接合方法

【課題】金属部材同士を容易に接合することができるとともに、その接合部における気密性及び水密性を向上させることができる接合方法を提供することを課題とする。
【解決手段】第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面同士を突き合わせてなる被接合金属部材１に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面の側面Ｃ，Ｄ側に、表面Ａから裏面Ｂに亘って形成された溝部Ｋ，Ｋに対して、被接合金属部材１の側面Ｃ，Ｄから溶接を行うことで、溝部Ｋ内に溶接金属Ｋ１を充填する工程と、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５に対して摩擦攪拌を行う工程と、を含むことを特徴としている。

【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は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。この摩擦攪拌接合は、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部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設したものが一般的である。
【０００３】
ここで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、金属部材の厚みに応じて攪拌ピンの長さを大きくすることで、突合部の深さ方向の全長に亘って隙間なく接合することができる。しかしながら、回転ツールは、金属部材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る。
【０００４】
そこで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、厚みの異なる段部を備えた一対の金属部材の間に継手部材を介して段階的に摩擦攪拌を行う接合方法が知られている。
前記した従来の接合方法に用いられる金属部材は、図１１に示すように、第一金属部材１１０ａ及び第二金属部材１１０ｂの本体部１０１，１０１の縁部に、本体部１０１よりも肉厚の小さい段部１０２が形成されている。
【０００５】
そして、従来の接合方法は、第一金属部材１１０ａ及び第二金属部材１１０ｂの段部１０２，１０２同士を突き合わせる突合工程と、段部１０２，１０２同士の突合部Ｊｄに対して摩擦攪拌を行う段部摩擦攪拌工程と、突合工程で形成された凹部１０３に継手部材Ｕを配置する継手部材配置工程と、第一金属部材１１０ａと継手部材Ｕとの突合部Ｊａ及び第二金属部材１１０ｂと継手部材Ｕとの突合部Ｊｂに対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を備えている。この接合方法によれば、金属部材の肉厚が大きい部材であっても金属部材同士を接合することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５８５３５号公報（段落００１９、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記した従来の接合方法では、金属部材１１０ａ，１１０ｂの肉厚が大きくなるにつれて、金属部材１１０ａ，１１０ｂに設ける段部や継手部材を増やさなければならず接合作業が煩雑になってしまうという問題がある。
また、凹部１０３の底面１０３ａと、継手部材Ｕの下面Ｕａとの間に未接合部が形成されており、金属部材１１０ａ，１１０ｂの接合部における水密性及び気密性が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、金属部材同士を容易に接合することができるとともに、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、第一金属部材及び第二金属部材の端面同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、第一金属部材及び第二金属部材の少なくとも一方の端面の側面側に、表面から裏面に亘って形成された溝部に対して、被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、溝部内に溶接金属を充填する溶接工程と、被接合金属部材と溶接金属との界面に対して、被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う表面補修工程と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
この構成では、被接合金属部材の側面に露出した溝部に対して溶接を行うことで、比較的容易に被接合金属部材を接合することができる。
また、被接合金属部材の表面において、被接合金属部材と溶接金属との界面が塑性化され、被接合金属部材と溶接金属との継ぎ目が補修されて閉じられるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１１】
前記した接合方法において、表面補修工程の後に、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う表面接合工程を行ってもよい。
【００１２】
この構成では、被接合金属部材の表面において、第一金属部材と第二金属部材との突合部が塑性化され、第一金属部材と第二金属部材との継ぎ目が接合（摩擦攪拌）されて閉じられるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１３】
前記した接合方法において、表面補修工程の後に、被接合金属部材と溶接金属との界面に対して、被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う裏面補修工程を行ってもよい。
【００１４】
この構成では、被接合金属部材の表面及び裏面において、被接合金属部材と溶接金属との界面が塑性化され、被接合金属部材と溶接金属との継ぎ目が補修されて閉じられるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１５】
前記した接合方法において、裏面補修工程の後に、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う裏面接合工程を行ってもよい。
【００１６】
