(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌加工において、被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面にあてがわれ攪拌ツールによる押圧を支えるために用いられる、硬化性の無機組成物を硬化して得られる無機硬化物成形体からなる摩擦攪拌加工用裏当て治具であって、無機硬化物成形体が、織布または繊維補強プラスチックにより補強されていることを特徴とする摩擦攪拌加工用裏当て治具。
【請求項２】
無機硬化物成形体が、セメント成形体であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具。
【請求項３】
被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面にあてがわれる裏当て治具表面が、３次元曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具。
【請求項４】
被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面を型の一面とする硬化用型を作製し、この型内に硬化性の無機組成物を注入し硬化させることにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具。
【請求項５】
摩擦攪拌接合する被接合材を互いに接合部で仮固着し、硬化用型の作製に用いることを特徴とする請求項４記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具を用いて摩擦攪拌加工することを特徴とする摩擦攪拌加工物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌加工において、被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面にあてがわれて攪拌ツールによる押圧を支えるために用いられる裏当て治具及びそれを用いた摩擦攪拌加工物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金板等の被接合材同士を接合するに際し、この被接合材の接合面を互いに突合せて形成される接合線の一端に、高速回転する棒状の接合用回転工具（径の大きいショルダ部とその先端にプローブを有する硬い工具鋼等からなるツール）のプローブを強い力で押し当て、発生する摩擦熱により被接合材を可塑化させてプローブを挿入し、ショルダ部が被接合材に圧力を付加しながら回転することにより摩擦する状態で、このツールを接合線に沿って移動させ、ツールの回転により発生する摩擦熱によりツール近傍を可塑化して固相状態で、被接合材の接合面同士を接合する方法は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ： Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）と呼ばれ、広く知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
上記摩擦攪拌接合によれば、ツールと被接合材との摩擦熱を利用して接合するので、最高到達温度が融点に達せず固相状態で接合するため、アーク溶接などの溶融溶接に比べて、接合部における強度低下が小さく、気孔や割れなどの接合欠陥がなく、接合面も平坦である等の利点があり、すでに鉄道車両、船舶、土木構造物、自動車などの分野で実用化されている。
【０００４】
摩擦攪拌接合にあっては、ツールを被接合材の接合線に沿って強い力で押し付けるため、このツールの押圧力により被接合材に部分的に大きな負荷がかかり、この大きな負荷により被接合材が変形したり、歪んだり、ずれなどが生じたり、継ぎ目の強度が低下したり、外観不良などの問題が発生し、良好な接合が行い難くなる。この被接合材への加圧力は、被接合材の材質や厚さなどにより異なるが、アルミニウム合金で厚さ３〜６ｍｍ程度の被接合材を接合する場合、通常２，５００〜５，０００Ｎ程度である。
【０００５】
このため、通常は、被接合材の接合部の裏側面に沿って、この被接合材の接合部を拘束するための裏当て治具を配置し固定する方法が採用される。この種の裏当て治具は、ツールのショルダ部から受けるほぼ法線方向からの強い加圧力に耐え座屈しないような高い剛性が必要で、一般に、硬い鋼製の裏当て治具が使用されている（例えば特許文献２および３）。
【０００６】
