接合方法
【課題】摩擦攪拌接合において、一対の金属部材の目開きを防止するとともに、金属部材同士の位置決め作業を容易に行うことができる接合方法を提供する。
【解決手段】本体部１０ａ，１０ｂの端面から延設された基端部２２ａ，２２ｂと、この基端部２２ａ，２２ｂの先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部２１ａ，２１ｂとを備え、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続して形成された係合部２０ａ，２０ｂを有する一対の金属部材１ａ，１ｂを接合する接合方法であって、一対の金属部材１ａ，１ｂを係合部２０ａ，２０ｂ同士で係合させる係合工程と、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させて形成された突合部Ｊ１の平面線形に沿って金属部材１ａ，１ｂの表面Ａ側及び裏面Ｂ側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて突合部Ｊ１を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本体部１０ａ，１０ｂの端面から延設された基端部２２ａ，２２ｂと、この基端部２２ａ，２２ｂの先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部２１ａ，２１ｂとを備え、表面Ａから裏面Ｂに亘って連続して形成された係合部２０ａ，２０ｂを有する一対の金属部材１ａ，１ｂを接合する接合方法であって、一対の金属部材１ａ，１ｂを係合部２０ａ，２０ｂ同士で係合させる係合工程と、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させて形成された突合部Ｊ１の平面線形に沿って金属部材１ａ，１ｂの表面Ａ側及び裏面Ｂ側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて突合部Ｊ１を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、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部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで、一対の金属部材の端面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場合は、当該突合部に回転ツールを押し込む際に金属部材同士が目開きを起こさないよう治具で拘束する必要があるが、金属部材の取付け・取外し作業に手間を要する。
【０００４】
この問題を解決するために、一対の金属部材を強固に拘束する治具等が知られているが、装置が大型化するとともに作業が煩雑になるという問題が生じていた。そこで、特許文献１及び特許文献２には、金属部材の端部にフック状の係合部を設けて金属部材同士を係合させ、金属部材同士の目開きを防止する技術が開示されている。これらの従来の接合方法によれば、フック状の係合部を係合させることで治具等を用いなくても金属部材同士の目開きを防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２９６７３号公報
【特許文献２】特許第３９７８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の接合方法は、係合部を金属部材の一方の側面から他方の側面に亘って形成しておき、金属部材の表面（上面）側から摩擦攪拌を行うものである。したがって、係合部同士を係合させた後、金属部材を回転ツールの進行方向に移動させて位置決め作業を行わなければならず、当該位置決め作業が煩雑となるという問題があった。
【０００７】
このような観点から本発明は、摩擦攪拌接合において、一対の金属部材の目開きを防止するとともに、金属部材同士の位置決め作業を容易に行う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】
【０００８】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一対の金属部材を接合する接合方法であって、一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
また、本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一方の金属部材と、本体部の側面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する他方の金属部材とを接合する接合方法であって、一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法は、金属部材に形成された係合部が、金属部材の表面から裏面に亘って形成されており、係合部同士を係合させた後、金属部材の表面又は裏面側から摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌装置の架台の上で、一対の金属部材の係合部同士を係合させるだけで金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記突合部の平面線形に、２以上の屈折点が設けられていることが好ましい。また、前記突合部の平面線形は、Ｚ字状を呈する線形を含むことが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部の平面線形に沿って移動する回転ツールが、屈折点において一旦停止するため、屈折点においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。なお、Ｚ字状とは、Ｚ字を反転させた形状を含む。
【００１２】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、前記係合部同士が突き合わされる突合面を脱脂する脱脂工程を含むことが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、突合面の油や水分を取り除くことができるため、金属部材同士をより密接させることができ、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができる。
【００１４】
また、前記突合部に対して前記金属部材の表面側から前記摩擦攪拌工程を行う第一本接合工程と、前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から前記摩擦攪拌工程を行う第二本接合工程と、を備える接合方法であって、前記第二本接合工程において、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記回転ツールの撹拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。
【００１５】
かかる接合方法によれば、金属部材の表面側に形成される塑性化領域と、裏面側に形成される塑性化領域とを重複させることができるため、接合部の強度をより高めるとともに接合部の気密性及び水密性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合において、一対の金属部材の目開きを防止するとともに、位置決め作業を容易に行うことができるため作業効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について適宜図面を参照して説明する。第一実施形態に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させて形成された突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行うとともに、表面側に形成された表面側塑性化領域Ｗ１と、裏面側に形成された裏面側塑性化領域Ｗ２とを重複させることを特徴とする。
【００１８】
まず、接合する金属部材及び摩擦攪拌に用いる回転ツールについて詳細に説明する。なお、説明における上下左右前後は、図２の矢印に従う。
【００１９】
第一金属部材１ａは、図２の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、直方体を呈する本体部１０ａと、本体部１０ａの端面１１に延設された係合部２０ａとを有する。第二金属部材１ｂは、直方体を呈する本体部１０ｂと、本体部１０ｂの端面１１に延設された係合部２０ｂとを有する。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、同等の形状からなるため、第一金属部材１ａを例に詳細に説明する。
【００２０】
本体部１０ａは、直方体を呈し、その端面１１に係合部２０ａが延設されている。
係合部２０ａは、対になる第二金属部材１ｂの係合部２０ｂと係合し、金属部材同士が前後軸方向に離間しないようにするための部分である。係合部２０ａは、平面視略Ｌ字状を呈し、本体部１０ａの表面１２から裏面１３に亘って連続して形成されている。係合部２０ａの一方の側面２４は、本体部１０ａの一方の側面１４と面一に形成されている。係合部２０ａの端面２５は、一方の側面２４に連続し、側面２４に対して垂直に形成されている。
【００２１】
係合部２０ａの他方の側面（図２の（ａ）の左側の側面）は、３つの面からなり、係合部２０ａの端面２５に連続し、端面２５に対して垂直となる内側面２８と、本体部１０ａの端面１１に連続し、端面１１に対して垂直となる内側面２９と、内側面２８及び内側面２９に連続し、それぞれに対して垂直となる内側面３０とからなる。
ここで、本体部１０ａの端面１１、係合部２０ａの内側面２８，２９，３０及び端面２５は、第二金属部材１ｂと係合した際に、第二金属部材１ｂの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈａ（第二金属部材１ｂ側の突合面を突合面Ｈｂ）ともいう。
【００２２】
係合部２０ａは、本体部１０ａの端面１１から延設された基端部２２ａと、基端部２２ａの先端側に基端部２２ａよりも幅広に形成された先端部２１ａとを有する。先端部２１ａの左右方向の幅（以下、左右幅ともいう）ｑ１は、本体部１０ａの左右幅ｑの約３／４の長さに形成されている。基端部２２ａの左右幅ｑ２は、本体部１０ａの左右幅ｑの約１／４の長さに形成されている。係合部２０ａの内側面２８から本体部１０ａの他方の側面１５までの距離ｑ３は、基端部２２ａの左右幅ｑ２の長さと略同等に形成されている。また、先端部２１ａの前後方向長さ（以下、前後長ともいう）ｒ１と基端部２２ａの前後長ｒ２とは略同等となるように形成されている。
【００２３】
したがって、図２の（ａ）及び（ｂ）の一点鎖線部分に示すように、係合部２０ａに隣接して空間部Ｚａ（第二金属部材１ｂは、空間部Ｚｂ）が形成される。空間部Ｚａは、本体部１０ａ側に形成された幅広の大空間部Ｚａ１と、大空間部Ｚａ１よりも幅狭に形成された小空間部Ｚａ２を有する。即ち、空間部Ｚａには、第二金属部材１ｂの係合部２０ｂが嵌め合わされる。なお、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの寸法は、あくまで例示であって、本発明を限定するものではない。
【００２４】
ここで、図２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの係合部２０ａと第二金属部材１ｂの係合部２０ｂとを係合させると、突合面Ｈａと突合面Ｈｂとが突き合わされて、被接合金属部材１が形成される。被接合金属部材１は、その表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄが面一に形成されるとともに、金属部材同士の突合面Ｈａ，Ｈｂに沿って突合部Ｊ１が形成される。
【００２５】
突合部Ｊ１の平面線形は、平面視略クランク状を呈し、第一側面Ｃから第二側面Ｄに連続して現れる。突合部Ｊ１の平面線形には、屈折点ｓ２乃至ｓ５が形成されている。屈折点ｓ２乃至ｓ５に係る各線分は、直角に交わる。
【００２６】
次に、図３を参照して、小型の回転ツール（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（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２７】
図３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３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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ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。
【００３１】
攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔ（図２の（ｃ）参照）の１／２以上３／４以下となるように設定することが望ましく、より好適には、１．０１≦２ＬＢ／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定することが望ましい。
【００３２】
次に、本実施形態に係る接合方法について具体的に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）第一準備工程、（２）第一本接合工程、（３）第二準備工程、（４）第二本接合工程、を含むものである。
