JP7452496B2 - 接合体の製造方法および接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、接合体の製造方法および接合装置に関する。

被接合部材を突合せまたは重ね合わせる等して組み合わせた複合体に対して、摩擦攪拌接合が行われている。このような摩擦攪拌接合を行う際には、通常、被接合部材をバッキングプレート上に設置して複合体を形成するとともに、クランプや治具を用いて複合体を固定してから、固定された状態の被接合部材に対して摩擦攪拌接合が行われる。また、被接合部材を組み合わせた複合体に対して、複合体の表側と裏側への摩擦攪拌接合を行うことも行われている（例えば特許文献１参照）。この場合、まずは、被接合部材をバッキングプレート上に設置してから、複合体を形成するとともに固定して、固定された状態の複合体に対して表側（第一面側）への摩擦攪拌接合が行われる。表側の摩擦攪拌接合の後、固定を解除して、被接合部材をそれぞれ裏返してバッキングプレート上に設置し直してから、再び複合体を形成するとともに固定する。続いて、固定された状態の被接合部材に対して、裏側（第二面側）への摩擦攪拌接合が行われる。

特開２０１０－２７４３２０号公報

従来の方法では、表側の摩擦攪拌接合を行うことで、摩擦攪拌によって発生する摩擦熱の影響を受けて、複合体の表側が収縮することによって、複合体の第一面側に圧縮応力が生じ、第一面と異なる第二面側に引張応力が生じる。この状態で複合体の固定を解除すると、圧縮応力及び引張応力によって、複合体が表側に向けて凹状に反り、裏側に向けて凸状に反るような変形が生じる。そして、一旦固定を解除した複合体を裏返して設置し直す場合、複合体が当初の形状から変形しているため、摩擦攪拌接合を行う部位の高さや位置が変化することになる。また、それぞれの被接合部材が変形しているため、被接合部材同士を当初の配置関係となるように組み合わせることができなくなる場合がある。この場合、回転ツールの攪拌ピンの挿入深さや挿入位置といった摩擦攪拌接合の条件が変化するため、良好な接合結果が得られなくなることがある。そのため攪拌ピンの挿入深さや挿入位置の調整が必要になる。また、変形を解消するため被接合部材を矯正しようとしたり、設置した被接合部材を、変形を抑制するように固定しようとしたりすると、時間と手間を要して生産性が低下する。

このような観点から、本発明は、第一面と第一面とは異なる第二面とを有する複合体に対して摩擦攪拌接合を行うにあたって、第一面での摩擦攪拌接合によって複合体に生じる変形の影響を抑制して、第二面の摩擦攪拌接合を行うことができる接合体の製造方法および接合装置を提供することを課題とする。

本発明は、金属部材同士が接合される配置関係で組み合わされて、第一面と前記第一面とは異なる第二面とを有する複合体に対して、攪拌ピンを有する回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合体の製造方法であって、前記各金属部材を前記配置関係で組み合わせて前記複合体を形成する配置工程、前記金属部材同士が組み合わせられた状態で前記複合体を固定する固定工程、固定された前記複合体に対して、前記第一面から前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う第一摩擦攪拌工程、前記回転ツールに対して前記第二面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を回動させる回動工程、及び固定された前記複合体に対して、前記第二面から前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う第二摩擦攪拌工程を備えることを特徴とする接合体の製造方法である。

本発明の接合体の製造方法においては、前記配置工程では、前記回転ツールに対して前記第一面が対向する位置関係となるように、前記各金属部材を配置することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記固定工程の後に、前記回転ツールに対して前記第一面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を設置する設置工程をさらに備えることが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を押さえて固定することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体を押えて固定することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記固定工程では、前記第一面と、前記複合体の前記第一面とは反対側の部位とを挟み込むことで固定することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体と、前記複合体の前記第一面とは反対側の前記第二面における摩擦攪拌部位を除いた前記第二面の全体とを挟み込むことで固定することが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記配置工程では、前記金属部材同士を重ね合わせて、前記第一面または前記第二面に、前記金属部材同士が重ね合わせられた重合部を有する前記複合体を形成し、前記第一摩擦攪拌工程または前記第二摩擦攪拌工程では、前記重合部に前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

本発明の接合体の製造方法においては、前記配置工程では、前記金属部材同士を突き合わせて、前記第一面または前記第二面に、前記金属部材同士が突き合わされた突合部を有する前記複合体を形成し、前記第一摩擦攪拌工程または前記第二摩擦攪拌工程では、前記突合部に前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

第二の本発明は、金属部材同士が接合される配置関係で組み合わされて、第一面と前記第一面とは異なる第二面とを有する複合体に対して、攪拌ピンを有する回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合装置であって、前記金属部材同士が組み合わされた状態で前記複合体を固定する固定器具、前記金属部材同士の摩擦攪拌接合を行う前記回転ツール、及び前記回転ツールに前記第一面又は前記第二面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を回動させる回動機構を備えることを特徴とする接合装置である。

本発明の接合装置においては、前記固定器具は、前記複合体を挟み込んだ状態で締結により固定する部材、または、前記複合体を挟持する挟持状態と前記複合体を開放する開放状態とで可動可能なクランプであるものが好ましい。

本発明の接合装置においては、前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を押さえて固定するものが好ましい。

本発明の接合装置においては、前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体を押えて固定する部材であるものが好ましい。

本発明の接合装置においては、前記固定器具は、前記第一面と、前記複合体の前記第一面とは反対側の部位とを挟み込むことで固定する部材であるものが好ましい。

本発明の接合装置においては、前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体と、前記複合体の前記第一面とは反対側の前記第二面における摩擦攪拌部位を除いた前記第二面の全体とを挟み込むことで固定する部材であるものが好ましい。

