(57)【要約】【課題】摩擦撹拌接合工具や接合部分の酸化等を防止する。【解決手段】母材３０の表面に低融点金属４０を設置し、回転している摩擦撹拌接合工具１０のピン１２を、低融点金属４０に差し込んでから母材３０に差し込んでいき、低融点金属４０を溶融すると共に母材３０を溶融して摩擦撹拌接合する。溶融した低融点金属４０は、表面張力により摩擦撹拌接合工具１０の周囲及び母材３０に付着したままで、摩擦撹拌接合工具１０の移動と共に移動していくため、工具の周囲及び接合部分は、溶融した低融点金属４０に覆われて液体２１に接触せず、酸化から防止される。【選択図】図１
2013049060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させつつ、前記ピンを被接合物に差し込み、
その後、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていく摩擦撹拌接合施工方法において、
前記被接合物の表面のうち前記ピンが最初に差し込まれる部分に、前記被接合物の融点よりも低融点の低融点金属を設置し、
前記ピンを前記被接合物に差し込んでいく際には、回転している前記ピンを前記低融点金属に差し込んでから、前記被接合物に差し込んでいき、
その後は、摩擦熱により溶融した前記低融点金属を、表面張力により前記摩擦撹拌接合工具の周囲及び前記被接合物の表面に付着させたままで、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていくことを特徴とする摩擦撹拌接合施工方法。
【請求項２】
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させつつ、前記ピンを被接合物に差し込み、
その後、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていく摩擦撹拌接合施工方法において、
前記ピンの周囲に、前記被接合物の融点よりも低融点の低融点金属を設置し、
前記低融点金属が設置された前記ピンを回転させつつ前記被接合物に差し込み、
その後は、摩擦熱により溶融した前記低融点金属を、表面張力により前記摩擦撹拌接合工具の周囲及び前記被接合物の表面に付着させたままで、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていくことを特徴とする摩擦撹拌接合施工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記低融点金属は、すず、はんだ、亜鉛、すず系合金のいずれかであることを特徴とする摩擦撹拌接合施工方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記ピンの周面にはねじ溝が形成されていることを特徴とする摩擦撹拌接合施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合施工方法に関し、摩擦撹拌接合工具や被接合物の接合部分が、酸化したり窒化したりすることを防止するように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）は、回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させながら、ピンを被接合物に差し込み、ピンを被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、回転している摩擦撹拌接合工具を被接合物の表面に沿い横移動させていくことにより、摩擦熱によって軟化した材料を撹拌（塑性流動化）して接合する接合方法である。
この摩擦撹拌接合は、通常の溶融溶接とは異なり、固相での接合が行われるため、金属組織が微細化し機械的特性に優れているという利点を有している。
【０００３】
かかる摩擦撹拌接合は、アルミニウムなどの軽金属材料（融点は約600〜700℃）の接合に多く利用されているが、近年では、鋼材やステンレス鋼やニッケル基合金などのような、高強度材（融点は約1200〜1500℃）の接合にも適用検討が開始されてきている。
【０００４】
また摩擦撹拌接合は、大気中における接合等に適用できる他、液体（液体ナトリウムや水や油など）中に存在する被接合物の接合や、液体中に存在する被接合物に発生した亀裂などを補修する場合にも適用されている。
更には、酸化雰囲気や窒化雰囲気の中での接合にも適用検討が開始されてきている。
【０００５】
ここで、液体中の母材（被接合物）を摩擦撹拌接合する従来技術を、図１０〜図１２を参照しつつ説明する。
【０００６】
図１０〜図１２に示すように、摩擦撹拌接合工具１０は、円柱状の回転ロッド１１の先端面（ショルダ面１４）の中心にピン１２を一体的に備えて構成されている。ピン１２は回転ロッド１１と同軸となって、ショルダ面１４の中心から突出している。ピン１２の周面には、右ねじ溝１３が形成されている。
液槽２０内には液体（水や液体ナトリウムなど）２１が貯留されており、被接合物である母材３０は、液体２１中に浸漬されている。
