(57)【要約】  犠牲材料を有する金床を用いて摩擦攪拌接合する装置及び方法が開示される。本方法は、犠牲材料を有する金床をワークの背面に提供するステップと、摩擦攪拌接合装置を作動してワークを犠牲材料と接合する溶接を形成するステップとを含む。金床は、犠牲材料と取り外し可能に結合した非犠牲のベース部を含む。
2015535489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークと第２のワークとを摩擦攪拌接合する方法であって、
回転可能なピンを備える機械を提供するステップと、
前記第１のワークと前記第２のワークとを接合部に沿って並置するステップと、
前記接合部の背面に金床を提供するステップであって、前記金床は（ｉ）ベース組成を有するベース部と、（ｉｉ）第１の組成から前記ベース組成へ組成が変化する犠牲材料とを含むステップと、
前記ピンを回転するステップと、
前記回転するピンを前記接合部に挿入するステップと、
（ｉ）前記第１のワーク及び前記第２のワークと、（ｉｉ）前記犠牲材料とを摩擦攪拌接合する条件下で、前記ピンを前記接合部に沿って移動し、シームを形成するステップと、
前記シームから前記ピンを取り出すステップと、
前記接合部の前記背面において前記シームから前記犠牲材料の一部を除去するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記犠牲材料の硬度値は、前記第１のワークの硬度値の１０％以内である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記犠牲材料の熱膨張係数は、前記第１のワークの熱膨張係数の１０％以内である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記犠牲材料は、前記金床の溝内に配置される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記接合部が前記溝の上に来るように、前記金床を方向付けるステップを更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記金床は、前記犠牲材料と取り外し可能に結合した非犠牲のベース部を含み、前記ベース部の化学組成が前記犠牲材料とは異なる請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記犠牲材料は、前記金床のリッジに配置される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記犠牲材料が前記接合部の上に来るように、前記金床を方向付けるステップを更に含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のワーク及び前記第２のワークは、円筒状のパイプセグメントである請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記接合部の形状に合った曲面を有する前記金床を提供するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
主要面が無孔である前記金床を提供するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記金床の分離可能な外層として前記犠牲材料を提供するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１のワークと第２のワークとの接合用の犠牲金床であって、
溝を有するベース部と、
前記溝に配置される犠牲材料であって、前記第１のワーク及び前記第２のワークと、摩擦攪拌接合によって溶接されてシームを形成するように製造されている犠牲材料とを含み、
前記犠牲材料の組成は、前記ベース部の組成と異なる犠牲金床。
【請求項１４】
前記犠牲材料の前記組成は、金属を含む請求項１３に記載の金床。
【請求項１５】
前記犠牲材料の前記組成は、前記第１のワーク及び前記第２のワークの少なくとも１つの組成と同一である請求項１３に記載の金床。
【請求項１６】
前記金床は、第１のワークと第２のワークとの間の接合部の第２の曲面に相補的な第１の曲面を含む請求項１３に記載の金床。
【請求項１７】
前記金床の熱伝導率は、前記第１のワークの熱伝導率の１０％以内である請求項１６に記載の金床。
【請求項１８】
前記金床の熱容量は、前記第１のワークの熱容量の５％以内である請求項１６に記載の金床。
