接合方法
【課題】複数の密閉構造体を側面同士で接合して形成された構造体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】中空部材１０の両端部に第一蓋２０、第二蓋２１を被せて、第一蓋突合部Ｊ２０及び第二蓋突合部Ｊ２１に対して摩擦攪拌を行って密閉構造体３０ａ，３０ｂを形成する蓋接合工程と、一対の密閉構造体３０ａ，３０ｂ同士を突き合わせて形成された本突合部Ｊ１の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、第三側面Ｐ側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程と、を含み、第一本接合工程及び第二本接合工程で形成された塑性化領域と、第三本接合工程及び第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする。
【解決手段】中空部材１０の両端部に第一蓋２０、第二蓋２１を被せて、第一蓋突合部Ｊ２０及び第二蓋突合部Ｊ２１に対して摩擦攪拌を行って密閉構造体３０ａ，３０ｂを形成する蓋接合工程と、一対の密閉構造体３０ａ，３０ｂ同士を突き合わせて形成された本突合部Ｊ１の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、第三側面Ｐ側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程と、を含み、第一本接合工程及び第二本接合工程で形成された塑性化領域と、第三本接合工程及び第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹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、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦撹拌接合は、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撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一方の端部が開放された中空部材と、当該中空部材の開口部を塞ぐ蓋とからなる密閉構造体に係る接合方法において、中空部材と蓋との突合部に対して摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４６４６７号公報（図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に係る接合方法のようにして形成された複数の密閉構造体の側面同士を突き合わせて、当該突合部に摩擦攪拌接合を行って一の構造体を製造する場合がある。
例えば、図２０に示す構造体１２０は、密閉構造体１０３，１０３の側面同士を突き合わせて摩擦攪拌を行って接合されている。即ち、密閉構造体１０３は、中空部材１０１と蓋１０２からなり、中空部材１０１と蓋１０２との突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌接合されている。そして、一対の密閉構造体１０３，１０３の側面同士を突き合わせて形成された突合部Ｊ１１に沿って、密閉構造体１０３，１０３の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行って構造体１２０が形成される。このようにして形成された構造体１２０は、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１１を重複させることができるため、突合部Ｊ１１を隙間なく接合することができる。
【０００６】
しかしながら、図２１に示す構造体１２１ように、密閉構造体１０３，１０３の厚みが大きい場合、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌を行っても突合部Ｊ１１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撹拌ピンの長さに対して、密閉構造体１０３，１０３の肉厚が非常に大きい場合、密閉構造体１０３の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌を行ったとしても、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１１の厚さ方向の中央部分を重複させることができないため、突合部Ｊ１１の中央部に隙間（未接合部）１１０が生じてしまう。このように、構造体１２１において、一方の側面Ｐから他方の側面Ｑに連続する隙間１１０が生じてしまうと、構造体１２１の水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００７】
ここで、密閉構造体１０３の厚みに応じて回転ツールの撹拌ピンの長さを大きくすれば、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌接合を行うことで密閉構造体１０３，１０３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、密閉構造体１０３内に撹拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、撹拌ピンの長さを大きくすると、摩擦撹拌装置の駆動手段及び撹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。
【０００８】
また、図２０及び図２１に示すように、塑性化領域Ｗ１１において、一方の側面Ｐから他方の側面Ｑに連続する空洞欠陥Ｒが生じる可能性がある。かかる空洞欠陥Ｒは、構造体１２０、構造体１２１の水密性及び気密性を低下させる一因となっていた。
【０００９】
このような観点から、本発明は、中空部材と蓋とからなる複数の密閉構造体を側面同士で接合して形成された構造体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】
【００１０】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、内部に中空部を有する一対の密閉構造体の側面同士を突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された本突合部に対して前記密閉構造体の表面側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の裏面側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程を含み、前記第一本接合工程及び前記第二接合工程で形成された塑性化領域と、前記第三本接合工程及び前記第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする。
【００１１】
かかる接合方法によれば、本突合部に対して密閉構造体の表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行った後、本突合部に対して密閉構造体の側面側から摩擦撹拌を行い、塑性化領域を重複させるため、側面側に現れる未接合部を密閉することができる。また、塑性化領域を重複させることにより、表面側及び裏面側に形成された塑性化領域に発生する可能性がある空洞欠陥を分断することができる。これにより、接合された構造体の気密性及び水密性を向上させることができる。また、本突合部の全周に亘って摩擦攪拌を行うことで、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記密閉構造体本接工程の前に、中空部材の端部に蓋を被せて、前記端部と前記蓋との蓋突合部に対して前記中空部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四蓋接合工程と、を備えた蓋接合工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記蓋は、前記蓋の一方の面に凸設された凸部を備え、前記蓋接合工程において、前記蓋と前記中空部材とを略垂直に突き合わせるとともに、前記凸部の側面と前記中空部材の内周面とが当接するようにして前記蓋突合部を形成することを特徴とする。
【００１４】
かかる接合方法によれば、蓋と中空部材を好適に嵌め合わせることができるため、蓋接合工程を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本接合方法は、前記蓋接合工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールが右回転の場合、前記回転ツールの進行方向右側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。また、前記蓋接合工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールが左回転の場合、前記回転ツールの進行方向左側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、中空部材に空洞欠陥が発生するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、中空部材と蓋とからなる複数の密閉構造体を側面同士で接合して形成された構造体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】
【００１７】
本発明に係る接合方法は、図１に示すように、直方体を呈する密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂを側面同士で突き合わせて形成された本突合部Ｊ１に対して、表面、裏面及び両側面から摩擦攪拌して形成された構造体１を例にして説明する。説明における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００１８】
まず、構造体１を構成する密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂについて詳細に説明する。密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂは、同等の構造体であるため、密閉構造体３０ａを用いて説明する。
【００１９】
密閉構造体３０ａは、図１及び図２に示すように、中空部材１０と、中空部材１０の両端に配置された第一蓋２０及び第二蓋２１とを有する。中空部材１０は、断面視長方形からなる筒状部材であって、内部に断面視長方形の中空部を備えている。中空部材１０の四周を構成する板部材の板厚はｈ１で形成されている。中空部材１０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撹拌可能な金属材料からなる。
【００２０】
第一蓋２０は、図２に示すように、中空部材１０の端部を塞ぐ部材である。第一蓋２０は、断面視矩形の基板２０ａと、基板２０ａの一方の面に凸設された凸部２０ｂとを有する。凸部２０ｂは、断面視矩形であって、基板２０ａの中央に形成されている。基板２０ａの縁部から凸部２０ｂまでの距離はｈ２で形成されている。また、凸部２０ｂの突出高さはｈ３で形成されている。なお、第一蓋２０は、中空部材１０と同等の組成からなるものを用いる。
一方、第二蓋２１（図１参照）は、第一蓋２０と略同等であるから、詳細な説明は省略する。
【００２１】
次に、図３を参照して、仮接合工程に用いる回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び蓋接合工程や本接合工程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。
【００２２】
図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など中空部材１０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に突設された撹拌ピン（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、中空部材１０等の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一蓋接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦撹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。
【００２３】
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。
【００２４】
撹拌ピン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、撹拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。撹拌ピン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の撹拌ピン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が撹拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。撹拌ピンＦ２の長さＬＡは、大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬＢ（図３の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００２５】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など中空部材１０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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００２６】
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。撹拌ピン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、撹拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。
【００２７】
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、中空部材１０と第一蓋２０及び第二蓋２１とを摩擦攪拌して密閉構造体３０ａ，３０ｂを形成する（１）蓋接合工程と、密閉構造体３０ａ，３０ｂを突き合わせて形成された本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行って構造体１を形成する（２）密閉構造体本接合工程と、を含んでいる。
【００２８】
（１）蓋接合工程は、中空部材１０と第一蓋２０とを突き合わせる（1-1）準備工程と、表面側から仮接合を行う（1-2）第一予備工程と、表面側から本接合を行う（1-3）第一蓋接合工程と、裏面側から仮接合を行う（1-4）第二予備工程と、裏面側から本接合を行う（1-5）第二蓋接合工程と、一方の側面側から仮接合を行う（1-6）第三予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（1-7）第三蓋接合工程と、他方の側面側から仮接合を行う（1-8）第四予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（1-9）第四蓋接合工程と、を含むものである。
【００２９】
一方、（２）密閉構造体本接合工程は、密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとを突き合せる（2-1）突合工程と、表面側から仮接合を行う（2-2）第五予備工程と、表面側から本接合を行う（2-3）第一本接合工程と、裏面側から仮接合を行う（2-4）第六予備工程と、裏面側から本接合を行う（2-5）第二本接合工程と、一方の側面側から仮接合を行う（2-6）第七予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（2-7）第三本接合工程と、他方の側面側から仮接合を行なう（2-8）第八予備工程と、他方の側面側から本接合を行う（2-9）第四本接合工程と、を含むものである。
【００３０】
まず、（１）蓋接合工程について詳細に説明する。蓋接合工程は、中空部材１０の両端に前記した（1-1）〜（1-9）の工程をそれぞれ行うものであるため、主として第一蓋２０側についての工程を説明し、第二蓋２１側については詳細な説明を省略する。
（1-1）準備工程
準備工程では、中空部材１０の一端側と、第一蓋２０とを突き合わせる。即ち、本実施形態においては、図２に示すように、中空部材１０の端部に開口する開口部に第一蓋２０の凸部２０ｂを嵌め合わせる。中空部材１０の板厚と、基板２０ａの縁部から凸部２０ｂまでの距離は、本実施形態においては、ｈ１＝ｈ２で形成されている。そのため、図２の（ｂ）に示すように、中空部材１０に第一蓋２０を挿入すると、中空部材１０の内周面と凸部２０ｂの側面２０ｃとが当接する。これにより、中空部材１０と第一蓋２０とをガタつくことなく嵌め合わせることができる。中空部材１０と第一蓋２０とが突き合わされた部分には第一蓋突合部Ｊ２０が形成される。
【００３１】
ここで、中空部材１０及び第一蓋２０及び第二蓋２１が突き合わされた状態のものを被接合金属部材Ｎともいう。中空部材１０の表面及び裏面は、第一蓋２０及び第二蓋２１の表面及び裏面と面一に形成されている。また、中空部材１０の一方の側面及び他方の側面は、第一蓋２０及び第二蓋２１の一方の側面及び他方の側面と面一に形成されている。また、被接合金属部材Ｎの表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ及び他方の側面を第二側面Ｄともいう。
（1-2）第一予備工程
第一予備工程では、被接合金属部材Ｎの表面Ａから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第一予備工程は、被接合金属部材Ｎの両側面に沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、後記する第一蓋接合工程の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含む。
【００３２】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。第一タブ材２および第二タブ材３は、図４に示すように、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０及び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Ｎに添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる中空部材１０と第一蓋２０との継ぎ目（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Ｎ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、その厚さ寸法を第一蓋突合部Ｊ２０における被接合金属部材Ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００３３】