【０００７】
このように液体２１中に浸漬されている母材３０を、摩擦撹拌接合工具１０により摩擦撹拌接合する手順を説明すると次の通りである。
【０００８】
図１０に示すように、摩擦撹拌接合工具１０を左回転ＲＬさせつつ、ピン１２の先端（下端）を母材３０の表面（上面）に接触させてから下方に押し込んでいく（下降させる）。そうすると、回転しているピン１２と母材３０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により母材３０が軟化して塑性流動材料３１になる。
【０００９】
母材３０のうちピン１２に接している部分やその周囲が軟化して塑性流動材料３１になるため、左回転ＲＬしつつ下方に押し込まれている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２は、図１１に示すように、更に母材３０に差し込まれていく。
【００１０】
このようにして左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２が母材３０に差し込まれていき、ピン１２が母材３０に完全に埋没されてショルダ面１４が母材３０の表面位置に達したら、摩擦撹拌接合工具１０の下降を停止する。これにより、ピン１２の母材３０への差し込み工程が完了する。
【００１１】
ピン１２の母材３０への差し込み工程が完了したら、図１２に示すように、ピン１２を母材３０に差し込んだ状態を維持しつつ、左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく。
このとき、ピン１２と母材３０との間に発生する摩擦熱に、ショルダ面１４と母材３０との間に発生する摩擦熱が加わり、発熱量が急増するため、ピン１２の周囲には塑性流動材料３１が多量に発生する。
【００１２】
軟化した塑性流動材料３１は、ショルダ面１４やピン１２の回転によって撹拌された状態で回転方向に塑性流動する。
また、右ねじ溝１３が形成されたピン１２が左回転ＲＬすることにより、スクリューポンプと同様な作用が発生して、軟化した塑性流動材料３１は、ピン１２の基端側（ショルダ面側）からピン１２の先端側（下端側）に向かって軸方向に塑性流動して撹拌される。
このように、摩擦熱により軟化した塑性流動材料３１（軟化した母材３０）が、回転方向のみならず軸方向にも塑性流動することにより、撹拌力が向上し、接合部分の特に底部の内部欠陥（空洞など）の発生を抑制している。
【００１３】
なお特許文献１には、液中で摩擦撹拌接合をする場合において、接合部分にアルゴンガスなどの非酸化性ガス（シールドガス）を供給することにより、接合部分から液体を排除して、酸化の発生を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２４８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで図１０〜図１２に示すように、液体２１中でＦＳＷ施工する場合には、液体２１中に巻き込んだ空気や液体２１中の残存酸素により、母材３１の接合部分や、摩擦撹拌接合工具１０の特にピン１２やショルダ面１４が、酸化して劣化の原因となるという問題がある。
【００１６】
また、大気中や酸化雰囲気中でＦＳＷ施工する場合には、同様に、母材３１の接合部分や、摩擦撹拌接合工具１０の特にピン１２やショルダ面１４が、酸化して劣化の原因となるという問題がある。
更に、窒化雰囲気中でＦＳＷ施工する場合には、母材３１の接合部分や、摩擦撹拌接合工具１０の特にピン１２やショルダ面１４が、窒化して劣化の原因となるという問題がある。
【００１７】
なお特許文献１に示す技術では、接合部分にアルゴンガスなどの非酸化性ガス（シールドガス）を供給しているため、シールドガスを接合部分に供給する供給構造が必要であるため装置構成が複雑となると共に、シールドガスを使用することによりコストアップを招来してしまうという問題があった。
【００１８】
本発明は、ＦＳＷ施工する場合において被接合物（母材）や工具が酸化したり窒化したりすることを防止して、工具寿命を延ばすと共に高品質なＦＳＷ施工ができるように工夫した、摩擦撹拌接合施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決する本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させつつ、前記ピンを被接合物に差し込み、
その後、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていく摩擦撹拌接合施工方法において、
前記被接合物の表面のうち前記ピンが最初に差し込まれる部分に、前記被接合物の融点よりも低融点の低融点金属を設置し、
前記ピンを前記被接合物に差し込んでいく際には、回転している前記ピンを前記低融点金属に差し込んでから、前記被接合物に差し込んでいき、