本発明に係る接合体の製造方法および接合装置によれば、第一面に対する第一摩擦攪拌工程の後に、第二面に対する第二摩擦攪拌工程を行う際に、第一摩擦攪拌工程によって複合体に生じる変形の影響を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る接合体の第一面側を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る接合体の第二面側を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る複合体及び固定器具を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る複合体及び固定器具を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る固定器具で金属部材同士を固定した状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る固定器具で金属部材同士を固定した状態で、回動機構を設置した図であって回転前の状態を示す断面図、（ｂ）は回転後の状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の配置工程を説明するための図であって下ジグを示す斜視図、（ｂ）は下ジグに第一金属部材を設置した状態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の配置工程を説明するための図であって第一金属部材に第二金属部材を設置した状態を示す斜視図、（ｂ）は固定工程を説明するための図であって上ジグと上側の押え部材を設置して押えアームで押さえた状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の第一摩擦攪拌工程を説明するための図であって第一金属部材および第二金属部材に回転ツールを挿入した状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の第一摩擦攪拌工程を説明するための図であって摩擦攪拌接合途中の状態を示す平面図、（ｂ）は摩擦攪拌接合後の状態を示す平面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の回動工程後の配置工程を説明するための図であって第一金属部材に第三金属部材を設置した状態を示す斜視図、（ｂ）は回動工程後の固定工程を説明するための図であって下側の押え部材を設置した押えアームで押さえた状態を示す斜視図である。 は本発明の実施形態に係る接合体の製造方法の第二摩擦攪拌工程を説明するための図であって第一金属部材および第三金属部材に回転ツールを挿入した状態を示す断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態及び変形例における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。

本実施形態では、例えば、内部に流体を流通させて、設置される発熱体を冷却する液冷ジャケットを例に挙げて接合体を説明する。接合体は、金属部材同士を摩擦攪拌接合にて接合して構成されている。具体的には、図１および図２に示すように、接合体１は、第一金属部材１１と第二金属部材１２と第三金属部材１３とを備えている。第一金属部材１１の第一面側の表面１４に第二金属部材１２が摩擦攪拌接合され、第一金属部材１１の第二面側の裏面１５に第三金属部材１３が摩擦攪拌接合されている。なお、本実施形態における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。

第一金属部材１１は、本体部１６に枠部１７と凹部１８が形成されて構成されている。第一金属部材１１は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金を主に含んで形成されている。アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。

本体部１６は、平面視で矩形を呈する板状部材である。枠部１７は、第二金属部材１２を支持する部位である。枠部１７は、本体部１６の第一面側の主面１６ａの表面に形成されており、主面１６ａから所定高さで張り出している。枠部１７は、平面視で矩形枠状を呈しており、その外周縁部が本体部１６の外周縁部より内側にオフセットして形成されている。枠部１７は、ダイキャストにて本体部１６と一体成型されている。本実施形態において、第二金属部材１２の第一面側の表面１４とは、本体部１６の枠部１７が設けられた側の主面１６ａの表面と、枠部１７の表面とを含むものとする。

凹部１８は、平面視で矩形を呈し、本体部１６の第二面側の主面１６ｂの表面に形成されている。凹部１８を形成することで、凹部１８の周囲（本体部１６の周縁部）に矩形枠状の周壁部１９が形成されている。周壁部１９の内周縁には周壁段差部２０が形成されている。周壁段差部２０は、段差底面２０ａと、段差底面２０ａから立ち上がる段差側面２０ｂとで構成されている。なお、段差側面２０ｂは、段差底面２０ａに対して垂直に立ち上がっているが、外側に傾斜するように立ち上がっていてもよい。本実施形態において、第二金属部材１２の裏面１５とは、本体部１６の凹部１８が設けられた側の主面１６ｂに相当する周壁部１９の表面と、凹部１８の表面と、周壁段差部２０の表面とを含むものとする。

第二金属部材１２は、第一金属部材１１の表面１４に設けられる蓋体であって、枠部１７で囲まれた空間を封止する。第二金属部材１２は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１１と同等の金属で形成されている。なお、第二金属部材１２は、第一金属部材１１よりも硬度の低いアルミニウム合金で形成してもよい。この場合、アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等である。第二金属部材１２は、平面視で矩形板状を呈しており、枠部１７の外周形状と同等の外周形状を備えている。第二金属部材１２は、枠部１７の上に載置され、枠部１７の上面と第二金属部材１２の周縁部の下面とで重合部２１が形成される（図６，９参照）。第二金属部材１２側から回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入し、重合部２１の摩擦攪拌を行う重ね摩擦攪拌接合によって第一金属部材１１と第二金属部材１２とが接合される。

第三金属部材１３は、第一金属部材１１の裏面１５に設けられる蓋体であって、凹部１８の開口部を封止する。第三金属部材１３は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１１と同等の金属で形成されている。なお、第三金属部材１３は、第一金属部材１１よりも硬度の低い第二金属部材１２と同等のアルミニウム合金で形成してもよい。第三金属部材１３は、平面視で矩形板状を呈しており、段差側面２０ｂの内周形状と略同等の外周形状（周壁段差部２０に設置可能な形状）を備えている。第三金属部材１３は、周壁段差部２０に設置される。すると、段差側面２０ｂと第三金属部材１３の外周面とで突合部２２（図６，１２参照）が形成され、段差底面２０ａと第三金属部材１３の周縁部の下面とで重合部２３が形成される。第三金属部材１３側から回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入し、突合部２２と重合部２３の摩擦攪拌を行う重ね＋突合せ摩擦攪拌接合によって第一金属部材１１と第三金属部材１３とが接合される。

次に、本実施形態に係る接合装置について説明する。図３に示すように、本実施形態に係る接合装置２は、金属部材（第一金属部材１１、第二金属部材１２および第三金属部材１３）同士が接合される配置関係で組み合わされて、第一面２６と、第一面２６とは異なる第二面２７とを有する複合体２５に対して、回転ツール５０を用いて摩擦攪拌を行う装置である。接合装置２は、固定器具３０と回転ツール５０と回動機構６０とを備えている。本明細書において、第一面２６と異なる第二面２７とは、通常、第一面２６と第二面２７とのなす角度が９０°以上となる位置関係にある場合をいい、特には、第一面２６と第二面２７とのなす角度が１８０°、すなわち、第一面２６と第二面２７が反転して複合体２５の表裏の位置関係にある場合をいうものとする。言い換えれば、複合体２５を基準とした回転ツール５０の回転軸の角度が、第一面２６で摩擦攪拌する場合の角度に対して、第二面２７で摩擦攪拌する場合の角度が９０°以上変化する位置関係にある場合をいい、特には１８０°、すなわち、反転する位置関係にある場合をいうものとする。

