接合方法
【課題】一対の金属部材同士の突合部に対して表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行う工程を含む接合方法であって、金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させ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】本発明に係る接合方法は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行う溶接接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、第一本接合工程において、溶接接合工程で形成された溶接金属と被接合金属部材１とを摩擦攪拌するとともに、第二本接合工程において、溶接接合工程で形成された溶接金属と被接合金属部材１とを摩擦攪拌する。
【解決手段】本発明に係る接合方法は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行う溶接接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、第一本接合工程において、溶接接合工程で形成された溶接金属と被接合金属部材１とを摩擦攪拌するとともに、第二本接合工程において、溶接接合工程で形成された溶接金属と被接合金属部材１とを摩擦攪拌する。
【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金属部材の接合方法に関する。
【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】
ここで図２２及び図２３は、一対の金属部材に摩擦攪拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図２２に示すように、接合すべき金属部材１０１，１０１の肉厚が図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材１０１の表面１０２側から摩擦攪拌接合を行った後に、裏面１０３側からも摩擦攪拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法は、金属部材１０１，１０１の突合部１０４（二点鎖線）に沿って表面１０２及び裏面１０３の両側から摩擦攪拌接合を行い、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部１０４においては、隙間なく接合することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２３に示すように、接合すべき金属部材１１１，１１１の肉厚が大きい場合、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行っても突合部１０４（二点鎖線）の中央部に未接合部が生じてしまう可能性がある。即ち、図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さに対して、金属部材１１１の肉厚が非常に大きい場合、金属部材１１１の表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌を行ったとしても、塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部１１４の中央部に隙間（未接合部）１１９が生じてしまう。このように、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する隙間１１９が生じてしまうと、側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００６】
ここで、金属部材１１１の厚みに応じて回転ツールの攪拌ピンの長さを大きくすれば、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行うことで金属部材１１１同士を隙間なく接合することは可能である。しかし、回転ツールは、金属部材１１１内に攪拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、攪拌ピンの長さを大きくすると、摩擦攪拌装置の駆動手段及び攪拌ピンに作用する負荷が増大し、装置の短寿命化を招来す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に対して金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行う工程を含む接合方法であって、一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることが可能な接合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本発明に係る接合方法は、第一金属部材の端面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、溶接の作業性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、凹溝と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、第一金属部材の側面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。
【００１５】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記第二金属部材の端面の側面側に前記突合部に沿って形成された凹溝に、前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
【００１７】
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、溶接の作業性を高めることができる。
【００１８】
また、本発明に係る第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。
【００１９】
かかる接合方法によれば、凹溝の底面と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の表面、裏面及び側面から突出した部分を切除する切除工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、被接合金属部材の各面を平滑に形成することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記摩擦攪拌で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを挿入予定位置に押し込む際に生じる挿入抵抗を低減することができるともに、回転ツールが下穴に案内されるため、精度よく迅速に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行うとともに一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせてなる被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行うとともに、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材１を詳細に説明する。本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００２４】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなり、それぞれの端面１１ａ，１１ｂを突き合わせることで突合部Ｊ１が形成される。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、例えば、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。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００２５】
第一金属部材１ａの表面１２ａの端面１１ａ側には、一方の側面１４ａから他方の側面１５ａに連続する凹溝Ｋ１ａが形成されている。また、第一金属部材１ａの裏面１３ａの端面１１ａ側には、一方の側面１４ａから他方の側面１５ａに連続する凹溝Ｋ２ａが形成されている。凹溝Ｋ１ａ及び凹溝Ｋ２ａは、断面視矩形を呈し、所定の深さ（図１の上下方向高さ）及び幅（図１の前後方向長さ）で形成されている。
【００２６】
一方、第二金属部材１ｂの表面１２ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１ｂが形成されている。また、第二金属部材１ｂの裏面１３ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ２ｂが形成されている。凹溝Ｋ２ａ及び凹溝Ｋ２ｂは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
【００２７】
図２の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋ１ａと凹溝Ｋ１ｂが突き合わされることにより、凹溝Ｋ１が形成される。また、凹溝Ｋ２ａと凹溝Ｋ２ｂが突き合わされることにより、凹溝Ｋ２（図示省略）が形成される。凹溝Ｋ１及び凹溝Ｋ２は、後記する溶接金属充填工程において、溶接金属が充填される部分である。
【００２８】
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二本接合工程を含むものである。
【００２９】
（１）突合工程
突合工程では、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する。即ち、突合工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとを面一にするとともに、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとを面一にする。また、第一金属部材１ａの一方の側面１４ａと第二金属部材１ｂの一方の側面１４ｂを面一にするとともに、第一金属部材１ａの他方の側面１５ａと第二金属部材１ｂの他方の側面１５ｂとを面一にする。
【００３０】
第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの突合部分には突合部Ｊ１が形成されている。また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの対向する凹溝が突き合わされることにより、被接合金属部材１の表面側に凹溝Ｋ１が、裏面側に凹溝Ｋ２が形成される。
ここで、被接合金属部材１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００３１】
（２）溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに露出する突合部Ｊ１に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１のうち被接合金属部材１の表面Ａから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝Ｋ２に溶接金属Ｔ２を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ２のうち被接合金属部材１の裏面Ｂから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Ｃにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋ３を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋ４を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝Ｋ３に溶接金属Ｔ３を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ３のうち被接合金属部材１の第一側面Ｃから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝Ｋ４に溶接金属Ｔ４を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ４のうち被接合金属部材１の第二側面Ｄから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
【００３２】
第一溶接金属充填工程では、図３の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａに形成された凹溝Ｋ１に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１が表面Ａよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図２の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１のうち、表面Ａよりも上方に突出する部分を肉盛部Ｔ１’とする。
【００３３】
第一切除工程では、表面Ａから突出した肉盛部Ｔ１’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Ａを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００３４】
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された凹溝Ｋ２（図４参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ２に溶接金属Ｔ２（図４参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ２が裏面Ｂよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ２のうち、裏面Ｂよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００３５】
第二切除工程では、裏面Ｂから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Ｂを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ２が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００３６】
