接合方法及び蓋付構造体の製造方法
【課題】一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高めることが可能な接合方法を提供することを課題とする。
【解決手段】一対の板状の金属部材１ａ，１ｂを突き合わせて接合する接合方法であって、金属部材１ｂの端面と、金属部材１ａの裏面１２ａとを突き合わせて突合部Ｊ１を形成する突合工程と、突合部Ｊ１に対して金属部材１ａ，１ｂの内隅から溶接を行う溶接工程と、金属部材１ａの表面１１ａ側から回転ツールＧを挿入して突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】一対の板状の金属部材１ａ，１ｂを突き合わせて接合する接合方法であって、金属部材１ｂの端面と、金属部材１ａの裏面１２ａとを突き合わせて突合部Ｊ１を形成する突合工程と、突合部Ｊ１に対して金属部材１ａ，１ｂの内隅から溶接を行う溶接工程と、金属部材１ａの表面１１ａ側から回転ツールＧを挿入して突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した接合方法及び蓋付構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミニウム製の真空チャンバを摩擦攪拌接合によって製造する方法が開示されている。図２１は、従来の真空チャンバの製造方法を段階的に示した正面図である。図２１の（ａ）に示すように、従来の真空チャンバの製造方法は、まず、対向する金属部材１０１，１０１の端部に段差１０２，１０２を形成し、段差１０２，１０２同士を突き合わせて、図２１の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を形成する。そして、回転ツールを金属部材１０１に押し込んで突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行うことで一体化することができる。突合部Ｊ１には、塑性流動した金属部材が硬化して塑性化領域Ｗが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３００４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の真空チャンバの製造方法によると、図２１の（ｂ）に示すように、塑性化領域Ｗが熱収縮するため、一方の金属部材１０１が反ってしまうという問題があった。また、熱収縮に起因して、金属部材１０１，１０１の内隅に欠損（Kissing Bond）Ｅが形成される可能性があった。従来の製造方法で形成された構造体は、構造上の問題はないが、接合部の水密性及び気密性を高めるための対策が必要になる場合がある。
【０００６】
ここで、例えば、金属部材１０１，１０１の内側（内側の隅部）から摩擦攪拌接合を行えば、水密性及び気密性を高めることができると考えられる。しかし、筒状の構造体の内隅から摩擦攪拌接合をする場合など、接合する金属部材同士の突き合わせの形態によっては、摩擦攪拌装置の取り合い等により回転ツールを適切に可動させることが困難となり接合作業が煩雑になるという問題があった。
【０００７】
このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高めることが可能な接合方法及び蓋付構造体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、一対の板状の金属部材を突き合わせて接合する接合方法であって、少なくとも一方の前記金属部材の端面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせて突合部を形成する突合工程と、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、他方の前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入して前記突合部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、一対の金属部材の内隅側及び外側から入熱されそれぞれ熱収縮が発生するため、金属部材の反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、一対の金属部材の内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、溶接工程を先に行うと、金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。一方、摩擦攪拌工程を先に行うと、一対の金属部材の内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。
【００１０】
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、一方の前記金属部材の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記第一端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第三端面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第二端面と他方の前記金属部材の前記第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、一方の前記金属部材の端面に凹部及び凸部のいずれか一方を形成し、他方の前記金属部材の裏面に凹部及び凸部のいずれか他方を形成し、前記突合工程では、前記凹部と前記凸部とを係合させて突合部を形成することが好ましい。
かかる接合方法によれば、金属部材同士の位置合わせを容易に行うことができる。
【００１１】
また、前記溶接工程では、前記内隅に現れる突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝に溶接金属を充填させることで溶接作業を容易に行うことができる。
【００１２】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、仮接合によって金属部材同士を仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業性を高めることができる。
【００１３】
また、前記突合部の両脇に一対のタブ材を配置して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一対の金属部材の外部に設けることができるため、製品の品質を高めることができる。
【００１４】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを押し込む際の摩擦抵抗を低減することができる。
【００１５】
また、本発明は、筒状を呈する構造体と前記構造体の開口を覆う蓋板とを有する蓋付構造体の製造方法であって、少なくとも前記構造体の開口側の端面に前記蓋板の裏面を突き合わせて突合部を形成する突合工程と、前記構造体の裏面と、前記蓋板の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、前記突合部に対して前記蓋板の表面側から回転ツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
かかる製造方法によれば、蓋付構造体の内隅側及び外側から入熱されそれぞれ熱収縮が発生するため、蓋板の反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、蓋付構造体の内隅に摩擦攪拌接合を施す場合と比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、溶接工程を先に行うと、構造体と蓋板とを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。一方、摩擦攪拌接合を先に行うと、構造体の内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。
【００１７】
また、前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面と前記蓋板の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、前記構造体の裏面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、前記構造体の開口側の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、前記構造体の前記第一端面と前記蓋板の第二裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第三端面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第二端面と前記蓋板の第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面及び前記蓋板の裏面のいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成された凹部とを係合させて突合部を形成することが好ましい。
かかる製造方法によれば、構造体と蓋板との位置合わせを容易に行うことができる。
【００１８】
また、前記溶接工程では、前記内隅に現れる前記突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することが好ましい。かかる製造方法によれば、凹溝に溶接金属を充填することで溶接作業を容易に行うことができる。
【００１９】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、仮接合によって構造体と蓋板とを仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業性を高めることができる。
【００２０】
また、前記構造体にタブ材を添設して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を蓋付構造体の外部に設けることができるため、構造体の品質を高めることができる。
【００２１】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、回転ツールを押し込む際の摩擦抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法及び蓋付構造体の製造方法は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部の気密性及び水密性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第一実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、第一実施形態に係る金属部材を示した斜視図であって、（ｂ）は、第一実施形態に係る金属部材及びタブ材を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、仮接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、本接合用回転ツールを示した側面図である。
【図４】第一実施形態に係る接合方法の溶接工程を示した断面図である。
【図５】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は、タブ材配置工程を示した平面図、（ｂ）は、仮接合工程を示した斜視図である。
【図６】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は、本接合工程を示した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図８】第一変形例に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は突合工程の後の状態を示す。
【図９】第三実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１０】第二変形例に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図１１】第四実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１２】第五実施形態に係る蓋付構造体の分解斜視図である。
【図１３】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程、（ｂ）は、溶接工程を示す。
【図１４】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した平面図であって、（ａ）は、タブ材配置工程、（ｂ）は、仮接合工程を示す。
【図１５】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法の本接合工程を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。
【図１６】第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１７】第三変形例に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図１８】第七実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１９】第四変形例に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図２０】第八実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図２１】従来の真空チャンバの製造方法を段階的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法について図面を用いて詳細に説明する。第一実施形態では、図１に示すように、正面視矩形の筒状を呈する構造体１を形成する際に、一対の金属部材を垂直に接合する場合を例示する。なお、説明における上下左右前後は、図１の矢印にしたがう。また、構造体１の内部を内側、外部を外側とする。
【００２５】
図１に示すように、構造体１は、四枚の板状の金属部材（１ａ〜１ｄ）をそれぞれ突き合わせた後に、回転ツールを用いて摩擦攪拌接合によって一体形成される。構造体１は、例えば、半導体製造装置用の真空チャンバとして用いられる。金属部材１ａと金属部材１ｂは、正面視して垂直に突き合わされており、金属部材１ａの表面（上面）側から摩擦攪拌を行って接合されている。同様の工程を構造体１の四隅に施すことで、構造体１が形成される。以下の説明では、四枚の金属部材のうち金属部材１ａ，１ｂの接合方法について説明する。
【００２６】
まず、図２を用いて、接合すべき金属部材１ａ，１ｂを詳細に説明するとともに、この金属部材１ａ，１ｂを接合する際に用いられる第一タブ材２、第二タブ材３を詳細に説明する。
【００２７】
図２の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂは、断面視矩形を呈する板状部材であって、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、金属部材１ａ及び金属部材１ｂを、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１ａ及び金属部材１ｂの板厚は、同一の厚さｔとなっている。金属部材１ａの裏面１２ａの左端に、金属部材１ｂの端面１３ｂが垂直に突き合わされる。金属部材１ａ，１ｂが突き合わされた部分には突合部Ｊ１が形成される。金属部材１ａの端面１３ａと、金属部材１ｂの表面１１ｂとは面一になる。金属部材１ａの裏面１２ａと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成される内側の角部を内隅という。金属部材１ｂの端面１３ｂの内側（右端）には、断面視矩形の切欠き部１２ｅが金属部材１ｂの長手方向に亘って連続して形成されている。なお、切欠き部１２ｅの形状は、断面視矩形に限定されるものではない。
【００２８】
図２の（ｂ）に示すように、第一タブ材２及び第二タブ材３は、金属部材１ａ，１ｂの突合部Ｊ１をその長手方向両端側から挟むように配置されるものであって、それぞれ金属部材１ａ，１ｂに添設され、金属部材１ａ，１ｂの前面及び背面に現れる継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２及び第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材１ａ，１ｂと同一組成の金属材料で形成している。第一タブ材２及び第二タブ材３の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を金属部材１ａ，１ｂの厚さ寸法よりも大きくしている。金属部材１ａの表面１１ａと、第一タブ材２の表面２ａ及び第二タブ材３の表面３ａとはそれぞれ面一に形成している。また、金属部材１ａの端面１３ａ（金属部材１ｂの表面１１ｂ）と、第一タブ材２の表面２ｂ及び第二タブ材３の表面３ｂとはそれぞれ面一になる。
【００２９】
次に、図３を参照して、仮接合工程で用いる小型の回転ツール（以下、「仮接合用回転ツールＦ」という。）及び本接合工程で用いる大型の回転ツール（以下、「本接合用回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００３０】
図３の（ａ）に示す仮接合用回転ツールＦは、工具鋼など金属部材１ａ，１ｂよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＦの寸法・形状は、金属部材１ａ，１ｂの材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する本接合用回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００３１】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００３２】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、金属部材１ｂの厚さｔ（図２の（ａ）参照）の３〜１５％とすることが望ましいが、少なくとも、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢよりも小さくすることが望ましい。
【００３３】
図３の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＧは、工具鋼など金属部材１ａ，１ｂよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００３４】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、仮接合用回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、金属部材１ａ厚さｔの１／２以上３／４以下となるように設定することが望ましい。
【００３５】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法では、（１）準備工程、（２）溶接工程、（３）予備工程、（４）摩擦攪拌工程を行う。
【００３６】
（１）準備工程
準備工程では、金属部材１ａ，１ｂに対して脱脂処理を行う脱脂工程と、金属部材１ａと金属部材１ｂとを突き合わせる突合工程とを含む。
【００３７】
脱脂工程では、金属部材１ａ，１ｂ、第一タブ材２及び第二タブ材３を脱脂処理液内に浸けて、各部材が突き合わされる面に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。脱脂工程は、少なくとも各部材が突き合わされる面に対して処理を行えばよいが、突合せ面に隣接する面に対して脱脂処理を行ってもよい。