接合装置２は、摩擦攪拌装置（図示省略）に備え付けられて動作する。本実施形態の摩擦攪拌装置は、回転ツール５０を回転させるとともに、回転ツール５０の回転軸と垂直な平面の２軸直線方向（ＸＹ）と、回転ツール５０の回転軸の方向の１軸直線方向（Ｚ）との３軸方向に移動させて位置制御を行うことができる。また、本実施形態の摩擦攪拌装置では、回転ツール５０の回転軸の傾斜角度を変更するよう制御せずに、回転ツール５０の回転軸の傾斜角度は固定されたものとなっている。さらに、本実施形態の摩擦攪拌装置は、後述する回動機構６０を備えている。すなわち、本実施形態の摩擦攪拌装置は、回転ツール５０の直行するＸＹＺ３軸を有する３軸のマシニングセンタに、接合対象となる複合体２５の回転１軸を追加した、４軸マシニングセンタとして構成されている。

固定器具３０は、図３乃至図５に示すように、第一金属部材１１、第二金属部材１２および第三金属部材１３が、接合される配置関係で組み合わされた状態で、複合体２５を、表面１４側の第一面２６と裏面１５側の第二面２７との両面側から挟んで固定する手段である。複合体２５は、第一金属部材１１の表面１４に第二金属部材１２が設置され、第一金属部材１１の裏面１５に第三金属部材１３が設置された状態で、摩擦攪拌接合が完了して接合体１となる前の状態のものである。なお、工程によっては、第一金属部材１１の表面１４に第二金属部材１２が設置されただけの状態、または第一金属部材１１の裏面１５に第三金属部材１３が設置されただけの状態も複合体２５とする。

固定器具３０は、下ジグ３１、上ジグ３２及び上下の押え部材３３、並びに上下の押えアーム３４（図８の（ｂ）および図１１の（ｂ）参照）を備えている。

下ジグ３１は、複合体２５を下側から押さえる部位である。下ジグ３１は、複合体２５の外周形状に沿って一回り大きい外周形状（本実施形態では矩形）を備えた板状を呈している。なお、下ジグ３１は、摩擦攪拌接合を行う領域である、摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を少なくとも押さえて固定できる形状であれば、複合体２５の外周形状よりも小さい形状であってもよい。この場合、複合体２５の一部が、下ジグ３１からはみ出すような形状であってもよい。下ジグ３１には、開口部３５が形成されている。開口部３５は、回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入するためのものであって、本実施形態では第三金属部材１３の外周形状に沿った矩形形状を呈している。開口部３５の内周の開口側面３５ａは、第三金属部材１３の設置面から離間するに連れて、開口部３５の中心から離れるように傾斜している。開口側面３５ａの傾斜角度は、回転ツール５０の攪拌ピン５１と接触しない範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では回転ツール５０の攪拌ピン５１の外周面の傾斜角度と略同等である。

下ジグ３１の外周縁部には、上ジグ３２と連結するための支柱部材３６が設けられている。支柱部材３６は、複数設けられ、下ジグ３１の外周縁部に沿って所定ピッチで配置されている。支柱部材３６は、例えばネジ部材にて構成されており、上端部の内部に雌ねじが形成されている。支柱部材３６は、複合体２５と干渉しない位置に配置されている。また、下ジグ３１の外周縁部には、複合体２５の設置位置を規制するための位置決め部材３７が複数設けられている。位置決め部材３７は、下ジグ３１の外周縁部のうち、少なくとも互いに交差する２辺に配置されている。位置決め部材３７は、例えば直方体形状を呈し、その側面が複合体２５と当接することで、複合体２５が位置決めされる。

開口部３５には、下側の押え部材３３ａが挿入される。なお、上下の押え部材３３を区別する場合は、下側の押え部材を「３３ａ」、上側の押え部材を「３３ｂ」とする。押え部材３３ａは、第三金属部材１３を押さえる部材である。押え部材３３ａは、平面視で矩形板状を呈し、第三金属部材１３の外周形状より一回り小さい外周形状を有している。ジグ３１と下側の押え部材３３ａとは、摩擦攪拌部位を挟んだ両側の位置にそれぞれ配置される。押え部材３３ａの外周側面は、第三金属部材１３と当接する面から高さ方向の外側に離間するに連れて、押え部材３３ａの中心に近づくように傾斜している。つまり、押え部材３３ａは、第三金属部材１３から離れるに連れて窄まる断面台形形状を呈している。押え部材３３ａの外周側面の傾斜角度は、回転ツール５０の攪拌ピン５１と接触しない範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では回転ツール５０の攪拌ピン５１の外周面の傾斜角度と略同等である。

図１１の（ｂ）に示すように、押え部材３３ａは、下側の押えアーム３４ａにて押えられる。なお、上下の押えアーム３４を区別する場合は、下側の押えアームを「３４ａ」、上側の押えアームを「３４ｂ」とする。押えアーム３４ａは、押え部材３３ａに対して近接・離間可能となっており、押えアーム３４ａの先端部が押え部材３３ａに近接して、当接・押圧することで、押え部材３３ａを固定する。押えアーム３４ａは、複数本（本実施形態では４本）設けられ、４方向からそれぞれ１本ずつ近接・離間するように構成されている。押えアーム３４ａの本数および方向は、押え部材３３ａの形状および大きさに応じて適宜設定される。

上ジグ３２は、図３乃至図５に示すように、複合体２５を上側から押さえる部位である。上ジグ３２は、複合体２５の外周形状に沿って一回り大きい外周形状（本実施形態では下ジグ３１と同等の矩形）を備えた板状を呈している。なお 、上ジグ３２は、摩擦攪拌接合を行う領域である、摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を少なくとも押さえて固定できる形状であれば、複合体２５の外周形状よりも小さい形状であってもよい。この場合、複合体２５の一部がはみ出すような形状であってもよい。上ジグ３２には、開口部３８が形成されている。開口部３８は、回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入するためのものであって、本実施形態では第二金属部材１２の外周形状に沿った矩形形状を呈している。開口部３８の周縁部は、第二金属部材１２の周縁部の回転ツール５０の通過位置の外側部分（第一面２６における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域）を押さえる。開口部３８の内周の開口側面３８ａは、第二金属部材１２の設置面から離間するに連れて、開口部３８の中心から離れるように傾斜している。開口側面３８ａの傾斜角度は、回転ツール５０の攪拌ピン５１の外周面の傾斜角度と略同等である。

