(57)【要約】      （修正有）【課題】接合部の気密性又は液密性を向上させる摩擦攪拌接合方法を提供する。【解決手段】第１部材１０と第２部材２０を突き合わせるとともに、ツールの移動方向における一端側に位置する第１部材１０の側面から第２部材２０の側面に亘るように第３部材の側面を突き合わせる工程と、第１部材１０と第２部材２０との突き合わせ面から、ツールによって攪拌される領域の周囲の領域であって、塑性流動する層状の領域の厚さ寸法以上、且つ攪拌される領域の幅寸法以下である寸法だけ、第１部材１０側又は第２部材２０側へオフセットした部分を処理するオフセット工程と、突き合わせ面を処理する接合工程とを含む。オフセット工程において、ツールの側周部のうちのオフセット方向を向いた部分が第３部材側を向くような回転方向へツールを回転させ、接合工程において、オフセット工程とは逆方向にツールを回転させる。【選択図】図１０
2018118286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の第１部材及び第２部材の面同士を突き合わせた突き合せ面に摩擦攪拌ツールを回転させながら圧入し、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ前記摩擦攪拌ツールを前記突き合わせ面に沿って移動させることにより前記第１部材と第２部材とを接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記第１部材と前記第２部材を突き合わせるとともに、前記第１部材と前記第２部材との突き合せ面とは異なる前記第１部材の側面及び前記第２部材の側面であって、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面に沿った前記摩擦攪拌ツールの移動方向における一端側に位置する前記第１部材の側面から前記第２部材の側面に亘るように金属製の第３部材の側面を突き合わせる突き合わせ工程と、
前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面から、前記摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域の周囲の領域であって、金属材が塑性流動する層状の領域の厚さ寸法以上、且つ前記摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域の幅寸法以下である寸法だけ、前記第１部材側又は第２部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させるオフセット工程と、
前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させる接合工程と、
を含み、
前記オフセット工程において、前記摩擦攪拌ツールの側周部のうちの前記オフセット方向を向いた部分を前記第３部材側へ向けるような回転方向へ前記摩擦攪拌ツールを回転させ、前記接合工程において、前記オフセット工程とは逆方向に前記摩擦攪拌ツールを回転させる、摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記オフセット工程の後に前記接合工程を実施する、摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記接合工程の後に前記オフセット工程を実施する、摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記突き合わせ工程において、前記第１部材と前記第２部材との突き合せ面とは異なる前記第１部材の側面及び前記第２部材の側面であって、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面に沿った前記摩擦攪拌ツールの移動方向における他端側に位置する側面に金属製の第４部材の側面を突き合わせ、
前記オフセット工程において、前記第１部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させ、前記第２部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第４部材内へ到達させる、摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの金属部材を突き合わせておき、摩擦攪拌ツールを回転させながら、前記２つの金属部材の境界部に圧入して、摩擦攪拌ツールを前記２つの金属部材の突き合わせ面に沿って移動させて、摩擦攪拌ツールの通過する部分を攪拌するとともに、その周囲の部分を塑性流動させることにより、前記２つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法は知られている。一般に、摩擦攪拌接合の終点においては、摩擦攪拌ツールの抜去痕（先端部の形状と同様の孔）が前記２つの金属部材を接合して形成された製品に残る。