【００３８】
突合工程では、図２の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂの端部同士を垂直に突き合わせる。本実施形態では、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に、金属部材１ｂの端面１３ｂを突き合わせる。金属部材１ａの端面１３ａを、金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にする。金属部材１ａ，１ｂが突き合わされた部分に突合部Ｊ１が形成される。また、金属部材１ａの裏面１２ａと、金属部材１ｂの切欠き部１２ｅとで凹溝２１が形成される。凹溝２１は、金属部材１ａ，１ｂの長手方向に亘って形成される。
【００３９】
（２）溶接工程
溶接工程では、図４に示すように、凹溝２１に対して溶接を行って、金属部材１ａ，１ｂを接合する。溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ１に沿って溶接金属Ｔ１を形成する。肉盛溶接は、金属部材１ｂの裏面１２ｂから溶接金属Ｔ１が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する摩擦攪拌工程を行う際に、突合部Ｊ１の内側に欠損（Kissing Bond）が形成されることを防止することができるとともに、金属部材１ａ，１ｂを仮付けすることができる。なお、溶接金属Ｔ１のうち、金属部材１ｂの裏面１２ｂから突出する部分は、切削して平滑に形成することが好ましい。
【００４０】
なお、金属部材１ａの裏面１２ａに切欠き部（図示省略）を形成して、当該切欠き部と金属部材１ｂとで形成される凹溝に溶接金属を充填させてもよい。また、本実施形態では、金属部材１ｂに切欠き部１２ｅを設け、凹溝２１に対して溶接を行ったが、凹溝２１を必ずしも設ける必要はない。金属部材１ａ，１ｂの内側の角部（内隅）に対して直接溶接を行ってもよい。溶接は、突合部Ｊ１の長手方向に連続して行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
【００４１】
（３）予備工程
予備工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ１に対して仮接合を行う仮接合工程と、タブ材に下穴を形成する下穴形成工程と、を含む。
【００４２】
タブ材配置工程では、図２の（ｂ）及び図５の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂの突合部Ｊ１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面を金属部材１ａ，１ｂに当接させるとともに、突合部Ｊ１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面を金属部材１ａ，１ｂに当接させる。このとき、第一タブ材２の表面２ａと第二タブ材３の表面３ａを金属部材１ａの表面１１ａと面一にするとともに、第一タブ材２の表面２ｂと第二タブ材３の表面３ｂを金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にする。また、タブ材配置工程では、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２とを溶接して接合し、金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３とを溶接して接合する。
【００４３】
仮接合工程では、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１に沿って仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一タブ材２の表面２ｂに、突合部Ｊ１の延長線上に始点ｓ１を設定する。また、第二タブ材３の表面３ｂに、突合部Ｊ１の延長線上に終点ｅ１を設定する。仮接合工程では、左回転させた仮接合用回転ツールＦを始点ｓ１に押し込み、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２ｂに接触したら、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ仮接合工程の終点ｅ１に向けて相対移動させる。仮接合用回転ツールＦが終点ｅ１に達したら、仮接合用回転ツールＦを離脱させる。仮接合工程によって、仮接合用回転ツールＦの移動軌跡に塑性化領域ｗ１が形成される。
【００４４】
仮接合用回転ツールＦが金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２との突合部Ｊ２、金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３との突合部Ｊ３を横切る際に、金属部材１ａ，１ｂと各タブ材を引き離そうとする力が作用するが、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３とを溶接により接合しているので、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３との間の目開きを防止することができる。
【００４５】
なお、仮接工程を行う際に、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２との突合部Ｊ２及び金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って、仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３とをより強固に接合することができる。本実施形態では仮接合工程を行ったが、仮接合工程は省略してもよい。
【００４６】
下穴形成工程では、図３の（ｂ）に示すように、後記する本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する工程である。即ち、本実施形態に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面２ａに設定された開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００４７】
下穴Ｐ１は、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第一タブ材２に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第二タブ材３に形成してもよい。
【００４８】
（４）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図６に示すように、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ１から第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ１まで、本接合用回転ツールＧを移動させて金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合工程を行う。
【００４９】
本接合工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１（図３の（ｂ）参照）に、右回転させた本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００５０】
摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１に本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する際の本接合用回転ツールＧの回転速度（挿入時の回転速度）は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１ａ，１ｂ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであり、多くの場合、７０〜７００（ｒｐｍ）の範囲内において設定されるが、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１に向かって本接合用回転ツールＧを移動させる際の本接合用回転ツールＧの回転速度（移動時の回転速度）よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、挿入時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、金属を塑性流動化させるまでに要する時間が短くなるので、開始位置ＳＭ１における攪拌ピンＧ２の挿入作業を迅速に行うことが可能となる。
【００５１】
攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面２ａに接触したら、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２を横断させる。図６の（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００５２】
本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、図６の（ｂ）に示すように、本接合工程で形成される塑性化領域Ｗ１が少なくとも突合部Ｊ１の一部に達するように設定する。また、本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、塑性化領域Ｗ１が仮接合工程で形成された塑性化領域ｗ１及び溶接工程で形成された溶接金属Ｔ１と接触するように設定することが好ましい。このようにすれば、突合部Ｊ１が全長に亘って密閉されるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、本接合用回転ツールＧを右回転させて本接合工程を行ったため、進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。本接合用回転ツールＧを右回転させた場合の進行方向左側はシアー側（被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）であるため、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。本実施形態のように、右回転させた本接合用回転ツールＧを第一タブ材２から第二タブ材３に向けて移動させれば、空洞欠陥が形成されたとしても、構造体１の中空部から離間する側に形成することができる。
【００５４】
ちなみに、本接合用回転ツールＧを左回転させると、進行方向右側がシアー側となるため進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。したがって、本接合用回転ツールＧを左回転させる場合は、第二タブ材３から第一タブ材２に向かって移動させるとよい。
【００５５】
本接合用回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１ａ，１ｂ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。なお、本接合用回転ツールＧを移動させる際には、ショルダ部Ｇ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、本接合用回転ツールＧの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
【００５６】
金属部材１ａ，１ｂへの入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールＧの周囲に水を供給するなどして冷却することが望ましい。
【００５７】
なお、本実施形態のように、摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、本接合用回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００５８】
本接合工程が終了したら、予備工程、摩擦攪拌工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、金属部材１ａ，１ｂから第一タブ材２及び第二タブ材３を除去する。
図１に示す構造体１を形成する際には、前記した接合方法を繰り返して、金属部材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを正面視矩形に接合する。構造体１の各角部には、塑性化領域ｗ２〜ｗ４、塑性化領域Ｗ２〜Ｗ４及び溶接金属Ｔ２〜Ｔ４がそれぞれ形成される。
【００５９】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、金属部材１ａ，１ｂの内隅から溶接工程、外側から摩擦攪拌工程を行うことで、金属部材１ａ，１ｂの内隅及び外側で入熱されてそれぞれ熱収縮が発生するため、金属部材１ａ，１ｂの反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、金属部材１ａ，１ｂの内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。また、溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態のように先に溶接工程を行うことで、金属部材１ａ，１ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。
【００６０】
また、溶接工程では、凹溝２１に溶接金属を充填させることができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
【００６１】
また、本接合工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧを押し込むため、金属部材１ａ，１ｂを密接させながら摩擦攪拌を行うことができる。これにより、接合部分の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、本接合工程に先だって仮接合工程を行うため、本接合工程を行う際の金属部材１ａ，１ｂの位置ずれを防止して摩擦攪拌の作業性を高めることができる。
【００６３】
また、第一タブ材２及び第二タブ材３を金属部材１ａの表面１１ａと面一にし、さらに第一タブ材２及び第二タブ材３を金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にすることで、仮接合工程及び本接合工程でタブ材を共用することができる。これにより、作業効率を高めることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、摩擦攪拌工程の前に溶接工程を行ったが、溶接工程の前に摩擦攪拌を行ってもよい。先に摩擦攪拌接合を行って、熱収縮によって金属部材が反ってしまい、金属部材１ａ，１ｂの内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。また、溶接工程による入熱により、反りを是正することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、金属部材１ａ，１ｂを垂直に接合して正面視矩形の筒状を呈する構造体１を形成する場合を例示したが他の形状であってもよい。また、例えば、金属部材１ａの板厚を薄くするなどして本接合工程を行う際に、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が突合部Ｊ１に達するように設定して摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００６６】
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。図７に示すように、第二実施形態に係る接合方法は、金属部材１ａの裏面１２ａに段差を形成する点、金属部材１ｂに切欠き部１２ｅを形成していない点及び仮接合工程を行わない点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法の説明では、第一実施形態と共通する点については詳細な説明を省略する。
【００６７】
図７の（ａ）に示すように、本実施形態に係る金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚と同等に形成する。第三裏面２２ｃの高さは金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【００６８】
図７の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る突合工程では、金属部材１ａの第二裏面２２ｂと金属部材１ｂの端面１３ｂとを突き合せるとともに、金属部材１ａの第三裏面２２ｃと金属部材１ｂの裏面１２ｂとをそれぞれ突き合わせて突合部Ｊ１を形成する。突合部Ｊ１の断面線形はＬ字状になる。
【００６９】
本実施形態に係る溶接工程では、金属部材１ａの裏面１２ａと金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ１が形成される。
【００７０】
摩擦攪拌工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ１が形成される。形成される塑性化領域Ｗ１が、少なくとも突合部Ｊ１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【００７１】
第二実施形態によれば、金属部材１ａの裏面１２ａに段差（第二裏面２２ｂ，第三裏面２２ｃ）を設けて、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ及び第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの端面１３ｂ及び裏面１２ｂとをそれぞれ当接させることにより、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００７２】
なお、図７の（ａ）を参照するように、金属部材１ａの第一裏面２２ａと第三裏面２２ｃとで形成される角部に、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、金属部材１ｂの表面１１ｂ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【００７３】
［第一変形例］
次に、第二実施形態の変形例（第一変形例）について説明する。第一変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第二実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００７４】
図８の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚よりもやや大きく形成する。第三裏面２２ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の四分の一程度に形成する。
【００７５】
図８の（ｂ）に示すように、本変形例に係る突合工程では、金属部材１ａの第二裏面２２ｂと金属部材１ｂの端面１３ｂとを突き合わせて突合部Ｊ１を形成する。突合部Ｊ１の断面線形は直線となる。金属部材１ａの端面１３ａと金属部材１ｂの表面１１ｂとは面一にする。金属部材１ａの第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとは所定の間隔をあけて配設される。これにより、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ及び第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとにより断面視矩形の凹溝２２ｅが形成される。
