接合方法
【課題】一対の金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法において、塑性化領域に生じる欠陥を確実に補修することができる接合方法を提供することを課題とする。
【手段】一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、突合部Ｊ１に対して金属部材の表面Ａから摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、第一摩擦攪拌工程で用いた大型回転ツールＧを用いて、第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Ｗ１に対して、表面Ａから第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする。
【手段】一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、突合部Ｊ１に対して金属部材の表面Ａから摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、第一摩擦攪拌工程で用いた大型回転ツールＧを用いて、第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Ｗ１に対して、表面Ａから第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで、従来、一対の金属部材の突合部に対して摩擦攪拌を行なった後、当該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って、欠陥の補修等を行うことが行なわれていた。
例えば、特許文献１には、一対の金属部材同士の突合部に対して、ショルダの径の大きさや攪拌ピンの長さの異なる二種類の回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合方法が記載されている。かかる従来の接合方法は、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域に対して、一方の回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて再度摩擦攪拌を行うことにより、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域の欠陥等を補修することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、一対の金属部材同士の突合部に対して、大きさ及び回転方向の異なる二つの回転ツールを用いて摩擦攪拌する接合方法が記載されている。かかる従来の接合方法は、大型の回転ツールで摩擦攪拌することによって塑性化領域に生じる残留応力を、大型の回転ツールとは逆方向に回転した小型の回転ツールで摩擦攪拌することによって生じる残留応力で相殺し、接合部の変形を防止することができる。
【特許文献１】特開２００２−１５５２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記した従来の接合方法によると、先に行った摩擦攪拌で形成された塑性化領域に対して再度摩擦攪拌を行う際に、回転ツールを付け替えなければならないため、作業が煩雑となり、製造コストの上昇を招来するものであった。
【０００６】
ここで、回転ツールを往復させて連続的に摩擦攪拌を行うことで、先に行った摩擦攪拌の塑性化領域の補修を行うことが考えられる。かかる接合方法は、例えば図１１に示すように、回転ツールＧを被接合金属部材１０１の表面Ａから押込み量をＱとして摩擦攪拌を行った後、折返し点Ｏ１で折返し、塑性化領域Ｗに対して再度摩擦攪拌を行うことが考えられる。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すように、押込み量Ｑで先の摩擦攪拌を行うと、塑性化領域Ｗの表面ＷＡは、被接合金属部材１の表面Ａよりも下方に形成される。したがって、回転ツールＧを先の摩擦攪拌と同等の高さのままで折返し後の摩擦攪拌を行うと、押込み量が０となる。このように、被接合金属部材１０１への押圧が不足すると、摩擦攪拌の際に金属部材が散飛するなどしてロスが大きくなり、好適に補修を行うことができない。
【０００８】
そこで、本発明は、一対の金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法において、塑性化領域に生じる欠陥を確実に補修することができる接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行うため、言い換えれば、回転ツールを第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域の表面より押し込んで金属部材を押圧しながら第一再摩擦攪拌を行うため、第一摩擦攪拌工程で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。
【００１１】
また、本発明は、一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程と、前記突合部に対して前記金属部材の他方の面側から摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第二摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の他方の面側から前記第二摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程、を含み、前記第一再摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することを特徴とする。
【００１２】
かかる接合方法によれば、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行うため、言い換えれば、回転ツールを第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で形成された塑性化領域の表面より押し込んで金属部材を押圧しながら第一再摩擦攪拌（第二再摩擦攪拌工程）を行うため、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。また、第一再摩擦攪拌工程及び第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することで、金属部材の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記第一摩擦攪拌工程及び前記第一再摩擦攪拌工程を連続的に行うこと、又は、前記第二摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程を連続的に行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の作業効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記突合部の両端に一対のタブ材を配置して、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一方のタブ材に設定し、摩擦攪拌の折返し位置を他方のタブ材に設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の開始位置、折返し位置及び終了位置を容易に設定することができる。また、タブ材と金属部材との突合部を二度通過するため、先に行なった摩擦攪拌でタブ材と金属部材の間に存する酸化皮膜を金属部材側に巻き込んだとしても、後の摩擦攪拌によって当該酸化皮膜を密閉することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記第一摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むこと、又は、前記第二摩擦攪拌工程を行う前に、前記第二摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌を行う際の突合部の目開きを防止することができる。
【００１６】
なお、以上の構成において、前記金属部材を中空部材としてもよい。また、この場合、前記中空部材の突合面に凹部を成形し、前記中空部材同士の突合部に前記凹部による隙間を形成することが好ましい。このようにすれば、凹部によって突合部に隙間が形成されるため、中空部材の側面の一方の端部側に位置する面同士と他方の端部側に位置する面同士とを密着させて突合部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る接合方法によれば、一対の金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う場合において、塑性化領域に生じる欠陥を確実に補修することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第一実施形態］
本発明を実施するための最良の形態として、一対の金属部材同士の突合部に攪拌ピン（プローブ）を挿入して、その攪拌ピンを回転させながら、突合部に摩擦攪拌を行い、金属部材同士を接合する接合方法について説明する。本実施形態では、図１に示すように、一対の金属部材１ａ，１ｂを直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、接合される金属部材１ａ，１ｂを詳細に説明するとともに、この金属部材１ａ，１ｂを接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００１９】
金属部材１ａ，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。本実施形態では、一方の金属部材１ａ及び他方の金属部材１ｂを、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１ａ，１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。なお、金属部材１ａ，１ｂを突き合わせた部材を被接合金属部材１ともいう。
【００２０】
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の側面に現れる被接合金属部材１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。
【００２１】
ここで、図２を参照して、各摩擦攪拌に用いる小型の回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも比較的大型の回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２２】
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、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、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、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、摩擦攪拌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】
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よりも小さくなっている。また、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よりも小さくなっている。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
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）突合工程、（２）第一仮接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二仮接合工程、（５）第二本接合工程を含むものである。
【００２７】
（１）突合工程