【０００３】
下記特許文献１の摩擦攪拌接合方法においては、第１部材及び第２部材の突き合わせ面とは異なる側面であって、前記摩擦攪拌ツールの経路の始端側及び終端側に位置する部分に第３部材及び第４部材（当て部材）をそれぞれ配置している。そして、摩擦攪拌ツールを第３部材から、第１部材と第２部材との突き合わせ面へ進入させ、さらに第４部材に進入させる。そして、摩擦攪拌ツールを第４部材から引き抜く。この場合、第４部材に、摩擦攪拌ツールの抜去痕が残っている。そして、第３部材と製品（第１部材と第２部材とを接合して形成された物品）との接合部、及び第４部材と製品との接合部を切断する。このようにして、製品に摩擦攪拌ツールの抜去痕が残ることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６６６６９号公報
【発明の概要】
【０００５】
上記のように、摩擦攪拌ツールの回転に伴い、摩擦攪拌ツールの周囲の金属材が塑性流動するが、図１６に示すように、上記の第３部材（第４部材）と製品との境界部においては、第３部材（第４部材）と製品との境界面が接合されることなく、塑性流動方向に移動する。例えば、同図に示すように、摩擦攪拌ツールが反時計回りに回転している場合、同図におけるＡ部が第３部材（第４部材）内に入り込み、同図におけるＢ部が製品側に入り込む（図１６、図１７及び図１８参照）。この場合、第３部材を除去しても、Ｂ部は製品に残ってしまう。つまり、製品の端部に小さな亀裂が残る。この製品の用途によっては、前記亀裂が問題となる。例えば、図１９に示すような筒状製品において、次のような問題が生じる。
【０００６】
同図に示す筒状製品は、次のようにして製造される。まず、溝形の第１部材と第２部材とを突き合わせるとともに、その両端面に板状の図示しない第３部材及び第４部材をそれぞれ突き合わせておく。つぎに、摩擦攪拌ツールを回転させながら、第３部材に圧入する。そして、摩擦攪拌ツールを第１部材と第２部材との突き合わせ面の一方の端部へ進入させ、前記突き合わせ面に沿って、前記突き合わせ面の他方の端部側へ移動させる。そして、摩擦攪拌ツールを、第４部材内へ進入させ、摩擦攪拌ツールを第４部材から引き抜く。つぎに、第３部材及び第４部材を除去する。このようにして第１部材及び第２部材からなる筒状製品が製造される。これによれば、摩擦攪拌ツールの抜去痕が筒状製品に残らない。ただし、図１６のＢ部と同様の亀裂が筒状製品の端部に残る。このような筒状製品の端部に底蓋と上蓋を取り付けて、内部に流体を収容する容器を構成する場合、筒状製品の端部に残った亀裂から前記流体が漏れ出る可能性が高い。
【０００７】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、接合部の気密性又は液密性を向上させることができる摩擦攪拌接合方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、金属製の第１部材（１０）及び第２部材（２０）の面同士を突き合わせた突き合せ面（ＢＳ）に摩擦攪拌ツール（ＦＴ）を回転させながら圧入し、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ前記摩擦攪拌ツールを前記突き合わせ面に沿って移動させることにより前記第１部材と第２部材とを接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記第１部材と前記第２部材を突き合わせるとともに、前記第１部材と前記第２部材との突き合せ面とは異なる前記第１部材の側面及び前記第２部材の側面であって、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面に沿った前記摩擦攪拌ツールの移動方向における一端側に位置する前記第１部材の側面（１０Ｒ）から前記第２部材の側面（２０Ｒ）に亘るように金属製の第３部材（３０）の側面（３０Ｌ）を突き合わせる突き合わせ工程と、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面から、前記摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