【００７６】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛り溶接を行って、凹溝２２ｅに溶接金属を充填させて金属部材１ａ及び金属部材１ｂを接合する。金属部材１ａの第一裏面２２ａから突出する溶接金属は、切削して平滑にする。
【００７７】
第一変形例では、段差を構成する第二裏面２２ｂの幅を大きく形成して、金属部材１ａ，１ｂの内隅に溶接金属を充填させる凹溝２２ｅを形成することにより、溶接工程を容易に行うことができる。
【００７８】
[第三実施形態]
次に、第三実施形態に係る接合方法について説明する。図９に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、金属部材１ａの裏面１２ａ及び金属部材１ｂの端面１３ｂにそれぞれ段差を形成する点で第二実施形態と相違する。第三実施形態は、金属部材１ｂにも段差部を形成する点を除いては、第二実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００７９】
図９の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅及び第三裏面２２ｃの高さは、それぞれ金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【００８０】
一方、金属部材１ｂの端面１３ｂの右端に段差を形成する。端面１３ｂは、第一端面２３ａと、第一端面２３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面２３ｂと、第一端面２３ａ及び第二端面２３ｂに対して垂直な第三端面２３ｃとを有する。第二端面２３ｂと第三端面２３ｃとで段差が構成される。第二端面２３ｂの幅及び第三端面２３ｃの高さは金属部材１ｂの板厚の半分に形成する。
【００８１】
図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの段差と金属部材１ｂの段差を当接させて突合部Ｊ１を形成する。つまり、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃ及び、第一裏面２２ａが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃ及び第二端面２３ｂにそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１の断面線形はクランク形状になる。
【００８２】
本実施形態に係る溶接工程では、金属部材１ａの裏面１２ａと金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ１が形成される。
【００８３】
摩擦攪拌工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ１が形成される。形成される塑性化領域Ｗ１が、少なくとも突合部Ｊ１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【００８４】
第三実施形態によれば、金属部材１ａ及び金属部材１ｂにそれぞれ段差を設けて、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃ及び、第一裏面２２ａが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃ及び第二端面２３ｂにそれぞれ当接するため、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００８５】
なお、図９の（ａ）を参照するように、金属部材１ｂの裏面１２ｂと第二端面２３ｂとで形成される角部に、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ａの裏面１２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、金属部材１ｂの表面１１ｂ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【００８６】
［第二変形例］
次に、第三実施形態の変形例（第二変形例）について説明する。第二変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第三実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００８７】
図１０の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。
【００８８】
一方、金属部材１ｂの端面１３ｂの右端に段差を形成する。端面１３ｂは、第一端面２３ａと、第一端面２３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面２３ｂと、第一端面２３ａ及び第二端面２３ｂに対して垂直な第三端面２３ｃとを有する。第二端面２３ｂと第三端面２３ｃとで段差が構成される。第二端面２３ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚の四分の一程度に形成する。第三端面２３ｃの高さは、第三裏面２２ｃの高さよりもやや大きく形成する。
【００８９】
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの段差と金属部材１ｂの段差を当接させて突合部Ｊ１を形成する。つまり、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃにそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１の断面線形はＬ字状になる。金属部材１ａの第一裏面２２ａと、金属部材１ｂの第二端面２３ｂとは所定の間隔をあけて配設される。これにより、金属部材１ａの第一裏面２２ａ、金属部材１ｂの第二端面２３ｂ及び第三端面２３ｃにより断面視矩形の凹溝２３ｅが形成される。
【００９０】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝２３ｅに溶接金属を充填させて金属部材１ａ及び金属部材１ｂを接合する。金属部材１ｂの裏面１２ｂから突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【００９１】
第二変形例では、金属部材１ａ及び金属部材１ｂに段差を設ける場合に、凹溝２３ｅが形成されるように突き合せることで、溶接工程を容易に行うことができる。
【００９２】
[第四実施形態]
次に、第四実施形態に係る接合方法について説明する。図１１に示すように、第四実施形態に係る接合方法は、金属部材１ａに凹部２５を、金属部材１ｂに凸部２６を形成する点で第二実施形態と相違する。第四実施形態では、凹部２５及び凸部２６を形成する点を除いては第二実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００９３】
図１１の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａに、断面視矩形の凹部２５を形成する。また、金属部材１ｂの端面１３ｂに、断面視矩形の凸部２６を形成する。凸部２６は、凹部２５に隙間なく係合する形状で形成する。なお、凹部２５及び凸部２６の形状は、特に制限されるものではない。
【００９４】
図１１の（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの凹部２５と、金属部材１ｂの凸部２６とを係合させて突合部Ｊ１を形成する。
【００９５】
第四実施形態によれば、凹部２５に凸部２６を係合させることで、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００９６】
なお、金属部材１ｂの裏面１２ｂに、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ａの裏面１２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、金属部材１ａに凸部、金属部材１ｂに凹部を設けてもよい。また、前記した第二実施形態、第三実施形態、第一変形例及び第二変形例に係る金属部材１ａの裏面，金属部材１ｂの端面に凸部又は凹部を設けてもよい。
【００９７】
[第五実施形態]
次に、第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１２に示すように、蓋付構造体１Ａは、平面視矩形の筒状を呈する構造体１と、構造体１の開口を塞ぐ蓋板５１とを摩擦攪拌接合によって一体形成する。構造体１は、本実施形態では、第一実施形態で形成したものを用いるが、これに限定するものではない。また、構造体１は、断面視矩形のものを用いるが、断面形状は例えば円形、楕円形、他の多角形であってもよい。
【００９８】
構造体１の前側において、各金属部材の端面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄで構成される枠状の面を端面１４とする。また、構造体１の内側において、各金属部材の裏面１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで構成される面を裏面１２とする。蓋板５１の裏面５２ａと、構造体１の裏面１２とで構成される内側の角部を内隅という。
【００９９】
蓋付構造体１Ａの製造方法では、（１）準備工程、（２）突合工程、（３）溶接工程、（４）予備工程、（５）摩擦攪拌工程を行う。
【０１００】
（１）準備工程
準備工程では、蓋板５１に対して脱脂処理を行う脱脂工程と、構造体１の端面１４の内縁に切欠き部１ｅを形成する切削工程とを含む。
【０１０１】
脱脂工程では、蓋板５１を脱脂処理溶液内に浸けて、蓋板５１に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。また、構造体１に対して脱脂処理を行ってもよい。
【０１０２】
切削工程では、図１２に示すように、構造体１の端面１４の内縁に沿って断面視矩形の切欠き部１ｅを形成する。切欠き部１ｅの幅及び深さは特に制限されるものではないが、本実施形態では、第一実施形態の切欠き部１２ｅ（図２の（ａ）参照）と同等の幅及び深さで形成する。
【０１０３】
（２）突合工程
突合工程では、図１３の（ａ）に示すように、構造体１の端面１４に蓋板５１を突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。蓋板５１の４つの側面５３ａ（図１２参照）は、構造体１を構成する各金属部材の表面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと面一となる。突合部Ｊ１１は、端面１４に沿って枠状に形成される。蓋板５１の裏面５２ａと、切欠き部１ｅとで凹溝３１が形成される。凹溝３１は、突合部Ｊ１１に沿って構造体１の内周に沿って枠状に形成される。
【０１０４】
（３）溶接工程
溶接工程では、図１３の（ｂ）に示すように、構造体１の内側から凹溝３１に対して溶接を行って、構造体１と蓋板５１とを接合する。溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ１１に溶接金属Ｔ５を形成する。肉盛溶接は、構造体１の裏面１２から溶接金属Ｔ５が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する摩擦攪拌工程を行う際に、突合部Ｊ１１の内側に欠損（Kissing Bond）が形成されることを防止することができるとともに、構造体１と蓋板５１とを仮付けすることができる。なお、溶接金属Ｔ５のうち、構造体１の裏面１２から突出する部分は、切削して平滑に形成することが好ましい。
【０１０５】
なお、蓋板５１の裏面５２ａに切欠き部を形成して、当該切欠き部と構造体１とで形成される凹溝に溶接金属を充填させてもよい。また、本実施形態では、構造体１の内周縁に沿って切欠き部１ｅを設け、凹溝３１に対して溶接を行ったが、凹溝３１を必ずしも設ける必要はない。構造体１の裏面１２と、蓋板５１の裏面５２ａとで形成される角部（内隅）に対して直接溶接を行ってもよい。溶接は、突合部Ｊ１１に沿って連続して行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
【０１０６】
（３）予備工程
予備工程では、図１４に示すように、構造体１の両脇に第一タブ材２、第二タブ材３を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ１１に沿って仮接合を行う仮接合工程とを含む。
【０１０７】
タブ材配置工程では、図１４の（ａ）に示すように、突合部Ｊ１１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面を構造体１及び蓋板５１に当接させるとともに、突合部Ｊ１１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面を構造体１及び蓋板５１に当接させる。このとき、第一タブ材２の表面２ｂと第二タブ材３の表面３ｂを金属部材１ａの表面１１ａと面一にするとともに、第一タブ材２の表面２ａと第二タブ材３の表面３ａを蓋板５１の表面５１ａと面一にする。また、タブ材配置工程では、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２とを溶接して接合し、構造体１及び蓋板５１と第二タブ材３とを溶接して接合する。
【０１０８】
仮接合工程では、図１４の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１１に沿って仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一タブ材２の表面２ｂにおいて、突合部Ｊ１１の延長線上に始点ｓ２を設定する。また、第二タブ材３の表面３ｂにおいて、突合部Ｊ１１の延長線上に終点ｅ２を設定する。仮接合工程では、右回転させた仮接合用回転ツールＦを始点ｓ２に押し込み、終点ｅ２まで相対移動させる。仮接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域ｗ５が形成される。
【０１０９】
なお、仮接合工程を行う際に、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２との突合部Ｊ２及び構造体１及び蓋板５１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って、仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２及び第二タブ材３とをより強固に接合することができる。
【０１１０】
具体的な図示はしないが、同様の仮接合工程を、タブ材を適宜取り付けながら金属部材１ｂ，１ｃ，１ｄ（図１１参照）の外側に現れる突合部Ｊ１１に対しても行う。これにより、構造体１及び蓋板５１の外周には突合部Ｊ１１に沿って塑性化領域ｗ５が形成される。なお、本実施形態では仮接合工程を行ったが、仮接合工程を省略してもよい。
【０１１１】
下穴工程では、後記する本接合工程における摩擦攪拌接合の開始位置に下穴を形成する。本実施形態では、図１５の（ａ）を参照するように、第一タブ材２の表面２ａに設定する開始位置ＳＭ２に下穴を形成する。下穴形成工程は、第一実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１１２】
（４）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、タブ材を配置するタブ材配置工程と、蓋板５１の表面５１ａ側から本格的に摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含む。
【０１１３】
タブ材配置工程では、仮接合工程と同様にして蓋板５１及び構造体１に第一タブ材２及び第二タブ材３を設置する。
【０１１４】
本接合工程では、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ２から第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２まで、本接合用回転ツールＧを移動させて蓋板５１の表面５１ａ側から突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【０１１５】
本接合工程では、開始位置ＳＭ２に形成した下穴（図示省略）に本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入した後、蓋板５１側に本接合用回転ツールＧを移動させ、突合部Ｊ２を横断させる。そして、本接合用回転ツールＧを蓋板５１の外縁に沿って一周させて、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【０１１６】
本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、図１５の（ｂ）に示すように、本接合工程で形成される塑性化領域Ｗ５が少なくとも突合部Ｊ１の一部に達するように設定する。また、本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、塑性化領域Ｗ５が仮接合工程で形成された塑性化領域ｗ５及び溶接工程で形成された溶接金属Ｔ５と接触するように設定することが好ましい。このようにすれば、突合部Ｊ１１が全長に亘って密閉されるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【０１１７】
本接合用回転ツールＧが蓋板５１の外縁に沿って一周したら、既存の塑性化領域Ｗ５上に再度本接合用回転ツールＧのルートを設定し、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２まで移動させる。摩擦攪拌工程が終了したら、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除するとともに、バリを除去して蓋付構造体１Ａの表面を平滑にする。
【０１１８】
なお、本実施形態では、本接合用回転ツールＧを右回転させて本接合工程を行ったため、進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。本接合用回転ツールＧを右回転させた場合の進行方向左側はシアー側（被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）であるため、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。本実施形態のように、右回転させた本接合用回転ツールＧを蓋板５１に対して右回りに移動させれば、空洞欠陥が形成されたとしても、構造体１（蓋付構造体１Ａ）の中空部から離間する側に形成することができる。
【０１１９】
ちなみに、本接合用回転ツールＧを左回転させると、進行方向右側がシアー側となるため進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。したがって、本接合用回転ツールＧを左回転させる場合は、蓋板５１に対して左回りに移動させるとよい。
【０１２０】
以上説明した本実施形態に係る蓋付構造体の製造方法によれば、蓋付構造体１Ａの内隅から溶接工程、外側から摩擦攪拌工程を行うことで、蓋付構造体１Ａの内隅及び外側で入熱されてそれぞれ熱収縮が発生するため、蓋板５１が反るのを防止することができる。また、溶接工程によれば、蓋付構造体１Ａの内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。また、溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態のように先に溶接工程を行うことで、構造体１と蓋板５１とを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。
