接合方法
【課題】塑性化領域に形成される接合欠陥に対して補修を行う際に、接合欠陥を確実に密閉するとともに、補修によって形成される溝の発生を抑制する接合方法を提供することを課題とする。
【解決手段】金属部材同士の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う溶接工程と、溶接工程により形成された溶接金属Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及び塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、本接合工程で用いる回転ツールＥを右回転させた場合は、回転ツールＥの進行方向左側の塑性化領域Ｗ１に対して溶接工程及び補修工程を行い、本接合工程で用いる回転ツールＥを左回転させた場合は、回転ツールＥの進行方向右側の塑性化領域Ｗ１に対して溶接工程及び補修工程を行うことを特徴とする。
【解決手段】金属部材同士の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う溶接工程と、溶接工程により形成された溶接金属Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及び塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、本接合工程で用いる回転ツールＥを右回転させた場合は、回転ツールＥの進行方向左側の塑性化領域Ｗ１に対して溶接工程及び補修工程を行い、本接合工程で用いる回転ツールＥを左回転させた場合は、回転ツールＥの進行方向右側の塑性化領域Ｗ１に対して溶接工程及び補修工程を行うことを特徴とする。
【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部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、一対の金属部材の突合部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う場合、当該摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の内部にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル欠陥ともいう）が形成される可能性がある。また、例えば、一対の金属部材の突合部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う場合、当該突合部の両側面に一対のタブ材を用いて、当該タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する場合がある。かかる場合には、摩擦攪拌を行うことにより、タブ材と金属部材との間に形成される酸化皮膜を金属部材内に巻き込む可能性がある。
いずれの場合も、接合された金属部材に接合欠陥が形成される可能性があり、金属部材の気密性及び水密性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域に対して再度摩擦攪拌を行うことにより、塑性化領域の内部に形成された接合欠陥を補修する発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、摩擦攪拌を行う場合、回転ツールのショルダ部の下端を金属部材に所定の深さで押し込んで金属部材を押圧しながら回転ツールを移動させる。したがって、接合された後の金属部材の表面には、塑性化領域を底面とする溝が発生してしまう。
ここで、特許文献１に係る発明のように、当該塑性化領域の表面に回転ツールを押し込んで、再度摩擦攪拌を行うと、補修を行った部分にさらに溝が形成されるため、溝の深さが大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
このような観点から、本発明は、塑性化領域に形成される接合欠陥を確実に密閉するとともに、補修を行う際に形成される溝の発生を抑制す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、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の内部の接合欠陥に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。即ち、塑性化領域の進行方向右側又は左側に対して、回転ツールの回転方向に応じて適宜溶接及び摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、塑性化領域の内部に形成された空洞欠陥を確実に密閉し、金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の開始位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とすることが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって塑性化領域の内部に巻き込んだ酸化皮膜に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。このように、接合欠陥の発生する可能性が高い領域に応じて、補修を行うことで作業効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明は、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の終了位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。
【００１４】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって塑性化領域の内部に巻き込んだ酸化皮膜に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。このように、接合欠陥の発生する可能性が高い領域に応じて、補修を行うことで作業効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記本接合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、前記補修工程を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、補修工程をスムーズに行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記本接合工程を行う前に、前記金属部材同士の前記突合部に対して摩擦攪拌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、本接合工程を行う際の金属部材同士の目開きを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る接合方法によれば、塑性化領域に形成される接合欠陥を確実に密閉するとともに、補修を行う際に形成される溝の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態として、摩擦攪拌を利用した金属部材同士の接合方法であって、金属部材同士の突合部に対して仮接合としての摩擦攪拌を行った後に、仮接合された状態の突合部に対して本接合としての摩擦攪拌を行う接合方法を例示する。
【００２０】
［第一実施形態］
第一実施形態では、図１に示すように、平板状を呈する一対の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなる被接合金属部材１を詳細に説明するとともに、この被接合金属部材１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００２１】
第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、略同等の形状からなる板状を呈する金属部材である。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、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、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面を突き合わせて形成される突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００２２】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、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、被接合金属部材１の側面１４側に現れる継ぎ目（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、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。
【００２３】
次に、図２を参照して、仮接合に用いる回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び本接合に用いる回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２４】
図２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。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、後記する本接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図２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、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、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。
【００２５】
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、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２６】
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よりも小さくすることが望ましい。
【００２７】
図２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。
【００２８】
ショルダ部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。
【００２９】
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は、（１）準備工程、（２）第一予備工程、（３）第一本接合工程、（４）第一溶接工程、（５）第一補修工程、（６）第一横断補修工程、（７）第二予備工程、（８）第二本接合工程、（９）第二溶接工程、（１０）第二補修工程、（１１）第二横断補修工程を含むものである。なお、第一予備工程、第一本接合工程、第一溶接工程、第一補修工程及び第一横断補修工程は、被接合金属部材１の表面Ａ（図１の（ｃ）参照）側から実行される工程であり、第二予備工程、第二本接合工程、第二溶接工程、第二補修工程及び第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ（図１の（ｃ）参照）側から実行される工程である。
【００３０】
（１）準備工程
図１を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき被接合金属部材１や摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき被接合金属部材１を突き合せる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程とを具備している。
【００３１】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１に第二金属部材１ｂの端面１１を密着させるとともに、第一金属部材１ａの表面１２と第二金属部材１ｂの表面１２を面一にし、さらに、第一金属部材１ａの裏面１３と第二金属部材１ｂの裏面１３を面一にする。
【００３２】
タブ材配置工程では、図１の（ｂ）に示すように、被接合金属部材１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２１を被接合金属部材１の側面１４，１４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３１を被接合金属部材１の側面１４，１４に当接させる。このとき、図１の（ｄ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を被接合金属部材１の表面Ａと面一にするとともに、第一タブ材２の裏面２３と第二タブ材３の裏面３３を被接合金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３３】
また、本実施形態では、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａ（即ち、被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の側面２４とにより形成された角部２ａ，２ａ）を溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを接合し、被接合金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａ（即ち、被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の側面３４とにより形成された角部３ａ，３ａ）を溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを接合する。なお、入隅部２ａ，３ａの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。
【００３４】
準備工程が終了したら、被接合金属部材１、第一タブ材２及び第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。なお、溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行する。
【００３５】
（２）第一予備工程
第一予備工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、被接合金属部材１と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
【００３６】
本実施形態の第一予備工程では、図４に示すように、一の小型回転ツールＦ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、突合部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌の開始位置ＳＰに挿入した小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ｂ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰまで移動させ、第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を連続して実行する。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ＳＰを設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰを設けているが、開始位置ＳＰと終了位置ＥＰの位置を限定する趣旨ではない。
【００３７】
本実施形態の第一予備工程における摩擦攪拌の手順を図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰの直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰに押し付ける。攪拌ピンＦ２が第一タブ材２の表面２２に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２が第一タブ材２に挿入される。
【００３８】
攪拌ピンＦ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、小型回転ツールＦを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。小型回転ツールＦを移動させると、その攪拌ピンＦ２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Ｆ２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する。
【００３９】
小型回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【００４０】
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４１】
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接合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が位置するように第一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２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側に接合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。
【００４２】
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接合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一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ｅ２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ｓ２の位置に終点を設ければよい。
【００４３】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ２に入り込むと、被接合金属部材１と第一タブ材２を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第一タブ材２との間に目開きが発生することがない。
【００４４】
小型回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ１で小型回転ツールＦを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２での小型回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での小型回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４５】
本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定し、小型回転ツールＦを第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に接合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。
【００４６】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、仮接合工程中における小型回転ツールＦの離脱作業が一切不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４７】
小型回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、終点ｅ１で摩擦攪拌を終了させずに第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ３で小型回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１での小型回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、第二タブ材接合工程の始点ｓ３での小型回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４８】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材３に設定し、小型回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際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、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に接合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。
【００４９】
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００５０】
なお、小型回転ツールＦを右回転させているので、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が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。このようにすると、被接合金属部材１側に接合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。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。
【００５１】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）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の入隅部３ａ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。
【００５２】
小型回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰまで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、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）の延長線上に終了位置ＥＰを設けている。ちなみに、終了位置ＥＰは、後記する第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５３】
小型回転ツールＦが終了位置ＥＰに達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）を終了位置ＥＰから離脱させる。