この構成では、被接合金属部材の表面及び裏面において、第一金属部材と第二金属部材との突合部が塑性化され、第一金属部材と第二金属部材との継ぎ目が接合（摩擦攪拌）されて閉じられるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１７】
前記した接合方法において、表面補修工程で形成された塑性化領域と、裏面補修工程で形成された塑性化領域の一部を重複させることが望ましい。
【００１８】
この構成では、表面補修工程及び裏面補修工程で形成された塑性化領域の一部を重複させることで、被接合金属部材と溶接金属との界面の奥まで塑性化されるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１９】
前記した接合方法において、表面接合工程で形成された塑性化領域と、裏面接合工程で形成された塑性化領域の一部を重複させることが望ましい。
【００２０】
この構成では、表面接合工程及び裏面接合工程で形成された各塑性化領域の一部を重複させることで、第一金属部材と第二金属部材との突合部の奥まで塑性化されるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の接合方法によれば、被接合金属部材の側面に露出した溝部に対して溶接を行うことで、比較的容易に被接合金属部材を接合することができる。
また、被接合金属部材と溶接金属との界面が塑性化され、被接合金属部材と溶接金属との継ぎ目が補修されて閉じられるため、金属部材同士の接合部における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】
【００２２】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａ（図２参照）と第二金属部材１ｂの端面１１ｂ（図２参照）とを突き合わせてなる被接合金属部材１に対して、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接接合を行った後に、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌接合を行うものである。
【００２３】
本実施形態の接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）表面摩擦攪拌工程、（４）裏面摩擦攪拌工程を含むものであり、表面摩擦攪拌工程には、表面補修工程及び表面接合工程が含まれ、裏面摩擦攪拌工程には、裏面補修工程及び裏面接合工程が含まれている。以下、各工程について詳細に説明する。なお、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】
（１）突合工程
突合工程は、図２及び図３に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせる工程である。
第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、図２に示すように、断面視矩形の金属部材であって、略同等の形状となっている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、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である。
【００２５】
第一金属部材１ａの端面１１ａの両側面１４ａ，１５ａ側には、幅方向の内方にオフセットされた直角な切り欠き部１６ａ，１７ａが、表面１２ａから裏面１３ａに亘って形成されており、第一金属部材１ａの前端部は平面視で凸形状となっている。
第二金属部材１ｂの端面１１ｂの両側面１４ｂ，１５ｂ側には、幅方向の内方にオフセットされた直角な切り欠き部１６ｂ，１７ｂが、表面１２ｂから裏面１３ｂに亘って形成されており、第二金属部材１ｂの後端部は平面視で凸形状となっている。
【００２６】
突合工程では、図３に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせるとともに、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとを面一にし、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の側面１４ａと第二金属部材１ｂの側面１４ｂとを同一平面上に配置し、第一金属部材１ａの側面１５ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとを同一平面上に配置する。そして、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ａとの突合せ面には、突合部Ｊ１が形成されている。また、突合部Ｊ１の左右両側には、第一金属部材１ａの切り欠き部１６ａ，１７ａと第二金属部材１ｂの切り欠き部１６ｂ，１７ｂとが連結されることで凹状の溝部Ｋ，Ｋが形成されている。
【００２７】
第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせて形成した部材を以下、被接合金属部材１とする。また、図１における被接合金属部材１の上面を表面Ａ、下面を裏面Ｂとし、被接合金属部材１のうち、第一金属部材１ａの側面１４ａと第二金属部材１ｂの側面１４ｂとで構成される面を第一側面Ｃとする。また、被接合金属部材１のうち、第一金属部材１ａの側面１５ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとで構成される面を第二側面Ｄとする。
【００２８】
なお、本実施形態では、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに対して切り欠き部１６ａ，１７ａ，１６ｂ，１７ｂを予め形成しているが、例えば、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせた後に、切削具を用いて切削して溝部Ｋを形成してもよい。
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。
【００２９】
（２）溶接工程
溶接工程は、図４に示すように、各溝部Ｋ，Ｋに対して、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから溶接を行うことで、各溝部Ｋ，Ｋに溶接金属Ｋ１を充填する工程である。
溶接工程では、図４に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから各溝部Ｋ，Ｋ内にＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行うことで、各溝部Ｋ，Ｋ内に溶接金属Ｋ１を充填する。これにより、第一金属部材１ａの端面１１ａ（図２参照）と第二金属部材１ｂの端面１１ｂ（図２参照）とが接合された被接合金属部材１が形成される。