ところが、従来の鋼製の裏当て治具にあっては、直線接合あるいは単純な２次元的な曲線接合の場合は、治具の形状も平たい板状の単純なものでよいので治具製作に問題はないが、被接合材が３次元曲面を有し曲面上にある接合線を接合する接合の場合には、その曲面形状に対応して板状の鋼材を曲げ加工するだけでは裏当てとしての強度が不十分で加工中に被接合材が変形するため適用できない。そのため、大きな鋼材ブロックを使用して、その硬い表面を多大の手間をかけて所望の３次元的な曲面形状に切削加工等して作製せねばならず、その製作コストが著しく高くなるという問題がある。
【０００７】
一方、被加工材の表面に回転プローブを埋入して表面を改質する摩擦攪拌改質（ＦＳＰ： Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）も広く知られている（例えば特許文献４）。発生する摩擦熱によりツールのショルダ部及びプローブの近傍の被加工材を可塑化することにより被加工材の表面から一定の深さまでの結晶粒径を小さくして靭性、延性等を向上させることができる。摩擦攪拌改質において被加工材が平面であれば従来の治具で加工できる。しかし被加工材が薄い板状で三次元形状の場合には裏当て治具に摩擦攪拌接合と同様の課題がある。
【０００８】
更にツールを被加工材に押し付けるが横移動させることなく一定時間後にそのまま引き抜くという点接合プロセスが開発されており、摩擦点接合（Ｓｐｏｔ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）あるいはフリクションスポット接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｐｏｔ
Ｊｏｉｎｉｎｇ）と呼ばれている。この場合にも裏当て治具に通常の摩擦攪拌接合と同様の課題がある。
【０００９】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号
【特許文献２】特開平１１−２６７８５８号公報
【特許文献３】特開２００５−２０５４９６号公報
【特許文献４】特開２００３−６４４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摩擦攪拌接合又は摩擦攪拌改質、摩擦点接合等の、回転するツールを強い力で被加工材に押し当て、発生する摩擦熱により被加工材を可塑化させ固相状態で加工する摩擦攪拌加工において、被加工材の加工部が３次元的な曲線又は曲面を有する場合であっても、ツールからの加圧力による被接合材の変形が発生せず、しかも製作が容易で手間をかけずに短期間で製作できる、低コストの摩擦攪拌加工用裏当て治具及びそれを用いた摩擦攪拌加工物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的は、次のような特徴を有する摩擦攪拌加工用裏当て治具により達成することができる。
本発明の請求項１に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具は、摩擦攪拌加工において、被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面にあてがわれ攪拌ツールによる押圧を支えるために用いられる、硬化性の無機組成物を硬化して得られる無機硬化物成形体からなる摩擦攪拌加工用裏当て治具であって、無機硬化物成形体が、織布または繊維補強プラスチックにより補強されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具は、請求項１において、無機硬化物成形体が、セメント成形体であることを特徴とする。
【００１３】
【００１４】
本発明の請求項３に記載の摩擦攪拌接合用裏当て治具は、請求項１又は２に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具において、被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面にあてがわれる裏当て治具表面が、３次元曲面状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具において、被加工材の攪拌ツールの埋入される面と反対側の面を型の一面とする硬化用型を作製し、この型内に硬化性の無機組成物を注入し硬化させることにより得られたものであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の摩擦攪拌接合用裏当て治具は、請求項４の摩擦攪拌加工用裏当て治具において、摩擦攪拌接合する被接合材を互いに接合部で仮固着し、硬化用型の作製に用いることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦攪拌加工用裏当て治具を用いて摩擦攪拌加工することを特徴とする摩擦攪拌加工物の製造方法である。