第三凹溝形成工程では、図５に示すように、第一側面Ｃに突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ３を形成する。凹溝Ｋ３は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ３は、凹溝Ｋ１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ３の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００３７】
第四凹溝形成工程では、図５に示すように、第二側面Ｄに突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ４を形成する。凹溝Ｋ４は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ４は、凹溝Ｋ１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ４の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００３８】
第三溶接金属充填工程では、図６の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の第一側面Ｃに形成された凹溝Ｋ３に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ３に溶接金属Ｔ３を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ３が第一側面Ｃよりも突出するように行うのが好ましい。図６の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ３のうち、第一側面Ｃよりも突出する部分を肉盛部Ｔ３’とする。
【００３９】
第三切除工程では、第一側面Ｃから突出した肉盛部Ｔ３’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Ｃを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１の第一側面Ｃにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ３が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００４０】
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋ４（図５参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ４に溶接金属Ｔ４を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ４（図７参照）が第二側面Ｄよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ４のうち、第二側面Ｄよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００４１】
第四切除工程では、第二側面Ｄから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Ｄを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１の第二側面Ｄにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ４が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００４２】
なお、溶接接合工程は、本実施形態においては、前記したように行ったが、工程順序及び溶接の形態は適宜変更してもよい。例えば、本実施形態においては、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに予め凹溝を形成したが、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせてから凹溝を切り欠いて形成してもよい。
また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの側面にも予め凹溝を形成してから、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせた後、溶接金属を充填してもよい。また、本実施形態においては、凹溝Ｋ１〜Ｋ４を形成したが、必ずしも設ける必要はない。また、凹溝Ｋ１〜凹溝Ｋ４の形状は、本実施形態においては断面視矩形であるが、他の形状であってもよい。また、凹溝Ｋ１〜凹溝Ｋ４の形状は、例えば、被接合金属部材１の中央側に拡開して、溶接長が長くなるように形成してもよい。
【００４３】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材１に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材と回転ツールについて詳細に説明する。
【００４４】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材１に添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにそれぞれ現れる溶接金属Ｔ３，Ｔ４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、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成している。また、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、その厚さ寸法を突合部Ｊ１における被接合金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。
【００４５】
次に、図８を参照して、摩擦攪拌に用いる小型の回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び大型の回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００４６】
図８の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材１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Ｆ１と、このショルダ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。小型回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一本接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図８の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、小さな負荷で接合を行うことが可能となるので、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、比較的複雑な経路であってもスムーズに摩擦攪拌することができる。さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、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。
【００４７】
ショルダ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、大型回転ツールＧのショルダＧ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００４８】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ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が大型回転ツール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、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢ（図８の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００４９】
図８の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材１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Ｇ１と、このショルダ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。
【００５０】
ショルダＧ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツール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。
【００５１】
タブ材配置工程は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材２は、第一側面Ｃの突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ３）に沿って当接配置する。一方、第二タブ材３は、第二側面Ｄの突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ４）に沿って当接配置する。第一タブ材２と被接合金属部材１の入隅部２ａ，２ｂに溶接を施して第一タブ材２と被接合金属部材１とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二 タブ材３と被接合金属部材１とを溶接によって仮接合する。
【００５２】
仮接合工程では、図９に示すように、小型回転ツールＦを用いて被接合金属部材１と第一タブ材２及び第二タブ材３とを摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ２に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
【００５３】
第一仮接合工程では、第二タブ材３の任意の点に設定した開始位置ＳＰ１に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ３上の始点ｓ３に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ３に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ３に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ３上の終点ｅ３に達したら、小型回転ツールＦを第二タブ材３側に入り込ませ、終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００５４】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００５５】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３の位置に終点を設ければよい。
【００５６】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３により形成された入隅部３ａ，３ｂを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【００５７】
第二仮接合工程は、図９に示すように、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
下穴形成工程では、図８の（ｂ）に示すように、第一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。下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５９】
下穴Ｐ１は、大型回転ツール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、本実施形態では、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に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００６０】
第一本接合工程では、図１０に示すように、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材１の表面Ａ側から突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ１）に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールＧを第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ１に押し込み、大型回転ツールＧを離脱させずに相対移動させ、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ１まで摩擦攪拌を行う。第一本接合工程によって、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って表面側塑性化領域Ｗ１が形成されている。
【００６１】
ここで、図１１を用いて、表面側塑性化領域Ｗ１（大型回転ツールＧ）と凹溝Ｋ１との関係について説明する。図１１は、図１０のIII−III線断面図である。表面側塑性化領域Ｗ１の幅Ｗａ（ショルダＧ１の外径Ｙ１と略同等）は、凹溝Ｋ１の幅ＫＬよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域Ｗ１の深さＷ１ｂは、凹溝Ｋ１の深さＫＤよりも大きく形成されている。つまり、凹溝Ｋ１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面が摩擦攪拌されているため、被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。
【００６２】
