WO2024018776A1 - 接合体の製造方法 - Google Patents

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WO2024018776A1
WO2024018776A1 PCT/JP2023/021293 JP2023021293W WO2024018776A1 WO 2024018776 A1 WO2024018776 A1 WO 2024018776A1 JP 2023021293 W JP2023021293 W JP 2023021293W WO 2024018776 A1 WO2024018776 A1 WO 2024018776A1
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WO
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Prior art keywords
rotary tool
joined
stirring pin
pin
manufacturing
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/021293
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸城 瀬尾
慎吾 小泉
雅章 熊井
和雄 菊
Original Assignee
日本軽金属株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本軽金属株式会社 filed Critical 日本軽金属株式会社
Publication of WO2024018776A1 publication Critical patent/WO2024018776A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a joined body.
  • the plastically fluidized material of the welded parts can be guided to the tip side of the stirring pin.
  • the plastic flow around the tip it is possible to stably join the deep part of the joint, and it is possible to form a healthy joint.
  • the amount of metal overflowing to the outside of the members to be joined can be reduced.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a bonded body that suppresses the occurrence of burrs and defects in the bonded portion, and reduces the load applied to the rotary tool and the bonding device.
  • the present invention provides a method for manufacturing a joined body by friction stir welding to members to be welded using a rotary tool having a stirring pin in which a spiral groove is formed, the rotary tool an insertion step of inserting the stirring pin into the workpiece while rotating the tool in the same direction as the direction in which the spiral groove is formed, and rotating the rotating tool in a direction opposite to the direction in which the spiral groove is formed.
  • the method is characterized by comprising, in order, a changing step of rotating the tool, and a joining step of joining the members to be joined while the rotary tool is rotated in a direction opposite to the direction in which the spiral groove is formed.
  • the rotational speed of the rotary tool in the insertion step is equal to or higher than the rotational speed of the rotary tool in the joining step.
  • the relationship between the rotation speed N1 of the rotary tool in the insertion step and the rotation speed N2 of the rotary tool in the welding step is N2 ⁇ N1 ⁇ N2 ⁇ 5.
  • the method further includes a pulling-up step of pulling up the rotary tool toward the surface of the member to be joined after the insertion step, and that the changing step is performed after the pulling-up step.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool in the insertion step and the pulling amount H2 in the pulling step is H1 ⁇ 0.01 ⁇ H2 ⁇ H1 ⁇ 0.5.
  • the method further includes a pushing step of pushing the rotary tool in the depth direction of the members to be joined after the changing step, and that the joining step is performed after the pushing step.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool in the insertion process and the insertion amount H3 in the pushing process is H1 ⁇ 0.01 ⁇ H3 ⁇ H1 ⁇ 0.5.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool in the insertion step and the insertion depth H4 at the time of starting joining in the joining step is H1 ⁇ 1.01 ⁇ H4 ⁇ H1 ⁇ 1.5. It is preferable.
  • the rotary tool is provided with a flat or mortar-shaped lower end surface, and further includes a columnar or pedestal-shaped shoulder section, and the stirring pin is suspended from the lower end surface of the shoulder section. It is preferable to perform friction stir welding on the members to be welded with the shoulder portion in contact with the members to be welded and the stirring pin inserted into the members to be welded.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool and the length L1 of the stirring pin in the insertion step is L1 ⁇ 0.5 ⁇ H1 ⁇ L1.
  • the rotary tool has a base having a columnar or pedestal shape, and the stirring pin hangs down from a lower end surface of the base, and the stirring pin separates the base from the member to be welded. It is preferable to perform friction stir welding on the members to be welded with only the stirring pin inserted into the members to be welded.
  • the rotary tool has a base having a columnar or pedestal shape
  • the stirring pin has a proximal pin continuous to the base and a distal pin continuous to the proximal pin
  • the taper angle of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin
  • a stepped pin step portion is formed on the outer circumferential surface of the proximal pin, and the outer circumferential surface of the proximal pin is larger than the taper angle of the distal pin. It is preferable to perform friction stir welding on the members to be welded while the welding member is in contact with the surface of the members to be welded.
  • the method further includes a pilot hole forming step of forming a pilot hole in the member to be joined before the insertion step, and in the insertion step, the stirring pin is inserted into the pilot hole.
  • the member to be joined includes a first member to be joined and a second member to be joined which has a lower hardness than the first member to be joined, and the first member to be joined and the second member to be joined are At least one of the end surfaces is butted against each other to form an abutted part, or the back surface of the second member to be joined is overlapped with the front surface of the first member to be joined to form an overlapping part, and the inserted
  • a stirring pin is inserted from the surface of the first member to be joined to perform friction stir welding of the abutting portion or the overlapping portion in the joining step.
  • the member to be joined includes a first member to be joined and a second member to be joined, and end faces of at least one of the first member to be joined and the second member to be joined are butted against each other. or an overlapping part is formed by overlapping the back surface of the second member to be joined with the front surface of the first member to be joined, and in the insertion step, the abutting part or the overlapping part is formed. It is preferable to insert the stirring pin in the same direction.
  • the method for manufacturing a bonded body according to the present invention it is possible to suppress the occurrence of burrs and defects in the bonded portion, and to reduce the load applied to the rotary tool and the bonding device.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a joined body according to a first embodiment of the present invention. It is a sectional view showing a butting process of a manufacturing method of a joined body concerning a first embodiment. It is a top view which shows the butt process of the manufacturing method of the joined body based on 1st embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing a rotary tool used in the method for manufacturing a joined body according to the first embodiment. It is a sectional view showing an insertion process of a manufacturing method of a joined body concerning a first embodiment. It is a sectional view showing a pulling process of a manufacturing method of a joined body concerning a first embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a joined body according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an overlapping process according to the second embodiment. It is a top view which shows the superimposition process based on 2nd embodiment.
  • It is a sectional view showing an insertion process concerning a second embodiment.
  • It is a sectional view showing an insertion process concerning a first modification of a second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 11. 26 is a sectional view taken along the line XXVI-XXVI in FIG. 25.
  • FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 11. 28 is a sectional view taken along the line XXVIII-XXVIII in FIG. 27.
  • FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 12.
  • FIG. 30 is an enlarged plan view at the starting position of FIG.
  • FIG. 29; 30 is a sectional view taken along the line XXXI-XXXI in FIG. 29.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 13.
  • FIG. 33 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 32; 33 is a sectional view taken along the line XXXIV-XXXIV in FIG. 32.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 21.
  • FIG. 36 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 35;
  • FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 22.
  • FIG. 38 is an enlarged plan view at the starting position of FIG.
  • FIG. 37; 38 is a sectional view taken along the line XXXIX-XXXIX in FIG. 37.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 21.
  • FIG. 41 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 40;
  • FIG. 7 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 22.
  • the liquid cooling jacket (joint body) 1 includes a jacket body (first member to be joined) 2 and a sealing body (second member to be joined) 3. It is configured.
  • the liquid cooling jacket 1 is a device that cools a heating element placed therein by circulating fluid therein.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 are integrated by friction stir welding.
  • "Front surface” in the following description means the surface opposite to the "back surface.”
  • the jacket body (first member to be joined) 2 is mainly composed of a bottom portion 10 and a peripheral wall portion 11.
  • the jacket body 2 is not particularly limited as long as it is a metal that can be friction stirred, but in this embodiment, it is formed mainly of a first aluminum alloy.
  • a first aluminum alloy for example, an aluminum alloy casting material such as JISH5302 ADC12 (Al-Si-Cu series) is used.
  • the bottom portion 10 is a rectangular plate-like member.
  • the peripheral wall portion 11 is a wall portion that rises from the peripheral edge of the bottom portion 10 in the shape of a rectangular frame.
  • a recessed portion 13 that opens upward is formed in the bottom portion 10 and the peripheral wall portion 11 .
  • a peripheral wall step portion 12 is formed at the inner peripheral edge of the peripheral wall portion 11 .
  • the peripheral wall step portion 12 includes a step bottom surface 12a and a step side surface (side surface) 12b vertically rising from the step bottom surface 12a.
  • the jacket main body 2 of this embodiment is integrally formed, for example, the peripheral wall portion 11 may be divided and joined with a sealing member to be integrated.
  • the sealing body (second member to be joined) 3 is a plate-like member that seals the opening of the jacket body 2.
  • the sealing body 3 is not particularly limited as long as it is a metal that can be friction stirred, but in this embodiment, it is formed mainly of a second aluminum alloy.
  • the second aluminum alloy is a material with lower hardness than the first aluminum alloy.
  • the second aluminum alloy is formed, for example, from a wrought aluminum alloy material such as JIS A1050, A1070, A1100, A6063.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 are friction stir welded with the sealing body 3 placed on the jacket body 2 and their sides abutted against each other.
  • a start position SP1 and an end position EP1 are set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11, and an intermediate position S1 and an intermediate position E1 are set on the surface 3a of the sealing body 3.
  • a movement route R1 along which the rotation axis C of the rotary tool F (see FIG. 4) of the present embodiment passes passes through a start position SP1, an intermediate position S1, an intermediate position E1, and an end position EP1.
  • the movement route R1 is a route sandwiched between a start position SP1 as a starting point and an end position EP1 as an end point, and includes an insertion section, a main section, and a departure section.
  • an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process are performed at the starting position SP1.
  • the joining process is performed in the insertion section, the main section, and the detachment section.
  • the insertion section is a section from a start position SP1 set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 to an intermediate position S1 set on the surface 3a of the sealing body 3.
  • the rotary tool F inserted at the starting position SP1 is gradually pushed in while moving toward the intermediate position S1.
  • This section is a section from the intermediate position S1, passing around the intermediate position S1 along the first abutting portion J1, and ending at the intermediate position E1 set on the surface 3a of the sealing body 3.
  • the moving route R1 is set slightly inside (on the sealing body 3 side) rather than the first abutting portion J1.
  • the rotary tool F is moved at a generally constant depth.
  • the separation section is a section from the intermediate position E1 to the end position EP1 set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the rotary tool F which will be described later, is moved and gradually pulled up, and the rotary tool F is separated from the sealing body 3 at the end position EP1.
  • the amount of displacement P1 from the first abutting portion J1 to the movement route R1 may be set as appropriate, but is preferably 0.1 (mm) ⁇ P1, more preferably 0.2 (mm) ⁇ P1, and preferably P1 ⁇ 0.5 (mm), more preferably P1 ⁇ 0.4 (mm).
  • the displacement amount P1 is the distance from the first butt portion J1 to the movement route R1. In other words, the displacement amount P1 means how much the moving route R1 deviates on the same plane with respect to the first abutting portion J1.
  • the rotary tool F used for manufacturing the joined body will be explained.
  • the rotary tool F includes a shoulder portion F1 and a stirring pin F2.
  • the rotary tool F is made of tool steel, for example.
  • the shoulder portion F1 is a portion connected to an output shaft of a joining device (not shown), and has a columnar or pedestal shape.
  • the stirring pin F2 hangs down from the lower end surface F1a of the shoulder portion F1.
  • the stirring pin F2 has a truncated conical shape with the lower end surface F1a side of the shoulder portion F1 as the base end and the diameter decreasing toward the distal end side.
  • the lower end surface F1a may be planar or may have a concave shape recessed upward (in the direction away from the stirring pin F2).
  • the tip of the stirring pin F2 is flat.
  • a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin F2 over the entire height direction. The spiral groove may be wound to the right or to the left, but in this embodiment, it is wound to the left (counterclockwise when viewed from above).
  • the length L1 of the stirring pin F2 can be designed depending on the welding depth of the members to be welded.
  • stirring is performed to a depth of 15 mm, which is the height dimension of the stepped side surface 12b, in order to join the entire first abutment part J1, which will be described later, and to join to the extent that the second abutment part J2 is reached. Insert the pin.
  • the length L1 of the stirring pin F2 is 15 mm will be described as an example.
  • reverse rotation is defined as a case where the rotary tool F is rotated to the left when the helical groove is wound to the left, or a case where the rotary tool F is rotated to the right when the helical groove is wound to the right.
  • the preparation process is a process of preparing the jacket body 2 and the sealing body 3.
  • the jacket body 2 is molded, for example, by die casting.
  • the sealing body 3 is formed by extrusion molding, for example.
  • the butting step is a step of placing the sealing body 3 on the jacket body 2 and butting the sides thereof.
  • the side surface 3c of the sealing body 3 and the stepped side surface (side surface) 12b of the peripheral wall stepped portion 12 are abutted to form a first abutted portion J1.
  • the first butt portion J1 is formed in a rectangular shape in plan view around the sealing body 3 and along the inner edge of the end surface 11a of the jacket body 2.
  • the step bottom surface 12a of the peripheral wall step portion 12 and the back surface 3b of the sealing body 3 are butted against each other (overlapped) to form a second abutment portion J2.
  • the plate thickness of the sealing body 3 is the same as the height dimension of the stepped side surface 12b.
  • the plate thickness of the sealing body 3 may be set larger than the height dimension of the stepped side surface 12b. This can prevent metal from running out at the joint. Note that after the butting process, the jacket body 2 and the sealing body 3 are fixed with a jig (not shown) so that the positions of the jacket body 2 and the sealing body 3 do not shift.
  • the insertion step is a step of inserting the rotary tool F into the member to be joined (here, the jacket body 2), as shown in FIG.
  • the rotary tool F is rotated in the same direction (reverse rotation) as the direction in which the spiral groove provided on the stirring pin F2 is formed.
  • the spiral groove is left-handed, the rotary tool F is rotated to the left.
  • the rotary tool F is pushed in until it reaches a predetermined insertion depth H1.
  • the insertion depth H1 is the distance from the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 to the tip of the stirring pin F2.
  • the insertion depth H1 can be set as appropriate within a range that is equal to or less than the length L1 of the stirring pin F2.
  • the stirring pin F2 may be brought into contact with the peripheral wall portion 11, and the insertion depth H1 may be set within a range in which the shoulder portion F1 does not come into contact with the peripheral wall portion 11.
  • the material of the sealing body 3 is friction stirred to form a plasticized region W1.
  • the position of the tip of the inserted stirring pin F2 is defined as a first virtual reference plane D1.
  • the insertion depth H1 of the stirring pin F2 in the insertion step may be appropriately set according to the length L1 of the stirring pin F2 and the members to be welded, but is preferably 7.5 mm or more, more preferably 9 mm or more, and still more preferably It is 10.5 mm or more, preferably 15 mm or less, more preferably 13.5 mm or less, and still more preferably 12 mm or less.
  • the insertion depth H1 of the stirring pin F2 in the insertion step is preferably L1 ⁇ 0.5 ⁇ H1, more preferably L1 ⁇ 0.6 ⁇ H1, and even more preferably L1 in relation to the length L1 of the stirring pin F2 in the insertion step. ⁇ 0.7 ⁇ H1, preferably H1 ⁇ L1, more preferably H1 ⁇ L1 ⁇ 0.9, still more preferably H1 ⁇ L1 ⁇ 0.8.
  • the number of rotations of the rotary tool F in the insertion process may be set as appropriate, but it is preferably set to be higher than the number of rotations in the joining process.
  • the rotation speed of the rotary tool F in the insertion step is, for example, preferably 400 rpm or more, more preferably 600 rpm or more, still more preferably 800 rpm or more, even more preferably 900 rpm or more, particularly preferably 1000 rpm or more, and preferably 5000 rpm or less, More preferably it is 4000 rpm, still more preferably 3000 rpm.
  • the relationship between the rotation speed N1 of the rotary tool F in the insertion process and the rotation speed N2 of the rotary tool F in the joining process is preferably N2 ⁇ N1, more preferably N2. ⁇ 1.1 ⁇ N1, more preferably N2 ⁇ 1.5 ⁇ N1, preferably N1 ⁇ N2 ⁇ 5, more preferably N1 ⁇ N2 ⁇ 4, still more preferably N1 ⁇ N2 ⁇ 3.
  • the pulling process is a process of pulling up the rotary tool F toward the surface of the member to be welded (here, the jacket body 2) after the insertion process. That is, the rotating tool F is pulled up while maintaining the rotational direction (reverse rotation) in the insertion process.
  • the position of the tip of the rotary tool F after being pulled up is defined as a second virtual reference plane D2.
  • the pulling amount H2 by which the rotary tool F is pulled up in the pulling process is the distance from the first virtual reference plane D1 to the second virtual reference plane D2.