上ジグ３２の外周縁部には、ボルト孔３９が形成されている。ボルト孔３９は、下ジグ３１の支柱部材３６に相当する位置に複形成されており、支柱部材３６と螺合するボルト（図示せず）が挿通される。ボルト孔３９は、上ジグ３２を上下に貫通しており、上部はボルト頭部が挿通可能な内径を有し、下端部は縮径してボルト軸部のみが挿通可能な内径を有している。ボルト孔３９に挿通されたボルトは、軸部が下方に突出し、支柱部材３６の雌ねじに螺合することで、下ジグ３１と上ジグ３２とを締結する。

開口部３８には、上側の押え部材３３ｂが挿入される。押え部材３３ｂは、第二金属部材１２を押さえる部材である。押え部材３３ｂは、平面視で矩形板状を呈し、第二金属部材１２の外周形状より一回り小さい外周形状を有しており、押え部材３３ａよりも大きい。上ジグ３２と上側の押え部材３３ｂとは、摩擦攪拌部位を挟んだ両側の位置にそれぞれ配置される。押え部材３３ｂの外周側面は、第二金属部材１２の設置面から外側に離間するに連れて、押え部材３３ｂの中心に近づくように傾斜している。つまり、押え部材３３ｂは、第二金属部材１２から離れるに連れて窄まる断面台形形状を呈している。押え部材３３ｂの外周側面の傾斜角度は、回転ツール５０の攪拌ピン５１と接触しない範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では回転ツール５０の攪拌ピン５１の外周面の傾斜角度と略同等である。

図８の（ｂ）に示すように、押え部材３３ｂは、下側の押えアーム３４ｂにて押えられる。押えアーム３４ｂは、押え部材３３ａに対して近接・離間可能となっており、押えアーム３４ｂの先端部が押え部材３３ｂに近接して、当接・押圧することで、押え部材３３ｂを固定する。押えアーム３４ｂは、複数本（本実施形態では６本）設けられ、押え部材３３ｂの長辺側から２本ずつ、短辺側から１本ずつがそれぞれ近接・離間するように構成されている。押えアーム３４ｂの本数および方向は、押え部材３３ａの形状および大きさに応じて適宜設定される。

図９および図１２に示すように、回転ツール５０は、攪拌ピン５１とショルダ部５２とを備えて構成されている。回転ツール５０は、例えば工具鋼で形成されている。本実施形態では、攪拌ピン５１のみを複合体２５に接触させて、攪拌ピン５１の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合が行われる。また、ショルダ部５２を複合体２５に接触させない状態で摩擦攪拌接合が行われる

ショルダ部５２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。ショルダ部５２は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

攪拌ピン５１は、ショルダ部５２から垂下しており、ショルダ部５２と同軸になっている。攪拌ピン５１はショルダ部５２から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピン５１の外周面には螺旋溝が刻設されている。本実施形態では、回転ツール５０を右回転させるため、螺旋溝は、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。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。

なお、回転ツール５０を左回転させる場合は、螺旋溝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。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝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によって攪拌ピン５１の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

回動機構６０は、固定器具３０に固定された状態の複合体２５を回動させるものである。回動機構６０は、回転ツール５０に対して、摩擦攪拌接合を行う複合体に第一面２６または第二面２７がそれぞれ対向する位置関係となるように、複合体２５を回動させる。また、回動機構６０は、回転ツール５０に対して、第一面２６または第二面２７が対向する位置で複合体２５を停止させる。本明細書において、回転ツール５０に対して対向する位置関係とは、回転ツール５０の回転軸と複合体２５の摩擦攪拌接合を行うとする部位とのなす角度が、複合体２５の摩擦攪拌接合を行うとする部位への回転ツール５０の挿入角度と等しくなる関係にある位置関係をいう。このような位置関係で回転ツール５０と複合体２５とが配置されることで、回転ツール５０の回転軸と垂直な平面の２軸直線方向（ＸＹ）と、回転ツール５０の回転軸の方向の１軸直線方向（Ｚ）との３軸方向に回転ツール５０移動させることで、所望の位置への摩擦攪拌接合を行うことができる。またこのとき、回転ツール５０の回転軸の傾斜角度を変更させることなく摩擦攪拌接合を行うことができる。

図６に示すように、回動機構６０は、一対の把持部６１と回転軸６２と回転駆動部（図示せず）とを備えている。把持部６１は、複合体２５を固定器具３０ごと両側から挟持するクランプにて構成されている。クランプは、複合体２５を挟持する挟持状態と、複合体２５を開放する開放状態とで可動可能となっている。回転軸６２は、各把持部６１にそれぞれ連結されている。一対の回転軸６２，６２は、同軸状に配置されており、図示しない回転駆動部によって回転される。

次に、本実施形態に係る接合体１の製造方法について説明する。本実施形態に係る接合体１の製造方法では、準備工程と、配置工程と、固定工程と、第一摩擦攪拌工程と、回動工程と、第二摩擦攪拌工程と、固定器具撤去工程と、を行う。

準備工程は、第一金属部材１１、第二金属部材１２および第三金属部材１３を準備する工程である。各部材の製造方法については特に制限されないが、第一金属部材１１は、例えばダイキャストで成形する。第二金属部材１２および第三金属部材１３は、例えば押出成形により成形する。

配置工程は、各金属部材１１，１２，１３を互いに接合される配置関係で組み合わせて複合体２５を形成する工程である。本実施形態の配置工程では、まず、第一金属部材１１に第二金属部材１２を組み合わせる。図７の（ａ）に示すように、下ジグ３１を設置した後に、図７の（ｂ）に示すように、下ジグ３１上に第一金属部材１１をセットする。第一金属部材１１は表面１４が上になり、表面１４が上方の回転ツール５０に対向するようにセットする。このとき、第一金属部材１１の側面を、位置決め部材３７の側面に当接させて、第一金属部材１１を所定の位置に設置する。その後、図８の（ａ）に示すように、第一金属部材１１の枠部１７の上に第二金属部材１２をセットする。ここで、枠部１７の上面と第二金属部材１２の下面とで重合部２１が形成される（図９参照）。第三金属部材１３は、後の工程で、第一金属部材１１に組み合わせる。本実施形態では、回転ツール５０の回転軸と重合部２１が形成されている第一金属部材１１及び第二金属部材１２とのなす角度が、重合部２１への回転ツール５０の挿入角度と等しくなる位置関係になるように、第一金属部材１１及び第二金属部材１２をセットする。このようにして、回転ツール５０に対して、摩擦攪拌を受ける第一面２６が対向する位置関係となるように、第一金属部材１１および第二金属部材１２を配置している。