【００３０】
なお、溶接工程は、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接に限定するものではなく、他の公知の溶接を行ってもよい。なお、溶接材料は、被接合金属部材１と異なっていてもよいが、本実施形態では同一の材料を用いている。
また、溶接工程では、各溝部Ｋ，Ｋに溶接金属Ｋ１を充填した後に、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄよりも盛り上がっている部分の溶接金属Ｋ１を切除することが望ましい。
【００３１】
（３）表面摩擦攪拌工程
表面摩擦攪拌工程は、図８に示すように、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２、Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、及び第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して、被接合金属部材１の表面Ａから回転ツールＧ（図６参照）を用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。
表面摩擦攪拌工程は、被接合金属部材１にタブ材２，３を配置して仮接合するタブ材配置工程と、界面Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う第一表面補修工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第一表面接合工程と、界面Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う第二表面補修工程と、界面Ｊ４に対して摩擦攪拌を行う第三表面補修工程と、突合部Ｊ１に対して再度摩擦攪拌を行う第二表面接合工程と、界面Ｊ５に対して摩擦攪拌を行う第四表面補修工程と、を含むものである。
【００３２】
タブ材配置工程は、図５に示すように、被接合金属部材１の接合部の左右両側に一対のタブ材２，３を配置する工程である。このタブ材２，３は、後記する補修工程において、回転ツールを押圧させる開始位置、及び回転ツールを離脱させる終了位置を設定するものである。
【００３３】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、直方体の金属部材であり、本実施形態では被接合金属部材１と同等の素材を用いている。第一タブ材２及び第二タブ材３の表面及び裏面は、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。
第一タブ材２は、被接合金属部材１の第一側面Ｃに当接して配置され、第二タブ材３は、被接合金属部材１の第二側面Ｄに当接して配置されている。
第一タブ材２及び第二タブ材３と被接合金属部材１とは、それぞれ入り隅部において溶接により仮接合されている。
【００３４】
図６に示す回転ツール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とを備えている。回転ツールＧ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されている。
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１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。
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。
【００３５】
第一表面補修工程、第一表面接合工程、第二表面補修工程、第三表面補修工程、第二表面接合工程、第四表面補修工程では、図８に示すように、回転ツールＧを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、界面Ｊ２，突合部Ｊ１，界面Ｊ３，Ｊ４，突合部Ｊ１，界面Ｊ５の順番に連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置Ｓに挿入した回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を、途中で離脱させることなく終了位置Ｅまで移動させる。
【００３６】
まず、第一表面補修工程の前に、図７（ａ）に示すように、第一タブ材２の適所に設けた開始位置Ｓの直上に回転ツールＧを位置させ、続いて、回転ツールＧを回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２を開始位置Ｓに押し付ける。
回転ツールＧの回転速度は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されている。
【００３７】
攪拌ピンＧ２が第一タブ材２の表面に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図７（ｂ）に示すように、攪拌ピンＧ２が第一タブ材２に挿入される。
攪拌ピンＧ２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の表面に接触したら、図８に示すように、回転ツールＧを回転させつつ第一表面補修工程の始点Ｓ１に向けて相対移動させる。
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、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されている。
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（図７（ｂ）参照）。
【００３８】
回転ツールＧを相対移動させて第一表面補修工程の始点Ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第一表面補修工程の始点Ｓ１で回転ツールＧを離脱させずに、そのまま第一表面補修工程に移行する。
【００３９】
第一表面補修工程では、第二金属部材１ｂと第一側面Ｃ側の溶接金属Ｋ１との継ぎ目（境界線）上に設定したルートに沿って、第一表面補修工程の始点Ｓ１から第一表面接合工程の始点Ｓ２まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００４０】
回転ツールＧが第一表面接合工程の始点Ｓ２に達したら、始点Ｓ２で摩擦攪拌を終了させずに、そのまま第一表面接合工程に移行する。
