特開 2024-34226 摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法、摩擦撹拌接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034226

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法、摩擦撹拌接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20240306BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 346

B23K20/12 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138334

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000100805

【氏名又は名称】アイシン高丘株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(72)【発明者】

【氏名】近藤 清人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 貴之

(72)【発明者】

【氏名】古橋 正樹

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA03

4E167AA06

4E167AA08

4E167AA13

4E167AA29

4E167BG02

4E167BG05

4E167BG12

4E167BG22

4E167BG25

4E167BG32

4E167DA04

(57)【要約】

【課題】摩擦撹拌接合により複数の被接合部材を一体化して構造体を製造する場合において、接合工程の工数を削減できる構造体の製造方法及び摩擦撹拌接合装置を提供する。
【解決手段】構造体の製造方法において、配置工程では、第１，第２部材２０，３０の側面２１，３１同士を突き合わせるとともに、第１，第３部材２０，４０を重ね合わせた状態にする。接合工程では、第１部材２０の側から第１，第３部材２０，４０の界面５１近傍まで、摩擦撹拌接合用工具を構成するプローブを挿入した状態で、第１，第２部材２０，３０の界面５０に沿ってプローブを回転させながら移動させる。これにより、第１，第２部材２０，３０の側面２１，３１部分の摩擦撹拌接合と、第１，第３部材２０，４０の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

柱状のプローブ（１３）を有する摩擦撹拌接合用工具（１０）を用いて複数の被接合部材（２０，３０，４０，７０，１００Ａ，１００Ｂ，１１０，１３０）を接合することにより、複数の前記被接合部材が一体化された構造体（９０～９５）を製造する摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法において、
複数の前記被接合部材のうち、前記プローブが挿入される第１被接合部材（２０，７０，１１０）と、第２被接合部材（３０，１００Ｂ，１３０）との側面同士を突き合わせる作業と、
複数の前記被接合部材のうち奥側被接合部材（４０，１００Ａ）を前記第１被接合部材に対して前記プローブの挿入方向奥側に重ねる作業、及び複数の前記被接合部材のうち側方被接合部材（２０）の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせる作業の少なくとも一方と、
を含む配置工程と、
前記配置工程の後、回転状態の前記プローブを前記第１被接合部材に沿わせながら複数の前記被接合部材に対して相対移動させることにより、前記第１被接合部材に対して、前記第２被接合部材と、前記奥側被接合部材及び前記側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合する接合工程と、
を備える、摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法。

【請求項2】

前記配置工程は、前記第１被接合部材（２０）及び前記第２被接合部材（３０，１３０）の側面同士を突き合わせるとともに、前記第１被接合部材と前記奥側被接合部材（４０）とを重ね合わせた状態にする工程であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材の側から前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の少なくとも界面（５１）近傍まで前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面（５０，１４０）に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である、請求項１に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体（９０，９４）の製造方法。

【請求項3】

前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材及び前記奥側被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材である、請求項２に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法。

【請求項4】

前記第２被接合部材（１３０）は、前記プローブの挿入方向に複数の薄板（１３０ａ）が積層されて構成されており、
前記接合工程において、前記第２被接合部材を前記薄板の積層方向両側から押圧装置（２１０，２１１）により押さえつけた状態で、前記プローブを相対移動させる、請求項２又は３に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体（９４）の製造方法。

【請求項5】

前記摩擦撹拌接合用工具は、柱状をなす基部（１１）を有し、
前記プローブは、前記基部の前記回転中心軸線方向における一端部に設けられ、
前記押圧装置は、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブ側に当接する第１押圧部（２１０）と、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブとは反対側に当接する第２押圧部（２１１）と、
を備え、
前記第１押圧部及び前記第２押圧部により前記第２被接合部材を挟み込むことにより、前記第２被接合部材を押さえ付けた状態にし、
前記第１押圧部は、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面（１４０）に沿って延びており、
前記接合工程において、前記第１押圧部により前記基部をガイドしつつ、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面に沿わせながら前記プローブを相対移動させる、請求項４に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法。

【請求項6】

前記第１被接合部材（７０）及び前記第２被接合部材（３０，１３０）の側面同士が向かい合う方向における前記第１被接合部材の寸法（Ｌ）は、前記プローブの外径寸法（Ｄ）と同等であり、
前記配置工程は、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面同士を突き合わせるとともに、前記側方被接合部材（２０）の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせた状態にする工程であり、
前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材及び前記側方被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材に前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である、請求項１に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体（９１，９３，９５）の製造方法。

【請求項7】

前記配置工程は、更に、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材と前記奥側被接合部材（４０）とを重ね合わせた状態にする工程であり、
前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材、前記側方被接合部材及び前記奥側被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材の側から前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の少なくとも界面（５１）近傍まで前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分同士の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材の側面部分同士の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である、請求項６に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体（９１）の製造方法。

【請求項8】

前記第２被接合部材（１３０）は、前記プローブの挿入方向に複数の薄板（１３０ａ）が積層されて構成されており、
前記接合工程において、前記第２被接合部材を前記薄板の積層方向両側から押圧装置（２１０，２１１）により押さえつけた状態で、前記プローブを相対移動させる、請求項６又は７に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体（９５）の製造方法。

【請求項9】

前記摩擦撹拌接合用工具は、柱状をなす基部（１１）を有し、
前記プローブは、前記基部の前記回転中心軸線方向における一端部に設けられ、
前記押圧装置は、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブ側に当接する第１押圧部（２１０）と、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブとは反対側に当接する第２押圧部（２１１）と、
を備え、
前記第１押圧部及び前記第２押圧部により前記第２被接合部材を挟み込むことにより、前記第２被接合部材を押さえ付けた状態にし、
前記第１押圧部は、前記第１被接合部材に沿って延びており、
前記接合工程において、前記第１押圧部により前記基部をガイドしつつ、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させる、請求項８に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法。

【請求項10】

前記第２被接合部材（１００Ｂ）と前記奥側被接合部材（１００Ａ）とは一体に構成されている、請求項２，３，７に記載の摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法。