ここで、表面側塑性化領域Ｗ１の先端と凹溝Ｋ１の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝Ｋ１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Ａから攪拌ピンＧ２の下端までの距離Ｇ２ｂは、凹溝Ｋ１の深さＫＤよりも大きく形成されている。これにより、より確実に凹溝Ｋ１と溶接金属Ｔ１との界面を摩擦攪拌することができる。
【００６３】
（４）第二本接合工程
第二本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂにおいて大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１から一対のタブ材を切除する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行って突合部Ｊ１を密閉し、被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材１の接合強度を高めることができる。
【００６５】
また、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填した後に、摩擦攪拌を行うことで凹溝Ｋ１と溶接金属Ｔ１との界面を確実に密閉することができる。
【００６６】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る接合方法は、第一金属部材と第二金属部材が略直角（平面視Ｌ字状）に接合される点で第一実施形態と相違する。
本実施形態に係る接合方法は、第一金属部材１０ａの側面と第二金属部材１０ｂの端面とを突き合わせてなる被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行うとともに、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００６７】
被接合金属部材１０は、図１２及び図１３に示すように、断面視矩形の第一金属部材１０ａの側面４４ａと、断面視矩形の第二金属部材１０ｂの端面１１ｂとを突き合わせて形成される。被接合金属部材１０の突き合わせ面には、突合部Ｊ１１（図１２参照）が形成されている。第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、例えば、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。第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００６８】
第二金属部材１０ｂの表面１２ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１１ｂが形成されている。また、第二金属部材１ｂの裏面１３ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１２ｂが形成されている。凹溝Ｋ１１ｂ及び凹溝Ｋ１２ｂは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
【００６９】
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二本接合工程、を含むものである。
【００７０】
（１）突合工程
突合工程では、第一金属部材１０ａの側面４４ａと第二金属部材１０ｂの端面１１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する。即ち、突合工程では、図１２及び図１３に示すように、第一金属部材１０ａの表面４２ａと第二金属部材１０ｂの表面１２ｂとを面一にするとともに、第一金属部材１０ａの裏面４３ａと第二金属部材１０ｂの裏面１３ｂとを面一にする。また、第一金属部材１０ａの端面４５ａと第二金属部材１０ｂの他方の側面１５ｂとを面一にする。
【００７１】
図１４に示すように、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと、第二金属部材１０ｂの凹溝Ｋ１１ｂとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝Ｋ１１が形成されている。また、図１３及び図１５に示すように、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと、第二金属部材１０ｂの凹溝Ｋ１２ｂとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝Ｋ１２が形成されている。また、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂは略垂直を成し、入隅部Ｉが形成されている。
なお、被接合金属部材１０の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００７２】
（２）溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに露出する突合部に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１１のうち被接合金属部材１０の表面Ａから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝Ｋ１２に溶接金属Ｔ１２を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１２のうち被接合金属部材１０の裏面Ｂから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Ｃにおいて、突合部Ｊ１１に沿って凹溝Ｋ１３を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１１に沿って凹溝Ｋ１４を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝Ｋ１３に溶接金属Ｔ１３を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１３のうち被接合金属部材１０の第一側面Ｃから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝Ｋ１４に溶接金属Ｔ１４を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１４のうち被接合金属部材１０の第二側面Ｄから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
【００７３】
第一溶接金属充填工程では、図１４の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａに形成された凹溝Ｋ１１に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１１が表面Ａよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図１４の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１１のうち、表面Ａよりも上方に突出する部分を肉盛部Ｔ１１’とする。
【００７４】
第一切除工程では、図１４の（ｂ）に示すように、表面Ａから突出した肉盛部Ｔ１１’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Ａを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１１が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００７５】
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された凹溝Ｋ１２（図１５参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１２に溶接金属Ｔ１２（図１５参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ２が裏面Ｂよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ１２のうち、裏面Ｂよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００７６】
第二切除工程では、裏面Ｂから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Ｂを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１２が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００７７】
第三凹溝形成工程では、図１５に示すように、第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂの端面側において、突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ１３を形成する。凹溝Ｋ１３は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ１３は、凹溝Ｋ１１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ１３の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００７８】
第四凹溝形成工程では、図１５に示すように、第二金属部材１０ｂの他方の側面１５ｂの端面側において、突合部Ｊ１１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ１４を形成する。凹溝Ｋ１４は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ１４は、凹溝Ｋ１１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ１４の底面には、突合部Ｊ１１のうち、未溶接領域が露出している。
【００７９】
第三溶接金属充填工程では、図１６の（ａ）に示すように、第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂ（被接合金属部材１の第一側面Ｃ）に形成された凹溝Ｋ１３に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１３に溶接金属Ｔ１３を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１３が第一側面Ｃよりも突出するように行うのが好ましい。図１６の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１３のうち、第一側面Ｃよりも突出する部分を肉盛部Ｔ１３’とする。
【００８０】
第三切除工程では、第一側面Ｃから突出した肉盛部Ｔ１３’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Ｃを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１０の第一側面Ｃにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ１３が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００８１】
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋ１４（図１６参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１４に溶接金属Ｔ１４（図１７参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１４が第二側面Ｄよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ１４のうち、第二側面Ｄよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００８２】
第四切除工程では、第二側面Ｄから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Ｄを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１０の第二側面Ｄにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ１４が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材１０に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１０とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１に沿って表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材について詳細に説明する。
【００８３】
第一タブ材４および第二タブ材５は、図１７に示すように、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材１０に添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる溶接金属Ｔ１３，Ｔ１４を覆い隠す。第一タブ材４及び第二タブ材５の材質に特に制限はないが、本実施形態では、被接合金属部材１０と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材４及び第二タブ材５の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部Ｊ１１における被接合金属部材１０の厚さ寸法と同一にしている。
【００８４】
タブ材配置工程は、図１７に示すように、被接合金属部材１０の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材４は、第二側面Ｄの突合部Ｊ１１（溶接金属Ｔ１４）に沿って当接配置する。一方、第二タブ材５は、入隅部Ｉにおいて第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂ（溶接金属Ｔ１３）に沿って当接配置する。第一タブ材４と被接合金属部材１０の入隅部４ａ，４ｂに溶接を施して第一タブ材４と被接合金属部材１０とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二タブ材５と被接合金属部材１０とを溶接によって仮接合する。
