WO2023209928A1 - 摩擦攪拌接合工具、摩擦攪拌接合装置、および、摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Abstract

摩擦攪拌接合工具は、ワークに接触するショルダ面を有するショルダと、ショルダから突出し、第１軸まわりに回転可能なプローブと、を具備する。プローブの外周面には、プローブの周方向において、交互に、螺旋溝部と面取り部とが形成されている。プローブの回転方向を第１回転方向と定義するとき、螺旋溝部は、第１回転方向に向かうにつれてショルダ面に近づく複数の溝を有する。プローブの先端部の端面の一部には、面取り部に連なり、第１回転方向に向かうにつれてショルダ面に近づく傾斜面が形成されている。

Description

摩擦攪拌接合工具、摩擦攪拌接合装置、および、摩擦攪拌接合方法

　本発明は、摩擦攪拌接合工具、摩擦攪拌接合装置、および、摩擦攪拌接合方法に関する。

　摩擦攪拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）が知られている。摩擦攪拌接合では、接合対象物である２つのワークに対して、工具を回転させることにより、当該２つのワークが互いに接合される。より具体的には、工具の回転によって生じる摩擦熱によって２つのワークの接合対象部分が軟化される。軟化した材料は、工具の回転によって、工具の周辺を流動する。工具の周辺を流動する材料が固まることによって、２つのワークが接合される。

　関連する技術として、特許文献１には、重ね接合用摩擦攪拌接合装置が開示されている。特許文献１に記載の摩擦攪拌接合装置は、ショルダ部を有する回転子と、ショルダ部から突出するように設けられ且つ回転子の軸心と同心状に配置されたプローブ部と、を備える。プローブ部の周面には、プローブ部の先端部からショルダ部に向けて螺旋状の溝部が形成されている。また、当該螺旋状の溝部の溝は、当該溝の深さが、プローブ部の先端部からショルダ部に向けて徐々に小さくなるように形成されている。

特開２０１１－９２９７１号公報

　本発明の目的は、軟化された材料を面取り部から傾斜面に誘導すること、および、傾斜面に誘導された軟化材料を下方に誘導することが可能な摩擦攪拌接合工具、摩擦攪拌接合装置、および、摩擦攪拌接合方法を提供することである。

　いくつかの実施形態における摩擦攪拌接合工具は、ワークに接触するショルダ面を有するショルダと、前記ショルダから突出し、第１軸まわりに回転可能なプローブと、を具備する。前記プローブの外周面には、前記プローブの周方向において、交互に、螺旋溝部と面取り部とが形成されている。前記プローブの回転方向を第１回転方向と定義するとき、前記螺旋溝部は、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく複数の溝を有する。前記プローブの先端部の端面の一部には、前記面取り部に連なり、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく傾斜面が形成されている。

　いくつかの実施形態における摩擦攪拌接合装置は、摩擦攪拌接合工具と、ワークを支持するワーク支持部材と、前記摩擦攪拌接合工具を保持する工具保持部材と、前記工具保持部材を前記ワーク支持部材に対して相対移動させる第１駆動装置と、前記摩擦攪拌接合工具のプローブを第１軸まわりに回転駆動する第２駆動装置と、前記第１駆動装置および前記第２駆動装置を制御する制御装置と、を具備する。前記摩擦攪拌接合工具は、前記ワークに接触するショルダ面を有するショルダと、前記ショルダから突出し、前記第１軸まわりに回転可能な前記プローブと、を備える。前記プローブの外周面には、前記プローブの周方向において、交互に、螺旋溝部と面取り部とが形成されている。前記プローブの回転方向を第１回転方向と定義するとき、前記螺旋溝部は、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく複数の溝を有する。前記プローブの先端部の端面の一部には、前記面取り部に連なり、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく傾斜面が形成されている。

　いくつかの実施形態における摩擦攪拌接合方法は、第１ワークと第２ワークとを含むワークを準備する工程と、摩擦攪拌接合工具を前記ワークに対して相対移動させることにより、前記摩擦攪拌接合工具のプローブを前記ワークに挿入する工程と、前記摩擦攪拌接合工具を前記ワークに対して相対移動させることにより、前記摩擦攪拌接合工具のショルダを前記ワークの上面に接触させる工程と、前記ワークに挿入された前記プローブを第１軸まわりに第１回転方向に回転させることにより、前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程と、を具備する。前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程は、前記プローブと前記ワークとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、前記ワークから軟化材料を形成することと、前記プローブの外周面に形成された螺旋溝部の複数の溝が、前記軟化材料を、下方に流動させることと、前記プローブの外周面に形成された面取り部が、前記軟化材料を、前記第１軸まわりに前記第１回転方向に流動させることと、前記軟化材料を、前記面取り部から前記プローブの先端部の端面の一部に形成された傾斜面に誘導することと、前記傾斜面が、前記軟化材料を、下方に流動させることと、を含む。

　本発明により、軟化された材料を面取り部から傾斜面に誘導すること、および、傾斜面に誘導された軟化材料を下方に誘導することが可能な摩擦攪拌接合工具、摩擦攪拌接合装置、および、摩擦攪拌接合方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具を模式的に示す概略斜視図である。 図２は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図３は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具を用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略側面図である。 図４は、比較例における摩擦攪拌接合工具を用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略断面図である。 図５は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具が、工具保持部材によって保持されている様子を模式的に示す概略斜視図である。 図６は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具を模式的に示す概略底面図である。 図７は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図８は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図９は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図１０は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図１１は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図１２は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図１３は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略底面図である。 図１４は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略底面図である。 図１５は、第１の実施形態の第１変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略底面図である。 図１６は、第１の実施形態の第２変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図１７は、第１の実施形態の第２変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図１８は、第１の実施形態の第３変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図１９は、第１の実施形態の第３変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図２０は、第１の実施形態の第４変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図２１は、第１の実施形態の第４変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図２２は、第１の実施形態の第５変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略斜視図である。 図２３は、第１の実施形態の第５変形例における摩擦攪拌接合工具の一部分を模式的に示す概略側面図である。 図２４は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具を用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略側面図である。 図２５は、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置を模式的に示す図である。 図２６は、実施形態における摩擦攪拌接合方法の一例を示すフローチャートである。 図２７は、接合工程に含まれる複数のサブステップの一例を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照して、実施形態における摩擦攪拌接合工具１、摩擦攪拌接合装置１００、および、摩擦攪拌接合方法について説明する。なお、以下の実施形態の説明において、同一の機能を有する部位、部材については同一の符号を付し、同一の符号が付された部位、部材についての繰り返しとなる説明は省略する。

（方向の定義）
　本明細書において、プローブ３の先端部３１からプローブ３の基端部３２に向かう方向を第１方向ＤＲ１と定義する（図２等を参照。）。本明細書において、第１方向ＤＲ１とは反対の方向を第２方向ＤＲ２と定義する。また、本明細書において、第１方向ＤＲ１を「上方」と定義し、第２方向ＤＲ２を「下方」と定義する。

（第１の実施形態）
　図１乃至図２４を参照して、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａについて説明する。図１は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａを模式的に示す概略斜視図である。図２は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図３は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａを用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略側面図である。なお、図３において、プローブ３とワークＷとの間の配置関係を把握可能にするために、ワークＷに挿入されたプローブ３が破線によって示されている。図４は、比較例における摩擦攪拌接合工具を用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略断面図である。図５は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａが、工具保持部材１０３によって保持されている様子を模式的に示す概略斜視図である。図６は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａを模式的に示す概略底面図である。図７は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図８は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図９および図１０は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図１１および図１２は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図１３および図１４は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略底面図である。図１５は、第１の実施形態の第１変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略底面図である。図１６は、第１の実施形態の第２変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図１７は、第１の実施形態の第２変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図１８は、第１の実施形態の第３変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図１９は、第１の実施形態の第３変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図２０は、第１の実施形態の第４変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図２１は、第１の実施形態の第４変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図２２は、第１の実施形態の第５変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略斜視図である。図２３は、第１の実施形態の第５変形例における摩擦攪拌接合工具１Ａの一部分を模式的に示す概略側面図である。図２４は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａを用いて、摩擦攪拌接合が行われている様子を模式的に示す概略側面図である。なお、図２４において、プローブ３とワークＷとの間の配置関係を把握可能にするために、ワークＷに挿入されたプローブ３が破線によって示されている。

　図１に例示されるように、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａは、ショルダ２と、プローブ３とを具備する。

　図２に記載の例では、ショルダ２は、ワーク（換言すれば、接合対象部材）に接触するショルダ面２１を有する。接合対象部材であるワークは、第１ワークと、第１ワークが接合される第２ワークとを含む。図３に記載の例では、第１ワークＷ１が、第２ワークＷ２に載置されている。この場合、ショルダ２のショルダ面２１は、第１ワークＷ１（より具体的には、第１ワークＷ１の上面）に接触するように配置される。

　プローブ３は、摩擦攪拌接合が実行される際に、ワークＷに挿入される。プローブ３は、ショルダ２から突出し、第１軸ＡＸまわりに回転可能である。プローブ３がワークＷに接触した状態で、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、ワークＷから軟化材料が形成される。より具体的は、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、プローブ３とワークＷとの間に摩擦熱が生じ、当該摩擦熱によりワークＷを構成する材料が軟化される。その結果、プローブ３の近傍において、ワークＷを構成する材料が軟化材料となる。また、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることによりワークＷから形成される軟化材料は、プローブ３と軟化材料との間の摩擦によって、塑性流動する。以下、「塑性流動」のことを、単に、「流動」という。

　図２に記載の例では、プローブ３の外周面３３ｓには、プローブ３の周方向ＤＲ３において、交互に、螺旋溝部３４と面取り部３５とが形成されている。

　図３に記載の例において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転するとき、螺旋溝部３４は、軟化材料Ｍを、上下方向に流動させる。より具体的には、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、螺旋溝部３４は、ワークＷから形成される軟化材料Ｍを、下方向に流動させる。