【請求項11】

柱状のプローブ（１３）を有する摩擦撹拌接合用工具（１０）を備え、前記摩擦撹拌接合用工具を用いて複数の被接合部材（２０，３０，４０，７０，１００Ａ，１００Ｂ，１１０，１３０）を接合する摩擦撹拌接合装置（２００）において、
複数の前記被接合部材のうち、前記プローブが挿入される第１被接合部材（２０，７０，１１０）と、第２被接合部材（３０，１００Ｂ，１３０）との側面同士を突き合わせた状態にしつつ、
複数の前記被接合部材のうち奥側被接合部材（４０，１００Ａ）を前記第１被接合部材に対して前記プローブの挿入方向奥側に重ねた状態、及び複数の前記被接合部材のうち側方被接合部材（２０）の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせた状態のうち少なくとも一方の状態にして、回転状態の前記プローブを複数の前記被接合部材に対して相対移動させる駆動部（２０４）を備え、
前記駆動部は、前記プローブを前記第１被接合部材に沿わせながら相対移動させることにより、前記第１被接合部材に対して、前記第２被接合部材と、前記奥側被接合部材及び前記側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合する、摩擦撹拌接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱状のプローブを有する摩擦撹拌接合用工具を用いて複数の被接合部材を接合することにより、複数の被接合部材が一体化された構造体を製造する摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法、及び摩擦撹拌接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されているように、金属製の複数の被接合部材同士を接合する手法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）が知られている。摩擦撹拌接合では、接合用工具のプローブを高速で回転させながら接合予定部分の起点に挿入し、その後、高速回転を維持しつつプローブを移動させる。プローブの高速回転によって発生する摩擦熱により被接合部材が軟化するとともに、被接合部材が塑性流動によって撹拌され、被接合部材同士が接合される。これにより、複数の被接合部材が一体化された構造体を製造することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１１３５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の被接合部材の接合箇所が複数ある場合、接合工程の工数が増加する懸念がある。

【0005】

本発明は、摩擦撹拌接合により複数の被接合部材を一体化して構造体を製造する場合において接合工程の工数を削減できる構造体の製造方法及び摩擦撹拌接合装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決すべく、第１の発明は、柱状のプローブを有する摩擦撹拌接合用工具を用いて複数の被接合部材を接合することにより、複数の前記被接合部材が一体化された構造体を製造する摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法において、
複数の前記被接合部材のうち、前記プローブが挿入される第１被接合部材と、第２被接合部材との側面同士を突き合わせる作業と、
複数の前記被接合部材のうち奥側被接合部材を前記第１被接合部材に対して前記プローブの挿入方向奥側に重ねる作業、及び複数の前記被接合部材のうち側方被接合部材の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせる作業の少なくとも一方と、
を含む配置工程と、
前記配置工程の後、回転状態の前記プローブを前記第１被接合部材に沿わせながら複数の前記被接合部材に対して相対移動させることにより、前記第１被接合部材に対して、前記第２被接合部材と、前記奥側被接合部材及び前記側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合する接合工程と、
を備える。

【0007】

第２の発明では、第１の発明において、前記配置工程は、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面同士を突き合わせるとともに、前記第１被接合部材と前記奥側被接合部材とを重ね合わせた状態にする工程であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材の側から前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の少なくとも界面近傍まで前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である。

【0008】

第３の発明では、第２の発明において、前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材及び前記奥側被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材である。

【0009】

第４の発明では、第２又は第３の発明において、前記第２被接合部材は、前記プローブの挿入方向に複数の薄板が積層されて構成されており、
前記接合工程において、前記第２被接合部材を前記薄板の積層方向両側から押圧装置により押さえつけた状態で、前記プローブを相対移動させる。

【0010】

第５の発明では、第４の発明において、前記摩擦撹拌接合用工具は、柱状をなす基部を有し、
前記プローブは、前記基部の前記回転中心軸線方向における一端部に設けられ、
前記押圧装置は、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブ側に当接する第１押圧部と、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブとは反対側に当接する第２押圧部と、
を備え、
前記第１押圧部及び前記第２押圧部により前記第２被接合部材を挟み込むことにより、前記第２被接合部材を押さえ付けた状態にし、
前記第１押圧部は、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面に沿って延びており、
前記接合工程において、前記第１押圧部により前記基部をガイドしつつ、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の界面に沿わせながら前記プローブを相対移動させる。

【0011】

第６の発明では、第１の発明において、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面同士が向かい合う方向における前記第１被接合部材の寸法は、前記プローブの外径寸法と同等であり、
前記配置工程は、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面同士を突き合わせるとともに、前記側方被接合部材の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせた状態にする工程であり、
前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材及び前記側方被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材に前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である。

【0012】

第７の発明では、第６の発明において、前記配置工程は、更に、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材と前記奥側被接合部材とを重ね合わせた状態にする工程であり、
前記第１被接合部材は、前記第２被接合部材、前記側方被接合部材及び前記奥側被接合部材よりも硬度及び融点が低い部材であり、
前記接合工程は、前記第１被接合部材の側から前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の少なくとも界面近傍まで前記プローブを挿入した状態で、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させることにより、前記第１被接合部材及び前記第２被接合部材の側面部分同士の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記側方被接合部材の側面部分同士の摩擦撹拌接合と、前記第１被接合部材及び前記奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行う工程である。

【0013】

第８の発明では、第６又は第７の発明において、前記第２被接合部材は、前記プローブの挿入方向に複数の薄板が積層されて構成されており、
前記接合工程において、前記第２被接合部材を前記薄板の積層方向両側から押圧装置により押さえつけた状態で、前記プローブを相対移動させる。

【0014】

第９の発明では、第８の発明において、前記摩擦撹拌接合用工具は、柱状をなす基部を有し、
前記プローブは、前記基部の前記回転中心軸線方向における一端部に設けられ、
前記押圧装置は、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブ側に当接する第１押圧部と、
前記第２被接合部材における前記積層方向の両側のうち、前記プローブとは反対側に当接する第２押圧部と、
を備え、
前記第１押圧部及び前記第２押圧部により前記第２被接合部材を挟み込むことにより、前記第２被接合部材を押さえ付けた状態にし、
前記第１押圧部は、前記第１被接合部材に沿って延びており、
前記接合工程において、前記第１押圧部により前記基部をガイドしつつ、前記第１被接合部材に沿わせながら前記プローブを相対移動させる。