【０１２１】
また、本接合工程では、蓋板５１の表面５１ａから本接合用回転ツールＧを押し込むため、構造体１と蓋板５１とを密接させながら摩擦攪拌を行うことができる。これにより、接合部分の気密性及び水密性をより高めることができる。また、本接合工程では、本接合用回転ツールＧを突合部Ｊ１１に沿って一周させるとともに、塑性化領域Ｗ５の一部が重複するように、突合部Ｊ１１の全長に亘って連続して摩擦攪拌接合を行ったため気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１２２】
また、本実施形態では、本接合工程に先だって仮接合工程を行うため、本接合工程を行う際の蓋板５１の位置ずれを防止して摩擦攪拌の作業性を高めることができる。また、内隅に形成された凹溝３１に溶接金属Ｔ５を充填させることで溶接作業を容易に行うことができる。
【０１２３】
なお、本実施形態では、摩擦攪拌工程の前に溶接工程を行ったが、溶接工程の前に摩擦攪拌を行ってもよい。先に摩擦攪拌接合を行って、熱収縮によって蓋板５１が反ってしまい、蓋付構造体１Ａの内側の角部に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。また、溶接工程による入熱により、蓋板５１の反りを是正することができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、正面視筒状の蓋付構造体１Ａを形成する場合を例示したが、他の形状であってもよい。また、例えば、蓋板５１の板厚を薄くするなどして本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が突合部Ｊ１１に達するように設定して摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、本実施形態では、一対のタブ材を設けたが、タブ材は一つ配置するだけでもよい。
【０１２５】
［第六実施形態］
次に、第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１６に示すように、第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法は、蓋板５１の裏面５２ａに段差を形成する点、構造体１に切欠き部１ｅを形成していない点及び仮接合工程を行わない点で第五実施形態と相違する。第六実施形態に係る製造方法については、第五実施形態と共通する点については詳細な説明を省略する。
【０１２６】
図１６の（ａ）に示すように、本実施形態に係る蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅は、金属部材１ａ（１ｂ，１ｃ，１ｄ）の板厚と同等に形成する。第三裏面６２ｃの高さは蓋板５１の板厚の半分に設定する。
【０１２７】
図１６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る突合工程では、構造体１の端面１４及び裏面１２と、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃとをそれぞれ突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。突合部Ｊ１１の断面線形はＬ字状になる。
【０１２８】
本実施形態に係る溶接工程では、構造体１の裏面１２と蓋板５１の裏面５２ａとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ５が形成される。
【０１２９】
摩擦攪拌工程では、蓋板５１の表面５１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ５が形成される。形成される塑性化領域Ｗ５が、少なくとも突合部Ｊ１１の一部に達するように本接合用回転ツールＧの押込み量等を設定する。
【０１３０】
第六実施形態によれば、蓋板５１の裏面５２ａに段差を設けて、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃと、構造体１の端面１４及び裏面１２とをそれぞれ当接させることにより、構造体１及び蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１３１】
なお、図１６の（ａ）を参照するように、蓋板５１の第一裏面６２ａと第三裏面６２ｃとで構成される角部に、第五実施形態と同様に切欠き溝（図示省略）を設けて、当該切欠き溝と構造体１の裏面１２とで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、突合部Ｊ１１に対して仮接合を行ってもよい。
【０１３２】
［第三変形例］
次に、第六実施形態の変形例（第三変形例）について説明する。第三変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第六実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１３３】
図１７の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅は、構造体１の端面１４の板厚よりもやや大きく形成する。第三裏面６２ｃの高さは、蓋板５１の板厚の四分の一程度に形成する。
【０１３４】
図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る突合工程では、構造体１の端面１４と、蓋板５１の第二裏面６２ｂとを突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。突合部Ｊ１１の断面線形は直線となる。構造体１の蓋板５１の各側面５３ａと構造体１の表面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは面一にする。蓋板５１の第三裏面６２ｃと構造体１の裏面１２とは所定の間隔をあけて配設される。これにより、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び構造体１の裏面１２により断面視矩形の凹溝６２ｅが形成される。
【０１３５】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝６２ｅに溶接金属を充填させて蓋板５１と構造体１とを接合する。蓋板５１の第一裏面６２ａから突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【０１３６】
第三変形例では、段差を構成する第二裏面６２ｂの幅を大きく形成して、構造体１及び蓋板５１の内隅に溶接金属を充填させる凹溝６２ｅを形成することにより、溶接工程を容易に行うことができる。
【０１３７】
［第七実施形態］
次に、第七実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１８に示すように、第七実施形態では、蓋板５１の裏面５２ａ及び構造体１の端面１４に段差を形成する点で第六実施形態と相違する。第七実施形態は、構造体１にも段差を形成する点を除いては第六実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１３８】
図１８の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅及び第三裏面６２ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【０１３９】
一方、構造体１の端面１４の内縁に、段差を形成する。端面１４は、第一端面６３ａと、第一端面６３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面６３ｂと、第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂに対して垂直な第三端面６３ｃとを有する。第二端面６３ｂと第三端面６３ｃとで段差が構成される。第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂの幅は金属部材１ａの板厚の半分に形成する。第三端面６３ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【０１４０】
図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の段差と蓋板５１の段差を当接させて突合部Ｊ１１を形成する。つまり、構造体１の第一端面６３ａ、第三端面６３ｃ及び第二端面６３ｂに、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び第一裏面６２ａをそれぞれ突き合わせる。突合部Ｊ１１の断面線形は、クランク形状になる。
【０１４１】
本実施形態に係る溶接工程では、蓋板５１の裏面５２ａと構造体１の裏面１２とで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ５が形成される。
【０１４２】
摩擦攪拌工程では、蓋板５１の表面５１ａから本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ５が形成される。形成される塑性化領域Ｗ５が、少なくとも突合部Ｊ１１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【０１４３】
第七実施形態によれば、構造体１及び蓋板５１にそれぞれ段差を設けて、構造体１の第一端面６３ａ、第三端面６３ｃ及び第二端面６３ｂと、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び第一裏面６２ａをそれぞれ当接させることにより、構造体１と蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１４４】
なお、図１８の（ａ）を参照するように、構造体１の裏面１２と第二端面６３ｂとで形成される角部に、第五実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と蓋板５１の裏面５２とで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、構造体１の表面１１ａ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【０１４５】
［第四変形例］
次に、第七実施形態の変形例（第四変形例）について説明する。第四変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第七実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１４６】
図１９の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成するとともに、構造体１の端面１４の内縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。
【０１４７】
一方、構造体１の端面１４の内縁に、段差を形成する。端面１４は、第一端面６３ａと、第一端面６３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面６３ｂと、第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂに対して垂直な第三端面６３ｃとを有する。第二端面６３ｂと第三端面６３ｃとで段差が構成される。第一端面６３ａの幅は、第二裏面６２ｂの幅と同等に形成する。第二端面６３ｂの幅は、金属部材１ａの板厚の四分の一程度に形成されている。第三端面６３ｃの高さは、第三裏面６２ｃの高さよりもやや大きく形成する。
【０１４８】
図１９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の段差と蓋板５１の段差を当接させて突合部Ｊ１１を形成する。つまり、構造体１の第一端面６３ａ及び第三端面６３ｃと、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃとがそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１１の断面線形はＬ字状になる。構造体１の第二端面６３ｂと、蓋板５１の第一裏面６２ａは、所定の間隔をあけて配設される。これにより、蓋板５１の第一裏面６２ａ、構造体１の第二端面６３ｂ及び第三端面６３ｃにより断面視矩形の凹溝６３ｅが形成される。
【０１４９】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝６３ｅに溶接金属を充填させて構造体１及び蓋板５１を接合する。構造体１の裏面１２から突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【０１５０】
第四変形例では、構造体１及び蓋板５１に段差を設ける場合に、凹溝６３ｅが形成されるように突き合せることで溶接工程を容易に行うことができる。
【０１５１】
［第八実施形態］
次に、第八実施形態に係る製造方法について説明する。図２０に示すように、第八実施形態に係る製造方法は、構造体１に凸部６５を、蓋板５１の裏面５２ａに凹部６６を形成する点で第六実施形態と相違する。第八実施形態では、凸部６５及び凹部６６を形成する点を除いては第六実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１５２】
図２０の（ａ）に示すように、構造体１の端面を切削して構造体１の回りに沿って断面視矩形の凸部６５を形成する。蓋板５１の裏面５２ａには、凸部６５と対応する位置に断面視矩形の凹部６６を形成する。凸部６５は、凹部６６に隙間なく係合する形状で形成する。なお、凸部６５及び凹部６６の形状は特に制限されるものではない。
【０１５３】
図２０の（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の凸部６５と、蓋板５１の凹部６６とを係合させて突合部Ｊ１１を形成する。
【０１５４】
第八実施形態によれば、凸部６５に凹部６６を係合させることで、構造体１と蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１５５】
なお、構造体１の裏面１２に第五実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と蓋板５１の裏面５２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、蓋板５１に凸部、構造体１に凹部を設けてもよい。
【０１５６】
以上、本発明の接合方法及び蓋付構造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、本実施形態では、金属部材を断面視してＬ字状に突き合わせる場合を例示したが、例えば断面視Ｔ字状に突き合わせる場合に本発明を採用してもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１ 構造体
１Ａ 蓋付構造体
１ａ 金属部材
１ｂ 金属部材
１ｃ 金属部材
１ｄ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
１１ａ 金属部材の表面
１１ｂ 金属部材の表面
１２ａ 金属部材の裏面
１２ｂ 金属部材の裏面
１２ｅ 切欠き部
１３ａ 金属部材の端面
１３ｂ 金属部材の端面
２１ 凹溝
２２ａ 第一裏面
２２ｂ 第二裏面
２２ｃ 第三裏面
２３ａ 第一端面
２３ｂ 第二端面
２３ｃ 第三端面
２５ 凹部
２６ 凸部
５１ 蓋板
５１ａ 蓋板の表面
５２ａ 蓋板の裏面
６２ａ 第一裏面
６２ｂ 第二裏面
６２ｃ 第三裏面
６３ａ 第一端面
６３ｂ 第二端面
６３ｃ 第三端面
Ｆ 仮接合用回転ツール
Ｇ 本接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｔ 溶接金属
ｗ 塑性化領域
Ｗ 塑性化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した接合方法及び蓋付構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミニウム製の真空チャンバを摩擦攪拌接合によって製造する方法が開示されている。図２１は、従来の真空チャンバの製造方法を段階的に示した正面図である。図２１の（ａ）に示すように、従来の真空チャンバの製造方法は、まず、対向する金属部材１０１，１０１の端部に段差１０２，１０２を形成し、段差１０２，１０２同士を突き合わせて、図２１の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を形成する。そして、回転ツールを金属部材１０１に押し込んで突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行うことで一体化することができる。突合部Ｊ１には、塑性流動した金属部材が硬化して塑性化領域Ｗが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３００４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の真空チャンバの製造方法によると、図２１の（ｂ）に示すように、塑性化領域Ｗが熱収縮するため、一方の金属部材１０１が反ってしまうという問題があった。また、熱収縮に起因して、金属部材１０１，１０１の内隅に欠損（Kissing Bond）Ｅが形成される可能性があった。従来の製造方法で形成された構造体は、構造上の問題はないが、接合部の水密性及び気密性を高めるための対策が必要になる場合がある。
【０００６】
ここで、例えば、金属部材１０１，１０１の内側（内側の隅部）から摩擦攪拌接合を行えば、水密性及び気密性を高めることができると考えられる。しかし、筒状の構造体の内隅から摩擦攪拌接合をする場合など、接合する金属部材同士の突き合わせの形態によっては、摩擦攪拌装置の取り合い等により回転ツールを適切に可動させることが困難となり接合作業が煩雑になるという問題があった。
【０００７】
このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高めることが可能な接合方法及び蓋付構造体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、一対の板状の金属部材を突き合わせて接合する接合方法であって、少なくとも一方の前記金属部材の端面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせて突合部を形成する突合工程と、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、他方の前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入して前記突合部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、一対の金属部材の内隅側及び外側から入熱されそれぞれ熱収縮が発生するため、金属部材の反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、一対の金属部材の内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、溶接工程を先に行うと、金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。一方、摩擦攪拌工程を先に行うと、一対の金属部材の内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。
【００１０】