【００３３】
（１）第一準備工程
第一準備工程は、本実施形態では、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを面削する面削工程と、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの突合面を脱脂する脱脂工程と、係合部２０ａと係合部２０ｂとを係合させる係合工程と、本接合工程の開始位置及び終了位置を設定するタブ材を設置するタブ材設置工程と、を含む。
【００３４】
面削工程では、第一金属部材１ａ（第二金属部材１ｂ）を図示せぬ架台に載置し、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。そして、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを係合させる際に突き合わされる突合面Ｈａ，Ｈｂに対してフライス盤等の工具を用いて面削加工を行い表面の凹凸を取り除く。これによって、突合面Ｈａ，Ｈｂの平坦度が向上し、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ同士が密着するようになる。なお、突合面Ｈａ，Ｈｂ以外に、第一タブ材２と第二タブ材３が当接される面にも面削加工を施しておくのが好ましい。
【００３５】
脱脂工程では、面削加工された第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを、図示せぬ脱脂用の処理槽のアルコールやアセトン等の脱脂処理液内に浸けて、部材の各面に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。これによって、突合面Ｈａ，Ｈｂから油等の有機物や水分を取り除くことができるので、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができ、摩擦撹拌の接合性を高めることができる。
【００３６】
係合工程では、図２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの係合部２０ａと第二金属部材１ｂの係合部２０ｂとを図示しない摩擦攪拌装置の架台の上で係合させて、被接合金属部材１を形成する。
【００３７】
タブ材設置工程では、後記する第一本接合工程及び第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧの挿入位置である開始位置及び大型回転ツールＧの離脱位置である終了位置を設定する一対のタブ材を設置する。
タブ材設置工程は、本実施形態では、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１とタブ材とを溶接する溶接工程と、タブ材と被接合金属部材１との突合部に沿って仮接合を行うタブ材仮接合工程とを含む。
【００３８】
タブ材配置工程では、被接合金属部材１の両側面に一対のタブ材を配置する。第一タブ材２及び第二タブ材３は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる突合部Ｊ１を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材２及び第二タブ材３は、それぞれ、被接合金属部材１の寸法と同一の厚さ寸法を備えていて、第一タブ材２及び第二タブ材３の表面及び裏面は被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。第一タブ材２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。
【００３９】
溶接工程では、被接合金属部材１と第一タブ材２及び第二タブ材３とを溶接により接合する。即ち、被接合金属部材１と第一タブ材２とで形成された入り隅部２ａ，２ａ、被接合金属部材１と第二タブ材３とで形成された入り隅部３ａ，３ａを溶接する。
【００４０】
タブ材仮接合工程では、図４の（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第一タブ材２とが突き合わされた突合部Ｊ２及び被接合金属部材１と第二タブ材３とが突き合わされた突合部Ｊ３を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。タブ材仮接合工程は、本実施形態では、被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する第一仮接合工程と、被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する第二仮接合工程とを含む。
【００４１】
第一仮接合工程では、第二タブ材３の任意の位置に設定した開始位置ＳＰ１に右回転させた小型回転ツールＦを押し込み、小型回転ツールＦのショルダ部Ｆ１（図３の（ａ）参照）の下端面Ｆ１１が第二タブ材３に接触したら、突合部Ｊ３に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ３に達したら、突合部Ｊ３に沿って小型回転ツールＦを相対移動させる。そして、所定の距離の摩擦攪拌を行ったら、小型回転ツールＦを第二タブ材３側に移動させて任意の位置に設定した終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。
【００４２】
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。
【００４３】
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が位置するように設定することが望ましい。
【００４４】
小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３により形成された入り隅部３ａ，３ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間の目開きを防止することができる。
【００４５】
第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等の工程を第一タブ材２に対して行う。第二仮接合工程は、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＰ２から終了位置ＥＰ２まで行う。第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等であるため、説明を省略する。なお、タブ材仮接合工程は、必ずしも行う必要はなく、必要に応じて適宜行えばよい。
【００４６】
（２）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に現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材２に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程とを含む。
【００４７】
下穴形成工程では、図３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。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００４８】
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る。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第一タブ材２に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第二タブ材３に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００４９】
なお、前記したタブ材仮接合工程の終了位置ＥＰ２と、第一摩擦攪拌工程の開始位置ＳＭ１とを同じ位置に設定して、小型回転ツールＦの抜き穴を利用して下穴Ｐ１を形成してもよい。これにより、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。
【００５０】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一摩擦攪拌工程では、図５の（ａ）示すように、開始位置ＳＭ１（下穴Ｐ１）に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。即ち、摩擦攪拌工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第二タブ材３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。
【００５１】
第一摩擦攪拌工程をより詳細に説明すると、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２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、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２（始点Ｍ１）を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。なお、塑性化領域とは、大型回転ツールＧの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、大型回転ツールＧが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
【００５２】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１の平面線形上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、始点Ｍ１から屈折点ｓ２まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ２から屈折点ｓ３まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の長手方向に相対移動させる。次に、屈折点ｓ３から屈折点ｓ４まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させる。屈折点ｓ３から屈折点ｓ４までの大型回転ツールＧの進行方向は、始点Ｍ１から屈折点ｓ２までの大型回転ツールＧの進行方向とは逆方向となる。次に、屈折点ｓ４から屈折点ｓ５まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ５から終点Ｍ６まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させる。
【００５３】
突合部Ｊ１の他端（終点Ｍ６）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ３を横切らせ（図５の（ｂ）参照）、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００５４】
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攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。
【００５５】
なお、被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却しながら摩擦攪拌を行うことが望ましい。
【００５６】
第一摩擦攪拌工程を終えたら、被接合金属部材１の表裏を逆にして、再度被接合金属部材１を摩擦攪拌装置に移動不能に拘束する。
【００５７】
（３）第二準備工程
第二準備工程では、具体的な図示はしないが、タブ材仮接合工程を行う。当該タブ材仮接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ２，Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。即ち、当該タブ材仮接合工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを除いては、第一準備工程（図４の（ｂ）参照）と略同等であるため、説明を省略する。
【００５８】
（４）第二本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材２に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程とを含む。
【００５９】
下穴形成工程では、具体的な図示はしないが、第二摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する工程である。第二本接合工程に係る下穴形成工程においては、図６に示すように、第一タブ材２の裏面に設定されたＳＭ２に下穴（図示省略）を形成する。当該下穴形成工程は、第一本接合工程に係る下穴形成工程と略同等である。
【００６０】
第二摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１に対して、大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二摩擦攪拌工程は、前記した第一摩擦攪拌工程と略同等であるため、重複する説明は省略する。
