図８（ｂ）は、比較例１として回転用モータのモータトルク値の時間変化を示すグラフであ。
【図９】図９（ａ）は、実施例２において昇降用モータのモータトルク値の時間変化を示すグラフであり、図９（ｂ）は、比較例２として回転用モータのモータトルク値の時間変化を示すグラフであ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、摩擦攪拌加工装置の一実施形態として、金属材料の被加工材となる板材（以下、適宜「ワーク」）を摩擦攪拌接合するための摩擦攪拌接合装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１、図２に示すように、摩擦攪拌接合装置１は、加工機構２と、負荷検出部（検出手段）５０と、制御装置（制御手段）５とを備える。
加工機構２は、基台７上のワークＷ１，Ｗ２に対して摩擦攪拌接合を行う。すなわち、基台７上のワークＷ１，Ｗ２を突き合せた接合線Ｌに対してツール２０を回転させながら押し付けて接合線Ｌ方向に相対移動させることにより、発生する摩擦熱でワークＷ１，Ｗ２の突き合わせ部分を軟化させて接合する。基台７上には、２枚の平板状のワークＷ１，Ｗ２を配置する冶具４が設けられ、冶具４には、ワークＷ１，Ｗ２の裏面に配置される裏当て材４１が取り付けられている。ワークＷ１，Ｗ２は、冶具４に設けたワーク押さえ６により互いの端面を突き合わせた接合線Ｌが裏当て材４１の中央に位置するように固定される。裏当て材４１の材質は、ワークＷ１，Ｗ２がアルミ系合金の板材であれば、鉄系合金を選択し、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金の板材であれば、耐熱性があり、板材の裏面側からの放熱を遮断できる熱伝導率の小さい材質（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）を選択することが可能である。なお、裏当て材４１は、図１に示すような平板部材以外に棒状部材等で構成してもよい。
【００１９】
また、加工機構２は、摩擦攪拌加工用のツール２０と、ツール２０を保持するツール保持部３０と、ツール２０を回転させるための回転用モータ（回転駆動手段）３２と、ツール保持部３０を昇降させるための昇降用モータ（昇降駆動手段）８５と、ツール保持部３０を横方向に移動させるための移送用モータ（移送駆動手段）８３とを備える。
【００２０】
ツール保持部３０は、下部にツール２０を着脱自在に取り付けるツールホルダー３を備える。ツールホルダー３は、ツール２０の回転用モータ３２と連結されており、この回転用モータ３２の駆動によりツールホルダー３とともにツール２０が回転される。ツール保持部３０は、スライダー８０に対してボールネジ８６（図２参照）により昇降自在に取り付けられており、スライダー８０に設ける昇降用モータ８５により基台７に対して上下に移動自在にされ、これにより、ツール２０をワークＷ１，Ｗ２に押し付けるように接触させるツール高さが設定される。また、ツール保持部３０は、スライダー８０に対して回動自在に取り付けられており、ツール２０を所定の前進角（ツール２０の先端を移送方向側へ傾けたときの垂直線に対する傾き）に設定できるようになっている。スライダー８０は、一対のガイドレール８１とボールネジ８２とを備える直動機構８４に取り付けられており、移送用モータ８３の駆動により基台７に平行に移動される。これにより、スライダー８０に取り付けたツール保持部３０が移動されるので、ツール保持部３０に保持するツール２０がワークＷ１，Ｗ２の加工方向となる接合線Ｌ方向に沿って移動される。
【００２１】
図３に示すように、ツール２０は、円柱状のショルダ部２１と、ショルダ部２１より大径で側面にカット面２５が形成された円柱状の取付部２４とを有する。ツール２０の取付部２４をツールホルダー３に装填してボルト３１を取付部２４のカット面２５に当てるように締め付けることで、ツール２０がツール保持部３０に着脱自在に取り付けられる。ショルダ部２１の先端面は、平面状のショルダ面２２と、ショルダ面２２の中心部に突設された球面状のプローブ２３とを有する。そして、ツール２０は、ワークＷ１，Ｗ２を摩擦攪拌加工する際、回転しながらショルダ面２２及びプローブ２３をワークＷ１，Ｗ２に押し付けて摩擦熱を発生させるようにする。なお、ツール２０の形状は、図３のものに限らず、ショルダ部２１と取付部２４との間にフランジを形成したものでもよいし、取付部２４は多角形形状であってもよい。また、ショルダ面２２も、平面形状に限らず、プローブ２３を中心としてやや凸又はやや凹となった曲面状に形成されてもよい。さらに、プローブ２３は、球面形状に限らず、円柱状、円錐台状等であってもよいし、また、ねじが切ってあってもよい。
【００２２】