【００５４】
下穴形成工程は、図２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。即ち、下穴形成工程は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入予定位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。
【００５５】
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、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）を離脱させたときに形成される抜き穴Ｈ１を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴Ｈ１を利用すれば、下穴Ｐ１の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。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、第二タブ材３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、第一タブ材２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側に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００５６】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程は、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一本接合工程では、図２の（ｂ）に示す大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００５７】
第一本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１に大型回転ツール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。即ち、第一本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材２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。
【００５８】
図５の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図５の（ａ）に示すように、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２を下穴Ｐ１に入り込ませると、攪拌ピンＧ２の周面（側面）が下穴Ｐ１の穴壁に当接し、穴壁から金属が塑性流動化する。このような状態になると、塑性流動化した金属を攪拌ピンＧ２の周面で押し退けながら、攪拌ピンＧ２が圧入されることになるので、圧入初期段階における圧入抵抗を低減することが可能となり、また、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１が第二タブ材３の表面３２に当接する前に攪拌ピンＧ２が下穴Ｐ１の穴壁に当接して摩擦熱が発生するので、塑性流動化するまでの時間を短縮することが可能となる。つまり、摩擦攪拌装置の負荷を低減することが可能となり、加えて、本接合に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００５９】
攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ３を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツール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（以下、「表側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。
【００６０】
被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツール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。なお、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの間に冷却水が入り込むと、接合面（端面１１，１１）に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して被接合金属部材１間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１間に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６１】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１では、被接合金属部材１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００６２】
なお、本実施形態では、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）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートが一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、大型回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、大型回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００６３】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【００６４】
ここで、第一本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の表面Ａには、溝５０が形成される。
【００６５】
（４）第一溶接工程
第一溶接工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１の表面Ａに形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第一溶接工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して溶接を行う。
【００６６】
第一補修領域Ｒ１は、表側塑性化領域Ｗ１のうちトンネル欠陥が形成される慮りのある領域をいう。即ち、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【００６７】
第二補修領域Ｒ２は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二補修領域Ｒ２を設定するとよい。なお、被接合金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目から第二補修領域Ｒ２の被接合金属部材１側の縁辺までの距離ｄ４は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも大きくすることが望ましい。
【００６８】
第三補修領域Ｒ３は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ３を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を第二タブ材３に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第三補修領域Ｒ３を設定するとよい。なお、被接合金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目から第三補修領域Ｒ３の被接合金属部材１側の縁辺までの距離ｄ５は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも大きくすることが望ましい。
【００６９】
第一溶接工程では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３を設定したら、図６の（ｂ）に示すように、これらの補修領域に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行う。即ち、図６の（ｃ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａには、表側塑性化領域Ｗ１の表面を底面とし、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１と略同等の幅からなる溝５０が形成されている。そのため、溝５０の底面（表側塑性化領域Ｗ１の表面）に対して肉盛溶接を行う。第一溶接工程で用いる溶加材は、被接合金属部材１と同等の組成であることが好ましい。
なお、図７に示すように、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３にそれぞれ形成された溶接金属を溶接金属Ｔ１、溶接金属Ｔ２及び溶接金属Ｔ３とする。
【００７０】
（５）第一補修工程
第一補修工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１及び溶接金属Ｔ１〜Ｔ３に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【００７１】
本実施形態に係る第一補修工程では、図７及び図８に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。また、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２又はＪ３を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜を分断することを目的として行われるものである。
【００７２】
本実施形態に係る第一補修工程では、大型回転ツールＧよりも小型の補修用回転ツールＥ（図７参照）を用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。
【００７３】
補修用回転ツールＥ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、図７に示すように、円柱状を呈するショルダ部Ｅ１と、このショルダ部Ｅ１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｅ２とを備えて構成されている。
【００７４】
ショルダ部Ｅ１の外径は、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の二分の一程度に設定している。攪拌ピンＥ２は、ショルダ部Ｅ１の下端面から垂下しており、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Ｅ２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。大型回転ツールＧによる接合欠陥は、攪拌ピンＧ２の上端から１／３までの範囲に形成されることが多いので、補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２の長さは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢ（図２の（ｂ）参照）の１／３以上とすることが望ましいが、１／２よりも大きくなると、塑性化領域が必要以上に広がる虞があるので、１／２以下とすることが望ましい。なお、攪拌ピンＥ２の最大外径（上端径）及び最小外径（下端径）の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、それぞれ、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２及び最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。
【００７５】
第一補修工程では、一の補修領域に対する摩擦攪拌が終了する度に補修用回転ツールＥを離脱させてもよいし、補修領域ごとに形態の異なる補修用回転ツールＥを使用してもよいが、本実施形態では、図８に示すように、一の補修用回転ツールＥ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、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、本実施形態に係る第一補修工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＲに挿入した補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＲ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ＳＲを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置ＥＲを設け、第二補修領域Ｒ２、第一補修領域Ｒ１、第三補修領域Ｒ３の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、開始位置ＳＲと終了位置ＥＲの位置や摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【００７６】
第一補修工程における摩擦攪拌の手順を、図８を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２を挿入（圧入）する。補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１（図７参照）を溶接金属Ｔ２に押し込むとともに、撹拌ピンＥ２が表面塑性化領域Ｗ１に達するように押込み量を設定する。この際、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１を溶接金属Ｔ２中にもぐり込ませて、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１と、表側塑性化領域Ｗ１の表面が接する程度に押し込むのが好ましい。これにより、摩擦攪拌を行う際の押し込み圧（押圧力）を確保するとともに、第一補修工程によって形成された塑性化領域と、表側塑性化領域Ｗ１の表面を面一に形成することができる。そして、補修用回転ツールＥを相対移動させて第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００７７】
第二補修領域Ｒ２に対して溶接金属Ｔ２を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を確実に分断することが可能となるので、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第二補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【００７８】
第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第一補修領域Ｒ１に移動させ、前記した第一本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿って連続して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対して溶接金属Ｔ１を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿ってトンネル欠陥が連続して形成された場合であっても、これを確実に分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
【００７９】
第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第三補修領域Ｒ３に移動させ、第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。第三補修領域Ｒ３に対して溶接金属Ｔ３を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を確実に分断することが可能となるので、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第三補修領域Ｒ３が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【００８０】
第三補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＥを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＥ２（図７参照）を終了位置ＥＲから離脱させる。
【００８１】
（６）第一横断補修工程
第一横断補修工程も、第一本接合工程により被接合金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、突合部Ｊ１の接合強度を高めるために行うものである。
【００８２】
本実施形態に係る第一横断補修工程では、図９に示すように、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように補修用回転ツールＥを移動させることで、表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う。即ち、第一横断補修工程では、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように摩擦攪拌のルートを設定する。このようにすると、表側塑性化領域Ｗ１に沿ってトンネル欠陥が形成されていたとしても、当該トンネル欠陥を充分な確実性をもって分断することが可能となる。
【００８３】
第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１に形成される複数の塑性化領域（以下、「再塑性化領域」という。）Ｗ３，Ｗ３，…が第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（即ち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において互いに離間するように設定する。
【００８４】
第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートには、表側塑性化領域Ｗ１を横切る複数の交差ルートＦ１２と、隣り合う交差ルートＦ１２，Ｆ１２の同側の端部同士を繋ぐ移行ルートＦ１３とが設けられている。即ち、第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１の側方から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第一の交差ルートＦ１２と、この交差ルートＦ１２の終点ｅ１０から始まって第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（被接合金属部材１の継ぎ目）に沿うように設定される移行ルートＦ１３と、この移行ルートＦ１３の終点ｓ１０から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第二の交差ルートＦ１２と、を少なくとも備えている。
【００８５】
交差ルートＦ１２は、表側塑性化領域Ｗ１を横切るように設定された摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと直交している。交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と終点ｅ１０は、表側塑性化領域Ｗ１の側方に位置しており、表側塑性化領域Ｗ１を挟んで対向している。
【００８６】
交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と終点ｅ１０の位置は、補修用回転ツールＥの全体が表側塑性化領域Ｗ１から抜け出るような位置に設定することが望ましいが、表側塑性化領域Ｗ１から必要以上に離れた位置に設定すると、補修用回転ツールＥの移動距離が増大してしまうので、本実施形態では、始点ｓ１０から表側塑性化領域Ｗ１の側縁までの距離及び表側塑性化領域Ｗ１の側縁から終点ｅ１０までの距離が、補修用回転ツールＥのショルダ部Ｅ１の外径Ｘ４（図１０参照）の半分と等しくなるような位置に設定している。つまり、交差ルートＦ１２の長さ（始点ｓ１０から終点ｅ１０までの距離）は、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ６に、ショルダ部Ｅ１の外径Ｘ４を加えた値と等しくなる。ちなみに、補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９は、ショルダ部Ｄ２の外径Ｘ４と略等しくなるので、交差ルートＦ１２の長さは、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ６に、補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９を加えた値と略等しくなる。
【００８７】
隣り合う交差ルートＦ１２，Ｆ１２の離隔距離ｄ７は、第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（即ち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３，…が互いに離間するような大きさに設定する。なお、隣り合う再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の離間距離ｄ８は、再塑性化領域Ｗ３の幅寸法ｄ９以上、より好適には幅寸法ｄ９の２倍以上確保することが望ましい。
【００８８】
移行ルートＦ１３は、一の交差ルートＦ１２の終点ｅ１０からこの交差ルートＦ１２よりも摩擦攪拌の終了位置ＥＣ側に位置する他の交差ルートＦ１２の始点ｓ１０に至る摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、表側塑性化領域Ｗ１の右側あるいは左側に設けられていて、かつ、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと平行になっている。
【００８９】
移行ルートＦ１３は、移行ルートＦ１３に沿って補修用回転ツールＥを移動させることで形成される塑性化領域Ｗ４が表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触するような位置に設定することが望ましい。なお、本実施形態では、前記したように、移行ルートＦ１３の始点である交差ルートＦ１２の終点ｅ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離及び移行ルートＦ１３の終点である交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離が、それぞれ補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９の半分と等しくなっているので、塑性化領域Ｗ４は、必然的に、表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触することになる。