【請求項１９】
前記犠牲材料は、前記ベース部と一体的に形成される請求項１３に記載の金床。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は摩擦攪拌接合である。
【背景技術】
【０００２】
下記の背景技術は、本発明を理解するために有用な情報を含んでいる。ただし、ここに提供するいかなる情報も、それがここで主張される本発明に対する先行技術又は関連技術であることを認めるものではなく、また具体的又は間接的に言及されるいかなる文献も、それが先行技術であることを認めるものでもない。
【０００３】
摩擦攪拌接合（「ＦＳＷ」）は、回転工具が熱を出して２つのワーク（被加工物）をシーム（合わせ目）にて接合する固相溶接法である。より具体的には、回転工具はピンを備えており、工具の回転時にピンがシームに押しつけられて、工具とワークとの間に摩擦熱が生じる。ワークの領域が可塑化するのに十分な熱が生じる。ＦＳＷ工具のショルダーは、可塑化領域の混合を補助し、よってシームにおけるワークの接合（即ち、摩擦攪拌接合）を補助する。回転工具はシームの全長に沿って移動し、２つのワークの間に溶接継手線を形成する。
【０００４】
一つには、溶加材を使用することなく非常に低い温度でＦＳＷが起こるという理由から、ＦＳＷには他の溶接法と比較して多数の利点がある。ＦＳＷの幾つかの利点として、接合部における機械的特性が良好であること、多孔性・収縮・歪みが少ないこと、毒煙排出が少ない又は無いこと、消耗品である溶加材を使用しないこと、自動化が容易であることが挙げられる。１９９１年に創案されて以来、ＦＳＷについて非常に多くの研究がなされ、ＦＳＷは幅広い種類の用途で多くの産業にうまく適用されてきた。
【０００５】
ＦＳＷの幾つかの用途においては、最適な溶接品質を得るために、ＦＳＷ工程中、ＦＳＷ工具が最適な溶け込み深さに維持されている必要がある。溶け込み不足（溶け込み不良又は「ＬＯＰ」とも称される）があると、シームに沿って非溶接部分が生じる可能性があり、従って溶接部の強度が低下する。溶け込み過剰（例えば最適な溶け込み深さを超えた溶け込み）や完全溶け込み（例えばワークの全厚を貫通する溶け込み）も、溶接部の強度を低下させる可能性がある。完全溶け込みの場合、ＦＳＷ工具とワークの背面を支持する金床とを損傷することさえある。ワーク厚にばらつきがあると、ＦＳＷ工程中、最適な溶け込み深さを維持することが困難となることがある。
【０００６】
完全溶け込みに関連する問題の対処として、金床とワークとの間に犠牲材料を用いることが様々な文献に記載されている。例えばJeongによる日本国特許出願第２００７／３１９９３１号は、ワークと金床との間に挿入する犠牲金属箔を記載している。開示されている箔は、鋼、アルミニウム、又は銅であってもよく、或いは金属又はセラミック溶射被膜であってもよい。しかし、箔を使用すると、接合される部材に摩擦攪拌接合ピンが深く貫通する場合に、効果を得るのに十分な材料が含まれない恐れがある。
【０００７】
本願において特に重要なのが、犠牲材料を含むＦＳＷ金床である。ここでいう「犠牲材料」は、溶接の品質を実質的に低下させることなく、ＦＳＷ溶接の一部を形成するように選択された材料特性を有する材料のことをいう。
【０００８】
犠牲材料は、ＦＳＷ工程の他の態様において用いられてきた。例えば、Engelhardに付与された米国特許第６，６０７，１１９Ｂ２号は、摩擦ピンを連結領域から導き出すのに用いられる犠牲要素を記載している。Nakagawa他に付与された米国特許第８，２２０，６９４号は、比較的低い融点を有する犠牲材料をワーク間に挿入して溶接の部分を形成することを教示している。しかし当業者は、完全溶け込みの問題が、犠牲材料をＦＳＷ金床に用いることで対処可能であることを、正しく認識していない。
【０００９】
幾つかの文献では、ＦＳＷ溶接に沿ってワーク以外の材料を用いることについて反対している。例えば、Packer他に付与された欧州特許第１７９６８６５号は、ＦＳＷ中、マンドレルのシェルと管継手との間で拡散溶接が起きないように、金床の外面（例えばマンドレル）に適用することのできる、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等その他のコーティングについて記載している。（ＦＳＷ工程の概要については、「Friction Stir Welding and Processing」、R.S.Mishra他、Materials Science and Engineering R50（２００５）１〜７８参照）。