【0015】

第１０の発明では、第２，３，７のいずれか１つの発明において、前記第２被接合部材と前記奥側被接合部材とは一体に構成されている。

【0016】

第１１の発明は、柱状のプローブを有する摩擦撹拌接合用工具を備え、前記摩擦撹拌接合用工具を用いて複数の被接合部材を接合する摩擦撹拌接合装置において、
複数の前記被接合部材のうち、前記プローブが挿入される第１被接合部材と、第２被接合部材との側面同士を突き合わせた状態にしつつ、
複数の前記被接合部材のうち奥側被接合部材を前記第１被接合部材に対して前記プローブの挿入方向奥側に重ねた状態、及び複数の前記被接合部材のうち側方被接合部材の側面と、前記第１被接合部材において前記第２被接合部材とは反対側の側面とを突き合わせた状態のうち少なくとも一方の状態にして、回転状態の前記プローブを複数の前記被接合部材に対して相対移動させる駆動部を備え、
前記駆動部は、前記プローブを前記第１被接合部材に沿わせながら相対移動させることにより、前記第１被接合部材に対して、前記第２被接合部材と、前記奥側被接合部材及び前記側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合する。

【発明の効果】

【0017】

第１の発明では、配置工程において、プローブが挿入される第１被接合部材と、第２被接合部材との側面同士が突き合わされた状態とされる。また、配置工程において、奥側被接合部材が第１被接合部材に対してプローブの挿入方向奥側に重ねられた状態、及び側方被接合部材の側面と、第１被接合部材において第２被接合部材とは反対側の側面とが突き合わされた状態のうち、少なくとも一方の状態とされる。このような状態で、回転状態のプローブを第１被接合部材に沿わせながら各被接合部材に対して相対移動させる。これにより、第１被接合部材に対して、第２被接合部材と、奥側被接合部材及び側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合する。その結果、摩擦撹拌接合により複数の被接合部材を一体化して構造体を製造する場合において、接合工程の工数を削減することができる。

【0018】

第２の発明では、配置工程において、第１，第２被接合部材の側面同士が突き合わされるとともに、第１被接合部材と奥側被接合部材とが重ね合わされた状態とされる。このような状態のもと、第１被接合部材の側から第１被接合部材及び奥側被接合部材の少なくとも界面近傍までプローブを挿入した状態で、第１被接合部材及び第２被接合部材の界面に沿わせながらプローブを相対移動させる。これにより、第１，第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、第１，奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行うことができる。これにより、例えば、第１，奥側被接合部材を摩擦撹拌接合するためのプローブの相対移動と、第１，第２被接合部材を摩擦撹拌接合するためのプローブの相対移動とを行う接合工程と比較して、工数を削減することができる。

【0019】

第３の発明では、第１，第２，奥側被接合部材のうち、硬度及び融点が最も低い第１被接合部材にプローブが挿入され、第１被接合部材においてプローブを相対移動させる。このため、プローブに与えるストレスを低減しつつ、第１被接合部材と、第１被接合部材よりも硬度及び融点が高い第２，奥側被接合部材とを接合することができる。

【0020】

第４の発明では、第２被接合部材を薄板の積層方向両側から押圧装置により押さえつけた状態とするため、複数の薄板の積層状態を維持しつつ、第１，第２被接合部材の摩擦撹拌接合を行うことができる。

【0021】

第５の発明では、第２被接合部材を押さえ付けるための第１押圧部が、第１，第２被接合部材の界面に沿って延びている。このため、第１押圧部を、摩擦撹拌接合用工具を構成する基部のガイドとして利用できる。これにより、第１，第２被接合部材の界面に沿ってプローブを精度よく相対移動させることができ、ひいては摩擦撹拌接合の精度を高めることができる。

【0022】

第６の発明では、配置工程において、第１，第２被接合部材の側面同士が突き合わされるとともに、側方被接合部材の側面と、第１被接合部材において第２被接合部材とは反対側の側面とが突き合わされた状態とされる。このような状態で、第１，第２被接合部材の側面同士が向かい合う方向における第１被接合部材の寸法と外径寸法が同等であるプローブが、第１被接合部材に挿入される。そして、第１被接合部材に沿わせながらプローブを相対移動させる。これにより、第１，第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、第１，側方被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合とを同時に行うことができる。その結果、例えば、第１，第２被接合部材を摩擦撹拌接合するためのプローブの相対移動と、第１，側方被接合部材を摩擦撹拌接合するためのプローブの相対移動とを行う接合工程と比較して、工数を削減することができる。

【0023】

また、第６の発明では、第１，第２，側方被接合部材のうち、硬度及び融点が最も低い第１被接合部材にプローブが挿入される。このため、プローブに与えるストレスを低減しつつ、第１被接合部材よりも硬度及び融点が高い第２，側方被接合部材を、第１被接合部材を介して接合することができる。

【0024】

第７の発明では、配置工程において、更に、第１，側方被接合部材と奥側被接合部材とが重ね合わされた状態とされる。このような状態で、プローブを相対移動させることにより、第１，第２被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、第１，側方被接合部材の側面部分の摩擦撹拌接合と、第１，奥側被接合部材の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行うことができる。これにより、接合工程における工数を削減することができる。

【0025】

第８の発明では、第２被接合部材を薄板の積層方向両側から押圧装置により押さえつけた状態とするため、複数の薄板の積層状態を維持しつつ、第１被接合部材を介した第２，側方被接合部材の摩擦撹拌接合を行うことができる。

【0026】

第９の発明では、第２被接合部材を押さえ付けるための第１押圧部が、第１被接合部材に沿って延びている。このため、第１押圧部を、摩擦撹拌接合用工具を構成する基部のガイドとして利用できる。これにより、第１被接合部材に沿ってプローブを精度よく相対移動させることができ、ひいては摩擦撹拌接合の精度を高めることができる。