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、一方の前記金属部材の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記第一端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第三端面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第二端面と他方の前記金属部材の前記第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、一方の前記金属部材の端面に凹部及び凸部のいずれか一方を形成し、他方の前記金属部材の裏面に凹部及び凸部のいずれか他方を形成し、前記突合工程では、前記凹部と前記凸部とを係合させて突合部を形成することが好ましい。
かかる接合方法によれば、金属部材同士の位置合わせを容易に行うことができる。
【００１１】
また、前記溶接工程では、前記内隅に現れる突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝に溶接金属を充填させることで溶接作業を容易に行うことができる。
【００１２】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、仮接合によって金属部材同士を仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業性を高めることができる。
【００１３】
また、前記突合部の両脇に一対のタブ材を配置して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一対の金属部材の外部に設けることができるため、製品の品質を高めることができる。
【００１４】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを押し込む際の摩擦抵抗を低減することができる。
【００１５】
また、本発明は、筒状を呈する構造体と前記構造体の開口を覆う蓋板とを有する蓋付構造体の製造方法であって、少なくとも前記構造体の開口側の端面に前記蓋板の裏面を突き合わせて突合部を形成する突合工程と、前記構造体の裏面と、前記蓋板の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、前記突合部に対して前記蓋板の表面側から回転ツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
かかる製造方法によれば、蓋付構造体の内隅側及び外側から入熱されそれぞれ熱収縮が発生するため、蓋板の反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、蓋付構造体の内隅に摩擦攪拌接合を施す場合と比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、溶接工程を先に行うと、構造体と蓋板とを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。一方、摩擦攪拌接合を先に行うと、構造体の内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。
【００１７】
また、前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面と前記蓋板の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、前記構造体の裏面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、前記構造体の開口側の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、前記突合工程では、前記構造体の前記第一端面と前記蓋板の第二裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第三端面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第二端面と前記蓋板の第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することが好ましい。
また、前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面及び前記蓋板の裏面のいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成された凹部とを係合させて突合部を形成することが好ましい。
かかる製造方法によれば、構造体と蓋板との位置合わせを容易に行うことができる。
【００１８】
また、前記溶接工程では、前記内隅に現れる前記突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することが好ましい。かかる製造方法によれば、凹溝に溶接金属を充填することで溶接作業を容易に行うことができる。
【００１９】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる製造方法によれば、仮接合によって構造体と蓋板とを仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業性を高めることができる。
【００２０】
また、前記構造体にタブ材を添設して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を蓋付構造体の外部に設けることができるため、構造体の品質を高めることができる。
【００２１】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことが好ましい。かかる製造方法によれば、回転ツールを押し込む際の摩擦抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法及び蓋付構造体の製造方法は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部の気密性及び水密性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第一実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、第一実施形態に係る金属部材を示した斜視図であって、（ｂ）は、第一実施形態に係る金属部材及びタブ材を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、仮接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、本接合用回転ツールを示した側面図である。
【図４】第一実施形態に係る接合方法の溶接工程を示した断面図である。
【図５】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は、タブ材配置工程を示した平面図、（ｂ）は、仮接合工程を示した斜視図である。
【図６】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は、本接合工程を示した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図８】第一変形例に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は突合工程の後の状態を示す。
【図９】第三実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１０】第二変形例に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図１１】第四実施形態に係る接合方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１２】第五実施形態に係る蓋付構造体の分解斜視図である。
【図１３】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程、（ｂ）は、溶接工程を示す。
【図１４】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した平面図であって、（ａ）は、タブ材配置工程、（ｂ）は、仮接合工程を示す。
【図１５】第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法の本接合工程を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。
【図１６】第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１７】第三変形例に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図１８】第七実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図１９】第四変形例に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、突合工程の後の状態を示す。
【図２０】第八実施形態に係る蓋付構造体の製造方法を示した断面図であって、（ａ）は、突合工程の前の状態を示し、（ｂ）は、本接合工程を示す。
【図２１】従来の真空チャンバの製造方法を段階的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法について図面を用いて詳細に説明する。第一実施形態では、図１に示すように、正面視矩形の筒状を呈する構造体１を形成する際に、一対の金属部材を垂直に接合する場合を例示する。なお、説明における上下左右前後は、図１の矢印にしたがう。また、構造体１の内部を内側、外部を外側とする。
【００２５】
図１に示すように、構造体１は、四枚の板状の金属部材（１ａ〜１ｄ）をそれぞれ突き合わせた後に、回転ツールを用いて摩擦攪拌接合によって一体形成される。構造体１は、例えば、半導体製造装置用の真空チャンバとして用いられる。金属部材１ａと金属部材１ｂは、正面視して垂直に突き合わされており、金属部材１ａの表面（上面）側から摩擦攪拌を行って接合されている。同様の工程を構造体１の四隅に施すことで、構造体１が形成される。以下の説明では、四枚の金属部材のうち金属部材１ａ，１ｂの接合方法について説明する。
【００２６】
まず、図２を用いて、接合すべき金属部材１ａ，１ｂを詳細に説明するとともに、この金属部材１ａ，１ｂを接合する際に用いられる第一タブ材２、第二タブ材３を詳細に説明する。
【００２７】
図２の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂは、断面視矩形を呈する板状部材であって、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、金属部材１ａ及び金属部材１ｂを、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１ａ及び金属部材１ｂの板厚は、同一の厚さｔとなっている。金属部材１ａの裏面１２ａの左端に、金属部材１ｂの端面１３ｂが垂直に突き合わされる。金属部材１ａ，１ｂが突き合わされた部分には突合部Ｊ１が形成される。金属部材１ａの端面１３ａと、金属部材１ｂの表面１１ｂとは面一になる。金属部材１ａの裏面１２ａと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成される内側の角部を内隅という。金属部材１ｂの端面１３ｂの内側（右端）には、断面視矩形の切欠き部１２ｅが金属部材１ｂの長手方向に亘って連続して形成されている。なお、切欠き部１２ｅの形状は、断面視矩形に限定されるものではない。
【００２８】
図２の（ｂ）に示すように、第一タブ材２及び第二タブ材３は、金属部材１ａ，１ｂの突合部Ｊ１をその長手方向両端側から挟むように配置されるものであって、それぞれ金属部材１ａ，１ｂに添設され、金属部材１ａ，１ｂの前面及び背面に現れる継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２及び第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材１ａ，１ｂと同一組成の金属材料で形成している。第一タブ材２及び第二タブ材３の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を金属部材１ａ，１ｂの厚さ寸法よりも大きくしている。金属部材１ａの表面１１ａと、第一タブ材２の表面２ａ及び第二タブ材３の表面３ａとはそれぞれ面一に形成している。また、金属部材１ａの端面１３ａ（金属部材１ｂの表面１１ｂ）と、第一タブ材２の表面２ｂ及び第二タブ材３の表面３ｂとはそれぞれ面一になる。
【００２９】
次に、図３を参照して、仮接合工程で用いる小型の回転ツール（以下、「仮接合用回転ツールＦ」という。）及び本接合工程で用いる大型の回転ツール（以下、「本接合用回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００３０】
図３の（ａ）に示す仮接合用回転ツールＦは、工具鋼など金属部材１ａ，１ｂよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＦの寸法・形状は、金属部材１ａ，１ｂの材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する本接合用回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００３１】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００３２】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、金属部材１ｂの厚さｔ（図２の（ａ）参照）の３〜１５％とすることが望ましいが、少なくとも、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢよりも小さくすることが望ましい。
【００３３】
図３の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＧは、工具鋼など金属部材１ａ，１ｂよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００３４】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、仮接合用回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、金属部材１ａ厚さｔの１／２以上３／４以下となるように設定することが望ましい。
【００３５】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法では、（１）準備工程、（２）溶接工程、（３）予備工程、（４）摩擦攪拌工程を行う。
【００３６】
（１）準備工程
準備工程では、金属部材１ａ，１ｂに対して脱脂処理を行う脱脂工程と、金属部材１ａと金属部材１ｂとを突き合わせる突合工程とを含む。
【００３７】
脱脂工程では、金属部材１ａ，１ｂ、第一タブ材２及び第二タブ材３を脱脂処理液内に浸けて、各部材が突き合わされる面に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。脱脂工程は、少なくとも各部材が突き合わされる面に対して処理を行えばよいが、突合せ面に隣接する面に対して脱脂処理を行ってもよい。
【００３８】
突合工程では、図２の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂの端部同士を垂直に突き合わせる。本実施形態では、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に、金属部材１ｂの端面１３ｂを突き合わせる。金属部材１ａの端面１３ａを、金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にする。金属部材１ａ，１ｂが突き合わされた部分に突合部Ｊ１が形成される。また、金属部材１ａの裏面１２ａと、金属部材１ｂの切欠き部１２ｅとで凹溝２１が形成される。凹溝２１は、金属部材１ａ，１ｂの長手方向に亘って形成される。
【００３９】
（２）溶接工程
溶接工程では、図４に示すように、凹溝２１に対して溶接を行って、金属部材１ａ，１ｂを接合する。溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ１に沿って溶接金属Ｔ１を形成する。肉盛溶接は、金属部材１ｂの裏面１２ｂから溶接金属Ｔ１が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する摩擦攪拌工程を行う際に、突合部Ｊ１の内側に欠損（Kissing Bond）が形成されることを防止することができるとともに、金属部材１ａ，１ｂを仮付けすることができる。なお、溶接金属Ｔ１のうち、金属部材１ｂの裏面１２ｂから突出する部分は、切削して平滑に形成することが好ましい。
【００４０】
なお、金属部材１ａの裏面１２ａに切欠き部（図示省略）を形成して、当該切欠き部と金属部材１ｂとで形成される凹溝に溶接金属を充填させてもよい。また、本実施形態では、金属部材１ｂに切欠き部１２ｅを設け、凹溝２１に対して溶接を行ったが、凹溝２１を必ずしも設ける必要はない。金属部材１ａ，１ｂの内側の角部（内隅）に対して直接溶接を行ってもよい。溶接は、突合部Ｊ１の長手方向に連続して行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
【００４１】
（３）予備工程
予備工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ１に対して仮接合を行う仮接合工程と、タブ材に下穴を形成する下穴形成工程と、を含む。
【００４２】
タブ材配置工程では、図２の（ｂ）及び図５の（ａ）に示すように、金属部材１ａ，１ｂの突合部Ｊ１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面を金属部材１ａ，１ｂに当接させるとともに、突合部Ｊ１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面を金属部材１ａ，１ｂに当接させる。このとき、第一タブ材２の表面２ａと第二タブ材３の表面３ａを金属部材１ａの表面１１ａと面一にするとともに、第一タブ材２の表面２ｂと第二タブ材３の表面３ｂを金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にする。また、タブ材配置工程では、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２とを溶接して接合し、金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３とを溶接して接合する。
【００４３】
仮接合工程では、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１に沿って仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一タブ材２の表面２ｂに、突合部Ｊ１の延長線上に始点ｓ１を設定する。また、第二タブ材３の表面３ｂに、突合部Ｊ１の延長線上に終点ｅ１を設定する。仮接合工程では、左回転させた仮接合用回転ツールＦを始点ｓ１に押し込み、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２ｂに接触したら、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ仮接合工程の終点ｅ１に向けて相対移動させる。仮接合用回転ツールＦが終点ｅ１に達したら、仮接合用回転ツールＦを離脱させる。仮接合工程によって、仮接合用回転ツールＦの移動軌跡に塑性化領域ｗ１が形成される。
【００４４】