【００６１】
ここで、図６は、図５の（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。第二摩擦攪拌工程によって、被接合金属部材１の裏面Ｂには、裏面側塑性化領域Ｗ２が形成される。第二摩擦攪拌工程では、表面側塑性化領域Ｗ１の深部に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を入り込ませている。これにより、突合部Ｊ１の深さ方向の全体に亘って摩擦攪拌を行うことができるとともに、表面側塑性化領域Ｗ１に形成される可能性のある空洞欠陥を再度、摩擦攪拌することができるため、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。
なお、第二本接合工程に係る摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材１からタブ材を切除する。
【００６２】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの表面から裏面に亘って連続して係合部２０ａ，２０ｂが形成されており、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させた後、被接合金属部材１の表面Ａ又は裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。即ち、図示しない摩擦攪拌装置の架台の上で、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させるだけで金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。
【００６３】
また、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させた場合に、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１の平面線形は、被接合金属部材１の幅方向の長さよりも大きく形成される。これにより、金属部材の端面同士を突き合わせて金属部材の幅方向の長さ分だけ摩擦攪拌する場合に比べて摩擦攪拌の距離を長く確保することができるため、接合部の接合強度を高めることができる。
【００６４】
また、係合部２０ａ，２０ｂは、基端部２２ａよりも幅広に形成された先端部２１ａを備えているため、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させることで、突合部Ｊ１に大型回転ツールＧが入り込んでも金属部材同士の目開きを防止することができる。
【００６５】
また、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部Ｊ１の平面線形に沿って移動する大型回転ツールＧが、屈折点ｓ２乃至ｓ５において一旦停止するため、屈折点ｓ２乃至ｓ５においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点ｓ２乃至ｓ５においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。また、突合部Ｊ１の平面線形には曲線を含んでいないため、比較的容易に摩擦攪拌を行うことができる。
【００６６】
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について図７乃至図１０を用いて説明する。第二実施形態に係る接合方法は、第一金属部材５１ａ及び第二金属部材５１ｂの係合部の形状、及び第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとを平面視Ｌ字状に接合する点で第一実施形態と相違する。なお、第一実施形態と共通する部分については、説明を省略する。
【００６７】
まず、本実施形態に係る第一金属部材５１ａについて説明する。
第一金属部材５１ａは、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、幅広部６６と幅狭部６７を備え、略直方体を呈する本体部６０ａと、幅狭部６７の側面６４（６４ｃ）に延設された係合部７０ａとを有する。
【００６８】
係合部７０ａは、対向する第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂと係合し合い、金属部材同士が離間しないようにするための部分である。係合部７０ａは、平面視台形を呈し、本体部６０ａの表面６２から裏面６３に亘って連続して形成されている。また、係合部７０ａの一方の側面８０は、本体部６０ａの端面６１と面一に形成されている。係合部７０ａの端面７９は、一方の側面８０に連続し、側面８０に対して垂直に形成されている。また、係合部７０ａの他方の側面７８は、端面７９に連続し、端面７９とのなす角度が鋭角となるように形成されている。
【００６９】
係合部７０ａは、幅狭に形成された基端部７１と、基端部７１よりも幅広に形成された先端部７２とを有する。即ち、係合部７０ｂの平面視台形のうち、短辺側が基端部７１となり、長辺側が先端部７２となる。
【００７０】
第一金属部材５１ａには、本体部６０ａの幅広部６６と係合部７０ａとの間に空間部Ｚａが形成される。空間部Ｚａは、係合部７０ａの側面７８と、本体部６０ａの一方の側面６４ｃと、側面６４ｃに対して直角となる側面６４ｂとからなる。空間部Ｚａは、直角を含んだ平面視台形を呈し、短辺側が本体部６０ａの一方の側面６４ａに開口するように形成されている。空間部Ｚａは、第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされる部分である。なお、本体部６０ａの端面６１から側面６４ｂまでの距離ｐ３は、第二金属部材５１ｂの幅ｐ４と同等に形成されている。
【００７１】
なお、係合部７０ａの端面７９と、側面７８、本体部の側面６４ｃ及び側面６４ｂは、第二金属部材５１ｂと係合した際に、第二金属部材５１ｂの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈｃ（図８の（ｂ）参照）ともいう。
【００７２】
第二金属部材５１ｂは、略長方体を呈する本体部８０ｂと、本体部８０ｂの端面８１に延設された係合部９０ｂとを有する。
係合部９０ｂは、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに嵌め合わされる部分である。係合部９０ｂは、平面視台形を呈し本体部８０ｂの表面８２から裏面８３に亘って連続して形成されている。係合部９０ｂの一方の側面９１は、本体部８０ｂの一方の側面８５に連続して形成されている。係合部９０ｂの端面９２は、一方の側面９１に連続し、側面９１に対して垂直に形成されている。また、係合部９０ｂの他方の側面９３は、端面９２に連続し、端面９２とのなす角度が鋭角となるように形成されている。
【００７３】
係合部９０ｂは、幅狭に形成された基端部９６と、基端部９６よりも幅広に形成された先端部９５とを有する。即ち、係合部９０ｂの平面視台形のうち、短辺側が基端部９６となり、長辺側が先端部９５となる。基端部９６から先端部９５までの距離ｐ６は、係合部７０ａの基端部７１から先端部７２までの距離ｐ５と同等に形成されている。
【００７４】
したがって、図８の（ａ）の一点鎖線で示すように、本体部８０ｂの他方の側面８４側には、平面視台形の空間部Ｚｂが形成されている。空間部Ｚｂは、第二金属部材５１ｂの係合部７０ａが嵌め合わされる部分であって、長辺側が本体部８０ｂ側に、短辺側が第一金属部材５１ａと対向するように形成されている。
【００７５】
なお、係合部９０ｂの一方の側面９１と、端面９２と、他方の側面９３及び本体部８０ｂの端面８１は、第一金属部材５１ａと係合した際に、第一金属部材５１ａの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈｄともいう。即ち、図８の（ｂ）に示すように、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとを係合させると、突合面Ｈｃ及び突合面Ｈｄとが突き合わされて突合部Ｊ１０が形成される。
【００７６】
次に、本実施形態に係る接合方法について具体的に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）第一準備工程、（２）第一本接合工程、（３）第二本接合工程、を含むものである。
【００７７】
（１）第一準備工程
第一準備工程は、本実施形態では、第一金属部材５１ａ及び第二金属部材５１ｂを面削する面削工程と、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂの突合面を脱脂する脱脂工程と、係合部７０ａ及び係合部９０ｂを係合させる係合工程と、本接合工程の開始位置及び終了位置を設定するタブ材を設置するタブ材設置工程と、を含む。
なお、面削工程及び脱脂工程は、突合面Ｈｃ，Ｈｄに対して行うことを除いては第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。
【００７８】
係合工程では、図８の（ｂ）及び図９に示すように、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに、上方又は下方から第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂを係合させて被接合金属部材５１を形成する。なお、被接合金属部材５１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００７９】
タブ材設置工程では、第一本接合工程及び第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧの挿入位置である開始位置及び大型回転ツールＧの離脱位置である終了位置を設定する一対のタブ材を設置する。
タブ材設置工程は、本実施形態では、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材５１とタブ材とを溶接する溶接工程と、を含む。
【００８０】
タブ材配置工程では、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。第一タブ材４及び第二タブ材５は、図９に示すように、突合部Ｊ１０を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる突合部Ｊ１０を覆うことができる寸法・形状を備えている。第二タブ材５は、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ，Ｃに当接するように配置されている。第一タブ材４及び第二タブ材５は、それぞれ、被接合金属部材５１の寸法と同一の厚さ寸法を備えていて、第一タブ材４及び第二タブ材５の表面及び裏面は被接合金属部材５１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。第一タブ材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５１と同一組成の金属材料で形成している。
【００８１】
溶接工程では、被接合金属部材５１と第一タブ材４及び第二タブ材５とを溶接により接合する。即ち、被接合金属部材５１と第一タブ材４とで形成された入り隅部４ａ，４ａ、被接合金属部材５１と第二タブ材５とで形成された入り隅部５ａ，５ａを溶接する。
【００８２】
（２）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材４に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程とを含む。下穴形成工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。
【００８３】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材５１の表面Ａ側に現れる突合部Ｊ１０を接合する工程である。本実施形態に係る第一摩擦攪拌工程では、大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。
【００８４】
第一摩擦攪拌工程では、図１０の（ａ）示すように、開始位置ＳＭ３（下穴）に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ３まで移動させる。即ち、摩擦攪拌工程では、下穴から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第一タブ材４に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ３を設け、第二タブ材５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。
【００８５】
第一摩擦攪拌工程をより詳細に説明すると、下穴（開始位置ＳＭ３）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材４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４の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材５１の突合部Ｊ１０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Ｊ４（始点Ｍ１）を横切らせて突合部Ｊ１０に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１０」という。）が形成される。なお、塑性化領域とは、大型回転ツールＧの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、大型回転ツールＧが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