【0027】

第１０の発明では、一体に構成された第２，奥側被接合部材と、第１被接合部材とを摩擦撹拌接合することができる。

【0028】

第１１の発明では、プローブが挿入される第１被接合部材と、第２被接合部材との側面同士が突き合わされた状態とされる。また、奥側被接合部材が第１被接合部材に対してプローブの挿入方向奥側に重ねられた状態、及び側方被接合部材の側面と、第１被接合部材において第２被接合部材とは反対側の側面とが突き合わされた状態のうち、少なくとも一方の状態とされる。このような状態で、駆動部により、回転状態のプローブを第１被接合部材に沿わせながら各被接合部材に対して相対移動させる。これにより、第１被接合部材に対して、第２被接合部材と、奥側被接合部材及び側方被接合部材の少なくとも一方とを同時に摩擦撹拌接合することができ、接合工程の工数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１実施形態に係る摩擦撹拌接合用工具を示す斜視図。

【図2】摩擦撹拌接合装置の概要を示す図。

【図3】接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図4】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図5】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【図6】第２実施形態に係る接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図7】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図8】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【図9】第３実施形態に係る接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図10】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図11】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【図12】第４実施形態に係る接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図13】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図14】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【図15】第５実施形態に係る接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図16】積層体の挟み込み時における被接合部材の断面図。

【図17】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図18】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【図19】第６実施形態に係る接合時における被接合部材の配置状態を示す斜視図。

【図20】積層体の挟み込み時における被接合部材の断面図。

【図21】摩擦撹拌接合時における被接合部材の断面図。

【図22】複数の被接合部材が一体化された構造体において被接合部材の接合部分を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0030】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合を用いた構造体の製造方法及び摩擦撹拌接合装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。構造体は、複数の被接合部材が一体化されて構成されている。複数の被接合部材、材料が異なる被接合部材を含む。材料は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、及びステンレス等の鉄系材料である。構造体は、例えば、電池等に用いられる電気部品である。

【0031】

まず、図１を用いて、製造方法で用いられる摩擦撹拌接合用工具１０について説明する。摩擦撹拌接合用工具１０は、基部１１と、ショルダ部１２と、プローブ１３とを備えている。

【0032】

基部１１は、円柱状をなし、工具鋼、タングステン合金、セラミックス等の工具鋼、タングステン合金、セラミックス等の強度、耐衝撃性、耐摩耗性等に優れた材料を用いて形成されている。基部１１の一端部は、基部１１の中心軸線方向に対して直交する平坦面とされ、当該平坦面がショルダ部１２となっている。

【0033】

プローブ１３は、円形平坦面よりなるショルダ部１２の中心部に設けられ、基部１１の中心軸線と中心軸線を同じとし、当該中心軸線の方向に向けて突出している。プローブ１３は円柱状をなし、基部１１と同様、工具鋼、タングステン合金、セラミックス等の工具鋼、タングステン合金、セラミックス等の強度、耐衝撃性、耐摩耗性等に優れた材料を用いて形成されている。プローブ１３の外周部１３ｂには、中心軸線方向全域にわたって図示しないねじ溝が形成されている。ねじ溝は、プローブ１３の先端面１３ａ側への被接合部材の塑性流動を促進するために設けられている。なお、プローブ１３は、基部１１と一体形成されたものであってもよいし、基部１１に対して着脱式のものであってもよい。

【0034】

続いて、図２を用いて、上記摩擦撹拌接合用工具１０を備える摩擦撹拌接合装置２００について説明する。摩擦撹拌接合装置２００は、摩擦撹拌接合の接合対象となる複数の被接合部材が載置される載置部２０１と、被接合部材を把持して載置部２０１に搬入及び載置したり、被接合部材を把持して載置部２０１から搬出したりする部材移動部２０２と、位置決め部２０３とを備えている。摩擦撹拌接合装置２００は、また、加工装置部２０４と、制御部２０５とを備えている。制御部２０５は、マイコンを主体として構成されている。

【0035】

載置部２０１は、Ｘ軸方向、及びＸ軸と直交するＹ軸方向において移動可能に構成されている。本実施形態において、Ｘ，Ｙ軸は、水平方向に延びる軸線であるとする。載置部２０１の移動制御は、制御部２０５により実行される。

【0036】

部材移動部２０２は、例えば、被接合部材を把持するロボットハンドを備えている。部材移動部２０２の駆動制御が制御部２０５により実行されることで、載置部２０１において、被接合部材は、側面同士を突き合わせた状態や、平面同士を重ね合わせた状態で載置されることが可能になっている。

【0037】

位置決め部２０３は、載置部２０１に載置された各被接合部材が摩擦撹拌接合時に位置ずれしないようにするための構成である。位置決め部２０３は、例えば、被接合部材を挟み込む機構により、各被接合部材の位置決めを行う。位置決め部２０３による位置決め制御は、制御部２０５により実行される。

【0038】

加工装置部２０４は、工具回転保持機構と、支持機構とを備えている。工具回転保持機構は、載置部２０１の上方に設けられ、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる回転中心軸線を中心に高速回転する回転軸を有している。回転軸には、摩擦撹拌接合用工具１０が取り付けられている。回転軸に取り付けられた摩擦撹拌接合用工具１０は、プローブ１３が下方に向けられ、回転軸の回転中心軸線が摩擦撹拌接合用工具１０の回転中心軸線と一致している。制御部２０５により回転軸が回転駆動されることにより、摩擦撹拌接合用工具１０もその回転中心軸線を中心として回転する。

【0039】

加工装置部２０４の支持機構は、工具回転保持機構がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能となるように、工具回転保持機構を支持している。制御部２０５により支持機構が駆動制御されることにより、載置部２０１に載置された各被接合部材に対して摩擦撹拌接合用工具１０が移動する。なお、本実施形態において、加工装置部２０４が「駆動部」に相当する。

【0040】

ちなみに、各被接合部材に対して摩擦撹拌接合用工具１０を相対移動させる方法としては、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる方法に限らず、例えば、載置部２０１を移動させる方法であってもよい。

【0041】

次に、摩擦撹拌接合用工具１０を使用して行う摩擦撹拌接合方法について、図３～図５を参照して説明する。本実施形態では、複数の被接合部材を摩擦撹拌接合により一体化することにより、図５に示す構造体９０を製造する。本実施形態では、複数の被接合部材として、図３に示すように、第１，第２，第３部材２０，３０，４０が用いられる。第１，第２，第３部材２０，３０，４０は、矩形板状をなすとともに、導電性の金属部材である。なお、本実施形態において、第１部材２０が「第１被接合部材」に相当し、第２部材３０が「第２被接合部材」に相当し、第３部材４０が「奥側被接合部材」に相当する。

