特許 6036735 接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6036735

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20161121BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 362

   B23K20/12 310

   B23K20/12 340

   B23K20/12 320

   B23K20/12 330

【請求項の数】17

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-57024(P2014-57024)

(22)【出願日】2014年3月19日

(65)【公開番号】特開2015-178126(P2015-178126A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2015年10月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100129067

【弁理士】

【氏名又は名称】町田 能章

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 伸城

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２０２６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１５９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２５４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４８８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６７６７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属部材の一端側の端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する準備工程と、
前記金属部材の表面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、を含み、
前記第一の本接合工程では、前記金属部材を載置する載置部に段差を設け、前記段差を利用して一方の前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させ、他方の前記金属部材を前記載置部に略水平に載置した状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。

【請求項2】

前記載置部を一対の分割架台を並設して形成するとともに、少なくとも一方の前記分割架台を昇降可能に形成し、
前記第一の本接合工程では、一方の前記分割架台の表面に対して他方の前記分割架台の表面を上方に位置させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。

【請求項3】

前記準備工程では、前記各分割架台の表面同士を面一に設定するとともに前記突合せ部が他方の前記分割架台の上に位置するように一対の前記金属部材を突き合わせた後、他方の前記分割架台を一方の前記分割架台に対して上昇させることで一方の前記金属部材を傾斜させることを特徴とする請求項２に記載の接合方法。

【請求項4】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記各分割架台の表面を面一にするとともに、一対の前記分割架台の内部に形成された冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の接合方法。

【請求項5】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記各分割架台の表面を面一にするとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の接合方法。

【請求項6】

前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の接合方法。

【請求項7】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、段差のない平坦架台を用いるとともに、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。

【請求項8】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、段差のない平坦架台を用いるとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。

【請求項9】

前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の接合方法。

【請求項10】

前記載置部を、段差のない平坦架台及び前記平坦架台の表面に配置された金属製の介設プレートで形成し、
前記第一の本接合工程では、他方の前記金属部材の裏面を前記介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記介設プレートによって形成された段差を利用して一方の前記金属部材を傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。

【請求項11】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記介設プレートを取り除き、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合方法。

【請求項12】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記介設プレートを取り除き、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合方法。

【請求項13】

前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の接合方法。

【請求項14】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面を金属製の介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合方法。

【請求項15】

前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、
前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、
前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面を金属製の介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合方法。

【請求項16】

前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の接合方法。

【請求項17】

前記第一本接合工程では、摩擦攪拌の回転ツールのシアー側が他方の前記金属部材側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦攪拌による金属部材同士の接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合せ部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。

【0003】

特許文献１には、金属部材同士の端部同士を突き合わせて形成された突合せ部に回転ツールを挿入して、金属部材同士の表面側及び裏面側から突合せ部を摩擦攪拌接合する発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２９００９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

摩擦攪拌接合を行うと、回転ツールの移動軌跡に塑性化領域が形成されるが、当該塑性化領域が熱収縮するため、接合後の金属部材同士が凹状となるように変形してしまう。

【0006】

このような観点から、本発明は、摩擦攪拌による金属部材同士の接合方法において、接合された金属部材を容易に平坦にすることができる接合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】

このような課題を解決するために本発明は、金属部材の一端側の端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する準備工程と、前記金属部材の表面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、を含み、前記第一の本接合工程では、前記金属部材を載置する載置部に段差を設け、前記段差を利用して一方の前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させ、他方の前記金属部材を前記載置部に略水平に載置した状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

【0008】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程を行う際に、一方の金属部材を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、接合された金属部材を平坦にすることができる。また、載置部の段差を利用することで、金属部材を容易に傾斜させることができる。

【0009】

また、前記載置部を一対の分割架台を並設して形成するとともに、少なくとも一方の前記分割架台を昇降可能に形成し、前記第一の本接合工程では、一方の前記分割架台の表面に対して他方の前記分割架台の表面を上方に位置させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0010】

かかる接合方法によれば、昇降可能な分割架台の高さを変えることで金属部材の傾斜角度を容易に変更することができる。

【0011】

また、前記準備工程では、前記各分割架台の表面同士を面一に設定するとともに前記突合せ部が他方の前記分割架台の上に位置するように一対の前記金属部材を突き合わせた後、他方の前記分割架台を一方の前記分割架台に対して上昇させることで一方の前記金属部材を傾斜させることが好ましい。

【0012】

かかる接合方法によれば、金属部材の傾斜角度を容易に変更することができる。

【0013】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記各分割架台の表面を面一にするとともに、一対の前記分割架台の内部に形成された冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0014】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、各分割架台の表面を面一にした状態で第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、金属部材を冷却しながら摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0015】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記各分割架台の表面を面一にするとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0016】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、金属部材分割架台の高さを変更して各分割架台の表面を面一にした状態で第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程を入熱量が小さくなるように行うことで、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0017】

また、前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0018】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程において塑性化領域内に形成された接合欠陥を第二の本接合工程で再度摩擦攪拌することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができるとともに接合強度を高めることができる。

【0019】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、段差のない平坦架台を用いるとともに、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0020】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、段差のない平坦架台を用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程では、金属部材を冷却しながら摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0021】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、段差のない平坦架台を用いるとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0022】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、段差のない平坦架台を用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程を入熱量が小さくなるように行うことで、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0023】

