接合方法
【課題】金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行うとともに金属部材の両側面間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】本発明に係る接合方法は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせてなる被接合金属部材１に対して摩擦撹拌を行う接合方法であって、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａに摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂに摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の側面に溶接を行う溶接接合工程とを含み、前記溶接接合工程は、第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域Ｗ１と、第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域Ｗ２との間の未塑性化領域を溶接金属Ｔで覆って密閉することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る接合方法は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせてなる被接合金属部材１に対して摩擦撹拌を行う接合方法であって、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａに摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂに摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の側面に溶接を行う溶接接合工程とを含み、前記溶接接合工程は、第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域Ｗ１と、第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域Ｗ２との間の未塑性化領域を溶接金属Ｔで覆って密閉す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】
ここで図１４及び図１５は、一対の金属部材に摩擦撹拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図１４に示すように、接合すべき金属部材１０１，１０１の肉厚が図示しない回転ツールの撹拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材１０１の表面１０２側から摩擦撹拌接合を行った後に、裏面１０３側からも摩擦撹拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法１００は、金属部材１０１，１０１の突合部１０４（二点鎖線）に沿って表面１０２及び裏面１０３の両側から摩擦撹拌接合を行い、摩擦撹拌接合によって形成された塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部１０４においては、隙間なく接合することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１５に示すように、接合すべき金属部材１１１，１１１の肉厚が大きい場合、表面１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌接合を行っても突合部１０４（二点鎖線）の中央部に未塑性化領域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、金属部材１１１の肉厚が非常に大きい場合、金属部材１１１の表面１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌を行ったとしても、塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部１０４の中央部に隙間（未塑性化領域１１９）が生じてしまう。このように、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する未塑性化領域１１９が生じてしまうと、側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００６】
ここで、金属部材１１１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１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌接合を行うことで金属部材１１１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、金属部材１１１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。
【０００７】
また、図１４及び図１５に示すように、塑性化領域１０５，１０６において、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する空洞欠陥１０９が生じる可能性がある。かかる空洞欠陥１０９は、金属部材１０１，１１１の側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性を低下させる一因となっていた。
【０００８】
このような観点から、本発明は、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦撹拌接合を行うとともに金属部材の両側面間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】
【０００９】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦撹拌を行う接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面に摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面に摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面に溶接を行う溶接接合工程と、を含み、前記溶接接合工程は、前記第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉することを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、表面及び裏面を摩擦撹拌するとともに、側面の突合部を溶接して表面側塑性化領域と裏面側塑性化領域との間に存在する未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉するため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記溶接接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面の前記突合部に沿って、凹溝を形成する凹溝形成工程を含み、前記溶接接合工程の際に、前記凹溝に前記溶接金属を充填することが好ましい。
【００１２】
かかる接合方法によれば、凹溝に溶接金属を充填することにより、より確実に未塑性化領域を密閉するとともに、接合箇所の強度を高めることができる。
ここで、第一の本接合工程及び第二の本接合工程において突合部に摩擦撹拌接合を行うと、バリの多発によって突合部の隙間を埋めるための充填メタルが不足するため、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部に、両側面間に連続するトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。さらに、第一の本接合工程及び第二の本接合工程における摩擦撹拌接合が、被接合金属部材の側面にかかる場合、当該側面に形成されている酸化皮膜を表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部に巻き込む可能性がある。
しかし、当該発明に係る接合方法によれば、仮に表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部にトンネル状空洞欠陥や酸化皮膜が生じた場合であっても側面に凹溝を形成することで、当該酸化皮膜を取り除くことができるとともに、凹溝に溶接金属が充填されることによりトンネル状空洞欠陥を分断することができる。これにより、両側面間の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１３】
また、前記凹溝の幅は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の幅よりも小さいことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接金属を充填する範囲を小さくすることができるため、作業効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の側面から突出した部分を切除することが好ましい。かかる接合方法によれば、側面から突出した溶接金属を切除することにより、仕上がり面を平滑に成形することができる。なお、溶接金属のうち被接合金属部材の側面から突出した部分を以下、肉盛部ともいう。
【００１５】
また、本発明は、前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成してもよい。かかる接合方法によれば、回転ツールを押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。これにより、摩擦撹拌接合の精度を高めるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行うとともに金属部材の両側面間の気密性や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】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法は、図１の（ａ）に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせてなる被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂを摩擦撹拌により接合するとともに、被接合金属部材１の両側面に関しては、図１の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋを形成したうえで、当該凹溝Ｋに肉盛溶接接合を行うことを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材１を詳細に説明するとともに、この被接合金属部材１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００１８】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなり、それぞれの端面を突き合わせることで突合部Ｊ１が形成されている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、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。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