また、図４に示すように、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第一タブ材２とを仮接合する。同様、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第二タブ材３とを仮接合する。これにより、第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００３４】
第一仮接合工程は、第一蓋接合工程に先立って行われる工程であり、図５に示すように本実施形態では、表面Ａ側において、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００３５】
第一仮接合工程では、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Ｊ２，Ｊ２０，Ｊ３に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰ１を設けているが、開始位置ＳＰ１と終了位置ＥＰ１の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。このように、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向を統一することで、作業手間を省略することができる。
【００３６】
本実施形態の第一仮接合工程における摩擦撹拌の手順を図４及び図５を参照してより詳細に説明する。
まず、被接合金属部材Ｎを図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定する。そして、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰ１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撹拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に押し付ける。小型回転ツールＦの回転速度は、撹拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材Ｎ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。
【００３７】
撹拌ピン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の表面に接触したら、図５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仮接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００３８】
小型回転ツールＦを移動させる際には、ショルダ部Ｆ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、小型回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。小型回転ツールＦを移動させると、その撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピン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仮接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行ったら、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仮接合工程に移行する。
【００４０】
第一タブ材仮接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２の継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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に対して摩擦撹拌を行う。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仮接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦撹拌を行う。
【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Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点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Ｎ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。
【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Ｎが位置するように第一タブ材仮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の撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ２に入り込むと、被接合金属部材Ｎ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Ｎと第一タブ材２を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材Ｎ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が第二タブ材仮接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材仮接合工程の終点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撹拌を継続し、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、第一タブ材仮接合工程の終点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】
仮接合工程では、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０（図５参照）に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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、第一蓋突合部Ｊ２０の全長に亘って連続して摩擦撹拌を行う。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まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４６】
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で摩擦撹拌を終了させずに第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第二タブ材仮接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、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仮接合工程に移行する。
【００４７】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る摩擦撹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から第二タブ材仮接合工程の始点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から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材Ｎ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。
【００４８】
第二タブ材仮接合工程では、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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に対して摩擦撹拌を行う。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仮接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４９】
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Ｎが位置するように第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００５０】
また、小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材Ｎ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Ｎと第二タブ材３を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【００５１】
小型回転ツールＦが第二タブ材仮接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦撹拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰ１まで連続して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に終了位置ＥＰ１を設けている。ちなみに、終了位置ＥＰ１は、後記する第一蓋接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５２】
小型回転ツールＦが終了位置ＥＰ１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撹拌ピンＦ２を終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００５３】
以上、第一タブ材仮接合工程、仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程について説明したが、各接合工程における軌跡はあくまで例示であって、他の形態であってもよい。また、第一タブ材仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程を省略して、仮接合工程のみ行ってもよい。
【００５４】
下穴形成工程では、図３の（ｂ）に示すように、第一蓋接合工程における摩擦撹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においては、第二タブ材３の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５５】
下穴Ｐ１は、大型回転ツールＧの撹拌ピン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の撹拌ピンＦ２（図３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Ｎの表面Ａ側に現れる被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
（1-3）第一蓋接合工程
第一蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側における第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第一蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの表面Ａ側から摩擦撹拌を行う。
【００５６】
第一蓋接合工程では、図６に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピン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、第一蓋接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００５７】
ここで、第一予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材３の終了位置ＥＰ１の直上（図５参照）に位置しているため、第一蓋接合工程の開始位置をＳＭ１にすると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置（回転軸）を移動させることなく第一蓋接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置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６を参照して第一蓋接合工程をより詳細に説明する。
まず、図６に示すように、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撹拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。撹拌ピンＧ２を下穴Ｐ１に入り込ませると、撹拌ピン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撹拌ピンＧ２の周面で押し退けながら、撹拌ピン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が第一タブ材２の表面に当接する前に撹拌ピン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、摩擦撹拌装置の負荷を低減することが可能となり、加えて、本接合工程に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００５９】
撹拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面に接触したら、図６に示すように、摩擦撹拌を行いながら被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０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を横切らせて第一蓋突合部Ｊ２０に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その撹拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピン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。
【００６０】
大型回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、撹拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材Ｎ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。
【００６１】
被接合金属部材Ｎ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の周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、中空部材１０と第一蓋２０間に冷却水が入り込むと、接合面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目地を閉塞しているので、接合部に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６２】
被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０では、被接合金属部材Ｎの継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦撹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、第一蓋突合部Ｊ２０の一端から他端まで連続して摩擦撹拌を行う。第一蓋突合部Ｊ２０の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦撹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。
【００６３】
なお、本実施形態では、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側に現れる被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一蓋接合工程における摩擦撹拌のルートが一直線にすることができる。摩擦撹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、第一蓋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。
【００６４】
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を回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。
なお、本実施形態においては、第一蓋接合工程の前に、第一予備工程を行ったが、第一予備工程を省略して、第一準備工程の直後に第一蓋接合工程を行ってもよい。
【００６５】
（1-4）第二予備工程
第二予備工程では、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。第二予備工程は、第一蓋突合部Ｊ２０に対して裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二仮接合工程と、後記する第二蓋接合工程の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含む。第二予備工程は、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂから各工程を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００６６】
（1-5）第二蓋接合工程
第二蓋接合工程は、図７に示すように、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第二蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。
【００６７】
第二蓋接合工程では、図７に示すように、開始位置ＳＭ２に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ２まで移動させる。第二蓋接合工程によって、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂには、塑性化領域Ｗ２が形成される。第二蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第二蓋接合工程が終了したら、被接合金属部材Ｎからタブ材を切除する。
【００６８】
（1-6）第三予備工程