  • the rotary tool F may be pulled up only slightly from the first virtual reference plane D1, or may be pulled up so as to be spaced above the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the pulling amount H2 in the pulling process may be appropriately set depending on the length L1 of the stirring pin F2 and the members to be welded, but is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and even more preferably 0. .5 mm or more, preferably 7.5 mm or less, more preferably 3 mm or less, still more preferably 2 mm or less.
  • the pulling amount H2 in the pulling process may be set as appropriate, but the relationship with the insertion depth H1 is preferably H1 ⁇ 0.01 ⁇ H2, more preferably H1 ⁇ 0.05 ⁇ H2, and even more preferably H1 ⁇ 0.1 ⁇ H2, preferably H2 ⁇ H1 ⁇ 0.5, more preferably H2 ⁇ H1 ⁇ 0.3, still more preferably H2 ⁇ H1 ⁇ 0.2.
  • the changing step is a step of changing the rotation direction of the rotary tool F, as shown in FIG.
  • the reverse rotation is changed to the forward rotation.
  • the rotation direction of the rotary tool F is changed from left rotation to right rotation.
  • the changing step may be performed with the stirring pin F2 in contact with the peripheral wall 11, or the rotation direction may be changed with the stirring pin F2 separated from the peripheral wall 11 as in the present embodiment.
  • the rotation speed of the rotary tool F after changing the rotation direction can be appropriately set depending on the members to be welded.
  • the rotation speed of the rotary tool F after changing the rotation direction can be set to the same rotation speed as the rotation speed of the rotary tool F set in the joining process.
  • the pushing process is a process of pushing the rotary tool F in the depth direction of the welded member (here, the jacket body 2) after the changing process. That is, the rotary tool F is pushed in while maintaining the rotation direction (forward rotation) after the changing process.
  • the position of the tip after pushing the rotary tool F is defined as a third virtual reference plane D3.
  • the insertion amount H3 by which the rotary tool F is pushed in in the pushing process is the distance from the first virtual reference surface D1 to the third virtual reference surface D3 (the insertion amount after the stirring pin F2 contacts the peripheral wall portion 11 again).
  • the rotary tool F may be brought into slight contact with the peripheral wall portion 11. That is, it is preferable to set the insertion amount so that the tip side of the stirring pin F2 is at a deeper position than at least the first virtual reference plane D1.
  • the rotary tool F is pushed in until a predetermined insertion depth H4 is reached.
  • the insertion depth H4 is the distance from the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 to the tip of the stirring pin F2.
  • the insertion depth H4 in the pushing process is the insertion depth of the rotary tool F when starting friction stir welding in the joining process.
  • the insertion amount H3 in the pushing step may be appropriately set according to the length L1 of the stirring pin F2 and the members to be welded, but is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and even more preferably It is 0.5 mm or more, preferably 7.5 mm or less, more preferably 3 mm or less, and still more preferably 1 mm or less.
  • the insertion amount H3 may be, for example, about 1/10 of the length L1 of the stirring pin F2.
  • the insertion amount H3 in the pushing step has a relationship with the insertion depth H1, preferably H1 ⁇ 0.01 ⁇ H3, more preferably H1 ⁇ 0.05 ⁇ H3, and even more preferably H1 ⁇ 0.1 ⁇ H3.
  • the insertion depth H4 in the pushing step may be appropriately set according to the length L1 of the stirring pin F2 and the welded parts, but is preferably 8 mm or more, more preferably 9 mm or more, and still more preferably 10 mm or more. It is preferably 15 mm or less, more preferably 13.5 mm or less, and even more preferably 12 mm or less.
  • the insertion depth H4 in the pushing process has a relationship with the insertion depth H1, preferably H1 ⁇ 1.01 ⁇ H4, more preferably H1 ⁇ 1.05 ⁇ H4, and still more preferably H1 ⁇ 1.1 ⁇ H4. and preferably H4 ⁇ H1 ⁇ 1.5, more preferably H4 ⁇ H1 ⁇ 1.3, and even more preferably H4 ⁇ H1 ⁇ 1.2.
  • the rotation speed of the rotary tool F in the pushing process can be appropriately set depending on the members to be welded.
  • the number of rotations of the rotary tool F in the pushing process can be set to the same number of rotations as the number of rotations of the rotary tool F set in the joining process.
  • the joining process is a process of joining the members to be joined (here, the jacket body 2 and the sealing body 3) while rotating the rotary tool F in the opposite direction to the direction in which the spiral groove is formed. It is. That is, in the joining process, friction stir welding is performed in a state of forward rotation. In the welding step, the members to be welded are joined by moving the rotary tool F while rotating the rotary tool F in a direction opposite to the direction in which the spiral groove is formed.
  • the rotary tool F is moved to the intermediate position S1 and gradually moved toward a deeper position until the predetermined insertion depth H5 is reached. Push it in.
  • the intermediate position S1 is reached, the rotary tool F is moved along the first abutting portion J1 with the rotation axis C of the rotary tool F overlapping the movement route R1.
  • the moving route R1 may be set at the same position as the first abutting portion J1, in this embodiment, it is set slightly inside (on the side of the sealing body 3) than the first abutting portion J1.
  • the movement route R1 and the first abutting portion J1 are generally parallel to each other.
  • the insertion depth H5 of the rotary tool F is the distance from the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 to the tip of the stirring pin F2.
  • the insertion depth H5 may be appropriately set within a range that allows friction stir welding of the first abutting portion J1, but in this embodiment, it is set so that the tip of the stirring pin F2 is deeper than the step bottom surface 12a.
  • the robot moves clockwise around the moving route R1 from the intermediate position S1 (see FIG. 3), and then returns to the intermediate position while partially overlapping the plasticized region W1. Move it to E1. Thereafter, the rotary tool F is gradually pulled up while being moved to the end position EP1. Finally, the rotary tool F is separated from the sealing body 3 at the end position EP1.
  • the insertion depth H5 in the welding step may be appropriately set depending on the length L1 of the stirring pin F2 and the members to be welded, but in this embodiment, it is preferably 15 mm or more, more preferably 16 mm or more. , preferably 18 mm or less, more preferably 17 mm or less.
  • the stirring pin F2 is attached to the workpiece while the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove is formed.
  • the spiral groove acts like a drill bit on the welded parts. It invades while scraping away the material of the parts to be joined.
  • the stirring pin F2 penetrates into the welded parts without causing plastic flow unlike in the case of forward rotation, so the rotating tool F penetrates into the welded parts compared to the case of forward rotation.
  • a pilot hole was provided at the starting position SP1 of the stirring pin F2 in order to reduce press-fitting resistance, but in this case, the process for forming the pilot hole would be increased, which would take more time.
  • the issue was that it required Further, for example, when forming a pilot hole and performing friction stir welding using a machining center, it has been a problem that it also takes time to replace the tools used for each process.
  • the press-fitting resistance can be reduced and the stirring pin F2 can be smoothly inserted without providing a pilot hole, and productivity can be improved.
  • the rotation direction of the rotary tool F is switched to the direction opposite to the direction in which the spiral grooves are formed, and the rotary tool F is rotated in the direction opposite to the direction in which the spiral grooves are formed (forward rotation). Friction stir welding is performed in this state. As a result, material can be replenished toward the tip side of the stirring pin F2 by causing downward plastic flow during friction stir welding, and it is possible to prevent defects from occurring inside.
  • the rotation speed of the rotary tool F in the insertion step of this embodiment may be set appropriately, it is preferable that the rotation speed of the rotary tool F is equal to or higher than the rotation speed of the rotary tool F in the joining step.
  • the number of rotations in the insertion process is higher than the number of rotations in the welding process, the members to be welded are cut by the spiral groove when the stirring pin F2 is inserted, and the chips of the members to be welded are removed as the rotary tool F rotates. This makes it easier to blow away the particles from the surfaces of the members to be joined to the outside, making it easier to prevent burrs and chips from remaining on the surfaces of the members to be joined after joining.
  • the relationship between the rotation speed N1 of the rotary tool F in the insertion step and the rotation speed N2 of the rotary tool F in the welding step is N2 ⁇ N1 ⁇ N2 ⁇ 5.
  • a pulling-up process of pulling up the rotary tool F toward the surface of the members to be welded after the insertion process, and to perform a changing process during the pulling-up process.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool F in the insertion process and the lifting amount H2 in the pulling process is H1 ⁇ 0.01 ⁇ H2 ⁇ H1 ⁇ 0.5. It is preferable.
  • the pulling amount H2 By setting the pulling amount H2 to H1 ⁇ 0.01 or more, the contact resistance with the members to be joined can be reduced.
  • the pulling amount H2 By setting the pulling amount H2 to H1 x 0.5 or less, it is possible to prevent the temperature of the welded parts from decreasing due to excessive separation between the rotary tool F and the welded parts, making subsequent welding suitable. can be done.
  • a pushing process of pushing the rotary tool F in the depth direction of the members to be joined after the changing process and to perform the joining process after the pushing process.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool in the insertion process and the insertion amount H3 in the pushing process is H1 ⁇ 0.01 ⁇ H3 ⁇ H1 ⁇ 0.5. preferable.
  • the insertion amount H3 By setting the insertion amount H3 to H1 x 0.01 or more, a structure consisting of downward plastic flow due to forward rotation is generated, and heat generation is increased due to contact between the rotary tool F and a new member to be welded, thereby reducing friction. Stirring welding can be suitably performed.
  • the insertion amount H3 to be equal to or less than H1 ⁇ 0.5, the load on the rotary tool F and the welding device can be reduced.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool in the insertion process and the insertion depth H4 at the time of starting joining in the welding process is H1 ⁇ 1.01 ⁇ H4 ⁇ H1 ⁇ 1. .5 is preferred.
  • the insertion depth H4 is set to H1 x 0.01 or more, a structure consisting of downward plastic flow due to forward rotation is generated, and heat generation is increased due to contact between the rotary tool F and a new member to be welded, Friction stir welding can be suitably performed.
  • the insertion depth H4 to H1 ⁇ 1.5 or less, the load on the rotary tool F and the welding device can be reduced.
  • the rotary tool F of this embodiment has the shoulder portion F1
  • chips can be suitably cut off by contact with the shoulder portion F1
  • the heat generation efficiency by the shoulder portion F1 during welding is also improved.
  • the contact area with the members to be welded becomes large, and therefore the load acting on the welding device tends to be large.
  • this embodiment includes an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process, and the members to be welded are actively discharged to the outside in advance during these processes (during insertion), so that the shoulder part cannot be removed.
  • the relationship between the insertion depth H1 of the rotary tool F in the insertion step and the length L1 of the stirring pin F2 is L1 ⁇ 0.5 ⁇ H1 ⁇ L1.
  • the jacket body (first member to be joined) 2 and the sealing body 3 (second member to be joined) whose hardness is lower than that of the jacket body 2 are configured.
  • the strength of the liquid cooling jacket (joint body) 1 can be increased.
  • the movement route R1 is set inside the first abutment part J1, and friction stir welding is performed in a state where the movement route R1 and the rotation axis C of the rotary tool F are overlapped. This can prevent the relatively hard material of the jacket body 2 from getting mixed into the sealing body 3 side as much as possible, and can prevent the strength of the joint from decreasing.
  • the oxide film may roll up, but in the bonding process of this embodiment, the starting position SP1 is set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11. This can particularly prevent an oxide film from remaining in the plasticized region W1 at the insertion position.
  • the insertion process, the pulling process, the changing process, and the pushing process were performed without moving the rotary tool F from the starting position SP1, but each process may be performed while moving in the advancing direction. . That is, in the insertion section from the start position SP1, the insertion process, the pulling process, the changing process, and the pushing process may be performed while moving the rotary tool F.
  • the pulling step may be omitted. That is, after the insertion process is completed, the rotation direction of the rotary tool F may be changed while maintaining the height position of the rotary tool F (while remaining in contact with the workpiece). In particular, when the rotary tool F is relatively small, the pulling process may be omitted because the contact resistance is small.
  • the pushing step may be omitted.
  • the rotation tool F is gradually pushed in while moving. Tool F may be moved.
  • the start position SP1 and the end position EP1 may be set on the first abutting portion J1 or on the surface 3a of the sealing body 3.
  • the joined body is illustrated as a rectangular parallelepiped-shaped liquid cooling jacket in this embodiment, it may have another shape, and at least two members may be joined.
  • the step side surface 12b may be inclined outward with respect to the step bottom surface 12a.
  • the plate thickness of the sealing body 3 may be made larger than the height dimension of the stepped side surface 12b. This makes it possible to compensate for the lack of material at the joint.
  • a pilot hole forming process is performed before the insertion process.
  • a pilot hole Q is formed at a starting position SP1 set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 using a cutting tool such as a rotary tool or an end mill.
  • a cutting tool such as a rotary tool or an end mill.
  • the shape of the prepared hole Q is a hollow part exhibiting a pedestal shape in this modification, it may also be a hollow part exhibiting a conical shape, a cylindrical shape, or a prismatic shape.
  • the pilot hole forming step By performing the pilot hole forming step, it is possible to reduce the press-fitting resistance caused by the rotary tool F during the insertion step. This also reduces damage and wear of the rotary tool F.
  • the jacket body (first member to be joined) 2 is formed of a relatively hard material such as an aluminum alloy cast material, the effect of reducing press-fit resistance becomes remarkable.
  • the rotary tool K includes a base K1 and a stirring pin K2.
  • the base K1 is a portion connected to an output shaft of a joining device (not shown), and has a columnar or pedestal shape.
  • the stirring pin K2 has a truncated conical shape and hangs down from the lower end surface K1a of the base K1.
  • the length of the stirring pin K2 is more than twice the thickness of the sealing body 3.
  • the tip of the stirring pin K2 is flat.
  • a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the stirring pin K2 over the entire height direction. The spiral groove may be wound to the right or to the left, but in this embodiment, it is wound to the left (counterclockwise when viewed from above).
  • a preparation process, a butting process, an insertion process, a pulling process, a changing process, a pushing process, and a joining process are performed.
  • the preparation process and the matching process are the same as in the first embodiment described above.
  • the rotating tool F is rotated in the opposite direction (rotated to the left) to insert the stirring pin K2 into the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the stirring pin K2 is brought into contact with the peripheral wall portion 11.
  • the rotary tool K is rotated forward (clockwise) so that the rotation axis C is superimposed on the movement route R1, and the rotary tool K is parallel to the first abutting portion J1. move.
  • the stirring pin K2 is brought into contact with the members to be joined (here, the jacket main body 2 and the sealing body 3), and friction stir welding is performed with the base end side of the stirring pin K2 exposed.
  • the rotary tool G is made of tool steel, for example, and is mainly composed of a base G1 and a stirring pin (base end pin G2 and tip end pin G3).
  • the base G1 has a columnar or pedestal shape, and is a portion connected to the output shaft of the joining device.
  • the proximal pin G2 is continuous with the base G1 and tapers toward the distal end.
  • the proximal pin G2 has a truncated cone shape.
  • the taper angle A of the proximal pin G2 may be set as appropriate, and is, for example, 135 to 160°. When the taper angle A is 135 to 160°, the bonded surface roughness after friction stirring can be reduced.
  • the taper angle A is larger than the taper angle B of the tip side pin G3, which will be described later.
  • a step-like pin stepped portion G21 is formed on the outer peripheral surface of the proximal pin G2 over the entire height direction.
  • the pin stepped portion G21 is formed in a right-handed or left-handed helical shape. That is, the pin stepped portion G21 has a spiral shape when viewed from above, and has a stepped shape when viewed from the side. In this modification, the pin stepped portion G21 is wound counterclockwise from the base end toward the distal end.
  • the pin step portion G21 is composed of a step bottom surface G21a and a step side surface G21b.
  • the distance X1 (horizontal distance) between the vertices G21c and G21c of the adjacent pin step portions G21 is appropriately set according to the step angle M1 and the height Y1 of the step side surface G21b, which will be described later.
  • the height Y1 of the stepped side surface F21b may be set as appropriate, and is set to, for example, 0.1 to 0.4 mm.
  • the bonding surface roughness becomes large.
  • the bonding surface roughness tends to increase, and the number of effective step portions (the number of pin step portions G21 in contact with the metal member to be welded) also decreases.