【００９０】
以上のように、第一横断補修工程のルートを設定したら、補修用回転ツールＥをルートに沿って相対移動させて開始位置ＳＣから終了位置ＳＥまで連続的に摩擦攪拌を行う。第一横断補修工程が終了したら、第一本接合工程、第一補修工程及び第一横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、図１１に示すように、被接合金属部材１を裏返し、裏面Ｂを上にする。
【００９１】
（７）第二予備工程
第二予備工程は、第二本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、図１１に示すように、第二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２に下穴Ｐ２を形成する下穴形成工程を具備している。なお、第二予備工程の中に、前記した第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を含ませてもよい。
【００９２】
（８）第二本接合工程
第二本接合工程は、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二本接合工程では、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一本接合工程で使用した大型回転ツールＧを使用して、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。
【００９３】
第二本接合工程では、第二タブ材３に設けた下穴Ｐ２（開始位置ＳＭ２）に大型回転ツール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第一タブ材２に設けた終了位置ＥＭ２まで移動させる。即ち、第二本接合工程では、下穴Ｐ２から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００９４】
図１１の（ａ）〜（ｃ）を参照して第二本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図１１の（ａ）に示すように、下穴Ｐ２の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ２に挿入する。
【００９５】
攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面に接触したら、図１１の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら大型回転ツールＧを被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて相対移動させる。大型回転ツール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Ｗ２（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２」という。）が形成される。
【００９６】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に到達したら、被接合金属部材１の継ぎ目に沿って大型回転ツールＧを相対移動させて突合部Ｊ１の他端まで連続して摩擦攪拌を行い、さらに、摩擦攪拌を行いながら終了位置ＥＭ２まで相対移動させる。
【００９７】
突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う際には、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、攪拌ピンＧ２によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【００９８】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ２に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ２から離脱させる（図１１の（ｃ）参照）。
ここで、第二本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の裏面Ｂには、溝５１が形成される。
【００９９】
第一本接合工程と第二本接合工程とで異なる形態の大型回転ツールを用いる場合には、例えば図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一本接合工程で用いる大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢと第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧ’の攪拌ピンＧ２’の長さＬＢ’の和を、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔ以上に設定することが望ましい。なお、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’が、それぞれ肉厚ｔ未満であることは言うまでもない。このようにすれば、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、第二本接合工程で使用する大型回転ツールＧ’の攪拌ピンＧ２’によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【０１００】
なお、より好適には、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧ，Ｇ’の攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、それぞれ、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔの１／２以上に設定することが望ましく、さらには、肉厚ｔの３／４以下に設定することが望ましい。攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、肉厚ｔの１／２以上に設定すると、表側塑性化領域Ｗ１と裏側塑性化領域Ｗ２とが被接合金属部材１の肉厚方向の中央部において重複するとともに、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積との差が小さくなるので、接合部の品質が均質になり、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、肉厚ｔの３／４以下に設定すると、摩擦攪拌を行う際に裏当材が不要となるので、作業効率を向上させることが可能となる。
【０１０１】
より好適には、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、１．０１≦（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定するとよい。（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．０１以上にしておけば、被接合金属部材１に寸法公差等があったとしても、第二本接合工程において、攪拌ピンＧ２’を確実に表側塑性化領域Ｗ１に入り込ませることが可能となる。また、（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．１０よりも大きくすると、各回転ツールが必要以上に大きくなって摩擦攪拌装置に掛かる負荷が大きくなるが、（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．１０以下にしておけば、摩擦攪拌装置に掛かる負荷が小さいものとなる。
【０１０２】
（９）第二溶接工程
第二溶接工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された裏側塑性化領域Ｗ２の所定の領域に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第二溶接工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂから溶接を行う点以外は、前記した第一溶接工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
（１０）第二補修工程
第二補修工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２及び第二溶接工程で形成された溶接金属に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。第二補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０４】
（１１）第二横断補修工程
第二横断補修工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、突合部Ｊ１の接合強度を高めるために行うものである。第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一横断補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
第二横断補修工程が終了したら、第二本接合工程、第二補修工程及び第二横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１０６】
以上のような（１）〜（１１）の工程を経ることで、本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ１の内部の接合欠陥に対して溶接金属Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。
即ち、本実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させているため、表側塑性化領域Ｗ１の進行方向左側に設定した補修領域Ｒ１（溶接金属Ｔ１）に対して摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、表側塑性化領域Ｗ１の内部に形成されたトンネル欠陥を確実に密閉し、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。
また、表側塑性化領域Ｗ１の補修領域Ｒ２，Ｒ３に対して摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、表側塑性化領域Ｗ１の内部に形成された酸化皮膜を確実に密閉し、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。
【０１０７】
また、補修工程を行う前に溶接を行って、表側塑性化領域Ｗ１の表面に肉盛溶接を行った後に摩擦攪拌するため、補修工程によって発生する溝の発生を抑制することができる。即ち、本接合工程の際に形成された溝５０に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。これにより、被接合金属部材１の表面Ａを平滑に成形する作業を容易に行うことができる。なお、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂ側においても、表面Ａ側と同等の効果を得ることができる。
【０１０８】
また、第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、表側塑性化領域Ｗ１及び裏側塑性化領域Ｗ２の先端側を重複させることができるため、被接合金属部材１の水密性及び気密性をより高めることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態における摩擦攪拌においては、前記したような摩擦攪拌ルートを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のルートを設定してもよい。例えば、前記した横断補修工程では、摩擦攪拌のルートの一部である交差ルートＦ１２を本接合工程における摩擦攪拌のルートに直交させた場合を例示したが（図９参照）、交差ルートＦ１２を斜交させてもよい。交差ルートＦ１２を斜交させることにより、方向転換の回数を削減することができるので、補修用回転ツールＥの動きにより一層無駄がなくなり、トンネル欠陥をより一層効率よく分断することが可能となる。
【０１１０】
［変形例］
また、前記した補修工程では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行ったが（図８参照）、第二補修領域Ｒ２と第三補修領域Ｒ３に対してのみ摩擦攪拌を行ってもよい。
【０１１１】
この場合には、図１３に示すように、突合部Ｊ１の両端部のそれぞれにおいて、本接合工程で形成された塑性化領域に設定した第二補修領域Ｒ２（溶接金属Ｔ２）又は第三補修領域Ｒ３（溶接金属Ｔ３）を横切るように補修用回転ツールＥ’を移動させればよい。即ち、突合部Ｊ１の一方の端部において、突合部Ｊ２に沿って補修用回転ツールＥ’を移動させることで、第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行い、突合部Ｊ１の他方の端部において、突合部Ｊ３に沿って補修用回転ツールＥ’を移動させることで、第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行えばよい。具体的には、摩擦攪拌の開始位置ＳＲを第一金属部材１ａに設け、第二金属部材１ｂに向かって補修用回転ツールＥ’を移動させることで、被接合金属部材１の側縁部に対して摩擦攪拌を行えばよい。このようにしても、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２，Ｊ３を横切る際に巻き込んだ酸化皮膜が分断されることになるので、接合欠陥の極めて少ない接合体を得ることが可能になる。
【０１１２】
なお、突合部Ｊ２に沿って摩擦攪拌を行う際に、補修用回転ツールＥ’を右回転させた場合には、進行方向の左側に第一タブ材２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定し、図示のように左回転させた場合には、進行方向の右側に第一タブ材２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定する。同様に、突合部Ｊ３に沿って摩擦攪拌を行う際に、図示のように補修用回転ツールＥ’を右回転させた場合には、進行方向の左側に第二タブ材３が位置するように摩擦攪拌のルートを設定し、左回転させた場合には、進行方向の右側に第二タブ材３が位置するように摩擦攪拌のルートを設定する。いずれの場合も、摩擦攪拌の終了位置ＥＲは、補修用回転ツールＥ’の攪拌ピンの抜き穴が被接合金属部材１に残らないように、第一タブ材２又は第二タブ材３に設けるとよい。
【０１１３】
［第二実施形態］
前記した第一実施形態では、被接合金属部材１を直線状に繋ぎ合せる場合を例示したが、被接合金属部材１をＬ字状やＴ字状に繋ぎ合せる場合にも前記した手法を適用することができる。なお、以下では、被接合金属部材１をＬ字状に繋ぎ合せる場合を例示する。
【０１１４】
第二実施形態に係る接合方法も、第一実施形態に係る接合方法と同じように、（１）準備工程、（２）第一予備工程、（３）第一本接合工程、（４）第一溶接工程、（５）第一補修工程、（６）第一横断補修工程、（７）第二予備工程、（８）第二本接合工程、（９）第二溶接工程、（１０）第二補修工程、（１１）第二横断補修工程を含んでいる。なお、第一予備工程、第一本接合工程、第一溶接工程、第一補修工程及び第一横断補修工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側から実行される工程であり、第二予備工程、第二本接合工程、第二溶接工程、第二補修工程及び第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から実行される工程である。
【０１１５】
（１）準備工程
図１４を参照して準備工程を説明する。本実施形態に係る準備工程は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合せる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程とを具備している。
【０１１６】
突合工程では、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂをＬ字状に配置し、第一金属部材１ａの側面に第二金属部材１ｂの端面を密着させて被接合金属部材１０を形成する。なお、被接合金属部材１０の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂともいう。
【０１１７】
タブ材配置工程では、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１の一端側（外側）に第一タブ材２を配置して第一タブ材２の当接面２１（図１４の（ｂ）参照）を被接合金属部材１０の外側の側面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を配置して第二タブ材３の当接面３１，３１（図１４の（ｂ）参照）を被接合金属部材１０の内側の側面に当接させる。なお、被接合金属部材１０をＬ字状に組み合わせた場合には、第一タブ材２及び第二タブ材３の一方（本実施形態では第二タブ材３）を、被接合金属部材１０により形成された入隅部（被接合金属部材１０の内側の側面により形成された角部）に配置する。
【０１１８】
また本実施形態では、被接合金属部材１０と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａを溶接して被接合金属部材１０と第一タブ材２とを接合し、被接合金属部材１０と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａを溶接して被接合金属部材１０と第二タブ材３とを接合する。
【０１１９】
準備工程が終了したら、被接合金属部材１０、第一タブ材２及び第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。
【０１２０】
（２）第一予備工程
第一予備工程は、被接合金属部材１０と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
【０１２１】
本実施形態の第一予備接合工程でも、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、一の小型回転ツールＦ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、突合部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２２】
本実施形態の第一予備接合工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
まず、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を左回転させながら第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰに挿入して摩擦攪拌を開始し、小型回転ツールＦを第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【０１２３】
小型回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型回転ツールＦを離脱させることなくそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【０１２４】
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１０との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１０と第一タブ材２との継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２５】
なお、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、進行方向の右側に微細な接合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一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２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側に接合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。
【０１２６】
小型回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。なお、本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定している。
【０１２７】
仮接合工程では、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１０の継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２８】
小型回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、第二タブ材接合工程の始点ｓ３でもある仮接合工程の終点ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。
【０１２９】
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３，Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二タブ材接合工程の始点ｓ３が、突合部Ｊ３，Ｊ３の中間に位置しているので、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートに折返し点ｍ３を設け、小型回転ツールＦを始点ｓ３から折返し点ｍ３に移動させた後に（図１５の（ａ）参照）、小型回転ツールＦを折返し点ｍ３から終点ｅ３に移動させることで（図１５の（ｂ）参照）、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、小型回転ツールＦを始点ｓ３〜折返し点ｍ３間で往復させた後に、小型回転ツールＦを終点ｅ３まで移動させることで、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、始点ｓ３から折返し点ｍ３に至る摩擦攪拌のルート及び折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートは、それぞれ、被接合金属部材１０と第二タブ材３との継ぎ目上に設定する。
【０１３０】