固定工程は、金属部材１１，１２同士が互いに接合される配置関係で組み合わせられた状態で複合体２５を固定する工程である。固定工程では、図８の（ｂ）に示すように、上ジグ３２を複合体２５の上に設置する。上ジグ３２のボルト孔３９にボルトを挿入し、下ジグ３１の支柱部材３６の螺合することで、上ジグ３２が下ジグ３１に固定されるとともに、複合体２５が上ジグ３２と下ジグ３１とで挟持され固定される。このとき、第二金属部材１２の周縁部（第一面２６側の表面１４における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域）が上ジグ３２に押さえられ、複合体２５の第二面２７が下ジグ３１に押さえられる。このようにして、固定工程では、固定器具３０は、第一面２６において、上ジグ３２によって、第一面２６における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を押さえて複合体２５を固定する。また、固定器具３０は、第二面２７において、下ジグ３１によって、第一面２６における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域と反対側の部位を押さえて複合体２５を固定する。さらに、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および下ジグ３１によって、第一面２６における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域と、複合体２５の第一面２６とは反対側の部位とを挟み込むことで、複合体２５を固定する。

続いて、上ジグ３２の開口部３８に押え部材３３ｂを挿入して、第二金属部材１２上に設置する。そして、各押えアーム３４ｂを、押え部材３３ｂ上に移動させて、押え部材３３ｂを押さえる。これによって、複合体２５の第一面２６の上端面のうち、回転ツール５０の通過領域を除く略全面が、上ジグ３２と押え部材３３ｂとで押えられる。このようにして、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および押え部材３３ｂによって、複合体２５の第一面２６における摩擦攪拌部位を除いた第一面２６の全体を押えて固定する。さらに、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および押え部材３３ｂ、並びに下ジグ３１によって、第一面２６における摩擦攪拌部位を除いた第一面２６の全体と、複合体２５の第一面２６とは反対側の部位とを挟み込むことで、複合体２５を固定する。

第一摩擦攪拌工程は、固定された複合体２５に対して表面１４側の第一面２６から回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入して摩擦攪拌接合を行う工程である。図９に示すように、第一摩擦攪拌工程では、第二金属部材１２の表面側から攪拌ピン５１を挿入し、重合部２１の摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二金属部材１２の外周縁部の重合部２１に沿って、回転ツールの移動ルートが平面視矩形状に設定されている。

図１０の（ａ）に示すように、本実施形態では、移動ルート上に設定された開始位置Ｓから回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入し、移動ルート上を右回りに移動させる。図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール５０を第二金属部材１２の廻りに一周させたら、塑性化領域の始端と終端とを一定長さ重複させた後、終了位置Ｅから攪拌ピン５１を離脱させる。攪拌ピン５１の挿入時には、開始位置Ｓから攪拌ピン５１を徐々に下方に下げながら移動ルートに沿って移動させる。つまり、回転ツール５０を一ヶ所に留まらせることなく、攪拌ピン５１を挿入する。一方、攪拌ピン５１の離脱時には、攪拌ピン５１を徐々に上方に上げながら移動ルートに沿って移動させる。つまり、回転ツール５０を一ヶ所に留まらせることなく、攪拌ピン５１を離脱する。回転ツール５０が移動する際に通過部分を跨ぐ押えアーム３４ｂは、一旦押え部材３３ｂから離間させて、通過通路をあける。このとき、押え部材３３ｂは、他の押えアーム３４ｂによって固定されている。

回転ツール５０は、右回転しながら移動ルートに沿って移動する。攪拌ピン５１の螺旋溝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ので、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピン５１の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

図９に示すように、攪拌ピン５１は、第二金属部材１２および第一金属部材１１に対して「所定の深さ」に達するように押し入れる。所定の深さは、攪拌ピン５１の先端面が第二金属部材１２を貫通し、第一金属部材１１の枠部１７に僅かに接触する深さである。なお、塑性化領域Ｗが枠部１７に達するのであれば、攪拌ピン５１の先端面は枠部１７の上端に接していなくてもよい。また、所定の深さは、攪拌ピン５１が上ジグ３２の開口部３８の開口側面３８ａおよび押え部材３３ｂの外周側面と干渉しない深さである。

回動工程は、回転ツール５０に対して裏面１５側の第二面２７が対向する位置関係となるように、固定された状態の複合体２５を回動させる工程である。回動工程では、図６に示すように、上ジグ３２と下ジグ３１とで挟持された状態の複合体２５を、長手方向両側から把持部６１，６１で挟持し、回転軸６２を中心に回動させる。回動機構６０は、第一面２６が上方に対向していた複合体２５（図６の（ａ）参照）を１８０度回転させ、第二面２７が上方に対向するようにする。本実施形態では、回転ツール５０が突合部２２に向き合うとともに、回転ツール５０の回転軸と突合部２２が形成されている第一金属部材１１及び第三金属部材１３とのなす角度が、突合部２２への回転ツール５０の挿入角度と等しくなる位置関係となるように、複合体２５を回動させる。なお、把持部６１で挟持する位置は、複合体２５の長手方向両側に限定されるものではなく、短手方向両側であってもよいし、一か所のみを一の把持部で挟持するようにしてもよい。

その後、配置工程の残りの工程である、第三金属部材１３を、第一金属部材１１に組み合わせる作業を行う。図１１の（ａ）に示すように、第三金属部材１３を、下ジグ３１の開口部３５を通過させて第一金属部材１１の凹部１８の周壁段差部２０に挿入する。すると、段差側面２０ｂと第三金属部材１３の外周面とで突合部２２が形成され、段差底面２０ａと第三金属部材１３の周縁部の下面とで重合部２３が形成される（図１２参照）。第一金属部材１１は、第一摩擦攪拌工程での摩擦攪拌によって摩擦熱が発生した後であるが、上ジグ３２と下ジグ３１とで挟持されているので、変形していない。よって、第三金属部材１３は、凹部１８に円滑に設置できる。