  • the step angle M1 between the step bottom surface G21a and the step side surface G21b may be set as appropriate, and is set, for example, to 85 to 120 degrees.
  • the step bottom surface G21a is parallel to a horizontal surface (here, a surface perpendicular to the rotation axis C).
  • the step bottom surface G21a may be inclined within a range of -5° to 15° with respect to the horizontal plane from the rotation axis C toward the outer circumferential direction (minus means downward with respect to the horizontal surface, positive means upward with respect to the horizontal surface). ).
  • the distance X1, the height Y1 of the step side surface G21b, the step angle M1, and the angle of the step bottom surface G21a with respect to the horizontal plane are such that when friction stirring is performed, the plastic fluid material does not stay inside the pin step portion G21 and adhere to the outside. It is appropriately set so that the joint surface roughness can be reduced by pressing the plastic flow material with the bottom surface G21a of the step.
  • the distal pin G3 is formed continuously from the proximal pin G2.
  • the tip side pin G3 has a truncated cone shape.
  • the tip of the tip side pin G3 is flat.
  • the taper angle B of the distal pin G3 is smaller than the taper angle A of the proximal pin G2.
  • a spiral groove G31 is carved on the outer circumferential surface of the tip end pin G3.
  • the spiral groove G31 may be wound right-handed or left-handed, but in this embodiment, it is carved left-handed.
  • the spiral groove G31 is composed of a spiral bottom surface G31a and a spiral side surface G31b.
  • the distance (horizontal distance) between the vertices G31c and G31c of adjacent spiral grooves G31 is defined as length X2.
  • the height of the spiral side surface G31b is defined as a height Y2.
  • the spiral angle M2 formed by the spiral bottom surface G31a and the spiral side surface G31b is, for example, 45 to 90 degrees.
  • the spiral groove G31 has the role of increasing frictional heat by contacting the member to be joined and guiding the plastic fluid material to the tip side.
  • the helical angle M2, length X2, and height Y2 may be set as appropriate. Note that the pin stepped portion G21 and the spiral groove G31 of the rotary tool G correspond to the "spiral groove of the stirring pin" in the claims.
  • a preparation process, a butting process, an insertion process, a pulling process, a changing process, a pushing process, and a joining process are performed.
  • the preparation process and the matching process are the same as in the first embodiment described above.
  • the rotary tool G is rotated in the opposite direction (rotated to the left) to insert the tip side pin G3 into the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the tip end pin G3 is brought into contact with the peripheral wall portion 11.
  • the rotary tool G is rotated clockwise (positively) so that the rotation axis C is superimposed on the movement route R1, and the rotary tool G is parallel to the first butt part J1. move.
  • the outer circumferential surface of the proximal pin G2 is brought into contact with the surface 3a of the sealing body 3 and the end surface 11a of the peripheral wall portion 11, while the tip of the distal pin G3 is positioned below the step bottom surface 12a. Set the insertion depth to .
  • the plastic flow material can be held down by the outer circumferential surface of the proximal pin G2, so it is possible to reduce the size of the stepped groove formed on the joining surface, and also to reduce the size of the stepped groove formed on the side of the stepped groove. It is possible to eliminate or reduce the size of the bulge.
  • the step-like pin step portion G21 is shallow and has a wide outlet, the plastic fluid material can easily escape to the outside of the pin step portion G21 while being held down by the step bottom surface G21a. Therefore, even if the plastic flow material is held down by the base pin G2, the plastic flow material is difficult to adhere to the outer circumferential surface of the base pin G2. Therefore, it is possible to reduce the bonding surface roughness and to suitably stabilize the bonding quality.
  • the rotary tool G of the present embodiment includes a proximal pin G2 and a distal pin G3 having a smaller taper angle than the taper angle A of the proximal pin G2. This makes it easier to insert the rotary tool G into the jacket body 2 and the sealing body 3. Further, since the taper angle B of the tip end pin G3 is small, the rotary tool G can be easily inserted to a deep position in the first abutting portion J1. Note that even when using the rotary tool G, the stepped side surface 12b may be inclined outward.
  • the method for manufacturing a joined body according to this modification includes a preparation process, a butting process, an insertion process, a pulling process, a changing process, a pushing process, and a joining process. Perform the process.
  • the preparation process and the matching process are the same as in the first embodiment described above.
  • the jacket body 2 and the sealing body 3 are friction stir welded with the sealing body 3 placed on the jacket body 2 and their sides abutted against each other.
  • an end position EP1 is set on the end surface 11a of the peripheral wall portion 11, and a start position SP2, an intermediate position S1, and an intermediate position E1 are set on the surface 3a of the sealing body 3.
  • the plasticized region W2 (see FIG. 17), which is formed by inserting the stirring pin F2 into the starting position SP2, which is the insertion position of the rotary tool F, is positioned so that it overlaps with the first abutting portion J1.
  • the start position SP2 is set at .
  • the movement route R2 is a route sandwiched between a starting point SP2 and an ending point EP1, and includes an insertion section, a main section, and a departure section.
  • an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process are performed at the starting position SP2.
  • the joining process is performed in the insertion section, the main section, and the detachment section.
  • the insertion section is the section from the start position SP2 to the intermediate position S1.
  • the rotary tool F inserted at the starting position SP2 is gradually pushed in while moving toward the intermediate position S1.
  • the movement route R2 is set slightly inside (on the side of the sealing body 3) the first abutting portion J1. Furthermore, the moving route R2 and the first abutting portion J1 are generally parallel to each other.
  • the insertion step of this method is a step of inserting the rotary tool F into the members to be joined (the jacket body 2 and the sealing body 3), as shown in FIG. 17. More specifically, the insertion step of this method is a step of inserting the rotary tool F toward the first abutting portion J1 between the jacket body 2 and the sealing body 3.
  • the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove provided on the stirring pin F2 is formed, and the rotary tool F is inserted toward the first abutting portion J1.
  • the insertion depth H1 of the stirring pin F2 can be set similarly to the first embodiment.
  • the materials of the jacket body 2 and the sealing body 3 are friction stirred to form a plasticized region W2.
  • the plasticized region W2 is formed so as to straddle the first butt portion J1 and come into contact with the jacket body 2 and the sealing body 3.
  • the stirring pin F2 is inserted toward the first abutting portion J1 while the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove is formed.
  • the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove is formed.
  • the jacket main body 2A is composed of a bottom portion 10 and a peripheral wall portion 11.
  • a recess 13 is formed inside the jacket body 2A.
  • the sealing body 3A covers the opening of the jacket main body 2A and has the same size as the outer edge of the peripheral wall portion 11.
  • the present method a method for manufacturing a bonded body according to the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as "the present method") will be described.
  • a preparation process, an overlapping process, an insertion process, a pulling process, a changing process, a pushing process, and a joining process are performed. Since the preparation process, pulling process, changing process, and pushing process are the same as those in the first embodiment described above, their explanations will be omitted.
  • friction stir welding is performed between the jacket body 2A and the sealing body 3A in a state where the sealing body 3A is placed on the jacket body 2A and overlapped.
  • a start position SP3, an intermediate position S3, an intermediate position E3, and an end position EP3 are set at positions corresponding to the overlapping part J3.
  • the movement route R3 has a rectangular shape in a plan view so as to overlap the overlapping portion J3.
  • the moving route R3 is a route sandwiched between a starting point SP3 and an ending point EP3, and includes an insertion section, a main section, and a departure section.
  • an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process are performed at the starting position SP3.
  • the joining process is performed in the insertion section, the main section, and the detachment section.
  • the insertion section is the section from the start position SP3 to the intermediate position S3.
  • the rotary tool F inserted at the start position SP3 is gradually pushed in while being moved to the intermediate position S3.
  • This section is a section in which the rotary tool F is moved from the intermediate position S3 to the intermediate position E3 after making one revolution along the overlapping part J3, passing through the intermediate position S3. At this time, as shown in FIG. 19, the insertion depth of the rotary tool F is maintained constant so that the stirring pin F2 reaches the end surface 11a.
  • the departure section is the section from the intermediate position E3 to the end position EP3.
  • the rotary tool F that has reached the intermediate position E3 is moved toward the end position EP3, and the rotary tool F is gradually pulled up.
  • the rotary tool F reaches the end position EP3, the rotary tool F is removed from the sealing body 3.
  • the overlapping step is a step of overlapping the jacket main body 2A and the sealing body 3A, as shown in FIG.
  • the end surface 11a of the peripheral wall portion 11 and the back surface 3b of the sealing body 3A are overlapped to form an overlapping portion J3.
  • the overlapping portion J3 is formed along the outer periphery of the recess 13 into a rectangular frame shape in plan view.
  • the insertion step is a step of inserting the rotary tool F into the member to be joined (sealing body 3A), as shown in FIG. 21. More specifically, this is a step of inserting the rotary tool F from the surface 3a of the sealing body 3A toward the overlapping portion J3 between the jacket body 2A and the sealing body 3A.
  • the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove provided on the stirring pin F2 is formed. In this embodiment, since the spiral groove is left-handed, the rotary tool F is rotated to the left.
  • the insertion depth H1 is set within a range in which the stirring pin F2 is brought into contact only with the sealing body 3A, and the stirring pin F2 is not brought into contact with the peripheral wall portion 11.
  • the stirring pin F2 may be brought into contact with the surface 3a of the sealing body 3A, and the insertion depth H1 may be set within a range where the shoulder portion F1 does not come into contact with the surface 3a.
  • the joining process is a process of performing friction stir welding on the overlapping part J3 using the rotating tool F.
  • the insertion depth of the rotary tool F in the joining process is set so that the shoulder portion F1 is slightly pushed into the surface 3a of the sealing body 3, and the stirring pin F2 reaches the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the insertion depth of the rotary tool F in the welding process may be set appropriately, and for example, the overlapping portion J3 may be welded in a state in which the stirring pin F2 does not reach the end surface 11a.
  • the present embodiment described above can also achieve substantially the same effects as the first embodiment described above. Moreover, according to this embodiment, the overlapping portion J3 can also be joined.
  • the start position SP3 and the end position EP3 may be set at positions that do not correspond to the overlapping part J3 (inner side than the overlapping part J3) on the surface 3a of the sealing body 3A.
  • the method for manufacturing a bonded body according to this modification includes a preparation process, an overlapping process, an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process, A joining process is performed.
  • This method includes a preparation process, an overlapping process, an insertion process, a pulling process, a changing process, and a pushing process, A joining process is performed.
  • the preparation process and the overlapping process are the same as in the second embodiment described above.
  • the insertion step of this method is a step of inserting the rotary tool F into the members to be joined (the jacket main body 2A and the sealing body 3A), as shown in FIG. 22. More specifically, the insertion step of this method is a step of inserting the rotary tool F from the surface 3a of the sealing body 3A toward the overlapping portion J3 between the jacket body 2A and the sealing body 3A. In the insertion step, the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove provided on the stirring pin F2 is formed, and the rotary tool F is inserted toward the overlapping portion J3.
  • the insertion depth H1 is set within a range in which the stirring pin F2 is brought into contact with the sealing body 3A and the stirring pin F2 is brought into contact with the end surface 11a of the peripheral wall portion 11.
  • the stirring pin F2 may be brought into contact with the sealing body 3A and the jacket main body 2A, and the insertion depth H1 may be set within a range where the shoulder portion F1 does not come into contact with the surface 3a of the sealing body 3A.
  • the materials of the jacket body 2A and the sealing body 3A are friction stirred to form a plasticized region W4.
  • the plasticized region W4 is formed so as to straddle the overlapping portion J3 and come into contact with the jacket main body 2A and the sealing body 3A.
  • the stirring pin F2 is inserted toward the overlapping portion J3 while the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove is formed.
  • the rotary tool F is rotated in the same direction (reversely rotated) as the direction in which the spiral groove is formed.
  • Test 1 and Test 2 were conducted to confirm the effects of the present invention.
  • two members were not joined, but a single member was used to confirm the friction stirring state using the rotary tool F.
  • FIG. 23 is a table showing the conditions of the shape, rotation direction, and tool rotation speed of the rotary tool in Test 1 and Test 2.
  • FIG. 24 is a table showing the moving speed, insertion depth, pulling amount/insertion amount, evaluation, and alloy type in Test 1 and Test 2.
  • Test 1 In Test 1, a sample material (A1050) was prepared, and friction stirring was performed at a predetermined distance using a rotating tool F.
  • the outer diameter of the shoulder portion F1 of the rotary tool F was 30 mm
  • the outer diameter of the base end of the stirring pin F2 was 14 mm
  • the outer diameter of the tip of the stirring pin F2 was 9.2 mm.
  • the length L1 of the stirring pin F2 was 15 mm
  • the spiral groove was left-handed.
  • the joining speed was 125 mm/min.
  • FIG. 25 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 11.
  • FIG. 26 is a sectional view taken along the line XXVI-XXVI in FIG. 25.
  • Test Example 11 after inserting the rotary tool F equipped with the stirring pin F2 with a left-handed helical groove at the starting position SP11 in a counterclockwise rotation, the rotary tool F is pulled up, the rotation direction is changed to clockwise rotation, and the rotary tool F is inserted. After pressing, friction stirring was performed.
  • the rotation speed of the rotary tool F during insertion was 2000 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during pulling was 2000 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during pushing was 890 rpm
  • friction stir welding was performed.
  • the rotation speed of the rotary tool F at this time is 890 rpm.
  • the insertion depth H1 at the time of insertion is 15 mm
  • the lifting amount H2 at the time of pulling up is 1 mm
  • the insertion depth at the time of pulling up is 14 mm.
  • the insertion amount H3 during pushing is 0.5 mm
  • the insertion depth H4 after pushing is 15.5 mm
  • the insertion depth H5 during friction stir welding is 15.5 mm.
  • the number of burrs V11 at the starting position SP11 was smaller than in Comparative Test Examples 11 and 12.
  • FIG. 27 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 11.
  • FIG. 28 is a sectional view taken along the line XXVIII-XXVIII in FIG. 27.
  • a rotary tool F equipped with a stirring pin F2 with a left-handed helical groove was inserted at the starting position SP12 by rotating clockwise, and then inserted to the depth for friction stir welding, and then rotated clockwise to perform friction stir welding. went.
  • the rotation speed of the rotary tool F during insertion is 890 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during friction stir welding is also 890 rpm.
  • the insertion depth during insertion is 15.5 mm
  • the insertion depth H5 during friction stir welding is 15.5 mm.
  • FIGS. 27 and 28 in Comparative Test Example 11 there was no tunnel-like defect within the plasticized region W12. However, as shown in FIG. 27, many burrs V12 were generated at the starting position SP12.
  • FIG. 29 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 12.
  • FIG. 30 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 29.
  • FIG. 31 is a sectional view taken along the line XXXI-XXXI in FIG. 29.
  • the rotary tool F was pulled up and the rotary tool F was inserted without changing the rotation direction. After pushing it in, friction stirring was performed by rotating it clockwise.
  • the rotational speed of the rotary tool F during insertion the rotational speed of the rotary tool F during pulling up, the rotational speed of the rotary tool F during pushing, the rotational speed of the rotary tool F during friction stir welding, and the rotational speed of the rotary tool F during insertion.
  • the insertion depth H1, the lifting amount H2 when pulling up, the insertion depth when pulling up, the insertion amount H3 when pushing in, the insertion depth H4 after pushing in, and the insertion depth H5 during friction stir welding are: It was carried out in the same manner as Test Example 11. In Comparative Test Example 12, as shown in FIG. 31, there was no tunnel-like defect within the plasticized region W13. However, as shown in FIGS. 29 and 30, many burrs V13 were generated at the starting position SP13.
  • FIG. 32 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 13.
  • FIG. 33 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 32.
  • FIG. 34 is a sectional view taken along the line XXXIV-XXXIV in FIG. 32.
  • the rotary tool F was pulled up and the rotary tool F was inserted without changing the rotation direction. After pushing it in, friction stirring was performed by rotating it to the left.
  • Test 2 In Test 2, a sample material (A5052) was prepared, and friction stirring was performed at a predetermined distance using a rotating tool F. The dimensions of each part of the rotary tool F are the same as in Test 1. The spiral groove of stirring pin F2 was left-handed. The joining speed was 100 mm/min.
  • FIG. 35 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 21.
  • FIG. 36 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 35.
  • the rotary tool F is pulled up, the rotation direction is changed to clockwise rotation, and the rotary tool F is inserted. After pressing, friction stirring was performed.