【００１８】
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の摩擦攪拌加工用裏当て治具の一例を示す斜視図である。図１において、１０は裏当て治具であって、この裏当て治具１０は、かまぼこ状の３次元曲面部分１１と、この曲面部分１１からなだらかに連続的に膨出した半球状の３次元曲面部分１２とを有するセメント成形体からなる。なお、１３は被接合材の端部を摩擦攪拌装置の定盤等に固定するためのリブである、このリブにボルト穴等がナット埋め込み等により形成されていてもよい。被接合材の固定方法としては各種の固定方法が採用できるが、別法で固定する場合にはこのようなリブは無くてもよい。
【００１９】
上記裏当て治具１０は、無機の硬化性組成物を硬化成形することにより得ることができる。無機硬化性組成物の材質、硬化方法については特に限定はないが、強度、形状安定性、耐熱性等を考慮して選定される。無機硬化性組成物の材質としては、セメント等の無機の水和性硬化性組成物が、硬化が容易であるため特に好ましい。また、例えば石膏やセラミックス（焼成煉瓦や瓦等の主材料として粘土を用いた窯業製品）等も補強等を適宜行うことで使用できる。また、裏当て治具１０の形状は、図示のかまぼこ状の３次元曲面に限定されず、被加工材の全体形状あるいは接合線を含む部分の被接合材の形状に応じて、所望の形状に成形される。また、３次元曲面形状に限らず、直線接合あるいは単純な２次元的な曲線接合の場合に使用する平たい板状の単純な形状のものであってもよい。
【００２０】
このようなセメント成形体からなる裏当て治具１０やその他の無機硬化物成形体からなる裏当て治具は、圧縮強度が概ね１００Ｎ／ｍｍ２以上のものを使用するのが好ましい。圧縮強度が不足すると、被接合材の材質や厚さなどによっては、ツールから受けるほぼ法線方向からの強い接合加圧力に耐えられず、割れたり座屈することがあり、そのため被接合材が変形等して良好な接合が行い難くなる。
【００２１】
上記のセメント成形体からなる裏当て治具１０は、セメントを用い常法により骨材等を混入し水練りし、成形して硬化させることにより得られる。例えばポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等のセメントと細粒砂等のコンクリートに用いられる骨材等と水とセメント混和剤（ＡＥ剤、減水剤、商品名デンカΣ２０００などの強度改良剤）とを適量混練りして得られる硬化性の無機水練り物を、所望の形状、例えば、図示のかまぼこ状の３次元曲面形状に成形し硬化させることにより得ることができる。こうして得られるセメント成形体からなる裏当て治具１０は、十分な圧縮強度を有する。尚摩擦攪拌加工時に高温にさらされる場合には耐熱セメントを用いることが好ましい。
【００２２】
上記セメント成形体からなる裏当て治具１０には、その強度をさらに向上させるために、アラミド繊維、カーボンファイバー、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維などの短繊維及び又は長繊維を適量分散含有させることにより補強するのが好ましい。
【００２３】
また、上記セメント成形体からなる裏当て治具１０には、その強度をさらに向上させるために、アラミド長繊維、カーボン長繊維、ガラス長繊維、ポリプロピレン長繊維などの長繊維からなる織布または繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）の少なくとも１層を層状に設置することにより補強するのが好ましい。このような織布または繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）を層状に設置することにより、圧縮強度が向上する。設置は繊維補強プラスチック層を予め形成しておいてセメント成形体に接着してもよいし、織布にエポキシ樹脂等を含浸させたプリプレグ状態でセメント成形体に接着してもよいし、繊維補強プラスチック層をセメント未硬化時に戴置あるいは埋設により設置してもよい。繊維補強プラスチック用樹脂、接着剤は熱硬化性のものでもよいが、二液性等の常温硬化のものが好ましい。
【００２４】
本発明において、これ等の織布または繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）の少なくとも１層を、被加工材の裏面と接する裏当て治具の表面とは反対側に層状に設置するのが好ましい。裏当て治具の被加工材と接する側に圧縮力がかかるからである。