【００１０】
Chikuma他による国際出願第ＷＯ２０１２／０９３６８０号は、円筒状の圧力タンクの蓋を摩擦攪拌接合する工程を大まかに説明している。蓋はタンクの開口部に係止して、円筒状の突合せ継手をタンクの外側に形成する。蓋は、タンクの内側に嵌る小径端部を有している。ＦＳＷ工具を用いて、突合せ継手に沿って溶接部を形成する。ＦＳＷ工具は、蓋の小径端部とタンクとの間に溶接領域が形成されるのに十分な深さで、突合せ継手を貫通する。
【００１１】
本明細書に記載されるこれらの引用文献、及びその他全ての外部資料は、ここに参照してその全体を本明細書の一部とする。本明細書の一部とした文献における用語の定義又は使用法が本明細書において提供されるその用語の定義と一致しない又は矛盾する場合には、本明細書において提供されるその用語の定義が適用され、文献におけるその用語の定義は適用されないものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３１９９３１号公報
【特許文献２】米国特許第６，６０７，１１９号
【特許文献３】米国特許第８，２２０，６９４号
【特許文献４】欧州特許第１７９６８６５号
【特許文献５】国際公開第２０１２／０９３６８０号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｒ．Ｓ．Ｍｉｓｈｒａ他「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒ５０（２００５）１〜７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、２つのワークの間の連続するシームに沿った摩擦攪拌接合の欠点を低減し、２つのワークの構造を部分的に支持することのできる犠牲材料に対する需要が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の主題は、犠牲材料を有する金床を用いて２つのワークを摩擦攪拌接合する装置、システム、方法を提供することにある。本方法は、回転可能なピン（例えばＦＳＷ工具）を有するＦＳＷ機械を提供し、２つのワークを並置して接合部を形成するステップを含む。本方法はまた、犠牲材料が接合部の上に来てＦＳＷ工程中に少なくとも１つのワークの支持を提供するように、犠牲材料を有する金床を、接合部の背面（例えばＦＳＷ工具とは反対の側）に沿って配置するステップを含む。ワークと金床を所定の位置に一旦配置すると、ＦＳＷピンを回転させ、接合部に挿入し、接合部に沿って移動させ、２つのワークと犠牲材料の少なくとも部分を接合するＦＳＷ溶接を形成する。本方法は、ＦＳＷピンを溶接から取り出すことで終了する。
【００１６】
本発明はまた、２つのワークを接合するための犠牲金床を提供する。犠牲金床は、溝及び／又はリッジ（ridge）とその溝及び／又はリッジに配置される犠牲材料とを有するベース部を含む。ベース部の組成と犠牲材料の組成は異なっている。ある実施形態において、犠牲材料はベース部から分離可能である。ＦＳＷ工程を用いて、犠牲材料を２つのワークに溶接することができる。
【００１７】
本発明の種々な目的、特徴、態様及び利点は、添付の図面を伴う本発明の好適な実施形態の以下の詳細な記述からより明白となるであろう。図中、同様の番号は同様のコンポーネントを示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、犠牲材料を有する金床を用いて２つのワークを摩擦攪拌接合する方法である。
【図２Ａ】図２Ａは、２つのパイプセグメントを接合して突合せ継手を形成する進行図であり、金床を突合せ継手の背面に配置している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、２つのパイプセグメントを接合して突合せ継手を形成する進行図であり、金床を突合せ継手の背面に配置している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、２つのパイプセグメントを接合して突合せ継手を形成する進行図であり、金床を突合せ継手の背面に配置している。
【図３Ａ】図３Ａはリッジとリッジに配置した犠牲材料とを有する金床の、一実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの金床の詳細図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、リッジとリッジに配置した犠牲材料とを有する金床の、別の実施形態の詳細図である。