また、記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0024】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程において塑性化領域内に形成された接合欠陥を第二の本接合工程で再度摩擦攪拌することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができるとともに接合強度を高めることができる。

【0025】

また、前記載置部を、段差のない平坦架台及び前記平坦架台の表面に配置された金属製の介設プレートで形成し、前記第一の本接合工程では、他方の前記金属部材の裏面を前記介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記介設プレートによって形成された段差を利用して一方の前記金属部材を傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0026】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程を行う際に、介設プレートを用いて一方の金属部材を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、接合された金属部材を平坦にすることができる。また、介設プレートによって形成された段差を利用することで、金属部材を容易に傾斜させることができる。

【0027】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記介設プレートを取り除き、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0028】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、段差のない平坦架台を用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程では、金属部材を冷却しながら摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0029】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記介設プレートを取り除き、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0030】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、段差のない平坦架台を用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程を入熱量が小さくなるように行うことで、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0031】

また、前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0032】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程において塑性化領域内に形成された接合欠陥を第二の本接合工程で再度摩擦攪拌することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができるとともに接合強度を高めることができる。

【0033】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面を金属製の介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記平坦架台の冷却流路に冷却媒体を流して前記金属部材を冷却しつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0034】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、介設プレートを用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程では、金属部材を冷却しながら摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0035】

また、前記第一の本接合工程を行った後に摩擦攪拌で発生したバリを切除するとともに前記金属部材を裏返し、前記金属部材の裏面側から前記突合せ部に摩擦攪拌を行う第二の本接合工程を含み、前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面を金属製の介設プレートの表面に面接触させるとともに、前記第一の本接合工程で用いた回転ツールよりも小型の小型回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、又は、攪拌ピンのみを前記金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0036】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程後は接合された金属部材が平坦になっているため、介設プレートを用いることで第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、第二の本接合工程を入熱量が小さくなるように行うことで、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材同士を平坦にすることができる。

【0037】

また、第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。

【0038】

かかる接合方法によれば、第一の本接合工程において塑性化領域内に形成された接合欠陥を第二の本接合工程で再度摩擦攪拌することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができるとともに接合強度を高めることができる。

【0039】

また、前記第一本接合工程では、摩擦攪拌の回転ツールのシアー側が他方の前記金属部材側となるように前記回転ツールの回転方向及び進行方向を設定することが好ましい。

【0040】

シアー側とは、「被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側」を意味する。一方、フロー側とは、「回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速さが低速になる側」を言う。摩擦攪拌を行う際には、フロー側よりもシアー側の方が入熱量が大きくなる。
かかる接合方法によれば、シアー側が他方の金属部材側に位置するように設定されているため、他方の金属部材側への入熱量は大きくなるが、他方の金属部材の裏面は載置部と接触しているため抜熱量も大きくなる。これにより、他方の金属部材の変形を抑制することができる。

【発明の効果】

【0041】

本発明に係る接合方法よれば、接合された金属部材を容易に平坦にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明の第一実施形態に係る可動式架台を示す。

【図2】第一実施形態に係る接合方法の準備工程を示す断面図であって、（ａ）は金属部材を載置した状態を示し、（ｂ）は金属部材を傾斜させた状態を示す。

【図3】第一実施形態に係る接合方法を示す断面図であって、（ａ）は第一の本接合工程を示し、（ｂ）バリ切除工程を示し、（ｃ）は第二の本接合工程を示す。

【図4】第一実施形態の変形例を示す断面図であって、（ａ）は第二の本接合工程前を示し、（ｂ）は第二の本接合工程中を示す。

【図5】本発明の第二実施形態に係る接合方法を示す断面図であって、（ａ）は第一の本接合工程を示し、（ｂ）は第二の本接合工程を示す。

【図6】本発明の第三実施形態を示す断面図であって、（ａ）は第一の本接合工程を示し、（ｂ）は第二の本接合工程を示す。

【図7】本発明の第三実施形態の変形例を示す断面図であって、（ａ）は第一の本接合工程を示し、（ｂ）は第二の本接合工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0043】

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる可動式架台について説明する。

【0044】

図１に示すように、第一実施形態に係る接合方法では、可動式架台Ｋを用いる。可動式架台Ｋは、分割架台Ｋ１と分割架台Ｋ２とを横方向に並設して構成されている。可動式架台Ｋは、金属部材１Ｘ，１Ｙ（図２（ａ）参照）を接合するための架台であって、分割架台Ｋ２に対して分割架台Ｋ１が昇降可能に形成されている。

【0045】

分割架台Ｋ１は、基板Ｋ１ａと、クランプＫ１ｂと、冷却流路Ｋ１ｃとで構成されている。分割架台Ｋ１は、基板Ｋ１ａの下部に設けられた昇降部（図示省略）によって上下に移動可能に形成されている。基板Ｋ１ａは、金属製であって、直方体を呈する。基板Ｋ１ａは、伝熱性の高い金属で形成されていることが好ましい。クランプＫ１ｂは、金属部材１Ｙ（図２（ａ）参照）を基板Ｋ１ａに固定する部材である。クランプＫ１ｂは、基板Ｋ１ａの表面Ｋ１ｄに複数個設置されている。