域（ＳＺ）の周囲の領域であって、金属材が塑性流動する層状の領域（ＦＺ）の厚さ寸法（ｔ）以上、且つ前記摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域（ＳＺ）の幅寸法（ＷＳＺ）以下である寸法だけ、前記第１部材側又は第２部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させるオフセット工程と、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させる接合工程と、を含み、前記オフセット工程において、前記摩擦攪拌ツールの側周部のうちの前記オフセット方向を向いた部分を前記第３部材側へ向けるような回転方向へ前記摩擦攪拌ツールを回転させ、前記接合工程において、前記オフセット工程とは逆方向に前記摩擦攪拌ツールを回転させる、摩擦攪拌接合方法としたことにある。
【０００９】
この場合、前記オフセット工程の後に前記接合工程を実施するとよい。また、この場合、前記接合工程の後に前記オフセット工程を実施してもよい。
【００１０】
また、この場合、前記突き合わせ工程において、前記第１部材と前記第２部材との突き合せ面とは異なる前記第１部材の側面（１０Ｌ）及び前記第２部材の側面（２０Ｌ）であって、前記第１部材と前記第２部材との突き合わせ面（ＢＳ）に沿った前記摩擦攪拌ツールの移動方向における他端側に位置する側面に金属製の第４部材（４０）の側面（４０Ｒ）を突き合わせ、前記オフセット工程において、前記第１部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第３部材内へ到達させ、前記第２部材側へオフセットした位置に前記摩擦攪拌ツールの回転中心を一致させ、前記摩擦攪拌ツールを回転させつつ、前記摩擦攪拌ツールを移動させて前記第４部材内へ到達させるとよい。
【００１１】
なお、一般に、部材に摩擦攪拌ツールが圧入された状態で回転することにより、摩擦攪拌ツールの中心部が通過する領域の金属材が攪拌される。このような金属材の攪拌に伴い、前記攪拌される領域の周囲の領域の金属材が塑性流動する。
【００１２】
オフセット工程の後に接合工程を実施する場合、オフセット工程において、上記従来の摩擦攪拌接合方法を用いた場合と同様の亀裂が製品及び第３部材に形成される。このオフセット工程においては、前記突き合わせ面から第１部材側又は第２部材側へオフセットした部分を処理している。そのオフセット量は、摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域（攪拌域）の周囲の領域であって、金属材が塑性流動する層状の領域（塑性流動域）の厚さ寸法以上、且つ前記摩擦攪拌ツールによって攪拌される領域の幅寸法以下である。また、オフセット工程での摩擦攪拌ツールの回転方向は、摩擦攪拌ツールの側周部のうちの前記オフセット方向を向いた部分を第３部材側へ向けるような方向である。摩擦攪拌ツールのオフセット量と回転方向とを上記のように設定すると、摩擦攪拌ツールの側周部のうち、前記オフセット方向とは反対側に位置する部分において、製品側に入り込むような亀裂が形成される。一方、摩擦攪拌ツールの側周部のうち、前記オフセット方向側に位置する部分において、第３部材側に入り込むような亀裂が形成される。
【００１３】
そして、接合工程において、摩擦攪拌ツールのオフセット量が「０」に設定されるとともに、回転方向がオフセット方向とは反対に設定される。上記のようにオフセット量を設定しておくことにより、前記オフセット工程において製品側に入り込むように形成された亀裂が、接合工程において攪拌域に重なる。そのため、前記製品側に入り込んだ亀裂の周囲の金属材が摩擦攪拌ツールによって攪拌され、当該亀裂が消滅する。また、前記オフセット工程において第３部材側に入りこむように形成された亀裂は、接合工程においては、塑性流動域の外側に位置する。そのため、前記第３部材側に入り込んだ亀裂は、そのまま第３部材内に残る。また、接合工程において、第３部材側に入り込むような亀裂が新たに形成されるが、製品側に入り込むような亀裂は形成されない。したがって、オフセット工程及び接合工程を経た製品の端部には亀裂が形成されていない。よって、本発明によれば、第１部材と第２部材との接合部の気密性又は液密性を向上させることができる。
【００１４】