  • the rotation speed of the rotary tool F during insertion is 2000 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during pulling is 2000 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during pushing is 400 rpm
  • the rotation speed of the rotary tool F during friction stirring is 2000 rpm.
  • the rotation speed is 400 rpm.
  • the insertion depth H1 during insertion is 15 mm
  • the lifting amount H2 when pulling up is 1 mm
  • the insertion depth when changing the rotation direction is 14 mm
  • the insertion amount when pushing H3 is 0.5 mm
  • the insertion depth H4 after pushing is 15.5 mm
  • the insertion depth H5 during friction stir welding is 15.5 mm.
  • the number of burrs V15 at the starting position SP15 was smaller than in Comparative Test Examples 21 and 22.
  • FIG. 37 is a plan view showing the friction stirring state of Test Example 22.
  • FIG. 38 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 37.
  • FIG. 39 is a sectional view taken along the line XXXIX-XXXIX in FIG. 37.
  • the rotary tool F equipped with the stirring pin F2 with a left-handed helical groove is inserted at the start position SP16 with counterclockwise rotation, and then the rotary tool F is pulled up and the rotation direction is changed to clockwise rotation. After pressing, friction stirring was performed.
  • Test Example 22 was conducted in the same manner as Test Example 21, except that the rotation speed of the rotary tool F during insertion was changed to 400 rpm, and the rotation speed of the rotary tool F during pulling was changed to 400 rpm. As shown in FIGS. 37 and 38, the number of burrs V16 at the starting position SP16 was smaller than in Comparative Test Examples 21 and 22. Furthermore, as shown in FIG. 39, no defects were found within the plasticized region W16.
  • FIG. 40 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 21.
  • FIG. 41 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 40.
  • the rotary tool F equipped with the stirring pin F2 with a left-handed helical groove was inserted at the starting position SP17 by rotating clockwise, then inserted to the depth for friction stir welding, and then rotated clockwise to perform friction stir welding. went.
  • the rotational speed of the rotary tool F during insertion is 400 rpm
  • the rotational speed of the rotary tool F during friction stir welding is 400 rpm.
  • Comparative Test Example 21 the insertion depth during insertion is 15.5 mm, and the insertion depth H5 during friction stir welding is 15.5 mm. In Comparative Test Example 21, as shown in FIGS. 40 and 41, many burrs V17 were generated at the starting position SP17.
  • FIG. 42 is a plan view showing the friction stirring state of Comparative Test Example 22.
  • FIG. 43 is an enlarged plan view at the starting position of FIG. 42.
  • FIG. 44 is a sectional view taken along the line XXXXIV-XXXXIV in FIG. 42.
  • Comparative Test Example 22 after inserting the rotary tool F equipped with the stirring pin F2 with a left-handed helical groove at the starting position SP18 by rotating it clockwise, the rotary tool F was pulled up and the rotary tool F was inserted without changing the rotation direction. After pushing it in, friction stirring was performed by rotating it clockwise.
  • the rotational speed of the rotary tool F during insertion the rotational speed of the rotary tool F during pulling up, the rotational speed of the rotary tool F during pushing, the rotational speed of the rotary tool F during friction stir welding, and the rotational speed of the rotary tool F during insertion.
  • the insertion depth H1, the lifting amount H2 when pulling up, the insertion depth when pulling up, the insertion amount H3 when pushing in, the insertion depth H4 after pushing in, and the insertion depth H5 during friction stir welding are: It was carried out in the same manner as Test Example 21.
  • Comparative Test Example 2 as shown in FIG. 44, there was no tunnel-like defect within the plasticized region W18. However, as shown in FIGS. 42 and 43, many burrs V18 were generated at the starting position SP18.
  • the rotary tool F is rotated forward at the start positions SP12, SP13, SP17, and SP18 (the spiral groove is left-handed and rotates clockwise, or right-handed and rotates counterclockwise). It was found that when the burrs were inserted at the starting positions SP12, SP13, SP17, and SP18, a large number of burrs V12, V13, V17, and V18 were generated, respectively.
  • burrs at the starting position can be reduced while It was found that this defect could be eliminated.

Abstract

螺旋溝が形成された攪拌ピン（Ｆ２）を有する回転ツール（Ｆ）を用いて、被接合部材への摩擦攪拌接合により接合体を製造する方法であって、回転ツール（Ｆ）を螺旋溝の形成方向と同方向に回転させた状態で、攪拌ピン（Ｆ２）を被接合部材に挿入する挿入工程と、回転ツール（Ｆ）の回転方向を、螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させるように変更する変更工程と、回転ツール（Ｆ）を螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させた状態で、被接合部材の接合を行う接合工程と、を順に備えることを特徴とする。

Description

接合体の製造方法
　本発明は、接合体の製造方法に関する。
　螺旋溝が形成された攪拌ピンを有する回転ツールを用いて被接合部材の摩擦攪拌接合を行うことで接合体を製造する方法が知られている。
　通常、螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて左巻き（左ネジ）に形成されている場合には、この回転ツールを右回転させて被接合部材に攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合が行われる。一方、螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて右巻き（右ネジ）に形成されている場合には、この回転ツールを左回転させて被接合部材に攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合が行われる。すなわち、螺旋溝の形成方向と逆方向に回転ツールを回転（以下、この形態を「正回転」とする）させて被接合部材に攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合が行われている（特許文献１）。
　正回転で摩擦攪拌接合を行うことで、塑性流動化した被接合部材の材料を攪拌ピンの先端側に導くことができる。これにより、先端部周辺の塑性流動を大きくすることで、接合部の深い部分における接合を安定して行うことができ、健全な接合部を形成することができる。また、被接合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。
　また、従来、螺旋溝の形成方向と同方向に回転ツールを回転（以下、この形態を「逆回転」とする）させて被接合部材に攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合が行われている（特許文献２）。
特開平１０－２４９５５１号公報 特開２００２－０３５９６２号公報
　特許文献１に記載されるように正回転（螺旋溝の形成方向と回転ツールの回転方向が逆）させて摩擦攪拌接合を行う場合には、攪拌ピンと被接合部材との接触によって被接合部材の塑性流動が生じるとともに、攪拌ピンの挿入に伴って攪拌ピンの体積に応じて塑性流動化した被接合部材の材料が被接合部材の外部に溢れ出すことになる。このようにして溢れ出した塑性流動化した被接合部材の材料が固化することによって、接合後の被接合部材の表面にバリが多く発生するという問題がある。
　また、正回転で摩擦攪拌接合を行う場合には、塑性流動化した被接合部材の材料を攪拌ピンの先端側に向けて押し付けるようにして摩擦攪拌を行うことになるため、回転ツールを回転させる接合装置への負荷が増大するおそれがある。また、被接合部材の硬度が比較的に高い場合には、回転ツールの破損が生じる場合がある。また、２点の被接合部材を重ね合わせた状態で、正回転で攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行った場合には、塑性流動化した被接合部材の材料の対流が生じることで、重ね面（重合部）に存在する被接合部材の酸化皮膜が巻き上げられることにより、接合部に欠陥が生じることがある。
　一方、特許文献２に記載されるように逆回転（螺旋溝の形成方向と回転ツールの回転方向が同一）させて摩擦攪拌接合を行う場合、塑性流動化した領域で生じる過剰な上向きの対流及び界面の巻き込みを抑制することができるとされている。しかしながら、この場合には、攪拌ピンの先端側の位置において材料が不足してしまい、内部に欠陥が生じることがある。
　このような観点から本発明は、バリの発生と接合部の欠陥の発生を抑えるとともに、回転ツール及び接合装置に加わる負荷を軽減する接合体の製造方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、螺旋溝が形成された攪拌ピンを有する回転ツールを用いて、被接合部材への摩擦攪拌接合により接合体を製造する方法であって、前記回転ツールを前記螺旋溝の形成方向と同方向に回転させた状態で、前記攪拌ピンを前記被接合部材に挿入する挿入工程と、前記回転ツールの回転方向を、前記螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させるように変更する変更工程と、前記回転ツールを前記螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させた状態で、前記被接合部材の接合を行う接合工程と、を順に備えることを特徴とする。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの回転数が、前記接合工程における前記回転ツールの回転数以上であることが好ましい。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの回転数Ｎ１と、前記接合工程における前記回転ツールの回転数Ｎ２との関係が、Ｎ２≦Ｎ１≦Ｎ２×５であることが好ましい。
　また、前記挿入工程の後に、前記回転ツールを前記被接合部材の表面方向に向けて引き上げる引上げ工程をさらに備え、前記引上げ工程の後に、前記変更工程を行うことが好ましい。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記引上げ工程での引上量Ｈ２との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ２≦Ｈ１×０．５であることが好ましい。
　また、前記変更工程の後に、前記回転ツールを前記被接合部材の深さ方向に向けて押し込む押込み工程をさらに備え、前記押込み工程の後に、前記接合工程を行うことが好ましい。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記押込み工程での挿入量Ｈ３との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ３≦Ｈ１×０．５であることが好ましい。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記接合工程で接合を開始する際の挿入深さＨ４との関係が、Ｈ１×１．０１≦Ｈ４≦Ｈ１×１．５であることが好ましい。
　また、前記回転ツールは、平面状又はすり鉢状の下端面が設けられるとともに、柱状又は推台状を呈するショルダ部をさらに有し、前記攪拌ピンは、前記ショルダ部の前記下端面から垂下しており、前記被接合部材に対して前記ショルダ部を接触させるとともに、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入した状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
　また、前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記攪拌ピンの長さＬ１との関係が、Ｌ１×０．５≦Ｈ１≦Ｌ１であることが好ましい。
　また、前記回転ツールは、柱状又は推台状を呈する基部を有し、前記攪拌ピンは、前記基部の下端面から垂下しており、前記被接合部材に対して前記基部を離間させるとともに、前記被接合部材に前記攪拌ピンのみを挿入した状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
　また、前記回転ツールは、柱状又は推台状を呈する基部を有し、前記攪拌ピンは、前記基部に連続する基端側ピンと、前記基端側ピンに連続する先端側ピンとを有し、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、前記基端側ピンの外周面を前記被接合部材の表面に接触させた状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うが好ましい。
　また、前記挿入工程の前に、前記被接合部材に下穴を形成する下穴形成工程をさらに備え、前記挿入工程において、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。
　また、前記被接合部材が、第一被接合部材と、前記第一被接合部材よりも硬度が低い第二被接合部材とからなり、前記第一被接合部材と前記第二被接合部材との少なくともいずれか一方の端面が突き合わされて突合せ部が形成されるか、又は前記第一被接合部材の表面に前記第二被接合部材の裏面が重ね合わされて重合部が形成されており、前記挿入工程において、前記第一被接合部材の表面から攪拌ピンを挿入して、前記接合工程において、前記突合せ部又は前記重合部の摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
　また、前記被接合部材が、第一被接合部材と、第二被接合部材とからなり、前記第一被接合部材と前記第二被接合部材との少なくともいずれか一方の端面が突き合わされて突合せ部が形成されるか、又は前記第一被接合部材の表面に前記第二被接合部材の裏面が重ね合わされて重合部が形成されており、前記挿入工程において、前記突合せ部又は前記重合部に向けて攪拌ピンを挿入することが好ましい。