第三予備工程では、被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第三予備工程は、被接合金属部材Ｎの表面Ａ及び裏面Ｂに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第三仮接合工程と、後記する第三蓋接合工程の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含む。
【００６９】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。図８に示すように、第一タブ材４及び第二タブ材５は、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０及び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Ｎに添設され、表面Ａ及び裏面Ｂに現れる塑性化領域Ｗ１，Ｗ２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Ｎ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、その厚さ寸法を第一蓋突合部Ｊ２０における被接合金属部材Ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００７０】
また、図８に示すように、被接合金属部材Ｎと第一タブ材４の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第一タブ材４とを仮接合する。同様に、被接合金属部材Ｎと第二タブ材５の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第二タブ材５とを仮接合する。
【００７１】
第三仮接合工程は、第三蓋接合工程に先立って行われる工程であり、図８に示すように本実施形態では、第一側面Ｃ側において、被接合金属部材Ｎと第一タブ材４との突合部Ｊ４を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材Ｎと第二タブ材５との突合部Ｊ５を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００７２】
第三仮接合工程では、図８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Ｊ４，Ｊ２０，Ｊ５に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ３に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ３まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材４に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ３を設け、第二タブ材５に終了位置ＥＰ３を設けているが、開始位置ＳＰ３と終了位置ＥＰ３の位置を限定する趣旨ではない。第三仮接合工程は、第一側面Ｃにおいて仮接合を行うことを除いては、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。
【００７３】
下穴形成工程では、第三蓋接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材５の表面に設定されたＳＭ３に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
（1-7）第三蓋接合工程
第三蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第三蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃ側から摩擦撹拌を行う。
【００７５】
第三蓋接合工程では、図９に示すように、開始位置ＳＭ３に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ３まで移動させる。即ち、第三蓋接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦撹拌を行う。第三蓋接合工程によって、第一側面Ｃには、塑性化領域Ｗ３が形成される。
【００７６】
ここで、第三予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材５の終了位置ＥＰ３の直上（図８参照）に位置しているため、第三蓋接合工程の開始位置ＳＭ３を第二タブ材５に設定すると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第三蓋接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、本実施形態では、第二タブ材５に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ３を設け、第一タブ材４に終了位置ＥＭ３を設けているが、開始位置ＳＭ３と終了位置ＥＭ３の位置を限定する趣旨ではない。なお、第三蓋接合工程は、第一側面Ｃに摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７７】
（1-8）第四予備工程
第四予備工程では、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。第二予備工程は、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第四仮接合工程と、第四蓋接合工程の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含む。第四予備工程は、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄから各工程を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７８】
（1-9）第四蓋接合工程
第四蓋接合工程では、図１０に示すように、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第四蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄ側から摩擦攪拌を行う。
【００７９】
第四蓋接合工程では、図１０に示すように、開始位置ＳＭ４に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ４まで移動させる。第四蓋接合工程によって、第二側面Ｄには、塑性化領域Ｗ４が形成される。第四蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第四蓋接合工程が終了したら、被接合金属部材Ｎからタブ材を切除する。
【００８０】
以上説明したように、第三蓋接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ３は、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２と重複するため、第一側面Ｃ側において、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の間の未接合部分（未塑性化領域）を密閉することができる。また、第四蓋接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ４は、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２と重複するため、第二側面Ｄ側において、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の間の未接合部分（未塑性化領域）を密閉することができる。
また、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２にトンネル状の空洞欠陥が形成されたとしても、これらの空洞欠陥を確実に分断し、水密性及び気密性を高めることができる。
【００８１】
以上説明した蓋接合工程を第二蓋２１側にも行って、図１１に示すように密閉構造体３０ａを形成する。第一蓋接合工程、第二蓋接合工程、第三蓋接合工程及び第四蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて、大型回転ツールＧの進行方向右側に中空部材１０が位置するように設定したため、それぞれの塑性化領域の第一蓋２０又は第二蓋２１に空洞欠陥が形成される可能性が高い。したがって、中空部材１０側の水密性及び気密性を高めることができる。
【００８２】
次に、（２）密閉構造体本接合工程について詳細に説明する。密閉構造体本接合工程は、蓋接合工程で形成された一対の密閉構造体の側面同士の突合部を摩擦攪拌によって接合する工程である。
（2-1）突合工程
突合工程では、図１２に示すように、密閉構造体３０ａの側面と、密閉構造体３０ｂの側面とを突き合わせて被接合金属部材ｎを形成する。即ち、突合工程では、密閉構造体３０ａ，３０ｂ同士の表面及び裏面を面一に形成するとともに、第一蓋２０，２０及び第二蓋２１，２１同士をそれぞれ面一に形成し、直方体を呈する被接合金属部材ｎを形成する。被接合金属部材ｎにおいて、第一蓋２０，２０によって形成される面を第三側面Ｐとし、第二蓋２１，２１によって形成される面を第四側面Ｑとする。密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとが突き合わされた面には本突合部Ｊ１が形成されている。
【００８３】
（2-2）第五予備工程
第五予備工程では、被接合金属部材ｎの表面Ａから本突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを用いて仮接合を行う。本実施形態に係る第五予備工程は、被接合金属部材ｎの両側面に沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第五仮接合工程と、後記する第一本接合工程の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含む。
【００８４】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。第一タブ材６および第二タブ材７は、図１２に示すように、被接合金属部材ｎの本突合部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ｎに添設され、第三側面Ｐ及び第四側面Ｑに現れる継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材６及び第二タブ材７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ｎと同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材６及び第二タブ材７の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を本突合部Ｊ１における被接合金属部材ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００８５】
また、図１２に示すように、被接合金属部材ｎと第一タブ材６の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第一タブ材６とを仮接合する。同様に、被接合金属部材ｎと第二タブ材７の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第二タブ材７とを仮接合する。即ち、タブ材と被接合金属部材ｎとで形成された入り隅部を溶接することで、後記する第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００８６】
第五仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、図１３に示すように本実施形態では、表面Ａ側において、被接合金属部材ｎと第一タブ材６との突合部Ｊ６を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材ｎの本突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材ｎと第二タブ材７との突合部Ｊ７を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００８７】
第五仮接合工程では、図１３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Ｊ６、Ｊ１、Ｊ７に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ５に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ５まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材６に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ５を設け、第二タブ材７に終了位置ＥＰ５を設けているが、開始位置ＳＰ５と終了位置ＥＰ５の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。
なお、第五仮接合工程は、前記した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。
【００８８】
下穴形成工程では、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材７の表面に設定されたＳＭ５に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００８９】
（2-3）第一本接合工程
第一本接合工程は、被接合金属部材ｎの表面Ａ側における本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第一本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００９０】
第一本接合工程では、図１４に示すように、開始位置ＳＭ５に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ５まで移動させる。即ち、第一本接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ５まで連続して摩擦撹拌を行う。第一本接合工程によって、被接合金属部材ｎの表面Ａには表面側塑性化領域Ｗ５が形成される。
なお、本実施形態では、第二タブ材７に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ５を設け、第一タブ材６に終了位置ＥＭ５を設けているが、開始位置ＳＭ５と終了位置ＥＭ５の位置を限定する趣旨ではない。第一本接合工程は、前記した第一蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する
【００９１】
（2-4）第六予備工程
第六予備工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの裏面Ｂから（図１５参照）小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に沿って仮接合を行う。第六予備工程は、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第六仮接合工程と、第二本接合工程の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含む。第六予備工程は、被接合金属部材ｎの裏面Ｂ側から仮接合を行うことを除いては、第五予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
（2-5）第二本接合工程
第二本接合工程は、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの裏面Ｂにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第二本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二本接合工程は、第四側面Ｑ側から第三側面Ｐ側に向けて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程によって、被接合金属部材ｎの裏面Ｂには裏面側塑性化領域Ｗ６が形成されている。第二本接合工程は、裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、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ｎからタブ材を切除する。
【００９３】
ここで、図１５は、第二本接合工程後の被接合金属部材ｎを示した斜視図である。第二本接合工程後の被接合金属部材ｎには、表面Ａ及び裏面Ｂにおいて、本突合部Ｊ１に沿って表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６が形成されている。
ここで、本実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させて摩擦攪拌を行っているため、大型回転ツールＧの進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥Ｒ（以下、トンネル状空洞欠陥Ｒともいう）が形成される可能性がある。即ち、本実施形態では、表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６のうち、密閉構造体３０ｂ側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成されている。また、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐと第四側面Ｑには、表面側塑性化領域Ｗ５と裏面側塑性化領域Ｗ６の間に未塑性化領域が形成されている。
【００９４】
（2-6）第七予備工程
第七予備工程では、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐから小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第七予備工程は、被接合金属部材ｎの表面Ａ及び裏面Ｂに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第七仮接合工程と、後記する第三本接合工程の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含む。
【００９５】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。図１６に示すように、第一タブ材８及び第二タブ材９は、被接合金属部材ｎの本突合部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ｎに添設され、表面Ａ及び裏面Ｂに現れる表面側塑性化領域Ｗ１、裏面側塑性化領域Ｗ２を覆い隠す。第一タブ材８及び第二タブ材９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ｎと同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材８及び第二タブ材９の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を本突合部Ｊ１における被接合金属部材ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００９６】