【図４Ａ】図４Ａは、溝と溝に配置した犠牲材料とを有する金床の、一実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの金床の詳細図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、溝と溝に配置した犠牲材料とを有する金床の、別の実施形態の詳細図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、溝と溝に配置した犠牲材料とを有する金床の、別の実施形態の詳細図である。
【図５】図５は、非犠牲材料層と犠牲材料層とを有する円筒状の金床の、一実施形態の斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、平坦な金床を用いて２つの平坦なワークを摩擦攪拌接合する例示的構成の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、円筒状の金床を用いて２つの円筒状のワークを摩擦攪拌接合する例示的構成の斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、摩擦攪拌接合工具と犠牲材料を有する金床とによって形成されたシームの斜視図である。
【図７Ｂ】７Ｂは、摩擦攪拌接合工具と犠牲材料を有する金床とによって形成されたシームの斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、摩擦攪拌接合工具と金床とによって形成されたシームの斜視図であり、ピンが金床の犠牲材料を貫通している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、摩擦攪拌接合工具と金床とによって形成されたシームの断面図であり、ピンが金床の犠牲材料を貫通している。
【図８Ｃ】図８Ｃは、２つのワークと犠牲材料とを接合する溶接部の斜視図である。
【図９】図９は、溝と溝に配置した犠牲材料とを有するベース部を備える金床の、一実施形態の斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、犠牲材料を内部に配置した金床部を有する蓋の、様々な実施形態の断面図である。ＦＳＷ工程を通じて、犠牲材料を用いて、容器に蓋を密閉する溶接部を形成する。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、犠牲材料を内部に配置した金床部を有する蓋の、様々な実施形態の断面図である。ＦＳＷ工程を通じて、犠牲材料を用いて、容器に蓋を密閉する溶接部を形成する。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、犠牲材料を内部に配置した金床部を有する蓋の、様々な実施形態の断面図である。ＦＳＷ工程を通じて、犠牲材料を用いて、容器に蓋を密閉する溶接部を形成する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の説明では、本発明の多くの例示的実施形態を示す。各実施形態は発明要素の単一の組み合わせを示すが、本発明は、ここに開示された要素の可能な組み合わせ全てを含むものと理解される。従って、１つの実施形態が要素Ａ、Ｂ、Ｃを含み、第２の実施形態が要素Ｂ、Ｄを含む場合には、本発明は、明示的な開示がなくとも、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのその他の組み合わせを含むものと斟酌される。
【００２０】
開示の技術により、摩擦攪拌接合用の、向上した方法および装置を含む、多くの有利な技術的効果が提供されることが理解されよう。
【００２１】
図１は、犠牲材料を有する金床を用いて２つのワークを摩擦攪拌接合する方法１００のフローチャートを示す。ステップ１０１では、回転可能なピンを備えるＦＳＷ機械を提供する。ステップ１０３は、２つのワークを並置して接合部を形成することを含む。ステップ１０５では、接合部の背面に金床を配置することを含む。金床は犠牲材料を有している。ステップ１０７において、ＦＳＷピンを回転させ、ステップ１０９では、ピンを接合部に挿入する。ステップ１１１は、ＦＳＷピンを接合部に沿って移動させ、シームを形成することを含む。シームは、２つのワークと金床の犠牲材料とを接合する溶接部を含む（ステップ１１５）。ステップ１１３では、シームからＦＳＷピンを取り出す。全てのステップを、図１に示す順序通りに実行する必要はない。