【００８５】
仮接合工程では、図１８に示すように、小型回転ツールＦを用いて被接合金属部材１０と第一タブ材４及び第二タブ材５を摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材１０と第一タブ材４との突合部Ｊ１４に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材１０と第二タブ材５との突合部Ｊ１５，Ｊ１５に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
【００８６】
第一仮接合工程は、第一タブ材４の任意の点に設定した開始位置ＳＰ３に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ１４上の始点ｓ４に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ４に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ１４に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１４上の終点ｅ４に達したら、小型回転ツールＦを第一タブ材４側に入り込ませ、終了位置ＥＰ３で小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００８７】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１０が位置するように始点ｓ４と終点ｅ４の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１０側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００８８】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１０が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ４の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ４の位置に終点を設ければよい。
【００８９】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ１４に入り込むと、被接合金属部材１０と第一タブ材４を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１０と第一タブ材４により形成された入隅部４ａ，４ｂを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１０と第一タブ材４との間に目開きが発生することがない。
【００９０】
第二仮接合工程は、図１８示すように、第一タブ材４と被接合金属部材１０との突合部Ｊ１５，Ｊ１５を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。第二タブ材５に任意に設定した開始位置ＳＰ４に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ１５上の始点ｓ５に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ５に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ１５に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１５上の変化点ｈ５（入隅部Ｉ）に達したら、突合部Ｊ１５の終点ｅ５に向かって小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ５に達したら、そのまま第二タブ材５の内部に突入させ、終了位置ＥＰ４で第二タブ材５から小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００９１】
下穴形成工程では、具体的な図示はないが、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。下穴形成工程においては、第一タブ材４の表面に設定されたＳＭ２に下穴Ｐ１を形成する。
【００９２】
下穴Ｐ１は、大型回転ツール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、本実施形態では、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４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５に形成してもよいし、突合部Ｊ１４，Ｊ１５に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１０の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１０の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００９３】
第一本接合工程では、図１９に示すように、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材１０の表面Ａ側から突合部Ｊ１１に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールＧを第一タブ材４に設定した開始位置ＳＭ２に押し込み、大型回転ツールＧを離脱させずに第二タブ材５に設定した終了位置ＥＭ２まで摩擦攪拌を行う。
即ち、大型回転ツールＧを開始位置ＳＭ２に押し込んで、始点ｓ６に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧが始点ｓ６に達したら、大型回転ツールＧを離脱させずに終点ｅ６に向かって突合部Ｊ１１に沿って移動させる。大型回転ツールＧがｅ６に達したら、第二タブ材５に設定された終了位置ＥＭ２まで大型回転ツールＧを移動させて離脱させる。第一本接合工程によって、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１に沿って表面側塑性化領域Ｗ１１が形成されている。
【００９４】
ここで、図２０を用いて、表面側塑性化領域Ｗ１１（大型回転ツールＧ）と凹溝Ｋ１１との関係について説明する。図２０は、図１９のVI−VI線断面図である。表面側塑性化領域Ｗ１１の幅Ｗａ／２（ショルダＧ１の外径Ｙ１／２と略同等）は、凹溝Ｋ１１の幅ＫＨよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域Ｗ１１の深さＷ１１ｂは、凹溝Ｋ１１の深さＫＮよりも大きく形成されている。つまり、凹溝Ｋ１１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面を摩擦攪拌することにより、被接合金属部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。ここで、表面側塑性化領域Ｗ１１の末端と凹溝Ｋ１１の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝Ｋ１１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１１との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Ａから攪拌ピンＧ２の下端までの距離Ｇ２ｂは、凹溝Ｋ１１の深さＫＮよりも大きく形成されている。これにより、より確実に、凹溝Ｋ１１と溶接金属Ｔ１１との界面を摩擦攪拌することができる。
【００９５】
（４）第二本接合工程
第二本接合工程では、図２１に示すように、被接合金属部材１０の裏面Ｂにおいて大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、第一タブ材４に設定された開始位置ＳＭ３から終了位置ＥＭ３まで大型回転ツールＧを離脱させることなく、突合部Ｊ１１に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１０から一対のタブ材を切除する。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行って突合部Ｊ１１を密閉し、被接合金属部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材１０の接合強度を高めることができる。
【００９７】
また、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填した後に、第一本接合工程及び第二本接合工程にて摩擦攪拌を行うことで凹溝Ｋ１１と溶接金属Ｔ１１との界面を確実に密閉することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、溶接接合工程を行った後に、大型回転ツールＧを用いて第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに摩擦攪拌を行ってもよい。また、図２に示すように、第一金属部材１ａ、第二金属部材１ｂの凹溝Ｋ１ａ，Ｋ１ｂ等は、各部材の表面及び裏面に形成されているが、予め側面に凹溝を形成してもよい。また、本実施形態における工程順はあくまで例示であって他の順序であってもよい。
また、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域にトンネル状の空洞欠陥が発生した場合には、当該空洞欠陥を溶接によって密閉するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第一実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した図であって（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図３】（ａ）は、第一実施形態に係る第一溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のI-I線断面図である。
【図４】第一実施形態に係る第二切除工程後を示した斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る第三凹溝形成工程及び第四凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図６】（ａ）は、第一実施形態に係る第三溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。
【図７】第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図８】（ａ）は、小型回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図９】第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図１０】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図１１】図１０のIII-III線断面図である。
【図１２】第二実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。
【図１３】第二実施形態に係る被接合金属部材の分解斜視図である。
【図１４】（ａ）は、第二実施形態に係る第一溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図１５】第二実施形態に係る第三凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図１６】（ａ）は、第二実施形態に係る第三溶接金属充填工程を示した斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のV−V線断面図である。
【図１７】第二実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１８】第二実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図１９】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図２０】図１９のVI-VI線断面図である。
【図２１】第二実施形態に係る第二本接合工程を示した平面図である。
【図２２】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図２３】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｊ 突合部
Ｋ 凹溝
Ｐ１ 下穴
Ｔ 溶接金属
Ｗ 塑性化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【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】
ここで図２２及び図２３は、一対の金属部材に摩擦攪拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図２２に示すように、接合すべき金属部材１０１，１０１の肉厚が図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材１０１の表面１０２側から摩擦攪拌接合を行った後に、裏面１０３側からも摩擦攪拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法は、金属部材１０１，１０１の突合部１０４（二点鎖線）に沿って表面１０２及び裏面１０３の両側から摩擦攪拌接合を行い、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部１０４においては、隙間なく接合することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２３に示すように、接合すべき金属部材１１１，１１１の肉厚が大きい場合、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行っても突合部１０４（二点鎖線）の中央部に未接合部が生じてしまう可能性がある。即ち、図示しない回転ツールの攪拌ピンの長さに対して、金属部材１１１の肉厚が非常に大きい場合、金属部材１１１の表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌を行ったとしても、塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部１１４の中央部に隙間（未接合部）１１９が生じてしまう。このように、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する隙間１１９が生じてしまうと、側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００６】