【００８６】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０の平面線形上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１０の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、始点Ｍ１から屈折点ｓ２まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ２から屈折点ｓ３まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの端面６１に向けて相対移動させる。次に、屈折点ｓ３から屈折点ｓ４まで第一金属部材５１ａの長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ４から終点Ｍ５まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの幅方向に相対移動させる。
【００８７】
突合部Ｊ１０の他端（終点Ｍ５）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ５（図１０の（ｂ）参照）を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ３に向けて相対移動させる。
【００８８】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ３に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ３から離脱させる。
【００８９】
被接合金属部材５１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しながら摩擦攪拌を行うことが望ましい。
【００９０】
第一摩擦攪拌工程を終えたら、被接合金属部材５１の表裏を逆にして、再度被接合金属部材５１を摩擦攪拌装置に移動不能に拘束する。
【００９１】
（３）第二本接合工程
第二本接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材５１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１０に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材４に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程とを含む。
【００９２】
下穴形成工程及び第二摩擦攪拌工程は、被接合金属部材５１の裏面Ｂに行うことを除いては、前記した下穴形成工程及び第一摩擦攪拌工程と略同等であるため、説明を省略する。第二摩擦攪拌工程によって、被接合金属部材５１の裏面Ｂには、裏面側塑性化領域Ｗ１１（図７参照）が形成される。
なお、第二本接合工程に係る摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材５１からタブ材を切除する。
【００９３】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされることにより、係合部７０ａと係合部９０ｂが係合して金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。また、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされることにより、突合部Ｊ１０に大型回転ツールＧが入り込んでも金属部材同士の目開きを防止することができる。
【００９４】
また、係合部７０ａと係合部９０ｂとを係合させた場合に、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０の平面線形は、被接合金属部材５１の幅方向の長さよりも大きく形成される。これにより、突合部Ｊ１０に沿って摩擦攪拌を行うことにより、一方の金属部材の端面と、他方の金属部材の側面を突き合わせて一方の金属部材の幅方向の長さ分だけ摩擦攪拌する場合に比べて、接合部の接合強度を高めることができる。
【００９５】
また、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部Ｊ１０の平面線形に沿って移動する大型回転ツールＧが、屈折点ｓ２乃至ｓ４において一旦停止するため、屈折点ｓ２乃至ｓ４においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点ｓ２乃至ｓ４においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。また、突合部Ｊ１０の平面線形には曲線を含んでいないため、比較的容易に摩擦攪拌を行うことができる。
【００９６】
ここで、第一金属部材と第二金属部材に形成される係合部の形状は、前記した形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。以下に、係合部の変形例について示す。
【００９７】
[第一変形例]
図１１は、第一変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第一変形例に係る第一金属部材１００ａ及び第二金属部材１００ｂは、略同等の形状を呈する。第一金属部材１００ａは、直方体を呈する本体部１１０ａと、本体部１１０ａの端面１１１ａに延設された係合部１２０ａを有する。係合部１２０ａは、平面視台形を呈し係合部１２０ａの一方の側面１２１ａと、本体部１１０ａの一方の側面１１２ａとが面一に形成されている。また、係合部１２０ａは、短辺側を基端部１３０ａとし、長辺側を先端部１４０ａとして、第二金属部材１００ｂに対向するように形成されている。第二金属部材１００ｂについては説明を省略する。
【００９８】
図１１の（ｂ）に示すように、第一金属部材１００ａと、第二金属部材１００ｂとを係合させると突合部Ｊ１００が形成される。突合部Ｊ１００の平面線形は、平面視Ｚ字状を呈し、屈折点ｓ１，ｓ２を備えている。このように、係合部１２０ａと、係合部１２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
なお、本実施形態では、Ｚ字状とは、図１１の（ｂ）に示す平面線形を半転させた線形も含む。また、突合部の全体がＺ字状でなくとも、図８の（ｂ）の突合部Ｊ１０のように一部がＺ字状となる場合も含む。
【００９９】
[第二変形例]
図１２は、第二変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第二変形例に係る第一金属部材２００ａは、本体部２１０ａの端面２１１ａに一対の係合部２２０ａ，２２０ａを備えている。係合部２２０ａは、第一金属部材２００ａの長手方向の中心線を挟んで線対称に形成されており、端面２１１ａに延設された基端部２３０ａと、基端部２３０ａよりも幅広に形成されて先端部２４０ａとを有する。これにより、第一金属部材２００ａには、平面視Ｔ字状を呈し上下方向（図１２の紙面垂直方向）に連通する空間部Ｚａが形成される。
【０１００】
一方、第二金属部材２００ｂは、本体部２１０ｂの端面２１１ｂの中央に延設された係合部２２０ｂを有する。係合部２２０ｂは、平面視Ｔ字状を呈し、端面２１１ｂに延設された基端部２３０ｂと、基端部２３０ｂよりも幅広に形成された先端部２４０ｂとを有する。係合部２２０ｂは、第一金属部材２００ａの空間部Ｚａと略同等の形状となるように形成されている。
【０１０１】
図１２の（ｂ）に示すように、第一金属部材２００ａの空間部Ｚａの上方又は下方から、第二金属部材２００ｂを嵌め合わせると、係合部２２０ａと係合部２２０ｂとが係合し、係合部２２０ａ及び係合部２２０ｂの形状に沿って突合部Ｊ２００が形成される。突合部Ｊ２００の平面線形には、直角となる屈折点ｓ１乃至ｓ８が形成される。このように、係合部２２０ａと、係合部２２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
【０１０２】
[第三変形例]
図１３は、第三変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第三変形例に係る第一金属部材３００ａは、本体部３１０ａの端面３１１ａに一対の係合部３２０ａ，３２０ａを備えている。係合部３２０ａは、第一金属部材２００ａの長手方向の中心線を挟んで線対称に形成されており、端面３１１ａに延設された基端部３３０ａと、基端部３３０ａよりも幅広に形成された先端部３４０ａとを有する。これにより、第一金属部材３００ａには、平面視等脚台形を呈し上下方向（図１３の紙面垂直方向）に連通する空間部Ｚａが形成される。
【０１０３】
一方、第二金属部材３００ｂは、本体部３１０ｂの端面３１１ｂの中央に延設された係合部３２０ｂを有する。係合部３２０ｂは、平面視等脚台形を呈し、端面３１１ｂに延設された基端部３３０ｂと、基端部３３０ｂよりも幅広に形成された先端部３４０ｂとを有する。係合部３２０ｂは、第一金属部材３００ａの空間部Ｚａと略同等の形状となるように形成されている。
【０１０４】
図１３の（ｂ）に示すように、第一金属部材３００ａの空間部Ｚａの上方又は下方から、第二金属部材３００ｂを嵌め合わせると、係合部３２０ａと係合部３２０ｂとが係合し、係合部３２０ａと係合部３２０ｂの形状に沿って突合部Ｊ３００が形成される。突合部Ｊ３００の平面線形には、鋭角となる屈折点ｓ１乃至屈折点ｓ４が形成される。このように、係合部３２０ａと、係合部３２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
【０１０５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にはいて適宜変更が可能である。例えば、接合する金属部材が肉厚となる場合には、第一本接合工程及び第二本接合工程を行った後に、金属部材の側面側から摩擦攪拌を行ってもよい。また、第一本接合工程と第二本接合工程で回転ツールの大きさを変更してもよい。また、突合部の平面線形に曲線を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る金属部材を示した図であって、（ａ）は、係合前の斜視図、（ｂ）は、係合後の平面図、（ｃ）は、（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】回転ツールを説明するための側面図であって、（ａ）は、小型回転ツール、（ｂ）は、大型回転ツールを示す。
【図４】（ａ）は、第一実施形態に係るタブ材設置工程を示した斜視図、（ｂ）は、第一実施形態に係るタブ材仮接合工程を示した平面図である。
【図５】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図６】図５の（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る被接合金属部材を示した斜視図である。
【図８】第二実施形態に係る金属部材を示した図であって、（ａ）は、係合前の状態を示した斜視図、（ｂ）は、係合後の状態を示した平面図である。
【図９】第二実施形態に係るタブ材設置工程を示した斜視図である。
【図１０】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図１１】第一変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【図１２】第二変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【図１３】第三変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
２０ａ 係合部
２０ｂ 係合部
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｈａ 突合面
Ｈｂ 突合面
Ｊ１ 突合部
Ｗ 塑性化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで、一対の金属部材の端面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場合は、当該突合部に回転ツールを押し込む際に金属部材同士が目開きを起こさないよう治具で拘束する必要があるが、金属部材の取付け・取外し作業に手間を要する。
【０００４】
この問題を解決するために、一対の金属部材を強固に拘束する治具等が知られているが、装置が大型化するとともに作業が煩雑になるという問題が生じていた。そこで、特許文献１及び特許文献２には、金属部材の端部にフック状の係合部を設けて金属部材同士を係合させ、金属部材同士の目開きを防止する技術が開示されている。これらの従来の接合方法によれば、フック状の係合部を係合させることで治具等を用いなくても金属部材同士の目開きを防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２９６７３号公報