始点ｓ３、折返し点ｍ３及び終点ｅ３の位置関係に特に制限はないが、本実施形の如く小型回転ツールＦを左回転させている場合には、少なくとも折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートにおいて小型回転ツール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ｓ３、折返し点ｍ３及び終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。この場合、始点ｓ３〜折返し点ｍ３間においては、往路においても復路においても被接合金属部材１０と第二タブ材３との継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを移動させることが望ましい。このようにすると、始点ｓ３から折返し点ｍ３に至るまでの間に、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が位置し、被接合金属部材１０側に接合欠陥が発生したとしても、その後に行われる折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌において小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１０が位置することになるので、前記した接合欠陥が是正され、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【０１３１】
ちなみに、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、折返し点から終点に至る摩擦攪拌のルートにおいて小型回転ツール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、第二タブ材接合工程の始点、折返し点及び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を左回転させた場合の終点ｅ３の位置に折返しを設け、小型回転ツールＦを左回転させた場合の折返し点ｍ３の位置に終点を設ければよい。
【０１３２】
図１５の（ｂ）に示すように、小型回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰまで連続して摩擦攪拌を行う。小型回転ツールＦが終了位置ＥＰに達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２を終了位置ＥＰから離脱させる。
【０１３３】
続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形成工程は、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。本実施形態に係る下穴形成工程では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３に形成する。
【０１３４】
下穴Ｐ１の形成方法に制限はなく、例えば、図示せぬ公知のドリルを回転挿入することで形成することができるが、このほか、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）よりも大型で且つ大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２（図２の（ｂ）参照）よりも小型の攪拌ピンを有する回転ツールを回転させつつ抜き差しすることでも形成することができる。
【０１３５】
また、下穴Ｐ１の位置（即ち、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置）にも制限はなく、第一タブ材２や第二タブ材３に形成してもよいし、突合部Ｊ２に形成してもよいが、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）の延長線上か、あるいは、図示は省略するが、被接合金属部材１０の継ぎ目の端部（即ち、突合部Ｊ１の端部）に形成することが望ましい。
【０１３６】
なお、被接合金属部材１０の継ぎ目の延長線上に下穴Ｐ１を形成する場合には、図１６に示すように、当該延長線上に第一予備工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＰを設け、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を離脱させたときに形成される抜き穴をそのまま下穴とするか、あるいは抜き穴を図示せぬドリルなどで拡径して下穴を形成してもよい。このようにすると、下穴の加工作業を省略あるいは簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。
【０１３７】
（３）第一本接合工程
第一予備工程が終了したら、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１を本格的に接合する第一本接合工程を実行する。本実施形態に係る第一本接合工程では、図２の（ａ）に示す大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１０の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【０１３８】
第一本接合工程では、まず、図１７に示すように、大型回転ツールＧを左回転させつつ攪拌ピンＧ２を開始位置ＳＭ１（即ち、図１５の（ｂ）に示す下穴Ｐ１）に挿入し、摩擦攪拌を開始する。本実施形態では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３に開始位置ＳＭ１を設けているので、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入する際に、塑性流動化した金属の一部が被接合金属部材１０と第二タブ材３との間にある微細な隙間に流れ込み、その後に塑性流動化した金属の前記した隙間への逸散が緩和されるので、肉不足による接合欠陥が生じ難くなる。
【０１３９】
なお、下穴Ｐ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入すると、被接合金属部材１０と第二タブ材３とを引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１０と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１０と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【０１４０】
被接合金属部材１０の突合部Ｊ１の一端まで摩擦攪拌を行ったら、そのまま大型回転ツールＧを突合部Ｊ１に突入させ、被接合金属部材１０の継ぎ目上に設定された摩擦攪拌のルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【０１４１】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、大型回転ツールＧを回転させながら上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。ここで、第一本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の表面Ａには、溝５０（図１９の（ｃ）参照）が形成される。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【０１４２】
なお、本実施形態においては、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置を突合部Ｊ３に設けた場合を例示したが、図１８の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設けてもよいし、図１８の（ｂ）に示すように、第一タブ材２に設けてもよい。
【０１４３】
（４）第一溶接工程
第一溶接工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１０の表面Ａに形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第一溶接工程では、図１９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２に対して溶接を行う。
【０１４４】
第一補修領域Ｒ１は、表側塑性化領域Ｗ１のうちトンネル欠陥が形成される慮りのある領域をいう。即ち、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、大型回転ツールＧを左回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【０１４５】
第二補修領域Ｒ２は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１０の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを左回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二補修領域Ｒ２を設定するとよい。
【０１４６】
第一溶接工程では、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２を設定したら、図１９の（ｃ）に示すように、これらの補修領域に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行う。即ち、図１９の（ｃ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａには、表側塑性化領域Ｗ１の表面を底面とし、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１と略同等の幅からなる溝５０が形成されている。そのため、そのため、溝５０の底面（表側塑性化領域Ｗ１の表面）に対して肉盛溶接を行う。第一溶接工程で用いる溶加材は、被接合金属部材１と同等の組成であることが好ましい。
なお、図１９の（ｂ）に示すように、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２にそれぞれ形成された溶接金属を溶接金属Ｔ１及び溶接金属Ｔ２とする。
【０１４７】
（５）第一補修工程
第一補修工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１０に形成された表側塑性化領域Ｗ１及び溶接金属Ｔ１及びＴ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性のある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【０１４８】
本実施形態に係る第一補修工程では、図２０に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。また、第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜を分断することを目的として行われるものである。
【０１４９】
本実施形態に係る第一補修工程では、大型回転ツールＧよりも小型の補修用回転ツールＥ（図７参照）を用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。補修用回転ツールＥは、第一実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１５０】
第一補修工程では、図２０に示すように、一の補修用回転ツールＥ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、第一補修領域Ｒ１（溶接金属Ｔ１）及び第二補修領域Ｒ２（溶接金属Ｔ２）に対して連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【０１５１】
第一補修工程における摩擦攪拌の手順を図２０を参照してより詳細に説明する。
まず、被接合金属部材１の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＥの攪拌ピンを挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第一補修領域Ｒ１（図２０参照）に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１（図１７参照）の近傍に開始位置ＳＲを設けるとともに、開始位置ＳＲを挟んで終了位置ＥＲと反対側に折返し点ＭＲを設け、補修用回転ツールＥを折返し点ＭＲに向かって相対移動させた後に、折返し点ＭＲで折り返し、その後、突合部Ｊ１（図１７参照）に沿って相対移動させることで、第一補修領域Ｒ１（図２０参照）に対して摩擦攪拌を行う。開始位置ＳＲから折返し点ＭＲまでを摩擦攪拌することで、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を開始位置ＳＭ１（図１７参照）に挿入する際に巻き込まれた酸化皮膜を分断することが可能となる。
【０１５２】
なお、補修用回転ツールＥの押込み量は、撹拌ピンＥ２（図７参照）が表面塑性化領域Ｗ１に達するように押込み量を設定する。この際、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１を溶接金属Ｔ１中にもぐり込ませて、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１と、表側塑性化領域Ｗ１の表面が接する程度に押し込むのが好ましい。これにより、摩擦攪拌を行う際の押し込み圧（押圧力）を確保するとともに、第一補修工程によって形成された塑性化領域と、表側塑性化領域Ｗ１の表面を面一に形成することができる。
【０１５３】
第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第二補修領域Ｒ２に移動させ、第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第二補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【０１５４】
第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＥを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＥ２を終了位置ＥＲから離脱させる。
【０１５５】
（６）第一横断補修工程
第一補修工程が終了したら、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように補修用回転ツールＥを移動させて、表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う第一横断補修工程を行う。第一横断補修工程については、第一実施形態に係る第一横断補修工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。
【０１５６】
第一横断補修工程が終了したら、第一予備接合工程、第一本接合工程、第一補修工程及び第一横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、図２１に示すように、被接合金属部材１０を裏返し、裏面Ｂを上にする。
【０１５７】
（７）第二予備工程
被接合金属部材１０を裏返したら、第二予備工程を実行する。本実施形態に係る第二予備工程は、第二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２に下穴（図示略）を形成する下穴形成工程を具備している。
【０１５８】
（８）第二本接合工程
第二予備工程が終了したら、図２１に示すように、第一本接合工程で使用した大型回転ツールＧを左回転させて、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程を実行する。本実施形態においては、突合部Ｊ３上であり、かつ、突合部Ｊ１の延長線上に開始位置ＳＭ２を設定し、第一タブ材２上の終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。第二本接合工程の手順等は、前記した第一実施形態に係る第二本接合工程の場合と略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１５９】
（９）第二溶接工程
第二本接合工程が終了したら、図２１に示すように、第二本接合工程により被接合金属部材１０の裏面Ｂに形成された裏側塑性化領域Ｗ２のうち、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２に対して溶接を行う。第二本接合工程は、前記した第一実施形態に係る第二溶接工程の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６０】
（１０）第二補修工程
第二溶接工程が終了したら、溶接金属Ｔ１，Ｔ２及び裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う第二補修工程を実行する。第二補修工程は、被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６１】
（１１）第二横断補修工程
第二補修工程が終了したら、第二本接合工程により被接合金属部材１０に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う第二横断補修工程を実行する。第二横断補修工程は、被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一横断補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６２】
第二横断補修工程が終了したら、第二本接合工程、第二補修工程及び第二横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１６３】
以上のような（１）〜（１１）の工程を経ることで、第一実施形態と略同等の効果を得るとともに、一対の金属部材をＬ字状に接合する場合にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】第一実施形態に係る金属部材、第一タブ材及び第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のII−II線断面図である。
【図２】（ａ）は小型回転ツールを説明するための側面図、（ｂ）は大型回転ツールを説明するための側面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は小型回転ツールを開始位置に挿入する状況を説明するための模式的な側面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一タブ材接合工程、仮接合工程、第二タブ材接合工程を説明するための平面図である。
【図５】（ａ）は図４のIII−III断面図、（ｂ）及び（ｃ）は第一実施形態に係る第一本接合工程を説明するための断面図である。
【図６】（ａ）は、第一実施形態に係る第一補修工程において摩擦攪拌を行う領域を説明するための平面図であって、（ｂ）は第一溶接工程を示した平面図、（ｃ）は（ｂ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図７】図６の（ｂ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図８】第一実施形態に係る第一補修工程を説明するための平面図である。
【図９】第一実施形態に係る第一横断補修工程を説明するための平面図である。
【図１０】図９のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第一実施形態に係る第二本接合工程を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）は第一本接合工程で用いる大型回転ツールを示す側面図、（ｂ）は第二本接合工程で用いる大型回転ツールを示す側面図である。
【図１３】第一実施形態に係る補修工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１４】第二実施形態に係る金属部材、第一タブ材及び第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、第二実施形態に係る第一予備工程を説明するための図である。
【図１６】第二実施形態に係る第一予備工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１７】第二実施形態に係る第一本接合工程を説明するための平面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、第二実施形態に係る第一本接合工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１９】（ａ）は、第二実施形態に係る第一補修工程において摩擦攪拌を行う領域を説明するための平面図であって、（ｂ）は第一溶接工程を示した平面図、（ｃ）は（ｂ）のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図２０】第二実施形態に係る第一補修工程を説明するための平面図である。
【図２１】第二実施形態に係る第二本接合工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
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
Ｅ 補修用回転ツール
Ｆ 小型回転ツール
Ｆ１ ショルダ部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 大型回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｒ 補修領域
Ｔ 溶接金属
Ｗ１，Ｗ２ 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部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、一対の金属部材の突合部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う場合、当該摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の内部にトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル欠陥ともいう）が形成される可能性がある。また、例えば、一対の金属部材の突合部に対して回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う場合、当該突合部の両側面に一対のタブ材を用いて、当該タブ材に摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する場合がある。かかる場合には、摩擦攪拌を行うことにより、タブ材と金属部材との間に形成される酸化皮膜を金属部材内に巻き込む可能性がある。
いずれの場合も、接合された金属部材に接合欠陥が形成される可能性があり、金属部材の気密性及び水密性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域に対して再度摩擦攪拌を行うことにより、塑性化領域の内部に形成された接合欠陥を補修する発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、摩擦攪拌を行う場合、回転ツールのショルダ部の下端を金属部材に所定の深さで押し込んで金属部材を押圧しながら回転ツールを移動させる。したがって、接合された後の金属部材の表面には、塑性化領域を底面とする溝が発生してしまう。