【0046】

冷却流路Ｋ１ｃは、冷却媒体が流れる流路であって、基板Ｋ１ａの内部に複数個形成されている。冷却流路Ｋ１ｃに冷却媒体が流れることで金属部材１Ｘ，１Ｙ（図２の（ａ）参照）を冷却することができる。冷却流路Ｋ１ｃは、本実施形態では筒状の管で形成されている。冷却流路Ｋ１ｃは、表面Ｋ１ｄに近い部位において、表面Ｋ１ｄと平行に配設されている。冷却流路Ｋ１ｃの本数は特に制限されないが、本実施形態では３本設けている。

【0047】

分割架台Ｋ２は、基板Ｋ２ａと、クランプＫ２ｂと、冷却流路Ｋ２ｃとで構成されている。分割架台Ｋ２は、上下に移動しないように形成されている。基板Ｋ２ａは、金属製であって、直方体を呈する。基板Ｋ２ａは、伝熱性の高い金属で形成されていることが好ましい。基板Ｋ２ａの側面Ｋ２ｅは、基板Ｋ１ａの側面Ｋ１ｅと面接触している。側面Ｋ１ｅと側面Ｋ２ｅとが面接触することで境界面Ｎが形成される。クランプＫ２ｂは、金属部材１Ｘ（図２（ａ）参照）を基板Ｋ２ａに固定する部材である。クランプＫ２ｂは、基板Ｋ２ａの表面Ｋ２ｄに複数個設置されている。

【0048】

冷却流路Ｋ２ｃは、冷却媒体が流れる流路であって、基板Ｋ２ａの内部に複数個形成されている。冷却流路Ｋ２ｃに冷却媒体が流れることで金属部材１Ｘ，１Ｙ（図２の（ａ）参照）を冷却することができる。冷却流路Ｋ２ｃは、本実施形態では筒状の管で形成されている。冷却流路Ｋ２ｃは、表面Ｋ２ｄに近い部位において、表面Ｋ２ｄと平行に配設されている。冷却流路Ｋ２ｃの本数は特に制限されないが、本実施形態では３本設けている。

【0049】

なお、可動式架台Ｋは、本実施形態では分割架台Ｋ１を可動式とし、分割架台Ｋ２を固定式にしているが、分割架台Ｋ１及び分割架台Ｋ２のうち少なくとも一方が昇降可能に構成されていればよい。

【0050】

次に、第一実施形態に係る接合方法について説明する。図２の（ａ）に示すように、第一実施形態では、金属部材１Ｘ，１Ｙの端部同士を突き合わせて形成された突合せ部Ｊを摩擦攪拌によって接合する。第一実施形態に係る接合方法では、準備工程と、第一の本接合工程と、バリ切除工程と、第二の本接合工程とを行う。

【0051】

金属部材１Ｘ，１Ｙは、金属製の板状部材である。金属部材１Ｘ，１Ｙは、同等の形状になっている。また、金属部材１Ｘ，１Ｙは同等の材料で形成されている。金属部材１Ｘ，１Ｙの材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、 マグネシウム、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。

【0052】

準備工程は、金属部材１Ｘ，１Ｙ突き合わせるとともに一方の金属部材１Ｘを傾斜させる工程である。準備工程では、まず、分割架台Ｋ１を移動させて、分割架台Ｋ１の表面Ｋ１ｄと分割架台Ｋ２の表面Ｋ２ｄを面一にする。これにより、表面Ｋ１ｄと表面Ｋ２ｄが面一な平坦架台が形成される。

【0053】

次に、表面Ｋ１ｄ及び表面Ｋ２ｄの上に金属部材１Ｘ，１Ｙを載置するとともに金属部材１Ｘ，１Ｙの端面１ａ，１ａを突き合わせて突合せ部Ｊを形成する。このとき、突合せ部Ｊが、分割架台Ｋ１の上に位置するように設定する。言い換えると、突合せ部Ｊが、境界面Ｎよりも分割架台Ｋ１側に位置するように設定する。

【0054】

次に、図２の（ｂ）に示すように、分割架台Ｋ２に対して分割架台Ｋ１を上昇させる。これにより、表面Ｋ２ｄに対して表面Ｋ１ｄの位置が高くなり、可動式架台Ｋの表面に段差が形成される。特許請求の範囲の「載置部」は、本実施形態では高さ位置が異なる表面Ｋ１ｄ，Ｋ２ｄによって段差が形成された分割架台Ｋ１，Ｋ２で構成されている。

【0055】

分割架台Ｋ１を上昇させることで、一方の金属部材１Ｘは、他端側に対して一端側（端面１ａ側）が高くなるように傾斜する。つまり、一方の金属部材１Ｘの他端側は表面Ｋ２ｄに当接し、一端側は分割架台Ｋ１によって上方に持ち上げられて傾斜する。他方の金属部材１Ｙは、分割架台Ｋ１の表面Ｋ１ｄにおいて略水平に載置された状態となる。そして、クランプＫ１ｂ，Ｋ２ｂで金属部材１Ｘ，１Ｙをそれぞれ移動不能に拘束する。