また、図１６に示すように、被接合金属部材ｎと第一タブ材８の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第一タブ材８とを仮接合する。同様に、被接合金属部材ｎと第二タブ材９の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第二タブ材９とを仮接合する。即ち、タブ材と被接合金属部材ｎとで形成された入り隅部を溶接することで、後記する第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００９７】
第七仮接合工程では、図１６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を形成するように移動させて、突合部Ｊ８，Ｊ１，Ｊ９に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ７に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ７まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材８に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ７を設け、第二タブ材９に終了位置ＥＰ７を設けているが、開始位置ＳＰ７と終了位置ＥＰ７の位置を限定する趣旨ではない。第七仮接合工程は、第三側面Ｐにおいて仮接合を行うことを除いては、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。
【００９８】
下穴形成工程では、第三本接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材７の表面に設定されたＳＭ５に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００９９】
（2-7）第三本接合工程
第三本接合工程は、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第三本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの第三側面Ｐ側から摩擦攪拌を行う。
【０１００】
第三本接合工程では、図１７に示すように、開始位置ＳＭ７に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ７まで移動させる。即ち、第三本接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ７まで連続して摩擦撹拌を行う。
【０１０１】
ここで、第七予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材９の終了位置ＥＰ７の直上（図１６参照）に位置しているため、第三本接合工程の開始位置ＳＭ７を第二タブ材９に設定すると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第三本接合工程を行うことができ、作業を省略できる。なお、第三本接合工程は、第三側面Ｐに摩擦攪拌を行うことを除いては、前記した第三蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
第三本接合工程によって、第三側面Ｐの本突合部Ｊ１に沿って、第三側面側塑性化領域Ｗ７が形成される。第三側面側塑性化領域Ｗ７は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と重複するため、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間に現れる未塑性化領域を密閉することができ、水密性及び気密性を高めることができる。
【０１０３】
ここで、本実施形態では、大型回転ツールＧの回転方向は全て右回転に設定しているため、トンネル状空洞欠陥Ｒは第三側面側塑性化領域Ｗ３及び第四側面側塑性化領域Ｗ４の進行方向左側にできる可能性が高く、進行方向右側は比較的高密度の塑性化領域が形成される。このような摩擦撹拌接合の特性を利用して、本実施形態に係る第三本接合工程における開始位置を第二タブ材９（裏面Ｂ側）に設定することで、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。これにより、第三側面Ｐと第四側面Ｑ間における水密性及び気密性がより高い被接合金属部材ｎを製造することができる。
【０１０４】
（2-8）第八予備工程
第八予備工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑから小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に対して仮接合を行う。第八予備工程は、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第八仮接合工程と、後記する第四本接合工程の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含む。第八予備工程は、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑから仮接合を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
（2-9）第四本接合工程
第四本接合工程では、図１８に示すように、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第四本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行う。
【０１０６】
第四本接合工程では、図１８に示すように、開始位置ＳＭ８に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ８まで移動させる。第四本接合工程によって、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑには、第四側面側塑性化領域Ｗ８が形成される。第四側面側塑性化領域Ｗ８は、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６と重複するため、水密性及び気密性を高めることができる。第四本接合工程は、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第四蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第四本接合工程が終了したら、被接合金属部材ｎからタブ材を切除する。
【０１０７】
第四本接合工程においては、開始位置を第一タブ材８（表面Ａ側）に設定しているため、第四側面側塑性化領域Ｗ８の進行方向右側は比較的高密度の塑性化領域が形成される。したがって、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑにおいて、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。これにより、第三側面Ｐと第四側面Ｑ間における水密性及び気密性がより高い被接合金属部材ｎを製造することができる。
【０１０８】
以上説明した本発明に係る接合方法によれば、図１に示すように、密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとが摩擦攪拌接合された構造体１を製造することができる。構造体１は、構造体１の表面Ａ、裏面Ｂ、第三側面Ｐ及び第四側面Ｑにそれぞれ形成された塑性化領域が重複されているため、本突合部Ｊ１を確実に密閉することができる。これにより、構造体１の水密性及び気密性を高めることができる。
また、蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて進行方向右側に中空部材１０が位置するように設定したため、摩擦攪拌を行う際に発生するトンネル状空洞欠陥が第一蓋２０又は第二蓋２１側に形成される可能性が高い。これにより、中空部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。
【０１０９】
本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されずに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。
【０１１０】
前記したように本発明は、被接合金属部材ｎ（密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂ）の外周４辺を摩擦撹拌により接合する際に、大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向のそれぞれを好適に設定することが好ましい。即ち、摩擦撹拌を行う際に、トンネル状空洞欠陥Ｒの発生する可能性の高い位置を勘案して大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向を設定するのが好ましい。前記した実施形態においては、大型回転ツールＧを全て右回転させた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向によって様々な接合のバリエーションが考えられる。
【０１１１】
例えば、第一実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させた場合について説明したが、大型回転ツールＧを左回転させてもよい。即ち、大型回転ツールＧを左回転させて、前記した第一本接合工程及び第二本接合工程を行うと、進行方向右側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成される可能性が高い。したがって、このような場合には、図１９に示すように、第三側面Ｐにおいて、表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６の密閉構造体３０ａ側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成される可能性が高い。
よって、大型回転ツールＧを左回転させるとともに、第三本接合工程の開始位置を第二タブ材９（裏面Ｂ側）に設定すれば、大型回転ツールＧの進行方向左側が比較的高密度に塑性化されるため、トンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。
【０１１２】
即ち、大型回転ツールＧの回転方向が全て同方向の場合、第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の終了位置側に設定するとともに、第三本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側及び第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側のいずれか一方に設定し、第八の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側及び第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側のいずれか他方に設定すればよい。
【０１１３】
また、第一本接合工程〜第四本接合工程の大型回転ツールＧを左右の回転方向を組み合わせて設定してもよい。
即ち、具体的な図示はしないが、第一本接合工程において、大型回転ツールＧを左回転させ、大型回転ツールＧの進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように設定し、一方、第二本接合工程において、大型回転ツールＧを右回転させ、大型回転ツールＧの進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように設定した場合、第三本接合工程及び第八の本接合工程は、大型回転ツールＧが右回転であれば、進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧを設定し、大型回転ツールＧが左回転であれば、進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定すると、第三側面Ｐと第四側面Ｑ側の気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１１４】
また、具体的な図示はしないが、第一本接合工程において、大型回転ツールＧを右回転させ、大型回転ツールＧの進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように設定し、一方、第二本接合工程において、大型回転ツールＧを左回転させ、大型回転ツールＧの進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように設定した場合、第三本接合工程及び第四本接合工程は、大型回転ツールＧが右回転であれば、進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定し、大型回転ツールＧが左回転であれば、進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定すると、第三側面Ｐと第四側面Ｑ側の気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１１５】
また、前記した蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて摩擦攪拌を行ったが、左回転させてもよい。この場合は、進行方向左側に中空部材１０が位置するように設定するとよい。これにより、中空部材１０側の気密性及び水密性を高めることができる。
【０１１６】
また、本実施形態においては、中空部材１０の両端に蓋を被せたが、これに限定されるものではない。例えば、一端側のみ開放された中空部材（図２０の中空部材１０１参照）の開口部に一の蓋を被せて密閉構造体を形成してもよい。
また、本実施形態においては、二個の密閉構造体から構造体を形成したが、二個以上の密閉構造体から構造体を形成してもよい。
【０１１７】
また、本実施形態の説明においては、前記したように摩擦攪拌のルートを設定したが、あくまで例示であって、他の軌跡であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態に係る蓋及び中空部材を示した分解斜視図、（ｂ）は、蓋及び中空部材を示した平面図である。
【図３】本実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、小型回転ツールの側面図、（ｂ）は、大型回転ツールの側面図である。
【図４】本実施形態の第一予備工程に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図５】本実施形態の第一予備工程に係る第一仮接合工程を示した平面図である。
【図６】本実施形態の第一蓋接合工程を示した平面図である。
【図７】図６のＩ-Ｉ断面において、本実施形態の第二蓋接合工程を示した断面図である。
【図８】本実施形態の第三予備工程に係る第三仮接合工程を示した平面図である。
【図９】本実施形態の第三蓋接合工程を示した平面図である。
【図１０】図９のII−II断面において、本実施形態の第四蓋接合工程を示した断面図である。
【図１１】本実施形態に係る密閉構造体を示した斜視図である。
【図１２】本実施形態の第五予備工程に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１３】本実施形態の第五予備工程に係る第五仮接合工程を示した平面図である。
【図１４】本実施形態の第一本接合工程を示した平面図である。
【図１５】本実施形態の第二本接合工程後の被接合金属部材ｎを示した斜視図である。
【図１６】本実施形態の第七予備工程に係る第七仮接合工程を示した平面図である。
【図１７】本実施形態の第三本接合工程を示した平面図である。
【図１８】図１７のIII−III断面において、本実施形態の第四本接合工程を示した断面図である。
【図１９】他の実施形態に係る第三本接合工程を示した平面図である。
【図２０】従来の実施形態を示した斜視図である。
【図２１】従来の実施形態を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 構造体
１０ 中空部材
２０ 蓋
２０ｂ 凸部
２１ 蓋
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
Ｊ１ 本突合部
Ｊ２０ 蓋突合部
Ｊ２１ 蓋突合部
Ｗ 塑性化領域
ＳＭ 本接合工程の開始位置
ＥＭ 本接合工程の終了位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹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、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦撹拌接合は、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撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一方の端部が開放された中空部材と、当該中空部材の開口部を塞ぐ蓋とからなる密閉構造体に係る接合方法において、中空部材と蓋との突合部に対して摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４６４６７号公報（図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に係る接合方法のようにして形成された複数の密閉構造体の側面同士を突き合わせて、当該突合部に摩擦攪拌接合を行って一の構造体を製造する場合がある。
例えば、図２０に示す構造体１２０は、密閉構造体１０３，１０３の側面同士を突き合わせて摩擦攪拌を行って接合されている。即ち、密閉構造体１０３は、中空部材１０１と蓋１０２からなり、中空部材１０１と蓋１０２との突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌接合されている。そして、一対の密閉構造体１０３，１０３の側面同士を突き合わせて形成された突合部Ｊ１１に沿って、密閉構造体１０３，１０３の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌を行って構造体１２０が形成される。このようにして形成された構造体１２０は、摩擦攪拌によって形成された塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１１を重複させることができるため、突合部Ｊ１１を隙間なく接合することができる。
【０００６】