ここで、特許文献１に係る発明のように、当該塑性化領域の表面に回転ツールを押し込んで、再度摩擦攪拌を行うと、補修を行った部分にさらに溝が形成されるため、溝の深さが大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
このような観点から、本発明は、塑性化領域に形成される接合欠陥を確実に密閉するとともに、補修を行う際に形成される溝の発生を抑制す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、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域の内部の接合欠陥に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。即ち、塑性化領域の進行方向右側又は左側に対して、回転ツールの回転方向に応じて適宜溶接及び摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、塑性化領域の内部に形成された空洞欠陥を確実に密閉し、金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の開始位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とすることが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって塑性化領域の内部に巻き込んだ酸化皮膜に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。このように、接合欠陥の発生する可能性が高い領域に応じて、補修を行うことで作業効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明は、金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の終了位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。
【００１４】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌によって塑性化領域の内部に巻き込んだ酸化皮膜に対して溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。また、補修工程を行う前に肉盛溶接を行って、塑性化領域の表面に溶接金属を形成することで、本接合工程の際に形成された溝に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことが好ましい。このように、接合欠陥の発生する可能性が高い領域に応じて、補修を行うことで作業効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記本接合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、前記補修工程を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、補修工程をスムーズに行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記本接合工程を行う前に、前記金属部材同士の前記突合部に対して摩擦攪拌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、本接合工程を行う際の金属部材同士の目開きを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る接合方法によれば、塑性化領域に形成される接合欠陥を確実に密閉するとともに、補修を行う際に形成される溝の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態として、摩擦攪拌を利用した金属部材同士の接合方法であって、金属部材同士の突合部に対して仮接合としての摩擦攪拌を行った後に、仮接合された状態の突合部に対して本接合としての摩擦攪拌を行う接合方法を例示する。
【００２０】
［第一実施形態］
第一実施形態では、図１に示すように、平板状を呈する一対の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなる被接合金属部材１を詳細に説明するとともに、この被接合金属部材１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００２１】
第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、略同等の形状からなる板状を呈する金属部材である。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、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、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面を突き合わせて形成される突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
【００２２】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、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、被接合金属部材１の側面１４側に現れる継ぎ目（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、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。
【００２３】
次に、図２を参照して、仮接合に用いる回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び本接合に用いる回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２４】
図２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。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、後記する本接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図２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、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、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。
【００２５】
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、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２６】
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よりも小さくすることが望ましい。
【００２７】
図２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。
【００２８】
ショルダ部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。
【００２９】
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は、（１）準備工程、（２）第一予備工程、（３）第一本接合工程、（４）第一溶接工程、（５）第一補修工程、（６）第一横断補修工程、（７）第二予備工程、（８）第二本接合工程、（９）第二溶接工程、（１０）第二補修工程、（１１）第二横断補修工程を含むものである。なお、第一予備工程、第一本接合工程、第一溶接工程、第一補修工程及び第一横断補修工程は、被接合金属部材１の表面Ａ（図１の（ｃ）参照）側から実行される工程であり、第二予備工程、第二本接合工程、第二溶接工程、第二補修工程及び第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ（図１の（ｃ）参照）側から実行される工程である。
【００３０】
（１）準備工程
図１を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき被接合金属部材１や摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき被接合金属部材１を突き合せる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程とを具備している。
【００３１】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１に第二金属部材１ｂの端面１１を密着させるとともに、第一金属部材１ａの表面１２と第二金属部材１ｂの表面１２を面一にし、さらに、第一金属部材１ａの裏面１３と第二金属部材１ｂの裏面１３を面一にする。
【００３２】
タブ材配置工程では、図１の（ｂ）に示すように、被接合金属部材１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２１を被接合金属部材１の側面１４，１４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３１を被接合金属部材１の側面１４，１４に当接させる。このとき、図１の（ｄ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を被接合金属部材１の表面Ａと面一にするとともに、第一タブ材２の裏面２３と第二タブ材３の裏面３３を被接合金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３３】
また、本実施形態では、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａ（即ち、被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の側面２４とにより形成された角部２ａ，２ａ）を溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを接合し、被接合金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａ（即ち、被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の側面３４とにより形成された角部３ａ，３ａ）を溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを接合する。なお、入隅部２ａ，３ａの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。
【００３４】
準備工程が終了したら、被接合金属部材１、第一タブ材２及び第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。なお、溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行する。
【００３５】
（２）第一予備工程
第一予備工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、被接合金属部材１と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
【００３６】
本実施形態の第一予備工程では、図４に示すように、一の小型回転ツールＦ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、突合部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌の開始位置ＳＰに挿入した小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ｂ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰまで移動させ、第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を連続して実行する。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ＳＰを設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰを設けているが、開始位置ＳＰと終了位置ＥＰの位置を限定する趣旨ではない。
【００３７】
本実施形態の第一予備工程における摩擦攪拌の手順を図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰの直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２を開始位置ＳＰに押し付ける。攪拌ピンＦ２が第一タブ材２の表面２２に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２が第一タブ材２に挿入される。
【００３８】
攪拌ピンＦ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、小型回転ツールＦを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。小型回転ツールＦを移動させると、その攪拌ピンＦ２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Ｆ２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する。
【００３９】
小型回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【００４０】
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４１】
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接合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が位置するように第一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２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側に接合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。
【００４２】
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接合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一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ｅ２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ｓ２の位置に終点を設ければよい。
【００４３】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ２に入り込むと、被接合金属部材１と第一タブ材２を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第一タブ材２との間に目開きが発生することがない。
【００４４】
小型回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ１で小型回転ツールＦを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２での小型回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での小型回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４５】
本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定し、小型回転ツールＦを第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に接合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。
【００４６】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、仮接合工程中における小型回転ツールＦの離脱作業が一切不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４７】
小型回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、終点ｅ１で摩擦攪拌を終了させずに第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ３で小型回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１での小型回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、第二タブ材接合工程の始点ｓ３での小型回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００４８】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材３に設定し、小型回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際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、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に接合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。
【００４９】
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００５０】
なお、小型回転ツールＦを右回転させているので、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が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。このようにすると、被接合金属部材１側に接合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。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。
【００５１】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）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の入隅部３ａ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。
【００５２】
小型回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰまで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、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）の延長線上に終了位置ＥＰを設けている。ちなみに、終了位置ＥＰは、後記する第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５３】
小型回転ツールＦが終了位置ＥＰに達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）を終了位置ＥＰから離脱させる。
【００５４】
下穴形成工程は、図２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。即ち、下穴形成工程は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入予定位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。
【００５５】
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、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）を離脱させたときに形成される抜き穴Ｈ１を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴Ｈ１を利用すれば、下穴Ｐ１の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。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、第二タブ材３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、第一タブ材２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側に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００５６】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程は、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一本接合工程では、図２の（ｂ）に示す大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００５７】
第一本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１に大型回転ツール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。即ち、第一本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材２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。
【００５８】