【0056】

金属部材１Ｘ，１Ｙが可動式架台Ｋに固定されると、端面１ａ，１ａの下端は当接した状態となるが、端面１ａ，１ａの上端はわずかに離間した状態となる。本実施形態に係る「突合せ部」とは、端面１ａ，１ａが突き合わされており、端面１ａ，１ａ間で形成される空間断面がＶ字状を呈する状態も含むものである。

【0057】

一方の金属部材１Ｘの傾斜角度は、特に限定されないが、金属部材１Ｘ，１Ｙの材質、各部位の寸法、後記する本接合工程の入熱量や接合後の熱収縮等を考慮して、第一の本接合工程後の熱収縮によって金属部材１Ｘ，１Ｙが平坦になるような傾斜角度を適宜設定すればよい。

【0058】

第一の本接合工程は、突合せ部Ｊに対して金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂ側から摩擦攪拌接合を行う工程である。図３の（ａ）に示すように、第一の本接合工程は、本実施形態では回転ツールＧを用いる。回転ツールＧは、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１の下端面から突出する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２は、錐台形状を呈する。

【0059】

第一の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂ側から突合せ部Ｊに対して回転した回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、突合せ部Ｊに沿って回転ツールＧを相対移動させる。

【0060】

本実施形態では、ショルダ部Ｇ１の下端面を、表面１ｂ，１ｂよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。また、回転ツールＧの回転方向及び進行方向は、シアー側が金属部材１Ｙ側（金属部材が略水平に配置されている側）となるように設定する。具体的には、回転ツールＧを左回転させて奥行方向（図３の（ａ）の紙面裏側方向）に相対移動させる。回転する回転ツールＧによって端面１ａ，１ａの金属が摩擦攪拌されて金属部材１Ｘ，１Ｙが接合される。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。

【0061】

なお、金属部材１Ｘが略水平に配置されるとともに、金属部材１Ｙを傾斜させる場合は、金属部材１Ｘ側がシアー側となるように設定する。つまり、この場合は、回転ツールＧを右回転させて奥行方向（図３の（ａ）の紙面裏側方向）に相対移動させる。

【0062】

金属部材１Ｘ，１Ｙに対する攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、攪拌ピンＧ２の先端を突合せ部Ｊの深さ方向の１／２以上の位置まで挿入することが好ましい。第一の本接合工程が終了したら、クランプＫ１ｂ，Ｋ２ｂを解除して金属部材１Ｘ，１Ｙを放置する。第一の本接合工程後は、熱収縮が作用することにより、金属部材１Ｘ，１Ｙが平坦になる。

【0063】

図３の（ｂ）に示すように、バリ切除工程は、第一の本接合工程で発生したバリＶを切除する工程である。バリ切除工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂに発生したバリＶを切除して表面１ｂ，１ｂを平滑にする。

【0064】

第二の本接合工程は、可動式架台Ｋの冷却流路Ｋ３に冷媒を流して金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ、突合せ部Ｊに対して金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から摩擦攪拌接合を行う工程である。図３の（ｃ）に示すように、第二の本接合工程では、まず、分割架台Ｋ１を下降させて表面Ｋ１ｄ，Ｋ２ｄを面一にする。これにより、表面Ｋ１ｄと表面Ｋ２ｄが面一な平坦架台が形成される。

【0065】

第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙを裏返し、クランプＫ１ｂ，Ｋ２ｂを介して可動式架台Ｋに金属部材１Ｘ，１Ｙを移動不能に拘束する。金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂは、表面Ｋ１ｄ，Ｋ２ｄと面接触する。図３の（ｃ）に示すように、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃから突合せ部Ｊに対して回転した回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、冷却流路Ｋ１ｃ，Ｋ２ｃに冷却媒体を流して金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ突合せ部Ｊに沿って回転ツールＧを相対移動させる。

【0066】

本実施形態では、ショルダ部Ｇ１の下端面を、裏面１ｃ，１ｃよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。回転する回転ツールＧによって端面１ａ，１ａの金属が摩擦攪拌されて金属部材１Ｘ，１Ｙが接合される。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。金属部材１Ｘ，１Ｙに対する攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが接触する程度に挿入することが好ましい。より好ましくは、本実施形態のように攪拌ピンＧ２が塑性化領域Ｗ１に入り込む程度に挿入することがこのましい。以上の工程によって金属部材１Ｘ，１Ｙが接合される。

【0067】

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一の本接合工程を行う際に、金属部材１Ｘ，１Ｙの一方を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、第一の本接合工程後に接合された金属部材１Ｘ，１Ｙを平坦にすることができる。

【0068】

また、本実施形態によれば、昇降可能な可動式架台Ｋを用いているため、金属部材１Ｘの傾斜角度を容易に調節することができる。また、可動式架台Ｋを段差架台とした状態で金属部材１Ｘ，１Ｙを突き合わせてもよいが、本実施形態のように段差のない平坦架台とした状態から分割架台Ｋ１を上昇させることで金属部材１Ｘの傾斜角度の微調整が容易となる。