【特許文献２】特許第３９７８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の接合方法は、係合部を金属部材の一方の側面から他方の側面に亘って形成しておき、金属部材の表面（上面）側から摩擦攪拌を行うものである。したがって、係合部同士を係合させた後、金属部材を回転ツールの進行方向に移動させて位置決め作業を行わなければならず、当該位置決め作業が煩雑となるという問題があった。
【０００７】
このような観点から本発明は、摩擦攪拌接合において、一対の金属部材の目開きを防止するとともに、金属部材同士の位置決め作業を容易に行う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】
【０００８】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一対の金属部材を接合する接合方法であって、一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
また、本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一方の金属部材と、本体部の側面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する他方の金属部材とを接合する接合方法であって、一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法は、金属部材に形成された係合部が、金属部材の表面から裏面に亘って形成されており、係合部同士を係合させた後、金属部材の表面又は裏面側から摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌装置の架台の上で、一対の金属部材の係合部同士を係合させるだけで金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。
【００１０】
また、前記突合部の平面線形に、２以上の屈折点が設けられていることが好ましい。また、前記突合部の平面線形は、Ｚ字状を呈する線形を含むことが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部の平面線形に沿って移動する回転ツールが、屈折点において一旦停止するため、屈折点においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。なお、Ｚ字状とは、Ｚ字を反転させた形状を含む。
【００１２】
また、前記摩擦攪拌工程の前に、前記係合部同士が突き合わされる突合面を脱脂する脱脂工程を含むことが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、突合面の油や水分を取り除くことができるため、金属部材同士をより密接させることができ、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができる。
【００１４】
また、前記突合部に対して前記金属部材の表面側から前記摩擦攪拌工程を行う第一本接合工程と、前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から前記摩擦攪拌工程を行う第二本接合工程と、を備える接合方法であって、前記第二本接合工程において、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記回転ツールの撹拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。
【００１５】
かかる接合方法によれば、金属部材の表面側に形成される塑性化領域と、裏面側に形成される塑性化領域とを重複させることができるため、接合部の強度をより高めるとともに接合部の気密性及び水密性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合において、一対の金属部材の目開きを防止するとともに、位置決め作業を容易に行うことができるため作業効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について適宜図面を参照して説明する。第一実施形態に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させて形成された突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行うとともに、表面側に形成された表面側塑性化領域Ｗ１と、裏面側に形成された裏面側塑性化領域Ｗ２とを重複させることを特徴とする。
【００１８】
まず、接合する金属部材及び摩擦攪拌に用いる回転ツールについて詳細に説明する。なお、説明における上下左右前後は、図２の矢印に従う。
【００１９】
第一金属部材１ａは、図２の（ａ）乃至（ｃ）に示すように、直方体を呈する本体部１０ａと、本体部１０ａの端面１１に延設された係合部２０ａとを有する。第二金属部材１ｂは、直方体を呈する本体部１０ｂと、本体部１０ｂの端面１１に延設された係合部２０ｂとを有する。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、同等の形状からなるため、第一金属部材１ａを例に詳細に説明する。
【００２０】
本体部１０ａは、直方体を呈し、その端面１１に係合部２０ａが延設されている。
係合部２０ａは、対になる第二金属部材１ｂの係合部２０ｂと係合し、金属部材同士が前後軸方向に離間しないようにするための部分である。係合部２０ａは、平面視略Ｌ字状を呈し、本体部１０ａの表面１２から裏面１３に亘って連続して形成されている。係合部２０ａの一方の側面２４は、本体部１０ａの一方の側面１４と面一に形成されている。係合部２０ａの端面２５は、一方の側面２４に連続し、側面２４に対して垂直に形成されている。
【００２１】
係合部２０ａの他方の側面（図２の（ａ）の左側の側面）は、３つの面からなり、係合部２０ａの端面２５に連続し、端面２５に対して垂直となる内側面２８と、本体部１０ａの端面１１に連続し、端面１１に対して垂直となる内側面２９と、内側面２８及び内側面２９に連続し、それぞれに対して垂直となる内側面３０とからなる。
ここで、本体部１０ａの端面１１、係合部２０ａの内側面２８，２９，３０及び端面２５は、第二金属部材１ｂと係合した際に、第二金属部材１ｂの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈａ（第二金属部材１ｂ側の突合面を突合面Ｈｂ）ともいう。
【００２２】
係合部２０ａは、本体部１０ａの端面１１から延設された基端部２２ａと、基端部２２ａの先端側に基端部２２ａよりも幅広に形成された先端部２１ａとを有する。先端部２１ａの左右方向の幅（以下、左右幅ともいう）ｑ１は、本体部１０ａの左右幅ｑの約３／４の長さに形成されている。基端部２２ａの左右幅ｑ２は、本体部１０ａの左右幅ｑの約１／４の長さに形成されている。係合部２０ａの内側面２８から本体部１０ａの他方の側面１５までの距離ｑ３は、基端部２２ａの左右幅ｑ２の長さと略同等に形成されている。また、先端部２１ａの前後方向長さ（以下、前後長ともいう）ｒ１と基端部２２ａの前後長ｒ２とは略同等となるように形成されている。
【００２３】
したがって、図２の（ａ）及び（ｂ）の一点鎖線部分に示すように、係合部２０ａに隣接して空間部Ｚａ（第二金属部材１ｂは、空間部Ｚｂ）が形成される。空間部Ｚａは、本体部１０ａ側に形成された幅広の大空間部Ｚａ１と、大空間部Ｚａ１よりも幅狭に形成された小空間部Ｚａ２を有する。即ち、空間部Ｚａには、第二金属部材１ｂの係合部２０ｂが嵌め合わされる。なお、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの寸法は、あくまで例示であって、本発明を限定するものではない。
【００２４】
ここで、図２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの係合部２０ａと第二金属部材１ｂの係合部２０ｂとを係合させると、突合面Ｈａと突合面Ｈｂとが突き合わされて、被接合金属部材１が形成される。被接合金属部材１は、その表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄが面一に形成されるとともに、金属部材同士の突合面Ｈａ，Ｈｂに沿って突合部Ｊ１が形成される。
【００２５】
突合部Ｊ１の平面線形は、平面視略クランク状を呈し、第一側面Ｃから第二側面Ｄに連続して現れる。突合部Ｊ１の平面線形には、屈折点ｓ２乃至ｓ５が形成されている。屈折点ｓ２乃至ｓ５に係る各線分は、直角に交わる。
【００２６】
次に、図３を参照して、小型の回転ツール（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（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２７】
図３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３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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ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。
【００３１】
攪拌ピンＧ２の長さＬＢは、突合部Ｊ１における被接合金属部材１の肉厚ｔ（図２の（ｃ）参照）の１／２以上３／４以下となるように設定することが望ましく、より好適には、１．０１≦２ＬＢ／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定することが望ましい。
【００３２】
次に、本実施形態に係る接合方法について具体的に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）第一準備工程、（２）第一本接合工程、（３）第二準備工程、（４）第二本接合工程、を含むものである。
【００３３】
（１）第一準備工程
第一準備工程は、本実施形態では、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを面削する面削工程と、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの突合面を脱脂する脱脂工程と、係合部２０ａと係合部２０ｂとを係合させる係合工程と、本接合工程の開始位置及び終了位置を設定するタブ材を設置するタブ材設置工程と、を含む。
【００３４】
面削工程では、第一金属部材１ａ（第二金属部材１ｂ）を図示せぬ架台に載置し、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。そして、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを係合させる際に突き合わされる突合面Ｈａ，Ｈｂに対してフライス盤等の工具を用いて面削加工を行い表面の凹凸を取り除く。これによって、突合面Ｈａ，Ｈｂの平坦度が向上し、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ同士が密着するようになる。なお、突合面Ｈａ，Ｈｂ以外に、第一タブ材２と第二タブ材３が当接される面にも面削加工を施しておくのが好ましい。
【００３５】
脱脂工程では、面削加工された第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを、図示せぬ脱脂用の処理槽のアルコールやアセトン等の脱脂処理液内に浸けて、部材の各面に付着した加工油等の油脂分や汚れを取り除く。これによって、突合面Ｈａ，Ｈｂから油等の有機物や水分を取り除くことができるので、塑性化領域に有機物の残渣や分解ガスが混入するのを防止することができ、摩擦撹拌の接合性を高めることができる。
【００３６】
係合工程では、図２の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａの係合部２０ａと第二金属部材１ｂの係合部２０ｂとを図示しない摩擦攪拌装置の架台の上で係合させて、被接合金属部材１を形成する。
【００３７】
タブ材設置工程では、後記する第一本接合工程及び第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧの挿入位置である開始位置及び大型回転ツールＧの離脱位置である終了位置を設定する一対のタブ材を設置する。
タブ材設置工程は、本実施形態では、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材１とタブ材とを溶接する溶接工程と、タブ材と被接合金属部材１との突合部に沿って仮接合を行うタブ材仮接合工程とを含む。
【００３８】
タブ材配置工程では、被接合金属部材１の両側面に一対のタブ材を配置する。第一タブ材２及び第二タブ材３は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる突合部Ｊ１を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材２及び第二タブ材３は、それぞれ、被接合金属部材１の寸法と同一の厚さ寸法を備えていて、第一タブ材２及び第二タブ材３の表面及び裏面は被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。第一タブ材２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。