　本発明に係る接合体の製造方法によれば、バリの発生と接合部の欠陥の発生を抑えるとともに、回転ツール及び接合装置に加わる負荷を軽減することができる。
本発明の第一実施形態に係る接合体を示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の突合せ工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の突合せ工程を示す平面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法で用いる回転ツールを示す側面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の挿入工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の引上げ工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の変更工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の押込み工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合体の製造方法の接合工程を示す断面図である。 第一実施形態の第一変形例に係る下穴形成工程を示す断面図である。 第一実施形態の第二変形例に係る挿入工程を示す断面図である。 第一実施形態の第二変形例に係る接合工程を示す断面図である。 第一実施形態の第三変形例に係る挿入工程を示す断面図である。 第一実施形態の第三変形例に係る回転ツールを示す拡大図である。 第一実施形態の第三変形例に係る接合工程を示す断面図である。 第一実施形態の第四変形例に係る突合せ工程を示す平面図である。 第一実施形態の第四変形例に係る挿入工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合体を示す分解斜視図である。 第二実施形態に係る重ね合わせ工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る重ね合わせ工程を示す平面図である。 第二実施形態に係る挿入工程を示す断面図である。 第二実施形態の第一変形例に係る挿入工程を示す断面図である。 試験１及び試験２において、回転ツールの形状、回転方向及びツール回転数の条件を示した表である。 試験１及び試験２において、移動速度、挿入深さ、引上量・挿入量及び評価並びに合金種を示した表である。 試験例１１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図２５のXXVI-XXVI線断面図である。 比較試験例１１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図２７のXXVIII-XXVIII線断面図である。 比較試験例１２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図２９の開始位置における拡大平面図である。 図２９のXXXI-XXXI線断面図である。 比較試験例１３の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図３２の開始位置における拡大平面図である。 図３２のXXXIV-XXXIV線断面図である。 試験例２１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図３５の開始位置における拡大平面図である。 試験例２２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図３７の開始位置における拡大平面図である。 図３７のXXXIX-XXXIX線断面図である。 比較試験例２１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図４０の開始位置における拡大平面図である。 比較試験例２２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。 図４２の開始位置における拡大平面図である。 図４２のXXXXIV-XXXXIV線断面図である。
　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。
［１．第一実施形態］
［１－１．被接合部材及び接合体］
　本発明の第一実施形態に係る液冷ジャケット（接合体）１は、図１に示すように、ジャケット本体（第一被接合部材）２と封止体（第二被接合部材）３とで構成されている。液冷ジャケット１は、内部に流体を流通させて、配置される発熱体を冷却する機器である。ジャケット本体２と封止体３とは摩擦攪拌接合で一体化される。以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。
　ジャケット本体（第一被接合部材）２は、底部１０及び周壁部１１で主に構成されている。ジャケット本体２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アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第一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。
　底部１０は、矩形を呈する板状部材である。周壁部１１は、底部１０の周縁部から矩形枠状に立ち上がる壁部である。底部１０及び周壁部１１で、上方に開放する凹部１３が形成されている。周壁部１１の内周縁には周壁段差部１２が形成されている。周壁段差部１２は、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから垂直に立ち上がる段差側面（側面）１２ｂとで構成されている。
　なお、本実施形態のジャケット本体２は一体形成されているが、例えば、周壁部１１を分割構成としてシール部材で接合して一体化してもよい。
　封止体（第二被接合部材）３は、ジャケット本体２の開口部を封止する板状部材である。封止体３は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第二アルミニウム合金を主に含んで形成されている。第二アルミニウム合金は、第一アルミニウム合金よりも硬度の低い材料である。第二アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ　Ａ１０５０，Ａ１０７０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。
［１－２．製造方法］
　次に、本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法（接合体の製造方法、被接合部材の接合方法）（以下、「本方法」と称することがある。）について説明する。本実施形態に係る液冷ジャケットの製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。
　本方法では、図２に示すように、ジャケット本体２に封止体３を載置して側面同士を突き合わせた状態で、ジャケット本体２と封止体３との摩擦攪拌接合を行う。図３に示すように、本方法では、周壁部１１の端面１１ａにおいて、開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１を設定し、封止体３の表面３ａにおいて、中間位置Ｓ１及び中間位置Ｅ１を設定する。図３に示すように、本実施形態の回転ツールＦ（図４参照）の回転軸Ｃが通る移動ルートＲ１は、開始位置ＳＰ１、中間位置Ｓ１、中間位置Ｅ１、及び終了位置ＥＰ１を通過する。移動ルートＲ１は、始点である開始位置ＳＰ１と終点である終了位置ＥＰ１とに挟まれたルートであり、挿入区間と、本区間と、離脱区間とを備えている。本方法では、開始位置ＳＰ１において、挿入工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程を行う。また、本方法では、挿入区間、本区間、及び離脱区間において、接合工程を行う。
　挿入区間は、周壁部１１の端面１１ａに設定された開始位置ＳＰ１から封止体３の表面３ａ上に設定された中間位置Ｓ１までの区間である。挿入区間では、開始位置ＳＰ１に挿入された回転ツールＦを、中間位置Ｓ１に向けて移動させつつ、徐々に押し込んでいく。
　本区間は、中間位置Ｓ１から第一突合せ部Ｊ１に沿って一周して中間位置Ｓ１を通り過ぎ、封止体３の表面３ａ上に設定された中間位置Ｅ１までの区間である。詳細は後記するが、本区間では、移動ルートＲ１を第一突合せ部Ｊ１よりもわずかに内側（封止体３側）に設定している。本区間では、回転ツールＦを概ね一定の深さで移動させる。
　離脱区間は、中間位置Ｅ１から周壁部１１の端面１１ａに設定された終了位置ＥＰ１までの区間である。離脱区間では、後記する回転ツールＦを移動させつつ、徐々に引き上げていき、終了位置ＥＰ１で封止体３から回転ツールＦを離間させる。
　第一突合せ部Ｊ１から移動ルートＲ１までの変位量Ｐ１は、適宜設定すればよいが、好ましくは０．１（ｍｍ）＜Ｐ１、より好ましくは０．２（ｍｍ）＜Ｐ１であり、好ましくはＰ１＜０．５（ｍｍ）、より好ましくはＰ１＜０．４（ｍｍ）である。変位量Ｐ１は、第一突合せ部Ｊ１から移動ルートＲ１までの距離である。つまり、変位量Ｐ１は、第一突合せ部Ｊ１を基準として移動ルートＲ１が同一平面上でどのくらいずれているかを意味している。
＜回転ツール＞
　接合体の製造に用いられる回転ツールＦについて説明する。回転ツールＦは、図４に示すように、ショルダ部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とを備えている。回転ツールＦは、例えば、工具鋼で形成されている。ショルダ部Ｆ１は、接合装置（図示省略）の出力軸に連結される部位であって、柱状又は推台状を呈する。攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１ａから垂下している。攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１ａ側を基端として先端側に向かにつれて縮径する、円錐台状を呈する。下端面Ｆ１ａは平面状であってもよいし、上方（攪拌ピンＦ２から離間する方向）に凹むすり鉢状であってもよい。攪拌ピンＦ２の先端は平坦になっている。攪拌ピンＦ２の外周面には、高さ方向全体に亘って螺旋溝が形成されている。螺旋溝は、右巻き又は左巻きのどちらでもよいが、本実施形態では左巻き（上方から見て反時計回り）になっている。攪拌ピンＦ２の長さＬ１は、被接合部材の接合深さに応じて設計することができる。本実施形態では、後述する第一突合せ部Ｊ１の全体を接合するとともに、第二突合せ部Ｊ２に達する程度まで接合を行うことを目的として、段差側面１２ｂの高さ寸法となる１５ｍｍの深さまで攪拌ピンの挿入を行う。このため、攪拌ピンＦ２の長さＬ１が１５ｍｍである場合を例示して説明する。
　螺旋溝が左巻きの場合に回転ツールＦを右回転させる場合、又は、螺旋溝が右巻きの場合に回転ツールＦを左回転させる場合、摩擦攪拌によって軟化された塑性流動材が螺旋溝に導かれて攪拌ピンＦ２の先端側に流動する。これにより、摩擦攪拌接合時に塑性流動材が外部に溢れ出るのを防ぐことができ、バリの発生を抑制することができる。なお、前記したように、螺旋溝が左巻きの場合に回転ツールＦを右回転させる場合、又は、螺旋溝が右巻きの場合に回転ツールＦを左回転させる場合のことを「正回転」と定義する。一方、螺旋溝が左巻きの場合に回転ツールＦを左回転させる場合、又は、螺旋溝が右巻きの場合に回転ツールＦを右回転させる場合のことを「逆回転」と定義する。
＜準備工程＞
　準備工程は、ジャケット本体２及び封止体３を準備する工程である。ジャケット本体２及び封止体３は、製造方法については特に制限されないが、ジャケット本体２は、例えば、ダイキャストで成形する。封止体３は、例えば押出成形により成形する。
＜突合せ工程＞
　突合せ工程は、図２に示すように、ジャケット本体２に封止体３を載置して側面同士を突き合わせる工程である。突合せ工程によって、封止体３の側面３ｃと周壁段差部１２の段差側面（側面）１２ｂとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。第一突合せ部Ｊ１は、図３に示すように、封止体３の周囲、及びジャケット本体２の端面１１ａの内縁に沿って平面視矩形状に形成される。また、周壁段差部１２の段差底面１２ａと、封止体３の裏面３ｂとが突き合わされて（重ね合わされて）第二突合せ部Ｊ２が形成される。封止体３の板厚は、本実施形態では段差側面１２ｂの高さ寸法と同一になっている。封止体３の板厚は、段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きく設定してもよい。これにより、接合部の金属が不足するのを防ぐことができる。なお、突合せ工程後、ジャケット本体２及び封止体３の位置がずれないように、治具（図示省略）で固定する。
＜挿入工程＞
　挿入工程は、図５に示すように、回転ツールＦを被接合部材（ここではジャケット本体２）に挿入する工程である。挿入工程では、回転ツールＦを、攪拌ピンＦ２に設けられた螺旋溝の形成方向と同方向に回転（逆回転）させる。本実施形態では、螺旋溝は左巻きであるため、回転ツールＦを左回転させる。挿入工程では、所定の挿入深さＨ１となるまで回転ツールＦを押し込む。挿入深さＨ１は、周壁部１１の端面１１ａから攪拌ピンＦ２の先端までの距離である。挿入深さＨ１は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１以下となる範囲で適宜設定することができる。挿入工程では、攪拌ピンＦ２のみを周壁部１１に接触させ、ショルダ部Ｆ１が周壁部１１に接触しない範囲で挿入深さＨ１を設定してもよい。挿入工程によって、封止体３の材料が摩擦攪拌されて塑性化領域Ｗ１が形成される。なお、挿入された攪拌ピンＦ２の先端の位置を第一仮想基準面Ｄ１とする。
　挿入工程における攪拌ピンＦ２の挿入深さＨ１は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１及び被接合部材に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは７．５ｍｍ以上、より好ましくは９ｍｍ以上、さらに好ましくは１０．５ｍｍ以上であり、好ましくは１５ｍｍ以下、より好ましくは１３．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１２ｍｍ以下である。
　挿入工程における攪拌ピンＦ２の挿入深さＨ１は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１との関係において、好ましくはＬ１×０．５≦Ｈ１、より好ましくはＬ１×０．６≦Ｈ１、さらに好ましくはＬ１×０．７≦Ｈ１であり、好ましくはＨ１≦Ｌ１、より好ましくはＨ１≦Ｌ１×０．９、さらに好ましくはＨ１≦Ｌ１×０．８である。
　挿入工程における回転ツールＦの回転数は、適宜設定すればよいが、接合工程における回転数以上に設定することが好ましい。挿入工程における回転ツールＦの回転数は、例えば、好ましくは４００ｒｐｍ以上、より好ましくは６００ｒｐｍ以上、さらに好ましくは８００ｒｐｍ以上、さらにより好ましくは９００ｒｐｍ以上、特に好ましくは１０００ｒｐ以上であり、好ましくは５０００ｒｐｍ以下、より好ましくは４０００ｒｐｍであり、さらに好ましくは３０００ｒｐｍである。
　挿入工程における回転ツールＦの回転数は、例えば、挿入工程における回転ツールＦの回転数Ｎ１と、接合工程における回転ツールＦの回転数Ｎ２との関係が、好ましくはＮ２≦Ｎ１、より好ましくはＮ２×１．１≦Ｎ１、さらに好ましくはＮ２×１．５≦Ｎ１であり、好ましくはＮ１≦Ｎ２×５、より好ましくはＮ１≦Ｎ２×４、さらに好ましくはＮ１≦Ｎ２×３である。
＜引上げ工程＞
　引上げ工程は、図６に示すように、挿入工程後において、回転ツールＦを被接合部材（ここではジャケット本体２）の表面方向に向けて引き上げる工程である。つまり、挿入工程における回転方向（逆回転）を維持した状態で回転ツールＦを引き上げる。引上げ工程において、回転ツールＦを引き上げた後の先端の位置を第二仮想基準面Ｄ２とする。引上げ工程において回転ツールＦを引き上げる引上量Ｈ２は、第一仮想基準面Ｄ１から第二仮想基準面Ｄ２までの距離となる。引上げ工程では、第一仮想基準面Ｄ１から回転ツールＦをわずかに引き上げるだけでもよいし、周壁部１１の端面１１ａよりも上方に離間させるように引き上げてもよい。
　引上げ工程での引上量Ｈ２は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１及び被接合部材に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上であり、好ましくは７．５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。
　引上げ工程での引上量Ｈ２は、適宜設定すればよいが、挿入深さＨ１との関係が、好ましくはＨ１×０．０１≦Ｈ２、より好ましくはＨ１×０．０５≦Ｈ２、さらに好ましくはＨ１×０．１≦Ｈ２であり、好ましくはＨ２≦Ｈ１×０．５、より好ましくはＨ２≦Ｈ１×０．３、さらに好ましくはＨ２≦Ｈ１×０．２である。
＜変更工程＞
　変更工程は、図７に示すように、回転ツールＦの回転方向を変更する工程である。本実施形態では、挿入工程で逆回転させたため、逆回転から正回転に変更する。換言すると、本実施形態では、回転ツールＦの回転方向を左回転から右回転に変更する。変更工程は、攪拌ピンＦ２が周壁部１１と接触した状態で行ってもよいし、本実施形態のように周壁部１１とは離間した状態で回転方向を変更してもよい。
　変更工程において、回転方向を変更した後の回転ツールＦの回転数は、被接合部材に応じて適宜設定することができる。回転方向を変更した後の回転ツールＦの回転数は、接合工程において設定する回転ツールＦの回転数と同じ回転数に設定することができる。
＜押込み工程＞
　押込み工程は、図８に示すように、変更工程後において回転ツールＦを被接合部材（ここではジャケット本体２）の深さ方向に向けて押し込む工程である。つまり、変更工程後の回転方向（正回転）を維持した状態で回転ツールＦを押し込む。押込み工程において、回転ツールＦを押し込んだ後の先端の位置を第三仮想基準面Ｄ３とする。押込み工程において回転ツールＦを押し込む挿入量Ｈ３は、第一仮想基準面Ｄ１から第三仮想基準面Ｄ３までの距離（攪拌ピンＦ２が周壁部１１に再度当接してからの挿入量）となる。押込み工程では、回転ツールＦを周壁部１１にわずかに接触させるだけでもよい。つまり、少なくとも第一仮想基準面Ｄ１よりも攪拌ピンＦ２の先端側が深い位置となるように挿入量を設定することが好ましい。
　押込み工程では、所定の挿入深さＨ４となるまで回転ツールＦを押し込む。挿入深さＨ４は、周壁部１１の端面１１ａから攪拌ピンＦ２の先端までの距離である。挿入工程における挿入深さＨ１と、押込み工程における挿入量Ｈ３及び挿入深さＨ４とが、Ｈ１＋Ｈ３＝Ｈ４との関係になる。押込み工程における挿入深さＨ４は、接合工程において摩擦攪拌接合を開始する際の回転ツールＦの挿入深さとなる。
　また、押込み工程での挿入量Ｈ３は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１及び被接合部材に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上であり、好ましくは７．５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。挿入量Ｈ３は、例えば、攪拌ピンＦ２の長さＬ１の１０分の１程度としてもよい。
　押込み工程での挿入量Ｈ３は、挿入深さＨ１との関係が、好ましくはＨ１×０．０１≦Ｈ３、より好ましくはＨ１×０．０５≦Ｈ３、さらに好ましくはＨ１×０．１≦Ｈ３であり、好ましくはＨ３≦Ｈ１×０．５、より好ましくはＨ３≦Ｈ１×０．３、さらに好ましくはＨ３≦Ｈ１×０．２である。