次に、固定工程の残りの工程である、第三金属部材１３を裏面１５側から固定する作業を行う。図１１の（ｂ）に示すように、下ジグ３１の開口部３５に押え部材３３ａを挿入して、第三金属部材１３上に設置する。そして、各押えアーム３４ａを、押え部材３３ａ上に移動させて、押え部材３３ａを押さえる。これによって、複合体２５の第二面２７のうち、回転ツール５０の通過領域を除く略全面が、下ジグ３１と押え部材３３ａとで押えられる。このようにして、固定工程では、固定器具３０は、下ジグ３１及び押え部材３３ａによって、第二面２７における摩擦攪拌部位を除いた第二面２７の全体を押えて固定する。さらに、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および押え部材３３ｂ、並びに下ジグ３１及び押え部材３３ａによって、第一面２６における摩擦攪拌部位を除いた第一面２６の全体と、複合体２５の第一面２６とは反対側の第二面２７における摩擦攪拌部位を除いた第二面２７の全体とを挟み込むことで、複合体２５を固定する。

第二摩擦攪拌工程は、固定された複合体２５に対して裏面１５側の第二面２７から回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入して摩擦攪拌接合を行う工程である。図１２に示すように、第二摩擦攪拌工程では、反転された第三金属部材１３の上面側から攪拌ピン５１を挿入し、突合部２２および重合部２３の摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第一金属部材１１の凹部１８の開口部と第三金属部材１３と突合部２２に沿って、回転ツールの移動ルートが平面視矩形状に設定されている。

第二摩擦攪拌工程では、第一摩擦攪拌工程と同様に、移動ルート上に設定された開始位置から回転ツール５０の攪拌ピン５１を挿入し、移動ルート上を右回りに移動させる。回転ツール５０を第三金属部材１３の廻りに一周させたら、塑性化領域の始端と終端とを一定長さ重複させた後、終了位置から攪拌ピン５１を離脱させる。攪拌ピン５１の挿入時には、開始位置Ｓから攪拌ピン５１を徐々に下方に下げながら移動ルートに沿って移動させる。一方、攪拌ピン５１の離脱時には、攪拌ピン５１を徐々に上方に上げながら移動ルートに沿って移動させる。回転ツール５０が移動する際に通過部分を跨ぐ押えアーム３４ａは、一旦押え部材３３ａから離間させて、通過通路をあける。このとき、押え部材３３ａは、他の押えアーム３４ａによって固定されている。

回転ツール５０は、右回転しながら移動ルートに沿って移動する。攪拌ピン５１の螺旋溝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ので、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピン５１の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

攪拌ピン５１は、第三金属部材１３および第一金属部材１１に対して「所定の深さ」に達するように押し入れる。所定の深さは、攪拌ピン５１の先端面が突合部２２を全部通過し、重合部２３に僅かに接触する深さである。なお、塑性化領域Ｗが枠部１７に達するのであれば、攪拌ピン５１の先端面は重合部２３に接していなくてもよい。また、所定の深さは、攪拌ピン５１が下ジグ３１の開口部３５の開口側面３５ａおよび押え部材３３ａの外周側面と干渉しない深さである。

固定器具撤去工程は、第二摩擦攪拌工程が完了した後に、接合体１から固定器具３０を撤去する工程である。固定器具撤去工程では、押えアーム３４ａ，３４ｂ、押え部材３３ａ，３３ｂを撤去した後に、上ジグ３２を下ジグ３１から取り外し、接合体１を下ジグ３１から取り外す。以上の工程にて、接合体１の製造が完了する。

次に、本実施形態に係る接合体１の製造方法および接合装置２の作用効果を述べる。
複合体２５の第一面２６側への摩擦攪拌接合を行うことで、摩擦攪拌によって発生する摩擦熱に起因して、複合体２５の第一面２６側が収縮することによって、第一面２６側に圧縮応力が生じ、第一面２６の裏側に引張応力が生じる。仮に、この状態で複合体２５の固定を解除すると、圧縮応力及び引張応力によって、複合体２５が第一面２６に向けて凹状に反り、複合体２５が第一面２６の裏側に向けて凸状に反るような変形が生じてしまう。また、摩擦攪拌接合に伴ってバリが発生し、複合体２５が減肉することで変形が生じることもある。これに対して、本実施形態の接合体１の製造方法および接合装置２では、複合体２５の第一面２６の第一摩擦攪拌工程を行なった後に、複合体２５の固定状態を保ったまま回動させて、第二面２７の第二摩擦攪拌工程を行う。これにより、第一摩擦攪拌工程によって発生する摩擦熱に起因した熱応力が解放されて、複合体２５に変形が生じることを防ぐことができる。また、複合体２５の減肉に起因する変形を防ぐことができる。よって、第一面２６に対する第一摩擦攪拌工程の後に、第二面２７に対する第二摩擦攪拌工程を行う際に、第一摩擦攪拌工程によって複合体に生じる変形の影響を抑制することができる。

そして、第二摩擦攪拌工程では、第一金属部材１１と第三金属部材１３とは歪みがなく組み合わされているので、複合体２５の変形が抑制された状態で、第二面２７への摩擦攪拌接合を行うことができ、攪拌ピン５１の挿入深さや挿入位置の調整を行わなくて済む。さらに、変形を解消するための矯正を行う必要がないので、作業時間と手間を低減できる。よって生産性を高め、効率的に接合体１を製造することができる。

本実施形態では、配置工程で、回転ツール５０に対して第一面２６が対向する位置関係となるように、第一金属部材１１と第二金属部材１２を配置している。より具体的には、回転ツール５０の回転軸と重合部２１が形成されている第一金属部材１１及び第二金属部材１２とのなす角度が、重合部２１への回転ツール５０の挿入角度と等しくなる位置関係になるように、第一金属部材１１と第二金属部材１２を配置している。これにより、回転ツール５０の回転軸の傾斜角度を変更させることなく摩擦攪拌接合を行うことができることになり、円滑に第一摩擦攪拌工程に進むことができる。

また、固定工程では、固定器具３０が、上ジグ３２によって、第二金属部材１２の周縁部（第一面２６における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域）を押さえて固定している。これにより、第一金属部材１１と第二金属部材１２への摩擦攪拌に起因する変形が生じやすい部分の近傍を固定することができる。したがって、摩擦攪拌部位およびその周辺に生じる変形を抑制しやくなる。

また、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および押え部材３３ｂによって第二金属部材１２を押さえることで、複合体２５の第一面２６における摩擦攪拌部位を除いた第一面２６の全体を押えて固定する。これにより、摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を含めた、第一面２６の摩擦攪拌部位以外の略全面を押さえることができる。したがって、固定器具３０と回転ツール５０との干渉による第一面２６での摩擦攪拌接合が妨げられることを避けて複合体２５を固定しながら、複合体２５の全体に生じる変形を抑制しやすくなる。