仮接合用回転ツールＦが金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２との突合部Ｊ２、金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３との突合部Ｊ３を横切る際に、金属部材１ａ，１ｂと各タブ材を引き離そうとする力が作用するが、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３とを溶接により接合しているので、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３との間の目開きを防止することができる。
【００４５】
なお、仮接工程を行う際に、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２との突合部Ｊ２及び金属部材１ａ，１ｂと第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って、仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、金属部材１ａ，１ｂと第一タブ材２及び第二タブ材３とをより強固に接合することができる。本実施形態では仮接合工程を行ったが、仮接合工程は省略してもよい。
【００４６】
下穴形成工程では、図３の（ｂ）に示すように、後記する本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する工程である。即ち、本実施形態に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面２ａに設定された開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００４７】
下穴Ｐ１は、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第一タブ材２に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第二タブ材３に形成してもよい。
【００４８】
（４）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図６に示すように、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ１から第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ１まで、本接合用回転ツールＧを移動させて金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合工程を行う。
【００４９】
本接合工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１（図３の（ｂ）参照）に、右回転させた本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００５０】
摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１に本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する際の本接合用回転ツールＧの回転速度（挿入時の回転速度）は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１ａ，１ｂ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであり、多くの場合、７０〜７００（ｒｐｍ）の範囲内において設定されるが、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１に向かって本接合用回転ツールＧを移動させる際の本接合用回転ツールＧの回転速度（移動時の回転速度）よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、挿入時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、金属を塑性流動化させるまでに要する時間が短くなるので、開始位置ＳＭ１における攪拌ピンＧ２の挿入作業を迅速に行うことが可能となる。
【００５１】
攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面２ａに接触したら、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２を横断させる。図６の（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００５２】
本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、図６の（ｂ）に示すように、本接合工程で形成される塑性化領域Ｗ１が少なくとも突合部Ｊ１の一部に達するように設定する。また、本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、塑性化領域Ｗ１が仮接合工程で形成された塑性化領域ｗ１及び溶接工程で形成された溶接金属Ｔ１と接触するように設定することが好ましい。このようにすれば、突合部Ｊ１が全長に亘って密閉されるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、本接合用回転ツールＧを右回転させて本接合工程を行ったため、進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。本接合用回転ツールＧを右回転させた場合の進行方向左側はシアー側（被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）であるため、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。本実施形態のように、右回転させた本接合用回転ツールＧを第一タブ材２から第二タブ材３に向けて移動させれば、空洞欠陥が形成されたとしても、構造体１の中空部から離間する側に形成することができる。
【００５４】
ちなみに、本接合用回転ツールＧを左回転させると、進行方向右側がシアー側となるため進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。したがって、本接合用回転ツールＧを左回転させる場合は、第二タブ材３から第一タブ材２に向かって移動させるとよい。
【００５５】
本接合用回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１ａ，１ｂ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。なお、本接合用回転ツールＧを移動させる際には、ショルダ部Ｇ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、本接合用回転ツールＧの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
【００５６】
金属部材１ａ，１ｂへの入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールＧの周囲に水を供給するなどして冷却することが望ましい。
【００５７】
なお、本実施形態のように、摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、本接合用回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００５８】
本接合工程が終了したら、予備工程、摩擦攪拌工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、金属部材１ａ，１ｂから第一タブ材２及び第二タブ材３を除去する。
図１に示す構造体１を形成する際には、前記した接合方法を繰り返して、金属部材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを正面視矩形に接合する。構造体１の各角部には、塑性化領域ｗ２〜ｗ４、塑性化領域Ｗ２〜Ｗ４及び溶接金属Ｔ２〜Ｔ４がそれぞれ形成される。
【００５９】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、金属部材１ａ，１ｂの内隅から溶接工程、外側から摩擦攪拌工程を行うことで、金属部材１ａ，１ｂの内隅及び外側で入熱されてそれぞれ熱収縮が発生するため、金属部材１ａ，１ｂの反りを是正することができる。また、溶接工程によれば、金属部材１ａ，１ｂの内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。また、溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態のように先に溶接工程を行うことで、金属部材１ａ，１ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。
【００６０】
また、溶接工程では、凹溝２１に溶接金属を充填させることができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
【００６１】
また、本接合工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧを押し込むため、金属部材１ａ，１ｂを密接させながら摩擦攪拌を行うことができる。これにより、接合部分の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、本接合工程に先だって仮接合工程を行うため、本接合工程を行う際の金属部材１ａ，１ｂの位置ずれを防止して摩擦攪拌の作業性を高めることができる。
【００６３】
また、第一タブ材２及び第二タブ材３を金属部材１ａの表面１１ａと面一にし、さらに第一タブ材２及び第二タブ材３を金属部材１ｂの表面１１ｂと面一にすることで、仮接合工程及び本接合工程でタブ材を共用することができる。これにより、作業効率を高めることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、摩擦攪拌工程の前に溶接工程を行ったが、溶接工程の前に摩擦攪拌を行ってもよい。先に摩擦攪拌接合を行って、熱収縮によって金属部材が反ってしまい、金属部材１ａ，１ｂの内隅に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。また、溶接工程による入熱により、反りを是正することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、金属部材１ａ，１ｂを垂直に接合して正面視矩形の筒状を呈する構造体１を形成する場合を例示したが他の形状であってもよい。また、例えば、金属部材１ａの板厚を薄くするなどして本接合工程を行う際に、本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が突合部Ｊ１に達するように設定して摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００６６】
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。図７に示すように、第二実施形態に係る接合方法は、金属部材１ａの裏面１２ａに段差を形成する点、金属部材１ｂに切欠き部１２ｅを形成していない点及び仮接合工程を行わない点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法の説明では、第一実施形態と共通する点については詳細な説明を省略する。
【００６７】
図７の（ａ）に示すように、本実施形態に係る金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚と同等に形成する。第三裏面２２ｃの高さは金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【００６８】
図７の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る突合工程では、金属部材１ａの第二裏面２２ｂと金属部材１ｂの端面１３ｂとを突き合せるとともに、金属部材１ａの第三裏面２２ｃと金属部材１ｂの裏面１２ｂとをそれぞれ突き合わせて突合部Ｊ１を形成する。突合部Ｊ１の断面線形はＬ字状になる。
【００６９】
本実施形態に係る溶接工程では、金属部材１ａの裏面１２ａと金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ１が形成される。
【００７０】
摩擦攪拌工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ１が形成される。形成される塑性化領域Ｗ１が、少なくとも突合部Ｊ１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【００７１】
第二実施形態によれば、金属部材１ａの裏面１２ａに段差（第二裏面２２ｂ，第三裏面２２ｃ）を設けて、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ及び第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの端面１３ｂ及び裏面１２ｂとをそれぞれ当接させることにより、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００７２】
なお、図７の（ａ）を参照するように、金属部材１ａの第一裏面２２ａと第三裏面２２ｃとで形成される角部に、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、金属部材１ｂの表面１１ｂ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【００７３】
［第一変形例］
次に、第二実施形態の変形例（第一変形例）について説明する。第一変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第二実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００７４】
図８の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚よりもやや大きく形成する。第三裏面２２ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の四分の一程度に形成する。
【００７５】
図８の（ｂ）に示すように、本変形例に係る突合工程では、金属部材１ａの第二裏面２２ｂと金属部材１ｂの端面１３ｂとを突き合わせて突合部Ｊ１を形成する。突合部Ｊ１の断面線形は直線となる。金属部材１ａの端面１３ａと金属部材１ｂの表面１１ｂとは面一にする。金属部材１ａの第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとは所定の間隔をあけて配設される。これにより、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ及び第三裏面２２ｃと、金属部材１ｂの裏面１２ｂとにより断面視矩形の凹溝２２ｅが形成される。
【００７６】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛り溶接を行って、凹溝２２ｅに溶接金属を充填させて金属部材１ａ及び金属部材１ｂを接合する。金属部材１ａの第一裏面２２ａから突出する溶接金属は、切削して平滑にする。
【００７７】
第一変形例では、段差を構成する第二裏面２２ｂの幅を大きく形成して、金属部材１ａ，１ｂの内隅に溶接金属を充填させる凹溝２２ｅを形成することにより、溶接工程を容易に行うことができる。
【００７８】
[第三実施形態]
次に、第三実施形態に係る接合方法について説明する。図９に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、金属部材１ａの裏面１２ａ及び金属部材１ｂの端面１３ｂにそれぞれ段差を形成する点で第二実施形態と相違する。第三実施形態は、金属部材１ｂにも段差部を形成する点を除いては、第二実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００７９】
図９の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。第二裏面２２ｂの幅及び第三裏面２２ｃの高さは、それぞれ金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【００８０】
一方、金属部材１ｂの端面１３ｂの右端に段差を形成する。端面１３ｂは、第一端面２３ａと、第一端面２３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面２３ｂと、第一端面２３ａ及び第二端面２３ｂに対して垂直な第三端面２３ｃとを有する。第二端面２３ｂと第三端面２３ｃとで段差が構成される。第二端面２３ｂの幅及び第三端面２３ｃの高さは金属部材１ｂの板厚の半分に形成する。
【００８１】
図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの段差と金属部材１ｂの段差を当接させて突合部Ｊ１を形成する。つまり、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃ及び、第一裏面２２ａが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃ及び第二端面２３ｂにそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１の断面線形はクランク形状になる。
【００８２】
本実施形態に係る溶接工程では、金属部材１ａの裏面１２ａと金属部材１ｂの裏面１２ｂとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ１が形成される。
【００８３】
摩擦攪拌工程では、金属部材１ａの表面１１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ１が形成される。形成される塑性化領域Ｗ１が、少なくとも突合部Ｊ１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【００８４】
第三実施形態によれば、金属部材１ａ及び金属部材１ｂにそれぞれ段差を設けて、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃ及び、第一裏面２２ａが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃ及び第二端面２３ｂにそれぞれ当接するため、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００８５】
なお、図９の（ａ）を参照するように、金属部材１ｂの裏面１２ｂと第二端面２３ｂとで形成される角部に、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ａの裏面１２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、金属部材１ｂの表面１１ｂ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【００８６】
［第二変形例］
次に、第三実施形態の変形例（第二変形例）について説明する。第二変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第三実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００８７】
図１０の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａの左端に段差を形成する。裏面１２ａは、第一裏面２２ａと、第一裏面２２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面２２ｂと、第一裏面２２ａ及び第二裏面２２ｂに対して垂直な第三裏面２２ｃとを有する。第二裏面２２ｂと第三裏面２２ｃとで段差が構成される。