このように配置することで摩擦攪拌加工に被加工材から伝わる熱のため裏当て治具の温度が、補強する織布やＦＲＰの軟化温度よりも高温になり、強度が低下することを防ぐ効果もある。
【００２５】
次に、上述のセメント成形体からなる裏当て治具１０の製法の一例を説明する。図２は、図１に示す摩擦攪拌加工用裏当て治具として、摩擦攪拌接合に用いられる摩擦攪拌接合用裏当て治具の製法の一例を説明するための模式断面図である。先ず、接合される３次元曲面を有する板状の被接合材２１、２２を利用して、この板状の被接合材２１と２２の接合部を接合すべき相互位置に互いに突合せた状態（図中、被接合材２１と２２の突合せ部を符号２３で示した）で、粘着テープ３２等で仮固定し、突合せにより形成される接合線を含む部分の被接合材２１と、２２の裏側面を底面とする型枠３０を組み立てる。なお、被接合材２１、２２には、セメント成形体との型離れを容易にするために剥離性のリムーバブル粘着フィルム３３を貼り付けておくのが好ましい。また被接合材２１、２２のセメントの当る面と反対の面にも、後述する砂による汚染、傷つき等を防ぐため剥離性のリムーバブル粘着フィルム３３を貼り付けておくことが好ましい。
【００２６】
ここで、板状の被接合材２１、２２は、通常は厚みが３〜６ｍｍ程度で比較的厚みが薄いので、ずれて確実にセットできないことがあり、また、後で注入するセメント水練り物３５の重みで変形することがある。その場合は、型枠３０の底となる被接合材２１、２２の外側下方に砂３４などを充填して被接合材２１、２２を一時的に補強しておくことが好ましい。また、板状の被接合材２１、２２を利用せずに、これと同じ３次元曲面を有する木型やプラスチック型を作製してこの木型やプラスチック型を型枠３０の底としてもよい。 
【００２７】
その後、上記型枠３０内に、セメント、骨材、水、セメント混和剤等を適量混練りして得られる硬化性のセメント水練り物３５を注入し、表面を平たく均した後、適当な温度、湿度および時間で乾燥して硬化させ、その後、型枠３０および底面の被接合材２１、２２を除去し、さらに適当な温度、湿度および期間で養生する。このようにして、図１に示すような、所望の３次元曲面部分１１と１２とを有するセメント成形体からなる裏当て治具１０が得られる。裏当て治具を摩擦攪拌加工時における定盤等への取り付けのため、あるいは被接合体を裏当て治具に固定するための止めつけ具の固定用に例えばボルト穴を形成するため、ボルトを仮螺入したナットをセメント注入時に埋設等して設けてもよい。
【００２８】
上記セメント成形体を繊維により補強する場合は、上記硬化性のセメント水練り物３５に、予め適量の繊維を混合分散させておいてもよい。また、上記セメント成形体を織布または繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）により補強する場合は、繊維補強プラスチック層を予め形成しておいてセメント成形体に接着してもよいし、織布にエポキシ樹脂等を含浸させたプリプレグ状態でセメント成形体に接着してもよいし、繊維補強プラスチック層をセメント未硬化時に戴置あるいは層状に埋設してもよい。
【００２９】
こうして、図１に示すように、所望の３次元曲面部分１１と１２とを有するセメント成形体からなる本発明の摩擦攪拌接合用裏当て治具１０が得られる。
【００３０】
次に、図１に示す摩擦攪拌接合用裏当て治具１０を用いて、摩擦攪拌接合を行う方法を説明する。図３は図１に示す摩擦攪拌接合用裏当て治具１０を用いた摩擦攪拌接合の一例を説明するための斜視図である。
【００３１】
図３において、先ず、上述の裏当て治具１０を摩擦攪拌接合装置の定盤に固定し、３次元曲面を有する二つの板状の被接合材２１および２２を裏当て治具１０上に突合せ部２３で突合せた状態で配置し、固定金具４０とボルト４１により固定する。被接合材を裏当て治具１０に固定する方法としては、上記方法以外に、適当な固定用バンドで締め付ける方法などを採用してもよい。また、両面粘着テープを用いて仮着しておくこともできる。なお、板状の被接合材２１および２２が、接合時にずれたりしなければ、必ずしも被接合材２１および２２を固定具で固定する必要はない。
【００３２】
なお、上記例においては、被接合材２１、２２よりも大きな形状の裏当て治具１０を用い、被接合材２１と２２の裏側面の全面が裏当て治具１０の表面の一部に接するようにしたが、被接合材２１、２２と同じ大きさの裏当て治具１０を用いてもよい。少なくとも接合面を互いに突合せて形成される突合せ部２３を含む部分の被接合材２１と２２の裏側面に裏当て治具１０が存在すればよい。要するに、接合の際に、ツールの強い押圧力により被接合材２１と２２が変形したり、歪んだり、ずれなどが生じないよう、必要部分に裏当て治具１０が存在すればよい。