【0042】

構造体９０の製造工程において、まず、図３に示すように、載置部２０１において、第１部材２０の側面２１と第２部材３０の側面３１とを突き合わせるとともに、第１，第２部材２０，３０の下面２２，３２と第３部材４０の上面４１とを重ね合わせた状態にする。この際、各部材２０，３０，４０は、部材移動部２０２が制御部２０５により駆動制御されることで載置部２０１に載置される。各部材２０，３０，４０が載置部２０１に載置された状態で、第１，第２部材２０，３０の板面の正面視において、第１部材２０及び第２部材３０の界面５０が第３部材４０上に位置する。

【0043】

続いて、プローブ１３が第１，第２部材２０，３０の板面に対して垂直をなすように摩擦撹拌接合用工具１０を保持した上で、加工装置部２０４が制御部２０５により駆動制御されることで、高速回転するプローブ１３が接合予定部分の起点Ｐ１に挿入される。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図３に示すように、第１部材２０のうち、第１，第２部材２０，３０の界面５０の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、第１部材２０のうち、界面５０の他端側である。

【0044】

本実施形態では、各部材２０，３０，４０のうち、第１部材２０にプローブ１３を挿入する。これは、各部材２０，３０，４０が異種材料により形成されているためである。詳しくは、第１部材２０は、第２部材３０及び第３部材４０よりも硬度及び融点が低い材料により形成されている。例えば、第１部材２０はアルミニウムにより形成されており、第２部材３０は銅により形成されており、第３部材４０は鉄系材料であるステンレスにより形成されている。硬度及び融点が最も低い第１部材２０にプローブ１３を挿入することにより、プローブ１３に与えるストレスを低減できる。

【0045】

図４に示すように、加工装置部２０４の駆動制御により、第１部材２０の側から第１部材２０及び第３部材４０の界面５１近傍までプローブ１３を挿入する。本実施形態では、プローブ１３の先端面１３ａが界面５１に到達するまでプローブ１３を挿入する。なお、これに限らず、例えば、界面５１よりも第３部材４０の側の位置にプローブ１３の先端面１３ａが到達するまでプローブ１３を挿入してもよい。

【0046】

その後、加工装置部２０４の駆動制御により、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で第１，第２部材２０，３０の上面２３，３３を押さえつけながら、図３に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。プローブ１３が終点Ｐ２に到達すると、加工装置部２０４の駆動制御により、プローブ１３を上方に移動させて第１部材２０から離脱させる。

【0047】

摩擦撹拌接合用工具１０の移動中、プローブ１３の高速回転によって発生する摩擦熱により、プローブ１３が存在する領域において、第１部材２０、第２部材３０及び第３部材４０が軟化する。第２，第３部材３０，４０よりも融点が低いために第２，第３部材３０，４０よりも流動性が高い第１部材２０は、プローブ１３の外周部１３ｂによって第２部材３０の側へ塑性流動する。これにより、プローブ１３の外周部１３ｂから、第１部材２０及び第２部材３０の界面５０付近に至る界面領域、つまり、界面５０よりも第２部材３０の側の界面領域において、第１部材２０と第２部材３０との混合物よりなる第１混合物層６１が形成される。第１混合物層６１により、第１部材２０の側面部分と第２部材３０の側面部分とが摩擦撹拌接合される。

【0048】

また、プローブ１３の先端面１３ａ付近の界面領域、つまり、第１部材２０及び第３部材４０の界面５１から第３部材４０側の界面領域において、第１部材２０と第３部材４０との混合物よりなる第２混合物層６２が形成される。第２混合物層６２により、第１部材２０と第３部材４０との重ね合わせ部分が摩擦撹拌接合される。図５に示すように、第１混合物層６１及び第２混合物層６２は、第１部材２０及び第２部材３０の界面５０であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１部材２０を介して第２，第３部材３０，４０が一体化され、構造体９０が製造される。

【0049】

このように、本実施形態では、第１部材２０及び第２部材３０の界面５０に沿って、界面５０よりも第１部材２０側でプローブ１３を回転させながら移動させる。なお、プローブ１３を回転させながら移動させる際に、プローブ１３を第２部材２０に侵入させるようにしてもよい。これにより、第１，第２部材２０，３０の側面部分の摩擦撹拌接合と、第１，第３部材２０，４０の重ね合わせ部分の摩擦撹拌接合とを同時に行うことができる。その結果、接合工程における工数を削減することができる。

【0050】

また、硬度が高くてプローブ１３を挿入しにくい第２，第３部材３０，４０を、これら部材３０，４０よりも硬度及び融点が低い第１部材２０を介して的確に接合することができる。

【0051】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図６～図８を参照しつつ説明する。本実施形態では、構造体９１を構成する複数の被接合部材として、図６に示すように、第１，第２，第３部材２０，３０，４０に加え、中間部材７０が用いられる。中間部材７０は、第１，第２部材２０，３０に挟まれる。本実施形態において、第１部材２０は、中間部材７０よりも硬度及び融点が高い材料で形成されている。なお、本実施形態において、中間部材７０が「第１被接合部材」に相当し、第２部材３０が「第２被接合部材」に相当し、第３部材４０が「奥側被接合部材」に相当し、第１部材２０が「側方被接合部材」に相当する。

【0052】

構造体９０の製造工程において、まず、図６に示すように、第１部材２０の側面２１に、中間部材７０の第１側面７１を付き合わせ、第２部材３０の側面３１に中間部材７０の第２側面７２を突き合わせた状態にする。また、第１，第２部材２０，３０の下面２２，３２及び中間部材７０の下面７３と、第３部材４０の上面４１とを重ね合わせた状態にする。これにより、第１，第２部材２０，３０の板面の正面視において、第１部材２０及び中間部材７０の界面５２と、第２部材３０及び中間部材７０の界面５３とが第３部材４０上に位置する。

【0053】

続いて、プローブ１３を高速回転させながら接合予定部分の起点Ｐ１に挿入する。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図６に示すように、中間部材７０の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、中間部材７０の他端側である。