さらに、固定工程では、固定器具３０は、第二金属部材１２を押さえるとともに、下ジグ３１で第一金属部材１１を押さえている。このようにして、固定工程では、固定器具３０は、複合体２５の第一面２６と、第一面２６とは反対側の部位（第二面２７）とを挟み込むことで固定している。これにより、第一面２６から挿入される攪拌ピン５１による押圧力を、第一面２６とは反対側の部位から支えることができる。したがって、摩擦攪拌部位およびその周辺に生じる変形を抑制しやくなる。また、複合体２５の第一面２６と第二面２７とを挟み込むことで固定した状態で複合体を回動させることができる。したがって、例えば、可動しないステージ上に向けて、複合体２５の第一面２６とは反対側の部位を配置して、ステージに対して複合体２５を固定する場合と比べて、複合体を回動させる際のハンドリング性が良好となる。

また、固定工程では、固定器具３０は、上ジグ３２および上側の押え部材３３ｂによって第二金属部材１２を押さえるとともに、下ジグ３１および下側の押え部材３３ｂによって第一金属部材１１及び第三金属部材１３を押さえている。このようにして、固定工程では、固定器具３０は、複合体２５の第一面２６における摩擦攪拌部位を除いた第一面２６の全体と、複合体２５の第一面２６とは反対側の第二面２７における摩擦攪拌部位を除いた第二面２７の全体とを挟み込むことで固定している。これにより、摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を含めた、第一面２６と第二面２７それぞれの摩擦攪拌部位以外の略全面を押さえることができる。したがって、固定器具３０と回転ツール５０との干渉による第一面２６と第二面２７それぞれでの摩擦攪拌接合が妨げられることを避けて複合体２５を固定しながら、複合体２５の全体に生じる変形を抑制しやすくなる。また、第一面２６から挿入される攪拌ピン５１による押圧力を、第一面２６とは反対側の部位から支えることができる。したがって、摩擦攪拌部位およびその周辺に生じる変形を抑制しやくなる。また、複合体２５の第一面２６と第二面２７とを挟み込むことで固定した状態で複合体を回動させることができる。したがって、複合体を回動させる際のハンドリング性が良好となる。

本実施形態の接合装置２によれば、複合体２５の第一面２６の第一摩擦攪拌工程を行なった後に、複合体２５の固定状態を保ったまま複合体２５を回動させることができる。また、第二摩擦攪拌を行う際に、回転ツール５０をセットし直さなくていいので接合サイクルを短縮できる。

ここで、加工装置として５軸のマシニングセンタが知られている。例えば、回転ツールの直行するＸＹＺ３軸に加えて、回転ツールを旋回させる２軸をさらに備えたマシニングセンタが知られている。または、回転ツールの直行するＸＹＺ３軸に加えて、接合対象を載置したステージを旋回させる２軸をさらに備えたマシニングセンタが知られている。このような５軸のマシニングセンタを用いることで、対象物の第一面２６に加えて、第一面２６とは異なる第二面２７への加工を行うことができる。しかしながら、上述したような５軸のマシニングセンタは、主に対象物の切削の用途に用いられており、摩擦攪拌接合のような接合時に大きな押圧力が発生する用途には不向きであった。また、５軸のマシニングセンタは、条件設定や制御プログラムが複雑となり、導入コストが高いという問題があった。これに対して、摩擦攪拌接合の用途には、回転ツールの直行するＸＹＺ３軸を制御可能な３軸のマシニングセンタであって、摩擦攪拌接合の押圧力を支持できるステージを有するマシニングセンタが用いられている。このようなマシニングセンタの場合、ステージに固定された対象物の第一面２６の摩擦攪拌を行った後に、第一面２６とは異なる第二面２７の摩擦攪拌を行おうとすると、固定を解除してから、対象物の配置と固定をし直す必要があった。本実施形態に係る接合体１の製造方法および接合装置２は、３軸のマシニングセンタに回動機構６０を追加して、複合体２５を回動させてステージで押圧力を支持して摩擦攪拌を行うことで実現することができる。これにより、条件設定や制御プログラムの複雑化や、導入コストの上昇を避けながら、複合体２５の固定状態を保ったまま第一面２６とは異なる第二面２７を摩擦攪拌接合して、複合体２５の変形を抑制する本発明の作用効果を達成することができる。

以上本発明の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適宜設計変更が可能である。
前記実施形態では、第一面２６が表面１４側で、第二面２７が裏面１５側であって、複合体２５を１８０°回転させる場合を例示したが、これに限定されるものではない。第一面２６と第二面２７が互いに平行な面ではなく、互いに交差するように傾斜した面同士であってもよい。例えば、複合体が、摩擦攪拌接合を行う第一面２６と第二面２７とを隣接する側面に有する直方体形状であってもよい。この場合、第一面２６の摩擦攪拌接合を行った後に、回転ツール５０に対して第二面２７が対向する位置関係となるように複合体を９０度回転させて、第二面２７の摩擦攪拌接合を行う。

また、前記実施形態では、接合体１は、第一金属部材１１と第二金属部材１２と第三金属部材１３とを組み合わせて形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、複合体が第一金属部材と第二金属部材とを組み合わせて構成されるものであってもよい。この場合、第一面としての第一金属部材の表面からの摩擦攪拌接合を行った後に、複合体を回動させて、さらに第二面としての第二金属部材の表面からの摩擦攪拌接合を行うことで、複合体の固定状態を保ったままで接合体が製造される。このとき、複合体の表面からの摩擦攪拌の塑性化領域と、複合体の裏面からの摩擦攪拌の塑性化領域の先端部同士が交わるようにしてもよい。また、４つ以上の金属部材を組み合わせて、三か所以上で摩擦攪拌接合を行うものであってもよい。

上述した実施形態では、回転ツール５０に対して第一面が対向する位置関係となるように、第一金属部材１１および第二金属部材１２を配置して、その後に、第一金属部材１１および第二金属部材１２が組み合わせられた状態で固定する場合を例示した。回転ツール５０に対して第一面が対向しない位置において、配置工程および固定工程を行ってもよい。この場合、第一金属部材１１および第二金属部材１２が互いに接合される配置関係で組み合わされた複合体２５を形成した後に、第一金属部材１１および第二金属部材１２が組み合わせられた状態で複合体２５を固定する。続いて、複合体２５を固定した状態で移動させて、回転ツール５０に対して第一面２６が対向する位置関係となるように、固定された複合体２５を設置するようにしてもよい。このように、固定工程の後に、回転ツール５５に対して第一面２６が対向する位置関係となるように、固定された複合体２５を設置する設置工程を備えていてもよい。