図１を参照して突合工程を説明する。突合工程は、接合すべき被接合金属部材１や当て部材（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、接合すべき金属部材１ａ，１ｂ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、第一タブ材２と第二タブ材３を溶接により被接合金属部材１に仮接合する溶接工程とを具備している。
【００２８】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、金属部材１ａ及び金属部材１ｂの端面１１，１１同士を密着させるとともに、金属部材１ａの表面１２と金属部材１ｂの表面１２を面一にし、さらに、金属部材１ａの裏面１３と金属部材１ｂの裏面１３を面一にする。また、金属部材１ａ及び金属部材１ｂの側面１４，１４同士を面一にする。なお、被接合金属部材１のうち、表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂとする。
【００２９】
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及び第二タブ材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及び第二タブ材３の裏面３３を金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３０】
溶接工程では、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（すなわち、被接合金属部材１の側面と第一タブ材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（すなわち、被接合金属部材１の側面と第二タブ材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。
【００３１】
以上説明した突合工程が終了したら、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。
【００３２】
（２）第一仮接合工程
第一仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、表面Ａ側において、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仮接合工程と、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仮接合工程と、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。
【００３３】
第一仮接合工程では、図３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，Ｊ１，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ＳＰ１に挿入した小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２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に摩擦攪拌の開始位置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。
【００３４】
本実施形態の第一仮接合工程における摩擦攪拌の手順を図２及び図３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攪拌ピン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、攪拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。
【００３５】
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、攪拌ピンＦ２が第一タブ材２に挿入される。
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３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。
【００３６】
なお、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。
【００３７】
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仮接合工程に移行する。
【００３８】
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仮接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００３９】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように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１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００４０】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第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。
【００４１】
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，２ｂ（図１の（ｂ）参照）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。
【００４２】
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。
【００４３】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１（図３参照）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。
【００４４】
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仮接合工程の始点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仮接合工程に移行する。
【００４５】
第二タブ材仮接合工程では、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仮接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４６】
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仮接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００４７】
また、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａ，３ｂ（図１の（ｂ）参照）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。
【００４８】
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で摩擦攪拌を終了させずに、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、後記する第一摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００４９】
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攪拌ピンＦ２を終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００５０】
このように第一仮接合工程を行うことで、突合部Ｊ１，突合部Ｊ２及び突合部Ｊ３の目開きを防止することができる。以上、第一仮接合工程について説明したが、各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。
【００５１】
下穴形成工程では、図２の（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌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。第一仮接合工程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。
【００５２】
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側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００５３】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから突合部Ｊ１に沿って、大型回転ツールＧを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第一本接合工程は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１から第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１まで摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ１から第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１まで摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００５４】
第一摩擦攪拌工程では、図４の（ａ）及び図５の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１から、第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、開始位置ＳＭ１において大型回転ツールＧを右回転させて、ショルダ部Ｇ１を所定量押し込んだ後、突合部Ｊ１の一端側に向かって大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧの押込み量（表面Ａからショルダ部Ｇ１の下端までの距離）はＱ１（図５の（ｂ）参照）設定する。
【００５５】
大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の一端に達したら、そのまま突合部Ｊ３を横切って突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の他端に達したら、突合部Ｊ２を横切って折返し位置ＯＭ１に位置させる。即ち、第一摩擦攪拌工程の終了位置が折返し位置ＯＭ１となる。第一摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１の表面Ａには第一塑性化領域Ｗ１が形成されている。第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１だけ下方に位置している。
【００５６】
押込み工程は、図５の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ１に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて所定量押し込む。そして、その押込み量を保ったまま、第一再摩擦攪拌工程に移行する。
押込み工程における大型回転ツールＧの押込み量は、本実施形態においては、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１ＡからＱ２押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Ｑ１＞Ｑ２に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材１の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａよりも下方にショルダ部Ｇ１の下端が位置するように設定すればよい。