一方、接合工程の後にオフセット工程を実施する場合も、両工程における摩擦攪拌ツールのオフセット量と回転方向を上記のように設定する。この場合、接合工程において、亀裂が製品側及び第３部材側に形成される。前記接合工程において製品側に入り込むように形成された亀裂が、オフセット工程において攪拌域に重なる。そのため、前記製品側に入り込んだ亀裂の周囲の金属材が摩擦攪拌ツールによって攪拌され、当該亀裂が消滅する。また、前記接合工程において第３部材側に入りこむように形成された亀裂は、オフセット程においては、塑性流動域の外側に位置する。そのため、前記第３部材側に入り込んだ亀裂は、そのまま第３部材内に残る。また、オフセット工程において、第３部材側に入り込むような亀裂が新たに形成されるが、製品側に入り込むような亀裂は形成されない。したがって、接合工程及びオフセット工程を経た製品の端部には亀裂が形成されていない。よって、本発明によれば、第１部材と第２部材との接合部の気密性又は液密性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突き合わせ工程において、第１部材と第２部材とを裏当て金に載置した状態を示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突き合わせ工程において、第３部材を裏当て金に載置した状態を示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突き合わせ工程において、第１部材、第２部材及び第３部材を突き合わせた状態を示した斜視図である。
【図４】摩擦攪拌ツールの先端部の斜視図である。
【図５】攪拌部及び塑性流動部の概略を示した斜視図である。
【図６】オフセット工程にて接合される部分を示した平面図である。
【図７】第１部材及び第２部材の右端部同士を接合するとともに、第１部材及び第２部材の右端部に第３部材を接合する工程を示した平面図である。
【図８】オフセット工程において、第１部材及び第２部材の左端部同士を接合するとともに、第１部材及び第２部材の左端部に第３部材を接合する工程を示した平面図である。
【図９】接合工程にて接合される部分を示した平面図である。
【図１０】接合工程の始端部を示した平面図である。
【図１１】接合工程の終端部を示した平面図である。
【図１２】切断工程を示した斜視図である。
【図１３】接合工程にて接合された第１部材及び第２部材と右側の第３部材とを示す平面図（写真）である。
【図１４】オフセット量が過小である場合に製品に残る亀裂を示す平面図である。
【図１５】オフセット量が過大である場合に製品に残る亀裂を示す平面図である。
【図１６】従来の摩擦攪拌接合方法を用いた場合に形成される亀裂を示す平面図である。
【図１７】従来の摩擦攪拌接合方法を用いた場合に形成される亀裂を示す平面図（写真）である
【図１８】図１７のＸ−Ｘ断面図である。
【図１９】従来の摩擦攪拌接合方法を用いて製造された筒状部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法を用いて第１部材１０と第２部材２０とを接合して製品ＰＤ（図１２参照）を製造する手順（突き合わせ工程、オフセット工程、接合工程及び切断工程）について説明する。第１部材１０及び第２部材２０は、アルミニウム合金製である。第１部材１０及び第２部材２０は、長方形の平板である。第１部材１０及び第２部材２０の外形は同一である。例えば、第１部材１０及び第２部材２０の長辺の寸法は２００ｍｍである。また、第１部材１０及び第２部材２０の短辺の寸法は１００ｍｍである。また、第１部材１０及び第２部材２０の板厚は２０ｍｍである。以下の説明において、第１部材１０及び第２部材２０の長辺方向を左右方向と呼び、第１部材１０及び第２部材２０の短辺方向を前後方向と呼ぶ。また、第１部材１０及び第２部材２０の板厚方向を上下方向と呼ぶ。本実施形態では、第１部材１０及び第２部材２０の長辺側の端面同士が接合される。
【００１７】
（突き合わせ工程）
まず、図１に示すように、第１部材１０と第２部材２０を、平板状の裏当て金Ｍの上面ＭＴに載置する。つまり、第１部材１０の下面１０Ｂと第２部材２０の下面２０Ｂを裏当て金Ｍの上面ＭＴに当接させる。上記のように、第１部材１０の板厚と第２部材２０の板厚は同一であるので、第１部材１０の上面１０Ｔと第２部材２０の上面１０Ｔは同一平面内に位置している。また、第１部材１０を第２部材２０の前方に載置する。そして、第１部材１０の左右方向の位置と、第２部材２０の左右方向の位置を同一に設定する。つまり、第１部材１０の右面１０Ｒと第２部材２０の右面２０Ｒとが同一平面内に位置し、第１部材１０の左面１０Ｌと第２部材２０の左面１０Ｌとが同一平面内に位置するように設定する。