ここで、金属部材１１１の厚みに応じて回転ツールの攪拌ピンの長さを大きくすれば、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行うことで金属部材１１１同士を隙間なく接合することは可能である。しかし、回転ツールは、金属部材１１１内に攪拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、攪拌ピンの長さを大きくすると、摩擦攪拌装置の駆動手段及び攪拌ピンに作用する負荷が増大し、装置の短寿命化を招来す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に対して金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行う工程を含む接合方法であって、一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることが可能な接合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本発明に係る接合方法は、第一金属部材の端面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、溶接の作業性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、凹溝と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、第一金属部材の側面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする。
【００１５】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の突合部の表面、裏面及び側面から溶接を行って突合部を密閉するとともに、第一本接合工程及び第二本接合工程で溶接金属と被接合金属部材との界面を摩擦攪拌することで、被接合金属部材の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１６】
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記第二金属部材の端面の側面側に前記突合部に沿って形成された凹溝に、前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
また、本発明に係る溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
【００１７】
かかる接合方法によれば、凹溝を設けて溶接金属を充填させることにより、溶接の作業性を高めることができる。
【００１８】
また、本発明に係る第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことが好ましい。
【００１９】
かかる接合方法によれば、凹溝の底面と溶接金属とが接触する界面が摩擦攪拌されるため、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の表面、裏面及び側面から突出した部分を切除する切除工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、被接合金属部材の各面を平滑に形成することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記摩擦攪拌で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを挿入予定位置に押し込む際に生じる挿入抵抗を低減することができるともに、回転ツールが下穴に案内されるため、精度よく迅速に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行うとともに一対の金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせてなる被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行うとともに、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材１を詳細に説明する。本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００２４】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなり、それぞれの端面１１ａ，１１ｂを突き合わせることで突合部Ｊ１が形成される。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、例えば、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。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００２５】
第一金属部材１ａの表面１２ａの端面１１ａ側には、一方の側面１４ａから他方の側面１５ａに連続する凹溝Ｋ１ａが形成されている。また、第一金属部材１ａの裏面１３ａの端面１１ａ側には、一方の側面１４ａから他方の側面１５ａに連続する凹溝Ｋ２ａが形成されている。凹溝Ｋ１ａ及び凹溝Ｋ２ａは、断面視矩形を呈し、所定の深さ（図１の上下方向高さ）及び幅（図１の前後方向長さ）で形成されている。
【００２６】
一方、第二金属部材１ｂの表面１２ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１ｂが形成されている。また、第二金属部材１ｂの裏面１３ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ２ｂが形成されている。凹溝Ｋ２ａ及び凹溝Ｋ２ｂは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
【００２７】
図２の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋ１ａと凹溝Ｋ１ｂが突き合わされることにより、凹溝Ｋ１が形成される。また、凹溝Ｋ２ａと凹溝Ｋ２ｂが突き合わされることにより、凹溝Ｋ２（図示省略）が形成される。凹溝Ｋ１及び凹溝Ｋ２は、後記する溶接金属充填工程において、溶接金属が充填される部分である。
【００２８】
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二本接合工程を含むものである。
【００２９】
（１）突合工程
突合工程では、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する。即ち、突合工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとを面一にするとともに、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとを面一にする。また、第一金属部材１ａの一方の側面１４ａと第二金属部材１ｂの一方の側面１４ｂを面一にするとともに、第一金属部材１ａの他方の側面１５ａと第二金属部材１ｂの他方の側面１５ｂとを面一にする。
【００３０】
第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの突合部分には突合部Ｊ１が形成されている。また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの対向する凹溝が突き合わされることにより、被接合金属部材１の表面側に凹溝Ｋ１が、裏面側に凹溝Ｋ２が形成される。
ここで、被接合金属部材１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００３１】
（２）溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに露出する突合部Ｊ１に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１のうち被接合金属部材１の表面Ａから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝Ｋ２に溶接金属Ｔ２を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ２のうち被接合金属部材１の裏面Ｂから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Ｃにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋ３を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋ４を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝Ｋ３に溶接金属Ｔ３を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ３のうち被接合金属部材１の第一側面Ｃから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝Ｋ４に溶接金属Ｔ４を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ４のうち被接合金属部材１の第二側面Ｄから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
【００３２】
第一溶接金属充填工程では、図３の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａに形成された凹溝Ｋ１に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１が表面Ａよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図２の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１のうち、表面Ａよりも上方に突出する部分を肉盛部Ｔ１’とする。
【００３３】
第一切除工程では、表面Ａから突出した肉盛部Ｔ１’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Ａを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００３４】
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された凹溝Ｋ２（図４参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ２に溶接金属Ｔ２（図４参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ２が裏面Ｂよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ２のうち、裏面Ｂよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００３５】
第二切除工程では、裏面Ｂから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Ｂを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ２が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００３６】
第三凹溝形成工程では、図５に示すように、第一側面Ｃに突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ３を形成する。凹溝Ｋ３は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ３は、凹溝Ｋ１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ３の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００３７】
第四凹溝形成工程では、図５に示すように、第二側面Ｄに突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ４を形成する。凹溝Ｋ４は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ４は、凹溝Ｋ１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ４の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００３８】
第三溶接金属充填工程では、図６の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の第一側面Ｃに形成された凹溝Ｋ３に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ３に溶接金属Ｔ３を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ３が第一側面Ｃよりも突出するように行うのが好ましい。図６の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ３のうち、第一側面Ｃよりも突出する部分を肉盛部Ｔ３’とする。
【００３９】
第三切除工程では、第一側面Ｃから突出した肉盛部Ｔ３’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Ｃを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１の第一側面Ｃにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ３が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００４０】