【００３３】
その後、二つの板状の被接合材２１と２２の突合せ部２３又は近傍の一端に、図３に示すように、高速回転する接合用回転工具５０（径の大きいショルダ部５２とその先端にプローブ５１を有する硬い工具鋼からなるツール５０）のプローブ５１を高速回転させながら強い力で押し当て挿入し、ショルダ部５２による圧力を付加し摩擦熱を発生させながらツール５０を突合せ部２３に沿って他端に移動させ、摩擦熱によりツール近傍を可塑化して固相状態で接合する。尚ツールは被接合材の接合部の近傍の表面の略法線方向から挿入されかつ略法線方向を保った状態で移動される。
【００３４】
上記被接合材２１、２２としては、主として、アルミニウム合金をはじめ、マグネシウム合金、チタン合金等からなる板状の被接合材が使用されるが、摩擦攪拌加工できるものであれば限定されない。これ等の被接合材は、平たい単純な板状のものあるいは単純な２次元的な曲面を有する板状のものであってもよいが、本発明は、特に３次元的な曲面を有する裏当て治具１０を用い、これと対応する３次元的な曲面を有する板状の被接合材を接合する場合に有用である。
【００３５】
上記接合用回転工具（ツール）５０は、径の大きいショルダ部５２とその先端にプローブ５１を有し、接合する被接合材２１、２２の材質よりも硬いＳＫＤ６１等のＳＫあるいはＳＫＤ工具鋼あるいはＰＣＢＮ(ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｕｂｉｃ
ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ)等よりなる。そして、プローブ５１にはねじが切ってあるものもないものも使用できる。
【００３６】
また、ショルダ部５２の面は、突合せ部２３に沿って被接合材２１および２２を押圧する必要がある。通常は被接合材と当接するショルダ面が平面であるものあるいはプローブ５１を中心としてやや円錐状に凹んだものが使用されるが、場合によっては、プローブ５１を中心としてやや円錐状に突起したものも使用できる。上記プローブ５１の長さは、裏当て治具１０と接触しないように、接合する被接合材２１、２２の厚みよりも０．２ｍｍ程度短いのが普通である。ツール５０の回転速度は一般に数百〜数千回転／分、接合速度は一般に数十〜数百ｍｍ／分であるが、条件によっては１〜２ｍ／分も可能である。
【００３７】
上記ツール５０は、例えば、図４に示すような、定盤軸（Ｘ）と横行軸（Ｙ）と昇降軸（Ｚ）の機械３軸および揺動軸（Ａ）と旋回軸（Ｃ）のツール２軸とからなる公知の５軸枠型の摩擦攪拌接合装置等に取り付けられて使用される。また、三つの関節軸と二つの回転軸を具備した公知のロボットアームの先端に搭載されたマシンヘッドに取り付けて使用することもできるが、これ等に限定されない。
【００３８】
上記ツール５０を３次元曲面形状の被接合材２１と２２の突合せ部２３に沿って移動させる方法としては、例えば、予めツール５０の作動をコンピュータに学習記憶させておき、コンピュータ制御により行う方法が好適に採用されるが、これに限定されない。こうして、３次元的な曲面を有する被接合材２１と２２との接合体が得られる。
なお、上記においては、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）について説明したが、摩擦攪拌改質、摩擦点接合にも同様に適用することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の摩擦攪拌加工用裏当て治具は、硬化性の無機組成物を硬化して得られる無機硬化物成形体、特にセメント成形体からなり、このような硬化成形体は、例えば３次元的な曲面を有する被接合材の裏面を底とする型枠を組み立て、この型枠内に硬化性の無機組成物、特にセメントと細粒砂と水と各種セメント混和剤との水練り物、を流し込み硬化させ、その後養生させるだけで簡単に得られるので、その製作が極めて容易であり、従来のように肉厚の大きな鋼材ブロックの表面を３次元的な立体曲面形状に多大の手間をかけて切削加工等して作製する必要がなく、３次元的な曲面を有する裏当て治具を簡単に短期間で低コストで製作することができるという利点がある。特に多品種少量生産用の簡易裏当て治具として有用である。
【００４０】
また、得られる無機硬化物成形体は、特にセメント成形体は、耐熱性を有するとともに高い強度を有し、摩擦攪拌接合装置のツールから受けるほぼ法線方向からの強い接合加圧力に充分に耐え、割れたり座屈したりすることがない。更に、繊維を分散含有させることにより補強されたセメント成形体や織布または繊維補強プラスチックの少なくとも１層を層状に設置することにより補強されたセメント成形体からなる摩擦攪拌接合用裏当て治具は、より高い強度を有する。