【００３９】
溶接工程では、被接合金属部材１と第一タブ材２及び第二タブ材３とを溶接により接合する。即ち、被接合金属部材１と第一タブ材２とで形成された入り隅部２ａ，２ａ、被接合金属部材１と第二タブ材３とで形成された入り隅部３ａ，３ａを溶接する。
【００４０】
タブ材仮接合工程では、図４の（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第一タブ材２とが突き合わされた突合部Ｊ２及び被接合金属部材１と第二タブ材３とが突き合わされた突合部Ｊ３を小型回転ツールＦを用いて仮接合する。タブ材仮接合工程は、本実施形態では、被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する第一仮接合工程と、被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する第二仮接合工程とを含む。
【００４１】
第一仮接合工程では、第二タブ材３の任意の位置に設定した開始位置ＳＰ１に右回転させた小型回転ツールＦを押し込み、小型回転ツールＦのショルダ部Ｆ１（図３の（ａ）参照）の下端面Ｆ１１が第二タブ材３に接触したら、突合部Ｊ３に向かって小型回転ツールＦを相対移動させる。小型回転ツールＦが突合部Ｊ３に達したら、突合部Ｊ３に沿って小型回転ツールＦを相対移動させる。そして、所定の距離の摩擦攪拌を行ったら、小型回転ツールＦを第二タブ材３側に移動させて任意の位置に設定した終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。
【００４２】
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。
【００４３】
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が位置するように設定することが望ましい。
【００４４】
小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３により形成された入り隅部３ａ，３ａを溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間の目開きを防止することができる。
【００４５】
第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等の工程を第一タブ材２に対して行う。第二仮接合工程は、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＰ２から終了位置ＥＰ２まで行う。第二仮接合工程は、第一仮接合工程と略同等であるため、説明を省略する。なお、タブ材仮接合工程は、必ずしも行う必要はなく、必要に応じて適宜行えばよい。
【００４６】
（２）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に現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材２に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程とを含む。
【００４７】
下穴形成工程では、図３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。本実施形態に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００４８】
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る。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第一タブ材２に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第二タブ材３に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００４９】
なお、前記したタブ材仮接合工程の終了位置ＥＰ２と、第一摩擦攪拌工程の開始位置ＳＭ１とを同じ位置に設定して、小型回転ツールＦの抜き穴を利用して下穴Ｐ１を形成してもよい。これにより、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。
【００５０】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一摩擦攪拌工程では、図５の（ａ）示すように、開始位置ＳＭ１（下穴Ｐ１）に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。即ち、摩擦攪拌工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第二タブ材３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。
【００５１】
第一摩擦攪拌工程をより詳細に説明すると、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２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、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２（始点Ｍ１）を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。なお、塑性化領域とは、大型回転ツールＧの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、大型回転ツールＧが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
【００５２】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１の平面線形上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、始点Ｍ１から屈折点ｓ２まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ２から屈折点ｓ３まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の長手方向に相対移動させる。次に、屈折点ｓ３から屈折点ｓ４まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させる。屈折点ｓ３から屈折点ｓ４までの大型回転ツールＧの進行方向は、始点Ｍ１から屈折点ｓ２までの大型回転ツールＧの進行方向とは逆方向となる。次に、屈折点ｓ４から屈折点ｓ５まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ５から終点Ｍ６まで大型回転ツールＧを被接合金属部材１の幅方向に相対移動させる。
【００５３】
突合部Ｊ１の他端（終点Ｍ６）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ３を横切らせ（図５の（ｂ）参照）、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００５４】
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攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。
【００５５】
なお、被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却しながら摩擦攪拌を行うことが望ましい。
【００５６】
第一摩擦攪拌工程を終えたら、被接合金属部材１の表裏を逆にして、再度被接合金属部材１を摩擦攪拌装置に移動不能に拘束する。
【００５７】
（３）第二準備工程
第二準備工程では、具体的な図示はしないが、タブ材仮接合工程を行う。当該タブ材仮接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂ側から小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ２，Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。即ち、当該タブ材仮接合工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂから摩擦攪拌を行うことを除いては、第一準備工程（図４の（ｂ）参照）と略同等であるため、説明を省略する。
【００５８】
（４）第二本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材２に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程とを含む。
【００５９】
下穴形成工程では、具体的な図示はしないが、第二摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する工程である。第二本接合工程に係る下穴形成工程においては、図６に示すように、第一タブ材２の裏面に設定されたＳＭ２に下穴（図示省略）を形成する。当該下穴形成工程は、第一本接合工程に係る下穴形成工程と略同等である。
【００６０】
第二摩擦攪拌工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１に対して、大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二摩擦攪拌工程は、前記した第一摩擦攪拌工程と略同等であるため、重複する説明は省略する。
【００６１】
ここで、図６は、図５の（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。第二摩擦攪拌工程によって、被接合金属部材１の裏面Ｂには、裏面側塑性化領域Ｗ２が形成される。第二摩擦攪拌工程では、表面側塑性化領域Ｗ１の深部に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を入り込ませている。これにより、突合部Ｊ１の深さ方向の全体に亘って摩擦攪拌を行うことができるとともに、表面側塑性化領域Ｗ１に形成される可能性のある空洞欠陥を再度、摩擦攪拌することができるため、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。
なお、第二本接合工程に係る摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材１からタブ材を切除する。
【００６２】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの表面から裏面に亘って連続して係合部２０ａ，２０ｂが形成されており、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させた後、被接合金属部材１の表面Ａ又は裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う。即ち、図示しない摩擦攪拌装置の架台の上で、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させるだけで金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。
【００６３】
また、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させた場合に、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１の平面線形は、被接合金属部材１の幅方向の長さよりも大きく形成される。これにより、金属部材の端面同士を突き合わせて金属部材の幅方向の長さ分だけ摩擦攪拌する場合に比べて摩擦攪拌の距離を長く確保することができるため、接合部の接合強度を高めることができる。
【００６４】
また、係合部２０ａ，２０ｂは、基端部２２ａよりも幅広に形成された先端部２１ａを備えているため、係合部２０ａ，２０ｂ同士を係合させることで、突合部Ｊ１に大型回転ツールＧが入り込んでも金属部材同士の目開きを防止することができる。
【００６５】
また、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部Ｊ１の平面線形に沿って移動する大型回転ツールＧが、屈折点ｓ２乃至ｓ５において一旦停止するため、屈折点ｓ２乃至ｓ５においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点ｓ２乃至ｓ５においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。また、突合部Ｊ１の平面線形には曲線を含んでいないため、比較的容易に摩擦攪拌を行うことができる。
【００６６】
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について図７乃至図１０を用いて説明する。第二実施形態に係る接合方法は、第一金属部材５１ａ及び第二金属部材５１ｂの係合部の形状、及び第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとを平面視Ｌ字状に接合する点で第一実施形態と相違する。なお、第一実施形態と共通する部分については、説明を省略する。