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋ４（図５参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ４に溶接金属Ｔ４を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ４（図７参照）が第二側面Ｄよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ４のうち、第二側面Ｄよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００４１】
第四切除工程では、第二側面Ｄから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Ｄを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１の第二側面Ｄにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ４が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００４２】
なお、溶接接合工程は、本実施形態においては、前記したように行ったが、工程順序及び溶接の形態は適宜変更してもよい。例えば、本実施形態においては、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに予め凹溝を形成したが、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせてから凹溝を切り欠いて形成してもよい。
また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの側面にも予め凹溝を形成してから、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせた後、溶接金属を充填してもよい。また、本実施形態においては、凹溝Ｋ１〜Ｋ４を形成したが、必ずしも設ける必要はない。また、凹溝Ｋ１〜凹溝Ｋ４の形状は、本実施形態においては断面視矩形であるが、他の形状であってもよい。また、凹溝Ｋ１〜凹溝Ｋ４の形状は、例えば、被接合金属部材１の中央側に拡開して、溶接長が長くなるように形成してもよい。
【００４３】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材１に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材と回転ツールについて詳細に説明する。
【００４４】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材１に添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにそれぞれ現れる溶接金属Ｔ３，Ｔ４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、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成している。また、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、その厚さ寸法を突合部Ｊ１における被接合金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。
【００４５】
次に、図８を参照して、摩擦攪拌に用いる小型の回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び大型の回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００４６】
図８の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材１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Ｆ１と、このショルダ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。小型回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一本接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図８の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、小さな負荷で接合を行うことが可能となるので、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、比較的複雑な経路であってもスムーズに摩擦攪拌することができる。さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、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。
【００４７】
ショルダ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、大型回転ツールＧのショルダＧ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００４８】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ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が大型回転ツール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、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢ（図８の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００４９】
図８の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材１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Ｇ１と、このショルダ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。
【００５０】
ショルダＧ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツール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。
【００５１】
タブ材配置工程は、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材２は、第一側面Ｃの突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ３）に沿って当接配置する。一方、第二タブ材３は、第二側面Ｄの突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ４）に沿って当接配置する。第一タブ材２と被接合金属部材１の入隅部２ａ，２ｂに溶接を施して第一タブ材２と被接合金属部材１とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二 タブ材３と被接合金属部材１とを溶接によって仮接合する。
【００５２】
仮接合工程では、図９に示すように、小型回転ツールＦを用いて被接合金属部材１と第一タブ材２及び第二タブ材３とを摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ２に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
【００５３】
第一仮接合工程では、第二タブ材３の任意の点に設定した開始位置ＳＰ１に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ３上の始点ｓ３に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ３に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ３に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ３上の終点ｅ３に達したら、小型回転ツールＦを第二タブ材３側に入り込ませ、終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００５４】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００５５】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３の位置に終点を設ければよい。
【００５６】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３により形成された入隅部３ａ，３ｂを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【００５７】
第二仮接合工程は、図９に示すように、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
下穴形成工程では、図８の（ｂ）に示すように、第一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。下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５９】
下穴Ｐ１は、大型回転ツール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、本実施形態では、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に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００６０】
第一本接合工程では、図１０に示すように、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材１の表面Ａ側から突合部Ｊ１（溶接金属Ｔ１）に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールＧを第一タブ材２に設定した開始位置ＳＭ１に押し込み、大型回転ツールＧを離脱させずに相対移動させ、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ１まで摩擦攪拌を行う。第一本接合工程によって、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って表面側塑性化領域Ｗ１が形成されている。
【００６１】
ここで、図１１を用いて、表面側塑性化領域Ｗ１（大型回転ツールＧ）と凹溝Ｋ１との関係について説明する。図１１は、図１０のIII−III線断面図である。表面側塑性化領域Ｗ１の幅Ｗａ（ショルダＧ１の外径Ｙ１と略同等）は、凹溝Ｋ１の幅ＫＬよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域Ｗ１の深さＷ１ｂは、凹溝Ｋ１の深さＫＤよりも大きく形成されている。つまり、凹溝Ｋ１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面が摩擦攪拌されているため、被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。
【００６２】
ここで、表面側塑性化領域Ｗ１の先端と凹溝Ｋ１の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝Ｋ１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Ａから攪拌ピンＧ２の下端までの距離Ｇ２ｂは、凹溝Ｋ１の深さＫＤよりも大きく形成されている。これにより、より確実に凹溝Ｋ１と溶接金属Ｔ１との界面を摩擦攪拌することができる。
【００６３】
（４）第二本接合工程
第二本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂにおいて大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１から一対のタブ材を切除する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行って突合部Ｊ１を密閉し、被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材１の接合強度を高めることができる。
【００６５】
また、凹溝Ｋ１に溶接金属Ｔ１を充填した後に、摩擦攪拌を行うことで凹溝Ｋ１と溶接金属Ｔ１との界面を確実に密閉することができる。
【００６６】
［第二実施形態］
第二実施形態に係る接合方法は、第一金属部材と第二金属部材が略直角（平面視Ｌ字状）に接合される点で第一実施形態と相違する。
本実施形態に係る接合方法は、第一金属部材１０ａの側面と第二金属部材１０ｂの端面とを突き合わせてなる被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１に対して表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行うとともに、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００６７】
被接合金属部材１０は、図１２及び図１３に示すように、断面視矩形の第一金属部材１０ａの側面４４ａと、断面視矩形の第二金属部材１０ｂの端面１１ｂとを突き合わせて形成される。被接合金属部材１０の突き合わせ面には、突合部Ｊ１１（図１２参照）が形成されている。第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、例えば、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。第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００６８】