【００２２】
方法１００は、ステップ１１１で形成したシームの背面から、例えば切削工具又はそぎ継工具を用いて、犠牲材料の一部を除去するステップを追加で含んでいてもよい。
【００２３】
ステップ１０１に関して、ＦＳＷ装置及び工具用の多数の構成が当分野で知られている。ステップ１０１は、ユーザが必要とする条件下で溶接部を作成するのに好適などのようなＦＳＷ機械を含んでいてもよい。ある構成において、ＦＳＷピンは金属合金製であり、円筒形状又は円錐台形状である。ピンの形状、サイズ、組成は、ワークの形状、サイズ、組成、その他の特性に応じて様々なものが用いられる。ある実施形態の他の態様において、ピンはねじ及び／又は縦溝を有していてもよい。
【００２４】
ステップ１０３に関して、ワークは、ＦＳＷ工程に用いるのに好適などのような構成をとってもよい。ワークは平坦であってもよく、円筒状であってもよく、或いは不規則な形状であってもよい。ワークを並置することで形成される接合部は、線形の、湾曲した、或いは蛇行性で重複した経路であってもよい。ある実施形態において、第１のワークと第２のワークとは同様の形状及び寸法である。接合部は、突合せ継手、重ね継手、Ｔ型突合せ継手、及び／又は隅肉溶接を含んでいてもよい。第１のワークと第２のワークとの組成が互いに異なっていてもよい。
【００２５】
ステップ１０５に関して、犠牲材料を有する金床は多数の実施形態が可能である。図２Ａは、第１のパイプセグメントワーク２０３と第２のパイプセグメントワーク２０５との間に配置した円筒状の金床２０１を示す。ステップ１０３及び１０５は、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、ワーク２０３及びワーク２０５を共に金床２０１の上にスライドさせることで実施することができる。或いはステップ１０３及び１０５は、ワーク２０３とワーク２０５とを合わせて配置し、次いでワーク２０３及びワーク２０５の一方に金床２０１を挿入し、第１のワーク２０３と第２のワーク２０５との間の接合部が金床２０１の犠牲材料の上に来るように、ワーク２０３とワーク２０５との間の接合部の裏側に（例えば配管ピグを用いて）金床２０１を配置させることでも実施することができる。
【００２６】
金床２０１は、様々な形状及びサイズをとることができる。例えば金床は、中空又は中実な、円筒形又は矩形であってもよい。ある実施形態において、金床の主要面は無孔である。ある実施形態の一つの態様において、金床の形状及びサイズは、ＦＳＷ工程中にワークの支持を提供するように第１のワークと第２のワークとの接合部の背面の形状に合ったものになっている。金床２０１は、ステップ１１１及び１１５を実行するのに必要な支持構造を提供するのに好適であればどのような組成の材料を含んでいてもよい。ある実施形態において、金床２０１の熱伝導率及び熱キャパシタンスが、ワーク及び／又は犠牲材料の特定の加熱／冷却速度（例えば、一定及び／又は可変の加熱／冷却速度を含んでもよい特定の温度−時間プロフィール）の維持を助けるように、金床２０１の組成が選択される。
【００２７】
金床２０１は犠牲材料を備えている。犠牲材料は、摩擦攪拌接合工程によって溶接可能な材料であり、溶接部の一部を形成する。これを促進するために、金床２０１の犠牲材料は、少なくとも１つのワークの材料特性の一定のパーセント内になる材料特性を有していてもよい。例えば、金床２０１の犠牲材料は、第１のワークの硬度値の１０％、５％又は２％以内の硬度値を有していてもよい。他の材料特性としては、可塑化温度、熱膨張係数、破壊靱性、延性降伏強度、表面仕上げ、反射率、熱伝導率、熱容量が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
一実施形態において、例えば図３Ａに図解するように、犠牲材料３０４を、金床３０１のリッジ３０５に配置することができる。金床３０１は、リッジ３０５を有するベース部３０３を含んでいる。ベース部３０３の化学組成は、リッジ３０５に配置される犠牲材料３０４とは異なっている。ベース部３０３は金床３０１の非犠牲部であり、ワークに溶接することやＦＳＷ工具で溶け込むことは企図されていない。
【００２９】