ツール２０は、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系又は鉄系合金の板材であれば、超硬合金やセラミックス等の種々の材質から形成できるが、例えば、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金からなるものが好ましい。これにより、ツール２０の耐熱及び耐摩耗性が向上され、加工時の摩擦熱による高温下でもツール２０が必要な硬さを発揮することができ、被加工材がアルミニウム合金等に比べて高融点材料である鉄系合金等であっても確実に且つ良好な接合を行うことができる。
【００２３】
再び、図２を参照して、負荷検出部５０は、ツール２０が回転しながらワークＷ１，Ｗ２を押し付けるときに、ツール２０の軸線方向にツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆを検出して制御装置５へ出力する。例えば、負荷検出部５０は、昇降用モータ８５に流れる電流を検出して、この電流に基づく検出データをツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆに対応した信号として制御装置５へ出力する。すなわち、ツール２０をワークＷ１，Ｗ２に押し付けるときに昇降用モータ８５に流れるモータ電流は、ツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆと比例関係にある。従って、昇降用モータ８５に流れるモータ電流をツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆとして捉えることができる。
【００２４】
制御装置５は、シーケンサやプログラムコントローラ等で実現することができ、その構成は、入力部５１と、指令部５２と、演算部５３と、記憶部５４とを備える。入力部５１は、作業者等より入力される接合条件（ツール回転数、ツール送り速度等）を含む各種の入力情報を記憶部５４に与える。記憶部５４は、摩擦攪拌接合の動作手順を実行するためのコンピュータプログラム、入力部５１からの入力情報及び演算部５３の演算結果を記憶する。演算部５３には、負荷検出部５０からツール２０が受ける押付け抵抗力Ｆに関する検出データが与えられる。演算部５３は、記憶部５４に記憶されるプログラムを実行して、記憶部５４に記憶された接合条件及び負荷検出部５０から与えられるツール２０の押付け抵抗力Ｆに基づいて、摩擦攪拌接合の動作手順を実行し、回転用モータ３２、昇降用モータ８５及び移送用モータ８３のそれぞれの制御指令を生成する。演算部５３は、生成した各制御指令を指令部５２に与える。指令部５２は、演算部５３から与えられた各制御指令を、回転用モータ３２、昇降用モータ８５及び移送用モータ８３にそれぞれ出力する。なお、演算部５３は、ＣＰＵ等の演算処理回路によって実現される。また、記憶部５４は、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶回路によって実現される。
【００２５】
そして、制御装置５は、ツール２０をワークＷ１，Ｗ２に相対移動させる際に自動スタート制御を行う。すなわち、制御装置５は、ツール２０が回転しながらワークＷ１，Ｗ２に押し付けられる際に、ツール２０の軸線方向にツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆが極大値Ｐに達したと判断し、前記極大値Ｐに達した時刻経過後に、押付け抵抗力Ｆが予め設定した移送開始設定値Ｓまで低下するか、又は前記極大値Ｐに達した時刻経過後に予め設定した遅れ時間に達するとツール２０をワークＷ１，Ｗ２の接合線Ｌに沿って相対移動開始させるように制御する。
【００２６】
ところで、従来（特許文献１）は、ツール２０の自動スタート制御に際し、ツール２０の回転抵抗力（ツール２０の回転用モータ３２の電流値）から決定していた。この場合、回転抵抗力は、周期的変動が大きく、しかもツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦が強く影響してツール２０の回転数が異なれば回転抵抗力の変動が大きくなり、ツール２０の回転抵抗力における極大値や所定の移送開始設定値を見極めるのが困難となることがあった。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、前記極大値Ｐ及び前記移送開始設定値Ｓの判断は、ツール２０が軸線方向にワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆに基づくようにしている。ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ツール２０のワークＷ１，Ｗ２への押付力に抗する反力であるから、回転抵抗力に比べて、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦の影響を受け難い。従って、ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ツール２０の回転数が異なっても変動が小さく、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができる。その結果、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツール２０を走行開始することができる。