【0054】

本実施形態において、第１，第２部材２０，３０の側面２１，３１同士が向かい合う方向における中間部材７０の寸法Ｌは、プローブ１３の外径寸法Ｄと同等の寸法（具体的には例えば、同じ寸法）である。各部材２０，３０，４０，７０のうち、硬度及び融点が最も低い中間部材７０にプローブ１３を挿入することにより、プローブ１３に与えるストレスを低減できる。

【0055】

図７に示すように、中間部材７０の側から中間部材７０及び第３部材４０の界面５１近傍までプローブ１３を挿入する。本実施形態では、プローブ１３の先端面１３ａが界面５１に到達するまでプローブ１３を挿入する。なお、これに限らず、例えば、界面５１よりも第３部材４０の側の位置にプローブ１３の先端面１３ａが到達するまでプローブ１３を挿入してもよい。

【0056】

その後、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で第１，第２部材２０，３０の上面２３，３３及び中間部材７０の上面７４を押さえつけながら、図６に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。なお、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる際に、プローブ１３を第１，第２部材２０，３０に侵入させるようにしてもよい。

【0057】

摩擦撹拌接合用工具１０の移動中、プローブ１３の高速回転によって発生する摩擦熱により、プローブ１３が存在する領域において、第１部材２０、第２部材３０、第３部材４０及び中間部材７０が軟化する。第１，第２，第３部材２０，３０，４０よりも融点が低いために第１，第２，第３部材２０，３０，４０よりも流動性が高い中間部材７０は、プローブ１３の外周部１３ｂによって第２部材３０の側へ塑性流動する。これにより、プローブ１３の外周部１３ｂから、第２部材３０及び中間部材７０の界面５３付近に至る界面領域、つまり、界面５３よりも第２部材３０の側の界面領域において、第２部材３０と中間部材７０との混合物よりなる第１混合物層８１が形成される。第１混合物層８１により、中間部材７０と第２部材３０とが摩擦撹拌接合される。

【0058】

また、プローブ１３の外周部１３ｂから、第１部材２０及び中間部材７０の界面５２付近に至る界面領域、つまり、界面５２よりも第１部材２０の側の界面領域において、第１部材２０と中間部材７０との混合物よりなる第２混合物層８２が形成される。第２混合物層８２により、中間部材７０と第１部材２０とが摩擦撹拌接合される。

【0059】

また、プローブ１３の先端面１３ａ付近の界面領域、つまり、中間部材７０及び第３部材４０の界面５１から第３部材４０側の界面領域において、中間部材７０と第３部材４０との混合物よりなる第３混合物層８３が形成される。第３混合物層８３により、中間部材７０と第３部材４０とが摩擦撹拌接合される。

【0060】

図８に示すように、第１混合物層８１は、中間部材７０及び第２部材３０の界面５３であった領域の一端から他端にわたって延びており、第２混合物層８２は、中間部材７０及び第１部材２０の界面５２であった領域の一端から他端にわたって延びている。また、第３混合物層８３は、中間部材７０及び第３部材４０の界面５１であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１，第２，第３部材２０，３０，４０が中間被部材７０を介して一体化され、構造体９１が製造される。

【0061】

以上説明した本実施形態によっても、接合工程における工数を削減することができる。また、本実施形態によれば、第１，第２，第３部材２０，３０，４０の材料によらず、中間部材７０を介してこれら部材２０，３０，４０を接合することができる。

【0062】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図９～図１１を参照しつつ説明する。本実施形態では、構造体９２を構成する複数の被接合部材として、図９に示すように、第１実施形態とは形状の異なる第１部材１００と、第２部材１１０とが用いられる。

【0063】

第２部材１１０は、矩形板状をなしている。第１部材１００は、土台部１００Ａと、土台部１００Ａの上面１０１Ａの中間部から上方に突出する突出部１００Ｂとを備えている。土台部１００Ａ及び突出部１００Ｂは、継ぎ目なく一体形成され、一部材として構成されている。土台部１００Ａ及び突出部１００Ｂにより形成された段差部に第２部材１１０の一端が当接する。なお、本実施形態において、第２部材１１０が「第１被接合部材」に相当し、土台部１００Ａが「奥側被接合部材」に相当し、突出部１００Ｂが「第２被接合部材」に相当する。

【0064】

構造体９２の製造工程において、まず、図９に示すように、突出部１００Ｂの側面１０１Ｂと第２部材１１０の側面１１１とを突き合わせるとともに、第２部材１１０の下面１１２と土台部１００Ａの上面１０１Ａとを重ね合わせた状態にする。これにより、突出部１００Ｂ及び第２部材１１０の板面の正面視において、突出部１００Ｂ及び第２部材１１０の界面１２０が土台部１００Ａ上に位置する。

【0065】

続いて、プローブ１３を高速回転させながら接合予定部分の起点Ｐ１に挿入する。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図９に示すように、第２部材１１０の界面１２０側部分のうち、界面１２０が延びる方向の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、第２部材１１０の界面１２０側の部分のうち、界面１２０が延びる方向の他端側である。

【0066】

本実施形態では、第１部材１００及び第２部材１１０のうち、第２部材１１０にプローブ１３を挿入する。これは、第２部材１１０が、第１部材１００よりも硬度及び融点の低い材料（例えばアルミニウム）で形成されているためである。これにより、プローブ１３に与えるストレスを低減できる。

【0067】

図１０に示すように、第２部材１１０の側から第２部材１１０及び土台部１００Ａの界面１２１近傍までプローブ１３を挿入する。本実施形態では、プローブ１３の先端面１３ａが界面１２１に到達するまでプローブ１３を挿入する。なお、これに限らず、例えば、界面１２１よりも土台部１００Ａの側の位置にプローブ１３の先端面１３ａが到達するまでプローブ１３を挿入してもよい。

【0068】

その後、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で突出部１００Ｂの上面１０２Ｂ及び第２部材１１０の上面１１３を押さえつけながら、図９に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。なお、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる際に、プローブ１３を突出部１００Ｂに侵入させるようにしてもよい。