なお、図１に示すように、被接合金属部材１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。また、本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００１９】
第一タブ材２および第二タブ材３は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、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、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂ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。
【００２０】
次に、図４を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールＦ（以下、「仮接合用回転ツールＦ」という。）及び本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「本接合用回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２１】
図４の（ａ）に示す仮接合用回転ツール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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＧ（図４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、仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツール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。
【００２２】
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、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２３】
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が本接合用回転ツール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Ｌ２は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬ１（図４の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００２４】
図４の（ｂ）に示す本接合用回転ツール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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００２５】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、仮接合用回転ツール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。
【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）第一の準備工程、（２）第一の予備工程、（３）第一の本接合工程、（４）第二の準備工程、（５）第二の予備工程、（６）第二の本接合工程、（７）タブ材切除工程、（８）凹溝形成工程、（９）溶接接合工程、（１０）肉盛部切除工程を含むものである。
なお、図１に示すように、（２）第一の予備工程及び（３）第一の本接合工程は、表面Ａにおいて実行される工程であり、（５）第二の予備工程及び（６）第二の本接合工程は、裏面Ｂにおいて実行される工程である。また、（８）凹溝形成工程、（９）溶接接合工程及び（１０）肉盛部切除工程は、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの両面において実行される工程である。
【００２７】
（１）第一の準備工程
図２及び図３を参照して第一の準備工程を説明する。第一の準備工程は、被接合金属部材１の摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程である。第一の準備工程は、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に仮接合する仮溶接工程と、を具備している。
【００２８】
（1-1）突合工程
突合工程では、図２の（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａに第二金属部材１ｂの端面１１ｂを密着させる。また、図３等に示すように、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂを面一にし、さらに、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂを面一にする。また、同様に、第一金属部材１ａの第一側面１４ａと第二金属部材１ｂの第一側面１４ｂを面一にし、第一金属部材１ａの第二側面１５ａと第二金属部材１ｂの第二側面１５ｂを面一にする。
【００２９】
即ち、表面Ａは、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂで形成され、裏面Ｂは、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂで形成され、第一側面Ｃは、第一金属部材１ａの第一側面１４ａと第二金属部材１ｂの第一側面１４ｂで形成され、第二側面Ｄは、第一金属部材１ａの第二側面１５ａと第二金属部材１ｂの第二側面１５ｂで形成される。
【００３０】
（1-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図２の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１の第一側面Ｃ側に第一タブ材２を配置して、その当接面２１を第一側面Ｃに当接させる。さらに、突合部Ｊ１の第二側面Ｄに第二タブ材３を配置して、その当接面３１を第二側面Ｄに当接させる。このとき、図３の（ｂ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を被接合金属部材１の表面Ａと面一にするとともに、第一タブ材２の裏面２３と第二タブ材３の裏面３３を被接合金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３１】
（1-3）仮接合工程
仮溶接工程では、図２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，２ｂを溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する。さらに、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，３ｂを溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する。
なお、入隅部２ａ，２ｂ及び３ａ，３ｂ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。また、第一の準備工程において、仮溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦撹拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行してもよい。
【００３２】
（２）第一の予備工程
第一の予備工程は、第一の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と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（2-1）第二タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する（2-2）仮接合工程と、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（2-3）第一タブ材接合工程と、第一の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（2-4）下穴形成工程とを具備している。
【００３３】
第一の予備工程では、図６に示すように、一の仮接合用回転ツール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Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２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に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４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、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第一タブ材２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、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツール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】
本実施形態の第一の予備工程における摩擦撹拌の手順を図５及び図６を参照してより詳細に説明する。