つぎに、図示しない押圧装置を用いて、第１部材１０の前面１０ＦＲを後方へ押圧するとともに、第２部材２０の後面２０ＲＲを前方へ押圧して、第１部材１０の後面１０ＲＲと第２部材２０の前面２０ＦＲとを突き合わせる。詳しくは後述するように、この第１部材１０と第２部材２０との突き合わせ面ＢＳ（図２及び図３参照）に沿って摩擦攪拌ツールＦＴが移動されて、第１部材１０と第２部材２０とが接合される。したがって、第１部材１０の右面１０Ｒ及び第２部材２０の右面２０Ｒは、摩擦攪拌ツールＦＴの移動方向における一端側に位置する側面に相当する。また、第１部材１０の左面１０Ｌ及び第２部材２０の左面２０Ｌは、摩擦攪拌ツールＦＴの移動方向における他端側に位置する側面に相当する。
【００１８】
つぎに、図２に示すように、アルミニウム合金製の第３部材３０を、第１部材１０及び第２部材２０の右方に載置し、アルミニウム合金製の第４部材４０を、第１部材１０及び第２部材２０の左方に載置する。第３部材３０の外形と第４部材４０の外形は同一である。第３部材３０及び第４部材４０は、第１部材１０及び第２部材２０よりも小さな長方形の平板である。例えば、第３部材３０及び第４部材４０の長辺の寸法は１００ｍｍである。第３部材３０及び第４部材４０の短辺の寸法は５０ｍｍである。なお、第３部材３０及び第４部材４０の板厚は第１部材１０及び第２部材２０の板厚と同一である。例えば、第３部材３０及び第４部材４０の板厚は２０ｍｍである。したがって、第３部材３０及び第４部材４０を裏当て金Ｍの上面ＭＴに載置する（第３部材３０及び第４部材４０の下面３０Ｂ，４０Ｂを裏当て金Ｍの上面ＭＴに当接させる）と、第３部材３０及び第４部材４０の上面３０Ｔ，４０Ｔと、第１部材１０の上面１０Ｔ及び第２部材２０の上面２０Ｔとが同一平面内に位置する。
【００１９】
つぎに、第３部材３０及び第４部材４０の長辺方向が前後方向に一致し、且つその短辺方向が左右方向に一致するように設定する。第３部材３０及び第４部材４０の前後方向における中央が突き合わせ面ＢＳの右方及び左方に位置するように設定する。そして、例えば、第３部材３０及び第４部材４０の前面３０ＦＲ，４０ＦＲと、後面３０ＲＲ，４０ＲＲに、図示しない治具を当接させ、第３部材３０及び第４部材４０の前後方向の移動を規制する。つぎに、図示しない押圧装置を用いて、第３部材３０の右面３０Ｒを左方へ押圧するとともに、第４部材４０の左面４０Ｌを右方へ押圧する。このようにして、第３部材３０の左面３０Ｌを、第１部材１０の右面１０Ｒの後部から第２部材２０の右面２０Ｒの前部に亘るように突き合わせるとともに、第４部材４０の右面４０Ｒを、第１部材１０の左面１０Ｌの後部から第２部材２０の左面２０Ｌの前部に亘るように突き合わせる（図３参照）。
【００２０】
つぎに、第１部材１０と第２部材２０とを接合する手順について説明する。ここで、本実施形態にて使用する摩擦攪拌ツールＦＴの構成について説明しておく。図４に示すように、摩擦攪拌ツールＦＴは、軸ＳＨ及び摩擦攪拌プローブＰＲを備える。軸ＳＨは、円柱状に形成されている。軸ＳＨの外径は、例えば８ｍｍである。軸ＳＨが工作機械（例えば、フライス盤）の回転駆動軸に組み付けられる。軸ＳＨの下面（ショルダー部）の中央部は少し凹んでいる。摩擦攪拌プローブＰＲは、軸ＳＨの下面の中央部から下方へ延設されている。摩擦攪拌プローブＰＲは、円錐台状に形成されている。摩擦攪拌プローブＰＲの上端の外径よりも下端の外径が小さい。軸ＳＨの中心線と摩擦攪拌プローブＰＲの中心線とが一致している。例えば、摩擦攪拌プローブＰＲの上端の外径は４ｍｍであり、下端の外径は２ｍｍである。また、摩擦攪拌プローブＰＲの外周面には螺旋状の溝が設けられている。この溝の深さは、例えば１ｍｍである。また、この溝のピッチは、例えば１ｍｍである。摩擦攪拌ツールＦＴが回転した状態で、摩擦攪拌プローブＰＲが２つの部材の突き合わせ面（例えば、第１部材１０と第２部材２０との突き合わせ面ＢＳ）に沿って移動されて、前記２つの部材が接合される。摩擦攪拌プローブＰＲが通過する部分（前記２つの部材の接合部の中央部）は、再結晶現象が生じる程度の温度に達し、比較的大きな塑性変形が生じている。この領域を攪拌域ＳＺと呼ぶ（図５参照）。攪拌域ＳＺの周囲の領域は、再結晶現象が生じない程度の温度に達し、比較的小さな塑性変形が生じている。この層状の領域を塑性流動域ＦＺと呼ぶ。
【００２１】
（オフセット工程）