しかしながら、図２１に示す構造体１２１ように、密閉構造体１０３，１０３の厚みが大きい場合、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌を行っても突合部Ｊ１１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撹拌ピンの長さに対して、密閉構造体１０３，１０３の肉厚が非常に大きい場合、密閉構造体１０３の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌を行ったとしても、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１１の厚さ方向の中央部分を重複させることができないため、突合部Ｊ１１の中央部に隙間（未接合部）１１０が生じてしまう。このように、構造体１２１において、一方の側面Ｐから他方の側面Ｑに連続する隙間１１０が生じてしまうと、構造体１２１の水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００７】
ここで、密閉構造体１０３の厚みに応じて回転ツールの撹拌ピンの長さを大きくすれば、表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦撹拌接合を行うことで密閉構造体１０３，１０３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、密閉構造体１０３内に撹拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、撹拌ピンの長さを大きくすると、摩擦撹拌装置の駆動手段及び撹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。
【０００８】
また、図２０及び図２１に示すように、塑性化領域Ｗ１１において、一方の側面Ｐから他方の側面Ｑに連続する空洞欠陥Ｒが生じる可能性がある。かかる空洞欠陥Ｒは、構造体１２０、構造体１２１の水密性及び気密性を低下させる一因となっていた。
【０００９】
このような観点から、本発明は、中空部材と蓋とからなる複数の密閉構造体を側面同士で接合して形成された構造体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】
【００１０】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、内部に中空部を有する一対の密閉構造体の側面同士を突き合わせる突合工程と、前記突合工程で形成された本突合部に対して前記密閉構造体の表面側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の裏面側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、前記本突合部に対して前記密閉構造体の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程を含み、前記第一本接合工程及び前記第二接合工程で形成された塑性化領域と、前記第三本接合工程及び前記第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする。
【００１１】
かかる接合方法によれば、本突合部に対して密閉構造体の表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行った後、本突合部に対して密閉構造体の側面側から摩擦撹拌を行い、塑性化領域を重複させるため、側面側に現れる未接合部を密閉することができる。また、塑性化領域を重複させることにより、表面側及び裏面側に形成された塑性化領域に発生する可能性がある空洞欠陥を分断することができる。これにより、接合された構造体の気密性及び水密性を向上させることができる。また、本突合部の全周に亘って摩擦攪拌を行うことで、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記密閉構造体本接工程の前に、中空部材の端部に蓋を被せて、前記端部と前記蓋との蓋突合部に対して前記中空部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三蓋接合工程と、前記蓋突合部に対して前記中空部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四蓋接合工程と、を備えた蓋接合工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記蓋は、前記蓋の一方の面に凸設された凸部を備え、前記蓋接合工程において、前記蓋と前記中空部材とを略垂直に突き合わせるとともに、前記凸部の側面と前記中空部材の内周面とが当接するようにして前記蓋突合部を形成することを特徴とする。
【００１４】
かかる接合方法によれば、蓋と中空部材を好適に嵌め合わせることができるため、蓋接合工程を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本接合方法は、前記蓋接合工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールが右回転の場合、前記回転ツールの進行方向右側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。また、前記蓋接合工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールが左回転の場合、前記回転ツールの進行方向左側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、中空部材に空洞欠陥が発生するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、中空部材と蓋とからなる複数の密閉構造体を側面同士で接合して形成された構造体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】
【００１７】
本発明に係る接合方法は、図１に示すように、直方体を呈する密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂを側面同士で突き合わせて形成された本突合部Ｊ１に対して、表面、裏面及び両側面から摩擦攪拌して形成された構造体１を例にして説明する。説明における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００１８】
まず、構造体１を構成する密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂについて詳細に説明する。密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂは、同等の構造体であるため、密閉構造体３０ａを用いて説明する。
【００１９】
密閉構造体３０ａは、図１及び図２に示すように、中空部材１０と、中空部材１０の両端に配置された第一蓋２０及び第二蓋２１とを有する。中空部材１０は、断面視長方形からなる筒状部材であって、内部に断面視長方形の中空部を備えている。中空部材１０の四周を構成する板部材の板厚はｈ１で形成されている。中空部材１０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撹拌可能な金属材料からなる。
【００２０】
第一蓋２０は、図２に示すように、中空部材１０の端部を塞ぐ部材である。第一蓋２０は、断面視矩形の基板２０ａと、基板２０ａの一方の面に凸設された凸部２０ｂとを有する。凸部２０ｂは、断面視矩形であって、基板２０ａの中央に形成されている。基板２０ａの縁部から凸部２０ｂまでの距離はｈ２で形成されている。また、凸部２０ｂの突出高さはｈ３で形成されている。なお、第一蓋２０は、中空部材１０と同等の組成からなるものを用いる。
一方、第二蓋２１（図１参照）は、第一蓋２０と略同等であるから、詳細な説明は省略する。
【００２１】
次に、図３を参照して、仮接合工程に用いる回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び蓋接合工程や本接合工程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。
【００２２】
図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など中空部材１０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に突設された撹拌ピン（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、中空部材１０等の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一蓋接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦撹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。
【００２３】
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。
【００２４】
撹拌ピン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、撹拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。撹拌ピン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の撹拌ピン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が撹拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。撹拌ピンＦ２の長さＬＡは、大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬＢ（図３の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００２５】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など中空部材１０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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００２６】
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。撹拌ピン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、撹拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。
【００２７】
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、中空部材１０と第一蓋２０及び第二蓋２１とを摩擦攪拌して密閉構造体３０ａ，３０ｂを形成する（１）蓋接合工程と、密閉構造体３０ａ，３０ｂを突き合わせて形成された本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行って構造体１を形成する（２）密閉構造体本接合工程と、を含んでいる。
【００２８】
（１）蓋接合工程は、中空部材１０と第一蓋２０とを突き合わせる（1-1）準備工程と、表面側から仮接合を行う（1-2）第一予備工程と、表面側から本接合を行う（1-3）第一蓋接合工程と、裏面側から仮接合を行う（1-4）第二予備工程と、裏面側から本接合を行う（1-5）第二蓋接合工程と、一方の側面側から仮接合を行う（1-6）第三予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（1-7）第三蓋接合工程と、他方の側面側から仮接合を行う（1-8）第四予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（1-9）第四蓋接合工程と、を含むものである。
【００２９】
一方、（２）密閉構造体本接合工程は、密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとを突き合せる（2-1）突合工程と、表面側から仮接合を行う（2-2）第五予備工程と、表面側から本接合を行う（2-3）第一本接合工程と、裏面側から仮接合を行う（2-4）第六予備工程と、裏面側から本接合を行う（2-5）第二本接合工程と、一方の側面側から仮接合を行う（2-6）第七予備工程と、一方の側面側から本接合を行う（2-7）第三本接合工程と、他方の側面側から仮接合を行なう（2-8）第八予備工程と、他方の側面側から本接合を行う（2-9）第四本接合工程と、を含むものである。
【００３０】
まず、（１）蓋接合工程について詳細に説明する。蓋接合工程は、中空部材１０の両端に前記した（1-1）〜（1-9）の工程をそれぞれ行うものであるため、主として第一蓋２０側についての工程を説明し、第二蓋２１側については詳細な説明を省略する。
（1-1）準備工程
準備工程では、中空部材１０の一端側と、第一蓋２０とを突き合わせる。即ち、本実施形態においては、図２に示すように、中空部材１０の端部に開口する開口部に第一蓋２０の凸部２０ｂを嵌め合わせる。中空部材１０の板厚と、基板２０ａの縁部から凸部２０ｂまでの距離は、本実施形態においては、ｈ１＝ｈ２で形成されている。そのため、図２の（ｂ）に示すように、中空部材１０に第一蓋２０を挿入すると、中空部材１０の内周面と凸部２０ｂの側面２０ｃとが当接する。これにより、中空部材１０と第一蓋２０とをガタつくことなく嵌め合わせることができる。中空部材１０と第一蓋２０とが突き合わされた部分には第一蓋突合部Ｊ２０が形成される。
【００３１】
ここで、中空部材１０及び第一蓋２０及び第二蓋２１が突き合わされた状態のものを被接合金属部材Ｎともいう。中空部材１０の表面及び裏面は、第一蓋２０及び第二蓋２１の表面及び裏面と面一に形成されている。また、中空部材１０の一方の側面及び他方の側面は、第一蓋２０及び第二蓋２１の一方の側面及び他方の側面と面一に形成されている。また、被接合金属部材Ｎの表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ及び他方の側面を第二側面Ｄともいう。
（1-2）第一予備工程
第一予備工程では、被接合金属部材Ｎの表面Ａから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第一予備工程は、被接合金属部材Ｎの両側面に沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第一仮接合工程と、後記する第一蓋接合工程の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含む。
【００３２】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。第一タブ材２および第二タブ材３は、図４に示すように、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０及び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Ｎに添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる中空部材１０と第一蓋２０との継ぎ目（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Ｎ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、その厚さ寸法を第一蓋突合部Ｊ２０における被接合金属部材Ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００３３】
また、図４に示すように、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第一タブ材２とを仮接合する。同様、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第二タブ材３とを仮接合する。これにより、第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００３４】
第一仮接合工程は、第一蓋接合工程に先立って行われる工程であり、図５に示すように本実施形態では、表面Ａ側において、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００３５】
第一仮接合工程では、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Ｊ２，Ｊ２０，Ｊ３に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰ１を設けているが、開始位置ＳＰ１と終了位置ＥＰ１の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。このように、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向を統一することで、作業手間を省略することができる。
【００３６】
本実施形態の第一仮接合工程における摩擦撹拌の手順を図４及び図５を参照してより詳細に説明する。
まず、被接合金属部材Ｎを図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定する。そして、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰ１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撹拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に押し付ける。小型回転ツールＦの回転速度は、撹拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材Ｎ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。
【００３７】
撹拌ピン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の表面に接触したら、図５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仮接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００３８】
小型回転ツールＦを移動させる際には、ショルダ部Ｆ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、小型回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。小型回転ツールＦを移動させると、その撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピン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仮接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行ったら、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仮接合工程に移行する。
【００４０】