上述した実施形態では、固定器具３０が、支柱部材３６を有する下ジグ３１と、ボルト孔３９を有する上ジグ３２と備え、複合体２５を挟み込んだ下ジグ３１と上ジグ３２とをボルトを用いて締結することで、複合体２５を固定する場合を例示して説明した。固定器具３０による複合体の固定は、第一金属部材１１と第二金属部材１２が組み合わされた状態で複合体２５を固定することができるものであればこれに限定されず、公知の固定手段を用いることができる。例えば、固定器具３０が、機械的、油圧的、電動的、電磁的、時期的、空気圧的な駆動手段によって駆動されて、複合体２５を挟持する挟持状態と複合体を開放する開放状態とで可動可能なクランプであってもよい。そして、このクランプによって複合体２５を挟み込んだ状態で固定を行うようにしてもよい。または、複合体２５を挟み込んだ下ジグ３１と上ジグ３２とを、クランプによって挟持して固定するようにしてもよい。

上述した実施形態では、図９および図１２を参照して、攪拌ピン５１とショルダ部５２とを備える回転ツール５０を用いて、攪拌ピン５１のみを複合体２５に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う場合を例に挙げて説明した。回転ツールの形状および接合態様は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。例えば、ショルダと、ショルダから垂下する攪拌ピンとを備える回転ツールを用いて、攪拌ピンを複合体２５に挿入するとともに、ショルダを複合体の表面に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。この場合、回転ツールの形状および接合態様にあわせて、下ジグ３１、上ジグ３２、下側の押え部材３３ａ、および上側の押え部材３３ｂ、並びに、下ジグ３１と下側の押え部材３３ａによって囲まれる開口部３５、および上ジグ３２と上側の押え部材３３ｂによって囲まれる開口部３８の形状を適宜変更すればよい。

上述した実施形態では、接合装置２が備え付けられる摩擦攪拌装置が、回転ツール５０の直行するＸＹＺ３軸に加えて、複合体２５の回転１軸を追加した、４軸マシニングセンタとして構成されている場合を例示して説明した。摩擦攪拌装置は、回転ツールの直行するＸＹＺ３軸に加えて、回転ツールを旋回させる２軸を備えるとともに、さらに複合体２５の回転１軸を追加した、６軸のマシニングセンタであってもよい。また、摩擦攪拌装置は、多軸の関節を備えるロボット（ロボットアーム）であってもよい。

１ 接合体
２ 接合装置
１１ 第一金属部材（金属部材）
１２ 第二金属部材（金属部材）
１３ 第三金属部材（金属部材）
１４ 第一金属部材の表面
１５ 第一金属部材の裏面
２１ 重合部
２２ 突合部
２３ 重合部
２５ 複合体
２６ 複合体の第一面
２７ 複合体の第二面
３０ 固定器具
５０ 回転ツール
５１ 攪拌ピン
６０ 回動機構
６１ 把持部（クランプ）

Claims (15)

1. 金属部材同士が接合される配置関係で組み合わされて、第一面と前記第一面とは異なる第二面とを有する複合体に対して、攪拌ピンを有する回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合体の製造方法であって、
   前記各金属部材を前記配置関係で組み合わせて前記複合体を形成する配置工程、
   前記金属部材同士が組み合わせられた状態で前記複合体を固定する固定工程、
   固定された前記複合体に対して、前記第一面から前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う第一摩擦攪拌工程、
   前記回転ツールに対して前記第二面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を回動させる回動工程、及び
   固定された前記複合体に対して、前記第二面から前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う第二摩擦攪拌工程
   を備える
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
2. 前記配置工程では、前記回転ツールに対して前記第一面が対向する位置関係となるように、前記各金属部材を配置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
3. 前記固定工程の後に、前記回転ツールに対して前記第一面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を設置する設置工程をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
4. 前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を押さえて固定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
5. 前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体を押えて固定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
6. 前記固定工程では、前記第一面と、前記複合体の前記第一面とは反対側の部位とを挟み込むことで固定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
7. 前記固定工程では、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体と、前記複合体の前記第一面とは反対側の前記第二面における摩擦攪拌部位を除いた前記第二面の全体とを挟み込むことで固定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
8. 前記配置工程では、前記金属部材同士を重ね合わせて、前記第一面または前記第二面に、前記金属部材同士が重ね合わせられた重合部を有する前記複合体を形成し、
   前記第一摩擦攪拌工程または前記第二摩擦攪拌工程では、前記重合部に前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
9. 前記配置工程では、前記金属部材同士を突き合わせて、前記第一面または前記第二面に、前記金属部材同士が突き合わされた突合部を有する前記複合体を形成し、
   前記第一摩擦攪拌工程または前記第二摩擦攪拌工程では、前記突合部に前記攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
10. 金属部材同士が接合される配置関係で組み合わされて、第一面と前記第一面とは異なる第二面とを有する複合体に対して、攪拌ピンを有する回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合装置であって、
    前記金属部材同士が組み合わされた状態で前記複合体を固定する固定器具、
    前記金属部材同士の摩擦攪拌接合を行う前記回転ツール、及び
    前記回転ツールに前記第一面又は前記第二面が対向する位置関係となるように、固定された前記複合体を回動させる回動機構
    を備える
    ことを特徴とする接合装置。
11. 前記固定器具は、前記複合体を挟み込んだ状態で締結により固定する部材、または、前記複合体を挟持する挟持状態と前記複合体を開放する開放状態とで可動可能なクランプである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の接合装置。
12. 前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位に沿った周辺領域を押さえて固定する
    ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の接合装置。
13. 前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体を押えて固定する部材である
    ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の接合装置。
14. 前記固定器具は、前記第一面と、前記複合体の前記第一面とは反対側の部位とを挟み込むことで固定する部材である
    ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の接合装置。
15. 前記固定器具は、前記第一面における摩擦攪拌部位を除いた前記第一面の全体と、前記複合体の前記第一面とは反対側の前記第二面における摩擦攪拌部位を除いた前記第二面の全体とを挟み込むことで固定する部材である
    ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の接合装置。

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