図５の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図５の（ａ）に示すように、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２を下穴Ｐ１に入り込ませると、攪拌ピンＧ２の周面（側面）が下穴Ｐ１の穴壁に当接し、穴壁から金属が塑性流動化する。このような状態になると、塑性流動化した金属を攪拌ピンＧ２の周面で押し退けながら、攪拌ピンＧ２が圧入されることになるので、圧入初期段階における圧入抵抗を低減することが可能となり、また、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１が第二タブ材３の表面３２に当接する前に攪拌ピンＧ２が下穴Ｐ１の穴壁に当接して摩擦熱が発生するので、塑性流動化するまでの時間を短縮することが可能となる。つまり、摩擦攪拌装置の負荷を低減することが可能となり、加えて、本接合に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００５９】
攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ３を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツール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（以下、「表側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。
【００６０】
被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツール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。なお、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの間に冷却水が入り込むと、接合面（端面１１，１１）に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して被接合金属部材１間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１間に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６１】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１では、被接合金属部材１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００６２】
なお、本実施形態では、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）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートが一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、大型回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、大型回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００６３】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【００６４】
ここで、第一本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の表面Ａには、溝５０が形成される。
【００６５】
（４）第一溶接工程
第一溶接工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１の表面Ａに形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第一溶接工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して溶接を行う。
【００６６】
第一補修領域Ｒ１は、表側塑性化領域Ｗ１のうちトンネル欠陥が形成される慮りのある領域をいう。即ち、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【００６７】
第二補修領域Ｒ２は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二補修領域Ｒ２を設定するとよい。なお、被接合金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目から第二補修領域Ｒ２の被接合金属部材１側の縁辺までの距離ｄ４は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも大きくすることが望ましい。
【００６８】
第三補修領域Ｒ３は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ３を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を第二タブ材３に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを右回転させた本実施形態においては、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第三補修領域Ｒ３を設定するとよい。なお、被接合金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目から第三補修領域Ｒ３の被接合金属部材１側の縁辺までの距離ｄ５は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも大きくすることが望ましい。
【００６９】
第一溶接工程では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３を設定したら、図６の（ｂ）に示すように、これらの補修領域に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行う。即ち、図６の（ｃ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａには、表側塑性化領域Ｗ１の表面を底面とし、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１と略同等の幅からなる溝５０が形成されている。そのため、溝５０の底面（表側塑性化領域Ｗ１の表面）に対して肉盛溶接を行う。第一溶接工程で用いる溶加材は、被接合金属部材１と同等の組成であることが好ましい。
なお、図７に示すように、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３にそれぞれ形成された溶接金属を溶接金属Ｔ１、溶接金属Ｔ２及び溶接金属Ｔ３とする。
【００７０】
（５）第一補修工程
第一補修工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１及び溶接金属Ｔ１〜Ｔ３に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【００７１】
本実施形態に係る第一補修工程では、図７及び図８に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。また、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２又はＪ３を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜を分断することを目的として行われるものである。
【００７２】
本実施形態に係る第一補修工程では、大型回転ツールＧよりも小型の補修用回転ツールＥ（図７参照）を用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。
【００７３】
補修用回転ツールＥ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、図７に示すように、円柱状を呈するショルダ部Ｅ１と、このショルダ部Ｅ１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｅ２とを備えて構成されている。
【００７４】
ショルダ部Ｅ１の外径は、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の二分の一程度に設定している。攪拌ピンＥ２は、ショルダ部Ｅ１の下端面から垂下しており、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Ｅ２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。大型回転ツールＧによる接合欠陥は、攪拌ピンＧ２の上端から１／３までの範囲に形成されることが多いので、補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２の長さは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢ（図２の（ｂ）参照）の１／３以上とすることが望ましいが、１／２よりも大きくなると、塑性化領域が必要以上に広がる虞があるので、１／２以下とすることが望ましい。なお、攪拌ピンＥ２の最大外径（上端径）及び最小外径（下端径）の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、それぞれ、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２及び最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。
【００７５】
第一補修工程では、一の補修領域に対する摩擦攪拌が終了する度に補修用回転ツールＥを離脱させてもよいし、補修領域ごとに形態の異なる補修用回転ツールＥを使用してもよいが、本実施形態では、図８に示すように、一の補修用回転ツールＥ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、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、本実施形態に係る第一補修工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＲに挿入した補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＲ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ＳＲを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置ＥＲを設け、第二補修領域Ｒ２、第一補修領域Ｒ１、第三補修領域Ｒ３の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、開始位置ＳＲと終了位置ＥＲの位置や摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【００７６】
第一補修工程における摩擦攪拌の手順を、図８を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＥの攪拌ピンＥ２を挿入（圧入）する。補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１（図７参照）を溶接金属Ｔ２に押し込むとともに、撹拌ピンＥ２が表面塑性化領域Ｗ１に達するように押込み量を設定する。この際、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１を溶接金属Ｔ２中にもぐり込ませて、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１と、表側塑性化領域Ｗ１の表面が接する程度に押し込むのが好ましい。これにより、摩擦攪拌を行う際の押し込み圧（押圧力）を確保するとともに、第一補修工程によって形成された塑性化領域と、表側塑性化領域Ｗ１の表面を面一に形成することができる。そして、補修用回転ツールＥを相対移動させて第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００７７】
第二補修領域Ｒ２に対して溶接金属Ｔ２を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、被接合金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を確実に分断することが可能となるので、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第二補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【００７８】
第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第一補修領域Ｒ１に移動させ、前記した第一本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿って連続して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対して溶接金属Ｔ１を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿ってトンネル欠陥が連続して形成された場合であっても、これを確実に分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
【００７９】
第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第三補修領域Ｒ３に移動させ、第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。第三補修領域Ｒ３に対して溶接金属Ｔ３を押し込みながら摩擦攪拌を行うと、被接合金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を確実に分断することが可能となるので、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第三補修領域Ｒ３が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【００８０】
第三補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＥを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＥ２（図７参照）を終了位置ＥＲから離脱させる。
【００８１】
（６）第一横断補修工程
第一横断補修工程も、第一本接合工程により被接合金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、突合部Ｊ１の接合強度を高めるために行うものである。
【００８２】
本実施形態に係る第一横断補修工程では、図９に示すように、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように補修用回転ツールＥを移動させることで、表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う。即ち、第一横断補修工程では、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように摩擦攪拌のルートを設定する。このようにすると、表側塑性化領域Ｗ１に沿ってトンネル欠陥が形成されていたとしても、当該トンネル欠陥を充分な確実性をもって分断することが可能となる。
【００８３】
第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１に形成される複数の塑性化領域（以下、「再塑性化領域」という。）Ｗ３，Ｗ３，…が第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（即ち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において互いに離間するように設定する。
【００８４】
第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートには、表側塑性化領域Ｗ１を横切る複数の交差ルートＦ１２と、隣り合う交差ルートＦ１２，Ｆ１２の同側の端部同士を繋ぐ移行ルートＦ１３とが設けられている。即ち、第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１の側方から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第一の交差ルートＦ１２と、この交差ルートＦ１２の終点ｅ１０から始まって第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（被接合金属部材１の継ぎ目）に沿うように設定される移行ルートＦ１３と、この移行ルートＦ１３の終点ｓ１０から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第二の交差ルートＦ１２と、を少なくとも備えている。
【００８５】
交差ルートＦ１２は、表側塑性化領域Ｗ１を横切るように設定された摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと直交している。交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と終点ｅ１０は、表側塑性化領域Ｗ１の側方に位置しており、表側塑性化領域Ｗ１を挟んで対向している。
【００８６】
交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と終点ｅ１０の位置は、補修用回転ツールＥの全体が表側塑性化領域Ｗ１から抜け出るような位置に設定することが望ましいが、表側塑性化領域Ｗ１から必要以上に離れた位置に設定すると、補修用回転ツールＥの移動距離が増大してしまうので、本実施形態では、始点ｓ１０から表側塑性化領域Ｗ１の側縁までの距離及び表側塑性化領域Ｗ１の側縁から終点ｅ１０までの距離が、補修用回転ツールＥのショルダ部Ｅ１の外径Ｘ４（図１０参照）の半分と等しくなるような位置に設定している。つまり、交差ルートＦ１２の長さ（始点ｓ１０から終点ｅ１０までの距離）は、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ６に、ショルダ部Ｅ１の外径Ｘ４を加えた値と等しくなる。ちなみに、補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９は、ショルダ部Ｄ２の外径Ｘ４と略等しくなるので、交差ルートＦ１２の長さは、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ６に、補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９を加えた値と略等しくなる。
【００８７】
隣り合う交差ルートＦ１２，Ｆ１２の離隔距離ｄ７は、第一本接合工程における摩擦攪拌のルート（即ち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３，…が互いに離間するような大きさに設定する。なお、隣り合う再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の離間距離ｄ８は、再塑性化領域Ｗ３の幅寸法ｄ９以上、より好適には幅寸法ｄ９の２倍以上確保することが望ましい。
【００８８】
移行ルートＦ１３は、一の交差ルートＦ１２の終点ｅ１０からこの交差ルートＦ１２よりも摩擦攪拌の終了位置ＥＣ側に位置する他の交差ルートＦ１２の始点ｓ１０に至る摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、表側塑性化領域Ｗ１の右側あるいは左側に設けられていて、かつ、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと平行になっている。
【００８９】
移行ルートＦ１３は、移行ルートＦ１３に沿って補修用回転ツールＥを移動させることで形成される塑性化領域Ｗ４が表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触するような位置に設定することが望ましい。なお、本実施形態では、前記したように、移行ルートＦ１３の始点である交差ルートＦ１２の終点ｅ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離及び移行ルートＦ１３の終点である交差ルートＦ１２の始点ｓ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離が、それぞれ補修用回転ツールＥにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ９の半分と等しくなっているので、塑性化領域Ｗ４は、必然的に、表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触することになる。
【００９０】
以上のように、第一横断補修工程のルートを設定したら、補修用回転ツールＥをルートに沿って相対移動させて開始位置ＳＣから終了位置ＳＥまで連続的に摩擦攪拌を行う。第一横断補修工程が終了したら、第一本接合工程、第一補修工程及び第一横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、図１１に示すように、被接合金属部材１を裏返し、裏面Ｂを上にする。
【００９１】
（７）第二予備工程
第二予備工程は、第二本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、図１１に示すように、第二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２に下穴Ｐ２を形成する下穴形成工程を具備している。なお、第二予備工程の中に、前記した第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を含ませてもよい。
【００９２】
（８）第二本接合工程
第二本接合工程は、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二本接合工程では、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一本接合工程で使用した大型回転ツールＧを使用して、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。
【００９３】
第二本接合工程では、第二タブ材３に設けた下穴Ｐ２（開始位置ＳＭ２）に大型回転ツール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第一タブ材２に設けた終了位置ＥＭ２まで移動させる。即ち、第二本接合工程では、下穴Ｐ２から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００９４】
図１１の（ａ）〜（ｃ）を参照して第二本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図１１の（ａ）に示すように、下穴Ｐ２の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ２に挿入する。
【００９５】
攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面に接触したら、図１１の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら大型回転ツールＧを被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて相対移動させる。大型回転ツール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Ｗ２（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２」という。）が形成される。
【００９６】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に到達したら、被接合金属部材１の継ぎ目に沿って大型回転ツールＧを相対移動させて突合部Ｊ１の他端まで連続して摩擦攪拌を行い、さらに、摩擦攪拌を行いながら終了位置ＥＭ２まで相対移動させる。
【００９７】
突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う際には、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、攪拌ピンＧ２によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【００９８】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ２に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ２から離脱させる（図１１の（ｃ）参照）。
ここで、第二本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の裏面Ｂには、溝５１が形成される。
【００９９】
第一本接合工程と第二本接合工程とで異なる形態の大型回転ツールを用いる場合には、例えば図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一本接合工程で用いる大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢと第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧ’の攪拌ピンＧ２’の長さＬＢ’の和を、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔ以上に設定することが望ましい。なお、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’が、それぞれ肉厚ｔ未満であることは言うまでもない。このようにすれば、第一本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、第二本接合工程で使用する大型回転ツールＧ’の攪拌ピンＧ２’によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【０１００】
なお、より好適には、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧ，Ｇ’の攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、それぞれ、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔの１／２以上に設定することが望ましく、さらには、肉厚ｔの３／４以下に設定することが望ましい。攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、肉厚ｔの１／２以上に設定すると、表側塑性化領域Ｗ１と裏側塑性化領域Ｗ２とが被接合金属部材１の肉厚方向の中央部において重複するとともに、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積との差が小さくなるので、接合部の品質が均質になり、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、肉厚ｔの３／４以下に設定すると、摩擦攪拌を行う際に裏当材が不要となるので、作業効率を向上させることが可能となる。
【０１０１】
より好適には、攪拌ピンＧ２，Ｇ２’の長さＬＢ，ＬＢ’を、１．０１≦（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定するとよい。（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．０１以上にしておけば、被接合金属部材１に寸法公差等があったとしても、第二本接合工程において、攪拌ピンＧ２’を確実に表側塑性化領域Ｗ１に入り込ませることが可能となる。また、（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．１０よりも大きくすると、各回転ツールが必要以上に大きくなって摩擦攪拌装置に掛かる負荷が大きくなるが、（ＬＢ＋ＬＢ’）／ｔを１．１０以下にしておけば、摩擦攪拌装置に掛かる負荷が小さいものとなる。
【０１０２】
（９）第二溶接工程
第二溶接工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１の裏面Ｂに形成された裏側塑性化領域Ｗ２の所定の領域に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第二溶接工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂから溶接を行う点以外は、前記した第一溶接工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
（１０）第二補修工程
第二補修工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２及び第二溶接工程で形成された溶接金属に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。第二補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０４】
（１１）第二横断補修工程
第二横断補修工程は、第二本接合工程により被接合金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、突合部Ｊ１の接合強度を高めるために行うものである。第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一横断補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
第二横断補修工程が終了したら、第二本接合工程、第二補修工程及び第二横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１０６】
以上のような（１）〜（１１）の工程を経ることで、本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ１の内部の接合欠陥に対して溶接金属Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を押し込みながら摩擦攪拌を行うため、接合欠陥を確実に密閉することができる。
即ち、本実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させているため、表側塑性化領域Ｗ１の進行方向左側に設定した補修領域Ｒ１（溶接金属Ｔ１）に対して摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、表側塑性化領域Ｗ１の内部に形成されたトンネル欠陥を確実に密閉し、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。
また、表側塑性化領域Ｗ１の補修領域Ｒ２，Ｒ３に対して摩擦攪拌（補修工程）を行うことで、表側塑性化領域Ｗ１の内部に形成された酸化皮膜を確実に密閉し、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。
【０１０７】
また、補修工程を行う前に溶接を行って、表側塑性化領域Ｗ１の表面に肉盛溶接を行った後に摩擦攪拌するため、補修工程によって発生する溝の発生を抑制することができる。即ち、本接合工程の際に形成された溝５０に金属が補充されることになるので、補修工程を行う際の溝の発生を抑制することができる。これにより、被接合金属部材１の表面Ａを平滑に成形する作業を容易に行うことができる。なお、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂ側においても、表面Ａ側と同等の効果を得ることができる。
【０１０８】
また、第一本接合工程及び第二本接合工程によれば、表側塑性化領域Ｗ１及び裏側塑性化領域Ｗ２の先端側を重複させることができるため、被接合金属部材１の水密性及び気密性をより高めることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態における摩擦攪拌においては、前記したような摩擦攪拌ルートを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のルートを設定してもよい。例えば、前記した横断補修工程では、摩擦攪拌のルートの一部である交差ルートＦ１２を本接合工程における摩擦攪拌のルートに直交させた場合を例示したが（図９参照）、交差ルートＦ１２を斜交させてもよい。交差ルートＦ１２を斜交させることにより、方向転換の回数を削減することができるので、補修用回転ツールＥの動きにより一層無駄がなくなり、トンネル欠陥をより一層効率よく分断することが可能となる。
【０１１０】
［変形例］
また、前記した補修工程では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２及び第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行ったが（図８参照）、第二補修領域Ｒ２と第三補修領域Ｒ３に対してのみ摩擦攪拌を行ってもよい。
【０１１１】
この場合には、図１３に示すように、突合部Ｊ１の両端部のそれぞれにおいて、本接合工程で形成された塑性化領域に設定した第二補修領域Ｒ２（溶接金属Ｔ２）又は第三補修領域Ｒ３（溶接金属Ｔ３）を横切るように補修用回転ツールＥ’を移動させればよい。即ち、突合部Ｊ１の一方の端部において、突合部Ｊ２に沿って補修用回転ツールＥ’を移動させることで、第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行い、突合部Ｊ１の他方の端部において、突合部Ｊ３に沿って補修用回転ツールＥ’を移動させることで、第三補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行えばよい。具体的には、摩擦攪拌の開始位置ＳＲを第一金属部材１ａに設け、第二金属部材１ｂに向かって補修用回転ツールＥ’を移動させることで、被接合金属部材１の側縁部に対して摩擦攪拌を行えばよい。このようにしても、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２，Ｊ３を横切る際に巻き込んだ酸化皮膜が分断されることになるので、接合欠陥の極めて少ない接合体を得ることが可能になる。
【０１１２】
なお、突合部Ｊ２に沿って摩擦攪拌を行う際に、補修用回転ツールＥ’を右回転させた場合には、進行方向の左側に第一タブ材２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定し、図示のように左回転させた場合には、進行方向の右側に第一タブ材２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定する。同様に、突合部Ｊ３に沿って摩擦攪拌を行う際に、図示のように補修用回転ツールＥ’を右回転させた場合には、進行方向の左側に第二タブ材３が位置するように摩擦攪拌のルートを設定し、左回転させた場合には、進行方向の右側に第二タブ材３が位置するように摩擦攪拌のルートを設定する。いずれの場合も、摩擦攪拌の終了位置ＥＲは、補修用回転ツールＥ’の攪拌ピンの抜き穴が被接合金属部材１に残らないように、第一タブ材２又は第二タブ材３に設けるとよい。
【０１１３】
［第二実施形態］
前記した第一実施形態では、被接合金属部材１を直線状に繋ぎ合せる場合を例示したが、被接合金属部材１をＬ字状やＴ字状に繋ぎ合せる場合にも前記した手法を適用することができる。なお、以下では、被接合金属部材１をＬ字状に繋ぎ合せる場合を例示する。
【０１１４】
第二実施形態に係る接合方法も、第一実施形態に係る接合方法と同じように、（１）準備工程、（２）第一予備工程、（３）第一本接合工程、（４）第一溶接工程、（５）第一補修工程、（６）第一横断補修工程、（７）第二予備工程、（８）第二本接合工程、（９）第二溶接工程、（１０）第二補修工程、（１１）第二横断補修工程を含んでいる。なお、第一予備工程、第一本接合工程、第一溶接工程、第一補修工程及び第一横断補修工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側から実行される工程であり、第二予備工程、第二本接合工程、第二溶接工程、第二補修工程及び第二横断補修工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から実行される工程である。
【０１１５】
（１）準備工程
図１４を参照して準備工程を説明する。本実施形態に係る準備工程は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合せる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程とを具備している。
【０１１６】
突合工程では、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂをＬ字状に配置し、第一金属部材１ａの側面に第二金属部材１ｂの端面を密着させて被接合金属部材１０を形成する。なお、被接合金属部材１０の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂともいう。
【０１１７】
タブ材配置工程では、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１の一端側（外側）に第一タブ材２を配置して第一タブ材２の当接面２１（図１４の（ｂ）参照）を被接合金属部材１０の外側の側面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を配置して第二タブ材３の当接面３１，３１（図１４の（ｂ）参照）を被接合金属部材１０の内側の側面に当接させる。なお、被接合金属部材１０をＬ字状に組み合わせた場合には、第一タブ材２及び第二タブ材３の一方（本実施形態では第二タブ材３）を、被接合金属部材１０により形成された入隅部（被接合金属部材１０の内側の側面により形成された角部）に配置する。
【０１１８】
また本実施形態では、被接合金属部材１０と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａを溶接して被接合金属部材１０と第一タブ材２とを接合し、被接合金属部材１０と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａを溶接して被接合金属部材１０と第二タブ材３とを接合する。
【０１１９】
準備工程が終了したら、被接合金属部材１０、第一タブ材２及び第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。
【０１２０】
（２）第一予備工程
第一予備工程は、被接合金属部材１０と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを具備している。
【０１２１】
本実施形態の第一予備接合工程でも、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、一の小型回転ツールＦ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、突合部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２２】
本実施形態の第一予備接合工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
まず、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を左回転させながら第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰに挿入して摩擦攪拌を開始し、小型回転ツールＦを第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【０１２３】
小型回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型回転ツールＦを離脱させることなくそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【０１２４】
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１０との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１０と第一タブ材２との継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２５】
なお、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、進行方向の右側に微細な接合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一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２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側に接合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。
【０１２６】
小型回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。なお、本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定している。
【０１２７】
仮接合工程では、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１０の継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【０１２８】
小型回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、第二タブ材接合工程の始点ｓ３でもある仮接合工程の終点ｅ１で小型回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。
【０１２９】
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３，Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二タブ材接合工程の始点ｓ３が、突合部Ｊ３，Ｊ３の中間に位置しているので、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートに折返し点ｍ３を設け、小型回転ツールＦを始点ｓ３から折返し点ｍ３に移動させた後に（図１５の（ａ）参照）、小型回転ツールＦを折返し点ｍ３から終点ｅ３に移動させることで（図１５の（ｂ）参照）、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、小型回転ツールＦを始点ｓ３〜折返し点ｍ３間で往復させた後に、小型回転ツールＦを終点ｅ３まで移動させることで、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、始点ｓ３から折返し点ｍ３に至る摩擦攪拌のルート及び折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートは、それぞれ、被接合金属部材１０と第二タブ材３との継ぎ目上に設定する。
【０１３０】
始点ｓ３、折返し点ｍ３及び終点ｅ３の位置関係に特に制限はないが、本実施形の如く小型回転ツールＦを左回転させている場合には、少なくとも折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートにおいて小型回転ツール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ｓ３、折返し点ｍ３及び終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。この場合、始点ｓ３〜折返し点ｍ３間においては、往路においても復路においても被接合金属部材１０と第二タブ材３との継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを移動させることが望ましい。このようにすると、始点ｓ３から折返し点ｍ３に至るまでの間に、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が位置し、被接合金属部材１０側に接合欠陥が発生したとしても、その後に行われる折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌において小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１０が位置することになるので、前記した接合欠陥が是正され、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【０１３１】
ちなみに、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、折返し点から終点に至る摩擦攪拌のルートにおいて小型回転ツール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、第二タブ材接合工程の始点、折返し点及び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を左回転させた場合の終点ｅ３の位置に折返しを設け、小型回転ツールＦを左回転させた場合の折返し点ｍ３の位置に終点を設ければよい。
【０１３２】
図１５の（ｂ）に示すように、小型回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰまで連続して摩擦攪拌を行う。小型回転ツールＦが終了位置ＥＰに達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２を終了位置ＥＰから離脱させる。
【０１３３】
続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形成工程は、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。本実施形態に係る下穴形成工程では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３に形成する。
【０１３４】