　螺旋溝部３４は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づく複数の溝Ｖ（換言すれば、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、第１方向ＤＲ１に向かう複数の溝Ｖ）を有する。当該複数の溝Ｖは、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、ワークＷから形成される軟化材料Ｍを、下方向に流動させる。

　また、図３に記載の例では、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転するとき、面取り部３５は、軟化材料Ｍを、プローブ３の周方向に沿う方向に流動させる。より具体的には、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、面取り部３５は、ワークＷから形成される軟化材料Ｍを、第１回転方向Ｒ１に流動させる。

　図３に記載の例では、プローブ３は、第１ワークＷ１および第２ワークＷ２の両方に接触している。この場合、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、面取り部３５は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料Ｍ１、および、第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料Ｍ２の各々を、プローブ３の周方向に沿う方向に、流動させる。こうして、第１軟化材料Ｍ１および第２軟化材料Ｍ２が、効果的に、摩擦攪拌され、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが、強固に接合される。なお、プローブ３とワークＷとの間の相対移動によって生じる摩擦熱は、プローブ３から多少離れた領域にも達する。このため、プローブ３が第１ワークＷ１のみに接触した状態で、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されても構わない。換言すれば、第２ワークＷ２は、プローブ３と第１ワークＷ１との間の相対移動によって生じる摩擦熱が届く位置にあればよく、プローブ３は、必ずしも、第２ワークＷ２に接触している必要はない。

　図２に記載の例では、プローブ３の先端部３１の端面３１０（換言すれば、プローブ３の先端部３１の第２方向ＤＲ２側の端面３１０）の一部には、面取り部３５に連なる傾斜面３７が形成されている。当該傾斜面３７は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づく傾斜面（換言すれば、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、第１方向ＤＲ１に向かう傾斜面）である。

　図３に記載の例では、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに、第１回転方向Ｒ１に回転すると、ワークＷから形成される軟化材料Ｍが、面取り部３５から傾斜面３７に誘導される（図２および図３における矢印ＡＲ１を参照。）。また、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに、第１回転方向Ｒ１に回転すると、傾斜面３７は、面取り部３５から傾斜面３７に誘導された軟化材料Ｍを、下方に誘導する（図３における矢印ＡＲ２を参照。）。以上のことから、プローブ３の先端部３１の周囲の軟化材料Ｍが、上方に移動することにより生じるフック部Ｆ（図４を参照）の形成が、防止、または、抑制される。

　比較例を示す図４に記載の例において、第１ワークＷ１を構成する第１材料が、第２ワークＷ２を構成する第２材料よりも軟質である場合を想定する。この場合、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されるとき、プローブ３の先端部３１の周囲の領域において、第２ワークＷ２を構成する第２材料は、より軟質な第１材料側に移動する。また、第２ワークＷ２を構成する第２材料が第１材料側に移動することにより、第２材料は、プローブ３の先端部３１の周囲に、上方に向かうフック部Ｆを形成する。このようなフック部Ｆが形成される場合、プローブ３の先端部３１の周囲の領域において、第１材料と第２材料との混合が不十分となり、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界に欠陥（すなわち、未接合部分）が生じやすい。

　第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａにおいて、プローブ３は、螺旋溝部３４と、面取り部３５とを有する。よって、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、螺旋溝部３４および面取り部３５は、ワークＷから形成される軟化材料Ｍを、上下方向およびプローブ３の周方向に沿う方向に、効果的に流動させることができる。当該流動により、第１ワークＷ１を構成する第１材料と、第２ワークＷ２を構成する第２材料とが良好に攪拌され、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが強固に接合される。

　また、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａにおいて、プローブ３の先端部３１の端面３１０の一部には、面取り部３５に連なる傾斜面３７が形成されている。傾斜面３７が面取り部３５に連なっていることにより、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、軟化材料Ｍが、面取り部３５から傾斜面３７に円滑に誘導される。また、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転されることにより、傾斜面３７は、面取り部３５から傾斜面３７に誘導された軟化材料Ｍを下方に誘導する。傾斜面３７によって軟化材料Ｍが下方に誘導されることにより、第１ワークＷ１を構成する第１材料と第２ワークＷ２を構成する第２材料とが、プローブ３の先端部３１の近傍の領域において良好に攪拌される。こうして、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが強固に接合される。

　加えて、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦攪拌接合工具１Ａによって重ね合わせ接合される場合においては、プローブ３の先端部３１の周囲に、上述のフック部Ｆが形成されにくくなる。その結果、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界に欠陥（すなわち、未接合部分）が生じにくくなる。

（任意付加的な構成）
　続いて、図１乃至図２４を参照して、第１の実施形態において採用可能な任意付加的な構成について説明する。

（基端部５）
　図１に記載の例では、摩擦攪拌接合工具１Ａは、基端部５と、プローブ３が配置される先端部とを有する。摩擦攪拌接合工具１Ａの基端部５は、摩擦攪拌接合装置の工具保持部材１０３（必要であれば、図５を参照。）によって保持される。

　図１に記載の例では、基端部５は、外周面５０ｔを有し、当該外周面５０ｔは、円弧面状の第１面５１ｔと、平面状の第２面５２ｔとを含む。当該第２面５２ｔは、固定ネジ等の固定部材の先端によって押圧される被押圧面として機能する。なお、基端部５の構成は、後述の第１変形例乃至第５変形例においても採用可能である。

（面取り部３５）
　図６に記載の例では、面取り部３５は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第１面取り部３５－１と、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第２面取り部３５－２とを含む。付加的に、面取り部３５は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第３面取り部３５－３を含んでいてもよいし、プローブ３の外周面３３ｓに形成されたその他の面取り部を含んでいてもよい。換言すれば、プローブ３の外周面３３ｓに形成された面取り部３５の数は、２個であってもよいし、３個であってもよいし、４個以上であってもよい。

　図７に記載の例では、第１面取り部３５－１は、プローブ３の先端部３１からショルダ２のショルダ面２１に向かって延在する。第１面取り部３５－１は、プローブ３の第１側面を構成する。

　図７に記載の例では、第１面取り部３５－１（換言すれば、プローブ３の第１側面）は、第１軸ＡＸに対して傾斜する傾斜面である。より具体的には、第１面取り部３５－１は、プローブ３の基端部３２から先端部３１に向かうにつれて、第１軸ＡＸに近づく傾斜面である。図７に記載の例では、第１面取り部３５－１は、平面状の面取り部であるが、第１面取り部３５－１は、凹面状の面取り部または凸面状の面取り部であってもよい。

　図７（または、図２２）に記載の例では、第１面取り部３５－１と第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α１（より具体的には、第１面取り部３５－１の上辺中心Ｅ１と第１面取り部３５－１の底辺中心Ｅ２とを結ぶ直線と、第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α１）は、０度より大きく４５度以下である。

　代替的に、図１８（または、図２０）に例示されるように、第１面取り部３５－１（換言すれば、プローブ３の第１側面）は、第１軸ＡＸと平行であってもよい。

　図７に記載の例では、第２面取り部３５－２は、プローブ３の先端部３１からショルダ２のショルダ面２１に向かって延在する。第２面取り部３５－２は、プローブ３の第２側面を構成する。

　図７に記載の例では、第２面取り部３５－２（換言すれば、プローブ３の第２側面）は、第１軸ＡＸに対して傾斜する傾斜面である。より具体的には、第２面取り部３５－２は、プローブ３の基端部３２から先端部３１に向かうにつれて、第１軸ＡＸに近づく傾斜面である。図７に記載の例では、第２面取り部３５－２は、平面状の面取り部であるが、第２面取り部３５－２は、凹面状の面取り部または凸面状の面取り部であってもよい。

　図７に記載の例では、第２面取り部３５－２と第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α２（より具体的には、第２面取り部３５－２の上辺中心と第２面取り部３５－２の底辺中心とを結ぶ直線と、第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α２）は、０度より大きく４５度以下である。

　代替的に、図１８（または、図２０）に例示されるように、第２面取り部３５－２（換言すれば、プローブ３の第２側面）は、第１軸ＡＸと平行であってもよい。

　なお、第１面取り部３５－１と第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α１は、第２面取り部３５－２と第１軸ＡＸに平行な直線との間のなす角度α２と同一であることが好ましい。しかし、当該角度α１は、当該角度α２と異なっていても構わない。

　図６に記載の例では、第３面取り部３５－３は、プローブ３の先端部３１からショルダ２のショルダ面２１に向かって延在する。第３面取り部３５－３は、プローブ３の第３側面を構成する。図６に記載の例では、第３面取り部３５－３は、第１軸ＡＸに対して傾斜する傾斜面である。より具体的には、第３面取り部３５－３は、プローブ３の基端部から先端部３１に向かうにつれて、第１軸ＡＸに近づく傾斜面である。代替的に、第３面取り部３５－３（換言すれば、プローブ３の第３側面）は、第１軸ＡＸと平行であってもよい。

　図７に記載の例では、第１面取り部３５－１の上辺（あるいは、第２面取り部３５－２の上辺）は、ショルダ面２１に接続され、第１面取り部３５－１の底辺（あるいは、第２面取り部３５－２の底辺）は、プローブ３の端面３１０に接続されている。代替的に、第１面取り部３５－１の上辺（あるいは、第２面取り部３５－２の上辺）は、ショルダ面２１から離間した位置に配置されていてもよい。

（螺旋溝部３４）
　図６に記載の例では、螺旋溝部３４は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第１螺旋溝部３４－１と、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第２螺旋溝部３４－２とを含む。付加的に、螺旋溝部３４は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された第３螺旋溝部３４－３を含んでいてもよいし、プローブ３の外周面３３ｓに形成されたその他の螺旋溝部を含んでいてもよい。換言すれば、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の数は、２個であってもよいし、３個であってもよいし、４個以上であってもよい。図６に記載の例では、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の数（例えば、３個）は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された面取り部３５の数（例えば、３個）と等しい。図６に記載の例では、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、複数の螺旋溝部３４と、複数の面取り部３５とによって、第１軸ＡＸ（あるいは、後述の中央面３８）を囲む閉じた領域ＲＥ（より具体的には、略三角形状の閉じた領域ＲＥ）が形成されている。