第一タブ材仮接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎと第一タブ材２の継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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に対して摩擦撹拌を行う。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仮接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦撹拌を行う。
【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Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点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Ｎ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。
【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Ｎが位置するように第一タブ材仮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の撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ２に入り込むと、被接合金属部材Ｎ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Ｎと第一タブ材２を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材Ｎ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が第二タブ材仮接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材仮接合工程の終点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撹拌を継続し、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、第一タブ材仮接合工程の終点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】
仮接合工程では、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０（図５参照）に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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、第一蓋突合部Ｊ２０の全長に亘って連続して摩擦撹拌を行う。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まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４６】
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で摩擦撹拌を終了させずに第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第二タブ材仮接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、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仮接合工程に移行する。
【００４７】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る摩擦撹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から第二タブ材仮接合工程の始点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から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材Ｎ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。
【００４８】
第二タブ材仮接合工程では、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦撹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に対して摩擦撹拌を行う。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仮接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４９】
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Ｎが位置するように第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００５０】
また、小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材Ｎ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Ｎと第二タブ材３を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材Ｎと第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【００５１】
小型回転ツールＦが第二タブ材仮接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦撹拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰ１まで連続して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に終了位置ＥＰ１を設けている。ちなみに、終了位置ＥＰ１は、後記する第一蓋接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５２】
小型回転ツールＦが終了位置ＥＰ１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撹拌ピンＦ２を終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００５３】
以上、第一タブ材仮接合工程、仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程について説明したが、各接合工程における軌跡はあくまで例示であって、他の形態であってもよい。また、第一タブ材仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程を省略して、仮接合工程のみ行ってもよい。
【００５４】
下穴形成工程では、図３の（ｂ）に示すように、第一蓋接合工程における摩擦撹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においては、第二タブ材３の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５５】
下穴Ｐ１は、大型回転ツールＧの撹拌ピン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の撹拌ピンＦ２（図３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Ｎの表面Ａ側に現れる被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
（1-3）第一蓋接合工程
第一蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側における第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第一蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの表面Ａ側から摩擦撹拌を行う。
【００５６】
第一蓋接合工程では、図６に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピン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、第一蓋接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００５７】
ここで、第一予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材３の終了位置ＥＰ１の直上（図５参照）に位置しているため、第一蓋接合工程の開始位置をＳＭ１にすると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置（回転軸）を移動させることなく第一蓋接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置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６を参照して第一蓋接合工程をより詳細に説明する。
まず、図６に示すように、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撹拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。撹拌ピンＧ２を下穴Ｐ１に入り込ませると、撹拌ピン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撹拌ピンＧ２の周面で押し退けながら、撹拌ピン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が第一タブ材２の表面に当接する前に撹拌ピン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、摩擦撹拌装置の負荷を低減することが可能となり、加えて、本接合工程に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００５９】
撹拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面に接触したら、図６に示すように、摩擦撹拌を行いながら被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０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を横切らせて第一蓋突合部Ｊ２０に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その撹拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピン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。
【００６０】
大型回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、撹拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材Ｎ等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。
【００６１】
被接合金属部材Ｎ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の周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、中空部材１０と第一蓋２０間に冷却水が入り込むと、接合面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目地を閉塞しているので、接合部に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６２】
被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０では、被接合金属部材Ｎの継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦撹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、第一蓋突合部Ｊ２０の一端から他端まで連続して摩擦撹拌を行う。第一蓋突合部Ｊ２０の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦撹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。
【００６３】
なお、本実施形態では、被接合金属部材Ｎの表面Ａ側に現れる被接合金属部材Ｎの継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一蓋接合工程における摩擦撹拌のルートが一直線にすることができる。摩擦撹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、第一蓋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。
【００６４】
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を回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。
なお、本実施形態においては、第一蓋接合工程の前に、第一予備工程を行ったが、第一予備工程を省略して、第一準備工程の直後に第一蓋接合工程を行ってもよい。
【００６５】
（1-4）第二予備工程
第二予備工程では、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。第二予備工程は、第一蓋突合部Ｊ２０に対して裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う第二仮接合工程と、後記する第二蓋接合工程の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含む。第二予備工程は、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂから各工程を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００６６】
（1-5）第二蓋接合工程
第二蓋接合工程は、図７に示すように、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第二蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。
【００６７】
第二蓋接合工程では、図７に示すように、開始位置ＳＭ２に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ２まで移動させる。第二蓋接合工程によって、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂには、塑性化領域Ｗ２が形成される。第二蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第二蓋接合工程が終了したら、被接合金属部材Ｎからタブ材を切除する。
【００６８】
（1-6）第三予備工程
第三予備工程では、被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第三予備工程は、被接合金属部材Ｎの表面Ａ及び裏面Ｂに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第三仮接合工程と、後記する第三蓋接合工程の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含む。
【００６９】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。図８に示すように、第一タブ材４及び第二タブ材５は、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０及び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Ｎに添設され、表面Ａ及び裏面Ｂに現れる塑性化領域Ｗ１，Ｗ２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Ｎ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、その厚さ寸法を第一蓋突合部Ｊ２０における被接合金属部材Ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００７０】
また、図８に示すように、被接合金属部材Ｎと第一タブ材４の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第一タブ材４とを仮接合する。同様に、被接合金属部材Ｎと第二タブ材５の両側面とを溶接して被接合金属部材Ｎと第二タブ材５とを仮接合する。
【００７１】
第三仮接合工程は、第三蓋接合工程に先立って行われる工程であり、図８に示すように本実施形態では、第一側面Ｃ側において、被接合金属部材Ｎと第一タブ材４との突合部Ｊ４を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材Ｎの第一蓋突合部Ｊ２０を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材Ｎと第二タブ材５との突合部Ｊ５を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００７２】
第三仮接合工程では、図８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Ｊ４，Ｊ２０，Ｊ５に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ３に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ３まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材４に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ３を設け、第二タブ材５に終了位置ＥＰ３を設けているが、開始位置ＳＰ３と終了位置ＥＰ３の位置を限定する趣旨ではない。第三仮接合工程は、第一側面Ｃにおいて仮接合を行うことを除いては、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。
【００７３】
下穴形成工程では、第三蓋接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材５の表面に設定されたＳＭ３に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
（1-7）第三蓋接合工程