【００２８】
次に、制御装置５による自動スタート制御を、以下に説明する。
図４に、摩擦攪拌接合動作の開始の際にツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆの時間変化を模したグラフを示す。ツール２０をワークＷ１，Ｗ２に押し付けると、プローブ２３がワークＷ１，Ｗ２に当接し、次にショルダ面２２がワークＷ１，Ｗ２に当接して、ツール２０が所定のツール設定高さになるとツール２０とワークＷ１，Ｗ２との接触面積が一定以上（例えば、ショルダ面２２の７０％以上の接触面積）に確保される。すると、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が回転するツール２０により発生する摩擦熱で温度上昇して軟化される。このとき、ツール２０がワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆは、図４のグラフを参照して、プローブ２３がワークＷ１，Ｗ２に当接した時刻ｔ１から時間経過に比例して上昇し、時刻ｔ２でピークとなり、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が十分に軟化されることにより下降する。このように、ツール２０が軸線方向に受ける押付け抵抗力Ｆは、時刻ｔ２でピークとなり極大値Ｐが得られ、この極大値Ｐを過ぎると、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が十分に軟化状態になったと判断することができる。
【００２９】
そして、ツール２０のワークＷ１，Ｗ２への押付け抵抗力Ｆは、昇降用モータ８５のモータトルクと比例関係にあるので、制御装置５は、負荷検出部５０から与えられる昇降用モータ８５のモータトルクが極大値Ｐを過ぎたときに、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が十分に軟化状態になったと判断することができる。なお、前記モータトルクは、昇降用モータのモータ軸等にトルクメータを設けて検出することができ、また、昇降用モータの電流値や電圧、電力等より検出することもできる。
【００３０】
ツール２０がワークＷ１，Ｗ２を押し付けるように当接した状態を所定期間保持することによって、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の温度が摩擦熱で上昇し、ツール２０によって摩擦攪拌される流動化部分が増加する。すなわち、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態が促進される。摩擦攪拌接合において、接合欠陥なく良好にツール２０を走行させるためには、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の温度が適正範囲に含まれて適切な軟化状態になっていることが重要である。
【００３１】
ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の温度が適正範囲か否かは、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態から判断することができる。従って、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の温度が適正範囲となったことは、ツール２０の押付け抵抗力Ｆが極大値Ｐとなった後に、予め定める移送開始設定値Ｓまで低下したことで決定される。
【００３２】
具体的には、制御装置５は、昇降用モータ８５のモータトルクに基づいた負荷検出部５０からの検出値が、極大値Ｐに達した後に予め定めた移送開始設定値Ｓに低下したことを判断すると、移送用モータ８３を制御して、ツール２０の走行を開始する。これにより、ワークＷ１，Ｗ２が適切に軟化した状態となったときにツール２０を走行開始することができる。
【００３３】
ここで、移送開始設定値Ｓが大きすぎると、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化が不足する。この場合、接合不良となり接合強度が低下するおそれがある。また、移送開始設定値Ｓが小さすぎると、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化が過剰となる。この場合、ワークＷ１，Ｗ２の接合開始点で穴開きが生じたり接合跡にバリが目立つ等の不具合を起こすことになる。