つぎに、図６に示すように、第１部材１０及び第２部材２０の右端部同士及び左端部同士を接合するとともに、第１部材１０及び第２部材２０を、第３部材３０及び第４部材４０に接合するオフセット工程について説明する。まず、図７に示すように、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させた状態で、摩擦攪拌プローブＰＲを、上方から第３部材３０に圧入する。その際、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を、第１部材１０と第２部材２０との突き合わせ面ＢＳ（つまり、後面１０ＲＲと前面２０ＦＲとを当接させた部分）から見て前方（第１部材１０側）へオフセットさせている。そのオフセット量Δｄは、塑性流動域ＦＺの厚さ寸法ｔ（塑性流動域ＦＺの上端の幅寸法ＷＦＺ（前後方向の寸法）と攪拌域ＳＺの上端の幅寸法ＷＳＺ（前後方向の寸法）との差の半分）に一致している（図５参照）。また、摩擦攪拌ツールＦＴの周面のうち、オフセット方向（前方）を向く部分を第３部材３０側へ向けるような回転方向へ、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させる。すなわち、摩擦攪拌ツールＦＴの回転方向は、図７において反時計回りである。なお、摩擦攪拌プローブＰＲは、第３部材３０内に位置している。すなわち、摩擦攪拌プローブＰＲは、第１部材１０及び第２部材２０の外側に位置している。
【００２２】
つぎに、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させつつ、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）を左方へ移動させて、第１部材１０及び第２部材２０内へ進入させる。例えば、右面１０Ｒから３０ｍｍほど左方に位置する部分まで、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を移動させる。そして、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）を右方へ移動させて第３部材３０内へ進入させ、摩擦攪拌ツールＦＴを元の位置（摩擦攪拌プローブＰＲを圧入した位置）まで戻す。そして、摩擦攪拌プローブＰＲを第３部材３０から引き抜く。第３部材３０には、摩擦攪拌プローブＰＲの抜去痕が残る。この工程において、塑性流動域ＦＺの後部は、突き合わせ面ＢＳから見て第２部材２０側に位置しており、塑性流動域ＦＺの前部は、突き合わせ面ＢＳから見て第１部材１０側に位置している。第１部材１０、第２部材２０及び第３部材３０の部分であって、摩擦攪拌プローブＰＲの中心部が通過する部分が攪拌されるとともに、その周囲の部分が塑性流動することにより、第１部材１０及び第２部材２０の右端部同士が接合されるとともに、第１部材１０及び第２部材２０の右端に第３部材３０が接合される。上記のように、摩擦攪拌プローブＰＲは、図７において反時計回りに回転しているので、塑性流動域ＦＺの前部においては、金属材が右方へ塑性流動し、塑性流動域ＦＺの後部においては、金属材が左方へ塑性流動する。したがって、第３部材３０の左面３０Ｌと第１部材１０の右面１０Ｒとの境界面が湾曲して第３部材３０に入り込み、亀裂Ｃ３０が形成される。また、第３部材３０の左面３０Ｌと第２部材２０の右面２０Ｒとの境界面が湾曲して第２部材２０に入り込み、亀裂Ｃ２０が形成される。
【００２３】
つぎに、図８に示すように、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させた状態で摩擦攪拌プローブＰＲを上方から第４部材４０に圧入する。その際、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を、第１部材１０と第２部材２０との突き合わせ面ＢＳ（つまり、後面１０ＲＲと前面２０ＦＲとを当接させた部分）から見て、後方（第２部材２０側）へオフセットさせている。そのオフセット量Δｄは、塑性流動域ＦＺの厚さ寸法ｔに一致している（図５参照）。また、摩擦攪拌ツールＦＴの周面のうち、オフセット方向（後方）を向く部分を第４部材４０側へ向けるような回転方向へ、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させる。すなわち、摩擦攪拌ツールＦＴの回転方向は、図８において反時計回りである。なお、摩擦攪拌プローブＰＲは、第４部材４０内に位置している。すなわち、摩擦攪拌プローブＰＲは、第１部材１０及び第２部材２０の外側に位置している。
【００２４】