【００５７】
第一再摩擦攪拌工程では、図４の（ｂ）及び図５の（ｃ）に示すように、折返し位置ＯＭ１から、第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、折返し位置ＯＭ１での押し込み量を保ったまま、終了位置ＥＭ１に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。突合部Ｊ１の一端に形成された突合部Ｊ２及び他端に形成された突合部Ｊ３をそれぞれ横切った後、終了位置ＥＭ１で大型回転ツールＧを離脱させる。第一再摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１には第二塑性化領域Ｗ２が形成されている。第二塑性化領域Ｗ２の最深部は、第一塑性化領域Ｗ１の最深部よりも深い位置に形成される。また、第二塑性化領域Ｗ２の表面Ｗ２Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１＋Ｑ２分だけ下方に位置している。
【００５８】
ここで、第一摩擦攪拌工程（図５の（ａ）参照）によって形成された第一塑性化領域Ｗ１には、大型回転ツールＧを右回転させているため、大型回転ツールＧの進行方向左側に突合部Ｊ１の長手方向に沿ってトンネル状の空洞欠陥が形成される可能性がある。
しかしながら、本実施形態によれば第一再摩擦攪拌工程を行うため、仮に当該トンネル状の空洞欠陥が発生したとしても、当該空洞欠陥を充填することができる。なお、突合部Ｊ１は、第一摩擦攪拌工程によって既に塑性化されているため、第一再摩擦攪拌工程においては、トンネル状の空洞欠陥が形成される可能性は少ない。
【００５９】
また、押込み工程において、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａから押込み量Ｑ２で押し込んだ後に、第一再摩擦攪拌工程を行うため、被接合金属部材１を押圧して確実に補修を行うことができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、第一摩擦攪拌工程及び第一再摩擦攪拌工程を連続して行なったが、折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを一旦離脱させても構わない。また、第一摩擦攪拌工程の終了後、大型回転ツールＧを一旦離脱させて、第二タブ材３の開始位置ＳＭ１から第一タブ材２に向けて第一再摩擦攪拌工程を行なってもよい。
また、本実施形態においては、一対のタブ材を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、一のタブ材のみを用いて、当該タブ材に開始位置及び終了位置を設定するとともに、突合部Ｊ１上に折返し位置を設定して摩擦攪拌を行ってもよい。
また、本実施形態においては折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを所定量押し込んだが、第一再摩擦攪拌工程中に連続的に押し下げても構わない。
【００６１】
（４）第二仮接合工程
第二仮接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂから小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３に対して仮接合を行う。第二仮接合工程は、第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材１の表裏を逆にして、摩擦攪拌装置に固定する。第二仮接合工程は、裏面Ｂに対する仮接合である点を除いては、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。なお、第二仮接合工程は、省略してもよい。
【００６２】
（５）第二本接合工程
第二本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂから突合部Ｊ１に沿って、大型の回転ツールＧを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第二本接合工程は、図６の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、第一タブ材２に設定された開始位置ＳＭ２から第二タブ材３に設定された折返し位置ＯＭ２まで摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ２で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ２から第一タブ材２に設定された終了位置ＥＭ２まで摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００６３】
第二摩擦攪拌工程では、図６の（ａ）に示すように、第一タブ材２に設定された開始位置ＳＭ２から、第二タブ材３に設定された折返し位置ＯＭ２まで突合部Ｊ１に沿って連続して摩擦攪拌を行う。即ち、開始位置ＳＭ２において大型回転ツールＧを右回転させて、ショルダ部Ｇ１を所定量押し込んだ後、突合部Ｊ１の一端側に向かって大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧの押込み量（裏面Ｂからショルダ部Ｇ１の下端までの距離）はＱ１に設定する。
【００６４】
大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の一端に達したら、そのまま突合部Ｊ２を横切って突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の他端に達したら、突合部Ｊ３を横切って折返し位置ＯＭ２に位置させる。即ち、第二摩擦攪拌工程の終了位置が折返し位置ＯＭ２となる。第二摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１の裏面Ｂには第三塑性化領域Ｗ３が形成されている。第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３Ａは、被接合金属部材１の裏面ＢよりもＱ１だけ下方に位置している。
【００６５】
押込み工程は、図６の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ２に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて所定量押し込む。そして、その押込み量を保ったまま、第一再摩擦攪拌工程に移行する。
押込み工程における大型回転ツールＧの押込み量は、本実施形態においては、第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３ＡからＱ２押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Ｑ１＞Ｑ２に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材１の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３Ａよりも下方にショルダ部Ｇ１の下端が位置するように設定すればよい。
【００６６】
第二再摩擦攪拌工程では、図６の（ｃ）に示すように、折返し位置ＯＭ２から、第一タブ材２に設定された終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、折返し位置ＯＭ２での押し込み量を保ったまま、終了位置ＥＭ２に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。突合部Ｊ１の一端に形成された突合部Ｊ３及び他端に形成された突合部Ｊ２をそれぞれ横切った後、終了位置ＥＭ２で大型回転ツールＧを離脱させる。第二再摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１には第四塑性化領域Ｗ４が形成されている。第四塑性化領域Ｗ４の最深部は、第三塑性化領域Ｗ３の最深部よりも深い位置に形成される。また、第四塑性化領域Ｗ４の表面Ｗ４Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１＋Ｑ２分だけ下方に位置している。
【００６７】
第二本接合工程によれば、第一本接合工程の効果と略同等の効果を得ることができるともに、第二本接合工程によって第二塑性化領域Ｗ２と第三塑性化領域Ｗ３とが重複するため、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。
【００６８】
なお、折返し位置ＯＭ２での大型回転ツールＧの押込み量は、被接合金属部材１の厚みや材料等に応じて適宜設定すればよい。本実施形態のように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂの両側から摩擦攪拌を行う場合は、図６の（ｃ）に示すように、第二塑性化領域Ｗ２と、第三塑性化領域Ｗ３又は第四塑性化領域Ｗ４とが重複するように設定するのが好ましい。このように設定することで被接合金属部材１の厚み方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができるため、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。
【００６９】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一再摩擦攪拌工程（第二再摩擦攪拌工程）を行う際に、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）と同等の大型回転ツールＧを用いるため、大型回転ツールＧの付け替え等の作業手間を省略することができる。
また、大型回転ツールＧを第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で形成された塑性化領域の表面より押し込んで、被接合金属部材１を押圧しながら第一再摩擦攪拌工程（第二再摩擦攪拌工程）を行うため、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。
【００７０】
また、一対のタブ材を用いて摩擦攪拌することにより、摩擦攪拌を行う際の回転ツールの開始位置、折返し位置及び終了位置を容易に設定することができる。
また、本実施形態によれば、各タブ材と被接合金属部材１の突合部Ｊ２及び突合部Ｊ３をそれぞれ二度ずつ横切るため、一回目に横切った際に、被接合金属部材１の内部に酸化皮膜を巻き込んだとしても、二度目に横切った際に当該酸化皮膜を摩擦攪拌するため、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。
【００７１】
以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明は第一実施形態に限定されるものではなく、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。なお、以下の他の実施形態の説明については、第一実施形態と重複する説明は省略する。
【００７２】
［第二実施形態］
本発明に係る第二実施形態は、被接合金属部材１’の表面Ａ側のみから摩擦攪拌を行い、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置する点で第一実施形態と相違する。
【００７３】
第二実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）第一本接合工程を含むものである。
突合工程は、被接合金属部材１’の両端に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置するとともに、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置する。裏当部材１０は、本実施形態においては、突合部Ｊ１の長手方向の全長に亘って配置される板状部材であって、被接合金属部材１’と略同等の組成からなる。
【００７４】