【００３４】
そこで、移送開始設定値Ｓは、ツール２０の押付け抵抗力Ｆにおいて極大値Ｐよりも小さい値の範囲内でツール走行時の値（走行時の定常押付け抵抗力Ｆｒ）の７０％以上から１２０％以下の範囲で設定される。これにより、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が過不足なく軟化した状態で、ツール２０の走行を開始することができる。走行時の定常押付け抵抗力Ｆｒは、予め定める摩擦攪拌接合条件でツール２０を接合線Ｌに沿って走行させているときのワークＷ１，Ｗ２からツール２０に与えられる押付け抵抗力Ｆである。走行時の接合条件が一定の場合、走行時の定常押付け抵抗力Ｆｒは、ほぼ安定した値となる。従って、実験等で予めツール２０走行時における負荷検出部５０からの検出値（モータトルク値）が安定したときの値を定常押付け抵抗力Ｆｒとして取得することができる。また、ツール２０の押付け抵抗力は、回転抵抗力のような変動が少なく比較的安定しているため、前記極大値Ｐも比較的安定した値となる。従って、実験等で予め負荷検出部５０からの検出値（モータトルク値）から取得した前記定常押付け抵抗力Ｆｒとともに前記極大値Ｐを考察して、最適な移送開始設定値Ｓを決定することができる。なお、移送開始設定値Ｓや、移送開始設定値Ｓを決定する前記各パラメータ（定常押付け抵抗力Ｆｒ、極大値Ｐなど）等は、制御装置５の記憶部５４に予め記憶させておく。
【００３５】
また、前記移送開始設定値Ｓは、ツール２０の押付け抵抗力において前記極大値Ｐの６５〜９０％の範囲内で設定するようにしてもよい。この場合でも、ワークＷ１，Ｗ２が適切に軟化した状態となったときにツール２０を走行開始することができる。前述のとおり、ツール２０の押付け抵抗力は、回転抵抗力のような変動が少なく比較的安定しているため、前記極大値Ｐも比較的安定した値となるから、予め実験等で前記極大値Ｐを基準にして最適な移送開始設定値Ｓを決定することができる。
【００３６】
また、前記移送開始設定値Ｓは、ツール２０の押付け抵抗力において前記極大値Ｐを過ぎた後の極小値（ｍｉｎ）又は当該極小値（ｍｉｎ）を過ぎた後の前記極大値の６５〜９０％の範囲内で設定するようにしてもよい。この場合でも、ワークＷ１，Ｗ２が適切に軟化した状態となったときにツール２０を走行開始することができる。すなわち、ツール２０の軸線方向の押付け抵抗力の場合は、ツール２０が予め定めたツール高さ位置に達して降下停止すると、ツール２０からワークＷ１，Ｗ２への押し付け力が極端に減少するため、前記極大値Ｐを過ぎた後に極小値（ｍｉｎ）となる。従って、前記極小値（ｍｉｎ）が検出されるとツール２０が予め定めたツール高さ位置に設定されたと判断することができる。そして、ツール２０の押付け抵抗力において前記極大値Ｐを過ぎた後の極小値（ｍｉｎ）又は当該極小値（ｍｉｎ）を過ぎた後の前記極大値の６５〜９０％の範囲内になると、ツール２０が予め定めたツール高さ位置に設定されたことで、ワークＷ１，Ｗ２が適切に軟化した状態となったと判断することができる。
【００３７】
さらには、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の温度が適正範囲となったことは、ツール２０の押付け抵抗力Ｆが極大値Ｐとなった後に、予め設定した遅れ時間の経過によっても決定することができる。この場合、前記遅れ時間は、前記極大値Ｐを過ぎた後の極小値（ｍｉｎ）に達した時間からの一定時間に設定されてもよい（例えば、図４中における時刻ｔ３から時刻ｔ４に達するまでの一定時間に設定する。）。この場合でも、ワークＷ１，Ｗ２が適切に軟化した状態となったときにツール２０を走行開始することができる。
【００３８】
次に、制御装置５による摩擦攪拌接合動作を説明する。
図５のフローチャートを参照して、まず、ステップＳ１において、制御装置５は、回転用モータ３２を制御して、ツール２０を回転させる。このとき、ツール２０の回転数は、作業者が指定した記憶部５４の接合条件に従った回転数となるように回転用モータ３２を制御する。
【００３９】
ステップＳ２において、制御装置５は、昇降用モータ８５を制御して、回転するツール２０をワークＷ１，Ｗ２の押し付け位置まで下降させる。このとき、ツール高さは、作業者が指定した記憶部５４の接合条件に従ったツール高さとなるように昇降用モータ８５を制御する。また、負荷検出部５０は、昇降用モータ８５のモータトルクを検出する。この昇降用モータ８５のモータトルク情報に基づいて、ツール２０が軸線方向にワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆが求められる。