　図８に記載の例では、第１螺旋溝部３４－１は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれてショルダ面２１に近づく複数の第１溝Ｖ１を含み、第２螺旋溝部３４－２は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれてショルダ面２１に近づく複数の第２溝Ｖ２含む。また、第３螺旋溝部３４－３は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれてショルダ面２１に近づく複数の第３溝Ｖ３を含む。この場合、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに、第１回転方向Ｒ１に回転するとき、複数の第１溝Ｖ１、複数の第２溝Ｖ２、および、複数の第３溝Ｖ３は、プローブ３の回転によってワークＷから形成される軟化材料を下方に誘導する。

　図８に記載の例では、第１螺旋溝部３４－１に配置された複数の第１溝Ｖ１と、第２螺旋溝部３４－２に配置された複数の第２溝Ｖ２と、第３螺旋溝部３４－３に配置された複数の第３溝Ｖ３とが、協働して、螺旋溝として機能する。図８に記載の例では、複数の第２溝Ｖ２は、第２面取り部３５－２によって、複数の第１溝Ｖ１から分離されている。また、複数の第３溝Ｖ３は、第１面取り部３５－１によって、複数の第１溝Ｖ１から分離されている。

　図９に記載の例では、第１螺旋溝部３４－１は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第１面取り部３５－１と、第２面取り部３５－２との間に配置されている。第２螺旋溝部３４－２は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第２面取り部３５－２と、第３面取り部３５－３との間に配置されている。また、第３螺旋溝部３４－３は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第３面取り部３５－３と、第１面取り部３５－１との間に配置されている。

（プローブ３の先端部３１の端面３１０）
　図６に記載の例では、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、中央面３８と、中央面３８と比較して、第１軸ＡＸから遠い位置に配置される少なくとも１つの傾斜面３７と、を含む。図６に記載の例では、複数の傾斜面（３７－１、３７－２、３７－３）の各々が、中央面３８の外縁部よりも、第１軸ＡＸから遠い位置に配置されている。なお、図６において、プローブ３の先端部３１の端面３１０を把握し易くするために、当該端面３１０に、ドットによるハッチングが付加されている。

　図６に記載の例では、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、複数の螺旋溝部３４と複数の面取り部３５とによって形成される閉じた領域ＲＥ（より具体的には、略三角形状の閉じた領域ＲＥ）によって囲まれている。

（中央面３８）
　図７に記載の例では、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、第１軸ＡＸが通過する中央面３８を含む。図７に記載の例では、中央面３８は、平面である。代替的に、中央面３８は、曲面（例えば、凸曲面または凹曲面）であってもよい。図７に記載の例では、中央面３８は、複数の傾斜面３７の各々よりも、第２方向ＤＲ２側（換言すれば、ショルダ面２１から遠い側）に配置されている。

　中央面３８は、軟化材料Ｍ（必要であれば、図３を参照。）が、上方に流動することを抑制する。より具体的には、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、中央面３８は、傾斜面３７によって下方に流動された軟化材料Ｍが、その後上方に流動することを抑制する。

（傾斜面３７）
　図７に記載の例では、傾斜面３７は、第１傾斜面３７－１と、第２傾斜面３７－２とを含む。付加的に、傾斜面３７は、第３傾斜面３７－３を含んでいてもよいし、その他の傾斜面を含んでいてもよい。換言すれば、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された傾斜面の数は、２個であってもよいし、３個であってもよいし、４個以上であってもよい。

　図７に記載の例では、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された傾斜面３７の数（例えば、３個）は、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の数（例えば、３個）と等しい。

　図７に記載の例では、傾斜面３７は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づくように傾斜している（換言すれば、傾斜面３７は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、第１方向ＤＲ１に向かう面である。）。この場合、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、傾斜面３７は、ワークから形成される軟化材料を下方に誘導する（矢印ＡＲ２を参照。）。

　より具体的には、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された第１傾斜面３７－１は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づくように傾斜しており、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された第２傾斜面３７－２は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づくように傾斜している。また、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された第３傾斜面３７－３は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、ショルダ面２１に近づくように傾斜している。

　図７に記載の例では、第１傾斜面３７－１、第２傾斜面３７－２、および、第３傾斜面３７－３の各々は、平面状の傾斜面である。代替的に、第１傾斜面３７－１、第２傾斜面３７－２、第３傾斜面３７－３の各々は、凹面状の傾斜面または凸面状の傾斜面であってもよい。

　図９に記載の例では、傾斜面３７は、段差面３９を介して、中央面３８の外縁部３８ｕに接続されている。より具体的には、第１傾斜面３７－１は、第１段差面３９－１を介して、中央面３８の第１外縁部３８ｕ－１に接続され、第２傾斜面３７－２は、第２段差面３９－２を介して、中央面３８の第２外縁部３８ｕ－２に接続されている。また、第３傾斜面３７－３は、第３段差面３９－３を介して、中央面３８の第３外縁部３８ｕ－３に接続されている。

　段差面３９は、軟化材料Ｍ（必要であれば、図３を参照。）を、プローブ３の周方向に沿う方向に流動させる。より具体的には、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転するとき、段差面３９は、軟化材料Ｍを第１回転方向Ｒ１に流動させる。段差面３９が第１回転方向Ｒ１に回転することにより、面取り部３５から軟化材料Ｍに与えられた第１回転方向Ｒ１への運動量の少なくとも一部が維持される。

　なお、段差面３９は、省略されてもよい。この場合、傾斜面３７と中央面３８とは、段差を介さず滑らかに接続される。

　図６に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、傾斜面３７の延在方向（換言すれば、傾斜面３７の長手方向）は、第１軸ＡＸまわりの周方向に沿う方向である。また、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、傾斜面３７の幅方向は、第１軸ＡＸからの放射方向に沿う方向である。より具体的には、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、第１傾斜面３７－１の延在方向は、第１軸ＡＸまわりの周方向に沿う方向であり、第１傾斜面３７－１の幅方向は、第１軸ＡＸからの放射方向に沿う方向である。また、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、第２傾斜面３７－２の延在方向は、第１軸ＡＸまわりの周方向に沿う方向であり、第２傾斜面３７－２の幅方向は、第１軸ＡＸからの放射方向に沿う方向である。また、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、第３傾斜面３７－３の延在方向は、第１軸ＡＸまわりの周方向に沿う方向であり、第３傾斜面３７－３の幅方向は、第１軸ＡＸからの放射方向に沿う方向である。

　図６に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向に見て（より具体的には、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て）、第１傾斜面３７－１、第２傾斜面３７－２、および、第３傾斜面３７－３の各々は、略円弧状の外縁と略直線状の内縁とによって囲まれた形状を有する。代替的に、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、各傾斜面３７は、他の形状を有していてもよい。

　図１０に記載の例では、第１傾斜面３７－１は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第１面取り部３５－１と、第２面取り部３５－２との間に配置されている。より具体的には、第１傾斜面３７－１の第１端部３７ａ－１は、第１面取り部３５－１に連なり、第１傾斜面３７－１の第２端部３７ｂ－１は、第２面取り部３５－２に連なる。

　図１０に記載の例において、プローブ３がワークに挿入された状態で、プローブ３が、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転する場合を想定する。この場合、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転される際にワークＷから形成される軟化材料は、第１面取り部３５－１から第１傾斜面３７－１に誘導され（矢印ＡＲ１を参照。）、第１傾斜面３７－１は、第１面取り部３５－１から第１傾斜面３７－１に誘導された軟化材料を、下方に誘導する（矢印ＡＲ２を参照。）。また、第１傾斜面３７－１は、第１面取り部３５－１から第１傾斜面３７－１に誘導された軟化材料の一部を、第２面取り部３５－２に誘導する（矢印ＡＲ３を参照。）。よって、軟化材料が第１傾斜面３７－１の近傍に留まることに起因して、第１傾斜面３７－１の能力（より具体的には、軟化材料を下方に誘導する能力）が損なわれることが防止される。

　図１０に記載の例では、第２傾斜面３７－２は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第２面取り部３５－２と、第３面取り部３５－３との間に配置されている。より具体的には、第２傾斜面３７－２の第１端部３７ａ－２は、第２面取り部３５－２に連なり、第２傾斜面３７－２の第２端部３７ｂ－２は、第３面取り部３５－３に連なる。また、図１０に記載の例では、第３傾斜面３７－３は、プローブ３の周方向ＤＲ３に沿う方向において、第３面取り部３５－３と、第１面取り部３５－１との間に配置されている。より具体的には、第３傾斜面３７－３の第１端部３７ａ－３は、第３面取り部３５－３に連なり、第３傾斜面３７－３の第２端部３７ｂ－３は、第１面取り部３５－１に連なる。

　図８に記載の例では、側面視において、第１面取り部３５－１と、第１傾斜面３７－１と、第２面取り部３５－２とが、略Ｕ字形状を形成するように配置されている。換言すれば、側面視において、第１面取り部３５－１と、第１傾斜面３７－１と、第２面取り部３５－２とによって、Ｕ字形状部Ｐ１が形成されている。第１面取り部３５－１および第２面取り部３５－２は、当該Ｕ字形状部Ｐ１の２つの側部を構成し、第１傾斜面３７－１は、当該Ｕ字形状部Ｐ１の底辺を構成する。

　図８に記載の例では、側面視において、第１面取り部３５－１と、第１傾斜面３７－１と、第２面取り部３５－２とによって形成されたＵ字形状部Ｐ１の内側領域に、第１螺旋溝部３４－１が配置されている。この場合、上述のＵ字形状部Ｐ１の底辺を構成する第１傾斜面３７－１は、第１面取り部３５－１から第２面取り部３５－２に向けて、ワークから形成される軟化材料の一部を誘導することができ、上述のＵ字形状部Ｐ１の内側領域に配置される第１螺旋溝部３４－１は、第１面取り部３５－１から第２面取り部３５－２に向けて、ワークから形成される軟化材料の他の一部を誘導することができる。