【００４１】
それゆえ、本発明の摩擦攪拌加工用裏当て治具を用いて、アルミニウム合金をはじめ、マグネシウム合金、チタン合金等の３次元的な曲面を有する板状の被加工材の摩擦攪拌加工を行う場合は、従来の硬い鋼製の裏当て治具や鋼材ブロックを切削加工して得られる硬い鋼製の裏当て治具を用いる場合と同様に、摩擦攪拌接合装置のツールから受ける加工加圧力に十分に耐え座屈せず、したがって、被加工材が変形せず、良好な摩擦攪拌加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げる。なお、本発明はこれ等の実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（参考例１）
（裏当て治具の作製）
セメントに骨材が予め混合された家庭化学工業株式会社製「超強度コンクリート補修材」１．８ｋｇに対し、水を２４０ｃｃの割合で混合し水練り物を調製した。
【００４４】
上記セメント水練り物を用いて、厚板平板状のセメント成形体（幅１７ｃｍ、長さ２１ｃｍ、厚さ２ｃｍ）からなる裏当て治具を作製した。裏当て治具は養生後、摩擦攪拌接合試験に用いた。
【００４５】
（摩擦攪拌接合）
２枚の厚さ３ｍｍ、幅１４ｃｍ、長さ１８ｃｍの長方形のアルミニウム合金板（Ａ６０６１ Ｔ６）からなる被接合材を互いに突合せ、その状態で上記セメント成形体からなる裏当て治具上に戴置し、被接合材がずれないよう固定金具により固定した。
【００４６】
次いで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する摩擦攪拌接合装置にて、工具鋼からなるツールを１８００ｒｐｍで回転させながら、４００ｍｍ／分の送り速度で突合せ部分に沿って一端から他端に移動させて摩擦攪拌接合を行って、接合体を作製した。なおツールの加圧力は４，７００Ｎであった。裏当て治具は割れなどの異常は認められなかった。
【００４７】
上記摩擦攪拌接合により得られた接合体に、変形は認められなかった。
【００４８】
参考例１において、裏当て治具の作製の際に、さらにアラミド短繊維（ファイベックス社製の「ＡＫ−４０／４０」）約０．０７６重量％を混和して、裏当て治具を作製し、得られた裏当て治具を用いて摩擦攪拌接合を行って、接合体を作製した。裏当て治具は割れなどの異常は認められず、接合体に変形は認められなかった。
【実施例１】
【００４９】
（裏当て治具の作製）
参考例１と同様にして得られた厚板平板状のセメント成形体の片面にアラミド長繊維からなる織布にエポキシ樹脂（コニシ社製の「Ｅ−８１０ＬＳ」）を含浸させたプリプレグを戴置し常温硬化させて繊維補強プラスチック強化セメント成形体にてなる裏当て治具を作製した。裏当て治具は養生後、摩擦攪拌接合試験に用いた。
【００５０】
（摩擦攪拌接合）
上記裏当て治具上のＦＲＰの露出した面と反対の面上に被接合材を戴置して参考例１と同様に摩擦攪拌接合した。摩擦攪拌接合により得られた接合材に、変形は認められなかった。
【実施例２】
【００５１】
（裏当て治具の作製）
参考例１において、裏当て治具の作製の際に、アラミド長繊維からなる織布をエポキシ樹脂（コニシ社製の「Ｅ−８１０ＬＳ」）含浸後常温で硬化させてなる繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）層をセメント層の中間に埋設させてセメントを硬化させ裏当て治具を作製した。裏当て治具は養生後、摩擦攪拌接合試験に用いた。
【００５２】
（摩擦攪拌接合）
上記裏当て治具上に被接合材を戴置して参考例１と同様に摩擦攪拌接合した。摩擦攪拌接合により得られた接合材に、変形は認められなかった。
【実施例３】
【００５３】
（裏当て治具の作製）
参考例１と同様にして得られた厚板平板状のセメント成形体の片面にアラミド長繊維からなる織布にエポキシ樹脂（コニシ社製の「Ｅ−８１０ＬＳ」）を含浸させたプリプレグを戴置し常温硬化させて繊維補強プラスチック強化セメント成形体にてなる裏当て治具を作製し、次いで上記セメント成形体の他の面にも同様にして繊維補強プラスチック層を作製することにより、両面を強化した繊維補強プラスチック強化セメント成形体にてなる裏当て治具を作製した。裏当て治具は養生後、摩擦攪拌接合試験に用いた。
【００５４】
（摩擦攪拌接合）
上記裏当て治具を使用すること以外は、参考例１と同様にして摩擦攪拌接合を行って、接合体を作製した。摩擦攪拌接合により得られた接合材に、変形は認められなかった。
【００５５】