【００４０】
ステップＳ３において、負荷検出部５０からの昇降用モータ８５のモータトルク情報が極大値Ｐを超えたか否かを判断する。例えば、制御装置５は、負荷検出部５０から予め設定した所定時間（ｔ）ごとに昇降用モータ８５のモータトルク情報（検出値Ｔｓ）を取得し、このモータトルク情報（Ｔｓ）に基づいて最初の極大値（Ｐ１）を検出すると、当該最初の極大値（Ｐ１）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）が最初の極大値（Ｐ１）を超えなかった場合に、当該最初の極大値（Ｐ１）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する。一方、前記所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）において最初の極大値（Ｐ１）を超える新たな極大値（Ｐ２）が検出された場合には、さらに当該新たな極大値（Ｐ２）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）が新たな極大値（Ｐ２）を超えなかった場合に、当該新たな極大値（Ｐ２）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）と決定する動作を繰り返し行う。これにより、押付け抵抗力Ｆが外乱によって多少変動して推移した場合でも前記極大値Ｐ及びその時刻を精度良く判断することができる。そして、負荷検出部５０からのモータトルク情報Ｔｓが極大値Ｐに達したときに、ツール２０がワークＷ１，Ｗ２から与えられる押付け抵抗力Ｆが最大となり、ツール２０のショルダ面２２がワークＷ１，Ｗ２に押し付けるように当接したと判断し、ステップＳ４に移行する。
【００４１】
なお、ステップＳ４へ移行する前に、負荷検出部５０からの昇降用モータ８５のモータトルク情報が極小値（ｍｉｎ）となったか否かを判断するステップを追加してもよい。この極小値（ｍｉｎ）の判断ステップとして、例えば、制御装置５は、前記極大値（Ｐ）の検出後、負荷検出部５０から予め設定した所定時間（ｔ）ごとに昇降用モータ８５のモータトルク情報（検出値Ｔｓ）を取得し、このモータトルク情報（Ｔｓ）に基づいて最初の極小値（ｍｉｎ）を検出すると、当該最初の極小値（ｍｉｎ）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）が最初の極小値（ｍｉｎ）を下回らなかった場合に、当該最初の極小値（ｍｉｎ）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）直後の極小値（ｍｉｎ）と決定する。一方、前記所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）において最初の極小値（ｍｉｎ）を下回る新たな極小値（ｍｉｎ）が検出された場合には、さらに当該新たな極小値（ｍｉｎ）の検出後に予め設定した所定時間（ｔ）内に前記モータトルク情報（Ｔｓ）が新たな極小値（ｍｉｎ）を下回らなかった場合に、当該新たな極小値（ｍｉｎ）が最終的に前記押付け抵抗力の極大値（Ｐ）直後の極小値（ｍｉｎ）と決定する動作を繰り返し行う。
【００４２】
ステップＳ４において、負荷検出部５０からのモータトルク情報が、極大値Ｐを過ぎて予め定める移送開始設定値Ｓまで低下したか否かを判断する。そして、負荷検出部５０からのモータトルク情報が移送開始設定値Ｓになると、回転するツール２０によりワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適正範囲内の温度となり過不足なく軟化した状態となったと判断し、ステップＳ５に移行する。
【００４３】
なお、ステップＳ４は、前記極小値（ｍｉｎ）の検出によってスキップしてステップＳ５に移行させてもよい。また、このステップＳ４は、前記極小値（ｍｉｎ）に達した時間からの一定時間の経過によりステップＳ５へ移行させるようにしてもよい。
【００４４】
ステップＳ５において、制御装置５は、移送用モータ８３を制御して、ツール２０をワークＷ１，Ｗ２の接合線Ｌに沿って走行開始させる。このとき、ツール２０の送り速度は、作業者が指定した記憶部５４の接合条件に従った送り速度となるように移送用モータ８３を制御する。
【００４５】
そして、ステップＳ６において、ツール２０が、作業者が指定した記憶部５４の接合条件に従って所定の施工距離を走行すると、ステップＳ７に移行する。
【００４６】
ステップＳ７において、制御装置５は、終了動作を実行する。終了動作として、移送用モータ８３を制御してツール２０の走行を停止させ、直ちに昇降用モータ８５を制御してツール２０を上昇させてワークＷ１，Ｗ２から抜き出すとともに、回転用モータ３２を制御してツール２０の回転を停止させる。続いて、移送用モータ８３を制御してツール２０を初期位置まで復帰移動させると、摩擦攪拌接合動作を終了する。