　また、図８に記載の例では、側面視において、第１螺旋溝部３４－１は、第１面取り部３５－１と、第１傾斜面３７－１と、第２面取り部３５－２と、ショルダ２とによって囲まれている。この場合、ワークから形成される軟化材料の上方への移動がショルダ２によって規制された状態で、第１螺旋溝部３４－１および第１傾斜面３７－１は、第１面取り部３５－１から第２面取り部３５－２に向けて、軟化材料を円滑に誘導することができる。

　側面視において、第２面取り部３５－２と、第２傾斜面３７－２と、第３面取り部３５－３とによって、第２のＵ字形状部が形成されていてもよい。また、当該第２のＵ字形状部の内側領域に、第２螺旋溝部３４－２が配置されていてもよい。更に、側面視において、第２螺旋溝部３４－２は、第２面取り部３５－２と、第２傾斜面３７－２と、第３面取り部３５－３と、ショルダ２とによって囲まれていてもよい。

　側面視において、第３面取り部３５－３と、第３傾斜面３７－３と、第１面取り部３５－１とによって、第３のＵ字形状部が形成されていてもよい。また、当該第３のＵ字形状部の内側領域に、第３螺旋溝部３４－３が配置されていてもよい。更に、側面視において、第３螺旋溝部３４－３は、第３面取り部３５－３と、第３傾斜面３７－３と、第１面取り部３５－１と、ショルダ２とによって囲まれていてもよい。

　図１１に記載の例では、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する傾斜面３７の傾斜角度は、１度以上３０度以下である。より具体的には、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する、第１傾斜面３７－１の上端Ｅ３と第１傾斜面３７－１の下端Ｅ４とを結ぶ直線の傾斜角度βは、例えば、１度以上３０度以下である。傾斜角度βが１度以上３０度以下である場合には、ワークから形成される軟化材料が、傾斜面３７によって、適度な速度で下方に誘導される。ただし、実施形態において、上述の傾斜角度βは、１度以上３０度以下に限定されない。

　図１１に記載の例では、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１傾斜面３７－１の傾斜角度βは、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１螺旋溝部３４－１の第１溝Ｖ１の傾斜角度よりも大きい。より具体的には、側面視において、第１傾斜面３７－１と第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬとの間のなす角度は、第１螺旋溝部３４－１の第１溝Ｖ１の延在方向と第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬとの間のなす角度よりも大きい。代替的に、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１傾斜面３７－１の傾斜角度βは、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１螺旋溝部３４－１の第１溝Ｖ１の傾斜角度よりも小さくてもよい。更に代替的に、両傾斜角度は、互いに等しくてもよい。

　第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第２傾斜面３７－２の傾斜角度は、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１傾斜面３７－１の傾斜角度βと略等しいことが好ましい。また、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第３傾斜面３７－３の傾斜角度は、第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬに対する第１傾斜面３７－１の傾斜角度βと略等しいことが好ましい。

　図１２に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向における傾斜面３７（例えば、第１傾斜面３７－１）の高低差は、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下（あるいは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下）である。より具体的には、第１傾斜面３７－１の上端Ｅ３をとおり第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬ１と、第１傾斜面３７－１の下端Ｅ４をとおり第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬ２との間の間隔Ｈ１は、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下（あるいは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下）である。当該間隔Ｈが、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である場合には、ワークから形成される軟化材料が、傾斜面３７によって、適度な速度で下方に誘導される。ただし、実施形態において、上述の間隔Ｈ１は、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下に限定されない。

　図１２に記載の例では、中央面３８（すなわち、プローブ３の先端部３１の端面の中央面３８）は、第１傾斜面３７－１の下端Ｅ４よりも、更に下方に位置する。第１傾斜面３７－１の下端Ｅ４をとおり第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬ２と、プローブ３の最下端をとおり第１軸ＡＸに垂直な面ＰＬ３との間の間隔Ｈ２は、上述の間隔Ｈ１より小さくてもよい。

　図１３に記載の例では、傾斜面３７の外側側縁３７ｕは、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、螺旋溝部３４とオーバーラップしている。より具体的には、第１傾斜面３７－１の第１外側側縁３７ｕ－１は、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、第１螺旋溝部３４－１とオーバーラップしている。第２傾斜面３７－２の第２外側側縁３７ｕ－２は、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、第２螺旋溝部３４－２とオーバーラップしている。また、第３傾斜面３７－３の第３外側側縁３７ｕ－３は、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、第３螺旋溝部３４－３とオーバーラップしている。

　図１３に記載の例では、傾斜面３７の内側側縁３７ｎと第１軸ＡＸとの間の距離は、螺旋溝部３４の最内縁と第１軸ＡＸとの間の距離よりも小さい。なお、図１３において、螺旋溝部３４の最内縁は、破線の円によって示されている。

　図１３に記載の例では、第１傾斜面３７－１の内側側縁３７ｎ－１と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ１は、第１螺旋溝部３４－１の最内縁と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ２よりも小さい。第２傾斜面３７－２の内側側縁３７ｎ－２と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ３は、第２螺旋溝部３４－２の最内縁と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ４よりも小さい。また、第３傾斜面３７－３の内側側縁３７ｎ－３と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ５は、第３螺旋溝部３４－３の最内縁と第１軸ＡＸとの間の距離Ｌ６よりも小さい。

　第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、傾斜面３７の外側側縁３７ｕと螺旋溝部３４とがオーバーラップする場合、第１方向ＤＲ１に沿う方向に見て、螺旋溝部３４および傾斜面３７の合計サイズを小さくすることができる。よって、プローブ３のサイズが大型化しない。また、傾斜面３７の内側側縁３７ｎと第１軸ＡＸとの間の距離が、螺旋溝部３４の最内縁と第１軸ＡＸとの間の距離よりも小さい場合、傾斜面３７の面積が十分に確保される。よって、傾斜面３７が軟化材料を下方に誘導する能力が十分に確保される。

（プローブ３の端面３１０の形状）
　図１４に記載の例では、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、３つの傾斜面（３７－１、３７－２、３７－３）と、中央面３８と、を有する。図１４に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、略三角形形状を有する。なお、図１４において、プローブ３の先端部３１の端面３１０の形状を把握し易くするために、当該端面３１０に、ドットによるハッチングが付加されている。

　図１４に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、中央面３８は、略六角形形状を有する。また、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、当該略六角形形状の３辺は、中央面３８と３つの傾斜面３７との間の境界（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）を規定し、当該略六角形形状の他の３辺は、中央面３８と３つの面取り部３５との間の境界（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を規定する。

　代替的に、第１の実施形態の第１変形例では、図１５に例示されるように、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、プローブ３の先端部３１の端面３１０は、略四角形形状を有し、中央面３８は、略八角形形状を有する。なお、図１５において、プローブ３の先端部３１の端面３１０の形状を把握し易くするために、当該端面３１０に、ドットによるハッチングが付加されている。

　図１５に記載の例では、第１軸ＡＸに沿う方向に見て、中央面３８の４辺（換言すれば、上述の略八角形形状の４辺）は、中央面３８と４つの傾斜面３７との間の境界（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）を規定し、中央面３８の他の４辺（換言すれば、上述の略八角形形状の他の４辺）は、中央面３８と４つの面取り部３５との間の境界（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を規定する。

　複数の傾斜面３７の総面積（図１４に記載の例では、第１傾斜面３７－１の面積と、第２傾斜面３７－２の面積と、第３傾斜面３７－３の面積との合計）は、中央面３８の面積の１／５以上であることが好ましい。複数の傾斜面３７の総面積が、中央面３８の面積の１／５以上であることにより、傾斜面３７が軟化材料を下方に誘導する能力が十分に確保される。また、複数の傾斜面３７の総面積は、中央面３８の面積の２／３以下であることが好ましい。複数の傾斜面３７の総面積が、中央面３８の面積の２／３以下であることにより、軟化材料の下方への流動が過剰にならない。ただし、実施形態は、複数の傾斜面３７の総面積が、中央面３８の面積の１／５以上２／３以下である態様に限定されない。

（プローブ３の先端部３１）
　図９に記載の例では、プローブ３の先端部３１は、傾斜面３７と、第１軸ＡＸが通過する中央面３８と、傾斜面３７と中央面３８とを接続する段差面３９とを有する。段差面３９は、第１軸ＡＸに平行な面であってもよいし、第１軸ＡＸに対して傾斜する面であってもよい。また、段差面３９は、平面であってもよいし、曲面（例えば、凸曲面あるいは凹曲面）であってもよい。

　図９に記載の例では、プローブ３の先端部３１は、第１傾斜面３７－１と、第１軸ＡＸが通過する中央面３８と、第１傾斜面３７－１と中央面３８とを接続する第１段差面３９－１とを有する。図９に記載の例では、第１段差面３９－１は、第１傾斜面３７－１、中央面３８、第１面取り部３５－１、および、第２面取り部３５－２の各々と接する。換言すれば、第１段差面３９－１と第１傾斜面３７－１との間に第１境界線Ｄ１が配置され、第１段差面３９－１と中央面３８との間に第２境界線Ｄ２が配置され、第１段差面３９－１と第１面取り部３５－１との間に第３境界線Ｄ３が配置され、第１段差面３９－１と第２面取り部３５－２との間に第４境界線Ｄ４が配置されている。図９に記載の例では、第３境界線Ｄ３の長さは、第４境界線Ｄ４の長さよりも長い。また、図９に記載の例では、第１境界線Ｄ１の長さは、第２境界線Ｄ２の長さよりも僅かに長い。