【００８８】
一方、金属部材１ｂの端面１３ｂの右端に段差を形成する。端面１３ｂは、第一端面２３ａと、第一端面２３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面２３ｂと、第一端面２３ａ及び第二端面２３ｂに対して垂直な第三端面２３ｃとを有する。第二端面２３ｂと第三端面２３ｃとで段差が構成される。第二端面２３ｂの幅は、金属部材１ｂの板厚の四分の一程度に形成する。第三端面２３ｃの高さは、第三裏面２２ｃの高さよりもやや大きく形成する。
【００８９】
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの段差と金属部材１ｂの段差を当接させて突合部Ｊ１を形成する。つまり、金属部材１ａの第二裏面２２ｂ、第三裏面２２ｃが、金属部材１ｂの第一端面２３ａ、第三端面２３ｃにそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１の断面線形はＬ字状になる。金属部材１ａの第一裏面２２ａと、金属部材１ｂの第二端面２３ｂとは所定の間隔をあけて配設される。これにより、金属部材１ａの第一裏面２２ａ、金属部材１ｂの第二端面２３ｂ及び第三端面２３ｃにより断面視矩形の凹溝２３ｅが形成される。
【００９０】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝２３ｅに溶接金属を充填させて金属部材１ａ及び金属部材１ｂを接合する。金属部材１ｂの裏面１２ｂから突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【００９１】
第二変形例では、金属部材１ａ及び金属部材１ｂに段差を設ける場合に、凹溝２３ｅが形成されるように突き合せることで、溶接工程を容易に行うことができる。
【００９２】
[第四実施形態]
次に、第四実施形態に係る接合方法について説明する。図１１に示すように、第四実施形態に係る接合方法は、金属部材１ａに凹部２５を、金属部材１ｂに凸部２６を形成する点で第二実施形態と相違する。第四実施形態では、凹部２５及び凸部２６を形成する点を除いては第二実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【００９３】
図１１の（ａ）に示すように、金属部材１ａの裏面１２ａに、断面視矩形の凹部２５を形成する。また、金属部材１ｂの端面１３ｂに、断面視矩形の凸部２６を形成する。凸部２６は、凹部２５に隙間なく係合する形状で形成する。なお、凹部２５及び凸部２６の形状は、特に制限されるものではない。
【００９４】
図１１の（ｂ）に示すように、突合工程では、金属部材１ａの凹部２５と、金属部材１ｂの凸部２６とを係合させて突合部Ｊ１を形成する。
【００９５】
第四実施形態によれば、凹部２５に凸部２６を係合させることで、金属部材１ａ，１ｂの位置決めを容易に行うことができる。
【００９６】
なお、金属部材１ｂの裏面１２ｂに、第一実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と金属部材１ａの裏面１２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、金属部材１ａに凸部、金属部材１ｂに凹部を設けてもよい。また、前記した第二実施形態、第三実施形態、第一変形例及び第二変形例に係る金属部材１ａの裏面，金属部材１ｂの端面に凸部又は凹部を設けてもよい。
【００９７】
[第五実施形態]
次に、第五実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１２に示すように、蓋付構造体１Ａは、平面視矩形の筒状を呈する構造体１と、構造体１の開口を塞ぐ蓋板５１とを摩擦攪拌接合によって一体形成する。構造体１は、本実施形態では、第一実施形態で形成したものを用いるが、これに限定するものではない。また、構造体１は、断面視矩形のものを用いるが、断面形状は例えば円形、楕円形、他の多角形であってもよい。
【００９８】
構造体１の前側において、各金属部材の端面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄで構成される枠状の面を端面１４とする。また、構造体１の内側において、各金属部材の裏面１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで構成される面を裏面１２とする。蓋板５１の裏面５２ａと、構造体１の裏面１２とで構成される内側の角部を内隅という。
【００９９】
蓋付構造体１Ａの製造方法では、（１）準備工程、（２）突合工程、（３）溶接工程、（４）予備工程、（５）摩擦攪拌工程を行う。
【０１００】
（１）準備工程
準備工程では、蓋板５１に対して脱脂処理を行う脱脂工程と、構造体１の端面１４の内縁に切欠き部１ｅを形成する切削工程とを含む。
【０１０１】
脱脂工程では、蓋板５１を脱脂処理溶液内に浸けて、蓋板５１に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。また、構造体１に対して脱脂処理を行ってもよい。
【０１０２】
切削工程では、図１２に示すように、構造体１の端面１４の内縁に沿って断面視矩形の切欠き部１ｅを形成する。切欠き部１ｅの幅及び深さは特に制限されるものではないが、本実施形態では、第一実施形態の切欠き部１２ｅ（図２の（ａ）参照）と同等の幅及び深さで形成する。
【０１０３】
（２）突合工程
突合工程では、図１３の（ａ）に示すように、構造体１の端面１４に蓋板５１を突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。蓋板５１の４つの側面５３ａ（図１２参照）は、構造体１を構成する各金属部材の表面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと面一となる。突合部Ｊ１１は、端面１４に沿って枠状に形成される。蓋板５１の裏面５２ａと、切欠き部１ｅとで凹溝３１が形成される。凹溝３１は、突合部Ｊ１１に沿って構造体１の内周に沿って枠状に形成される。
【０１０４】
（３）溶接工程
溶接工程では、図１３の（ｂ）に示すように、構造体１の内側から凹溝３１に対して溶接を行って、構造体１と蓋板５１とを接合する。溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ１１に溶接金属Ｔ５を形成する。肉盛溶接は、構造体１の裏面１２から溶接金属Ｔ５が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する摩擦攪拌工程を行う際に、突合部Ｊ１１の内側に欠損（Kissing Bond）が形成されることを防止することができるとともに、構造体１と蓋板５１とを仮付けすることができる。なお、溶接金属Ｔ５のうち、構造体１の裏面１２から突出する部分は、切削して平滑に形成することが好ましい。
【０１０５】
なお、蓋板５１の裏面５２ａに切欠き部を形成して、当該切欠き部と構造体１とで形成される凹溝に溶接金属を充填させてもよい。また、本実施形態では、構造体１の内周縁に沿って切欠き部１ｅを設け、凹溝３１に対して溶接を行ったが、凹溝３１を必ずしも設ける必要はない。構造体１の裏面１２と、蓋板５１の裏面５２ａとで形成される角部（内隅）に対して直接溶接を行ってもよい。溶接は、突合部Ｊ１１に沿って連続して行ってもよいし、断続的に行ってもよい。
【０１０６】
（３）予備工程
予備工程では、図１４に示すように、構造体１の両脇に第一タブ材２、第二タブ材３を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ１１に沿って仮接合を行う仮接合工程とを含む。
【０１０７】
タブ材配置工程では、図１４の（ａ）に示すように、突合部Ｊ１１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面を構造体１及び蓋板５１に当接させるとともに、突合部Ｊ１１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面を構造体１及び蓋板５１に当接させる。このとき、第一タブ材２の表面２ｂと第二タブ材３の表面３ｂを金属部材１ａの表面１１ａと面一にするとともに、第一タブ材２の表面２ａと第二タブ材３の表面３ａを蓋板５１の表面５１ａと面一にする。また、タブ材配置工程では、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２とを溶接して接合し、構造体１及び蓋板５１と第二タブ材３とを溶接して接合する。
【０１０８】
仮接合工程では、図１４の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１１に沿って仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う。第一タブ材２の表面２ｂにおいて、突合部Ｊ１１の延長線上に始点ｓ２を設定する。また、第二タブ材３の表面３ｂにおいて、突合部Ｊ１１の延長線上に終点ｅ２を設定する。仮接合工程では、右回転させた仮接合用回転ツールＦを始点ｓ２に押し込み、終点ｅ２まで相対移動させる。仮接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域ｗ５が形成される。
【０１０９】
なお、仮接合工程を行う際に、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２との突合部Ｊ２及び構造体１及び蓋板５１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って、仮接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、構造体１及び蓋板５１と第一タブ材２及び第二タブ材３とをより強固に接合することができる。
【０１１０】
具体的な図示はしないが、同様の仮接合工程を、タブ材を適宜取り付けながら金属部材１ｂ，１ｃ，１ｄ（図１１参照）の外側に現れる突合部Ｊ１１に対しても行う。これにより、構造体１及び蓋板５１の外周には突合部Ｊ１１に沿って塑性化領域ｗ５が形成される。なお、本実施形態では仮接合工程を行ったが、仮接合工程を省略してもよい。
【０１１１】
下穴工程では、後記する本接合工程における摩擦攪拌接合の開始位置に下穴を形成する。本実施形態では、図１５の（ａ）を参照するように、第一タブ材２の表面２ａに設定する開始位置ＳＭ２に下穴を形成する。下穴形成工程は、第一実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１１２】
（４）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、タブ材を配置するタブ材配置工程と、蓋板５１の表面５１ａ側から本格的に摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含む。
【０１１３】
タブ材配置工程では、仮接合工程と同様にして蓋板５１及び構造体１に第一タブ材２及び第二タブ材３を設置する。
【０１１４】
本接合工程では、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ２から第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２まで、本接合用回転ツールＧを移動させて蓋板５１の表面５１ａ側から突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【０１１５】
本接合工程では、開始位置ＳＭ２に形成した下穴（図示省略）に本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入した後、蓋板５１側に本接合用回転ツールＧを移動させ、突合部Ｊ２を横断させる。そして、本接合用回転ツールＧを蓋板５１の外縁に沿って一周させて、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【０１１６】
本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、図１５の（ｂ）に示すように、本接合工程で形成される塑性化領域Ｗ５が少なくとも突合部Ｊ１の一部に達するように設定する。また、本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量は、塑性化領域Ｗ５が仮接合工程で形成された塑性化領域ｗ５及び溶接工程で形成された溶接金属Ｔ５と接触するように設定することが好ましい。このようにすれば、突合部Ｊ１１が全長に亘って密閉されるため、水密性及び気密性を高めることができる。
【０１１７】
本接合用回転ツールＧが蓋板５１の外縁に沿って一周したら、既存の塑性化領域Ｗ５上に再度本接合用回転ツールＧのルートを設定し、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２まで移動させる。摩擦攪拌工程が終了したら、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除するとともに、バリを除去して蓋付構造体１Ａの表面を平滑にする。
【０１１８】
なお、本実施形態では、本接合用回転ツールＧを右回転させて本接合工程を行ったため、進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。本接合用回転ツールＧを右回転させた場合の進行方向左側はシアー側（被接合部に対する回転ツールの外周の相対速さが、回転ツールの外周における接線速度の大きさに移動速度の大きさを加算した値となる側）であるため、メタルが強く攪拌されて高温軟化し、バリとなって排出され易いと考えられる。このため、進行方向左側はメタルが不足するので、トンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。本実施形態のように、右回転させた本接合用回転ツールＧを蓋板５１に対して右回りに移動させれば、空洞欠陥が形成されたとしても、構造体１（蓋付構造体１Ａ）の中空部から離間する側に形成することができる。
【０１１９】
ちなみに、本接合用回転ツールＧを左回転させると、進行方向右側がシアー側となるため進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。したがって、本接合用回転ツールＧを左回転させる場合は、蓋板５１に対して左回りに移動させるとよい。
【０１２０】
以上説明した本実施形態に係る蓋付構造体の製造方法によれば、蓋付構造体１Ａの内隅から溶接工程、外側から摩擦攪拌工程を行うことで、蓋付構造体１Ａの内隅及び外側で入熱されてそれぞれ熱収縮が発生するため、蓋板５１が反るのを防止することができる。また、溶接工程によれば、蓋付構造体１Ａの内隅に摩擦攪拌接合を施す場合に比べて、比較的容易に作業を行うことができるため、作業効率を高めることができる。また、溶接工程及び摩擦攪拌工程は、どちらを先に行ってもよいが、本実施形態のように先に溶接工程を行うことで、構造体１と蓋板５１とを仮付けした状態で摩擦攪拌接合を行うことができるため、作業効率を高めることができる。
【０１２１】
また、本接合工程では、蓋板５１の表面５１ａから本接合用回転ツールＧを押し込むため、構造体１と蓋板５１とを密接させながら摩擦攪拌を行うことができる。これにより、接合部分の気密性及び水密性をより高めることができる。また、本接合工程では、本接合用回転ツールＧを突合部Ｊ１１に沿って一周させるとともに、塑性化領域Ｗ５の一部が重複するように、突合部Ｊ１１の全長に亘って連続して摩擦攪拌接合を行ったため気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１２２】
また、本実施形態では、本接合工程に先だって仮接合工程を行うため、本接合工程を行う際の蓋板５１の位置ずれを防止して摩擦攪拌の作業性を高めることができる。また、内隅に形成された凹溝３１に溶接金属Ｔ５を充填させることで溶接作業を容易に行うことができる。
【０１２３】
なお、本実施形態では、摩擦攪拌工程の前に溶接工程を行ったが、溶接工程の前に摩擦攪拌を行ってもよい。先に摩擦攪拌接合を行って、熱収縮によって蓋板５１が反ってしまい、蓋付構造体１Ａの内側の角部に欠損が形成された場合であっても、溶接工程によって当該欠損を補修することができる。また、溶接工程による入熱により、蓋板５１の反りを是正することができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、正面視筒状の蓋付構造体１Ａを形成する場合を例示したが、他の形状であってもよい。また、例えば、蓋板５１の板厚を薄くするなどして本接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２が突合部Ｊ１１に達するように設定して摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、本実施形態では、一対のタブ材を設けたが、タブ材は一つ配置するだけでもよい。
【０１２５】
［第六実施形態］
次に、第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１６に示すように、第六実施形態に係る蓋付構造体の製造方法は、蓋板５１の裏面５２ａに段差を形成する点、構造体１に切欠き部１ｅを形成していない点及び仮接合工程を行わない点で第五実施形態と相違する。第六実施形態に係る製造方法については、第五実施形態と共通する点については詳細な説明を省略する。
【０１２６】
図１６の（ａ）に示すように、本実施形態に係る蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅は、金属部材１ａ（１ｂ，１ｃ，１ｄ）の板厚と同等に形成する。第三裏面６２ｃの高さは蓋板５１の板厚の半分に設定する。
【０１２７】
図１６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る突合工程では、構造体１の端面１４及び裏面１２と、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃとをそれぞれ突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。突合部Ｊ１１の断面線形はＬ字状になる。
【０１２８】
本実施形態に係る溶接工程では、構造体１の裏面１２と蓋板５１の裏面５２ａとで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ５が形成される。
【０１２９】
摩擦攪拌工程では、蓋板５１の表面５１ａ側から本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ５が形成される。形成される塑性化領域Ｗ５が、少なくとも突合部Ｊ１１の一部に達するように本接合用回転ツールＧの押込み量等を設定する。
【０１３０】
第六実施形態によれば、蓋板５１の裏面５２ａに段差を設けて、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃと、構造体１の端面１４及び裏面１２とをそれぞれ当接させることにより、構造体１及び蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１３１】
なお、図１６の（ａ）を参照するように、蓋板５１の第一裏面６２ａと第三裏面６２ｃとで構成される角部に、第五実施形態と同様に切欠き溝（図示省略）を設けて、当該切欠き溝と構造体１の裏面１２とで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、突合部Ｊ１１に対して仮接合を行ってもよい。
【０１３２】
［第三変形例］
次に、第六実施形態の変形例（第三変形例）について説明する。第三変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第六実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１３３】