【００４７】
以上の本実施形態によれば、ワークＷ１，Ｗ２からツール２０に対する押付け抵抗力Ｆが極大値Ｐを過ぎると、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が軟化状態になったと判断することができる。そして、前記極大値Ｐに達した時刻ｔ２の経過後に押付け抵抗力Ｆが移送開始設定値Ｓに達したとき、あるいは前記極大値Ｐを過ぎて遅れ時間が経過したときにワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切な軟化状態になったと判断することができる。従って、ツール２０の押付け抵抗力Ｆが前記極大値Ｐを過ぎて前記移送開始設定値Ｓ又は遅れ時間に達するとツール２０をワークＷ１，Ｗ２の加工方向に相対移動させることにより、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が過不足無く軟化された状態でツール２０を走行開始することができる。
【００４８】
ここで、ツール２０の軸線方向の押付け抵抗力や、ツール２０の回転抵抗力に影響を与え得るのは、接合速度が一定であれば、主に「ツール回転数」、「ワークのツール押付け部分の温度又は硬さ」、「押付力」が関わると思われる。「押付力」が一定という条件下でツール２０における押付け抵抗力と回転抵抗力とを比較すると、押付け抵抗力は、主に「ワークのツール押付け部分の温度又は硬さ」に影響を受け得るので、「ツール回転数」の影響を受け難い。これに対して、回転抵抗力は、「ワークのツール押付け部分の温度又は硬さ」及び「ツール回転数」の影響を受けるので、その変動が周期的に大きい。とりわけ、押付け抵抗力、回転抵抗力の各々の極大値に関しては、ツール２０の押付け抵抗力は、ワークのツール押付け部分の温度や硬さによるので、ツール回転数の影響を受けず安定しているのに対して、ツール２０の回転抵抗力は、ツール回転数の影響を受けて変動し易い。従って、ツール２０の押付け抵抗力は、回転抵抗力よりも、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えられる。
【００４９】
本実施形態では、前記極大値Ｐ及び前記移送開始設定値Ｓの判断に際して、ツール２０が軸線方向にワークＷ１，Ｗ２から受ける押付け抵抗力Ｆに基づくようにしている。ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ツール２０のワークＷ１，Ｗ２への押付力に抗する反力であるから、回転抵抗力に比べて、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の摩擦の影響を受け難い。従って、この押付け抵抗力Ｆは、ツール２０の回転数が異なっても変動が小さく、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができる。その結果、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツール２０を走行開始することができる。
【００５０】
本実施形態において、例えば、ツール２０がＮｉ基２重複相金属間化合物製であり、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系又は鉄合金系である場合に適用するのが有利である。すなわち、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２の組み合わせの場合、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間で融着等の現象によりツール２０が摩耗してその表面が凹凸になり得る。そうすると、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦力の影響が顕著となりツール２０が受ける回転抵抗力が大幅に変動し易く、そのため、従来の摩擦攪拌接合装置（特許文献１）では、ツール２０の回転抵抗力における極大値や所定の走行開始設定値を見極めるのが困難となり、適切な時期にツール２０を走行開始できないおそれがあった。これに対して、本実施形態によれば、ツール摩耗によりツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦力の影響が大きくなっても、ツール２０が受ける押付け抵抗力の変動幅が少ないので、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができる。その結果、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツール２０を走行開始することができる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときに確実にツール２０を走行開始することができ、その結果、摩擦攪拌加工によるワークＷ１，Ｗ２の品質の向上及び品質の安定化を図ることができる。