　また、押込み工程での挿入深さＨ４は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１及び被接合部材に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは８ｍｍ以上、より好ましくは９ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上であり、好ましくは１５ｍｍ以下、より好ましくは１３．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１２ｍｍ以下である。
　押込み工程での挿入深さＨ４は、挿入深さＨ１との関係が、好ましくはＨ１×１．０１≦Ｈ４、より好ましくはＨ１×１．０５≦Ｈ４、さらに好ましくはＨ１×１．１≦Ｈ４であり、好ましくはＨ４≦Ｈ１×１．５、より好ましくはＨ４≦Ｈ１×１．３、さらに好ましくはＨ４≦Ｈ１×１．２である。
　押込み工程における回転ツールＦの回転数は、被接合部材に応じて適宜設定することができる。押込み工程における回転ツールＦの回転数は、接合工程において設定する回転ツールＦの回転数と同じ回転数に設定することができる。
＜接合工程＞
　接合工程は、図９に示すように、回転ツールＦを螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させた状態で、被接合部材（ここではジャケット本体２及び封止体３）の接合を行う工程である。つまり、接合工程では、正回転させた状態で摩擦攪拌接合を行う。接合工程では、回転ツールＦを螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させた状態で、回転ツールＦ移動させることで被接合部材の接合を行う。前記した押込み工程で回転ツールＦを所定の挿入深さＨ４となるまで押し込んだ後、回転ツールＦを中間位置Ｓ１まで移動させつつ、所定の挿入深さＨ５となるまで徐々に深い位置に向けて押し込んでいく。中間位置Ｓ１に達したら、回転ツールＦの回転軸Ｃを移動ルートＲ１と重ね合わせた状態で第一突合せ部Ｊ１に沿って移動させる。移動ルートＲ１は、第一突合せ部Ｊ１と同じ位置に設定してもよいが、本実施形態では、第一突合せ部Ｊ１よりもわずかに内側（封止体３側）に設定している。移動ルートＲ１と第一突合せ部Ｊ１とは概ね平行になっている。
　回転ツールＦの挿入深さＨ５は、周壁部１１の端面１１ａから攪拌ピンＦ２の先端までの距離である。挿入深さＨ５は、第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合可能な範囲で適宜設定すればよいが、本実施形態では攪拌ピンＦ２の先端が段差底面１２ａよりも深くなるように設定している。
　接合工程では、挿入深さＨ５を維持した状態で、中間位置Ｓ１（図３参照）から移動ルートＲ１に沿って右回りで一周させた後、塑性化領域Ｗ１の一部を重複させつつ中間位置Ｅ１まで移動させる。その後、終了位置ＥＰ１まで移動させつつ、徐々に回転ツールＦを引き上げる。最後に、終了位置ＥＰ１で回転ツールＦを封止体３から離脱させる。
　また、接合工程での挿入深さＨ５は、攪拌ピンＦ２の長さＬ１及び被接合部材に応じて適宜設定すればよいが、本実施形態では、好ましくは１５ｍｍ以上、より好ましくは１６ｍｍ以上であり、好ましくは１８ｍｍ以下、より好ましくは１７ｍｍ以下である。
［１－３．作用効果］
　以上説明した本実施形態に係る接合体の製造方法によれば、挿入工程において、螺旋溝の形成方向と同方向に回転ツールＦを回転（逆回転）させた状態で攪拌ピンＦ２を被接合部材（ここではジャケット本体２）に挿入することで、攪拌ピンＦ２が被接合部材に挿入される際に、被接合部材に対して螺旋溝がドリルの刃のように作用することで、螺旋溝が被接合部材の材料を削り取りながら侵入する。つまり、本実施形態の挿入工程では、正回転の場合のような塑性流動を生じることなく被接合部材に攪拌ピンＦ２が浸入するため、正回転の時に比べて回転ツールＦが被接合部材に浸入し易くなる。これにより、攪拌ピンＦ２を挿入する際に攪拌ピンの挿入に伴って被接合部材を積極的に外部に排出することで、挿入時に回転ツールＦ及び接合装置に加わる負荷を軽減することができる。また、負荷が軽減される分、攪拌ピンＦ２の螺旋溝の摩耗も軽減し、攪拌ピンＦ２の破損を低減することができる。
　また、従来、圧入抵抗を低減するために攪拌ピンＦ２の開始位置ＳＰ１に下穴を設けることが行われていたが、この場合には、下穴を形成するための工程が増えることになり時間を要することが課題となっていた。また、例えば、マシニングセンタを用いて下穴の形成と摩擦攪拌接合を行う場合には、それぞれの加工に用いられるツールの交換にも時間を要することが課題となっていた。しかし、本実施形態によれば、下穴を設けずとも圧入抵抗を減らして攪拌ピンＦ２の挿入をスムーズに行うとこができ、生産性を向上させることができる。
　また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の挿入後に回転ツールＦの回転方向を螺旋溝の形成方向と逆方向に切り替えて、螺旋溝の形成方向と逆方向に回転ツールＦを回転（正回転）させた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、摩擦攪拌接合時には下向きの塑性流動を起こすことで攪拌ピンＦ２の先端側に向けて材料を補充することができ、内部に欠陥が生じにくくすることできる。
　また、本実施形態の挿入工程では、削り取られた被接合部材の材料は、ドリルによる切削によって生じる切粉のように、螺旋溝の回転に伴って被接合部材の外部に排出されていると推察される。これにより、摩擦攪拌接合後に被接合部材の表面（ここでは周壁部１１の端面１１ａ）に、塑性流動化を受けて流出した材料がバリとして残りにくくなるため、バリを除去するための切削加工等の後処理の負担も軽減されて生産性を向上させることができる。
　また、本実施形態の挿入工程における回転ツールＦの回転数は適宜設定すればよいが、回転ツールＦの回転数が、接合工程における回転ツールＦの回転数以上であることが好ましい。挿入工程における回転数を接合工程における回転数以上とすることで、攪拌ピンＦ２の挿入時に螺旋溝によって被接合部材が切り取られ、回転ツールＦの回転に伴って切り取られた被接合部材の切粉を被接合部材の表面から外部に飛ばしやすくなり、接合後の被接合部材の表面にバリや切粉が残らないようにしやすくなる。特に、回転ツールＦのサイズが比較的小さい場合であっても、被接合部材の切粉を飛ばしやすくなる。また、挿入時の回転数が低いと、酸化被膜の巻き上げが発生しやすくなるが、挿入工程における回転数を接合工程における回転数以上とすることで、当該巻き上げの発生を防ぐことができる。
　また、本実施形態のように挿入工程における回転ツールＦの回転数Ｎ１と、接合工程における回転ツールＦの回転数Ｎ２との関係が、Ｎ２≦Ｎ１≦Ｎ２×５であることが好ましい。回転数Ｎ１をＮ２以上とすることで攪拌ピンＦ２の螺旋溝による被接合部材の切り取り効果を高めることができる。また、回転数Ｎ１をＮ２×５以下とすることで、回転ツールＦ及び接合装置にかかる負荷を軽減することができる。
　また、本実施形態のように、挿入工程の後に、回転ツールＦを被接合部材の表面方向に向けて引き上げる引上げ工程をさらに備え、引上げ工程の際に、変更工程を行うことが好ましい。挿入工程の後に回転ツールＦを引き上げることによって、回転ツールＦと被接合部材との接触抵抗を減らす（実質的に無くす）ことで、回転方向を変更する際に生じる回転ツールＦ及び接合装置への負荷を抑えることができる。
　また、本実施形態のように、挿入工程における回転ツールＦの挿入深さＨ１と、引上げ工程での引上量Ｈ２との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ２≦Ｈ１×０．５であることが好ましい。引上量Ｈ２をＨ１×０．０１以上とすることで、被接合部材との接触抵抗を小さくすることができる。引上量Ｈ２をＨ１×０．５以下とすることで、回転ツールＦと被接合部材とが過度に離れることによって、被接合部材の温度が下がるのを防ぐことができ、その後の接合を好適に行うことができる。
　また、本実施形態のように、変更工程の後に、回転ツールＦを被接合部材の深さ方向に向けて押し込む押込み工程をさらに備え、押込み工程の後に、接合工程を行うことが好ましい。回転方向を変更した後に攪拌ピンＦ２を押し込むことで、挿入工程での逆回転の際に形成された金属組織を、正回転による下向きの塑性流動材からなる組織に変えることができる。また、攪拌ピンＦ２の押し込みによって回転ツール（攪拌ピンＦ２（＋ショルダ部Ｆ１））Ｆが新たに被接合部材と接触することになることで発熱を増加させることができる。したがって、その後の接合を好適に行うことができる。
　また、本実施形態のように、挿入工程における回転ツールの挿入深さＨ１と、押込み工程での挿入量Ｈ３との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ３≦Ｈ１×０．５であることが好ましい。挿入量Ｈ３をＨ１×０．０１以上とすることで、正回転による下向きの塑性流動からなる組織を生じさせるとともに、回転ツールＦと新たな被接合部材との接触によって発熱を増加させて、摩擦攪拌接合を好適に行うことができる。また、挿入量Ｈ３をＨ１×０．５以下とすることで、回転ツールＦ及び接合装置にかかる負荷を低減することができる。
　また、本実施形態のように、挿入工程における回転ツールの挿入深さＨ１と、接合工程で接合を開始する際の挿入深さＨ４との関係が、Ｈ１×１．０１≦Ｈ４≦Ｈ１×１．５であることが好ましい。挿入深さＨ４をＨ１×０．０１以上とすることで、正回転による下向きの塑性流動からなる組織を生じさせるとともに、回転ツールＦと新たな被接合部材との接触によって発熱を増加させて、摩擦攪拌接合を好適に行うことができる。また、挿入深さＨ４をＨ１×１．５以下とすることで、回転ツールＦ及び接合装置にかかる負荷を低減することができる。
　また、本実施形態の回転ツールＦのようにショルダ部Ｆ１を有すると、ショルダ部Ｆ１の接触によって切粉を好適に切り飛ばすことができるとともに、接合時のショルダ部Ｆ１による発熱効率も向上する。なお、一般的に、ショルダ部を備える回転ツールを用いると被接合部材との接触面積が大きくなるため、接合装置に作用する負荷が大きくなる傾向にある。しかし、本実施形態では挿入工程、引上げ工程、変更工程及び押込み工程を備えており、これらの工程時（挿入時）に予め被接合部材を積極的に外部に排出しているため、ショルダ部を被接合部材と接触させて摩擦攪拌接合を行う際に、回転ツールＦ及び接合装置に作用する負荷を軽減することができる。
　また、本実施形態のように、挿入工程における回転ツールＦの挿入深さＨ１と、攪拌ピンＦ２の長さＬ１との関係が、Ｌ１×０．５≦Ｈ１≦Ｌ１であることが好ましい。挿入深さＨ１をＬ１×０．５以上とすることにより、攪拌ピンＦ２の螺旋溝によって材料を削り取ることで回転ツールＦ及び接合装置に加わる負荷を軽減する効果が得やすくなる。また、挿入深さＨ１をＨ１≦Ｌ１とすることで、挿入工程時にショルダ部Ｆ１と被接合部材とが多く接触して接触抵抗が大きくなるのを防ぐことができる。
　また、本実施形態では、ジャケット本体（第一被接合部材）２と、ジャケット本体２よりも硬度の低い封止体３（第二被接合部材）とで構成されている。これにより、液冷ジャケット（接合体）１の強度を高めることができる。また、本実施形態では、第一突合せ部Ｊ１よりも内側に移動ルートＲ１を設定し、移動ルートＲ１と回転ツールＦの回転軸Ｃとを重ね合わせた状態で摩擦攪拌接合を行う。これにより、比較的硬いジャケット本体２の材料が、封止体３側に混入するのを極力防ぐことができ、接合部の強度が低下するのを防ぐことができる。また、摩擦攪拌接合時の材料抵抗による不均衡も解消されるため、バランスよく摩擦攪拌され好適に接合することができる。なお、挿入時に回転ツールＦ及び接合装置に加わる負荷を軽減する観点からは、第一被接合部材よりも硬度が低い第二被接合部材側に攪拌ピンを挿入することが望ましい。本実施形態では、挿入工程、変更工程、及び接合工程を順に備えることで、硬度の高い第一被接合部材に攪拌ピンを挿入する場合であっても、挿入時に回転ツールＦ及び接合装置に加わる負荷を軽減することができる。
　また、接合工程において、攪拌ピンＦ２の先端が、段差底面１２ａに達するように挿入深さを設定することにより、第一突合せ部Ｊ１だけでなく、第二突合せ部Ｊ２も確実に摩擦攪拌接合することができる。
　また、開始位置ＳＰ１を第一突合せ部Ｊ１上に設けると、酸化被膜の巻き上げが起こる場合があるが、本実施形態の接合工程では、開始位置ＳＰ１を周壁部１１の端面１１ａに設定した。これにより、特に、挿入位置において塑性化領域Ｗ１に酸化被膜が残存するのを防ぐことができる。
［１－４．その他］
　以上本実施形態にかかる接合体の製造方法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、上記実施形態では、封止体３の側面３ｃと周壁段差部１２の段差側面１２ｂとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される場合、すなわち、第一被接合部材と第二被接合部材との両側の端面どうしが付き合わされる場合を例示した。第一被接合部材と第二被接合部材との少なくともいずれか一方の端面が他方に対して突き合わされて突合せ部が形成されればよい。
　また、上記実施形態では、挿入工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程は、回転ツールＦを開始位置ＳＰ１から移動させずに行ったが、各工程を進行方向に移動しながら行ってもよい。すなわち、開始位置ＳＰ１から挿入区間において、回転ツールＦを移動させながら挿入工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程を行ってもよい。
　また、引上げ工程は省略してもよい。つまり、挿入工程を終了した後、回転ツールＦの高さ位置を維持したまま（被接合部材に接触したまま）、回転ツールＦの回転方向を変更してもいい。特に、回転ツールＦが比較的小さい場合は、接触抵抗が小さいため、引上げ工程を省略してもよい。
　また、押込み工程は省略してもよい。
　また、挿入区間において、回転ツールＦを移動ながら徐々に押し込む場合を例示して説明したが、開始位置ＳＰ１において所定の挿入深さＨ５にまで挿入した後に、当該挿入深さＨ５を保ったまま回転ツールＦを移動させてもよい。
　また、接合工程において、開始位置ＳＰ１及び終了位置ＥＰ１を第一突合せ部Ｊ１上又は封止体３の表面３ａ上に設定してもよい。また、接合体は、本実施形態では直方体状の液冷ジャケットを例示したが、他の形状であってもよいし、少なくとも二部材が接合されていればよい。
　また、段差側面１２ｂは、段差底面１２ａに対して外側に傾斜させてもよい。この場合は、回転ツールＦの回転軸Ｃを封止体３の側面３ｃよりも内側に設定し、攪拌ピンＦ２と周壁部１１との接触が薄くなるように設定することが好ましい。これにより、比較的硬いジャケット本体２の材料が、封止体３側に混入するのを極力少なくすることができるため、接合強度の低下を防ぐことができる。また、摩擦攪拌時の材料抵抗による不均衡を解消することができる。またこの時、封止体３の板厚を、段差側面１２ｂの高さ寸法よりも大きくしてもよい。これにより、接合部における材料不足を補うことができる。
［２．第一実施形態の第一変形例］
　次に、前記した第一実施形態の第一変形例について説明する。本変形例に係る接合体の製造方法では、下穴形成工程を備える点で、前記した第一実施形態と相違する。
　本変形例では、図１０に示すように、挿入工程を行う前に、下穴形成工程を行う。下穴形成工程では、回転ツール、エンドミル等の切削工具を用いて、周壁部１１の端面１１ａに設定した開始位置ＳＰ１に下穴Ｑを形成する。下穴Ｑの形状は、本変形例では推台状を呈する中空部としたが、円錐状、円柱状、角柱状を呈する中空部としてもよい。
　下穴形成工程を行うことで、挿入工程を行う際の回転ツールＦによる圧入抵抗を低減することができる。またこれにより、回転ツールＦの破損や摩耗も低減することができる。特に、ジャケット本体（第一被接合部材）２をアルミニウム合金鋳造材等の比較的硬い材料で形成する場合は、圧入抵抗の低減効果が顕著となる。なお、開始位置ＳＰ１を封止体３の表面３ａに設定する場合は、表面３ａに下穴Ｑを設けてもよい。また、ジャケット本体２の成形段階で、予め下穴Ｑを形成してもよい。
［３．第一実施形態の第二変形例］
　次に、前記した第一実施形態の第二変形例について説明する。本変形例に係る接合体の製造方法では、図１１に示すように、回転ツールＫを用いる点で、前記した第一実施形態と相違する。
　回転ツールＫは、基部Ｋ１と、攪拌ピンＫ２とを備えている。基部Ｋ１は、接合装置（図示省略）の出力軸に連結される部位であって、柱状又は推台状を呈する。攪拌ピンＫ２は、円錐台状を呈し、基部Ｋ１の下端面Ｋ１ａから垂下している。攪拌ピンＫ２は、封止体３の板厚に対して２倍以上の長さになっている。攪拌ピンＫ２の先端は、平坦になっている。攪拌ピンＫ２の外周面には、高さ方向全体に亘って螺旋溝が形成されている。螺旋溝は右巻き又は左巻きのどちらでもよいが、本実施形態では左巻き（上方から見て反時計回り）になっている。
　本変形例の接合体の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。準備工程及び突合せ工程は、前記した第一実施形態と同一である。
　挿入工程では、図１１に示すように、回転ツールＦを逆回転（左回転）させて攪拌ピンＫ２を周壁部１１の端面１１ａに挿入する。挿入工程では、攪拌ピンＫ２のみを周壁部１１に接触させる。
　挿入工程の他の要領は、前記した第一実施形態と同一である。また、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程も前記した第一実施形態と同一である。
　接合工程では、図１２に示すように、回転ツールＫを正回転（右回転）させつつ、回転軸Ｃを移動ルートＲ１に重ね合わせつつ、第一突合せ部Ｊ１と平行となるように回転ツールＫを移動させる。接合工程では、攪拌ピンＫ２のみを被接合部材（ここではジャケット本体２及び封止体３）に接触させ、攪拌ピンＫ２の基端側は露出した状態で摩擦攪拌接合を行う。
　本変形例の回転ツールＫであっても、前記した第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、接合工程において攪拌ピンＫ２のみを被接合部材に接触させ、基部Ｋ１を被接合部材に接触させない状態で摩擦攪拌接合を行うため、接合装置に作用する負荷を軽減することができる。なお、回転ツールＫを用いる場合においても、段差側面１２ｂを外側に傾斜させてもよい。
［４．第一実施形態の第三変形例］
　次に、前記した第一実施形態の第三変形例について説明する。本変形例に係る接合体の製造方法では、図１３に示すように、回転ツールＧを用いる点で、前記した第一実施形態と相違する。
　回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されており、基部Ｇ１と、攪拌ピン（基端側ピンＧ２及び先端側ピンＧ３）とで主に構成されている。基部Ｇ１は、柱状又は推台状を呈し、接合装置の出力軸に接続される部位である。
　基端側ピンＧ２は、基部Ｇ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＧ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＧ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５～１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５～１６０°であると、摩擦攪拌後の接合表面粗さを小さくすることができる。
　テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＧ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図１４に示すように、基端側ピンＧ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｇ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｇ２１は、右巻き又は左巻きで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｇ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本変形例では、ピン段差部Ｇ２１は基端側から先端側に向けて左巻きに設定している。
　図１４に示すように、ピン段差部Ｇ２１は、段差底面Ｇ２１ａと、段差側面Ｇ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｇ２１の各頂点Ｇ２１ｃ，Ｇ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｍ１及び段差側面Ｇ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。
　段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１～０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｇ２１の数）も減少する。
　段差底面Ｇ２１ａと段差側面Ｇ２１ｂとでなす段差角度Ｍ１は適宜設定すればよいが、例えば、８５～１２０°で設定されている。段差底面Ｇ２１ａは、本実施形態では水平面（ここでは回転軸Ｃに対して垂直な面）と平行になっている。段差底面Ｇ２１ａは、回転軸Ｃから外周方向に向かって水平面に対して－５°～１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｇ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｍ１及び水平面に対する段差底面Ｇ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｇ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｇ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。
　図１３に示すように、先端側ピンＧ３は、基端側ピンＧ２に連続して形成されている。先端側ピンＧ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＧ３の先端は平坦になっている。先端側ピンＧ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＧ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図１４に示すように、先端側ピンＧ３の外周面には、螺旋溝Ｇ３１が刻設されている。螺旋溝Ｇ３１は、右巻き、左巻きのどちらでもよいが、本実施形態では左巻きに刻設されている。
　螺旋溝Ｇ３１は、螺旋底面Ｇ３１ａと、螺旋側面Ｇ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｇ３１の頂点Ｇ３１ｃ，Ｇ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｇ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｇ３１ａと、螺旋側面Ｇ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｍ２は例えば、４５～９０°で形成されている。螺旋溝Ｇ３１は、被接合部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。螺旋角度Ｍ２、長さＸ２及び高さＹ２は、適宜設定すればよい。なお、回転ツールＧのピン段差部Ｇ２１及び螺旋溝Ｇ３１が、請求項の「攪拌ピンの螺旋溝」に対応する部分である。
　本変形例の接合体の製造方法では、準備工程と、突合せ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。準備工程及び突合せ工程は、前記した第一実施形態と同一である。
　挿入工程では、図１３に示すように、回転ツールＧを逆回転（左回転）させて先端側ピンＧ３を周壁部１１の端面１１ａに挿入する。挿入工程では、先端側ピンＧ３のみを周壁部１１に接触させる。挿入工程の他の要領は、前記した第一実施形態と同一である。また、引上げ工程、変更工程及び押込み工程も前記した第一実施形態と同一である。
　接合工程では、図１５に示すように、回転ツールＧを右回転（正回転）させつつ、回転軸Ｃを移動ルートＲ１に重ね合わせつつ、第一突合せ部Ｊ１と平行になるように回転ツールＧを移動させる。接合工程では、基端側ピンＧ２の外周面を、封止体３の表面３ａ及び周壁部１１の端面１１ａに接触させつつ、先端側ピンＧ３の先端が段差底面１２ａよりも下に位置するように挿入深さを設定する。
　本変形例の回転ツールＧであっても、前記した第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、接合工程において、基端側ピンＧ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、階段状のピン段差部Ｇ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｇ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｇ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＧ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＧ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。
　また、本実施形態の回転ツールＧは、基端側ピンＧ２と、基端側ピンＧ２のテーパー角度Ａよりもテーパー角度が小さい先端側ピンＧ３を備えた構成になっている。これにより、ジャケット本体２及び封止体３に回転ツールＧを挿入しやすくなる。また、先端側ピンＧ３のテーパー角度Ｂが小さいため、第一突合せ部Ｊ１の深い位置まで回転ツールＧを容易に挿入することができる。なお、回転ツールＧを用いる場合においても、段差側面１２ｂを外側に傾斜させてもよい。
［５．第一実施形態の第四変形例］
　次に、前記した第一実施形態の第四変形例について説明する。本変形例に係る接合体の製造方法では、挿入工程において、第一突合せ部Ｊ１に向けて攪拌ピンを挿入する点で、前記した第一実施形態と相違する。
　本変形例の接合体の製造方法（以下、「本方法」と称することがある。）では、準備工程と、突合せ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。準備工程及び突合せ工程は、前記した第一実施形態と同一である。
　本方法では、図１６に示すように、ジャケット本体２に封止体３を載置して側面同士を突き合わせた状態で、ジャケット本体２と封止体３との摩擦攪拌接合を行う。本方法では、周壁部１１の端面１１ａにおいて、終了位置ＥＰ１を設定し、封止体３の表面３ａにおいて、開始位置ＳＰ２、中間位置Ｓ１、及び中間位置Ｅ１を設定する。本方法では、回転ツールＦの挿入位置である開始位置ＳＰ２に攪拌ピンＦ２を挿入することで形成される塑性化領域Ｗ２（図１７参照）が、第一突合せ部Ｊ１と重なる位置関係となるように開始位置ＳＰ２を設定する。本方法の回転ツールＦの回転軸Ｃが通る移動ルートＲ２は、開始位置ＳＰ２、中間位置Ｓ１、中間位置Ｅ１、及び終了位置ＥＰ１を通過する。移動ルートＲ２は、始点である開始位置ＳＰ２と終点である終了位置ＥＰ１とに挟まれたルートであり、挿入区間と、本区間と、離脱区間とを備えている。本方法では、開始位置ＳＰ２において、挿入工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程を行う。また、本方法では、挿入区間、本区間、及び離脱区間において、接合工程を行う。
　挿入区間は、開始位置ＳＰ２から中間位置Ｓ１までの区間となっている。挿入区間では、開始位置ＳＰ２に挿入された回転ツールＦを、中間位置Ｓ１に向けて移動させつつ、徐々に押し込んでいく。
　本区間では、移動ルートＲ２を第一突合せ部Ｊ１よりもわずかに内側（封止体３側）に設定している。また、移動ルートＲ２と第一突合せ部Ｊ１とは概ね平行になっている。
　本方法の挿入工程は、図１７に示すように、回転ツールＦを被接合部材（ジャケット本体２及び封止体３）に挿入する工程である。より具体的には、本方法の挿入工程は、回転ツールＦを、ジャケット本体２と封止体３との第一突合せ部Ｊ１に向けて挿入する工程である。挿入工程では、回転ツールＦを、攪拌ピンＦ２に設けられた螺旋溝の形成方向と同方向に回転（逆回転）させて、回転ツールＦを第一突合せ部Ｊ１に向けて挿入する。攪拌ピンＦ２の挿入深さＨ１は、第一実施形態と同様に設定することができる。挿入工程によって、ジャケット本体２及び封止体３の材料が摩擦攪拌されて塑性化領域Ｗ２が形成される。このとき、塑性化領域Ｗ２は、第一突合せ部Ｊ１に跨って、ジャケット本体２及び封止体３と接触する形で形成される。
　挿入工程の他の要領は、前記した第一実施形態と同様である。また、引上げ工程、変更工程、押込み工程、及び接合工程も前記した第一実施形態と同様である。
　ここで、正回転させた攪拌ピンを被接合部材に挿入する場合には、攪拌ピンが挿入される位置において、被接合部材の塑性流動によって塑性化領域が形成されるとともに、挿入される攪拌ピンの体積分に応じて塑性流動を受けた被接合部材が下方に押し出される。このとき、塑性化領域のうち攪拌ピンの周囲に位置する内側の部分には下向きの対流が生じるとともに、塑性化領域のうち外側の部分には上向きの対流が生じることになる。このため、ジャケット本体２の段差側面１２ｂと、封止体３の側面３ｃとによって形成される第一突合せ部Ｊ１に向けて、正回転させた攪拌ピンを挿入すると、攪拌ピンが挿入される位置付近の界面に存在する酸化皮膜が塑性流動によって上側に巻き込まれることで、第一突合せ部Ｊ１の接合強度が低下する場合があった。また、正回転させた攪拌ピンを被接合部材に挿入する場合には、攪拌ピンの挿入量に応じて、塑性流動を受けて対流する被接合部材の量が増えることになる。このため、攪拌ピンが挿入される位置付近において、攪拌ピンの挿入に伴って塑性流動を受けた被接合部材の対流が増加することによって、界面付近の巻き込みが生じやすくなることで、第一突合せ部Ｊ１の接合強度が低下する場合があった。
　本方法によれば、挿入工程において、螺旋溝の形成方向と同方向に回転ツールＦを回転（逆回転）させた状態で攪拌ピンＦ２を第一突合せ部Ｊ１に向けて挿入する。これにより、塑性化領域Ｗ２のうち攪拌ピンの周囲に位置する内側の部分には上向きの対流が生じるとともに、塑性化領域Ｗ２のうち外側の部分には下向きの対流が生じる。したがって、第一突合せ部Ｊ１の開始位置ＳＰ２付近において、ジャケット本体２と封止体３との界面に存在する酸化皮膜が上側に巻き込まることを防ぎやすくなる。また、本方法によれば、攪拌ピンＦ２を挿入する際に攪拌ピンの挿入に伴って被接合部材を積極的に外部に排出することで、塑性流動を受けて対流する被接合部材の量を低下させることができる。これにより、ジャケット本体２と封止体３との界面に存在する酸化皮膜の巻き込みを防ぎやすくなる。よって、本方法によれば、ジャケット本体２と封止体３との突合せ部Ｊ１における接合強度の低下を抑えることができる。
［６．第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態に係る接合体の製造方法では、図１８に示すように、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａを用いる点で、前記した第一実施形態と相違する。
　ジャケット本体２Ａは、底部１０及び周壁部１１で構成されている。ジャケット本体２Ａの内部には、凹部１３が形成されている。封止体３Ａは、ジャケット本体２Ａの開口部を覆うとともに、周壁部１１の外縁と同じ大きさになっている。
　次に、本実施形態に係る接合体の製造方法（以下、「本方法」と称することがある。）について説明する。本実施形態に係る接合体の製造方法では、準備工程と、重ね合わせ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。準備工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程は前記した第一実施形態と同じであるため、説明を省略する。
　本方法では、図１９示すように、ジャケット本体２Ａに封止体３Ａを載置して重ね合わせた状態で、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとの摩擦攪拌接合を行う。図２０に示すように、本方法では、封止体３の表面３ａにおいて、重合部Ｊ３に対応する位置に開始位置ＳＰ３、中間位置Ｓ３、中間位置Ｅ３、及び終了位置ＥＰ３を設定する。本方法における回転ツールＦの回転軸Ｃが通る移動ルートＲ３は、開始位置ＳＰ３、中間位置Ｓ３、中間位置Ｅ３、及び終了位置ＥＰ３を通過する。移動ルートＲ３は、重合部Ｊ３と重なるように平面視矩形となる。移動ルートＲ３は、始点である開始位置ＳＰ３と終点である終了位置ＥＰ３とに挟まれたルートであり、挿入区間と、本区間と、離脱区間とを備えている。本方法では、開始位置ＳＰ３において、挿入工程、引上げ工程、変更工程、及び押込み工程を行う。また、本方法では、挿入区間、本区間、及び離脱区間において、接合工程を行う。
　挿入区間は、開始位置ＳＰ３から中間位置Ｓ３までの区間となっている。挿入区間では、開始位置ＳＰ３に挿入された回転ツールＦを、中間位置Ｓ３に移動させつつ、徐々に押し込んでいく。
　本区間は、中間位置Ｓ３から重合部Ｊ３に沿って一周させた後、中間位置Ｓ３を通り越して、中間位置Ｅ３まで回転ツールＦを移動させる区間である。この時、図１９示すように、攪拌ピンＦ２が端面１１ａに達するように回転ツールＦの挿入深さを一定に維持する。
　離脱区間は、中間位置Ｅ３から終了位置ＥＰ３までの区間である。離脱区間では、中間位置Ｅ３に達した回転ツールＦを、終了位置ＥＰ３に向けて移動させつつ、徐々に回転ツールＦを引き上げる。終了位置ＥＰ３に回転ツールＦが達したら、封止体３から回転ツールＦを離脱させる。
　重ね合わせ工程は、図１９に示すように、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとを重ね合わせる工程である。重ね合わせ工程では、周壁部１１の端面１１ａと封止体３Ａの裏面３ｂとを重ね合わせて重合部Ｊ３を形成する。重合部Ｊ３は、凹部１３の外周に沿って、平面視矩形枠状に形成される。
　挿入工程は、図２１に示すように、回転ツールＦを被接合部材（封止体３Ａ）に挿入する工程である。より具体的には、回転ツールＦを、封止体３Ａの表面３ａから、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとの重合部Ｊ３に向けて挿入する工程である。挿入工程では、回転ツールＦを、攪拌ピンＦ２に設けられた螺旋溝の形成方向と同方向に回転（逆回転）させる。本実施形態では、螺旋溝は左巻きであるため、回転ツールＦを左回転させる。本実施形態の挿入工程では、攪拌ピンＦ２を封止体３Ａのみに接触させて、攪拌ピンＦ２を周壁部１１に接触させない範囲で挿入深さＨ１を設定している。挿入工程では、攪拌ピンＦ２のみを封止体３Ａの表面３ａに接触させ、ショルダ部Ｆ１が表面３ａに接触しない範囲で挿入深さＨ１を設定してもよい。挿入工程によって、封止体３Ａの材料が摩擦攪拌されて塑性化領域Ｗ３が形成される。
　接合工程は、回転ツールＦを用いて重合部Ｊ３に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。接合工程における回転ツールＦの挿入深さは、本方法ではショルダ部Ｆ１を封止体３の表面３ａにわずかに押し込みつつ、攪拌ピンＦ２が周壁部１１の端面１１ａに達するように設定している。接合工程における回転ツールＦの挿入深さは、適宜設定すればよく、例えば、攪拌ピンＦ２が端面１１ａに達しない状態で、重合部Ｊ３を接合してもよい。
　以上説明した本実施形態によっても、前記した第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、本実施形態によれば、重合部Ｊ３を接合することもできる。
　なお、本実施形では回転ツールＦを用いる場合を例示して説明したが、回転ツールＫ，Ｇを用いてもよい。
　また、本実施形態において、開始位置ＳＰ３及び終了位置ＥＰ３は、封止体３Ａの表面３ａのうち重合部Ｊ３に対応しない位置（重合部Ｊ３よりも内側）に設定してもよい。
［７．第二実施形態の第一変形例］
　次に、前記した第二実施形態の第一変形例について説明する。本変形例に係る接合体の製造方法では、挿入工程において、形成される塑性化領域Ｗ４が重合部Ｊ３と重なる範囲となるように攪拌ピンＦ２の挿入深さＨ１を設定している点で、前記した第二実施形態と相違する。
　本変形例の接合体の製造方法（以下、「本方法」と称することがある。）では、準備工程と、重ね合わせ工程と、挿入工程と、引上げ工程と、変更工程と、押込み工程と、接合工程と、を行う。準備工程及び重ね合わせ工程は、前記した第二実施形態と同一である。
　本方法の挿入工程は、図２２示すように、回転ツールＦを被接合部材（ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａ）に挿入する工程である。より具体的には、本方法の挿入工程は、回転ツールＦを、封止体３Ａの表面３ａから、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとの重合部Ｊ３に向けて挿入する工程である。挿入工程では、回転ツールＦを、攪拌ピンＦ２に設けられた螺旋溝の形成方向と同方向に回転（逆回転）させて、回転ツールＦを重合部Ｊ３に向けて挿入する。本実施形態の挿入工程では、攪拌ピンＦ２を封止体３Ａに接触させるとともに、攪拌ピンＦ２を周壁部１１の端面１１ａに接触させる範囲で挿入深さＨ１を設定している。挿入工程では、攪拌ピンＦ２のみを封止体３Ａ及びジャケット本体２Ａに接触させ、ショルダ部Ｆ１が封止体３Ａの表面３ａに接触しない範囲で挿入深さＨ１を設定してもよい。挿入工程によって、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａの材料が摩擦攪拌されて塑性化領域Ｗ４が形成される。このとき、塑性化領域Ｗ４は、重合部Ｊ３に跨って、ジャケット本体２Ａ及び封止体３Ａと接触する形で形成される。
　挿入工程の他の要領は、前記した第二実施形態と同様である。また、引上げ工程、変更工程、押込み工程、及び接合工程も前記した第二実施形態と同様である。
　ここで、ジャケット本体２Ａの端面１１ａと、封止体３の裏面３ｂとによって形成される重合部Ｊ３に向けて、正回転させた攪拌ピンを挿入すると、攪拌ピンが挿入される位置付近の界面が塑性流動によって上側に巻き込まれることで、重合部Ｊ３の接合強度が低下する場合があった。また、攪拌ピンの挿入量に応じて、塑性流動を受けて対流する被接合部材の量が増えるため、攪拌ピンの挿入に伴って塑性流動を受けた被接合部材の対流が増加するとともに、界面付近の巻き込みが生じやすくなることで、重合部Ｊ３の接合強度が低下する場合があった。
　本方法によれば、挿入工程において、螺旋溝の形成方向と同方向に回転ツールＦを回転（逆回転）させた状態で攪拌ピンＦ２を重合部Ｊ３に向けて挿入する。これにより、塑性化領域Ｗ４のうち攪拌ピンの周囲に位置する内側の部分には上向きの対流が生じるとともに、塑性化領域Ｗ４のうち外側の部分には下向きの対流が生じる。したがって、重合部Ｊ３の開始位置ＳＰ３付近において、ジャケット本体２Ａと封止体３Ａとの界面に存在する酸化皮膜が上側に巻き込まることを防ぎやすくなる。また、本方法によれば、攪拌ピンＦ２を挿入する際に攪拌ピンの挿入に伴って被接合部材を積極的に外部に排出することで、塑性流動を受けて対流する被接合部材の量を低下させることができる。これにより、ジャケット本体２と封止体３との界面に存在する酸化皮膜の巻き込みを防ぎやすくなる。よって、本方法によれば、ジャケット本体２と封止体３との重合部Ｊ３における接合強度の低下を抑えることができる。