　図９に記載の例では、プローブ３の先端部３１は、第２傾斜面３７－２と、第２傾斜面３７－２と中央面３８とを接続する第２段差面３９－２とを有する。図９に記載の例では、第２段差面３９－２は、第２傾斜面３７－２、中央面３８、第２面取り部３５－２、および、第３面取り部３５－３の各々と接する。換言すれば、第２段差面３９－２と第２傾斜面３７－２との間に第５境界線Ｄ５が配置され、第２段差面３９－２と中央面３８との間に第６境界線Ｄ６が配置され、第２段差面３９－２と第２面取り部３５－２との間に第７境界線Ｄ７が配置され、第２段差面３９－２と第３面取り部３５－３との間に第８境界線Ｄ８が配置されている。図９に記載の例では、第７境界線Ｄ７の長さは、第８境界線Ｄ８の長さよりも長い。また、図９に記載の例では、第５境界線Ｄ５の長さは、第６境界線Ｄ６の長さよりも僅かに長い。

　図９に記載の例では、プローブ３の先端部３１は、第３傾斜面３７－３と、第３傾斜面３７－３と中央面３８とを接続する第３段差面３９－３とを有する。

（ショルダ２）
　図１に記載の例では、ショルダ２は、摩擦攪拌接合工具１Ａの基端部５と、プローブ３との間に配置されている。図３に記載の例では、ショルダ２は、ワークに接触するショルダ面２１を有する。ショルダ面２１は、ショルダ２の第２方向ＤＲ２側の端面である。ショルダ面２１は、プローブ３の回転によって軟化される材料（すなわち、ワークを構成する材料）を平坦にする。図３に記載の例では、ショルダ面２１は、第１軸ＡＸに対して略垂直である。代替的に、ショルダ面２１は、第１軸ＡＸに対して傾斜していてもよい。

　図３に記載の例では、ショルダ２は、プローブ３と一体的に第１軸ＡＸまわりに回転可能である。ショルダ２は、プローブ３と一体的に形成されていてもよい。代替的に、ショルダ２は、プローブ３に固定されていてもよい。更に代替的に、ショルダ２は、第１軸ＡＸまわりに回転しない固定ショルダであってもよい。この場合、プローブ３は、ショルダ２に対して、第１軸ＡＸまわりに相対回転する。

　第１の実施形態の第２変形例では、図１６に例示されるように、ショルダ面２１に、少なくとも１つのスパイラル溝２３が形成されている。図１６に記載の例では、当該少なくとも１つのスパイラル溝２３は、第１回転方向Ｒ１に向かうにつれて、第１軸ＡＸから遠ざかる溝である。

　図１６に記載の例において、ショルダ面２１にワークが接触した状態で、ショルダ２が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転する場合を想定する。この場合、プローブ３およびショルダ２の回転によって軟化される材料（すなわち、ワークを構成する材料）の一部は、少なくとも１つのスパイラル溝２３に沿って、第１軸ＡＸに近づく方向に誘導される。こうして、少なくとも１つのスパイラル溝２３は、プローブ３に向けて、ワークから形成される軟化材料を供給する。少なくとも１つのスパイラル溝２３によってプローブ３に向かって供給される軟化材料は、プローブ３の螺旋溝部３４によって下方に流動され、且つ、プローブ３の面取り部３５によって第１回転方向Ｒ１に流動される。また、プローブ３の先端部３１では、面取り部３５から傾斜面３７に軟化材料が誘導され、当該傾斜面３７は、軟化材料を下方に誘導する。

　以上のとおり、少なくとも１つのスパイラル溝２３、螺旋溝部３４、面取り部３５、および、傾斜面３７によって、軟化材料の円滑な流れが形成され、第１ワークＷ１を構成する第１材料と第２ワークＷ２を構成する第２材料とが円滑に攪拌される。その結果、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが強固に接合される。

　図１６に記載の例では、ショルダ面２１に形成されるスパイラル溝２３の数が２個である。代替的に、ショルダ面２１に形成されるスパイラル溝２３の数は、１個、あるいは、３個以上であってもよい。なお、スパイラル溝２３の構成は、上述の第１変形例、あるいは、後述の各変形例においても採用可能である。

（プローブ３の全体形状）
　図１６および１７に記載の例では、プローブ３は、先細り形状を有する。より具体的には、図１６および図１７に記載の例では、プローブ３の全体形状は、面取り部３５による切り欠き部分を除くと略円錐台形状を有する。換言すれば、プローブ３の全体形状は、略円錐台形状が、複数の面取り部３５によって切り欠かれた形状を有する。図１６および図１７に記載の例では、プローブ３の外径は、先端に向かうにつれて小さくなる。また、図１６および図１７に記載の例では、プローブ３の各面取り部３５は、先端に向かうにつれて（換言すれば、第２方向ＤＲ２に向かうにつれて）、第１軸ＡＸに近づく面によって構成されている。

　図１８および図１９を参照して、第１の実施形態の第３変形例について説明する。図１８および図１９に記載の例では、プローブ３は、先細り形状を有する。より具体的には、図１８および図１９に記載の例では、プローブ３の全体形状は、面取り部３５による切り欠き部分を除くと略円錐台形状を有する。換言すれば、プローブ３の全体形状は、略円錐台形状が、複数の面取り部３５によって切り欠かれた形状を有する。図１８および図１９に記載の例では、プローブ３の外径は、先端に向かうにつれて小さくなる。また、図１８および図１９に記載の例では、プローブ３の各面取り部３５は、第１軸ＡＸに略平行な面によって構成されている。

　図１６乃至図１９に例示されるように、プローブ３が、先細り形状を有する場合、プローブ３をワークＷに挿入する際の挿入抵抗が小さくて済む。

　図２０および図２１を参照して、第１の実施形態の第４変形例について説明する。図２０および図２１に記載の例では、プローブ３の全体形状は、面取り部３５による切り欠き部分を除くと略円柱形状を有する。換言すれば、プローブ３の全体形状は、略円柱形状が、複数の面取り部３５によって切り欠かれた形状を有する。また、図２０および図２１に記載の例では、プローブ３の各面取り部３５は、第１軸ＡＸに略平行な面によって構成されている。

　図２２および図２３を参照して、第１の実施形態の第５変形例について説明する。図２２および図２３に記載の例では、プローブ３の全体形状は、面取り部３５による切り欠き部分を除くと略円柱形状を有する。換言すれば、プローブ３の全体形状は、略円柱形状が、複数の面取り部３５によって切り欠かれた形状を有する。また、図２２および図２３に記載の例では、プローブ３の各面取り部３５は、先端に向かうにつれて（換言すれば、第２方向ＤＲ２に向かうにつれて）、第１軸ＡＸに近づく面によって構成されている。

　図２０乃至図２３に例示されるように、プローブ３の太さが、第２方向ＤＲ２に沿う方向において、略一定である場合、プローブ３が先細り形状を有する場合と比較して、プローブ３の先端部３１によって攪拌される領域が大きくなる。よって、図２０乃至図２３に例示されるプローブ３が使用される場合、摩擦攪拌がより広範に行われ、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とがより強固に接合される。

（ワークＷ）
　図３に記載の例では、ワークＷは、第２ワークＷ２の上に第１ワークＷ１が積み重ねられた状態のワークである。図３に記載の例では、第２ワークＷ２の上面ＷＵに、第１ワークＷ１の下面ＷＬが接触配置されている。

　第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａは、プローブ３の先端部３１の端面３１０に設けられた傾斜面３７が、軟化材料を下方に誘導する能力を有する。当該能力は、第２ワークＷ２の上面ＷＵと第１ワークＷ１の下面ＷＬとが摩擦攪拌接合される際に有用である。より具体的には、傾斜面３７は、プローブ３の先端部３１の周囲において、第２ワークＷ２を構成する第２材料が、第１ワークＷ１に向かって、局所的に上方に流動することを抑制する。こうして、傾斜面３７は、図４に例示されるフック部Ｆの形成を、防止または抑制する。その結果、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界に欠陥（すなわち、未接合部分）が生じにくくなる。

　図３に記載の例において、第１ワークＷ１を構成する第１材料は、第１ワークＷ１の下方に配置される第２ワークＷ２を構成する第２材料よりも軟質であってもよい。第１ワークＷ１を構成する第１材料が、第２ワークＷ２を構成する第２材料よりも軟質である場合、プローブ３の先端部３１の周囲の領域において、第２ワークＷ２を構成する第２材料が、第１ワークＷ１に向かって、局所的に上方に流動し易くなる。しかし、第１の実施形態では、傾斜面３７によって、第１材料に向かう方向への第２材料の局所的な流動が抑制されるため、第１材料が相対的に軟質である場合においても、上述のフック部Ｆの形成が、効果的に、防止または抑制される。

　第２ワークＷ２を構成する第２材料は任意であるが、当該第２材料の一例として、アルミニウム合金等の金属材料が例示される。第２ワークＷ２は、アルミニウム合金によって構成された鋳造物であってもよい。第１ワークＷ１を構成する第１材料は任意であるが、第１材料の一例として、第２材料よりも軟質な金属材料が例示される。第１材料は、アルミニウム合金よりも軟質な純アルミであってもよい。第１ワークＷ１は、アルミニウムによって構成された圧延部材であってもよい。

　図２４に記載の例では、ワークＷは、第１ワークＷ１の側面と第２ワークＷ２の側面とが互いに接触した状態のワークである。この場合、第１ワークＷ１の側面と、第２ワークＷ２の側面とが、摩擦攪拌接合工具１Ａによって、摩擦攪拌接合される。

　図２４に記載の例では、第１ワークＷ１および第２ワークＷ２が、ワーク支持部材１０１に載置されている。また、図２４に記載の例では、プローブ３の先端部３１が、ワーク支持部材１０１の上面から離間した状態で、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転される。この場合、ワーク支持部材１０１から近い領域（換言すれば、ワーク支持部材１０１よりも僅かに上方の領域）には、プローブ３の先端部３１が達しない。