【0069】

摩擦撹拌接合用工具１０の移動中、プローブ１３の高速回転によって発生する摩擦熱により、プローブ１３が存在する領域において、第１部材１００及び第２部材１１０が軟化する。第１部材１００よりも流動性が高い第２部材１１０は、プローブ１３の外周部１３ｂによって突出部１００Ｂの側へ塑性流動する。これにより、プローブ１３の外周部１３ｂから、突出部１００Ｂ及び第２部材１１０の界面１２０付近に至る界面領域、つまり、界面１２０よりも突出部１００Ｂの側の界面領域において、突出部１００Ｂと第２部材１１０との混合物よりなる第１混合物層１３１が形成される。第１混合物層１３１により、突出部１００Ｂと第２部材１１０とが摩擦撹拌接合される。

【0070】

また、プローブ１３の先端面１３ａ付近の界面領域、つまり、土台部１００Ａ及び第２部材１１０の界面１２１から土台部１００Ａ側の界面領域において、土台部１００Ａと第２部材１１０との混合物よりなる第２混合物層１３２が形成される。第２混合物層１３２により、土台部１００Ａと第２部材１１０とが摩擦撹拌接合される。

【0071】

図１１に示すように、第１混合物層１３１は、突出部１００Ｂ及び第２部材１１０の界面１２０であった領域の一端から他端にわたって延びており、第２混合物層１３２は、土台部１００Ａ及び第２部材１１０の界面１２１であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１，第２部材１００，１１０が一体化され、構造体９２が製造される。

【0072】

以上説明した本実施形態によっても、接合工程における工数を削減することができる。

【0073】

＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に、図１２～図１４を参照しつつ説明する。本実施形態では、構造体９３を構成する複数の被接合部材として、図１２に示すように、第１，第２部材２０，３０及び中間部材７０が用いられ、第２実施形態で用いられた第３部材４０は用いられない。

【0074】

構造体９３の製造工程において、まず、図１２に示すように、第１部材２０の側面２１に、中間部材７０の第１側面７１を付き合わせ、第２部材３０の側面３１に中間部材７０の第２側面７２を突き合わせた状態にする。

【0075】

続いて、プローブ１３を高速回転させながら接合予定部分の起点Ｐ１に挿入する。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図１２に示すように、中間部材７０の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、中間部材７０の他端側である。

【0076】

なお、第１部材２０及び第２部材３０の側面２１，３１同士が向かい合う方向における中間部材７０の寸法Ｌは、プローブ１３の外径寸法Ｄと同じである。また、各部材２０，３０，７０のうち中間部材７０が、第１，第２部材２０，３０よりも硬度及び融点が低い材料で形成されている。

【0077】

図１３に示すように、中間部材７０の側から中間部材７０の下面７３に到達するまでプローブ１３を挿入する。その後、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で第１，第２部材２０，３０の上面２３，３３及び中間部材７０の上面７４を押さえつけながら、図１２に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。なお、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる際に、プローブ１３を第１，第２部材２０，３０に侵入させるようにしてもよい。これにより、第２実施形態と同様に、第１混合物層８１及び第２混合物層８２が形成される。図１４に示すように、第１混合物層８１は、中間部材７０及び第２部材３０の界面５３であった領域の一端から他端にわたって延びており、第２混合物層８２は、中間部材７０及び第１部材２０の界面５２であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１，第２部材２０，３０が中間部材７０を介して一体化され、構造体９３が製造される。

【0078】

以上説明した本実施形態によっても、接合工程における工数を削減することができる。

【0079】

＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図１５～図１８を参照しつつ説明する。本実施形態では、構造体９４を構成する第２部材１３０が、一部材ではなく、複数の薄板１３０ａの積層体として構成されている。薄板１３０ａは、第１部材２０及び第３部材４０よりも厚さ寸法が小さい。第２部材１３０は、例えば、銅で形成された積層バスバーである。なお、本実施形態において、第２部材１３０が「第２被接合部材」に相当する。

【0080】

構造体９４の製造工程において、まず、図１５に示すように、第１部材２０の側面２１と第２部材１３０の側面１３１とを突き合わせるとともに、第１，第２部材２０，１３０の下面２２，１３２と第３部材４０の上面４１とを重ね合わせた状態にする。

【0081】

続いて、プローブ１３を高速回転させながら接合予定部分の起点Ｐ１に挿入する。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図１５に示すように、第１部材２０における第１，第２部材２０，１３０の界面１４０側部分のうち、界面１４０の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、第１部材２０における界面１４０側部分のうち、界面１４０の他端側である。

【0082】

本実施形態では、各部材２０，１３０，４０のうち、第１部材２０にプローブ１３を挿入する。これは、第１部材２０が、第２部材１３０及び第３部材４０よりも硬度及び融点が低い材料により形成されており、プローブ１３に与えるストレスを低減するためである。

【0083】

続く工程では、図１６に示すように、位置決め部２０３を構成する押圧装置により、第２部材１３０を薄板１３０ａの積層方向両側から押さえつけた状態とする。詳しくは、押圧装置は、第２部材１３０の上面１３３に当接する第１押圧部２１０と、第２部材１３０の下面１３２に当接する第２押圧部２１１とを備えている。第１押圧部２１０及び第２押圧部２１１により第２部材１３０を挟み込むことにより、第２部材１３０を押さえ付けた状態にし、摩擦撹拌接合中における複数の薄板１３０ａの積層状態を維持する。これにより、第２部材１３０において第１部材２０側の側面部分の端末加工（例えば、この側面部分のかしめ）を行うことなく、第１，第２部材２０，１３０を接合できる。

【0084】

続く工程では、図１７に示すように、第１部材２０の側から第１部材２０及び第３部材４０の界面５１近傍までプローブ１３を挿入する。本実施形態では、プローブ１３の先端面１３ａが界面５１に到達するまでプローブ１３を挿入する。なお、これに限らず、例えば、界面５１よりも第３部材４０の側の位置にプローブ１３の先端面１３ａが到達するまでプローブ１３を挿入してもよい。

【0085】

その後、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で第１，第２部材２０，１３０の上面２３，１３３を押さえつけながら、図１５に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。なお、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる際に、プローブ１３を第２部材１３０に侵入させるようにしてもよい。

【0086】

ここで、第１押圧部２１０は、第２部材１３０の上面１３３を押さえ付けた状態において、界面１４０が延びる方向に平行に延びている。このため、摩擦撹拌接合用工具１０の基部１１が第１押圧部２１０に当接しながらプローブ１３を移動させることができる。つまり、第１押圧部２１０により基部１１をガイドしながら、界面１４０に沿ってプローブ１３を回転させながら移動できる。これにより、第１，第２部材２０，１３０の界面１４０に沿ってプローブ１３を精度よく移動させることができ、ひいては第１，第２部材２０，１３０の側面部分の摩擦撹拌接合の精度を高めることができる。