【0069】

また、第一の本接合工程後は接合された金属部材１Ｘ，１Ｙが平坦になっているため、各分割架台Ｋ１，Ｋ２の表面Ｋ１ｄ，Ｋ２ｄを面一にした状態で第二の本接合工程を安定して行うことができる。また、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌接合後の熱収縮の発生を抑制することができる。これにより、第二の本接合後の金属部材１Ｘ，１Ｙ同士を平坦にすることができる。また、可動式架台Ｋを用いることで、一の架台で各工程を行うことができる。

【0070】

また、バリ切除工程を行うことで、金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂと表面Ｋ１ｄ，Ｋ２ｄとを面接触させることができる。これにより、冷却効率を高めることができる。また、突合せ部Ｊの延長方向に沿って冷却流路Ｋ１ｃ，Ｋ２ｃを配設することにより、摩擦熱が発生する部分を集中的に冷却することができるため、冷却効率を高めることができる。また、第一の本接合工程において塑性化領域Ｗ１内に形成された接合欠陥を第二の本接合工程で再度摩擦攪拌することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができるとともに接合強度を高めることができる。

【0071】

また、本実施形態では、第一の本接合工程において、他方の金属部材１Ｙ側がシアー側となるように回転ツールＧの回転方向及び進行方向を設定した。これにより、第一の本接合工程では、フロー側（一方の金属部材１Ｘ側）よりもシアー側（他方の金属部材１Ｙ側）の方が入熱量が大きくなる。しかし、分割架台Ｋ１の表面Ｋ１ｄと金属部材１Ｙの裏面１ｃは面接触しているため、抜熱効率が高くなり（図３の（ａ）の矢印Ｑ参照）、金属部材１Ｙに残留する熱量は小さくなる。これにより、金属部材１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0072】

一方、一方の金属部材１Ｘ側は、金属部材１Ｘの他端側及び一端側が表面Ｋ２ｄ，Ｋ１ｄとそれぞれ線接触しているだけであるため、抜熱効率は低くなる。しかし、金属部材１Ｘ側はフロー側（回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速さが低速になる側）となるため、シアー側よりも入熱量が小さくなる。これにより、金属部材１Ｘに残留する熱量を小さくすることができる。

【0073】

［変形例］
図４は、第一実施形態の変形例を示す断面図であって、（ａ）は第二の本接合工程前を示し、（ｂ）は第二の本接合工程中を示す。第一実施形態に係る第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではない。

【0074】

図４の（ａ）及び（ｂ）に示す変形例に係る第二の本接合工程では、本接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。本接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置（図示省略）の回転軸に連結される部位である。

【0075】

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３が刻設されている。本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝Ｆ３は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。

【0076】

なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。螺旋溝Ｆ３をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝Ｆ３によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（金属部材１Ｘ，１Ｙ）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【0077】

変形例に係る第二の本接合工程では、図４の（ｂ）に示すように、金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から攪拌ピンＦ２を突合せ部Ｊに挿入し、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１Ｘ，１Ｙに接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の移動軌跡には塑性化領域Ｗ２が形成される。攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンＦ２の先端が塑性化領域Ｗ１に入り込む程度に挿入することが好ましい。

【0078】

変形例に係る第二の本接合工程によれば、例えば、第一実施形態のようにショルダ部Ｇ１が金属部材１Ｘ，１Ｙに接触せず、攪拌ピンＦ２のみが金属部材１Ｘ，１Ｙに接触するため、入熱量を小さくすることができる。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しなくても金属部材１Ｘ，１Ｙの変形を抑制することができる。これにより、第二の本接合工程後の金属部材１，１を平坦にすることができる。

【0079】

また、変形例では、本接合用回転ツールＦを用いて第二の本接合工程を行ったが、例えば、回転ツールＧよりも小型の小型回転ツールＨ（図６の（ｂ）参照）を用いて入熱量が小さくなるように摩擦攪拌を行ってもよい。このようにしても、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しなくても入熱量を小さくすることにより金属部材１Ｘ，１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0080】

なお、第二の本接合工程において、本接合用回転ツールＦ又は小型回転ツールＨを用いる場合、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行ってもよい。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙ内に残留する熱量がさらに小さくなるため、金属部材１Ｘ，１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0081】

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。第二実施形態に係る接合方法では、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、段差のある段差架台Ｌと、段差のない平坦架台Ｍを用いる点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

【0082】

図５の（ａ）に示すように、段差架台Ｌは、基板Ｌ１と、クランプＬ２とで構成されている。基板Ｌ１は、表面Ｌａと、表面Ｌａよりも低い位置に形成された表面Ｌｂと、表面Ｌａ，Ｌｂに対して垂直な垂直面Ｌｃとで構成されている。特許請求の範囲の「載置部」は、本実施形態では高さ位置が異なる表面Ｌａ，Ｌｂによって段差が形成された段差架台Ｌで構成されている。

【0083】

図５の（ｂ）に示すように、平坦架台Ｍは、基板Ｍ１と、挟持部材Ｍ２，Ｍ２と、複数の冷却流路Ｍ３とで構成されている。基板Ｍ１は、直方体を呈し、伝熱性の高い金属で形成されていることが好ましい。

【0084】

次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。図５の（ａ）に示すように、第二実施形態に係る接合方法では、準備工程と、第一の本接合工程と、バリ切除工程と、第二の本接合工程とを行う。