【００５２】
なお、本発明は、前記実施形態のみに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々の変更を施すことが可能である。例えば、ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ツール保持部３０等にロードセル等を設けてツール２０が軸線方向にワークＷ１，Ｗ２から受ける力を直接検出するようにしてもよい。
【実施例】
【００５３】
以下に、ツール２０の押付け抵抗力Ｆに基づいて、ツール２０の走行開始を行った場合に良好に摩擦攪拌接合が行えることを確かめるべく、以下の実施例を行った。
（実施例１）
図１、２に示したものに相当する摩擦攪拌接合装置１により、ツール２０の押付け抵抗力Ｆとして昇降用モータ８５のモータトルク値を検出し、このモータトルク値が極大値Ｐを示した後に予め定めた移送開始設定値Ｓとなったとき、ツール２０の走行を開始させた。
各条件を、以下に示す。
【００５４】
１．ツール２０
・材質：Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金製（具体的には、Ｎｉ：７２原子％、Ａｌ：７原子％、Ｖ：１３原子％、Ｔａ：５原子％、Ｒｅ：３原子％、及び、これら元素の合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：５０重量ｐｐｍの組成からなり（不可避的不純物を含む）、初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有する合金。）
・ツール形状：図３に示すもの。
・ショルダ径（ショルダ面２２の直径）：１２ｍｍ
・プローブ高さ：０．３ｍｍ
２．ワークＷ１，Ｗ２
・材質：ＳＵＳ４３０
・サイズ：縦横３００ｍｍ、横７５ｍｍ、板厚１．０ｍｍ
３．裏当て材４１
・材質：窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）
・サイズ：縦横３０ｍｍ×３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの角材を接合方向に３本並べて使用。
４．摩擦攪拌接合条件
・ツール前進角：３度
・ツール回転数：２０００ｒｐｍ
・ツール送り速度：１２００ｍｍ／分
・接合距離：１７０ｍｍ
５．ツール２０の走行開始条件
移送開始設定値Ｓとして、昇降用モータ８５のモータトルク値が極大値Ｐを過ぎた後の２３（％）の値に設定した。すなわち、昇降用モータ８５のモータトルク値が、極大値Ｐを過ぎた後に、移送開始設定値Ｓ（２３％）に低下したときにツール２０の走行を開始させた。
なお、実施例１では、昇降用モータ８５のモータトルク値は、極大値Ｐが２８（％）、移送開始設定値Ｓが２３（％）、ツール走行時の平均値が２３（％）であった（図７（ａ）のグラフを参照）。
【００５５】
（実施例２）
実施例２は、摩擦攪拌接合条件において、実施例１よりも、ツール回転数を低くし、且つツール送り速度を遅くするようにした。具体的には、ツール回転数を１３００ｒｐｍ、ツール送り速度を９００ｍｍ／分とした。これ以外の各条件は、実施例１と同様である。なお、実施例２では、昇降用モータ８５のモータトルク値は、極大値Ｐが２８（％）、移送開始設定値Ｓが２３（％）、ツール走行時の平均値が２２（％）であった（図８（ａ）のグラフを参照）。
【００５６】
（結果）
図６に、実施例１で摩擦攪拌接合したワークＷ１，Ｗ２の接合部の写真を示し、図７に、実施例１で摩擦攪拌接合したワークＷ１，Ｗ２の接合部の写真を示す。これら図６，図７の写真からも明らかなように、ツール２０の押付け抵抗力Ｆに基づいてツール２０の走行開始を行った場合、ワークＷ１，Ｗ２の接合部の施工状態は、欠陥やバリ等もなく平滑できれいな状態に接合できていた。また、接合部の始端においても穴開きやバリ等も起こさず良好であった。
【００５７】
図８（ａ）に、実施例１の条件下における、昇降用モータ８５のモータトルク値の時間変化のグラフを示す。この実施例１では、極大値Ｐ／ツール走行時平均値の比率は、２８（％）／２３（％）＝１．２２である。
そして、図８（ｂ）において、比較例１として、実施例１の条件下での回転用モータ３２のモータトルク値（回転抵抗力）の時間変化のグラフを示す。この比較例１では、回転用モータ３２のモータトルク値は、極大値が１７８（％）、ツール走行時の平均値が９２（％）であり、極大値／ツール走行時平均値の比率は、１７８（％）／９２（％）＝１．９３である。