その後は、摩擦熱により溶融した前記低融点金属を、表面張力により前記摩擦撹拌接合工具の周囲及び前記被接合物の表面に付着させたままで、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていくことを特徴とする。
【００２０】
また本発明の構成は、
回転ロッドの先端面にピンを備えた摩擦撹拌接合工具を回転させつつ、前記ピンを被接合物に差し込み、
その後、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていく摩擦撹拌接合施工方法において、
前記ピンの周囲に、前記被接合物の融点よりも低融点の低融点金属を設置し、
前記低融点金属が設置された前記ピンを回転させつつ前記被接合物に差し込み、
その後は、摩擦熱により溶融した前記低融点金属を、表面張力により前記摩擦撹拌接合工具の周囲及び前記被接合物の表面に付着させたままで、前記ピンを前記被接合物に差し込んだ状態を維持しつつ、前記摩擦撹拌接合工具を回転させながら前記被接合物の表面に沿い横移動させていくことを特徴とする。
【００２１】
また本発明の構成は、
前記低融点金属は、すず、はんだ、亜鉛、すず系合金のいずれかであることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の構成は、
前記ピンの周面にはねじ溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、摩擦撹拌接合施工方法において、摩擦撹拌接合の際において、摩擦撹拌接合工具の周囲及び被接合物の表面に、溶融した低融点金属を付着させたまま、摩擦撹拌接合工具の横移動をさせていくため、摩擦撹拌接合工具の周囲及び被接合物の接合部分は、溶融した低融点金属により覆われて外部環境と接触しなくなる。このため、摩擦撹拌接合工具や接合部分を、酸化や窒化から防ぐことができ、工具の寿命が延びるとともに接合部分の品質が向上する。
【００２４】
しかも、低融点金属は安価であり、シールドガスは使用しないため、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図３】本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図４】本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図５】本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図６】本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図７】本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図８】本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図９】本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図１０】従来の摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図１１】従来の摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【図１２】従来の摩擦撹拌接合施工方法を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
液体中の母材（被接合物）を摩擦撹拌接合する本発明の実施例１を、図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１〜図３に示すように、摩擦撹拌接合工具１０は、円柱状の回転ロッド１１の先端面（ショルダ面１４）の中心にピン１２を一体的に備えて構成されている。ピン１２は回転ロッド１１と同軸となって、ショルダ面１４の中心から突出している。ピン１２の周面には、右ねじ溝１３が形成されている。
液槽２０内には液体（水や液体ナトリウムなど）２１が貯留されており、被接合物である母材３０は、液体２１中に浸漬されている。
【００２９】
このように液体２１中に浸漬されている母材３０を、摩擦撹拌接合工具１０により摩擦撹拌接合する、実施例１の手順を説明すると次の通りである。
【００３０】
図１に示すように、母材３０の表面のうち、摩擦撹拌接合をするためにピン１２が最初に差し込まれる部分に、低融点金属４０を設置する。本例では、低融点金属４０は、板状を成し、しかも、その面積は摩擦撹拌接合工具１０のショルダ面１４よりも広くなっており、その厚さはピン１２の軸長よりやや薄くなっているが、ピン１２の軸長よりやや厚くなっていてもよい。
この低融点金属４０は、母材３０の融点よりも低融点の金属材である。具体的には、低融点金属４０としては、次の物を採用することができる。
・すず（融点は２３１℃）
・はんだ（融点は１７０〜３００℃）
・亜鉛（融点は４１９℃）
・低融点合金（すず系の合金であり、融点は６０〜２００℃）
・ホワイトメタル（すず系の合金であり、融点は６０〜２００℃）
【００３１】