下穴Ｐ１の形成方法に制限はなく、例えば、図示せぬ公知のドリルを回転挿入することで形成することができるが、このほか、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２の（ａ）参照）よりも大型で且つ大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２（図２の（ｂ）参照）よりも小型の攪拌ピンを有する回転ツールを回転させつつ抜き差しすることでも形成することができる。
【０１３５】
また、下穴Ｐ１の位置（即ち、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置）にも制限はなく、第一タブ材２や第二タブ材３に形成してもよいし、突合部Ｊ２に形成してもよいが、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）の延長線上か、あるいは、図示は省略するが、被接合金属部材１０の継ぎ目の端部（即ち、突合部Ｊ１の端部）に形成することが望ましい。
【０１３６】
なお、被接合金属部材１０の継ぎ目の延長線上に下穴Ｐ１を形成する場合には、図１６に示すように、当該延長線上に第一予備工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＰを設け、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を離脱させたときに形成される抜き穴をそのまま下穴とするか、あるいは抜き穴を図示せぬドリルなどで拡径して下穴を形成してもよい。このようにすると、下穴の加工作業を省略あるいは簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。
【０１３７】
（３）第一本接合工程
第一予備工程が終了したら、被接合金属部材１０の突合部Ｊ１を本格的に接合する第一本接合工程を実行する。本実施形態に係る第一本接合工程では、図２の（ａ）に示す大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１０の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【０１３８】
第一本接合工程では、まず、図１７に示すように、大型回転ツールＧを左回転させつつ攪拌ピンＧ２を開始位置ＳＭ１（即ち、図１５の（ｂ）に示す下穴Ｐ１）に挿入し、摩擦攪拌を開始する。本実施形態では、被接合金属部材１０と第二タブ材３との突合部Ｊ３に開始位置ＳＭ１を設けているので、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入する際に、塑性流動化した金属の一部が被接合金属部材１０と第二タブ材３との間にある微細な隙間に流れ込み、その後に塑性流動化した金属の前記した隙間への逸散が緩和されるので、肉不足による接合欠陥が生じ難くなる。
【０１３９】
なお、下穴Ｐ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入すると、被接合金属部材１０と第二タブ材３とを引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１０と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１０と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【０１４０】
被接合金属部材１０の突合部Ｊ１の一端まで摩擦攪拌を行ったら、そのまま大型回転ツールＧを突合部Ｊ１に突入させ、被接合金属部材１０の継ぎ目上に設定された摩擦攪拌のルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【０１４１】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、大型回転ツールＧを回転させながら上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。ここで、第一本接合工程においては、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を被接合金属部材１に押し込んで摩擦攪拌を行うため、被接合金属部材１の表面Ａには、溝５０（図１９の（ｃ）参照）が形成される。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【０１４２】
なお、本実施形態においては、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置を突合部Ｊ３に設けた場合を例示したが、図１８の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設けてもよいし、図１８の（ｂ）に示すように、第一タブ材２に設けてもよい。
【０１４３】
（４）第一溶接工程
第一溶接工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１０の表面Ａに形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して溶接を行う工程である。本実施形態に係る第一溶接工程では、図１９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２に対して溶接を行う。
【０１４４】
第一補修領域Ｒ１は、表側塑性化領域Ｗ１のうちトンネル欠陥が形成される慮りのある領域をいう。即ち、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、大型回転ツールＧを左回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【０１４５】
第二補修領域Ｒ２は、表側塑性化領域Ｗ１のうち大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に酸化皮膜（被接合金属部材１０の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）が巻き込まれる慮りのある領域をいう。即ち、本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、大型回転ツールＧを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、大型回転ツールＧを左回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二補修領域Ｒ２を設定するとよい。
【０１４６】
第一溶接工程では、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２を設定したら、図１９の（ｃ）に示すように、これらの補修領域に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行う。即ち、図１９の（ｃ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａには、表側塑性化領域Ｗ１の表面を底面とし、ショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１と略同等の幅からなる溝５０が形成されている。そのため、そのため、溝５０の底面（表側塑性化領域Ｗ１の表面）に対して肉盛溶接を行う。第一溶接工程で用いる溶加材は、被接合金属部材１と同等の組成であることが好ましい。
なお、図１９の（ｂ）に示すように、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２にそれぞれ形成された溶接金属を溶接金属Ｔ１及び溶接金属Ｔ２とする。
【０１４７】
（５）第一補修工程
第一補修工程は、第一本接合工程により被接合金属部材１０に形成された表側塑性化領域Ｗ１及び溶接金属Ｔ１及びＴ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性のある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【０１４８】
本実施形態に係る第一補修工程では、図２０に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。また、第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌は、大型回転ツールＧが突合部Ｊ２を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜を分断することを目的として行われるものである。
【０１４９】
本実施形態に係る第一補修工程では、大型回転ツールＧよりも小型の補修用回転ツールＥ（図７参照）を用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。補修用回転ツールＥは、第一実施形態と同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１５０】
第一補修工程では、図２０に示すように、一の補修用回転ツールＥ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、第一補修領域Ｒ１（溶接金属Ｔ１）及び第二補修領域Ｒ２（溶接金属Ｔ２）に対して連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第一補修領域Ｒ１、第二補修領域Ｒ２の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【０１５１】
第一補修工程における摩擦攪拌の手順を図２０を参照してより詳細に説明する。
まず、被接合金属部材１の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＥの攪拌ピンを挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第一補修領域Ｒ１（図２０参照）に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１（図１７参照）の近傍に開始位置ＳＲを設けるとともに、開始位置ＳＲを挟んで終了位置ＥＲと反対側に折返し点ＭＲを設け、補修用回転ツールＥを折返し点ＭＲに向かって相対移動させた後に、折返し点ＭＲで折り返し、その後、突合部Ｊ１（図１７参照）に沿って相対移動させることで、第一補修領域Ｒ１（図２０参照）に対して摩擦攪拌を行う。開始位置ＳＲから折返し点ＭＲまでを摩擦攪拌することで、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を開始位置ＳＭ１（図１７参照）に挿入する際に巻き込まれた酸化皮膜を分断することが可能となる。
【０１５２】
なお、補修用回転ツールＥの押込み量は、撹拌ピンＥ２（図７参照）が表面塑性化領域Ｗ１に達するように押込み量を設定する。この際、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１を溶接金属Ｔ１中にもぐり込ませて、補修用回転ツールＥの下端面Ｅ１１と、表側塑性化領域Ｗ１の表面が接する程度に押し込むのが好ましい。これにより、摩擦攪拌を行う際の押し込み圧（押圧力）を確保するとともに、第一補修工程によって形成された塑性化領域と、表側塑性化領域Ｗ１の表面を面一に形成することができる。
【０１５３】
第一補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを離脱させずにそのまま第二補修領域Ｒ２に移動させ、第二補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、補修用回転ツールＥで摩擦攪拌できる領域に比して第二補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＥを何度かＵターンさせればよい。
【０１５４】
第二補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＥを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＥを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＥ２を終了位置ＥＲから離脱させる。
【０１５５】
（６）第一横断補修工程
第一補修工程が終了したら、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように補修用回転ツールＥを移動させて、表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う第一横断補修工程を行う。第一横断補修工程については、第一実施形態に係る第一横断補修工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。
【０１５６】
第一横断補修工程が終了したら、第一予備接合工程、第一本接合工程、第一補修工程及び第一横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、図２１に示すように、被接合金属部材１０を裏返し、裏面Ｂを上にする。
【０１５７】
（７）第二予備工程
被接合金属部材１０を裏返したら、第二予備工程を実行する。本実施形態に係る第二予備工程は、第二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２に下穴（図示略）を形成する下穴形成工程を具備している。
【０１５８】
（８）第二本接合工程
第二予備工程が終了したら、図２１に示すように、第一本接合工程で使用した大型回転ツールＧを左回転させて、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程を実行する。本実施形態においては、突合部Ｊ３上であり、かつ、突合部Ｊ１の延長線上に開始位置ＳＭ２を設定し、第一タブ材２上の終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。第二本接合工程の手順等は、前記した第一実施形態に係る第二本接合工程の場合と略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１５９】
（９）第二溶接工程
第二本接合工程が終了したら、図２１に示すように、第二本接合工程により被接合金属部材１０の裏面Ｂに形成された裏側塑性化領域Ｗ２のうち、第一補修領域Ｒ１及び第二補修領域Ｒ２に対して溶接を行う。第二本接合工程は、前記した第一実施形態に係る第二溶接工程の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６０】
（１０）第二補修工程
第二溶接工程が終了したら、溶接金属Ｔ１，Ｔ２及び裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う第二補修工程を実行する。第二補修工程は、被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６１】
（１１）第二横断補修工程
第二補修工程が終了したら、第二本接合工程により被接合金属部材１０に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う第二横断補修工程を実行する。第二横断補修工程は、被接合金属部材１０の裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一横断補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１６２】
第二横断補修工程が終了したら、第二本接合工程、第二補修工程及び第二横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１６３】
以上のような（１）〜（１１）の工程を経ることで、第一実施形態と略同等の効果を得るとともに、一対の金属部材をＬ字状に接合する場合にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】第一実施形態に係る金属部材、第一タブ材及び第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のII−II線断面図である。
【図２】（ａ）は小型回転ツールを説明するための側面図、（ｂ）は大型回転ツールを説明するための側面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は小型回転ツールを開始位置に挿入する状況を説明するための模式的な側面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一タブ材接合工程、仮接合工程、第二タブ材接合工程を説明するための平面図である。
【図５】（ａ）は図４のIII−III断面図、（ｂ）及び（ｃ）は第一実施形態に係る第一本接合工程を説明するための断面図である。
【図６】（ａ）は、第一実施形態に係る第一補修工程において摩擦攪拌を行う領域を説明するための平面図であって、（ｂ）は第一溶接工程を示した平面図、（ｃ）は（ｂ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図７】図６の（ｂ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図８】第一実施形態に係る第一補修工程を説明するための平面図である。
【図９】第一実施形態に係る第一横断補修工程を説明するための平面図である。
【図１０】図９のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第一実施形態に係る第二本接合工程を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）は第一本接合工程で用いる大型回転ツールを示す側面図、（ｂ）は第二本接合工程で用いる大型回転ツールを示す側面図である。
【図１３】第一実施形態に係る補修工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１４】第二実施形態に係る金属部材、第一タブ材及び第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、第二実施形態に係る第一予備工程を説明するための図である。
【図１６】第二実施形態に係る第一予備工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１７】第二実施形態に係る第一本接合工程を説明するための平面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、第二実施形態に係る第一本接合工程の変形例を説明するための平面図である。
【図１９】（ａ）は、第二実施形態に係る第一補修工程において摩擦攪拌を行う領域を説明するための平面図であって、（ｂ）は第一溶接工程を示した平面図、（ｃ）は（ｂ）のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図２０】第二実施形態に係る第一補修工程を説明するための平面図である。
【図２１】第二実施形態に係る第二本接合工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
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
Ｅ 補修用回転ツール
Ｆ 小型回転ツール
Ｆ１ ショルダ部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 大型回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｒ 補修領域
Ｔ 溶接金属
Ｗ１，Ｗ２ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の開始位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の終了位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項５】
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記本接合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、前記補修工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記本接合工程を行う前に、前記金属部材同士の前記突合部に対して摩擦攪拌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６に記載の接合方法。
【請求項１】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の開始位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、
前記本接合工程で形成された塑性化領域に対して肉盛溶接を行う溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接金属及び前記塑性化領域に対して摩擦攪拌を行う補修工程と、を含んだ接合方法であって、
前記本接合工程では、前記金属部材同士の前記突合部の側方に配置されたタブ材に摩擦攪拌の終了位置を設け、少なくとも前記タブ材に隣接する前記塑性化領域に対して、前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項５】
前記本接合工程で用いる回転ツールを右回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向右側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行い、
前記本接合工程で用いる回転ツールを左回転させた場合は、前記回転ツールの進行方向左側の前記塑性化領域に対して前記溶接工程及び前記補修工程を行うことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記本接合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、前記補修工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記本接合工程を行う前に、前記金属部材同士の前記突合部に対して摩擦攪拌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６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２００９−１７２６４９（Ｐ２００９−１７２６４９Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４６８６（Ｐ２００８−１４６８６）
【出願日】平成２０年１月２５日（２００８．１．２５）
【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８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２５日（２００８．１．２５）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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