【0087】

なお、押圧装置が制御されることにより、第２押圧部２１１は、第３部材４０の側面４２に当接してもよい。この場合、例えば、第２押圧部２１１を第３部材４０の位置決めに用いることができる。

【0088】

摩擦撹拌接合用工具１０の移動中、プローブ１３の高速回転によって発生する摩擦熱により、プローブ１３が存在する領域において、第１部材２０、第２部材１３０及び第３部材４０が軟化する。第２，第３部材１３０，４０よりも流動性が高い第１部材２０は、プローブ１３の外周部１３ｂによって第２部材１３０の側へ塑性流動する。これにより、プローブ１３の外周部１３ｂから、第１部材２０及び第２部材１３０の界面１４０付近に至る界面領域、つまり、界面１４０よりも第２部材１３０の側の界面領域において、第１部材２０と第２部材１３０との混合物よりなる第１混合物層１５１が形成される。第１混合物層１５１により、第１部材２０の側面部分と第２部材１３０の側面部分とが摩擦撹拌接合される。

【0089】

また、プローブ１３の先端面１３ａ付近の界面領域、つまり、第１部材２０及び第３部材４０の界面５１から第３部材４０側の界面領域において、第１部材２０と第３部材４０との混合物よりなる第２混合物層１５２が形成される。第２混合物層１５２により、第１部材２０と第３部材４０との重ね合わせ部分が摩擦撹拌接合される。図１８に示すように、第１混合物層１５１及び第２混合物層１５２は、第１部材２０及び第２部材１３０の界面１４０であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１部材２０を介して第２，第３部材１３０，４０が一体化され、構造体９４が製造される。

【0090】

以上説明した本実施形態によれば、第２部材１３０が積層体として構成されている場合において、接合工程における工数を削減できる。

【0091】

＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、第４，第５実施形態との相違点を中心に、図１９～図２２を参照しつつ説明する。本実施形態では、先の図１２に示した第２部材が、図１５に示した積層体により構成されている。

【0092】

構造体９５の製造工程において、まず、図１９に示すように、第１部材２０の側面２１に、中間部材７０の第１側面７１を付き合わせ、第２部材１３０の側面１３１に中間部材７０の第２側面７２を突き合わせた状態にする。

【0093】

続いて、プローブ１３を高速回転させながら接合予定部分の起点Ｐ１に挿入する。本実施形態の接合予定部分の起点Ｐ１は、図１９に示すように、中間部材７０の一端側であり、接合予定部分の終点Ｐ２は、中間部材７０の他端側である。

【0094】

なお、第１部材２０及び第２部材１３０の側面２１，１３１同士が向かい合う方向における中間部材７０の寸法Ｌは、プローブ１３の外径寸法Ｄと同じである。また、各部材２０，１３０，７０のうち中間部材７０が、第１，第２部材２０，１３０よりも硬度及び融点が低い材料で形成されている。

【0095】

続く工程では、図２０に示すように、第２部材１３０の上面１３３を第１押圧部２１０により押圧し、第２部材１３０の下面１３２を第２押圧部２１１により押圧することにより、第２部材１３０を積層方向両側から押さえつけた状態とする。これにより、摩擦撹拌接合中における複数の薄板１３０ａの積層状態を維持する。

【0096】

続く工程では、図２１に示すように、中間部材７０の側から中間部材７０の下面７３に到達するまでプローブ１３を挿入する。その後、摩擦撹拌接合用工具１０の高速回転を維持しつつ、ショルダ部１２で第１，第２部材２０，１３０の上面２３，１３３及び中間部材７０の上面７４を押さえつけながら、図１９に示す矢印に沿って起点Ｐ１から終点Ｐ２まで摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる。なお、摩擦撹拌接合用工具１０を移動させる際に、プローブ１３を第１，第２部材２０，１３０に侵入させるようにしてもよい。

【0097】

なお、第１押圧部２１０は、第５実施形態と同様に、第２部材１３０の上面１３３を押さえ付けた状態において、界面１４２及び中間部材７０が延びる方向に平行に延びている。このため、第１押圧部２１０により基部１１をガイドしながら、中間部材７０に沿ってプローブ１３を精度よく移動させることができる。

【0098】

摩擦撹拌接合用工具１０の移動中、プローブ１３の高速回転によって発生する摩擦熱により、プローブ１３が存在する領域において、第１部材２０、第２部材１３０及び中間部材７０が軟化する。これにより、第２実施形態と同様に、第１混合物層１５３及び第２混合物層１５４が形成される。図２２に示すように、第１混合物層１５３は、中間部材７０及び第２部材１３０の界面１４２であった領域の一端から他端にわたって延びており、第２混合物層１５４は、中間部材７０及び第１部材２０の界面１４１であった領域の一端から他端にわたって延びている。これにより、第１，第２部材２０，１３０が中間部材７０を介して一体化され、構造体９５が製造される。

【0099】

以上説明した本実施形態によれば、第５実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0100】

＜その他の実施形態＞
上記各実施形態は、以下のように変更して実施されてもよい。

【0101】

・図６に示した第２部材３０が、第５実施形態と同様に、複数の薄板１３０ａの積層体で構成されていてもよい。この場合、構造体の製造工程において、第５実施形態と同様に、積層体を押圧装置により挟み込む工程が追加されればよい。

【0102】

・基部１１及びプローブ１３の回転中心軸線に対して、摩擦撹拌接合用工具１０の移動方向に向けてプローブ１３を所定角度だけ傾斜できるように、加工装置部２０４が構成されていてもよい。

【0103】

・プローブ１３の先端面１３ａは、平坦面に限らず、例えば円弧状に形成されていてもよい。また、プローブ１３の先端面１３ａは、その周縁部が面取りされた形状であってもよい。

【符号の説明】

【0104】

１０…摩擦撹拌接合用工具、１１…基部、１３…プローブ、２０…第１部材、３０…第２部材、４０…第３部材、９０…構造体、２００…摩擦撹拌接合装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】