図１に示すように、摩擦撹拌接合工具１０を左回転ＲＬさせつつ上方から下方に押し込んでいく（下降させる）ことにより、回転しているピン１２を、低融点金属４０に差し込んでから母材３０の表面に差し込んでいく。
そうすると、回転しているピン１２と低融点金属４０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の周囲の低融点金属４０が溶融する。また、回転しているピン１２と母材３０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の先端に接している母材３０の表面部分が軟化して塑性流動材料３１になる。
【００３２】
低融点金属４０のうちピン１２の周囲に接している部分が溶融し、同時に、母材３０のうちピン１２に接している部分やその周囲が軟化して塑性流動材料３１になるため、左回転ＲＬしつつ下方に押し込まれている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２は、図２に示すように、更に母材３０に差し込まれていく。
【００３３】
このようにして左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２が母材３０に差し込まれていき、ピン１２が母材３０に完全に埋没されてショルダ面１４が母材３０の表面位置に達したら、摩擦撹拌接合工具１０の下降を停止する。これにより、ピン１２の母材３０への差し込み工程が完了する。なお、摩擦撹拌接合工具１０の回転は継続している。
【００３４】
このとき、ピン１２と母材３０との間に発生する摩擦熱に、ショルダ面１４と母材３０との間に発生する摩擦熱が加わり、発熱量が急増する。
このようにして発熱量が増すと、図３に示すように、ピン１２の周囲には塑性流動材料３１が多量に発生する。また、低融点金属４０は全体が溶融し、溶融した低融点金属４０は、表面張力の作用により、半球状となって摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着する。
換言すると、溶融した低融点金属４０が、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）、及び、母材３０が溶融して塑性流動材料３１となっている部分（つまり接合部分）を覆っている。
【００３５】
次に、図３に示すように、ピン１２を母材３０に差し込んだ状態を維持しつつ、左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく。
このとき多量に発生した、軟化した塑性流動材料３１は、ショルダ面１４やピン１２の回転によって撹拌された状態で回転方向に塑性流動する。
また、右ねじ溝１３が形成されたピン１２が左回転ＲＬすることにより、スクリューポンプと同様な作用が発生して、軟化した塑性流動材料３１は、ピン１２の基端側（ショルダ面側）からピン１２の先端側（下端側）に向かって軸方向に塑性流動して撹拌される。
このように、摩擦熱により軟化した塑性流動材料３１（軟化した母材３０）が、回転方向のみならず軸方向にも塑性流動することにより、撹拌力が向上し、接合部分の特に底部の内部欠陥（空洞など）の発生を抑制している。
【００３６】
このように摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく場合にも、溶融した低融点金属４０が、表面張力の作用により、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着しつつ、摩擦撹拌接合工具１０と一緒に横移動していく。
【００３７】
この結果、摩擦撹拌接合工具１０の横移動に伴い接合位置が順次移動していっても、接合作業の際には、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び溶融している塑性流動材料３１は、溶融している低融点金属４０で常に覆われており、液体２１に接することはない。
このため、摩擦撹拌接合工具１０や接合部分が、液体２１中に巻き込んだ空気や液体２１中の残存酸素により酸化されることがなくなり、工具寿命が長くなり且つ接合部分の品質が向上する。
【実施例２】
【００３８】
液体中の母材（被接合物）を摩擦撹拌接合する本発明の実施例２を、図４〜図６を参照しつつ説明する。なお実施例１と同一機能を果たす部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
液体２１中に浸漬されている母材３０を、摩擦撹拌接合工具１０により摩擦撹拌接合する、実施例２の手順を説明すると次の通りである。
【００４０】
図４に示すように、摩擦撹拌接合工具１０のピン１２を、予め低融点金属４０に差し込み、ピン１２の周囲に低融点金属４０を設置する。
【００４１】
図５に示すように、ピン１２に低融点金属４０が設置されている摩擦撹拌接合工具１０を、左回転ＲＬさせつつ上方から下方に押し込んでいく（下降させる）ことにより、回転しているピン１２を母材３０の表面に差し込んでいく。