第三蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第三蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの第一側面Ｃ側から摩擦撹拌を行う。
【００７５】
第三蓋接合工程では、図９に示すように、開始位置ＳＭ３に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ３まで移動させる。即ち、第三蓋接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦撹拌を行う。第三蓋接合工程によって、第一側面Ｃには、塑性化領域Ｗ３が形成される。
【００７６】
ここで、第三予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材５の終了位置ＥＰ３の直上（図８参照）に位置しているため、第三蓋接合工程の開始位置ＳＭ３を第二タブ材５に設定すると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第三蓋接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、本実施形態では、第二タブ材５に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ３を設け、第一タブ材４に終了位置ＥＭ３を設けているが、開始位置ＳＭ３と終了位置ＥＭ３の位置を限定する趣旨ではない。なお、第三蓋接合工程は、第一側面Ｃに摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７７】
（1-8）第四予備工程
第四予備工程では、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄから小型回転ツールＦを用いて第一蓋突合部Ｊ２０に対して仮接合を行う。第二予備工程は、第一蓋突合部Ｊ２０に対して摩擦攪拌を行う第四仮接合工程と、第四蓋接合工程の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含む。第四予備工程は、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄから各工程を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７８】
（1-9）第四蓋接合工程
第四蓋接合工程では、図１０に示すように、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄにおける第一蓋突合部Ｊ２０を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第四蓋接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の第一蓋突合部Ｊ２０に対して被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄ側から摩擦攪拌を行う。
【００７９】
第四蓋接合工程では、図１０に示すように、開始位置ＳＭ４に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ４まで移動させる。第四蓋接合工程によって、第二側面Ｄには、塑性化領域Ｗ４が形成される。第四蓋接合工程は、被接合金属部材Ｎの第二側面Ｄ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第一蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第四蓋接合工程が終了したら、被接合金属部材Ｎからタブ材を切除する。
【００８０】
以上説明したように、第三蓋接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ３は、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２と重複するため、第一側面Ｃ側において、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の間の未接合部分（未塑性化領域）を密閉することができる。また、第四蓋接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ４は、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２と重複するため、第二側面Ｄ側において、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の間の未接合部分（未塑性化領域）を密閉することができる。
また、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２にトンネル状の空洞欠陥が形成されたとしても、これらの空洞欠陥を確実に分断し、水密性及び気密性を高めることができる。
【００８１】
以上説明した蓋接合工程を第二蓋２１側にも行って、図１１に示すように密閉構造体３０ａを形成する。第一蓋接合工程、第二蓋接合工程、第三蓋接合工程及び第四蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて、大型回転ツールＧの進行方向右側に中空部材１０が位置するように設定したため、それぞれの塑性化領域の第一蓋２０又は第二蓋２１に空洞欠陥が形成される可能性が高い。したがって、中空部材１０側の水密性及び気密性を高めることができる。
【００８２】
次に、（２）密閉構造体本接合工程について詳細に説明する。密閉構造体本接合工程は、蓋接合工程で形成された一対の密閉構造体の側面同士の突合部を摩擦攪拌によって接合する工程である。
（2-1）突合工程
突合工程では、図１２に示すように、密閉構造体３０ａの側面と、密閉構造体３０ｂの側面とを突き合わせて被接合金属部材ｎを形成する。即ち、突合工程では、密閉構造体３０ａ，３０ｂ同士の表面及び裏面を面一に形成するとともに、第一蓋２０，２０及び第二蓋２１，２１同士をそれぞれ面一に形成し、直方体を呈する被接合金属部材ｎを形成する。被接合金属部材ｎにおいて、第一蓋２０，２０によって形成される面を第三側面Ｐとし、第二蓋２１，２１によって形成される面を第四側面Ｑとする。密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとが突き合わされた面には本突合部Ｊ１が形成されている。
【００８３】
（2-2）第五予備工程
第五予備工程では、被接合金属部材ｎの表面Ａから本突合部Ｊ１に沿って小型回転ツールＦを用いて仮接合を行う。本実施形態に係る第五予備工程は、被接合金属部材ｎの両側面に沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第五仮接合工程と、後記する第一本接合工程の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含む。
【００８４】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。第一タブ材６および第二タブ材７は、図１２に示すように、被接合金属部材ｎの本突合部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ｎに添設され、第三側面Ｐ及び第四側面Ｑに現れる継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材６及び第二タブ材７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ｎと同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材６及び第二タブ材７の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を本突合部Ｊ１における被接合金属部材ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００８５】
また、図１２に示すように、被接合金属部材ｎと第一タブ材６の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第一タブ材６とを仮接合する。同様に、被接合金属部材ｎと第二タブ材７の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第二タブ材７とを仮接合する。即ち、タブ材と被接合金属部材ｎとで形成された入り隅部を溶接することで、後記する第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００８６】
第五仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、図１３に示すように本実施形態では、表面Ａ側において、被接合金属部材ｎと第一タブ材６との突合部Ｊ６を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材ｎの本突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材ｎと第二タブ材７との突合部Ｊ７を接合する第二タブ材仮接合工程と、を含んでいる。
【００８７】
第五仮接合工程では、図１３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Ｊ６、Ｊ１、Ｊ７に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ５に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ５まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材６に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ５を設け、第二タブ材７に終了位置ＥＰ５を設けているが、開始位置ＳＰ５と終了位置ＥＰ５の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。
なお、第五仮接合工程は、前記した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。
【００８８】
下穴形成工程では、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材７の表面に設定されたＳＭ５に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００８９】
（2-3）第一本接合工程
第一本接合工程は、被接合金属部材ｎの表面Ａ側における本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第一本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００９０】
第一本接合工程では、図１４に示すように、開始位置ＳＭ５に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ５まで移動させる。即ち、第一本接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ５まで連続して摩擦撹拌を行う。第一本接合工程によって、被接合金属部材ｎの表面Ａには表面側塑性化領域Ｗ５が形成される。
なお、本実施形態では、第二タブ材７に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ５を設け、第一タブ材６に終了位置ＥＭ５を設けているが、開始位置ＳＭ５と終了位置ＥＭ５の位置を限定する趣旨ではない。第一本接合工程は、前記した第一蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する
【００９１】
（2-4）第六予備工程
第六予備工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの裏面Ｂから（図１５参照）小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に沿って仮接合を行う。第六予備工程は、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第六仮接合工程と、第二本接合工程の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含む。第六予備工程は、被接合金属部材ｎの裏面Ｂ側から仮接合を行うことを除いては、第五予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
（2-5）第二本接合工程
第二本接合工程は、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの裏面Ｂにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第二本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第二本接合工程は、第四側面Ｑ側から第三側面Ｐ側に向けて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程によって、被接合金属部材ｎの裏面Ｂには裏面側塑性化領域Ｗ６が形成されている。第二本接合工程は、裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、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ｎからタブ材を切除する。
【００９３】
ここで、図１５は、第二本接合工程後の被接合金属部材ｎを示した斜視図である。第二本接合工程後の被接合金属部材ｎには、表面Ａ及び裏面Ｂにおいて、本突合部Ｊ１に沿って表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６が形成されている。
ここで、本実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させて摩擦攪拌を行っているため、大型回転ツールＧの進行方向左側にトンネル状の空洞欠陥Ｒ（以下、トンネル状空洞欠陥Ｒともいう）が形成される可能性がある。即ち、本実施形態では、表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６のうち、密閉構造体３０ｂ側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成されている。また、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐと第四側面Ｑには、表面側塑性化領域Ｗ５と裏面側塑性化領域Ｗ６の間に未塑性化領域が形成されている。
【００９４】
（2-6）第七予備工程
第七予備工程では、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐから小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に対して仮接合を行う。本実施形態に係る第七予備工程は、被接合金属部材ｎの表面Ａ及び裏面Ｂに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第七仮接合工程と、後記する第三本接合工程の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含む。
【００９５】
タブ材配置工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定する一対のタブ材を配置する。図１６に示すように、第一タブ材８及び第二タブ材９は、被接合金属部材ｎの本突合部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ｎに添設され、表面Ａ及び裏面Ｂに現れる表面側塑性化領域Ｗ１、裏面側塑性化領域Ｗ２を覆い隠す。第一タブ材８及び第二タブ材９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ｎと同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材８及び第二タブ材９の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を本突合部Ｊ１における被接合金属部材ｎの厚さ寸法と同一にしている。
【００９６】
また、図１６に示すように、被接合金属部材ｎと第一タブ材８の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第一タブ材８とを仮接合する。同様に、被接合金属部材ｎと第二タブ材９の両側面とを溶接して被接合金属部材ｎと第二タブ材９とを仮接合する。即ち、タブ材と被接合金属部材ｎとで形成された入り隅部を溶接することで、後記する第一仮接合工程を行う際の目開きを防止することができる。
【００９７】
第七仮接合工程では、図１６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を形成するように移動させて、突合部Ｊ８，Ｊ１，Ｊ９に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ７に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ７まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材８に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ７を設け、第二タブ材９に終了位置ＥＰ７を設けているが、開始位置ＳＰ７と終了位置ＥＰ７の位置を限定する趣旨ではない。第七仮接合工程は、第三側面Ｐにおいて仮接合を行うことを除いては、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。
【００９８】
下穴形成工程では、第三本接合工程における摩擦撹拌の開始位置に下穴を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材７の表面に設定されたＳＭ５に下穴（図示省略）を形成する。下穴形成工程は、前記した第一予備工程に係る下穴形成工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００９９】
（2-7）第三本接合工程
第三本接合工程は、被接合金属部材ｎの第三側面Ｐにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第三本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの第三側面Ｐ側から摩擦攪拌を行う。
【０１００】
第三本接合工程では、図１７に示すように、開始位置ＳＭ７に形成した下穴（図示省略）に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ７まで移動させる。即ち、第三本接合工程では、下穴から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ７まで連続して摩擦撹拌を行う。
【０１０１】