　第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａは、プローブ３の先端部３１の端面３１０に設けられた傾斜面３７を有する。当該傾斜面３７は、軟化材料が第１軸ＡＸまわりの周方向に流動することを許容しつつ、軟化材料を下方に誘導する。このため、プローブ３の先端部３１とワーク支持部材１０１との間の領域においても、第１ワークＷ１を構成する第１材料と、第２ワークＷ２を構成する第２材料とが、効果的に攪拌される。換言すれば、ワーク支持部材１０１よりも僅かに上方の領域においても、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の接合不良が生じない。

（第２の実施形態）
　図１乃至図２５を参照して、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００について説明する。図２５は、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００を模式的に示す図である。

　摩擦攪拌接合装置１００は、摩擦攪拌接合工具１、ワーク支持部材１０１、摩擦攪拌接合工具１を保持する工具保持部材１０３、工具保持部材１０３をワーク支持部材１０１に対して相対移動させる第１駆動装置１０５、プローブ３（あるいは、摩擦攪拌接合工具１の全体）を第１軸ＡＸまわりに回転させる第２駆動装置１０７、および、制御装置１０９を具備する。

　工具保持部材１０３によって保持される摩擦攪拌接合工具１は、第１の実施形態において説明された摩擦攪拌接合工具１Ａである。摩擦攪拌接合工具１Ａは、基端部５（必要であれば、図１を参照。）と、先端部に配置されるプローブ３と、基端部５とプローブ３との間に配置されるショルダ２と、を有する。摩擦攪拌接合工具１Ａについては、第１の実施形態（第１の実施形態の各変形例を含む。）において説明済みであるため、摩擦攪拌接合工具１Ａについての繰り返しとなる説明は省略する。

　ワーク支持部材１０１は、加工対象物（より具体的には、接合対象物）であるワークＷを支持する。ワーク支持部材１０１は、例えば、ワークＷが固定される支持テーブルである。図２５に記載の例では、第２ワークＷ２の上に第１ワークＷ１が積み重ねられた状態のワークＷが、ワーク支持部材１０１（支持テーブル）によって支持されている。この場合、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦攪拌接合工具１によって重ね合わせ接合される。より具体的には、図２５に記載の例では、第２ワークＷ２の上面と第１ワークＷ１の下面とが、摩擦攪拌接合工具１によって接合される。

　代替的に、第１ワークＷ１の側面と第２ワークＷ２の側面とが互いに接触した状態で、第１ワークＷ１の側面と第２ワークＷ２の側面とが、摩擦攪拌接合工具１によって接合されてもよい（必要であれば、図２４を参照。）。

　図２５に記載の例では、摩擦攪拌接合装置１００は、ベース１０２と、ワーク支持部材１０１をベース１０２に対して相対移動させる駆動装置１０５ａ（例えば、支持テーブル駆動装置）を備える。当該駆動装置１０５ａは、工具保持部材１０３をワーク支持部材１０１に対して相対移動させる第１駆動装置１０５のうちの１つである。

　工具保持部材１０３は、摩擦攪拌接合工具１を保持する。工具保持部材１０３は、摩擦攪拌接合装置１００のフレーム１０４に対して、着脱可能であることが好ましい。

　図２５に記載の例では、摩擦攪拌接合装置１００は、第２ベース１０６と、工具保持部材１０３を第２ベース１０６に対して相対移動させる駆動装置１０５ｂを備える。当該駆動装置１０５ｂは、工具保持部材１０３をワーク支持部材１０１に対して相対移動させる第１駆動装置１０５のうちの１つである。

　第１駆動装置１０５は、工具保持部材１０３をワーク支持部材１０１に対して相対移動させる装置である。図２５に記載の例では、第１駆動装置１０５は、ワーク支持部材１０１をベース１０２に対して相対移動させる駆動装置１０５ａ、および、工具保持部材１０３を第２ベース１０６に対して相対移動させる駆動装置１０５ｂを含む。代替的に、第１駆動装置１０５は、駆動装置１０５ａおよび駆動装置１０５ｂのうちの一方のみを備えていてもよい。

　図２５に記載の例では、駆動装置１０５ａは、ワーク支持部材１０１を、水平面に沿う方向（換言すれば、ＸＹ平面に沿う方向）に移動させる装置である。

　図２５に記載の例では、駆動装置１０５ｂは、工具保持部材１０３を、３次元的に移動させる装置である。換言すれば、駆動装置１０５ｂは、工具保持部材１０３をＸ軸に沿う方向に移動させることができ、工具保持部材１０３をＹ軸に沿う方向に移動させることができ、工具保持部材１０３をＺ軸に沿う方向に移動させることができる。図２５に記載の例では、Ｚ軸は、鉛直方向に沿う方向であり、第１方向ＤＲ１に平行な方向である。

　第２駆動装置１０７は、プローブ３（あるいは、摩擦攪拌接合工具１の全体）を第１軸ＡＸまわりに回転駆動する。

　制御装置１０９は、第１駆動装置１０５および第２駆動装置１０７を制御する。図２５に記載の例では、制御装置１０９は、第１駆動装置１０５を制御する第１駆動装置制御手段１０９ａと、第２駆動装置１０７を制御する第２駆動装置制御手段１０９ｂとを備える。

　第１駆動装置１０５が制御装置１０９（より具体的には、第１駆動装置制御手段１０９ａ）から制御信号を受信すると、第１駆動装置１０５は、ワーク支持部材１０１および／または工具保持部材１０３を移動させる。換言すれば、第１駆動装置１０５が制御装置１０９から制御信号を受信すると、第１駆動装置１０５は、工具保持部材１０３をワーク支持部材１０１に対して相対移動させる。

　第２駆動装置１０７が制御装置１０９（より具体的には、第２駆動装置制御手段１０９ｂ）から制御信号を受信すると、第２駆動装置１０７は、プローブ３（あるいは、摩擦攪拌接合工具１の全体）を第１軸ＡＸまわりに回転させる。

　図２５に記載の例では、制御装置１０９は、プログラムおよびデータを記憶する記憶装置１０９１（換言すれば、メモリ）を備える。記憶装置１０９１に記憶されたプログラムを制御装置１０９が実行することにより、当該制御装置１０９は、上述の第１駆動装置制御手段１０９ａおよび／または第２駆動装置制御手段１０９ｂとして機能する。

　図２５に記載の例では、摩擦攪拌接合装置１００は、制御装置１０９に制御パラメータ等を入力する入力装置１０８を備える。

　摩擦攪拌接合装置１００は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａを備える。このため、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａと同様の効果を奏することができる。

　第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００は、摩擦攪拌接合に特化した専用の装置であってもよい。代替的に、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００は、切削加工等を実行可能な複合加工機の一部によって構成されていてもよい。

（摩擦攪拌接合方法）
　図１乃至図２７を参照して、実施形態における摩擦攪拌接合方法について説明する。図２６は、実施形態における摩擦攪拌接合方法の一例を示すフローチャートである。図２７は、接合工程に含まれる複数のサブステップの一例を示すフローチャートである。

　実施形態における摩擦攪拌接合方法において使用される摩擦攪拌接合工具１は、第１の実施形態における摩擦攪拌接合工具１Ａであってもよいし、その他の摩擦攪拌接合工具であってもよい。また、実施形態における摩擦攪拌接合方法は、第２の実施形態における摩擦攪拌接合装置１００を用いて実行されてもよいし、その他の摩擦攪拌接合装置を用いて実行されてもよい。摩擦攪拌接合工具１の各構成要素、および、摩擦攪拌接合装置１００の各構成要素については、第１の実施形態、および、第２の実施形態において、それぞれ説明済みであるため、摩擦攪拌接合工具１の各構成要素、および、摩擦攪拌接合装置１００の各構成要素についての繰り返しとなる説明は省略する。

　第１ステップＳＴ１において、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを含むワークＷが準備される。第１ステップＳＴ１は、準備工程である。第１ワークＷ１を構成する第１材料は、例えば、第２ワークＷ２を構成する第２材料とは異なる材料である。第１ワークＷ１を構成する第１材料は、第２ワークＷ２を構成する第２材料よりも軟質であってもよい。代替的に、第１ワークＷ１を構成する第１材料の硬度と、第２ワークＷ２を構成する第２材料の硬度とは、略等しくてもよい。

　第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との重ね合わせ接合（以下、単に、「重ね合わせ接合」という。）が実行される場合には、準備工程において、第２ワークＷ２の上に第１ワークＷ１が積み重ねられた状態のワークＷ（換言すれば、第２ワークＷ２の上面に第１ワークＷ１の下面が接触した状態のワークＷ）が準備される（図２５を参照。）。なお、第１ワークＷ１の下面の面積は、第２ワークＷ２の上面の面積と等しくてもよいし、第２ワークＷ２の上面の面積と異なっていていてもよい。

　代替的に、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との突き合わせ接合（以下、単に、「突き合わせ接合」という。）が実行される場合には、準備工程において、第１ワークＷ１の側面と第２ワークＷ２の側面とが接触した状態のワークＷが準備される。

　第２ステップＳＴ２において、摩擦攪拌接合工具１のプローブ３が、ワークＷに挿入される。第２ステップＳＴ２は、挿入工程である。挿入工程では、摩擦攪拌接合工具１がワークＷに対して相対移動されることにより、プローブ３がワークＷに挿入される。挿入工程は、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転している状態で実行される。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、挿入工程は、プローブ３を第１ワークＷ１に挿入することを含む。図３に記載の例では、挿入工程の実行後、プローブ３の先端部３１は、第１ワークＷ１の下方に配置された第２ワークＷ２の上面ＷＵに達している。換言すれば、挿入工程の実行後、プローブ３の先端部３１の端面３１０の少なくとも一部が、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界面ＢＰを横切って、第２ワークＷ２に進入している。

　図３に記載の例では、挿入工程の実行後（あるいは、後述の接合工程の実行中）、プローブ３の先端部３１の端面３１０の形成された傾斜面３７の上端部は、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界面ＢＰよりも上方に位置し、当該傾斜面３７の下端部は、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界面ＢＰよりも下方に位置する。この場合、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転される際に、当該傾斜面３７は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料と第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料との混合に、直接的かつ効果的に貢献する。