【0085】

準備工程は、金属部材１Ｘ，１Ｙを突き合わせるとともに、一方の金属部材１Ｘを傾斜させる工程である。準備工程では、まず、垂直面Ｌｃよりも表面Ｌａ側に突合せ部Ｊが位置するように金属部材１Ｘ，１Ｙを突き合わせる。これにより、一方の金属部材１Ｘは、他端側に対して一端側（端面１ａ側）が高くなるように傾斜する。他方の金属部材１Ｙは、表面Ｌａにおいて略水平に載置された状態となる。そして、クランプＬ２，Ｌ２で金属部材１Ｘ，１Ｙをそれぞれ移動不能に拘束する。

【0086】

第一の本接合工程は、突合せ部Ｊに対して金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂ側から摩擦攪拌を行う工程である。第一の本接合工程及びバリ切除工程は、第一実施形態と同等である。

【0087】

第二の本接合工程は、図５の（ｂ）に示すように、平坦架台Ｍを用いて金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ、突合せ部Ｊに対して金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から摩擦攪拌を行う工程である。第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙを裏返し、挟持部材Ｍ２，Ｍ２を介して金属部材１Ｘ，１Ｙを移動不能に拘束する。金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂは、表面Ｍａと面接触する。

【0088】

そして、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃから突合せ部Ｊに対して回転した回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、冷却流路Ｍ３に冷却媒体を流して金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ突合せ部Ｊに沿って回転ツールＧを相対移動させる。第二の本接合工程を行うときに、攪拌ピンＧ２を第一の本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１に入り込む程度に挿入することについては第一実施形態と同等である。

【0089】

以上説明した本実施形態に係る接合方法のように、第一の本接合工程と第二の本接合工程で別々の架台を設けて接合しても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。

【0090】

以上本発明の第二実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において設計変更が可能である。第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行ったがこれに限定されるものではない。例えば、本接合用回転ツールＦ（図４の（ａ）、（ｂ）参照）又は回転ツールＧよりも小型の小型回転ツールＨ（図６の（ｂ）参照）を用いて入熱量が小さくなるように摩擦攪拌を行ってもよい。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しなくても入熱量を小さくすることにより金属部材１Ｘ，１Ｙの熱収縮を抑制し、第二の本接合工程後の金属部材１，１を平坦にすることができる。

【0091】

なお、第二の本接合工程において、本接合用回転ツールＦ又は小型回転ツールＨを用いる場合、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行ってもよい。これにより、より入熱量が小さくなるため、金属部材１Ｘ，１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0092】

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。第三実施形態に係る接合方法では、図６の（ａ）に示すように、主に、介設プレート１０を用いる点で第一実施形態と相違する。第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

【0093】

第三実施形態では、段差のない平坦架台Ｐと介設プレート１０とを用いる。平坦架台Ｐは、基板Ｐ１と、クランプＰ２と、冷却流路Ｐ３とで構成されている。基板Ｐ１は、直方体を呈する。基板Ｐ１の表面Ｐ１ａは平坦になっている。基板Ｐ１は伝熱性の高い金属で形成されていることが好ましい。基板Ｐ１には、複数の冷却流路Ｐ３が配設されている。

【0094】

介設プレート１０は、金属製の板状部材である。介設プレート１０の材料は、金属であれば特に制限されないが、融点が高く、かつ、伝熱性の高いものであることが好ましい。介設プレート１０は、例えば、鉄、銅、アルミニウム合金等で形成されることが好ましい。

【0095】

次に、第三実施形態に係る接合方法について説明する。図６の（ａ）に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、準備工程と、第一の本接合工程と、バリ切除工程と、第二の本接合工程とを行う。

【0096】

準備工程は、金属部材１Ｘ，１Ｙを突き合わせるとともに、一方の金属部材１Ｘを傾斜させる工程である。準備工程では、まず、基板Ｐ１の表面Ｐ１ａに介設プレート１０を載置する。介設プレート１０の裏面１０ｂは、表面Ｐ１ａと面接触する。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙを載置する載置部に段差が形成される。特許請求の範囲の「載置部」は、本実施形態では高さ位置が異なる表面Ｐ１ａと表面１０ａによって段差が形成された平坦架台Ｐ及び介設プレート１０で構成されている。

【0097】

そして、準備工程では、介設プレート１０の上に突合せ部Ｊが位置するように金属部材１Ｘ，１Ｙを突き合わせる。これにより、一方の金属部材１Ｘは、他端側に対して一端側（端面１ａ側）が高くなるように傾斜する。他方の金属部材１Ｙは、介設プレート１０の表面１０ａにおいて略水平に載置された状態となる。そして、クランプＰ２，Ｐ２で金属部材１Ｘ，１Ｙをそれぞれ移動不能に拘束する。

【0098】

第一の本接合工程は、突合せ部Ｊに対して金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂ側から摩擦攪拌接合を行う工程である。本実施形態では、介設プレート１０（金属部材の裏面が表面１０ａと面接触している側）側がシアー側となるように回転ツールＧの回転方向及び進行方向を設定する。つまり、本実施形態では、回転ツールＧを左回転させつつ金属部材１Ｘ，１Ｙの奥行方向（図６の（ａ）の紙面裏側方向）に回転ツールＧを相対移動させる。バリ切除工程は、第一実施形態と同等である。