そうすると、回転しているピン１２と低融点金属４０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の周囲の低融点金属４０が溶融する。また、回転しているピン１２と母材３０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の先端や周囲に接している母材３０の表面部分が軟化して塑性流動材料３１になる。
【００４２】
低融点金属４０のうちピン１２の周囲に接している部分が溶融し、同時に、母材３０のうちピン１２に接している部分やその周囲が軟化して塑性流動材料３１になるため、左回転ＲＬしつつ下方に押し込まれている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２は、更に母材３０に差し込まれていく。
【００４３】
このようにして左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２が母材３０に差し込まれていき、ピン１２が母材３０に完全に埋没されてショルダ面１４が母材３０の表面位置に達したら、摩擦撹拌接合工具１０の下降を停止する。これにより、ピン１２の母材３０への差し込み工程が完了する。なお、摩擦撹拌接合工具１０の回転は継続している。
【００４４】
このとき、ピン１２と母材３０との間に発生する摩擦熱に、ショルダ面１４と母材３０との間に発生する摩擦熱が加わり、発熱量が急増する。
このようにして発熱量が増すと、図６に示すように、ピン１２の周囲には塑性流動材料３１が多量に発生する。また、低融点金属４０は全体が溶融し、溶融した低融点金属４０は、表面張力の作用により、半球状となって摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着する。
換言すると、溶融した低融点金属４０が、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）、及び、母材３０が溶融して塑性流動材料３１となっている部分（つまり接合部分）を覆っている。
【００４５】
次に、図６に示すように、ピン１２を母材３０に差し込んだ状態を維持しつつ、左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく。
このとき多量に発生した、軟化した塑性流動材料３１は、ショルダ面１４やピン１２の回転によって撹拌された状態で回転方向に塑性流動する。
また、右ねじ溝１３が形成されたピン１２が左回転ＲＬすることにより、スクリューポンプと同様な作用が発生して、軟化した塑性流動材料３１は、ピン１２の基端側（ショルダ面側）からピン１２の先端側（下端側）に向かって軸方向に塑性流動して撹拌される。
このように、摩擦熱により軟化した塑性流動材料３１（軟化した母材３０）が、回転方向のみならず軸方向にも塑性流動することにより、撹拌力が向上し、接合部分の特に底部の内部欠陥（空洞など）の発生を抑制している。
【００４６】
このように摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく場合にも、溶融した低融点金属４０が、表面張力の作用により、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着しつつ、摩擦撹拌接合工具１０と一緒に横移動していく。
【００４７】
この結果、摩擦撹拌接合工具１０の横移動に伴い接合位置が順次移動していっても、接合作業の際には、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び溶融している塑性流動材料３１は、溶融している低融点金属４０で常に覆われており、液体２１に接することはない。
このため、摩擦撹拌接合工具１０や接合部分が、液体２１中に巻き込んだ空気や液体２１中の残存酸素により酸化されることがなくなり、工具寿命が長くなり且つ接合部分の品質が向上する。
【実施例３】
【００４８】
大気中や酸化雰囲気中や窒化雰囲気中の母材（被接合物）を摩擦撹拌接合する本発明の実施例３を、図７〜図９を参照しつつ説明する。なお実施例１と同一機能を果たす部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４９】
大気中や酸化雰囲気中や窒化雰囲気中に配置されている母材３０を、摩擦撹拌接合工具１０により摩擦撹拌接合する、実施例３の手順を説明すると次の通りである。
【００５０】
図７に示すように、摩擦撹拌接合工具１０のピン１２を、予め低融点金属４０に差し込み、ピン１２の周囲に低融点金属４０を設置する。
【００５１】
図８に示すように、ピン１２に低融点金属４０が設置されている摩擦撹拌接合工具１０を、左回転ＲＬさせつつ上方から下方に押し込んでいく（下降させる）ことにより、回転しているピン１２を母材３０の表面に差し込んでいく。