第一本接合工程は、図７の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１１から第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１１まで摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ１１で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ１１から第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１１まで摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００７５】
第一摩擦攪拌工程では、開始位置ＳＭ１１に大型回転ツールＧを押し込み、第一塑性化領域Ｗ１’と裏当部材１０とを重複させた状態で摩擦攪拌を行う。第一摩擦攪拌工程の押込み量は、本実施形態ではＱ１に設定している。
大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ１１に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて押し下げる押込み工程を行う。押込み量は、第一塑性化領域Ｗ１’の表面Ｗ１Ａ’からＱ２に設定している。そして、押込み工程での押込み量Ｑ２を保った状態で、終了位置ＥＭ１１に向けて大型回転ツールＧを相対移動させて第一再摩擦攪拌工程に移行する。
【００７６】
このように、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置して、表面Ａ側のみから第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程を行ってもよい。また、裏当部材１０と第一摩擦攪拌工程で形成された第一塑性化領域Ｗ１’を重複させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができ、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。なお、裏当部材１０は、第一再摩擦攪拌工程を行なった後に切除すればよい。
【００７７】
［第三実施形態］
また、本実施形態では、金属部材として板状の被接合金属部材１を例に説明したが、その形状や寸法に特に制限はない。第三実施形態に係る接合方法は、金属部材に中空部を備えている点で第一実施形態と相違する。まず、一対の中空部材４１，５１について詳細に説明する。
【００７８】
図８の（ａ）に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、アルミニウム合金製の押出形材からなる中空部材４１及び中空部材５１の突合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行う。中空部材４１，５１は、長尺な直方体形状の外形の枠体４６，５６によって形成されている。この枠体４６，５６内には、板体４５，５５によって隔てられた中空部Ｓ１，Ｓ２が形成されている。
【００７９】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、中空部材４１，５１の枠体４６，５６の表面４２，５２側には、溝４２ａ，５２ａが形成されている。また、溝４２ａ，５２ａを挟んで表面４２の対岸の位置に帯状の面４２ｂ，５２ｂが形成されている。なお、表面４２，５２は、面４２ｂ，５２ｂよりも高い位置に形成されている。中空部材４１は、同一断面の押出形状からなり、これらを突き合わせて、突合部Ｊ１を中心にして互いに対称になる。また、表面４２，５２の裏側に位置する図示しない面にも、同じように溝等が形成されているが、図示及び説明を省略する。
【００８０】
一方、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂを形成する部分には、凹部４３ｃ，５３ｃを挟んで面４３ａ，５３ａと面４３ｂ，５３ｂとが形成されている。面４３ａと面５３ａとが突き合わされて突合部Ｊ１が形成される。また、面４３ｂと面５３ｂとが突き合わされて突合部Ｊ１ｂが形成される。そして、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂを隔てるように、凹部４３ｃと凹部５３ｃとによって隙間Ｓ３が形成されている。なお、面４３ａ，５３ａと面４３ｂ，５３ｂとの高さ方向の各長さは、攪拌ピンＧ２（図２参照）が形成する塑性流動化した金属の深さよりも若干長く形成されている。
【００８１】
したがって、凹部４３ｃ，５３ｃの不陸は隙間Ｓ３によって吸収され、また、摩擦攪拌が行われる深さ分の突合部Ｊ１，Ｊ１ｂは摩擦攪拌後には塑性流動化されて塑性化領域として一体化してしまうため、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂの不陸も摩擦攪拌後には吸収されてしまう。その結果、面４３ａと面５３ａとが密着し、面４３ｂと面５３ｂとが密着するため、中空部材４１，５１同士の高品質な接合体を形成することができる。
【００８２】
以下に、第三実施形態に係る接合方法について詳細に説明する。第三実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）第一本接合工程を含むものである。
突合工程では、中空部材４１，５１の側面同士を突き合わせて治具で固定する。即ち、中空部材４１，５１は、図８の（ｃ）に示すように、図示しない台座上に載せられ、側面４７，５７の脇に配置される治具９１，９２で上側の面４２，５２を押さえられ、治具９３とこの治具９３の反対側に位置する図示しない同一治具とによって側面４７，５７を押さえられて固定される。また、中空部材４１，５１の開口端部側には、タブ材２Ａを下から支持する治具９４が設置される。
【００８３】
そして、図９の（ａ）に示すように、治具９４の上側に形成された面９４ａに固定されたタブ材２Ａ（第一タブ材２に相当）と、中空部材４１，５１の端面とが突き合わされて接合面（突合部Ｊ２相当）が形成される。また、中空部材４１，５１の図示しない反対側の端部側には、第二タブ材３に相当する図示しないタブ材が同じようにして図示しない治具によって配置されている。
【００８４】
第一本接合工程では、第一実施形態と略同等の要領で第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程を行う。即ち、図９の（ａ）に示すように、第一摩擦攪拌工程では、図示しない開始位置に大型回転ツールＧを押圧して突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。
押込み工程では、タブ材２Ａに設定した折返し位置で大型回転ツールＧを所定量押し込む。そして、図９の（ｂ）に示すように、押込み工程での押し込み量を保ったまま突合部Ｊ１（第一塑性化領域Ｗ１’’）に沿って第一再摩擦攪拌工程を行う。第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程は、第一実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
また、突合部Ｊ１の接合後、裏側の突合部Ｊ１ｂにも同じように摩擦攪拌を行って接合を行い、中空部材４１と中空部材５１とが表裏面で接合される。これにより、中空部材４１と中空部材５１は、突合部Ｊ１と突合部Ｊ１ｂにおいて確実に接合される。
【００８６】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を形成する面４２ｂ，５２ｂは、溝４２ａ，５２ａの底面よりも高く、凸部状に形成されているが、完成部材として必要な強度を発現することが可能な高さと厚みを有している。なお、面４２ｂ，５２ｂは、摩擦攪拌後であっても、凸部として残る。また、面４２ｂ，５２ｂの幅寸法は、大型回転ツールＧのショルダ径（ショルダ部Ｇ１の外径）よりも大きくなるようになっている。なお、突合部Ｊ１ｂも同じ構成で形成されている。
【００８７】
一方、面４２ｂ，５２ｂは、表面４２，５２よりも低く形成されているため、摩擦攪拌によって面４２ｂ，５２ｂに不陸が発生したとしても、表面４２，５２よりも突出することはない。そのため、摩擦攪拌後の塑性化領域の凸凹した表面が互いに重ならない。したがって、図１０に示すように、接合体６０Ａと接合体６０Ｂとをさらに摩擦攪拌接合する場合に、密着させるべき合わせ面を確実に密着させることができるため、接合不良を招くことなく接合することができるようになる。また、ここでは、図示していないが、接合体６０Ａ，６０Ｂは、左右側面の摩擦攪拌を行ってもよい。この場合にも、側面に溝４２ａ等に相当する構造が形成してあることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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、小型回転ツールを示した側面図、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図３】第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、第一再摩擦攪拌工程を示した図である。
【図５】図４の（ａ）のIII-III線断面図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図６】（ａ）は、第二摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第二再摩擦攪拌工程を示す。
【図７】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図８】第三実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は中空部材を示す斜視図、（ｂ）は中空部材の端面の様子を示す要部拡大図、(ｃ）はタブ材を配置する直前の様子を示す斜視図である。
【図９】第三実施形態に係る接合方法を示した斜視図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図１０】中空部材の２つの接合体同士をさらに摩擦攪拌接合するときの中空部材の様子を示す斜視図である。
【図１１】従来の接合方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 被接合金属部材
１ａ 金属部材
１ｂ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
４１，５１ 中空部材
４２，５２ 面
４２ａ，５２ａ 溝
４２ｂ，５２ｂ 面
４３ａ，４３ｂ 面
５３ａ，５３ｂ 面
４３ｃ，５３ｃ 溝
６０Ａ，６０Ｂ 接合体
Ｊ１ 突合部
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｐ１ 下穴
Ｗ 塑性化領域
ＳＭ 開始位置
ＯＭ 折返し位置
ＥＭ 終了位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで、従来、一対の金属部材の突合部に対して摩擦攪拌を行なった後、当該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って、欠陥の補修等を行うことが行なわれていた。
例えば、特許文献１には、一対の金属部材同士の突合部に対して、ショルダの径の大きさや攪拌ピンの長さの異なる二種類の回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う接合方法が記載されている。かかる従来の接合方法は、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域に対して、一方の回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて再度摩擦攪拌を行うことにより、一方の回転ツールによって形成された塑性化領域の欠陥等を補修することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、一対の金属部材同士の突合部に対して、大きさ及び回転方向の異なる二つの回転ツールを用いて摩擦攪拌する接合方法が記載されている。かかる従来の接合方法は、大型の回転ツールで摩擦攪拌することによって塑性化領域に生じる残留応力を、大型の回転ツールとは逆方向に回転した小型の回転ツールで摩擦攪拌することによって生じる残留応力で相殺し、接合部の変形を防止することができる。