（参考例２）
（裏当て治具の作製）
【００５６】
（ワークの作製）
長辺２８５ｍｍ、短辺１５０ｍｍ、板厚３ｍｍのアルミニウム（６０６１Ａｌ）板を、短辺に平行に曲率半径（内径）１５０ｍｍの円弧を形成するように曲げ、円筒の側面様形状をしたワークを得た。
（硬化型の作製）
上記ワークの両面に養生用にリムーバブルフィルムを貼り付けた状態で、上記ワークの凸面を下にして上記ワークがぴったり納まる寸法の直方体形状の上面が空いた硬化型を、透明プラスチック板を組み合わせて作製した。
（裏当て治具の作製）
【００５７】
図５に示す様にワークを硬化型中に設置した状態で、アルミナセメント（ＤＲＹＳＩＣ−８５ キャスタブル）を水で溶いたものを約１００ｍｍの深さになるよう流し込み硬化させた。この際、ワークを裏当て治具にボルトで取り付けるためのナット及び裏当て治具を定盤にボルトで取り付けるためのナットを予め埋め込んだ状態で硬化させた。硬化後、硬化型、リムーバブルフィルム及びワークを除去し、固定用ナット付長さ２４０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの断面かまぼこ形状の裏当て治具を得た。できあがった裏当て治具の写真を図６に示す。図６においては２個の裏当て治具が写っておりそれぞれボルト用ナットが埋め込まれていることを示すために、一部のナット穴にボルトが挿入されている。
【００５８】
（裏当て治具の定盤への取り付け）
裏当て治具の平面状底部に埋め込まれたナット穴の位置に対応したネジ貫通孔を設けた固定板に、ボルトにて裏当て治具を固定した。次いで裏当て治具を固定した固定板を、図４に示す三次元摩擦攪拌接合装置の定盤に治具にて固定した。
【００５９】
（裏当て治具へのワークの取り付け）
上記ワークと同材質で長辺２８５ｍｍ、短辺２００ｍｍ、板厚３ｍｍのアルミニウム（６０６１Ａｌ）板を、短辺に平行に曲率半径（内径）１５０ｍｍの円弧を形成するように曲げて得られた円筒の側面様形状をしたワークに、裏当て治具のかまぼこ型曲面に埋め込まれたナット穴の位置に対応する位置にボルト孔を穿った。
上記定盤に固定した裏当て治具上に、ボルト孔を穿ったワークを載せボルトにて固定した。図７にその状態を示す。
【００６０】
（摩擦攪拌加工１）
ショルダー径１２ｍｍ、プローブ径４ｍｍ、プローブ長２．９ｍｍでプローブにネジをきった工具鋼製ツールを三次元摩擦攪拌装置に取り付け、加圧力４，９００Ｎにて、ツールを１，８００ｒｐｍで回転させながら、４００ｍｍ／分の送り速度でワークの長辺方向に平行に曲面に添って弧状に移動させて摩擦攪拌加工を行った。
【００６１】
（摩擦攪拌加工２）
ショルダー径１２ｍｍ、プローブ径４ｍｍ、プローブ長２．９ｍｍでプローブにネジをきった工具鋼製ツールを三次元摩擦攪拌装置に取り付け、加圧力３，９００Ｎにて、ツールを１，５００ｒｐｍで回転させながら、上記摩擦攪拌加工１の軌跡と平行して６００ｍｍ／分の送り速度でワークの長辺方向に平行に曲面に添って弧状に移動させて摩擦攪拌加工を行った。
【００６２】
（摩擦攪拌加工の結果）
摩擦攪拌加工１および摩擦攪拌加工２を施したワークを裏当て治具よりはずして目視観察した。摩擦攪拌加工による裏当て治具の割れ、座屈は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の摩擦攪拌加工用裏当て治具の一例を示す斜視図である。
【図２】摩擦攪拌接合用裏当て治具の製法の一例を説明するための模式断面図である。
【図３】摩擦攪拌接合用裏当て治具を用いた摩擦攪拌接合の一例を説明するための斜視図である。
【図４】三次元摩擦攪拌加工装置の一例を示す斜視図である。
【図５】参考例２におけるワークを用いた硬化型の図面代用写真である。
【図６】参考例２にて得られた摩擦攪拌加工用裏当て治具の図面代用写真である。
【図７】参考例２における裏当て治具の定盤への取り付け及びワークの取り付けの状態を表す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 裏当て治具
１１ 裏当て治具の３次元曲面部分
１２ 裏当て治具の３次元曲面部分
１３ リブ
２１ 被接合材
２２ 被接合材
２３ 被接合材の突合せ部
３０ 型枠
３２ 粘着テープ
３３ リムーバブル粘着フィルム
３４ 砂
３５ セメント水練り物
４０ 固定金具
４１ ボルト
５０ ツール
５１ ツールのプローブ
５２ ツールのショルダ部
【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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