図９（ａ）に、実施例２の条件下における、昇降用モータ８５のモータトルク値の時間変化のグラフを示す。この実施例２では、極大値Ｐ／ツール走行時平均値の比率は、２８（％）／２２（％）＝１．２７である。
そして、図９（ｂ）において、比較例２として、実施例２の条件下での回転用モータ３２のモータトルク値（回転抵抗力）の時間変化のグラフを示す。この比較例２では、回転用モータ３２のモータトルク値は、極大値が１３１（％）、ツール走行時の平均値が１０５（％）であり、極大値／ツール走行時平均値の比率は、１３１（％）／１０５（％）＝１．２５である。
【００５８】
比較例１、２としたツール２０の回転用モータ３２のモータトルク値（ツール２０の回転抵抗力）は、図８（ｂ）、図９（ｂ）からも明らかなとおり、周期的変動が大きいことがわかる。また、図８（ｂ）と図９（ｂ）との対比からも明らかなとおり、ツール２０の回転数が異なれば、ツール２０の回転用モータ３２のモータトルク値（ツール２０の回転抵抗力）の大きさも大きく変わることがわかる。すなわち、極大値は、比較例１（図８（ｂ））が１７８（％）であり、比較例２（図９（ｂ））が１３１（％）であり、大きく変わっている。同様に、極大値／ツール走行時平均値の比率も、比較例１（図８（ｂ））が１．９３であり、比較例２（図９（ｂ））が１．２５であり、と大きく変わっている。これは、ツール２０の回転抵抗力においては、ワークＷ１，Ｗ２のツール押付け部分の温度や硬さ、及びツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦が強く関与するためであると考えられる。そのため、ツール２０の回転抵抗力における極大値Ｐや所定の移送開始設定値Ｓを正確に見極めるのが困難となる場合があることがわかった。
【００５９】
これに対して、実施例１、２であるツール２０の昇降用モータ８５のモータトルク値（ツール２０の押付け抵抗力Ｆ）は、図８（ａ）、図９（ａ）より、周期的変動も非常に少なく、且つツール２０の回転数が異なってもツール２０の昇降用モータ８５のモータトルク値（ツール２０の押付け抵抗力Ｆ）の大きさはほとんど変わりないことがわかる。すなわち、ツール２０を走行開始するまでの間のツール２０の押付け抵抗力Ｆとして、昇降用モータ８５のモータトルク値の極大値Ｐは、実施例１（図８（ａ））と実施例２（図９（ａ））とでは２８（％）と同じであり、また、極大値／ツール走行時平均値の比率は、実施例１（図８（ａ））が１．２２であり、実施例２（図９（ａ））が１．２７であり、ほとんど変化がない。このことは、ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ツール２０のワークＷ１，Ｗ２への押付力に抗する反力であるから、主にワークＷ１，Ｗ２のツール押付け部分の温度や硬さに影響を受けるので、回転抵抗力に比べて、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２との間の回転の摩擦の影響を受け難いからであると考えられる。極大値Ｐに関して言えば、ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、ワークＷ１，Ｗ２のツール押付け部分の温度や硬さによるので、ツール回転数の影響を受けず安定しているのに対して、ツール２０の回転抵抗力は、ツール回転数の影響を受けて変動し易いことがわかる。従って、ツール２０の押付け抵抗力Ｆは、回転抵抗力に比べて、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分の軟化状態を的確に捉えることができ、その結果、ワークＷ１，Ｗ２のツール押し付け部分が適切に軟化された状態となったときにツール２０を走行開始することができることがわかった。
【符号の説明】
【００６０】
１  摩擦攪拌接合装置（摩擦攪拌加工装置）
２  加工機構
５  制御装置（制御手段）
２０  ツール
２１  ショルダ部
２２  ショルダ面
２３  プローブ
３２  回転用モータ（回転駆動手段）
５０  負荷検出部（検出手段）
８３  移送用モータ（移送駆動手段）
８５  昇降用モータ（昇降駆動手段）
Ｆ  押付け抵抗力
Ｌ  接合線
Ｐ  極大値
Ｓ  移送開始設定値
Ｗ１，Ｗ２  ワーク（被加工材）
【図１】
0005819084.tif 000002
【図２】
0005819084.tif 000003
【図３】
0005819084.tif 000004
【図４】
0005819084.tif 000005
【図５】
0005819084.tif 000006
【図８】
0005819084.tif 000007
【図９】
0005819084.tif 000008
【図６】
0005819084.tif 000009
【図７】
0005819084.tif 000010