【特許文献１】特開２００２−１５５２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記した従来の接合方法によると、先に行った摩擦攪拌で形成された塑性化領域に対して再度摩擦攪拌を行う際に、回転ツールを付け替えなければならないため、作業が煩雑となり、製造コストの上昇を招来するものであった。
【０００６】
ここで、回転ツールを往復させて連続的に摩擦攪拌を行うことで、先に行った摩擦攪拌の塑性化領域の補修を行うことが考えられる。かかる接合方法は、例えば図１１に示すように、回転ツールＧを被接合金属部材１０１の表面Ａから押込み量をＱとして摩擦攪拌を行った後、折返し点Ｏ１で折返し、塑性化領域Ｗに対して再度摩擦攪拌を行うことが考えられる。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すように、押込み量Ｑで先の摩擦攪拌を行うと、塑性化領域Ｗの表面ＷＡは、被接合金属部材１の表面Ａよりも下方に形成される。したがって、回転ツールＧを先の摩擦攪拌と同等の高さのままで折返し後の摩擦攪拌を行うと、押込み量が０となる。このように、被接合金属部材１０１への押圧が不足すると、摩擦攪拌の際に金属部材が散飛するなどしてロスが大きくなり、好適に補修を行うことができない。
【０００８】
そこで、本発明は、一対の金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法において、塑性化領域に生じる欠陥を確実に補修することができる接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行うため、言い換えれば、回転ツールを第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域の表面より押し込んで金属部材を押圧しながら第一再摩擦攪拌を行うため、第一摩擦攪拌工程で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。
【００１１】
また、本発明は、一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程と、前記突合部に対して前記金属部材の他方の面側から摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第二摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の他方の面側から前記第二摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程、を含み、前記第一再摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することを特徴とする。
【００１２】
かかる接合方法によれば、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行うため、言い換えれば、回転ツールを第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で形成された塑性化領域の表面より押し込んで金属部材を押圧しながら第一再摩擦攪拌（第二再摩擦攪拌工程）を行うため、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。また、第一再摩擦攪拌工程及び第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することで、金属部材の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記第一摩擦攪拌工程及び前記第一再摩擦攪拌工程を連続的に行うこと、又は、前記第二摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程を連続的に行うことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の作業効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記突合部の両端に一対のタブ材を配置して、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一方のタブ材に設定し、摩擦攪拌の折返し位置を他方のタブ材に設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の開始位置、折返し位置及び終了位置を容易に設定することができる。また、タブ材と金属部材との突合部を二度通過するため、先に行なった摩擦攪拌でタブ材と金属部材の間に存する酸化皮膜を金属部材側に巻き込んだとしても、後の摩擦攪拌によって当該酸化皮膜を密閉することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記第一摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むこと、又は、前記第二摩擦攪拌工程を行う前に、前記第二摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌を行う際の突合部の目開きを防止することができる。
【００１６】
なお、以上の構成において、前記金属部材を中空部材としてもよい。また、この場合、前記中空部材の突合面に凹部を成形し、前記中空部材同士の突合部に前記凹部による隙間を形成することが好ましい。このようにすれば、凹部によって突合部に隙間が形成されるため、中空部材の側面の一方の端部側に位置する面同士と他方の端部側に位置する面同士とを密着させて突合部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る接合方法によれば、一対の金属部材同士の突合部に対して摩擦攪拌を行う場合において、塑性化領域に生じる欠陥を確実に補修することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第一実施形態］
本発明を実施するための最良の形態として、一対の金属部材同士の突合部に攪拌ピン（プローブ）を挿入して、その攪拌ピンを回転させながら、突合部に摩擦攪拌を行い、金属部材同士を接合する接合方法について説明する。本実施形態では、図１に示すように、一対の金属部材１ａ，１ｂを直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、接合される金属部材１ａ，１ｂを詳細に説明するとともに、この金属部材１ａ，１ｂを接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００１９】
金属部材１ａ，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。本実施形態では、一方の金属部材１ａ及び他方の金属部材１ｂを、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１ａ，１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。なお、金属部材１ａ，１ｂを突き合わせた部材を被接合金属部材１ともいう。
【００２０】
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の側面に現れる被接合金属部材１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。
【００２１】
ここで、図２を参照して、各摩擦攪拌に用いる小型の回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも比較的大型の回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２２】
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、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、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、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、摩擦攪拌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】
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よりも小さくなっている。また、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よりも小さくなっている。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
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）突合工程、（２）第一仮接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二仮接合工程、（５）第二本接合工程を含むものである。
【００２７】
（１）突合工程
図１を参照して突合工程を説明する。突合工程は、接合すべき被接合金属部材１や当て部材（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、接合すべき金属部材１ａ，１ｂ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、第一タブ材２と第二タブ材３を溶接により被接合金属部材１に仮接合する溶接工程とを具備している。
【００２８】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、金属部材１ａ及び金属部材１ｂの端面１１，１１同士を密着させるとともに、金属部材１ａの表面１２と金属部材１ｂの表面１２を面一にし、さらに、金属部材１ａの裏面１３と金属部材１ｂの裏面１３を面一にする。また、金属部材１ａ及び金属部材１ｂの側面１４，１４同士を面一にする。なお、被接合金属部材１のうち、表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂとする。
【００２９】
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及び第二タブ材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及び第二タブ材３の裏面３３を金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３０】
溶接工程では、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（すなわち、被接合金属部材１の側面と第一タブ材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（すなわち、被接合金属部材１の側面と第二タブ材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。
【００３１】
以上説明した突合工程が終了したら、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。
【００３２】
（２）第一仮接合工程
第一仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、表面Ａ側において、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仮接合工程と、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仮接合工程と、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。
【００３３】