リッジ３０５は、所望に応じて様々な高さと幅を取ってもよい。図３Ｂにおいて、犠牲材料３０４ｂはリッジ３０５ｂの高さの一部を占めているに過ぎない。図３Ｃに示す別の実施形態では、犠牲材料３０４ｃはリッジ３０５ｃの全高と全幅を占めている。
【００３０】
図３Ｂの犠牲材料３０４ｂは、ベース部３０３ｂの組成と異なっており、リッジ３０５ｂにおいて急に組成が変わるようになっている。しかし図３Ｃでは、犠牲材料３０４ｃの組成は徐々に変化しており、リッジ３０５ｃにおける急な組成変化はない。更に他の実施形態において、ベース部３０３の組成は犠牲材料３０４と同一である。
【００３１】
犠牲材料３０４は、結合材、機械的結合（例えばねじ）、又は犠牲材料３０４をベース部３０３に保持するのに好適なその他のあらゆる結合を介してベース部３０３と結合していてもよい。ベース部３０３及び犠牲材料３０４は別々に製造してから結合して金床３０１を形成してもよい。しかし、金床３０１を単一片として作成してもよい。例えば金床３０１は、粉末混合物を作成し、組成が徐々に変化する部分を含むように粉末混合物を容器内に積み重ね、固相高密度化工程を適用して固体塊を得て、作成することができる。組成が徐々に変化する部分は、固体塊の溝部又はリッジ部とすることができ、犠牲材料としての機能を果たすことができる。
【００３２】
更に他の態様において、犠牲材料３０４はベース部３０３から分離可能である（即ち取り外し可能に結合される）。例えば、犠牲材料３０４とベース部３０３とは、圧入、スナップフィット、雌雄式係止、スロット式係止、弱接着結合、或いはその他のあらゆる取り外し可能な結合機構を介して結合することができる。
【００３３】
別に企図される実施形態において、図４Ａ〜Ｃに示すように、犠牲材料を金床の溝に配置することができる。金床４０１は、溝４０７を有するベース部４０９を含む。溝４０７内には、犠牲材料４０８が配置される。ベース部４０９の化学組成は、犠牲材料４０８とは異なっている。とはいえ、犠牲材料４０８の組成はベース部４０９の組成と類似していてもよい。
【００３４】
溝４０７内の犠牲材料４０８は、様々な量を取りうる。例えば、犠牲材料４０８ｂの量は、図４Ｂに示すように、溝４０７ｂを部分的に充填するものであってもよいし、或いは犠牲材料４０８ｃは、図４Ｃに示すように、溝４０７ｃを完全に充填するものであってもよい。犠牲材料４０８ｄは、図４Ｄに示すように、溝４０７ｄを過充填してもよい。溝４０７ｄを過充填することで、ＦＳＷ工程によって溶接される接合部内に、犠牲材料４０８ｄを押圧することができる。
【００３５】
更に企図される実施形態において、図５に示すように、犠牲材料は金床５０１の分離可能外層５１１であってもよい。本実施形態において、分離可能外層５１１の組成はベース部５０２の組成と同一であってもよいし異なっていてもよい。その上更に、分離可能外層５１１は、犠牲材料製の部分（例えば溝又はリッジ）を有していてもよいし、或いは完全に一種類の犠牲材料のみで構成されていてもよい。追加で、分離可能外層５１１をベース部５０２に機械的に結合又は接合することができる。例えば分離可能外層５１１は、分離可能外層５１１とベース部５０２とを結合するボルトを含んでいてもよい。犠牲材料層５１１が２つのワークに溶接されると、分離可能外層５１１からベース部５０２を取り外しできるように、ボルトを外してもよい。
【００３６】
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、図１におけるステップ１０１〜１０５の例を示す。回転可能なピン６０３を備えるＦＳＷ機械６０２が、第１のワーク６０５及び第２のワーク６０７に沿って提供されている。上述したように、図６Ａに示すような平坦な矩形のワーク、図６Ｂに示すような円筒形のワーク等、ワークは様々な形状をとることができる。また、犠牲材料６０８を含む金床６０１は、第１のワーク６０５及び第２のワーク６０７に沿った接合部６０６の背面側に示されている。
【００３７】
企図される実施形態において、ピン６０３を接合部に沿って移動させて、摩擦攪拌接合によってシームを形成する。ステップ１０７〜１０９の図解を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、回転可能なピン７０２を備える機械でピン７０２を回転させ、挿入し、接合部７０６に沿って移動させて、シーム７０９を作成する。犠牲材料を有する金床７０１は、接合部７０６の背面に配置される。第１のワーク７０５と第２のワーク７０７との接合部７０６に沿って、シーム７０９が形成される。シーム７０９は、第１のワーク７０５の材料、第２のワーク７０７の材料、金床７０１の犠牲材料から形成される溶接部を含む。