図１７の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅は、構造体１の端面１４の板厚よりもやや大きく形成する。第三裏面６２ｃの高さは、蓋板５１の板厚の四分の一程度に形成する。
【０１３４】
図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る突合工程では、構造体１の端面１４と、蓋板５１の第二裏面６２ｂとを突き合わせて突合部Ｊ１１を形成する。突合部Ｊ１１の断面線形は直線となる。構造体１の蓋板５１の各側面５３ａと構造体１の表面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは面一にする。蓋板５１の第三裏面６２ｃと構造体１の裏面１２とは所定の間隔をあけて配設される。これにより、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び構造体１の裏面１２により断面視矩形の凹溝６２ｅが形成される。
【０１３５】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝６２ｅに溶接金属を充填させて蓋板５１と構造体１とを接合する。蓋板５１の第一裏面６２ａから突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【０１３６】
第三変形例では、段差を構成する第二裏面６２ｂの幅を大きく形成して、構造体１及び蓋板５１の内隅に溶接金属を充填させる凹溝６２ｅを形成することにより、溶接工程を容易に行うことができる。
【０１３７】
［第七実施形態］
次に、第七実施形態に係る蓋付構造体の製造方法について説明する。図１８に示すように、第七実施形態では、蓋板５１の裏面５２ａ及び構造体１の端面１４に段差を形成する点で第六実施形態と相違する。第七実施形態は、構造体１にも段差を形成する点を除いては第六実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１３８】
図１８の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。第二裏面６２ｂの幅及び第三裏面６２ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【０１３９】
一方、構造体１の端面１４の内縁に、段差を形成する。端面１４は、第一端面６３ａと、第一端面６３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面６３ｂと、第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂに対して垂直な第三端面６３ｃとを有する。第二端面６３ｂと第三端面６３ｃとで段差が構成される。第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂの幅は金属部材１ａの板厚の半分に形成する。第三端面６３ｃの高さは、金属部材１ａの板厚の半分に形成する。
【０１４０】
図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の段差と蓋板５１の段差を当接させて突合部Ｊ１１を形成する。つまり、構造体１の第一端面６３ａ、第三端面６３ｃ及び第二端面６３ｂに、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び第一裏面６２ａをそれぞれ突き合わせる。突合部Ｊ１１の断面線形は、クランク形状になる。
【０１４１】
本実施形態に係る溶接工程では、蓋板５１の裏面５２ａと構造体１の裏面１２とで形成された角部（内隅）に溶接を行う。溶接工程によって、溶接金属Ｔ５が形成される。
【０１４２】
摩擦攪拌工程では、蓋板５１の表面５１ａから本接合用回転ツールＧ（図示省略）を押し込んで、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌接合を行う。摩擦攪拌工程によって、塑性化領域Ｗ５が形成される。形成される塑性化領域Ｗ５が、少なくとも突合部Ｊ１１の一部を含むように本接合用回転ツールＧのルート及び押込み量等を設定する。
【０１４３】
第七実施形態によれば、構造体１及び蓋板５１にそれぞれ段差を設けて、構造体１の第一端面６３ａ、第三端面６３ｃ及び第二端面６３ｂと、蓋板５１の第二裏面６２ｂ、第三裏面６２ｃ及び第一裏面６２ａをそれぞれ当接させることにより、構造体１と蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１４４】
なお、図１８の（ａ）を参照するように、構造体１の裏面１２と第二端面６３ｂとで形成される角部に、第五実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と蓋板５１の裏面５２とで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、摩擦攪拌工程に先だって、構造体１の表面１１ａ側から仮接合用回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１１に対して仮接合工程を行ってもよい。
【０１４５】
［第四変形例］
次に、第七実施形態の変形例（第四変形例）について説明する。第四変形例では、突合工程及び溶接工程以外は第七実施形態と略同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１４６】
図１９の（ａ）に示すように、蓋板５１の裏面５２ａの外縁に段差を形成するとともに、構造体１の端面１４の内縁に段差を形成する。裏面５２ａは、第一裏面６２ａと、第一裏面６２ａよりも一段上がった位置に形成された第二裏面６２ｂと、第一裏面６２ａ及び第二裏面６２ｂに対して垂直な第三裏面６２ｃとを有する。第二裏面６２ｂと第三裏面６２ｃとで段差が構成される。
【０１４７】
一方、構造体１の端面１４の内縁に、段差を形成する。端面１４は、第一端面６３ａと、第一端面６３ａよりも一段下がった位置に形成された第二端面６３ｂと、第一端面６３ａ及び第二端面６３ｂに対して垂直な第三端面６３ｃとを有する。第二端面６３ｂと第三端面６３ｃとで段差が構成される。第一端面６３ａの幅は、第二裏面６２ｂの幅と同等に形成する。第二端面６３ｂの幅は、金属部材１ａの板厚の四分の一程度に形成されている。第三端面６３ｃの高さは、第三裏面６２ｃの高さよりもやや大きく形成する。
【０１４８】
図１９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の段差と蓋板５１の段差を当接させて突合部Ｊ１１を形成する。つまり、構造体１の第一端面６３ａ及び第三端面６３ｃと、蓋板５１の第二裏面６２ｂ及び第三裏面６２ｃとがそれぞれ突き合わされる。突合部Ｊ１１の断面線形はＬ字状になる。構造体１の第二端面６３ｂと、蓋板５１の第一裏面６２ａは、所定の間隔をあけて配設される。これにより、蓋板５１の第一裏面６２ａ、構造体１の第二端面６３ｂ及び第三端面６３ｃにより断面視矩形の凹溝６３ｅが形成される。
【０１４９】
具体的な図示はしないが、本変形例の溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹溝６３ｅに溶接金属を充填させて構造体１及び蓋板５１を接合する。構造体１の裏面１２から突出する溶接金属は切削して平滑にする。
【０１５０】
第四変形例では、構造体１及び蓋板５１に段差を設ける場合に、凹溝６３ｅが形成されるように突き合せることで溶接工程を容易に行うことができる。
【０１５１】
［第八実施形態］
次に、第八実施形態に係る製造方法について説明する。図２０に示すように、第八実施形態に係る製造方法は、構造体１に凸部６５を、蓋板５１の裏面５２ａに凹部６６を形成する点で第六実施形態と相違する。第八実施形態では、凸部６５及び凹部６６を形成する点を除いては第六実施形態と同等であるため、共通する部分の詳細な説明は省略する。
【０１５２】
図２０の（ａ）に示すように、構造体１の端面を切削して構造体１の回りに沿って断面視矩形の凸部６５を形成する。蓋板５１の裏面５２ａには、凸部６５と対応する位置に断面視矩形の凹部６６を形成する。凸部６５は、凹部６６に隙間なく係合する形状で形成する。なお、凸部６５及び凹部６６の形状は特に制限されるものではない。
【０１５３】
図２０の（ｂ）に示すように、突合工程では、構造体１の凸部６５と、蓋板５１の凹部６６とを係合させて突合部Ｊ１１を形成する。
【０１５４】
第八実施形態によれば、凸部６５に凹部６６を係合させることで、構造体１と蓋板５１の位置決めを容易に行うことができる。
【０１５５】
なお、構造体１の裏面１２に第五実施形態と同じように切欠き部（図示省略）を設けて、当該切欠き部と蓋板５１の裏面５２ａとで形成される凹溝に溶接を行ってもよい。また、蓋板５１に凸部、構造体１に凹部を設けてもよい。
【０１５６】
以上、本発明の接合方法及び蓋付構造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、本実施形態では、金属部材を断面視してＬ字状に突き合わせる場合を例示したが、例えば断面視Ｔ字状に突き合わせる場合に本発明を採用してもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１ 構造体
１Ａ 蓋付構造体
１ａ 金属部材
１ｂ 金属部材
１ｃ 金属部材
１ｄ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
１１ａ 金属部材の表面
１１ｂ 金属部材の表面
１２ａ 金属部材の裏面
１２ｂ 金属部材の裏面
１２ｅ 切欠き部
１３ａ 金属部材の端面
１３ｂ 金属部材の端面
２１ 凹溝
２２ａ 第一裏面
２２ｂ 第二裏面
２２ｃ 第三裏面
２３ａ 第一端面
２３ｂ 第二端面
２３ｃ 第三端面
２５ 凹部
２６ 凸部
５１ 蓋板
５１ａ 蓋板の表面
５２ａ 蓋板の裏面
６２ａ 第一裏面
６２ｂ 第二裏面
６２ｃ 第三裏面
６３ａ 第一端面
６３ｂ 第二端面
６３ｃ 第三端面
Ｆ 仮接合用回転ツール
Ｇ 本接合用回転ツール
Ｊ 突合部
Ｔ 溶接金属
ｗ 塑性化領域
Ｗ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の板状の金属部材を突き合わせて接合する接合方法であって、
少なくとも一方の前記金属部材の端面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、
他方の前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入して前記突合部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
一方の前記金属部材の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記第一端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第三端面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第二端面と他方の前記金属部材の前記第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
一方の前記金属部材の端面に凹部及び凸部のいずれか一方を形成し、他方の前記金属部材の裏面に凹部及び凸部のいずれか他方を形成し、
前記突合工程では、前記凹部と前記凸部とを係合させて突合部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記内隅に現れる突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記突合部の両脇に一対のタブ材を配置して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項８】
前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項９】
筒状を呈する構造体と前記構造体の開口を覆う蓋板とを有する蓋付構造体の製造方法であって、
少なくとも前記構造体の開口側の端面に前記蓋板の裏面を突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
前記構造体の裏面と、前記蓋板の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、
前記突合部に対して前記蓋板の表面側から回転ツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする蓋付構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面と前記蓋板の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、前記構造体の裏面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項９に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記構造体の開口側の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、
前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、前記構造体の前記第一端面と前記蓋板の第二裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第三端面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第二端面と前記蓋板の第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項９に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面及び前記蓋板の裏面のいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成された凹部とを係合させて突合部を形成することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記溶接工程では、前記内隅に現れる前記突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記構造体にタブ材を添設して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１】
一対の板状の金属部材を突き合わせて接合する接合方法であって、
少なくとも一方の前記金属部材の端面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、
他方の前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入して前記突合部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、一方の前記金属部材の裏面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
一方の前記金属部材の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、
他方の前記金属部材の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、一方の前記金属部材の前記第一端面と他方の前記金属部材の前記第二裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第三端面と他方の前記金属部材の前記第三裏面とを突き合わせ、一方の前記金属部材の前記第二端面と他方の前記金属部材の前記第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
一方の前記金属部材の端面に凹部及び凸部のいずれか一方を形成し、他方の前記金属部材の裏面に凹部及び凸部のいずれか他方を形成し、
前記突合工程では、前記凹部と前記凸部とを係合させて突合部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記内隅に現れる突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記突合部の両脇に一対のタブ材を配置して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項８】
前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項９】
筒状を呈する構造体と前記構造体の開口を覆う蓋板とを有する蓋付構造体の製造方法であって、
少なくとも前記構造体の開口側の端面に前記蓋板の裏面を突き合わせて突合部を形成する突合工程と、
前記構造体の裏面と、前記蓋板の裏面で構成される内隅から前記突合部に対して溶接を行う溶接工程と、
前記突合部に対して前記蓋板の表面側から回転ツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする蓋付構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面と前記蓋板の前記第二裏面とを突き合わせるとともに、前記構造体の裏面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項９に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記構造体の開口側の端面を、第一端面と、この第一端面に対して段差のある第二端面と、前記第一端面と前記第二端面とを連結する第三端面とを備えるように形成し、
前記蓋板の裏面を、第一裏面と、この第一裏面に対して段差のある第二裏面と、前記第一裏面と前記第二裏面とを連結する第三裏面とを備えるように形成し、
前記突合工程では、前記構造体の前記第一端面と前記蓋板の第二裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第三端面と前記蓋板の前記第三裏面とを突き合わせ、前記構造体の前記第二端面と前記蓋板の第一裏面とを突き合わせて突合部を形成することを特徴とする請求項９に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記突合工程では、前記構造体の開口側の端面及び前記蓋板の裏面のいずれか一方に形成された凸部と、他方に形成された凹部とを係合させて突合部を形成することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記溶接工程では、前記内隅に現れる前記突合部に沿って形成された凹溝に溶接金属を充填することを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記摩擦攪拌工程の前に、この摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記構造体にタブ材を添設して、前記タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定することを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記摩擦攪拌工程の前に、摩擦攪拌を行う前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか一項に記載の蓋付構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−２８４７０４（Ｐ２０１０−２８４７０４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１７７２（Ｐ２００９−１４１７７２）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]