第一仮接合工程では、図３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，Ｊ１，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ＳＰ１に挿入した小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図２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に摩擦攪拌の開始位置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。
【００３４】
本実施形態の第一仮接合工程における摩擦攪拌の手順を図２及び図３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攪拌ピン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、攪拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。
【００３５】
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、攪拌ピンＦ２が第一タブ材２に挿入される。
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３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。
【００３６】
なお、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。
【００３７】
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仮接合工程に移行する。
【００３８】
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仮接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００３９】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように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１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００４０】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第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。
【００４１】
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，２ｂ（図１の（ｂ）参照）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。
【００４２】
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。
【００４３】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１（図３参照）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。
【００４４】
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仮接合工程の始点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仮接合工程に移行する。
【００４５】
第二タブ材仮接合工程では、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仮接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４６】
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仮接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００４７】
また、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａ，３ｂ（図１の（ｂ）参照）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。
【００４８】
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で摩擦攪拌を終了させずに、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、後記する第一摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００４９】
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攪拌ピンＦ２を終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００５０】
このように第一仮接合工程を行うことで、突合部Ｊ１，突合部Ｊ２及び突合部Ｊ３の目開きを防止することができる。以上、第一仮接合工程について説明したが、各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。
【００５１】
下穴形成工程では、図２の（ｂ）に示すように、第一摩擦攪拌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。第一仮接合工程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。
【００５２】
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側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００５３】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の表面Ａから突合部Ｊ１に沿って、大型回転ツールＧを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第一本接合工程は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１から第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１まで摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ１から第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１まで摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００５４】
第一摩擦攪拌工程では、図４の（ａ）及び図５の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１から、第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、開始位置ＳＭ１において大型回転ツールＧを右回転させて、ショルダ部Ｇ１を所定量押し込んだ後、突合部Ｊ１の一端側に向かって大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧの押込み量（表面Ａからショルダ部Ｇ１の下端までの距離）はＱ１（図５の（ｂ）参照）設定する。
【００５５】
大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の一端に達したら、そのまま突合部Ｊ３を横切って突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の他端に達したら、突合部Ｊ２を横切って折返し位置ＯＭ１に位置させる。即ち、第一摩擦攪拌工程の終了位置が折返し位置ＯＭ１となる。第一摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１の表面Ａには第一塑性化領域Ｗ１が形成されている。第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１だけ下方に位置している。
【００５６】
押込み工程は、図５の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ１に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて所定量押し込む。そして、その押込み量を保ったまま、第一再摩擦攪拌工程に移行する。
押込み工程における大型回転ツールＧの押込み量は、本実施形態においては、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１ＡからＱ２押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Ｑ１＞Ｑ２に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材１の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａよりも下方にショルダ部Ｇ１の下端が位置するように設定すればよい。
【００５７】
第一再摩擦攪拌工程では、図４の（ｂ）及び図５の（ｃ）に示すように、折返し位置ＯＭ１から、第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、折返し位置ＯＭ１での押し込み量を保ったまま、終了位置ＥＭ１に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。突合部Ｊ１の一端に形成された突合部Ｊ２及び他端に形成された突合部Ｊ３をそれぞれ横切った後、終了位置ＥＭ１で大型回転ツールＧを離脱させる。第一再摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１には第二塑性化領域Ｗ２が形成されている。第二塑性化領域Ｗ２の最深部は、第一塑性化領域Ｗ１の最深部よりも深い位置に形成される。また、第二塑性化領域Ｗ２の表面Ｗ２Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１＋Ｑ２分だけ下方に位置している。
【００５８】
ここで、第一摩擦攪拌工程（図５の（ａ）参照）によって形成された第一塑性化領域Ｗ１には、大型回転ツールＧを右回転させているため、大型回転ツールＧの進行方向左側に突合部Ｊ１の長手方向に沿ってトンネル状の空洞欠陥が形成される可能性がある。
しかしながら、本実施形態によれば第一再摩擦攪拌工程を行うため、仮に当該トンネル状の空洞欠陥が発生したとしても、当該空洞欠陥を充填することができる。なお、突合部Ｊ１は、第一摩擦攪拌工程によって既に塑性化されているため、第一再摩擦攪拌工程においては、トンネル状の空洞欠陥が形成される可能性は少ない。
【００５９】
また、押込み工程において、第一塑性化領域Ｗ１の表面Ｗ１Ａから押込み量Ｑ２で押し込んだ後に、第一再摩擦攪拌工程を行うため、被接合金属部材１を押圧して確実に補修を行うことができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、第一摩擦攪拌工程及び第一再摩擦攪拌工程を連続して行なったが、折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを一旦離脱させても構わない。また、第一摩擦攪拌工程の終了後、大型回転ツールＧを一旦離脱させて、第二タブ材３の開始位置ＳＭ１から第一タブ材２に向けて第一再摩擦攪拌工程を行なってもよい。
また、本実施形態においては、一対のタブ材を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、一のタブ材のみを用いて、当該タブ材に開始位置及び終了位置を設定するとともに、突合部Ｊ１上に折返し位置を設定して摩擦攪拌を行ってもよい。
また、本実施形態においては折返し位置ＯＭ１で大型回転ツールＧを所定量押し込んだが、第一再摩擦攪拌工程中に連続的に押し下げても構わない。
【００６１】
（４）第二仮接合工程