【００３８】
図８Ａ〜Ｃは、第１のワークの材料、第２のワークの材料、金床の犠牲材料を含むシームの例を示す。図８Ａは、第１のワーク８０５と第２のワーク８０７とをシーム８０９で摩擦攪拌接合する回転可能なピン８０２を備えたＦＳＷ機械の斜視図を例示する。金床８０１は、シーム８０９の背面に置かれる犠牲材料を有している。図８Ｂは、第１のワーク８０５及び第２のワーク８０７を貫通する回転可能なピン８０３と金床８０１の犠牲材料とでＦＳＷ溶接を形成する様子を示す図８Ａの、対象とする領域の断面図である。図８Ｃは、ピン８０３を第１のワーク８０５と第２のワーク８０７との間の接合部に沿って移動させて形成したシーム８０９の斜視図を示す。シーム８０９の組成は、第１のワーク８０５及び第２のワーク８０７のパーセントや、金床８０１の犠牲材料に対して、さまざまなものを取りうる。
【００３９】
図１の方法１００におけるステップ１１３に関して、様々な方法を用いてピンを取り出すことができる。ある方法では、接合部／シームから単にピンを引き抜くステップを含む。別の方法では、ワーク上かつピン前に傾斜面（例えば楔）を配置し、傾斜面を上るようにピンを移動させる（そしてシームから外に出す）ステップを含む。
【００４０】
図９は、犠牲金床１００１の代表的実施形態を示す。犠牲金床１００１は、ベース部１００５と溝１００３とを含む。上述したように、犠牲材料を溝１００３内に配置することができる。その上更に、ベース部１００５の組成は、犠牲材料の組成と同一であってもよいし、異なっていてもよい。ある実施形態において、犠牲材料の組成は金属合金である。ある実施形態の他の態様において、犠牲材料の組成は、第１のワーク及び第２のワークの少なくとも１つの組成に実質的に類似していてもよい。
【００４１】
金床（例えばベース部及び犠牲材料）の機械特性は、ＦＳＷ溶接を形成するのに必要な特性を提供するように構成し選択することができる。例えば犠牲材料の硬度値は、第１のワークの硬度値の１０％、５％、又は２％以内となるように選択することができる。またベース部は、接合部の背面の形状に合った形状を取り、ＦＳＷピンがワークの接合部を貫通したときに支持構造を提供する組成を取ることができる。
【００４２】
ある実施形態の他の態様において、ＦＳＷ工程中に力と支持とを追加でワークに提供するように、金床を液圧プレスと連結させることができる。金床の犠牲材料をワークの接合部の背面に対して配置するとき、液圧プレスの力は、犠牲材料を接合部内に押圧するのに十分な大きさとすることができる。ワーク厚におけるばらつき又はＦＳＷ工具における力の変化が原因で、ＦＳＷ工程中に溶け込み不良（ＬＯＰ）が生じるとき、上記のようにして犠牲材料を用いることで、ＬＯＰ領域においてより強いシームが作り出される。
【００４３】
図１０Ａ〜Ｃにおいて、本発明の別の態様は、摩擦攪拌接合を用いて溶接することが可能な第１のワーク１１０１及び第２のワーク１１０３を含む。本実施形態において、第１のワーク１１０１の部分は、金床１１０５として機能を果たし、犠牲材料１１０４を有している。第１のワーク１１０１は蓋であり、第２のワーク１１０３は密封される容器である。このような実施形態では、物質（例えば放射性廃棄物）を第２のワーク１１０３の空洞１１０７内に封入することができる。金床１１０５は、第２のワーク１１０３の中に収まる第１のワーク１１０１の部分であり、接合部１１０９の背面の支持を提供する。
【００４４】
上述したように、金床１１０５はリッジ又は溝を含むことができ、犠牲材料がリッジ又は溝内に配置されてもよい。リッジ／溝に対する組成の変化は、前述したように様々なものを取りうる。犠牲材料１１０４のサイズと領域は、図１０Ａ〜１０Ｃそれぞれにおける犠牲材料１１０４ａ、１１０４ｂ、１１０４ｃに例証されるように、その用途に応じて様々な値をとることができる。
【００４５】
第１のワーク１１０１と第２のワーク１１０３とを溶接する際に、金床１１０５は空洞１１０７内に残ることが理解されよう。
【００４６】