　なお、挿入工程の実行後、プローブ３の先端部３１は、必ずしも、第１ワークＷ１の下方に配置された第２ワークＷ２の上面ＷＵに達している必要はない。換言すれば、第２ワークＷ２とプローブ３の先端部３１との間の配置関係は、プローブ３と第１ワークＷ１との間の相対移動によって生じる摩擦熱が第２ワークＷ２に届くように設定されていればよく、プローブ３の先端部３１は、必ずしも、第２ワークＷ２に達している必要はない。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、挿入工程は、プローブ３を、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の境界部分に挿入することを含む。

　第３ステップＳＴ３において、摩擦攪拌接合工具１のショルダ２が、ワークＷの上面に接触する。第３ステップＳＴ３は、接触工程である。接触工程では、摩擦攪拌接合工具１がワークＷに対して相対移動されることにより、ショルダ２が、ワークＷの上面に接触する。接触工程は、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転している状態で実行される。

　接触工程（第３ステップＳＴ３）と、挿入工程（第２ステップＳＴ２）とは、連続的に実行される。より具体的には、摩擦攪拌接合工具１がワークＷに対して相対移動されることにより、プローブ３がワークＷに挿入され、且つ、ショルダ２がワークＷの上面に接触する。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、接触工程は、ショルダ２のショルダ面２１を、第１ワークＷ１の上面に接触させることを含む。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、接触工程は、ショルダ２のショルダ面２１を、第１ワークＷ１の上面と、第２ワークＷ２の上面との両方に接触させることを含む。

　第４ステップＳＴ４において、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦攪拌接合される。第４ステップＳＴ４は、接合工程である。図３または図２４に例示されるように、接合工程では、ワークＷに挿入されたプローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦攪拌接合される。また、接合工程において、ワークＷの上面に接触するショルダ２は、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転される。代替的に、ショルダ２が固定ショルダである場合には、接合工程において、ショルダ２は、第１軸ＡＸまわりに回転されない。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、接合工程は、第２ワークＷ２の上面ＷＵに第１ワークＷ１の下面ＷＬが接触している状態のワークＷに対して、プローブ３を第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転させることを含む。

　他方、図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、接合工程は、第１ワークＷ１の側面と第２ワークＷ２の側面とが接触している状態のワークＷに対して、プローブ３を第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転させることを含む。

　接合工程の複数のサブステップについて説明する。

　サブステップＳＴ４－１において、ワークから軟化材料が形成される。サブステップＳＴ４－１は、軟化材料形成工程である。軟化材料形成工程では、プローブ３とワークＷとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、ワークＷから軟化材料が形成される。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－１において、プローブ３と第１ワークＷ１との間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、第１ワークＷ１から第１軟化材料Ｍ１が形成される。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－１において、プローブ３と第１ワークＷ１との間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、第１ワークＷ１から第１軟化材料Ｍ１が形成され、プローブ３と第２ワークＷ２との間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、第２ワークＷ２から第２軟化材料Ｍ２が形成される。

　サブステップＳＴ４－２において、ショルダ２が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、ショルダ２のショルダ面２１に形成された少なくとも１つのスパイラル溝２３（必要であれば、図１６を参照。）は、ワークＷから形成される軟化材料を、第１軸ＡＸに近づく方向に誘導する。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－２において、ショルダ２が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、ショルダ２のショルダ面２１に形成された少なくとも１つのスパイラル溝２３（必要であれば、図１６を参照。）は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を、第１軸ＡＸに近づく方向に誘導する。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－２において、ショルダ２が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、ショルダ２のショルダ面２１に形成された少なくとも１つのスパイラル溝２３（必要であれば、図１６を参照。）は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を、第１軸ＡＸに近づく方向に誘導し、当該少なくとも１つのスパイラル溝２３は、第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料を、第１軸ＡＸに近づく方向に誘導する。

　なお、ショルダ面２１にスパイラル溝２３が形成されていない場合、あるいは、ショルダ２が、第１軸ＡＸまわりに回転しない固定ショルダである場合には、サブステップＳＴ４－２は、省略される。

　サブステップＳＴ４－３において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の複数の溝Ｖは、ワークＷから形成される軟化材料を、下方に流動させる。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－３において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の複数の溝Ｖは、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料Ｍ１を、下方に流動させる。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－３において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された螺旋溝部３４の複数の溝Ｖは、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料Ｍ１を下方に流動させ、当該螺旋溝部３４の複数の溝Ｖは、第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料Ｍ２を下方に流動させる。

　サブステップＳＴ４－４において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された面取り部３５は、ワークＷから形成される軟化材料を、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に流動させる。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－４において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された面取り部３５は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に流動させる。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－４において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の外周面３３ｓに形成された面取り部３５は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に流動させ、当該面取り部３５は、第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料を第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に流動させる。

　また、図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、面取り部３５が、第１軟化材料Ｍ１および第２軟化材料Ｍ２を、第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に流動させることにより、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが、プローブ３の周囲の領域において混合される。こうして、プローブ３の周囲の領域において、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが混合された混合軟化材料が形成される。

　サブステップＳＴ４－５において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、ワークＷから形成される軟化材料が、面取り部３５からプローブ３の先端部３１の端面３１０の一部に形成された傾斜面３７に誘導される。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－５において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料が、面取り部３５からプローブ３の先端部３１の端面３１０の一部に形成された傾斜面３７に誘導される（図３における矢印ＡＲ１を参照。）。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－５において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが混合された混合軟化材料が、面取り部３５から上述の傾斜面３７に誘導される。

　サブステップＳＴ４－６において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された傾斜面３７は、ワークＷから形成される軟化材料を下方に流動させる。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－６において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された傾斜面３７は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を下方に流動させる（図３における矢印ＡＲ２を参照。）。より具体的には、上述の傾斜面３７は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料を、第１ワークＷ１の下方に配置された第２ワークＷ２に向けて、下方に流動させる。

　なお、サブステップＳＴ４－６において、上述の傾斜面３７は、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料の一部を、１つの面取り部（例えば、第１面取り部３５－１）から、他の面取り部（例えば、第２面取り部３５－２）に誘導してもよい（図３における矢印ＡＲ３を参照。）。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、サブステップＳＴ４－６において、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに第１回転方向Ｒ１に回転されることにより、プローブ３の先端部３１の端面３１０に形成された傾斜面３７は、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが混合された混合軟化材料を下方に流動させる。

　なお、サブステップＳＴ４－６において、上述の傾斜面３７は、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが混合された混合軟化材料の一部を、１つの面取り部（例えば、第１面取り部３５－１）から、他の面取り部（例えば、第２面取り部３５－２）に誘導してもよい（図２４における矢印ＡＲ３を参照。）。

　上述のサブステップＳＴ４－１乃至サブステップＳＴ４－６の実行により、第１ワークＷ１から形成される第１軟化材料と、第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料とが混合され、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが摩擦攪拌接合される。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、摩擦攪拌接合方法は、サブステップＳＴ４－６において傾斜面３７によって下方に流動された第１軟化材料Ｍ１と、プローブ３の先端部３１の端面３１０よりも下方において第２ワークＷ２から形成される第２軟化材料Ｍ２とを混合することを含む。第１軟化材料Ｍ１は傾斜面３７によって下方に流動されるため（図３における矢印ＡＲ２を参照。）、端面３１０よりも下方の領域において、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが良好に混合される。よって、図４に示されたフック部Ｆの形成が、防止または抑制される。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、摩擦攪拌接合方法は、第１軟化材料Ｍ１と第２軟化材料Ｍ２とが混合された混合軟化材料を傾斜面３７によって下方に流動させることを含む。この場合、傾斜面３７とワーク支持部材１０１との間の領域においても、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが良好に摩擦攪拌される。よって、ワーク支持部材１０１よりも僅かに上方の領域においても、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の接合不良が生じない。

　なお、上述のサブステップＳＴ４－１乃至サブステップＳＴ４－６は、同時進行的に実行される。

　第５ステップＳＴ５において、ショルダ２のショルダ面２１がワークＷの上面に接触した状態で、プローブ３が移動経路に沿って移動される。第５ステップＳＴ５は、移動工程である。移動工程は、プローブ３が第１軸ＡＸまわりに回転している状態で実行される。換言すれば、移動工程（第５ステップＳＴ５）は、接合工程（第４ステップＳＴ４）と同時に実行される。

　図３に記載の例（重ね合わせ接合が実行される例）では、移動工程において、ショルダ２のショルダ面２１が第１ワークＷ１の上面に接触した状態で、プローブ３が、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との境界面ＢＰに平行な方向に移動される。

　図２４に記載の例（突き合わせ接合が実行される例）では、移動工程において、ショルダ２のショルダ面２１が第１ワークＷ１の上面および第２ワークＷ２の上面の両方に接触した状態で、プローブ３が、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との境界面に沿って移動される。

　移動工程の実行により、摩擦攪拌接合工具１の移動経路に沿って、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との間の接合領域が形成される。

　本発明は上記各実施形態または各変形例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態または各変形例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態または各変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態または他の変形例にも適用可能である。さらに、各実施形態または各変形例における任意付加的な構成は、適宜省略可能である。