【００６７】
まず、本実施形態に係る第一金属部材５１ａについて説明する。
第一金属部材５１ａは、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、幅広部６６と幅狭部６７を備え、略直方体を呈する本体部６０ａと、幅狭部６７の側面６４（６４ｃ）に延設された係合部７０ａとを有する。
【００６８】
係合部７０ａは、対向する第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂと係合し合い、金属部材同士が離間しないようにするための部分である。係合部７０ａは、平面視台形を呈し、本体部６０ａの表面６２から裏面６３に亘って連続して形成されている。また、係合部７０ａの一方の側面８０は、本体部６０ａの端面６１と面一に形成されている。係合部７０ａの端面７９は、一方の側面８０に連続し、側面８０に対して垂直に形成されている。また、係合部７０ａの他方の側面７８は、端面７９に連続し、端面７９とのなす角度が鋭角となるように形成されている。
【００６９】
係合部７０ａは、幅狭に形成された基端部７１と、基端部７１よりも幅広に形成された先端部７２とを有する。即ち、係合部７０ｂの平面視台形のうち、短辺側が基端部７１となり、長辺側が先端部７２となる。
【００７０】
第一金属部材５１ａには、本体部６０ａの幅広部６６と係合部７０ａとの間に空間部Ｚａが形成される。空間部Ｚａは、係合部７０ａの側面７８と、本体部６０ａの一方の側面６４ｃと、側面６４ｃに対して直角となる側面６４ｂとからなる。空間部Ｚａは、直角を含んだ平面視台形を呈し、短辺側が本体部６０ａの一方の側面６４ａに開口するように形成されている。空間部Ｚａは、第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされる部分である。なお、本体部６０ａの端面６１から側面６４ｂまでの距離ｐ３は、第二金属部材５１ｂの幅ｐ４と同等に形成されている。
【００７１】
なお、係合部７０ａの端面７９と、側面７８、本体部の側面６４ｃ及び側面６４ｂは、第二金属部材５１ｂと係合した際に、第二金属部材５１ｂの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈｃ（図８の（ｂ）参照）ともいう。
【００７２】
第二金属部材５１ｂは、略長方体を呈する本体部８０ｂと、本体部８０ｂの端面８１に延設された係合部９０ｂとを有する。
係合部９０ｂは、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに嵌め合わされる部分である。係合部９０ｂは、平面視台形を呈し本体部８０ｂの表面８２から裏面８３に亘って連続して形成されている。係合部９０ｂの一方の側面９１は、本体部８０ｂの一方の側面８５に連続して形成されている。係合部９０ｂの端面９２は、一方の側面９１に連続し、側面９１に対して垂直に形成されている。また、係合部９０ｂの他方の側面９３は、端面９２に連続し、端面９２とのなす角度が鋭角となるように形成されている。
【００７３】
係合部９０ｂは、幅狭に形成された基端部９６と、基端部９６よりも幅広に形成された先端部９５とを有する。即ち、係合部９０ｂの平面視台形のうち、短辺側が基端部９６となり、長辺側が先端部９５となる。基端部９６から先端部９５までの距離ｐ６は、係合部７０ａの基端部７１から先端部７２までの距離ｐ５と同等に形成されている。
【００７４】
したがって、図８の（ａ）の一点鎖線で示すように、本体部８０ｂの他方の側面８４側には、平面視台形の空間部Ｚｂが形成されている。空間部Ｚｂは、第二金属部材５１ｂの係合部７０ａが嵌め合わされる部分であって、長辺側が本体部８０ｂ側に、短辺側が第一金属部材５１ａと対向するように形成されている。
【００７５】
なお、係合部９０ｂの一方の側面９１と、端面９２と、他方の側面９３及び本体部８０ｂの端面８１は、第一金属部材５１ａと係合した際に、第一金属部材５１ａの各面と対向（接触）する面であり、以下単に突合面Ｈｄともいう。即ち、図８の（ｂ）に示すように、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとを係合させると、突合面Ｈｃ及び突合面Ｈｄとが突き合わされて突合部Ｊ１０が形成される。
【００７６】
次に、本実施形態に係る接合方法について具体的に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）第一準備工程、（２）第一本接合工程、（３）第二本接合工程、を含むものである。
【００７７】
（１）第一準備工程
第一準備工程は、本実施形態では、第一金属部材５１ａ及び第二金属部材５１ｂを面削する面削工程と、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂの突合面を脱脂する脱脂工程と、係合部７０ａ及び係合部９０ｂを係合させる係合工程と、本接合工程の開始位置及び終了位置を設定するタブ材を設置するタブ材設置工程と、を含む。
なお、面削工程及び脱脂工程は、突合面Ｈｃ，Ｈｄに対して行うことを除いては第一実施形態と同等であるため、説明を省略する。
【００７８】
係合工程では、図８の（ｂ）及び図９に示すように、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに、上方又は下方から第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂを係合させて被接合金属部材５１を形成する。なお、被接合金属部材５１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。
【００７９】
タブ材設置工程では、第一本接合工程及び第二本接合工程で用いる大型回転ツールＧの挿入位置である開始位置及び大型回転ツールＧの離脱位置である終了位置を設定する一対のタブ材を設置する。
タブ材設置工程は、本実施形態では、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに沿ってタブ材を配置するタブ材配置工程と、被接合金属部材５１とタブ材とを溶接する溶接工程と、を含む。
【００８０】
タブ材配置工程では、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに一対のタブ材を配置する。第一タブ材４及び第二タブ材５は、図９に示すように、突合部Ｊ１０を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる突合部Ｊ１０を覆うことができる寸法・形状を備えている。第二タブ材５は、被接合金属部材５１の第一側面Ｃ，Ｃに当接するように配置されている。第一タブ材４及び第二タブ材５は、それぞれ、被接合金属部材５１の寸法と同一の厚さ寸法を備えていて、第一タブ材４及び第二タブ材５の表面及び裏面は被接合金属部材５１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。第一タブ材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５１と同一組成の金属材料で形成している。
【００８１】
溶接工程では、被接合金属部材５１と第一タブ材４及び第二タブ材５とを溶接により接合する。即ち、被接合金属部材５１と第一タブ材４とで形成された入り隅部４ａ，４ａ、被接合金属部材５１と第二タブ材５とで形成された入り隅部５ａ，５ａを溶接する。
【００８２】
（２）第一本接合工程
第一本接合工程では、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材４に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌を行う第一摩擦攪拌工程とを含む。下穴形成工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。
【００８３】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材５１の表面Ａ側に現れる突合部Ｊ１０を接合する工程である。本実施形態に係る第一摩擦攪拌工程では、大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。
【００８４】
第一摩擦攪拌工程では、図１０の（ａ）示すように、開始位置ＳＭ３（下穴）に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ３まで移動させる。即ち、摩擦攪拌工程では、下穴から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第一タブ材４に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ３を設け、第二タブ材５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。
【００８５】
第一摩擦攪拌工程をより詳細に説明すると、下穴（開始位置ＳＭ３）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材４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４の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材５１の突合部Ｊ１０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Ｊ４（始点Ｍ１）を横切らせて突合部Ｊ１０に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１０」という。）が形成される。なお、塑性化領域とは、大型回転ツールＧの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、大型回転ツールＧが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
【００８６】
第一摩擦攪拌工程では、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０の平面線形上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１０の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。
即ち、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、始点Ｍ１から屈折点ｓ２まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ２から屈折点ｓ３まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの端面６１に向けて相対移動させる。次に、屈折点ｓ３から屈折点ｓ４まで第一金属部材５１ａの長手方向に相対移動させ、続けて、屈折点ｓ４から終点Ｍ５まで大型回転ツールＧを第一金属部材５１ａの幅方向に相対移動させる。
【００８７】
突合部Ｊ１０の他端（終点Ｍ５）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ５（図１０の（ｂ）参照）を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ３に向けて相対移動させる。
【００８８】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ３に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ３から離脱させる。
【００８９】
被接合金属部材５１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しながら摩擦攪拌を行うことが望ましい。
【００９０】
第一摩擦攪拌工程を終えたら、被接合金属部材５１の表裏を逆にして、再度被接合金属部材５１を摩擦攪拌装置に移動不能に拘束する。
【００９１】
（３）第二本接合工程
第二本接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材５１の裏面Ｂに現れる突合部Ｊ１０に対して大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、本実施形態では、第一タブ材４に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌を行う第二摩擦攪拌工程とを含む。
【００９２】
下穴形成工程及び第二摩擦攪拌工程は、被接合金属部材５１の裏面Ｂに行うことを除いては、前記した下穴形成工程及び第一摩擦攪拌工程と略同等であるため、説明を省略する。第二摩擦攪拌工程によって、被接合金属部材５１の裏面Ｂには、裏面側塑性化領域Ｗ１１（図７参照）が形成される。
なお、第二本接合工程に係る摩擦攪拌工程が終了したら、被接合金属部材５１からタブ材を切除する。
【００９３】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされることにより、係合部７０ａと係合部９０ｂが係合して金属部材の位置が決まるため、位置決め作業を容易に行うことができる。また、第一金属部材５１ａの空間部Ｚａに第二金属部材５１ｂの係合部９０ｂが嵌め合わされることにより、突合部Ｊ１０に大型回転ツールＧが入り込んでも金属部材同士の目開きを防止することができる。
【００９４】