まず、仮溶接工程を行った被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定する。そして、図５の（ａ）に示すように、第二タブ材３の適所に設けた開始位置ＳＰ１の直上に仮接合用回転ツールＦを位置させ、続いて、仮接合用回転ツール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。仮接合用回転ツール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】
撹拌ピンＦ２が第二タブ材３の表面３２に接触すると、摩擦熱によって撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図５の（ｂ）に示すように、撹拌ピンＦ２が第二タブ材３に挿入される。
【００３６】
撹拌ピンＦ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図６に示すように、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ第二タブ材接合工程の始点ｓ３に向けて相対移動させる。
【００３７】
仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）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、１００〜１０００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。仮接合用回転ツールＦの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速にする。なお、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。仮接合用回転ツール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。
【００３８】
仮接合用回転ツールＦを相対移動させて第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行ったら、始点ｓ３で仮接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材接合工程に移行する。
【００３９】
（2-1）第二タブ材接合工程
第二タブ材接合工程では、第二タブ材３と被接合金属部材１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１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仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４０】
なお、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合には、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。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。
【００４１】
ちなみに、仮接合用回転ツールＦを左回転させた場合には、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３の位置に始点を設け、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３の位置に終点を設ければよい。
【００４２】
なお、仮接合用回転ツール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隅部３ａ，３ｂ（図２参照）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。
【００４３】
（2-2）仮接合工程
仮接合用回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦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、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１まで仮接合用回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、さらに、始点ｓ１で仮接合用回転ツール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、第二タブ材接合工程の終点ｅ３での仮接合用回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での仮接合用回転ツール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。
【００４４】
本実施形態では、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦撹拌のルートを第二タブ材３に設定し、仮接合用回転ツールＦを第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００４５】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１（図６参照）に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材１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仮接合用回転ツール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撹拌を行う。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツール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】
仮接合用回転ツール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一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第一タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで仮接合用回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、さらに、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく第一タブ材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から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に至る摩擦撹拌のルートを第一タブ材２に設定し、仮接合用回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００４８】
（2-3）第一タブ材接合工程
第一タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第一タブ材２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１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仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４９】
なお、仮接合用回転ツールＦを右回転させているので、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定する。
【００５０】
また、仮接合用回転ツール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の入隅部２ａ，２ｂ（図２参照）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。
【００５１】
仮接合用回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに、第一タブ材２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、後記する第一の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５２】
仮接合用回転ツールＦが終了位置ＥＰ１に達したら、仮接合用回転ツール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】
（2-4）下穴形成工程
続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形成工程は、図４の（ｂ）に示すように、第一の本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。第一の予備工程に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面２２に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５４】
下穴Ｐ１は、本接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４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。
【００５５】
なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４の（ａ）参照）の抜き穴Ｈ１を拡径して下穴Ｐ１とする場合を例示したが、撹拌ピンＦ２の最大外径Ｘ２が本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の最小外径Ｙ３よりも大きく、かつ、撹拌ピンＦ２の最大外径Ｘ２が撹拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも小さい（Ｙ３＜Ｘ２＜Ｙ２）場合などにおいては、撹拌ピンＦ２の抜き穴Ｈ１をそのまま下穴Ｐ１としてもよい。
【００５６】
（３）第一の本接合工程
第一の本接合工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一の本接合工程では、図４の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦撹拌を行う。
【００５７】
第一の本接合工程では、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１に本接合用回転ツール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、第一の本接合工程では、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。