第一表面接合工程では、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目上に設定したルートに沿って、第一表面接合工程の始点Ｓ２から第二表面補修工程の始点Ｓ３まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。
【００４１】
回転ツールＧが第二表面補修工程の始点Ｓ３に達したら、始点Ｓ３で摩擦攪拌を終了させずに、そのまま第二表面補修工程に移行する。
第二表面補修工程では、第二金属部材１ｂと第二側面Ｄ側の溶接金属Ｋ１との継ぎ目上に設定したルートに沿って、第二表面補修工程の始点Ｓ３から終点Ｅ１まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。
【００４２】
回転ツールＧが第二表面補修工程の終点Ｅ１に達したら、終点Ｅ１で摩擦攪拌を終了させずに第三表面補修工程の始点Ｓ４まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま第三表面補修工程に移行する。
本実施形態では、第二表面補修工程の終点Ｅ１から第三表面補修工程の始点Ｓ４に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材３に設定し、回転ツールＧの移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、第二表面補修工程の終点Ｅ１から第三表面補修工程の始点Ｓ４に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生しなくなるので、高品質の接合体を得ることができる。
【００４３】
第三表面補修工程では、第一金属部材１ａと第二側面Ｄ側の溶接金属Ｋ１との継ぎ目上に設定したルートに沿って、第三表面補修工程の始点Ｓ４から第二接合工程の始点Ｓ５まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ４に対して摩擦攪拌を行う。
【００４４】
回転ツールＧが第二表面接合工程の始点Ｓ５に達したら、始点Ｓ５で摩擦攪拌を終了させずに、そのまま第二表面接合工程に移行する。
第二表面接合工程では、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目上に設定したルートに沿って、第二表面接合工程の始点Ｓ５から第四表面補修工程の始点Ｓ６まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して再度摩擦攪拌を行う。
【００４５】
回転ツールＧが第四表面補修工程の始点Ｓ６に達したら、始点Ｓ６で摩擦攪拌を終了させずに、そのまま第四表面補修工程に移行する。
第四表面補修工程では、第一金属部材１ａと第一側面Ｃ側の溶接金属Ｋ１との継ぎ目上に設定したルートに沿って、第四表面補修工程の始点Ｓ６から終点Ｅ２まで、回転ツールＧを連続して移動させることで、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ５に対して摩擦攪拌を行う。
【００４６】
回転ツールＧが第四表面補修工程の終点Ｅ２に達したら、終点Ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに、第一タブ材２に設けた終了位置Ｅまで連続して摩擦攪拌を行う。回転ツールＧが終了位置Ｅに達したら、回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置Ｅから離脱させる。これにより、図９（ａ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａ側の摩擦攪拌接合が完了する。
【００４７】
本実施形態の表面摩擦攪拌工程では、回転ツールＧを途中で離脱させることなく、開始位置Ｓから終了位置Ｅまで連続して移動させている。このようにすると、表面摩擦攪拌工程の途中で回転ツールＧの離脱作業及び挿入作業が不要となるため、接合作業の効率化・迅速化を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、第一タブ材２に開始位置Ｓ及び終了位置Ｅを設けたが、第二タブ材３に設けてもよい。また、本実施形態では、タブ材を用いて表面摩擦攪拌工程を行っているが、タブ材は必ずしも設けなくてもよい。
【００４９】
（４）裏面摩擦攪拌工程
裏面摩擦攪拌工程は、図９（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面、及び第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ（図１参照）の突合部Ｊ１に対して、被接合金属部材１の裏面Ｂから摩擦攪拌接合を行う工程である。
裏面摩擦攪拌工程は、表面摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材１を図示せぬ摩擦攪拌装置から一旦取り外し、図９（ｂ）に示すように、裏面Ｂを上方に向けて再度固定する。
裏面摩擦攪拌工程は、タブ材配置工程が含まれないこと以外は表面摩擦攪拌工程と同等であるため、詳細な説明は省略する。なお、裏面摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域を塑性化領域Ｗ２とする。
また、裏面摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材１からタブ材２，３を切削して除去する。これにより、図１に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａ（図２参照）と第二金属部材１ｂの端面１１ｂ（図２参照）とが接合された被接合金属部材１が形成される。
【００５０】
以上のような本実施形態の接合方法によれば、図１に示すように、被接合金属部材１の両側面Ｃ，Ｄに露出した溝部Ｋ，Ｋに対して溶接を行うことで、比較的容易に被接合金属部材１を接合することができる。