また、係合部７０ａと係合部９０ｂとを係合させた場合に、被接合金属部材５１の表面Ａに現れる突合部Ｊ１０の平面線形は、被接合金属部材５１の幅方向の長さよりも大きく形成される。これにより、突合部Ｊ１０に沿って摩擦攪拌を行うことにより、一方の金属部材の端面と、他方の金属部材の側面を突き合わせて一方の金属部材の幅方向の長さ分だけ摩擦攪拌する場合に比べて、接合部の接合強度を高めることができる。
【００９５】
また、摩擦攪拌接合の接合時に、突合部Ｊ１０の平面線形に沿って移動する大型回転ツールＧが、屈折点ｓ２乃至ｓ４において一旦停止するため、屈折点ｓ２乃至ｓ４においては他の部分よりも長い時間摩擦攪拌が行われる。そのため、屈折点ｓ２乃至ｓ４においては、長時間摩擦攪拌を行うことにより、接合欠陥が生じることなく加工を施すことが可能なため、接合欠陥の発生を防止することができる。また、突合部Ｊ１０の平面線形には曲線を含んでいないため、比較的容易に摩擦攪拌を行うことができる。
【００９６】
ここで、第一金属部材と第二金属部材に形成される係合部の形状は、前記した形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。以下に、係合部の変形例について示す。
【００９７】
[第一変形例]
図１１は、第一変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第一変形例に係る第一金属部材１００ａ及び第二金属部材１００ｂは、略同等の形状を呈する。第一金属部材１００ａは、直方体を呈する本体部１１０ａと、本体部１１０ａの端面１１１ａに延設された係合部１２０ａを有する。係合部１２０ａは、平面視台形を呈し係合部１２０ａの一方の側面１２１ａと、本体部１１０ａの一方の側面１１２ａとが面一に形成されている。また、係合部１２０ａは、短辺側を基端部１３０ａとし、長辺側を先端部１４０ａとして、第二金属部材１００ｂに対向するように形成されている。第二金属部材１００ｂについては説明を省略する。
【００９８】
図１１の（ｂ）に示すように、第一金属部材１００ａと、第二金属部材１００ｂとを係合させると突合部Ｊ１００が形成される。突合部Ｊ１００の平面線形は、平面視Ｚ字状を呈し、屈折点ｓ１，ｓ２を備えている。このように、係合部１２０ａと、係合部１２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
なお、本実施形態では、Ｚ字状とは、図１１の（ｂ）に示す平面線形を半転させた線形も含む。また、突合部の全体がＺ字状でなくとも、図８の（ｂ）の突合部Ｊ１０のように一部がＺ字状となる場合も含む。
【００９９】
[第二変形例]
図１２は、第二変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第二変形例に係る第一金属部材２００ａは、本体部２１０ａの端面２１１ａに一対の係合部２２０ａ，２２０ａを備えている。係合部２２０ａは、第一金属部材２００ａの長手方向の中心線を挟んで線対称に形成されており、端面２１１ａに延設された基端部２３０ａと、基端部２３０ａよりも幅広に形成されて先端部２４０ａとを有する。これにより、第一金属部材２００ａには、平面視Ｔ字状を呈し上下方向（図１２の紙面垂直方向）に連通する空間部Ｚａが形成される。
【０１００】
一方、第二金属部材２００ｂは、本体部２１０ｂの端面２１１ｂの中央に延設された係合部２２０ｂを有する。係合部２２０ｂは、平面視Ｔ字状を呈し、端面２１１ｂに延設された基端部２３０ｂと、基端部２３０ｂよりも幅広に形成された先端部２４０ｂとを有する。係合部２２０ｂは、第一金属部材２００ａの空間部Ｚａと略同等の形状となるように形成されている。
【０１０１】
図１２の（ｂ）に示すように、第一金属部材２００ａの空間部Ｚａの上方又は下方から、第二金属部材２００ｂを嵌め合わせると、係合部２２０ａと係合部２２０ｂとが係合し、係合部２２０ａ及び係合部２２０ｂの形状に沿って突合部Ｊ２００が形成される。突合部Ｊ２００の平面線形には、直角となる屈折点ｓ１乃至ｓ８が形成される。このように、係合部２２０ａと、係合部２２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
【０１０２】
[第三変形例]
図１３は、第三変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前、（ｂ）は、係合後を示す。第三変形例に係る第一金属部材３００ａは、本体部３１０ａの端面３１１ａに一対の係合部３２０ａ，３２０ａを備えている。係合部３２０ａは、第一金属部材２００ａの長手方向の中心線を挟んで線対称に形成されており、端面３１１ａに延設された基端部３３０ａと、基端部３３０ａよりも幅広に形成された先端部３４０ａとを有する。これにより、第一金属部材３００ａには、平面視等脚台形を呈し上下方向（図１３の紙面垂直方向）に連通する空間部Ｚａが形成される。
【０１０３】
一方、第二金属部材３００ｂは、本体部３１０ｂの端面３１１ｂの中央に延設された係合部３２０ｂを有する。係合部３２０ｂは、平面視等脚台形を呈し、端面３１１ｂに延設された基端部３３０ｂと、基端部３３０ｂよりも幅広に形成された先端部３４０ｂとを有する。係合部３２０ｂは、第一金属部材３００ａの空間部Ｚａと略同等の形状となるように形成されている。
【０１０４】
図１３の（ｂ）に示すように、第一金属部材３００ａの空間部Ｚａの上方又は下方から、第二金属部材３００ｂを嵌め合わせると、係合部３２０ａと係合部３２０ｂとが係合し、係合部３２０ａと係合部３２０ｂの形状に沿って突合部Ｊ３００が形成される。突合部Ｊ３００の平面線形には、鋭角となる屈折点ｓ１乃至屈折点ｓ４が形成される。このように、係合部３２０ａと、係合部３２０ｂとを係合させるだけで、金属部材の位置決めを容易に行うことができる。
【０１０５】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にはいて適宜変更が可能である。例えば、接合する金属部材が肉厚となる場合には、第一本接合工程及び第二本接合工程を行った後に、金属部材の側面側から摩擦攪拌を行ってもよい。また、第一本接合工程と第二本接合工程で回転ツールの大きさを変更してもよい。また、突合部の平面線形に曲線を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る金属部材を示した図であって、（ａ）は、係合前の斜視図、（ｂ）は、係合後の平面図、（ｃ）は、（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】回転ツールを説明するための側面図であって、（ａ）は、小型回転ツール、（ｂ）は、大型回転ツールを示す。
【図４】（ａ）は、第一実施形態に係るタブ材設置工程を示した斜視図、（ｂ）は、第一実施形態に係るタブ材仮接合工程を示した平面図である。
【図５】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図６】図５の（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図７】第二実施形態に係る被接合金属部材を示した斜視図である。
【図８】第二実施形態に係る金属部材を示した図であって、（ａ）は、係合前の状態を示した斜視図、（ｂ）は、係合後の状態を示した平面図である。
【図９】第二実施形態に係るタブ材設置工程を示した斜視図である。
【図１０】第二実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図１１】第一変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【図１２】第二変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【図１３】第三変形例を示した平面図であって、（ａ）は、係合前の状態、（ｂ）は、係合後の状態を示す。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
２０ａ 係合部
２０ｂ 係合部
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｈａ 突合面
Ｈｂ 突合面
Ｊ１ 突合部
Ｗ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一対の金属部材を接合する接合方法であって、
一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、
前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一方の金属部材と、
本体部の側面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する他方の金属部材とを接合する接合方法であって、
一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、
前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記突合部の平面線形に、２以上の屈折点が設けられている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】
前記突合部の平面線形は、Ｚ字状を呈する線形を含むことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌工程の前に、前記係合部同士が突き合わされる突合面を脱脂する脱脂工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記突合部に対して前記金属部材の表面側から前記摩擦攪拌工程を行う第一本接合工程と、
前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から前記摩擦攪拌工程を行う第二本接合工程と、を備える接合方法であって、
前記第二本接合工程において、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記回転ツールの撹拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行う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１】
本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一対の金属部材を接合する接合方法であって、
一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、
前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
本体部の端面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する一方の金属部材と、
本体部の側面から延設された基端部と、この基端部の先端側に前記基端部よりも幅広に形成された先端部とを備え、表面から裏面に亘って連続して形成された係合部を有する他方の金属部材とを接合する接合方法であって、
一対の前記金属部材を前記係合部同士で係合させる係合工程と、
前記係合部同士を係合させて形成された突合部の平面線形に沿って前記金属部材の表面側及び裏面側の少なくとも一方から回転ツールを相対的に移動させて前記突合部を摩擦攪拌する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記突合部の平面線形に、２以上の屈折点が設けられている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】
前記突合部の平面線形は、Ｚ字状を呈する線形を含むことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌工程の前に、前記係合部同士が突き合わされる突合面を脱脂する脱脂工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記突合部に対して前記金属部材の表面側から前記摩擦攪拌工程を行う第一本接合工程と、
前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から前記摩擦攪拌工程を行う第二本接合工程と、を備える接合方法であって、
前記第二本接合工程において、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記回転ツールの撹拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行う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。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２７９５９５（Ｐ２００９−２７９５９５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１７５８（Ｐ２００８−１３１７５８）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【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１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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