つぎに、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させつつ、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）を右方へ移動させて、第１部材１０及び第２部材２０内へ進入させる。例えば、左面２０Ｌから３０ｍｍほど右方に位置する部分まで、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を移動させる。そして、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）を左方へ移動させて第４部材４０内へ進入させ、摩擦攪拌ツールＦＴを元の位置（摩擦攪拌プローブＰＲを圧入した位置）まで戻す。そして、摩擦攪拌プローブＰＲを第４部材４０から抜く。第４部材４０には、摩擦攪拌プローブＰＲの抜去痕が残る。塑性流動域ＦＺの後部は、突き合わせ面ＢＳから見て第２部材２０側に位置しており、塑性流動域ＦＺの前部は、突き合わせ面ＢＳから見て第１部材１０側に位置している。第１部材１０、第２部材２０及び第４部材４０の部分であって、摩擦攪拌プローブＰＲが通過する部分が攪拌されるとともに、その周囲の部分が塑性流動することにより、第１部材１０及び第２部材２０の左端部同士が接合されるとともに、第１部材１０及び第２部材２０の左端に第４部材４０が接合される。上記のように、摩擦攪拌プローブＰＲは、図８において反時計回りに回転しているので、塑性流動域ＦＺの後部においては、金属材が左方へ塑性流動し、塑性流動域ＦＺの前部においては、金属材が右方へ塑性流動する。したがって、第４部材４０の右面４０Ｒと第２部材２０の左面２０Ｌとの境界面が湾曲して第４部材４０に入り込み、亀裂Ｃ４０が形成される。また、第４部材４０の右面４０Ｒと第１部材１０の左面１０Ｌとの境界面が湾曲して第１部材１０に入り込み、亀裂Ｃ１０が形成される。
【００２５】
（接合工程）
つぎに、図９に示すように、第１部材１０と第２部材２０とを、突き合わせ面ＢＳに沿って接合する接合工程について説明する。まず、図１０に示すように、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させた状態で摩擦攪拌プローブＰＲを上方から第４部材４０に圧入する。その際、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を、突き合わせ面ＢＳの左方に位置させる。すなわち、オフセット量Δｄは、「０」である。また、摩擦攪拌ツールＦＴの回転方向は、オフセット方向における回転方向とは反対である。すなわち、摩擦攪拌ツールＦＴの回転方向は、図１０において時計回りである。なお、摩擦攪拌ツールＦＴの回転中心を、オフセット工程において第４部材４０内に形成された摩擦攪拌プローブＰＲの抜去痕よりも左方に位置させる。
【００２６】
つぎに、摩擦攪拌ツールＦＴを回転させつつ、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）を右方へ移動させ、第１部材１０及び第２部材２０内へ進入させる。摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）の回転中心を、突き合わせ面ＢＳに沿って、さらに右方へ移動させ、突き合わせ面ＢＳの右端から第３部材３０内へ進入させる（図１１参照）。なお、摩擦攪拌ツールＦＴ（摩擦攪拌プローブＰＲ）の回転中心を、オフセット工程において第３部材３０内に形成された摩擦攪拌プローブＰＲの抜去痕よりも右方まで移動させる。そして、摩擦攪拌プローブＰＲを第３部材３０から引き抜く。第３部材３０には、摩擦攪拌プローブＰＲの抜去痕が残る。第１部材１０、第２部材２０、第３部材３０及び第４部材４０の部分であって、摩擦攪拌プローブＰＲが通過する部分が攪拌されるとともに、その周囲の部分が塑性流動することにより、第１部材１０及び第２部材２０が、突き合わせ面ＢＳに沿って全体的に接合される。なお、第１部材１０及び第２部材２０の左端及び右端には、第３部材３０及び第４部材４０がそれぞれ接合されたままである。
【００２７】
上記のように、摩擦攪拌プローブＰＲは、図１０及び図１１において時計回りに回転しているので、塑性流動域ＦＺの後部においては、金属材が右方へ塑性流動し、塑性流動域ＦＺの前部においては、金属材が左方へ塑性流動する。なお、接合工程における塑性流動域ＦＺとオフセット工程における塑性流動域ＦＺとは前後方向にずれている。
【００２８】