また、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂにおいて、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２、Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５が塑性化され、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との継ぎ目が補修されて閉じられるとともに、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１が塑性化され、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目が接合（摩擦攪拌）されて閉じられるため、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示すように、被接合金属部材１の両側面Ｃ，Ｄに凹状の溝部Ｋ，Ｋが形成されているが、図１０に示す被接合金属部材１´のように、軸断面が三角形の溝部Ｋ´，Ｋ´を被接合金属部材１の両側面Ｃ，Ｄに形成してもよく、溝部の形状は限定されるものではない。
さらに、本実施形態では、図３に示すように、第一金属部材１ａに切り欠き部１６ａ，１７ａを形成し、第二金属部材１ｂに切り欠き部１６ｂ，１７ｂを形成することで、溝部Ｋ，Ｋを構成しているが、第一金属部材１ａ又は第二金属部材１ｂの一方に切り欠き部を形成することで、溝部を構成してもよい。
【００５２】
また、本実施形態の接合方法において、表面Ａに形成された塑性化領域Ｗ１（図９（ｂ）参照）の下端部と、裏面補修工程で形成された塑性化領域Ｗ２の上端部とを重複させてもよい。この構成では、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、及び第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂと突合部Ｊ１の奥まで塑性化されるため、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態の接合方法において、表面摩擦攪拌工程及び裏面摩擦工程の前に、回転ツールＧ（図６参照）よりも小型な回転ツールを用いて、被接合金属部材１と溶接金属Ｋ１との界面Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、及び第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する仮接合工程を行ってもよい。このように、界面Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５及び突合部Ｊ１を仮接合することで、界面Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５及び突合部Ｊ１に回転ツールＧが押し込まれたときに、目開きが生じるのを防ぐことができる。
【００５４】
また、本実施形態の接合方法では、図８に示すように、摩擦攪拌工程において、回転ツールＧを途中で離脱させることなく、開始位置Ｓから終了位置Ｅまで連続して移動させているが、必ずしも連続して摩擦攪拌する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態の接合方法によって接合された被接合金属部材を示した斜視図である。
【図２】本実施形態の突合工程を示した図で、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせる前の斜視図である。
【図３】本実施形態の突合工程を示した図で、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせた後の斜視図である。
【図４】本実施形態の溶接工程を示した図で、溝部に溶接金属を充填した後の斜視図である。
【図５】本実施形態のタブ材配置工程を示した図で、第一タブ材及び第二タブ材を配置した後の斜視図である。
【図６】本施形態の回転ツールを示した側面図である。
【図７】本実施形態の回転ツールの使用状態を示した図で、（ａ）は回転ツールを第一タブ材に当接させたときの側面図、（ｂ）は回転ツールを第一タブ材に押し込んだときの側面図である。
【図８】本実施形態の表面摩擦攪拌工程を示した平面図である。
【図９】本実施形態の摩擦攪拌工程を示した図で、（ａ）は表面摩擦攪拌工程を示した図８のＩ−Ｉ断面図、（ｂ）は裏面摩擦攪拌工程を示した断面図である。
【図１０】他の実施形態の被接合金属部材を示した図で、溝部の軸断面形状が三角形となっている被接合金属部材の平面図である。
【図１１】従来の接合方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
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
Ｊ１突合部
Ｊ２〜Ｊ５界面
Ｋ溝部
Ｋ１溶接金属
Ｗ１塑性化領域
Ｗ２塑性化領域
Ｇ回転ツール

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一金属部材及び第二金属部材の端面同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方の端面の側面側に、表面から裏面に亘って形成された溝部に対して、前記被接合金属部材の側面から溶接を行うことで、前記溝部内に溶接金属を充填する溶接工程と、
前記被接合金属部材と前記溶接金属との界面に対して、前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う表面補修工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記表面補修工程の後に、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行う表面接合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】
前記表面補修工程の後に、前記被接合金属部材と前記溶接金属との界面に対して、前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う裏面補修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】
前記裏面補修工程の後に、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う裏面接合工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記表面補修工程で形成された塑性化領域と、前記裏面補修工程で形成された塑性化領域の一部が重複するように構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記表面接合工程で形成された塑性化領域と、前記裏面接合工程で形成された塑性化領域の一部が重複するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の接合方法。

【図１】