　本発明の効果を確認するために、試験１及び試験２を行った。試験１及び試験２は、二つの部材を接合するものではなく、一つの部材を用いて回転ツールＦによる摩擦攪拌状態を確認した。図２３は、試験１及び試験２において、回転ツールの形状、回転方向及びツール回転数の条件を示した表である。図２４は、試験１及び試験２において、移動速度、挿入深さ、引上量・挿入量及び評価並びに合金種を示した表である。
［試験１］
　試験１は、供試材（Ａ１０５０）を用意し、回転ツールＦを用いて所定の距離で摩擦攪拌を行った。回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径を３０ｍｍとし、攪拌ピンＦ２の基端の外径を１４ｍｍとし、攪拌ピンＦ２の先端の外径を９．２ｍｍとした。攪拌ピンＦ２の長さＬ１は１５ｍｍとし、螺旋溝は左巻きとした。接合速度は１２５ｍｍ／ｍｉｎとした。
＜試験例１１＞
　図２５は、試験例１１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図２６は、図２５のXXVI-XXVI線断面図である。試験例１１では、開始位置ＳＰ１１において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを左回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を右回転に変更し、回転ツールＦを押し込んでから、摩擦攪拌を行った。試験例１１では、挿入時の回転ツールＦの回転速度は２０００ｒｐｍであり、引上げ時の回転ツールＦの回転速度は２０００ｒｐｍであり、押し込み時の回転ツールＦの回転速度は８９０ｒｐｍであり、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度は８９０ｒｐｍである。また、試験例１１では、挿入時の挿入深さＨ１は１５ｍｍであり、引上げ時の引上量Ｈ２は１ｍｍであり、引き上げた際の（回転方向の変更時の）挿入深さは１４ｍｍであり、押込み時の挿入量Ｈ３は０．５ｍｍであり、押し込んだ後の挿入深さＨ４は１５．５ｍｍであり、摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は１５．５ｍｍである。試験例１１では、図２５に示すように、開始位置ＳＰ１１におけるバリＶ１１は比較試験例１１，１２よりも少なかった。また、図２６に示すように、塑性化領域Ｗ１１内にトンネル状欠陥は無かった。
＜比較試験例１１＞
　図２７は、比較試験例１１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図２８は、図２７のXXVIII-XXVIII線断面図である。比較試験例１１では、開始位置ＳＰ１２において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを右回転で挿入した後、摩擦攪拌接合を行う深さまで挿入して、そのまま右回転で摩擦攪拌を行った。挿入時の回転ツールＦの回転速度は８９０ｒｐｍであり、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度も８９０ｒｐｍである。また、挿入時の挿入深さは１５．５ｍｍであり、摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は１５．５ｍｍである。図２７及び図２８に示すように、比較試験例１１では、塑性化領域Ｗ１２内にトンネル状欠陥は無かった。しかし、図２７に示すように、開始位置ＳＰ１２においてバリＶ１２が多く発生した。
＜比較試験例１２＞
　図２９は、比較試験例１２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図３０は、図２９の開始位置における拡大平面図である。図３１は、図２９のXXXI-XXXI線断面図である。比較試験例１２では、開始位置ＳＰ１３において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを右回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を変更せずに回転ツールＦを押し込んでから、そのまま右回転で摩擦攪拌を行った。比較試験例１２では、挿入時の回転ツールＦの回転速度、引上げ時の回転ツールＦの回転速度、押し込み時の回転ツールＦの回転速度、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度、挿入時の挿入深さＨ１、引上げ時の引上量Ｈ２、引き上げた際の挿入深さ、押込み時の挿入量Ｈ３、押し込んだ後の挿入深さＨ４、及び摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は、試験例１１と同様にして行った。比較試験例１２では、図３１に示すように、塑性化領域Ｗ１３内にトンネル状欠陥は無かった。しかし、図２９及び図３０に示すように、開始位置ＳＰ１３においてバリＶ１３が多く発生した。
＜比較試験例１３＞
　図３２は、比較試験例１３の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図３３は、図３２の開始位置における拡大平面図である。図３４は、図３２のXXXIV-XXXIV線断面図である。比較試験例１３では、開始位置ＳＰ１４において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを左回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を変更せずに回転ツールＦを押し込んでから、そのまま左回転で摩擦攪拌を行った。比較試験例１３では、挿入時の回転ツールＦの回転速度、引上げ時の回転ツールＦの回転速度、押し込み時の回転ツールＦの回転速度、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度、挿入時の挿入深さＨ１、引上げ時の引上量Ｈ２、引き上げた際の挿入深さ、押込み時の挿入量Ｈ３、押し込んだ後の挿入深さＨ４、及び摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は、試験例１と同様にして行った。比較試験例１３では、図３２及び図３３に示すように、開始位置ＳＰ１４におけるバリＶ１４は比較試験例１１，１２よりも少なかった。しかし、図３４に示すように、塑性化領域Ｗ１４内にトンネル状欠陥Ｔ１４が発生した。
［試験２］
　試験２は、供試材（Ａ５０５２）を用意し、回転ツールＦを用いて所定の距離で摩擦攪拌を行った。回転ツールＦの各部位の寸法は試験１と同じである。攪拌ピンＦ２の螺旋溝は左巻きとした。接合速度は１００ｍｍ／ｍｉｎとした。
＜試験例２１＞
　図３５は、試験例２１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図３６は、図３５の開始位置における拡大平面図である。試験例２１では、開始位置ＳＰ１５において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを左回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を右回転に変更し、回転ツールＦを押し込んでから、摩擦攪拌を行った。挿入時の回転ツールＦの回転速度は２０００ｒｐｍであり、引上げ時の回転ツールＦの回転速度は２０００ｒｐｍであり、押し込み時の回転ツールＦの回転速度は４００ｒｐｍであり、摩擦攪拌時の回転ツールＦの回転速度は４００ｒｐｍである。また、試験例２１では、挿入時の挿入深さＨ１は１５ｍｍであり、引上げ時の引上量Ｈ２は１ｍｍであり、回転方向の変更時の挿入深さは１４ｍｍであり、押込み時の挿入量Ｈ３は０．５ｍｍであり、押し込んだ後の挿入深さＨ４は１５．５ｍｍであり、摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は１５．５ｍｍである。試験例２１では、図３５及び図３６に示すように、開始位置ＳＰ１５におけるバリＶ１５は比較試験例２１，２２よりも少なかった。
＜試験例２２＞
　図３７は、試験例２２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図３８は、図３７の開始位置における拡大平面図である。図３９は、図３７のXXXIX-XXXIX線断面図である。試験例２２では、開始位置ＳＰ１６において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを左回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を右回転に変更し、回転ツールＦを押し込んでから、摩擦攪拌を行った。試験例２２では、挿入時の回転ツールＦの回転速度を４００ｒｐｍ、引上げ時の回転ツールＦの回転速度を４００ｒｐｍに変更した以外は、試験例２１と同様にして行った。図３７及び図３８に示すように、開始位置ＳＰ１６におけるバリＶ１６は比較試験例２１，２２よりも少なかった。また、図３９に示すように、塑性化領域Ｗ１６内に欠陥は見当たらなかった。
＜比較試験例２１＞
　図４０は、比較試験例２１の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図４１は、図４０の開始位置における拡大平面図である。比較試験例２１では、開始位置ＳＰ１７において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを右回転で挿入した後、摩擦攪拌接合を行う深さまで挿入して、そのまま右回転で摩擦攪拌を行った。比較試験例２１では、挿入時の回転ツールＦの回転速度は４００ｒｐｍであり、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度は４００ｒｐｍである。また、比較試験例２１では、挿入時の挿入深さは１５．５ｍｍであり、摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は１５．５ｍｍである。比較試験例２１では、図４０及び図４１に示すように、開始位置ＳＰ１７において、バリＶ１７が多く発生した。
＜比較試験例２２＞
　図４２は、比較試験例２２の摩擦攪拌状態を示す平面図である。図４３は、図４２の開始位置における拡大平面図である。図４４は、図４２のXXXXIV-XXXXIV線断面図である。比較試験例２２では、開始位置ＳＰ１８において螺旋溝が左巻きの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを右回転で挿入した後、回転ツールＦを引き上げて、回転方向を変更せずに回転ツールＦを押し込んでから、そのまま右回転で摩擦攪拌を行った。比較試験例２２では、挿入時の回転ツールＦの回転速度、引上げ時の回転ツールＦの回転速度、押し込み時の回転ツールＦの回転速度、摩擦攪拌接合時の回転ツールＦの回転速度、挿入時の挿入深さＨ１、引上げ時の引上量Ｈ２、引き上げた際の挿入深さ、押込み時の挿入量Ｈ３、押し込んだ後の挿入深さＨ４、及び摩擦攪拌接合時の挿入深さＨ５は、試験例２１と同様にして行った。比較試験例２では、図４４に示すように、塑性化領域Ｗ１８内にトンネル状欠陥は無かった。しかし、図４２及び図４３に示すように、開始位置ＳＰ１８においてバリＶ１８が多く発生した。
　以上のように、比較試験例１１，１２，２１，２２のように、開始位置ＳＰ１２，ＳＰ１３，ＳＰ１７，ＳＰ１８において回転ツールＦを正回転（螺旋溝が左巻きで右回転又は右巻きで左回転）で挿入すると、開始位置ＳＰ１２，ＳＰ１３，ＳＰ１７，ＳＰ１８においてバリＶ１２，Ｖ１３，Ｖ１７，Ｖ１８がそれぞれ多く発生することが分かった。
　一方、試験例１１，２１，２２のように、開始位置ＳＰ１１，ＳＰ１５，ＳＰ１６において回転ツールＦを逆回転（螺旋溝が左巻きで左回転又は右巻きで右回転）で挿入した後に、正回転で摩擦攪拌すると、開始位置ＳＰ１１，ＳＰ１５，ＳＰ１６においてバリＶ１１，Ｖ１５，Ｖ１６がそれぞれ少なくなることが分かった。
　また、比較試験例１３のように、摩擦攪拌接合時において回転ツールＦを逆回転（螺旋溝が左巻きで左回転又は右巻きで右回転）とすると、トンネル状欠陥Ｔ１４が発生することが分かった。
　一方、試験例１１，２１，２２のように、摩擦攪拌接合時において回転ツールＦを正回転（螺旋溝が左巻きで右回転又は右巻きで左回転）で挿入すると、接合状況は良好であることが分かった。
　つまり、本発明のように、挿入時（挿入工程）においては逆回転とし、摩擦攪拌接合時（接合工程）においては正回転とすることで、開始位置におけるバリを少なくしつつ、摩擦攪拌接合時の欠陥を無くすことができることが分かった。
　１　　　　液冷ジャケット（接合体）
　２　　　　ジャケット本体（第一被接合部材）
　３　　　　封止体（第二被接合部材）
　Ｆ　　　　回転ツール
　Ｆ２　　　攪拌ピン
　Ｇ　　　　回転ツール
　Ｇ１　　　基部
　Ｇ２　　　基端側ピン
　Ｇ３　　　先端側ピン
　Ｊ１　　　第一突合せ部（突合せ部）
　Ｊ２　　　第二突合せ部（突合せ部）
　Ｊ３　　　重合部
　Ｈ１，Ｈ４，Ｈ５　　　挿入深さ
　Ｈ２　　　引上量
　Ｈ３　　　挿入量
　Ｋ　　　　回転ツール
　Ｋ１　　　基部
　Ｋ２　　　攪拌ピン
　Ｎ１，Ｎ２　　　回転数
　Ｌ１　　　攪拌ピンの長さ
　Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３　　　移動ルート
　ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３　　　開始位置
　ＥＰ１，ＥＰ３　　終了位置
　Ｗ　　　　塑性化領域

Claims (15)

  1. 　螺旋溝が形成された攪拌ピンを有する回転ツールを用いて、被接合部材への摩擦攪拌接合により接合体を製造する方法であって、
    　前記回転ツールを前記螺旋溝の形成方向と同方向に回転させた状態で、前記攪拌ピンを前記被接合部材に挿入する挿入工程と、
    　前記回転ツールの回転方向を、前記螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させるように変更する変更工程と、
    　前記回転ツールを前記螺旋溝の形成方向と逆方向に回転させた状態で、前記被接合部材の接合を行う接合工程と、を順に備えることを特徴とする接合体の製造方法。
  2. 　前記挿入工程における前記回転ツールの回転数が、前記接合工程における前記回転ツールの回転数以上である、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  3. 　前記挿入工程における前記回転ツールの回転数Ｎ１と、前記接合工程における前記回転ツールの回転数Ｎ２との関係が、Ｎ２≦Ｎ１≦Ｎ２×５である、請求項２に記載の接合体の製造方法。
  4. 　前記挿入工程の後に、前記回転ツールを前記被接合部材の表面方向に向けて引き上げる引上げ工程をさらに備え、
    　前記引上げ工程の後に、前記変更工程を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  5. 　前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記引上げ工程での引上量Ｈ２との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ２≦Ｈ１×０．５である、請求項４に記載の接合体の製造方法。
  6. 　前記変更工程の後に、前記回転ツールを前記被接合部材の深さ方向に向けて押し込む押込み工程をさらに備え、
    　前記押込み工程の後に、前記接合工程を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  7. 　前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記押込み工程での挿入量Ｈ３との関係が、Ｈ１×０．０１≦Ｈ３≦Ｈ１×０．５である、請求項６に記載の接合体の製造方法。
  8. 　前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記接合工程で接合を開始する際の挿入深さＨ４との関係が、Ｈ１×１．０１≦Ｈ４≦Ｈ１×１．５である、請求項６に記載の接合体の製造方法。
  9. 　前記回転ツールは、平面状又はすり鉢状の下端面が設けられるとともに、柱状又は推台状を呈するショルダ部をさらに有し、
    　前記攪拌ピンは、前記ショルダ部の前記下端面から垂下しており、
    　前記被接合部材に対して前記ショルダ部を接触させるとともに、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入した状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  10. 　前記挿入工程における前記回転ツールの挿入深さＨ１と、前記攪拌ピンの長さＬ１との関係が、Ｌ１×０．５≦Ｈ１≦Ｌ１である、請求項９に記載の接合体の製造方法。
  11. 　前記回転ツールは、柱状又は推台状を呈する基部を有し、
    　前記攪拌ピンは、前記基部の下端面から垂下しており、
    　前記被接合部材に対して前記基部を離間させるとともに、前記被接合部材に前記攪拌ピンのみを挿入した状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  12. 　前記回転ツールは、柱状又は推台状を呈する基部を有し、
    　前記攪拌ピンは、前記基部に連続する基端側ピンと、前記基端側ピンに連続する先端側ピンとを有し、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状のピン段差部が形成されており、
    　前記基端側ピンの外周面を前記被接合部材の表面に接触させた状態で、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  13. 　前記挿入工程の前に、前記被接合部材に下穴を形成する下穴形成工程をさらに備え、
    　前記挿入工程において、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入する、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  14. 　前記被接合部材が、第一被接合部材と、前記第一被接合部材よりも硬度が低い第二被接合部材とからなり、
    　前記第一被接合部材と前記第二被接合部材との少なくともいずれか一方の端面が突き合わされて突合せ部が形成されるか、又は前記第一被接合部材の表面に前記第二被接合部材の裏面が重ね合わされて重合部が形成されており、
    　前記挿入工程において、前記第一被接合部材の表面から攪拌ピンを挿入して、
    　前記接合工程において、前記突合せ部又は前記重合部の摩擦攪拌接合を行う、請求項１に記載の接合体の製造方法。
  15. 　前記被接合部材が、第一被接合部材と、第二被接合部材とからなり、
    　前記第一被接合部材と前記第二被接合部材との少なくともいずれか一方の端面が突き合わされて突合せ部が形成されるか、又は前記第一被接合部材の表面に前記第二被接合部材の裏面が重ね合わされて重合部が形成されており、
    　前記挿入工程において、前記突合せ部又は前記重合部に向けて攪拌ピンを挿入する、請求項１に記載の接合体の製造方法。
PCT/JP2023/021293 2022-07-20 2023-06-08 接合体の製造方法 WO2024018776A1 (ja)

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