第二仮接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の裏面Ｂから小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３に対して仮接合を行う。第二仮接合工程は、第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材１の表裏を逆にして、摩擦攪拌装置に固定する。第二仮接合工程は、裏面Ｂに対する仮接合である点を除いては、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。なお、第二仮接合工程は、省略してもよい。
【００６２】
（５）第二本接合工程
第二本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂから突合部Ｊ１に沿って、大型の回転ツールＧを連続して一往復させて摩擦攪拌を行う。即ち、第二本接合工程は、図６の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、第一タブ材２に設定された開始位置ＳＭ２から第二タブ材３に設定された折返し位置ＯＭ２まで摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ２で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ２から第一タブ材２に設定された終了位置ＥＭ２まで摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００６３】
第二摩擦攪拌工程では、図６の（ａ）に示すように、第一タブ材２に設定された開始位置ＳＭ２から、第二タブ材３に設定された折返し位置ＯＭ２まで突合部Ｊ１に沿って連続して摩擦攪拌を行う。即ち、開始位置ＳＭ２において大型回転ツールＧを右回転させて、ショルダ部Ｇ１を所定量押し込んだ後、突合部Ｊ１の一端側に向かって大型回転ツールＧを相対移動させる。大型回転ツールＧの押込み量（裏面Ｂからショルダ部Ｇ１の下端までの距離）はＱ１に設定する。
【００６４】
大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の一端に達したら、そのまま突合部Ｊ２を横切って突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧが突合部Ｊ１の他端に達したら、突合部Ｊ３を横切って折返し位置ＯＭ２に位置させる。即ち、第二摩擦攪拌工程の終了位置が折返し位置ＯＭ２となる。第二摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１の裏面Ｂには第三塑性化領域Ｗ３が形成されている。第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３Ａは、被接合金属部材１の裏面ＢよりもＱ１だけ下方に位置している。
【００６５】
押込み工程は、図６の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ２に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて所定量押し込む。そして、その押込み量を保ったまま、第一再摩擦攪拌工程に移行する。
押込み工程における大型回転ツールＧの押込み量は、本実施形態においては、第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３ＡからＱ２押し込む。本実施形態においては、押込み量は、Ｑ１＞Ｑ２に設定している。押込み量は、本実施形態においては前記したように設定したが、被接合金属部材１の厚みや組成等に応じて適宜設定すればよく、少なくとも、第三塑性化領域Ｗ３の表面Ｗ３Ａよりも下方にショルダ部Ｇ１の下端が位置するように設定すればよい。
【００６６】
第二再摩擦攪拌工程では、図６の（ｃ）に示すように、折返し位置ＯＭ２から、第一タブ材２に設定された終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、折返し位置ＯＭ２での押し込み量を保ったまま、終了位置ＥＭ２に向けて大型回転ツールＧを相対移動させる。突合部Ｊ１の一端に形成された突合部Ｊ３及び他端に形成された突合部Ｊ２をそれぞれ横切った後、終了位置ＥＭ２で大型回転ツールＧを離脱させる。第二再摩擦攪拌工程によって、突合部Ｊ１には第四塑性化領域Ｗ４が形成されている。第四塑性化領域Ｗ４の最深部は、第三塑性化領域Ｗ３の最深部よりも深い位置に形成される。また、第四塑性化領域Ｗ４の表面Ｗ４Ａは、被接合金属部材１の表面ＡよりもＱ１＋Ｑ２分だけ下方に位置している。
【００６７】
第二本接合工程によれば、第一本接合工程の効果と略同等の効果を得ることができるともに、第二本接合工程によって第二塑性化領域Ｗ２と第三塑性化領域Ｗ３とが重複するため、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。
【００６８】
なお、折返し位置ＯＭ２での大型回転ツールＧの押込み量は、被接合金属部材１の厚みや材料等に応じて適宜設定すればよい。本実施形態のように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂの両側から摩擦攪拌を行う場合は、図６の（ｃ）に示すように、第二塑性化領域Ｗ２と、第三塑性化領域Ｗ３又は第四塑性化領域Ｗ４とが重複するように設定するのが好ましい。このように設定することで被接合金属部材１の厚み方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができるため、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。
【００６９】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一再摩擦攪拌工程（第二再摩擦攪拌工程）を行う際に、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）と同等の大型回転ツールＧを用いるため、大型回転ツールＧの付け替え等の作業手間を省略することができる。
また、大型回転ツールＧを第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で形成された塑性化領域の表面より押し込んで、被接合金属部材１を押圧しながら第一再摩擦攪拌工程（第二再摩擦攪拌工程）を行うため、第一摩擦攪拌工程（第二摩擦攪拌工程）で空洞欠陥等が形成されていたとしても確実に補修を行うことができる。
【００７０】
また、一対のタブ材を用いて摩擦攪拌することにより、摩擦攪拌を行う際の回転ツールの開始位置、折返し位置及び終了位置を容易に設定することができる。
また、本実施形態によれば、各タブ材と被接合金属部材１の突合部Ｊ２及び突合部Ｊ３をそれぞれ二度ずつ横切るため、一回目に横切った際に、被接合金属部材１の内部に酸化皮膜を巻き込んだとしても、二度目に横切った際に当該酸化皮膜を摩擦攪拌するため、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。
【００７１】
以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明は第一実施形態に限定されるものではなく、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。なお、以下の他の実施形態の説明については、第一実施形態と重複する説明は省略する。
【００７２】
［第二実施形態］
本発明に係る第二実施形態は、被接合金属部材１’の表面Ａ側のみから摩擦攪拌を行い、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置する点で第一実施形態と相違する。
【００７３】
第二実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）第一本接合工程を含むものである。
突合工程は、被接合金属部材１’の両端に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置するとともに、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置する。裏当部材１０は、本実施形態においては、突合部Ｊ１の長手方向の全長に亘って配置される板状部材であって、被接合金属部材１’と略同等の組成からなる。
【００７４】
第一本接合工程は、図７の（ａ）に示すように、第二タブ材３に設定された開始位置ＳＭ１１から第一タブ材２に設定された折返し位置ＯＭ１１まで摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、折返し位置ＯＭ１１で大型回転ツールＧを押し込む押込み工程と、折返し位置ＯＭ１１から第二タブ材３に設定された終了位置ＥＭ１１まで摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程を含むものである。
【００７５】
第一摩擦攪拌工程では、開始位置ＳＭ１１に大型回転ツールＧを押し込み、第一塑性化領域Ｗ１’と裏当部材１０とを重複させた状態で摩擦攪拌を行う。第一摩擦攪拌工程の押込み量は、本実施形態ではＱ１に設定している。
大型回転ツールＧが折返し位置ＯＭ１１に達したら、大型回転ツールＧを下方に向けて押し下げる押込み工程を行う。押込み量は、第一塑性化領域Ｗ１’の表面Ｗ１Ａ’からＱ２に設定している。そして、押込み工程での押込み量Ｑ２を保った状態で、終了位置ＥＭ１１に向けて大型回転ツールＧを相対移動させて第一再摩擦攪拌工程に移行する。
【００７６】
このように、被接合金属部材１’の裏面に裏当部材１０を配置して、表面Ａ側のみから第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程を行ってもよい。また、裏当部材１０と第一摩擦攪拌工程で形成された第一塑性化領域Ｗ１’を重複させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができ、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。なお、裏当部材１０は、第一再摩擦攪拌工程を行なった後に切除すればよい。
【００７７】
［第三実施形態］
また、本実施形態では、金属部材として板状の被接合金属部材１を例に説明したが、その形状や寸法に特に制限はない。第三実施形態に係る接合方法は、金属部材に中空部を備えている点で第一実施形態と相違する。まず、一対の中空部材４１，５１について詳細に説明する。
【００７８】
図８の（ａ）に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、アルミニウム合金製の押出形材からなる中空部材４１及び中空部材５１の突合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行う。中空部材４１，５１は、長尺な直方体形状の外形の枠体４６，５６によって形成されている。この枠体４６，５６内には、板体４５，５５によって隔てられた中空部Ｓ１，Ｓ２が形成されている。
【００７９】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、中空部材４１，５１の枠体４６，５６の表面４２，５２側には、溝４２ａ，５２ａが形成されている。また、溝４２ａ，５２ａを挟んで表面４２の対岸の位置に帯状の面４２ｂ，５２ｂが形成されている。なお、表面４２，５２は、面４２ｂ，５２ｂよりも高い位置に形成されている。中空部材４１は、同一断面の押出形状からなり、これらを突き合わせて、突合部Ｊ１を中心にして互いに対称になる。また、表面４２，５２の裏側に位置する図示しない面にも、同じように溝等が形成されているが、図示及び説明を省略する。
【００８０】
一方、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂを形成する部分には、凹部４３ｃ，５３ｃを挟んで面４３ａ，５３ａと面４３ｂ，５３ｂとが形成されている。面４３ａと面５３ａとが突き合わされて突合部Ｊ１が形成される。また、面４３ｂと面５３ｂとが突き合わされて突合部Ｊ１ｂが形成される。そして、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂを隔てるように、凹部４３ｃと凹部５３ｃとによって隙間Ｓ３が形成されている。なお、面４３ａ，５３ａと面４３ｂ，５３ｂとの高さ方向の各長さは、攪拌ピンＧ２（図２参照）が形成する塑性流動化した金属の深さよりも若干長く形成されている。