【0099】

なお、一方の金属部材１Ｘの裏面１ｃに介設プレート１０を配置しつつ、一方の金属部材１Ｘを水平に載置し、他方の金属部材１Ｙを傾斜させる場合は、回転ツールＧを右回転させつつ金属部材１Ｘ，１Ｙの奥行方向（図６の（ａ）の紙面裏側方向）に回転ツールＧを相対移動させる。これにより、この場合は、略水平に配置された金属部材１Ｘ側がシアー側となる。

【0100】

第二の本接合工程は、図６の（ｂ）に示すように、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ、小型回転ツールＨを用いて金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から摩擦攪拌接合を行う工程である。第二の本接合工程では、まず、介設プレート１０を基板Ｐ１から取り除く。そして、金属部材１Ｘ，１Ｙを裏返し、クランプＰ２で金属部材１Ｘ，１Ｙを移動不能に拘束する。金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂは、表面Ｐ１ａと面接触する。

【0101】

そして、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から突合せ部Ｊに対して回転した小型回転ツールＨを挿入する。小型回転ツールＨは、回転ツールＧよりも小型になっている。小型回転ツールＨは、円柱状を呈するショルダ部Ｈ１と、ショルダ部Ｈ１の下端面から突出する攪拌ピンＨ２とで構成されている。攪拌ピンＨ２は、錐台形状を呈する。

【0102】

第二の本接合工程では、冷却流路Ｐ３に冷却媒体を流して金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ、ショルダ部Ｈ１の下端面を裏面１ｃ，１ｃよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。小型回転ツールＨの移動軌跡には塑性化領域Ｗ２が形成される。攪拌ピンＨ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが接触する程度に挿入することが好ましい。より好ましくは、攪拌ピンＨ２が塑性化領域Ｗ１に入り込む程度に挿入することが好ましい。

【0103】

以上説明した第三実施形態のように、介設プレート１０を用いて段差のある載置部を設けてもよい。本実施形態では、第一の本接合工程を行う際に、一方の金属部材１Ｘを予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、第一の本接合工程後に接合された金属部材１Ｘ，１Ｙを平坦にすることができる。

【0104】

また、第二の本接合工程では、介設プレート１０を取り除き表面Ｐ１ａが平坦な段差のない平坦架台Ｐを用いる。第一の本接合工程後は接合された金属部材１Ｘ，１Ｙが平坦になっているため、平坦架台Ｐにより第二の本接合工程を安定して行うことができる。

【0105】

また、第二の本接合工程では、小型回転ツールＨを用いて摩擦攪拌接合を行うことで入熱量を小さくすることができる。また、本実施形態では、第二の本接合工程で金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行う。これにより、第二の本接合工程後の金属部材１Ｘ，１Ｙ内に残留する熱量がさらに小さくなるため、金属部材１Ｘ，１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0106】

また、平坦架台Ｐの表面Ｐ１ａに介設プレート１０を配置又は除去することで、一の平坦架台Ｐで第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行うことができる。

【0107】

また、本実施形態では、第一の本接合工程において、介設プレート１０側がシアー側となるように回転ツールＧの回転方向及び進行方向を設定した。これにより、第一の本接合工程では、フロー側（一方の金属部材１Ｘ側）よりもシアー側（他方の金属部材１Ｙ側）の方が入熱量が大きくなる。しかし、介設プレート１０を介して基板Ｐ１側に抜熱（図６の（ａ）の矢印Ｑ参照）されるため、金属部材１Ｙに残留する熱量は小さくなる。これにより、金属部材１Ｙの熱収縮を抑制することができる。

【0108】

一方、一方の金属部材１Ｘ側は、金属部材１Ｘの他端側及び一端側が表面Ｐ１ａ及び表面１０ａと線接触しているだけであるため、抜熱効率は低くなる。しかし、金属部材１Ｙ側はフロー側（回転ツールの移動方向の反対方向に回転ツールが回動することで、被接合部に対する回転ツールの相対速さが低速になる側）となるため、シアー側よりも入熱量が小さくなる。これにより、金属部材１Ｘに残留する熱量を小さくすることができる。

【0109】

なお、第三実施形態においては、小型回転ツールＨに替えて、本接合用回転ツールＦを用いて第二の本接合工程を行ってもよい。また、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの冷却作業を省略してもよい。

【0110】

［変形例］
図７は、本発明の第三実施形態の変形例を示す断面図であって、（ａ）は第一の本接合工程を示し、（ｂ）は第二の本接合工程を示す。当該変形例では、第二の本接合工程において、第一の本接合工程とは異なる介設プレートを用いる点で第三実施形態と相違する。当該変形例では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。

【0111】

当該変形例に係る接合方法では、準備工程と、第一の本接合工程と、バリ切除工程と、第二の本接合工程とを行う。準備工程では、第三実施形態と同じ要領で、介設プレート（第一介設プレート）１０を用いて一方の金属部材１Ｘを傾斜させる。また、介設プレート１０の表面１０ａに金属部材１Ｙを配置する。第一の本接合工程及びバリ切除工程は、第三実施形態と同等である。