そうすると、回転しているピン１２と低融点金属４０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の周囲の低融点金属４０が溶融する。また、回転しているピン１２と母材３０との間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、ピン１２の先端や周囲に接している母材３０の表面部分が軟化して塑性流動材料３１になる。
【００５２】
低融点金属４０のうちピン１２の周囲に接している部分が溶融し、同時に、母材３０のうちピン１２に接している部分やその周囲が軟化して塑性流動材料３１になるため、左回転ＲＬしつつ下方に押し込まれている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２は、更に母材３０に差し込まれていく。
【００５３】
このようにして左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０のピン１２が母材３０に差し込まれていき、ピン１２が母材３０に完全に埋没されてショルダ面１４が母材３０の表面位置に達したら、摩擦撹拌接合工具１０の下降を停止する。これにより、ピン１２の母材３０への差し込み工程が完了する。なお、摩擦撹拌接合工具１０の回転は継続している。
【００５４】
このとき、ピン１２と母材３０との間に発生する摩擦熱に、ショルダ面１４と母材３０との間に発生する摩擦熱が加わり、発熱量が急増する。
このようにして発熱量が増すと、図９に示すように、ピン１２の周囲には塑性流動材料３１が多量に発生する。また、低融点金属４０は全体が溶融し、溶融した低融点金属４０は、表面張力の作用により、半球状となって摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着する。
換言すると、溶融した低融点金属４０が、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）、及び、母材３０が溶融して塑性流動材料３１となっている部分（つまり接合部分）を覆っている。
【００５５】
次に、図９に示すように、ピン１２を母材３０に差し込んだ状態を維持しつつ、左回転ＲＬしている摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく。
このとき多量に発生した、軟化した塑性流動材料３１は、ショルダ面１４やピン１２の回転によって撹拌された状態で回転方向に塑性流動する。
また、右ねじ溝１３が形成されたピン１２が左回転ＲＬすることにより、スクリューポンプと同様な作用が発生して、軟化した塑性流動材料３１は、ピン１２の基端側（ショルダ面側）からピン１２の先端側（下端側）に向かって軸方向に塑性流動して撹拌される。
このように、摩擦熱により軟化した塑性流動材料３１（軟化した母材３０）が、回転方向のみならず軸方向にも塑性流動することにより、撹拌力が向上し、接合部分の特に底部の内部欠陥（空洞など）の発生を抑制している。
【００５６】
このように摩擦撹拌接合工具１０を母材３０の表面に沿い横移動させていく場合にも、溶融した低融点金属４０が、表面張力の作用により、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び母材３０の表面に付着しつつ、摩擦撹拌接合工具１０と一緒に横移動していく。
【００５７】
この結果、摩擦撹拌接合工具１０の横移動に伴い接合位置が順次移動していっても、接合作業の際には、摩擦撹拌接合工具１０の周囲（特にショルダ面１４の周囲）及び溶融している塑性流動材料３１は、溶融している低融点金属４０で常に覆われており、大気や酸化雰囲気や窒化雰囲気に接することはない。
このため、摩擦撹拌接合工具１０や接合部分が、大気や酸化雰囲気に含まれている酸素により酸化されたり、窒化雰囲気に含まれている窒素により窒化されたりすることがなくなり、工具寿命が長くなり且つ接合部分の品質が向上する。
【００５８】
なお、大気中や酸化雰囲気中や窒化雰囲気中で母材（被接合物）を摩擦撹拌接合する場合においても、実施例１と同様に、母材３０上に低融点金属４０を配置しておき、ピン１２を母材３０に差し込んでいく際には、回転しているピン１２を低融点金属４０に差し込んでから母材３０に差し込んでいって、摩擦撹拌接合をすることもできる。
【００５９】
なお上記の各実施例では、ピン１２の周面に右ねじ溝１３が形成されていたが、ピン１２の周面に左ねじ溝を形成して、摩擦撹拌接合工具を右回転しつつ被接合物に差し込んでいくようにしてもよい。
また、ピン１２にねじ溝を形成していない場合であっても、本願発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  摩擦撹拌接合工具
１１  回転ロッド
１２  ピン
１３  右ねじ溝
１４  ショルダ面
２０  液槽
２１  液体
３０  母材（被接合物）
３１  塑性流動材料
４０  低融点金属
【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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