１、１Ａ…摩擦攪拌接合工具、２…ショルダ、３…プローブ、５…摩擦攪拌接合工具の基端部、２１…ショルダ面、２３…スパイラル溝、３１…プローブの先端部、３２…プローブの基端部、３３ｓ…外周面、３４…螺旋溝部、３４－１…第１螺旋溝部、３４－２…第２螺旋溝部、３４－３…第３螺旋溝部、３５…面取り部、３５－１…第１面取り部、３５－２…第２面取り部、３５－３…第３面取り部、３７…傾斜面、３７－１…第１傾斜面、３７－２…第２傾斜面、３７－３…第３傾斜面、３７ａ－１…第１傾斜面の第１端部、３７ａ－２…第２傾斜面の第１端部、３７ａ－３…第３傾斜面の第１端部、３７ｂ－１…第１傾斜面の第２端部、３７ｂ－２…第２傾斜面の第２端部、３７ｂ－３…第３傾斜面の第２端部、３７ｎ…内側側縁、３７ｎ－１…第１傾斜面の内側側縁、３７ｎ－２…第２傾斜面の内側側縁、３７ｎ－３…第３傾斜面の内側側縁、３７ｕ…外側側縁、３７ｕ－１…第１外側側縁、３７ｕ－２…第２外側側縁、３７ｕ－３…第３外側側縁、３８…中央面、３８ｕ…外縁部、３８ｕ－１…第１外縁部、３８ｕ－２…第２外縁部、３８ｕ－３…第３外縁部、３９…段差面、３９－１…第１段差面、３９－２…第２段差面、３９－３…第３段差面、５０ｔ…外周面、５１ｔ…第１面、５２ｔ…第２面、１００…摩擦攪拌接合装置、１０１…ワーク支持部材、１０２…ベース、１０３…工具保持部材、１０４…フレーム、１０５…第１駆動装置、１０５ａ…駆動装置、１０５ｂ…駆動装置、１０６…第２ベース、１０７…第２駆動装置、１０８…入力装置、１０９…制御装置、１０９ａ…第１駆動装置制御手段、１０９ｂ…第２駆動装置制御手段、３１０…端面、１０９１…記憶装置、Ｆ…フック部、Ｖ…溝、Ｖ１…第１溝、Ｖ２…第２溝、Ｖ３…第３溝、Ｗ…ワーク、Ｗ１…第１ワーク、Ｗ２…第２ワーク、ＷＬ…第１ワークの下面、ＷＵ…第２ワークの上面

Claims (15)

1. 　ワークに接触するショルダ面を有するショルダと、
   　前記ショルダから突出し、第１軸まわりに回転可能なプローブと
   　を具備し、
   　前記プローブの外周面には、前記プローブの周方向において、交互に、螺旋溝部と面取り部とが形成され、
   　前記プローブの回転方向を第１回転方向と定義するとき、前記螺旋溝部は、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく複数の溝を有し、
   　前記プローブの先端部の端面の一部には、前記面取り部に連なり、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく傾斜面が形成されている
   　摩擦攪拌接合工具。
2. 　前記プローブの前記先端部の前記端面は、前記第１軸が通過する中央面を含む
   　請求項１に記載の摩擦攪拌接合工具。
3. 　前記傾斜面は、段差面を介して、前記中央面の外縁部に接続されている
   　請求項２に記載の摩擦攪拌接合工具。
4. 　前記面取り部は、第１面取り部と、第２面取り部と、を含み、
   　前記傾斜面は、第１傾斜面を含み、
   　前記第１傾斜面の第１端部は、前記第１面取り部に連なり、前記第１傾斜面の第２端部は、前記第２面取り部に連なる
   　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合工具。
5. 　前記螺旋溝部は、第１螺旋溝部を含み、
   　側面視において、前記第１螺旋溝部は、前記第１面取り部と、前記第１傾斜面と、前記第２面取り部とによって形成されるＵ字形状部の内側領域に配置されている
   　請求項４に記載の摩擦攪拌接合工具。
6. 　前記第１軸に垂直な面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、１度以上３０度以下である
   　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合工具。
7. 　前記プローブの前記先端部から前記プローブの基端部に向かう方向を第１方向と定義するとき、
   　前記傾斜面の外側側縁は、前記第１方向に沿う方向に見て、前記螺旋溝部とオーバーラップし、
   　前記傾斜面の内側側縁と前記第１軸との間の距離は、前記螺旋溝部の最内縁と前記第１軸との間の距離よりも小さい
   　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合工具。
8. 　前記ショルダ面には、前記第１回転方向に向かうにつれて、前記第１軸から遠ざかる少なくとも１つのスパイラル溝が形成されている
   　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合工具。
9. 　前記プローブの前記先端部の前記端面は、３つの前記傾斜面と、前記中央面とを有し、
   　前記第１軸に沿う方向に見て、前記プローブの前記先端部の前記端面は、略三角形形状を有し、
   　前記第１軸に沿う方向に見て、前記中央面は、略六角形形状を有し、
   　前記第１軸に沿う方向に見て、前記略六角形形状の３辺は、前記中央面と３つの前記傾斜面との間の境界を規定し、
   　前記第１軸に沿う方向に見て、前記略六角形形状の他の３辺は、前記中央面と３つの前記面取り部との間の境界を規定する
   　請求項２または３に記載の摩擦攪拌接合工具。
10. 　前記面取り部は、第１面取り部と、第２面取り部と、を含み、
    　前記傾斜面は、第１傾斜面を含み、
    　前記プローブの前記先端部は、
    　　前記第１軸が通過する中央面と、
    　　前記第１傾斜面と前記中央面とを接続する第１段差面と
    　を有し、
    　前記第１段差面は、前記第１傾斜面、前記中央面、前記第１面取り部、および、前記第２面取り部の各々と接する
    　請求項１に記載の摩擦攪拌接合工具。
11. 　摩擦攪拌接合工具と、
    　ワークを支持するワーク支持部材と、
    　前記摩擦攪拌接合工具を保持する工具保持部材と、
    　前記工具保持部材を前記ワーク支持部材に対して相対移動させる第１駆動装置と、
    　前記摩擦攪拌接合工具のプローブを第１軸まわりに回転駆動する第２駆動装置と、
    　前記第１駆動装置および前記第２駆動装置を制御する制御装置と
    　を具備し、
    　前記摩擦攪拌接合工具は、
    　　前記ワークに接触するショルダ面を有するショルダと、
    　　前記ショルダから突出し、前記第１軸まわりに回転可能な前記プローブと
    　を備え、
    　前記プローブの外周面には、前記プローブの周方向において、交互に、螺旋溝部と面取り部とが形成され、
    　前記プローブの回転方向を第１回転方向と定義するとき、前記螺旋溝部は、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく複数の溝を有し、
    　前記プローブの先端部の端面の一部には、前記面取り部に連なり、前記第１回転方向に向かうにつれて前記ショルダ面に近づく傾斜面が形成されている
    　摩擦攪拌接合装置。
12. 　第１ワークと第２ワークとを含むワークを準備する工程と、
    　摩擦攪拌接合工具を前記ワークに対して相対移動させることにより、前記摩擦攪拌接合工具のプローブを前記ワークに挿入する工程と、
    　前記摩擦攪拌接合工具を前記ワークに対して相対移動させることにより、前記摩擦攪拌接合工具のショルダを前記ワークの上面に接触させる工程と、
    　前記ワークに挿入された前記プローブを第１軸まわりに第１回転方向に回転させることにより、前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程と
    　を具備し、
    　前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程は、
    　　前記プローブと前記ワークとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、前記ワークから軟化材料を形成することと、
    　　前記プローブの外周面に形成された螺旋溝部の複数の溝が、前記軟化材料を、下方に流動させることと、
    　　前記プローブの外周面に形成された面取り部が、前記軟化材料を、前記第１軸まわりに前記第１回転方向に流動させることと、
    　　前記軟化材料を、前記面取り部から前記プローブの先端部の端面の一部に形成された傾斜面に誘導することと、
    　　前記傾斜面が、前記軟化材料を、下方に流動させることと
    　を含む
    　摩擦攪拌接合方法。
13. 　前記ワークを準備する工程は、前記第２ワークの上面に前記第１ワークの下面が接触した状態の前記ワークを準備することを含み、
    　前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程は、
    　　前記プローブと前記第１ワークとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、前記第１ワークから第１軟化材料を形成することと、
    　　前記螺旋溝部の前記複数の溝が、前記第１軟化材料を、下方に流動させることと、
    　　前記面取り部が、前記第１軟化材料を、前記第１軸まわりに前記第１回転方向に流動させることと、
    　　前記第１軟化材料を、前記面取り部から前記傾斜面に誘導することと、
    　　前記傾斜面が、前記第１軟化材料を、前記第１ワークの下方に配置された前記第２ワークに向けて、下方に流動させることと、
    　　前記傾斜面によって下方に流動された前記第１軟化材料と、前記プローブの前記先端部の前記端面よりも下方において前記第２ワークから形成される第２軟化材料とを混合することと
    　を含む
    　請求項１２に記載の摩擦攪拌接合方法。
14. 　前記摩擦攪拌接合工具のプローブを前記ワークに挿入する工程の実行後、前記傾斜面の上端部は、前記第１ワークと前記第２ワークとの間の境界面よりも上方に位置し、前記傾斜面の下端部は、前記境界面よりも下方に位置する
    　請求項１３に記載の摩擦攪拌接合方法。
15. 　前記ワークを準備する工程は、前記第１ワークの側面と前記第２ワークの側面とが接触した状態の前記ワークを準備することを含み、
    　前記第１ワークと前記第２ワークとを摩擦攪拌接合する工程は、
    　　前記プローブと前記第１ワークとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、前記第１ワークから第１軟化材料を形成し、前記プローブと前記第２ワークとの間の相対回転によって生じる摩擦熱によって、前記第２ワークから第２軟化材料を形成することと、
    　　前記螺旋溝部の前記複数の溝が、前記第１軟化材料および前記第２軟化材料を、下方に流動させることと、
    　　前記面取り部が、前記第１軟化材料および前記第２軟化材料を、前記第１軸まわりに前記第１回転方向に流動させることと、
    　　前記プローブの周囲の領域において、前記第１軟化材料と前記第２軟化材料とが混合された混合軟化材料を形成することと、
    　　前記混合軟化材料を、前記面取り部から前記傾斜面に誘導することと、
    　　前記傾斜面が、前記混合軟化材料を、下方に流動させることと
    　を含む
    　請求項１２に記載の摩擦攪拌接合方法。

Images