具体的には、図１０に拡大して示すように、接合工程における塑性流動域ＦＺの後部は、オフセット工程における塑性流動域ＦＺの後部から見て前方に位置している。すなわち、接合工程における塑性流動域ＦＺの後部は、第４部材４０の右端部に形成された亀裂Ｃ４０の前方に位置している。そのため、接合工程を実施しても、亀裂Ｃ４０は、第４部材４０に残る。また、第４部材４０の右面４０Ｒと第１部材１０の左面１０Ｌとの境界面のうち、接合工程における塑性流動域ＦＺの前部に位置する部分が湾曲して第４部材４０に入り込み、亀裂Ｃ４０が形成される。また、オフセット工程において第１部材１０の左端に形成された亀裂Ｃ１０（図８参照）と、接合工程における攪拌域ＳＺとが重なっている。すなわち、亀裂Ｃ１０の周囲の金属材が、接合工程において、摩擦攪拌プローブＰＲによって攪拌される。これにより、亀裂Ｃ１０が消滅する。
【００２９】
また、図１１に拡大して示すように、接合工程における塑性流動域ＦＺの後部は、第３部材３０の右端部に形成された亀裂Ｃ３０の前方に位置している。そのため、接合工程を実施しても、亀裂Ｃ３０は、第３部材３０に残る。また、第３部材３０の左面３０Ｌと第１部材１０の右面１０Ｒとの境界面のうち、接合工程における塑性流動域ＦＺの前部に位置する部分が湾曲して第３部材３０に入り込み、亀裂Ｃ３０が形成される。また、オフセット工程において第２部材２０の右端に形成された亀裂Ｃ２０（図７参照）と、接合工程における攪拌域ＳＺとが重なっている。すなわち、亀裂Ｃ２０の周囲の金属材が、接合工程において、摩擦攪拌プローブＰＲによって攪拌される。これにより、亀裂Ｃ２０が消滅する。
【００３０】
（切断工程）
つぎに、図１２に示すように、第３部材３０と製品ＰＤ（第１部材１０及び第２部材２０からなる部品）との接合部を切断して、第３部材３０を除去する。また、第４部材４０と製品ＰＤとの接合部を切断して、第４部材４０を除去する。
【００３１】
（効果）
上記のように、本実施形態によれば、オフセット工程において第１部材１０及び第２部材２０にそれぞれ形成された亀裂Ｃ１０及び亀裂Ｃ２０を、接合工程において攪拌することにより消滅させる。そのため、図１２及び図１３に示すように、接合工程を経た製品ＰＤの端部には亀裂が形成されていない。よって、第１部材１０と第２部材２０との接合部の気密性又は液密性を向上させることができる。
【００３２】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
上記実施形態では、オフセット工程の次に接合工程を実施しているが、この工程の順序を逆にしても良い。すなわち、接合工程の次にオフセット工程を実施しても良い。
【００３４】
また、オフセット量Δｄは、上記実施形態に限られない。ただし、オフセット量Δｄが塑性流動域ＦＺの厚さ寸法ｔより小さい場合には、本接合工程において、亀裂（例えば、図１４における亀裂Ｃ４０）の一部が折り返されて、第１部材１０又は第２部材２０（図１４の例では第２部材２０）に亀裂が形成されてしまう。一方、オフセット量Δｄが攪拌域ＳＺの幅寸法ＷＳＺより大きい場合には、オフセット工程において形成された亀裂（例えば、図１５における亀裂Ｃ１０）の一部が本接合工程における攪拌域ＳＺに重ならない。そのため、亀裂（図１５における亀裂Ｃ１０）の全部又は一部が消滅せず、第１部材１０又は第２部材２０（図１５の例では第１部材１０）に残ってしまう。そのため、オフセット量Δｄは、塑性流動域ＦＺの厚さ寸法ｔ以上、且つ攪拌域ＳＺの幅寸法ＷＳＺ以下に設定される必要がある。
【００３５】
また、上記実施形態のオフセット工程では、まず、第３部材３０（第４部材４０）に摩擦攪拌プローブＰＲを圧入し、摩擦攪拌ツールＦＴを第２部材２０（第１部材１０）へ進入させる（往工程）。そして、摩擦攪拌ツールＦＴを第３部材３０（第４部材４０）に戻している（復工程）。これに代えて、上記の復工程のみを実施しても良い。つまり、第２部材２０（第１部材１０）に摩擦攪拌プローブＰＲを圧入し、摩擦攪拌ツールＦＴを第３部材３０（第４部材４０）に進入させた後、摩擦攪拌プローブＰＲを引き抜いてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・第１部材、２０・・・第２部材、３０・・・第３部材、４０・・・第４部材、ＢＳ・・・突き合わせ面、Ｃ１０，Ｃ２０．Ｃ３０，Ｃ４０・・・亀裂、ＦＴ・・・摩擦攪拌ツール、ＦＺ・・・塑性流動域、ＰＤ・・・製品、ＰＲ・・・摩擦攪拌プローブ、ＳＺ・・・攪拌域、Δｄ・・・オフセット量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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