第二金属部材１０ｂの表面１２ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１１ｂが形成されている。また、第二金属部材１ｂの裏面１３ｂの端面１１ｂ側には、一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂに連続する凹溝Ｋ１２ｂが形成されている。凹溝Ｋ１１ｂ及び凹溝Ｋ１２ｂは、断面視矩形を呈し、所定の深さ及び幅で形成されている。
【００６９】
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二本接合工程、を含むものである。
【００７０】
（１）突合工程
突合工程では、第一金属部材１０ａの側面４４ａと第二金属部材１０ｂの端面１１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する。即ち、突合工程では、図１２及び図１３に示すように、第一金属部材１０ａの表面４２ａと第二金属部材１０ｂの表面１２ｂとを面一にするとともに、第一金属部材１０ａの裏面４３ａと第二金属部材１０ｂの裏面１３ｂとを面一にする。また、第一金属部材１０ａの端面４５ａと第二金属部材１０ｂの他方の側面１５ｂとを面一にする。
【００７１】
図１４に示すように、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと、第二金属部材１０ｂの凹溝Ｋ１１ｂとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝Ｋ１１が形成されている。また、図１３及び図１５に示すように、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと、第二金属部材１０ｂの凹溝Ｋ１２ｂとが突き合わされて、底面と一対の側面からなる凹溝Ｋ１２が形成されている。また、第一金属部材１０ａの一方の側面４４ａと第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂは略垂直を成し、入隅部Ｉが形成されている。
なお、被接合金属部材１０の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００７２】
（２）溶接接合工程
溶接接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに露出する突合部に沿って溶接を行う。本実施形態における溶接接合工程は、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填する第一溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１１のうち被接合金属部材１０の表面Ａから突出した部分を切除する第一切除工程と、凹溝Ｋ１２に溶接金属Ｔ１２を充填する第二溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１２のうち被接合金属部材１０の裏面Ｂから突出した部分を切除する第二切除工程と、第一側面Ｃにおいて、突合部Ｊ１１に沿って凹溝Ｋ１３を形成する第三凹溝形成工程と、第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１１に沿って凹溝Ｋ１４を形成する第四凹溝形成工程と、凹溝Ｋ１３に溶接金属Ｔ１３を充填する第三溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１３のうち被接合金属部材１０の第一側面Ｃから突出した部分を切除する第三切除工程と、凹溝Ｋ１４に溶接金属Ｔ１４を充填する第四溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１４のうち被接合金属部材１０の第二側面Ｄから突出した部分を切除する第四切除工程と、を含む。
【００７３】
第一溶接金属充填工程では、図１４の（ａ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａに形成された凹溝Ｋ１１に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１１が表面Ａよりも上方に突出するように行うのが好ましい。図１４の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１１のうち、表面Ａよりも上方に突出する部分を肉盛部Ｔ１１’とする。
【００７４】
第一切除工程では、図１４の（ｂ）に示すように、表面Ａから突出した肉盛部Ｔ１１’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第一切除工程によれば、表面Ａを平滑に成形することができるとともに、後記する第一本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１１が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００７５】
第二溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された凹溝Ｋ１２（図１５参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えばＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１２に溶接金属Ｔ１２（図１５参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ２が裏面Ｂよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ１２のうち、裏面Ｂよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００７６】
第二切除工程では、裏面Ｂから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第二切除工程によれば、裏面Ｂを平滑に成形することができるとともに、後記する第二本接合工程の際の大型回転ツールＧの移動をスムーズに行うことができる。なお、溶接金属Ｔ１２が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００７７】
第三凹溝形成工程では、図１５に示すように、第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂの端面側において、突合部Ｊ１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ１３を形成する。凹溝Ｋ１３は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ１３は、凹溝Ｋ１１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ１３の底面には、突合部Ｊ１のうち、未溶接領域が露出している。
【００７８】
第四凹溝形成工程では、図１５に示すように、第二金属部材１０ｂの他方の側面１５ｂの端面側において、突合部Ｊ１１に沿って公知のエンドミルなどを用いて凹溝Ｋ１４を形成する。凹溝Ｋ１４は、断面視矩形であって、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続的に形成されている。凹溝Ｋ１４は、凹溝Ｋ１１と略同等の深さ及び幅で形成されている。また、凹溝Ｋ１４の底面には、突合部Ｊ１１のうち、未溶接領域が露出している。
【００７９】
第三溶接金属充填工程では、図１６の（ａ）に示すように、第二金属部材１０ｂの一方の側面１４ｂ（被接合金属部材１の第一側面Ｃ）に形成された凹溝Ｋ１３に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１３に溶接金属Ｔ１３を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１３が第一側面Ｃよりも突出するように行うのが好ましい。図１６の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１３のうち、第一側面Ｃよりも突出する部分を肉盛部Ｔ１３’とする。
【００８０】
第三切除工程では、第一側面Ｃから突出した肉盛部Ｔ１３’を公知の切削具を用いて切除する工程である。第三切除工程によれば、第一側面Ｃを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１０の第一側面Ｃにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ１３が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
【００８１】
第四溶接金属充填工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋ１４（図１６参照）に肉盛溶接を行う。肉盛溶接は、例えば、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行って、凹溝Ｋ１４に溶接金属Ｔ１４（図１７参照）を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ１４が第二側面Ｄよりも突出するように行うのが好ましい。溶接金属Ｔ１４のうち、第二側面Ｄよりも突出する部分を肉盛部とする。
【００８２】
第四切除工程では、第二側面Ｄから突出した肉盛部を公知の切削具を用いて切除する工程である。第四切除工程によれば、第二側面Ｄを平滑に成形することができる。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１０の第二側面Ｄにタブ材を好適に当接させることができる。なお、溶接金属Ｔ１４が表面Ａ及び裏面Ｂよりも外側に突出した場合は、突出した部分を切除するのが好ましい。
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、被接合金属部材１０に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１０とタブ材を仮接合する仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１に沿って表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程を含むものである。
ここで、第一本接合工程で用いるタブ材について詳細に説明する。
【００８３】
第一タブ材４および第二タブ材５は、図１７に示すように、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材１０に添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる溶接金属Ｔ１３，Ｔ１４を覆い隠す。第一タブ材４及び第二タブ材５の材質に特に制限はないが、本実施形態では、被接合金属部材１０と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材４及び第二タブ材５の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部Ｊ１１における被接合金属部材１０の厚さ寸法と同一にしている。
【００８４】
タブ材配置工程は、図１７に示すように、被接合金属部材１０の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。即ち、第一タブ材４は、第二側面Ｄの突合部Ｊ１１（溶接金属Ｔ１４）に沿って当接配置する。一方、第二タブ材５は、入隅部Ｉにおいて第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂ（溶接金属Ｔ１３）に沿って当接配置する。第一タブ材４と被接合金属部材１０の入隅部４ａ，４ｂに溶接を施して第一タブ材４と被接合金属部材１０とを仮接合する。これにより、後記する仮接合工程の際の目開きを防止することができる。また、同様に、第二タブ材５と被接合金属部材１０とを溶接によって仮接合する。
【００８５】
仮接合工程では、図１８に示すように、小型回転ツールＦを用いて被接合金属部材１０と第一タブ材４及び第二タブ材５を摩擦攪拌により仮接合する。仮接合工程は、被接合金属部材１０と第一タブ材４との突合部Ｊ１４に沿って摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、被接合金属部材１０と第二タブ材５との突合部Ｊ１５，Ｊ１５に沿って摩擦攪拌を行う第二仮接合工程を含むものである。
【００８６】
第一仮接合工程は、第一タブ材４の任意の点に設定した開始位置ＳＰ３に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ１４上の始点ｓ４に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ４に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ１４に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１４上の終点ｅ４に達したら、小型回転ツールＦを第一タブ材４側に入り込ませ、終了位置ＥＰ３で小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００８７】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１０が位置するように始点ｓ４と終点ｅ４の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１０側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００８８】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１０が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ４の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ４の位置に終点を設ければよい。
【００８９】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ１４に入り込むと、被接合金属部材１０と第一タブ材４を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１０と第一タブ材４により形成された入隅部４ａ，４ｂを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１０と第一タブ材４との間に目開きが発生することがない。