ある実施形態において、本発明のある実施形態を記載しクレームするのに使用される、成分の量・濃度等の特性・反応条件等を表す数字は、ある場合には「約」の語によって変更されることが理解されよう。従って、ある実施形態において、明細書及び付属の請求項において記載される数値パラメーターは、特定の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わりうる近似値である。ある実施形態における数値パラメーターは、報告された有効数字の数に照らし、通常の丸め技術を適用することで解釈されるべきものである。本発明のある実施形態の広い範囲を記載している数値範囲及び数値パラメーターは近似値であるが、具体例に記載される数値は実施可能なものとしてできるだけ正確に報告されている。本発明のある実施形態において提示される数値は、それぞれのテスト測定において見つかった標準偏差から必然的に由来する一定の誤差を含みうる。
【００４７】
本明細書とそれに続く請求の範囲で用いられているように、特に文脈で明示されない限り、「a」、「an」、「the」の意味は複数参照を含むものである。また、本明細書で用いられているように、特に文脈で明示されない限り、「in」の意味には「in」と「on」とが含まれる。
【００４８】
本明細書における数値範囲の記載は、単に、その範囲内に含まれる個々の値を個別に記載する方法の簡略化に過ぎない。特に明記されない限り、各値は、あたかもそれが個別的に記載されているかのように、本明細書に組み込まれる。特に明記されない限りまたは特に文脈から矛盾しない限り、本明細書に記載する全ての方法は、任意の適切な順序で行うことができる。ここでのある実施形態に関して提供されるすべての具体例、又は例示的な文言（例えば、「等（such as）」）の使用は、本発明をよりよく例示することを単に意図しているのであって、請求されている本発明の範囲を限定するものではない。明細書中の表現は、本発明の実施に必須である、クレームされない要素を示すものと解釈されてはならない。
【００４９】
本明細書に開示される代替要素のグループ又は本発明の実施形態は、限定と解釈されてはならない。各グループ要素は個々に参照されクレームされることができ、或いは他のグループ要素又は本明細書に記載される他の要素とのいかなる組み合わせとして参照されクレームされるものである。利便性及び／又は特許性の理由からグループの１つ以上の要素をグループに追加又はグループから削除することができる。そのような追加又は削除があるときは、明細書は変更後のグループを含むものとし、従って付属の請求項において用いられる全てのマーカッシュグループの記載を満たすものとする。
【００５０】
本明細書で用いる「に連結した（coupled to）」の語は、特に文脈で示されない限り、直接的連結（２つの要素が互いに接触して互いに連結する）と、間接的連結（少なくとも１つの追加的要素が２つの要素の間に位置する）との両方を含むことを意図している。従って、用語「に連結した（coupled to）」と「と連結した（coupled with）」とは、同義的に用いられる。
【００５１】
特に明記されない限り、ここに記載したすべての範囲は、それらのエンドポイントをすべて含むものと解釈されるべきであり、制限の無い範囲は商業的に実用的な値を含むものと解釈されるべきである。同様に、すべての値のリストは、特に明記されない限り、それらの中間値を含むものと解釈されなければならない。
【００５２】
当業者は、ここに開示した本発明の概念から逸脱することなく、上述したもの以外のその他多くの改変が可能であることを理解するであろう。従って、本発明は、添付の請求項の範囲以外に限定されるものではない。更に、明細書と請求項との解釈において、すべての用語は、文脈と矛盾しない限りにおいて最も広く解釈されるべきものである。特に、用語「comprises」や「comprising」は、要素、コンポーネント、ステップを非排他的に記載するものであって、それらの記載された要素、コンポーネント、ステップが、明示的には記載されていない、その他の、要素、コンポーネント、ステップと組み合わせて、存在、若しくは利用、又は組み合わせ可能であることを示している。明細書、請求項が、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・Ｎから成るグループから選択される少なくとも１つの何かについて言及している場合、テキストは、そのグループからの１つの要素のみを要件とするものであって、ＡとＮや、ＢとＮ、等といったものを要件とするものでないと解釈されなければならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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