【００８１】
したがって、凹部４３ｃ，５３ｃの不陸は隙間Ｓ３によって吸収され、また、摩擦攪拌が行われる深さ分の突合部Ｊ１，Ｊ１ｂは摩擦攪拌後には塑性流動化されて塑性化領域として一体化してしまうため、突合部Ｊ１，Ｊ１ｂの不陸も摩擦攪拌後には吸収されてしまう。その結果、面４３ａと面５３ａとが密着し、面４３ｂと面５３ｂとが密着するため、中空部材４１，５１同士の高品質な接合体を形成することができる。
【００８２】
以下に、第三実施形態に係る接合方法について詳細に説明する。第三実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）第一本接合工程を含むものである。
突合工程では、中空部材４１，５１の側面同士を突き合わせて治具で固定する。即ち、中空部材４１，５１は、図８の（ｃ）に示すように、図示しない台座上に載せられ、側面４７，５７の脇に配置される治具９１，９２で上側の面４２，５２を押さえられ、治具９３とこの治具９３の反対側に位置する図示しない同一治具とによって側面４７，５７を押さえられて固定される。また、中空部材４１，５１の開口端部側には、タブ材２Ａを下から支持する治具９４が設置される。
【００８３】
そして、図９の（ａ）に示すように、治具９４の上側に形成された面９４ａに固定されたタブ材２Ａ（第一タブ材２に相当）と、中空部材４１，５１の端面とが突き合わされて接合面（突合部Ｊ２相当）が形成される。また、中空部材４１，５１の図示しない反対側の端部側には、第二タブ材３に相当する図示しないタブ材が同じようにして図示しない治具によって配置されている。
【００８４】
第一本接合工程では、第一実施形態と略同等の要領で第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程を行う。即ち、図９の（ａ）に示すように、第一摩擦攪拌工程では、図示しない開始位置に大型回転ツールＧを押圧して突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。
押込み工程では、タブ材２Ａに設定した折返し位置で大型回転ツールＧを所定量押し込む。そして、図９の（ｂ）に示すように、押込み工程での押し込み量を保ったまま突合部Ｊ１（第一塑性化領域Ｗ１’’）に沿って第一再摩擦攪拌工程を行う。第一摩擦攪拌工程、押込み工程及び第一再摩擦攪拌工程は、第一実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
また、突合部Ｊ１の接合後、裏側の突合部Ｊ１ｂにも同じように摩擦攪拌を行って接合を行い、中空部材４１と中空部材５１とが表裏面で接合される。これにより、中空部材４１と中空部材５１は、突合部Ｊ１と突合部Ｊ１ｂにおいて確実に接合される。
【００８６】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を形成する面４２ｂ，５２ｂは、溝４２ａ，５２ａの底面よりも高く、凸部状に形成されているが、完成部材として必要な強度を発現することが可能な高さと厚みを有している。なお、面４２ｂ，５２ｂは、摩擦攪拌後であっても、凸部として残る。また、面４２ｂ，５２ｂの幅寸法は、大型回転ツールＧのショルダ径（ショルダ部Ｇ１の外径）よりも大きくなるようになっている。なお、突合部Ｊ１ｂも同じ構成で形成されている。
【００８７】
一方、面４２ｂ，５２ｂは、表面４２，５２よりも低く形成されているため、摩擦攪拌によって面４２ｂ，５２ｂに不陸が発生したとしても、表面４２，５２よりも突出することはない。そのため、摩擦攪拌後の塑性化領域の凸凹した表面が互いに重ならない。したがって、図１０に示すように、接合体６０Ａと接合体６０Ｂとをさらに摩擦攪拌接合する場合に、密着させるべき合わせ面を確実に密着させることができるため、接合不良を招くことなく接合することができるようになる。また、ここでは、図示していないが、接合体６０Ａ，６０Ｂは、左右側面の摩擦攪拌を行ってもよい。この場合にも、側面に溝４２ａ等に相当する構造が形成してあることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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、小型回転ツールを示した側面図、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図３】第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、第一再摩擦攪拌工程を示した図である。
【図５】図４の（ａ）のIII-III線断面図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図６】（ａ）は、第二摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第二再摩擦攪拌工程を示す。
【図７】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、押込み工程、（ｃ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図８】第三実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は中空部材を示す斜視図、（ｂ）は中空部材の端面の様子を示す要部拡大図、(ｃ）はタブ材を配置する直前の様子を示す斜視図である。
【図９】第三実施形態に係る接合方法を示した斜視図であって、（ａ）は、第一摩擦攪拌工程、（ｂ）は、第一再摩擦攪拌工程を示す。
【図１０】中空部材の２つの接合体同士をさらに摩擦攪拌接合するときの中空部材の様子を示す斜視図である。
【図１１】従来の接合方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 被接合金属部材
１ａ 金属部材
１ｂ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
４１，５１ 中空部材
４２，５２ 面
４２ａ，５２ａ 溝
４２ｂ，５２ｂ 面
４３ａ，４３ｂ 面
５３ａ，５３ｂ 面
４３ｃ，５３ｃ 溝
６０Ａ，６０Ｂ 接合体
Ｊ１ 突合部
Ｆ 小型回転ツール
Ｇ 大型回転ツール
Ｐ１ 下穴
Ｗ 塑性化領域
ＳＭ 開始位置
ＯＭ 折返し位置
ＥＭ 終了位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程と、
前記突合部に対して前記金属部材の他方の面側から摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第二摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の他方の面側から前記第二摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程、を含み、
前記第一再摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記第一摩擦攪拌工程及び前記第一再摩擦攪拌工程を連続的に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第二摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程を連続的に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５】
前記突合部の両端に一対のタブ材を配置して、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一方のタブ材に設定し、摩擦攪拌の折返し位置を他方のタブ材に設定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第一摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第一摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第二摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第二摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接合方法において、
前記金属部材を中空部材としたことを特徴とする接合方法。
【請求項９】
請求項８に記載の接合方法において、
前記中空部材の突合面に凹部を成形し、前記中空部材同士の突合部に前記凹部による隙間を形成することを特徴とする接合方法。
【請求項１】
一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
一対の金属部材同士を突き合わせて形成された突合部に対して摩擦攪拌を行う接合方法であって、
前記突合部に対して前記金属部材の一方の面側から摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第一摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の一方の面側から前記第一摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第一再摩擦攪拌工程と、
前記突合部に対して前記金属部材の他方の面側から摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程で用いた回転ツールと同じ回転ツールを用いて、前記第二摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に対して、前記金属部材の他方の面側から前記第二摩擦攪拌工程よりも深い位置で再度摩擦攪拌を行う第二再摩擦攪拌工程、を含み、
前記第一再摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域同士が重複することを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記第一摩擦攪拌工程及び前記第一再摩擦攪拌工程を連続的に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記第二摩擦攪拌工程及び前記第二再摩擦攪拌工程を連続的に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５】
前記突合部の両端に一対のタブ材を配置して、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を一方のタブ材に設定し、摩擦攪拌の折返し位置を他方のタブ材に設定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第一摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第一摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第二摩擦攪拌工程を行う前に、
前記第二摩擦攪拌工程で用いる回転ツールよりも小型の回転ツールを用いて、前記突合部に対して仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接合方法において、
前記金属部材を中空部材としたことを特徴とする接合方法。
【請求項９】
請求項８に記載の接合方法において、
前記中空部材の突合面に凹部を成形し、前記中空部材同士の突合部に前記凹部による隙間を形成することを特徴とする接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２０８１０１（Ｐ２００９−２０８１０１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２４６４（Ｐ２００８−５２４６４）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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