【００９０】
第二仮接合工程は、図１８示すように、第一タブ材４と被接合金属部材１０との突合部Ｊ１５，Ｊ１５を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。第二タブ材５に任意に設定した開始位置ＳＰ４に小型回転ツールＦを右回転させて押し込み（押圧）、突合部Ｊ１５上の始点ｓ５に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。始点ｓ５に達したら小型回転ツールＦを離脱させずに、突合部Ｊ１５に沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ１５上の変化点ｈ５（入隅部Ｉ）に達したら、突合部Ｊ１５の終点ｅ５に向かって小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ５に達したら、そのまま第二タブ材５の内部に突入させ、終了位置ＥＰ４で第二タブ材５から小型回転ツールＦを離脱させる。このように、一筆書きの要領で小型回転ツールＦを移動させることで、効率よく仮接合を行うことができる。
【００９１】
下穴形成工程では、具体的な図示はないが、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。下穴形成工程においては、第一タブ材４の表面に設定されたＳＭ２に下穴Ｐ１を形成する。
【００９２】
下穴Ｐ１は、大型回転ツール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、本実施形態では、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４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５に形成してもよいし、突合部Ｊ１４，Ｊ１５に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１０の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１０の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００９３】
第一本接合工程では、図１９に示すように、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材１０の表面Ａ側から突合部Ｊ１１に沿って摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、大型回転ツールＧを第一タブ材４に設定した開始位置ＳＭ２に押し込み、大型回転ツールＧを離脱させずに第二タブ材５に設定した終了位置ＥＭ２まで摩擦攪拌を行う。
即ち、大型回転ツールＧを開始位置ＳＭ２に押し込んで、始点ｓ６に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧが始点ｓ６に達したら、大型回転ツールＧを離脱させずに終点ｅ６に向かって突合部Ｊ１１に沿って移動させる。大型回転ツールＧがｅ６に達したら、第二タブ材５に設定された終了位置ＥＭ２まで大型回転ツールＧを移動させて離脱させる。第一本接合工程によって、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１に沿って表面側塑性化領域Ｗ１１が形成されている。
【００９４】
ここで、図２０を用いて、表面側塑性化領域Ｗ１１（大型回転ツールＧ）と凹溝Ｋ１１との関係について説明する。図２０は、図１９のVI−VI線断面図である。表面側塑性化領域Ｗ１１の幅Ｗａ／２（ショルダＧ１の外径Ｙ１／２と略同等）は、凹溝Ｋ１１の幅ＫＨよりも大きく形成されている。また、表面側塑性化領域Ｗ１１の深さＷ１１ｂは、凹溝Ｋ１１の深さＫＮよりも大きく形成されている。つまり、凹溝Ｋ１１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１との界面を摩擦攪拌することにより、被接合金属部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。ここで、表面側塑性化領域Ｗ１１の末端と凹溝Ｋ１１の底面とが少なくとも接触していれば気密性及び水密性を高めることができるが、本実施形態のように、凹溝Ｋ１１の底面及び両側面と溶接金属Ｔ１１との界面の全体を摩擦攪拌することが好ましい。また、本実施形態においては、表面Ａから攪拌ピンＧ２の下端までの距離Ｇ２ｂは、凹溝Ｋ１１の深さＫＮよりも大きく形成されている。これにより、より確実に、凹溝Ｋ１１と溶接金属Ｔ１１との界面を摩擦攪拌することができる。
【００９５】
（４）第二本接合工程
第二本接合工程では、図２１に示すように、被接合金属部材１０の裏面Ｂにおいて大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、第一タブ材４に設定された開始位置ＳＭ３から終了位置ＥＭ３まで大型回転ツールＧを離脱させることなく、突合部Ｊ１１に沿って摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１０から一対のタブ材を切除する。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１１の表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行って突合部Ｊ１１を密閉し、被接合金属部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。また、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行うことで被接合金属部材１０の接合強度を高めることができる。
【００９７】
また、凹溝Ｋ１１に溶接金属Ｔ１１を充填した後に、第一本接合工程及び第二本接合工程にて摩擦攪拌を行うことで凹溝Ｋ１１と溶接金属Ｔ１１との界面を確実に密閉することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、溶接接合工程を行った後に、大型回転ツールＧを用いて第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに摩擦攪拌を行ってもよい。また、図２に示すように、第一金属部材１ａ、第二金属部材１ｂの凹溝Ｋ１ａ，Ｋ１ｂ等は、各部材の表面及び裏面に形成されているが、予め側面に凹溝を形成してもよい。また、本実施形態における工程順はあくまで例示であって他の順序であってもよい。
また、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域にトンネル状の空洞欠陥が発生した場合には、当該空洞欠陥を溶接によって密閉するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第一実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した図であって（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図３】（ａ）は、第一実施形態に係る第一溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のI-I線断面図である。
【図４】第一実施形態に係る第二切除工程後を示した斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る第三凹溝形成工程及び第四凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図６】（ａ）は、第一実施形態に係る第三溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のII−II線断面図である。
【図７】第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図８】（ａ）は、小型回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図９】第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図１０】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図１１】図１０のIII-III線断面図である。
【図１２】第二実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。
【図１３】第二実施形態に係る被接合金属部材の分解斜視図である。
【図１４】（ａ）は、第二実施形態に係る第一溶接金属充填工程を示した平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図１５】第二実施形態に係る第三凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図１６】（ａ）は、第二実施形態に係る第三溶接金属充填工程を示した斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のV−V線断面図である。
【図１７】第二実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１８】第二実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図１９】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図２０】図１９のVI-VI線断面図である。
【図２１】第二実施形態に係る第二本接合工程を示した平面図である。
【図２２】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図２３】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｊ 突合部
Ｋ 凹溝
Ｐ１ 下穴
Ｔ 溶接金属
Ｗ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一金属部材の端面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
第一金属部材の側面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記溶接接合工程は、前記第二金属部材の端面の側面側に前記突合部に沿って形成された凹溝に、前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の表面、裏面及び側面から突出した部分を切除する切除工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記摩擦攪拌で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１】
第一金属部材の端面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
第一金属部材の側面と第二金属部材の端面とを突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された被接合金属部材の突合部に対して表面、裏面及び側面から溶接を行う溶接接合工程と、
前記溶接接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記第一本接合工程の後に、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、を含み、
前記第一本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌するとともに、
前記第二本接合工程において、前記溶接接合工程で形成された溶接金属と前記被接合金属部材とを摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記溶接接合工程は、前記第二金属部材の端面の側面側に前記突合部に沿って形成された凹溝に、前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記溶接接合工程は、前記被接合金属部材の表面及び裏面の少なくとも一方において、前記突合部に沿って形成された凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第一本接合工程で形成された塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域の深さは、前記被接合金属部材の表面及び裏面に形成された前記凹溝の深さよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の表面、裏面及び側面から突出した部分を切除する切除工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記摩擦攪拌で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の接合方法。
【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２２】
【図２３】
【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】
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【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
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【公開番号】特開２００９−１３６８８１（Ｐ２００９−１３６８８１Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１２７９４（Ｐ２００７−３１２７９４）
【出願日】平成１９年１２月３日（２００７．１２．３）
【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２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月３日（２００７．１２．３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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