【0112】

第二の本接合工程では、図７の（ｂ）に示すように、介設プレート（第二介設プレート）１１を配置しつつ、金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら小型回転ツールＨを用いて金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から摩擦攪拌接合を行う工程である。第二の本接合工程では、まず、基板Ｐ１から介設プレート１０を取り除くとともに、基板Ｐ１に介設プレート１１を配置する。介設プレート１１は、板状部材であって、介設プレート１０と同等の材料で形成されている。また、介設プレート１１は、金属部材１Ｘ，１Ｙと同等の幅で形成されている。介設プレート１１の裏面１１ｂは、基板Ｐ１の表面Ｐ１ａに面接触する。

【0113】

金属部材１Ｘ，１Ｙを裏返し、クランプＰ２で金属部材１Ｘ，１Ｙを移動不能に拘束する。金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂの全面は、介設プレート１１の表面１１ａと面接触する。

【0114】

第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの裏面１ｃ，１ｃ側から突合せ部Ｊに対して回転した小型回転ツールＨを挿入する。第二の本接合工程では、冷却流路Ｐ３に冷却媒体を流して金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しつつ、ショルダ部Ｈ１の下端面を裏面１ｃ，１ｃよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。小型回転ツールＨの移動軌跡には塑性化領域Ｗ２が形成される。攪拌ピンＨ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが接触する程度に挿入することが好ましい。より好ましくは、攪拌ピンＨ２が塑性化領域Ｗ１に入り込む程度に挿入することが好ましい。

【0115】

以上説明した第三実施形態の変形例ように、介設プレート１０を用いて段差のある載置部を設けてもよい。本変形例では、第一の本接合工程を行う際に、一方の金属部材１Ｘを予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、第一の本接合工程後に接合された金属部材１Ｘ，１Ｙを平坦にすることができる。

【0116】

また、第二の本接合工程では、表面１１ａが平坦な介設プレート１１を用いる。第一の本接合工程後は接合された金属部材１Ｘ，１Ｙが平坦になっているため、介設プレート１１により第二の本接合工程を安定して行うことができる。

【0117】

また、第二の本接合工程では、小型回転ツールＨを用いて摩擦攪拌接合を行うことで入熱量を小さくすることができる。また、介設プレート１１の裏面１１ｂは基板Ｐ１の表面Ｐ１ａに面接触するとともに、金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂは、介設プレート１１の表面１１ａに面接触する。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙの全面から介設プレート１１を介して基板Ｐ１側に抜熱（図７の（ｂ）の矢印Ｒ参照）されるため、金属部材１Ｘ，１Ｙに残留する熱量は小さくなる。さらに、本変形例では、第二の本接合工程で金属部材１Ｘ，１Ｙを冷却しながら摩擦攪拌を行う。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙ内に残留する熱量がさらに小さくなるため金属部材１Ｘ，１Ｙを平坦にすることができる。

【0118】

また、介設プレート１１の大きさは特に制限されないが、金属部材１Ｘ，１Ｙの表面１ｂ，１ｂの全面を介設プレート１１に面接触させることで抜熱効率を向上させることができる。また、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの冷却作業を省略してもよい。

【0119】

なお、第三実施形態の変形例においては、小型回転ツールＨに替えて、本接合用回転ツールＦを用いて第二の本接合工程を行ってもよい。この場合は、攪拌ピンＦ２のみが金属部材１Ｘ，１Ｙに接触するため、入熱量を小さくすることができる。これにより、金属部材１Ｘ，１Ｙの変形を抑制することができる。また、この場合も、第二の本接合工程では、金属部材１Ｘ，１Ｙの冷却作業を省略してもよい。

【0120】

また、本変形例では、介設プレート（第一介設プレート）１０と介設プレート（第二介設プレート）１１と別々のものを用いたが、介設プレート１０を第二の本接合工程で用いてもよい。また、第二の本接合工程では、介設プレート１０を二枚並設させてもよい。

【0121】

以上本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、前記した実施形態及び変形例では、第二の本接合工程を行ったが、第二の本接合工程は省略してもよい。また、前記した実施形態及び変形例では、金属部材１Ｘ，１Ｙの他端側をクランプで固定したが、金属部材１Ｘ，１Ｙの他端側を架台に固定せずに第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行ってもよい。

【0122】

また、本実施形態及び変形例では、第一の本接合工程において、他方の金属部材１Ｙ側（架台又は介設プレートと面接触している金属部材側）がシアー側となるように回転ツールの回転方向及び進行方法を設定したが、回転ツールのシアー側、フロー側をどのように設定するかは、金属部材１Ｘ，１Ｙの材質、各部位の寸法、本接合工程の入熱量や接合後の熱収縮等を考慮して適宜設定すればよい。

【符号の説明】

【0123】

１Ｘ 金属部材
１Ｙ 金属部材
１ａ 端面
１ｂ 表面
１ｃ 裏面
１０ 介設プレート
１１ 介設プレート
Ｇ 回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｊ 突合せ部
Ｋ 可動式架台
Ｋ１ 分割架台
Ｋ２ 分割架台
Ｋ１ｃ 冷却流路
Ｋ２ｃ 冷却流路
Ｋ１ｄ 表面
Ｋ２ｄ 表面
Ｇ 回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｈ 小型回転ツール
Ｆ 本接合用回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】