ここで、第七予備工程を終了した時点では、小型回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材９の終了位置ＥＰ７の直上（図１６参照）に位置しているため、第三本接合工程の開始位置ＳＭ７を第二タブ材９に設定すると、大型回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第三本接合工程を行うことができ、作業を省略できる。なお、第三本接合工程は、第三側面Ｐに摩擦攪拌を行うことを除いては、前記した第三蓋接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
第三本接合工程によって、第三側面Ｐの本突合部Ｊ１に沿って、第三側面側塑性化領域Ｗ７が形成される。第三側面側塑性化領域Ｗ７は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と重複するため、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間に現れる未塑性化領域を密閉することができ、水密性及び気密性を高めることができる。
【０１０３】
ここで、本実施形態では、大型回転ツールＧの回転方向は全て右回転に設定しているため、トンネル状空洞欠陥Ｒは第三側面側塑性化領域Ｗ３及び第四側面側塑性化領域Ｗ４の進行方向左側にできる可能性が高く、進行方向右側は比較的高密度の塑性化領域が形成される。このような摩擦撹拌接合の特性を利用して、本実施形態に係る第三本接合工程における開始位置を第二タブ材９（裏面Ｂ側）に設定することで、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。これにより、第三側面Ｐと第四側面Ｑ間における水密性及び気密性がより高い被接合金属部材ｎを製造することができる。
【０１０４】
（2-8）第八予備工程
第八予備工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑから小型回転ツールＦを用いて本突合部Ｊ１に対して仮接合を行う。第八予備工程は、本突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第八仮接合工程と、後記する第四本接合工程の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含む。第八予備工程は、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑから仮接合を行うことを除いては、第一予備工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
（2-9）第四本接合工程
第四本接合工程では、図１８に示すように、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑにおける本突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。即ち、本実施形態に係る第四本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の本突合部Ｊ１に対して被接合金属部材ｎの第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行う。
【０１０６】
第四本接合工程では、図１８に示すように、開始位置ＳＭ８に形成された下穴（図示省略）に大型回転ツールＧを挿入し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ８まで移動させる。第四本接合工程によって、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑには、第四側面側塑性化領域Ｗ８が形成される。第四側面側塑性化領域Ｗ８は、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６と重複するため、水密性及び気密性を高めることができる。第四本接合工程は、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑ側から摩擦攪拌を行うことを除いては、第四蓋接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。第四本接合工程が終了したら、被接合金属部材ｎからタブ材を切除する。
【０１０７】
第四本接合工程においては、開始位置を第一タブ材８（表面Ａ側）に設定しているため、第四側面側塑性化領域Ｗ８の進行方向右側は比較的高密度の塑性化領域が形成される。したがって、被接合金属部材ｎの第四側面Ｑにおいて、表面側塑性化領域Ｗ５及び裏面側塑性化領域Ｗ６に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。これにより、第三側面Ｐと第四側面Ｑ間における水密性及び気密性がより高い被接合金属部材ｎを製造することができる。
【０１０８】
以上説明した本発明に係る接合方法によれば、図１に示すように、密閉構造体３０ａと密閉構造体３０ｂとが摩擦攪拌接合された構造体１を製造することができる。構造体１は、構造体１の表面Ａ、裏面Ｂ、第三側面Ｐ及び第四側面Ｑにそれぞれ形成された塑性化領域が重複されているため、本突合部Ｊ１を確実に密閉することができる。これにより、構造体１の水密性及び気密性を高めることができる。
また、蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて進行方向右側に中空部材１０が位置するように設定したため、摩擦攪拌を行う際に発生するトンネル状空洞欠陥が第一蓋２０又は第二蓋２１側に形成される可能性が高い。これにより、中空部材１０の水密性及び気密性を高めることができる。
【０１０９】
本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されずに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。
【０１１０】
前記したように本発明は、被接合金属部材ｎ（密閉構造体３０ａ及び密閉構造体３０ｂ）の外周４辺を摩擦撹拌により接合する際に、大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向のそれぞれを好適に設定することが好ましい。即ち、摩擦撹拌を行う際に、トンネル状空洞欠陥Ｒの発生する可能性の高い位置を勘案して大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向を設定するのが好ましい。前記した実施形態においては、大型回転ツールＧを全て右回転させた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、大型回転ツールＧの回転方向及び進行方向によって様々な接合のバリエーションが考えられる。
【０１１１】
例えば、第一実施形態においては、大型回転ツールＧを右回転させた場合について説明したが、大型回転ツールＧを左回転させてもよい。即ち、大型回転ツールＧを左回転させて、前記した第一本接合工程及び第二本接合工程を行うと、進行方向右側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成される可能性が高い。したがって、このような場合には、図１９に示すように、第三側面Ｐにおいて、表面側塑性化領域Ｗ５、裏面側塑性化領域Ｗ６の密閉構造体３０ａ側にトンネル状空洞欠陥Ｒが形成される可能性が高い。
よって、大型回転ツールＧを左回転させるとともに、第三本接合工程の開始位置を第二タブ材９（裏面Ｂ側）に設定すれば、大型回転ツールＧの進行方向左側が比較的高密度に塑性化されるため、トンネル状空洞欠陥Ｒを確実に分断することができる。
【０１１２】
即ち、大型回転ツールＧの回転方向が全て同方向の場合、第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の終了位置側に設定するとともに、第三本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側及び第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側のいずれか一方に設定し、第八の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置は、第一本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側及び第二本接合工程における摩擦撹拌の開始位置側のいずれか他方に設定すればよい。
【０１１３】
また、第一本接合工程〜第四本接合工程の大型回転ツールＧを左右の回転方向を組み合わせて設定してもよい。
即ち、具体的な図示はしないが、第一本接合工程において、大型回転ツールＧを左回転させ、大型回転ツールＧの進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように設定し、一方、第二本接合工程において、大型回転ツールＧを右回転させ、大型回転ツールＧの進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように設定した場合、第三本接合工程及び第八の本接合工程は、大型回転ツールＧが右回転であれば、進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧを設定し、大型回転ツールＧが左回転であれば、進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定すると、第三側面Ｐと第四側面Ｑ側の気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１１４】
また、具体的な図示はしないが、第一本接合工程において、大型回転ツールＧを右回転させ、大型回転ツールＧの進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように設定し、一方、第二本接合工程において、大型回転ツールＧを左回転させ、大型回転ツールＧの進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように設定した場合、第三本接合工程及び第四本接合工程は、大型回転ツールＧが右回転であれば、進行方向左側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定し、大型回転ツールＧが左回転であれば、進行方向右側に密閉構造体３０ａが位置するように大型回転ツールＧの進行方向を設定すると、第三側面Ｐと第四側面Ｑ側の気密性及び水密性をより高めることができる。
【０１１５】
また、前記した蓋接合工程においては、大型回転ツールＧを右回転させて摩擦攪拌を行ったが、左回転させてもよい。この場合は、進行方向左側に中空部材１０が位置するように設定するとよい。これにより、中空部材１０側の気密性及び水密性を高めることができる。
【０１１６】
また、本実施形態においては、中空部材１０の両端に蓋を被せたが、これに限定されるものではない。例えば、一端側のみ開放された中空部材（図２０の中空部材１０１参照）の開口部に一の蓋を被せて密閉構造体を形成してもよい。
また、本実施形態においては、二個の密閉構造体から構造体を形成したが、二個以上の密閉構造体から構造体を形成してもよい。
【０１１７】
また、本実施形態の説明においては、前記したように摩擦攪拌のルートを設定したが、あくまで例示であって、他の軌跡であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態に係る蓋及び中空部材を示した分解斜視図、（ｂ）は、蓋及び中空部材を示した平面図である。
【図３】本実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、小型回転ツールの側面図、（ｂ）は、大型回転ツールの側面図である。
【図４】本実施形態の第一予備工程に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図５】本実施形態の第一予備工程に係る第一仮接合工程を示した平面図である。
【図６】本実施形態の第一蓋接合工程を示した平面図である。
【図７】図６のＩ-Ｉ断面において、本実施形態の第二蓋接合工程を示した断面図である。
【図８】本実施形態の第三予備工程に係る第三仮接合工程を示した平面図である。
【図９】本実施形態の第三蓋接合工程を示した平面図である。
【図１０】図９のII−II断面において、本実施形態の第四蓋接合工程を示した断面図である。
【図１１】本実施形態に係る密閉構造体を示した斜視図である。
【図１２】本実施形態の第五予備工程に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１３】本実施形態の第五予備工程に係る第五仮接合工程を示した平面図である。
【図１４】本実施形態の第一本接合工程を示した平面図である。
【図１５】本実施形態の第二本接合工程後の被接合金属部材ｎを示した斜視図である。
【図１６】本実施形態の第七予備工程に係る第七仮接合工程を示した平面図である。
【図１７】本実施形態の第三本接合工程を示した平面図である。
【図１８】図１７のIII−III断面において、本実施形態の第四本接合工程を示した断面図である。
【図１９】他の実施形態に係る第三本接合工程を示した平面図である。
【図２０】従来の実施形態を示した斜視図である。
【図２１】従来の実施形態を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 構造体
１０ 中空部材
２０ 蓋
２０ｂ 凸部
２１ 蓋
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
Ｊ１ 本突合部
Ｊ２０ 蓋突合部
Ｊ２１ 蓋突合部
Ｗ 塑性化領域
ＳＭ 本接合工程の開始位置
ＥＭ 本接合工程の終了位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空部を有する一対の密閉構造体の側面同士を突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された本突合部に対して前記密閉構造体の表面側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の裏面側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程を含み、
前記第一本接合工程及び前記第二接合工程で形成された塑性化領域と、
前記第三本接合工程及び前記第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記密閉構造体本接合工程は、前記本突合部の全周に亘って摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記密閉構造体本接工程の前に、
中空部材の端部に蓋を被せて、前記端部と前記蓋との蓋突合部に対して前記中空部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四蓋接合工程と、を備えた蓋接合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】
前記蓋は、前記蓋の一方の面に凸設された凸部を備え、
前記蓋接合工程において、前記蓋と前記中空部材とを略垂直に突き合わせるとともに、前記凸部の側面と前記中空部材の内周面とが当接するようにして前記蓋突合部を形成することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記蓋接合工程において、
摩擦攪拌を行う回転ツールが右回転の場合、前記回転ツールの進行方向右側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行う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】
前記蓋接合工程において、
摩擦攪拌を行う回転ツールが左回転の場合、前記回転ツールの進行方向左側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行う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１】
内部に中空部を有する一対の密閉構造体の側面同士を突き合わせる突合工程と、
前記突合工程で形成された本突合部に対して前記密閉構造体の表面側から摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の裏面側から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三本接合工程と、
前記本突合部に対して前記密閉構造体の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四本接合工程と、を備えた密閉構造体本接合工程を含み、
前記第一本接合工程及び前記第二接合工程で形成された塑性化領域と、
前記第三本接合工程及び前記第四本接合工程で形成された塑性化領域とを重複させることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記密閉構造体本接合工程は、前記本突合部の全周に亘って摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記密閉構造体本接工程の前に、
中空部材の端部に蓋を被せて、前記端部と前記蓋との蓋突合部に対して前記中空部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三蓋接合工程と、
前記蓋突合部に対して前記中空部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四蓋接合工程と、を備えた蓋接合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】
前記蓋は、前記蓋の一方の面に凸設された凸部を備え、
前記蓋接合工程において、前記蓋と前記中空部材とを略垂直に突き合わせるとともに、前記凸部の側面と前記中空部材の内周面とが当接するようにして前記蓋突合部を形成することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記蓋接合工程において、
摩擦攪拌を行う回転ツールが右回転の場合、前記回転ツールの進行方向右側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行う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】
前記蓋接合工程において、
摩擦攪拌を行う回転ツールが左回転の場合、前記回転ツールの進行方向左側に前記中空部材を配置して、前記蓋突合部に対して摩擦攪拌を行う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。
【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２００９−１７２６５３（Ｐ２００９−１７２６５３Ａ）
【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２００８−１４９３９（Ｐ２００８−１４９３９）
【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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