【００５８】
ここで、前記した第一の予備工程を終了した時点では、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第一タブ材２の終了位置ＥＰ１の直上（図６参照）に位置しているため、第一の本接合工程の開始位置をＳＭ１にすると、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第一の本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、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置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。
【００５９】
図７の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一の本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図７の（ａ）に示すように、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に本接合用回転ツールＧを位置させ、続いて、本接合用回転ツール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る。また、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１が第一タブ材２の表面２２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、本接合に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００６０】
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２２に接触したら、図７の（ｂ）に示すように、摩擦撹拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。本接合用回転ツール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（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。
【００６１】
本接合用回転ツール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、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。
【００６２】
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、本接合用回転ツール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、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ間に冷却水が入り込むと、接合面（端面１１ａ，１１ｂ、図２の（ｂ）参照）に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して被接合金属部材１間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１間に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６３】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１では、被接合金属部材１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦撹拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツール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撹拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦撹拌を行いながら突合部Ｊ３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。
【００６４】
なお、本実施形態では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一の本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、本接合用回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一の本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、本接合用回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００６５】
本接合用回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、図７の（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＧを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１（図７の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において撹拌ピンＧ２を上方に離脱させると、撹拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【００６６】
本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる際の本接合用回転ツールＧの回転速度（離脱時の回転速度）は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、撹拌ピンＧ２の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置ＥＭ１における撹拌ピンＧ２の離脱作業を迅速に行うことが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、第一の本接合工程の前に、第一の予備工程を行ったが、第一の予備工程を省略して、第一の準備工程の直後に第一の本接合工程を行ってもよい。
【００６８】
（４）第二の準備工程
第二の準備工程は、第二の予備工程に先だって行われる準備工程である。本実施形態では、被接合金属部材１の裏面Ｂ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する再設置工程を具備するものである。
【００６９】
（4-1）再設置工程
再設置工程では、第一の本接合工程を終えた被接合金属部材１の拘束を解いた後、被接合金属部材１の表裏を逆にして、裏面Ｂ側を上方に向け、摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。本実施形態では、図１に示す前後軸回りに被接合金属部材１を半回転させて、被接合金属部材１の表裏を逆にする。
ここで、図８の（ａ）は、本実施形態に係る第二の準備工程の再設置工程後において、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨む断面図である。図８の（ａ）に示すように、再設置工程では、被接合金属部材１の上面が裏面Ｂとなるとともに、突合部Ｊ１側から第一金属部材１ａを臨むと、被接合金属部材１の左側に第一タブ材２、右側に第二タブ材３が位置する。
なお、摩擦撹拌装置によっては、被接合金属部材１の拘束を解かずに表裏を回転させてもよい。
（５）第二の予備工程
第二の予備工程は、第二の本接合工程に先だって行われる工程であり、裏面Ｂ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（5-1）第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する（5-2）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（5-3）第二タブ材接合工程と、第二の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（5-4）下穴形成工程とを具備している。なお、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程においては、仮接合用回転ツールＦを用いる。
【００７０】
（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程
（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程は、前記した第一の予備工程に係る（2-3）第一タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-1）第二タブ材接合工程と略同等の工程である。図８の（ｂ）に示すように、一の仮接合用回転ツール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の順で連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ２に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ２まで移動させ、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程、を連続して実行する。なお、終了位置ＥＰ２は、後に行う第二の本接合工程の開始位置ＳＭ２となる。
【００７１】
ここで、第一の予備工程では、図６に示すように、第二タブ材３側から、（2-1）第二タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-3）第一タブ材接合工程を順次行った。一方、第二の予備工程では、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨むと、第一タブ材２が被接合金属部材１の左側に位置するとともに、第一の本接合工程を終えた時点で、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置が第一タブ材２の上方に位置しているため、第一タブ材２側から（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程を順次行う。このようにすると、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置の移動距離が小さくて済むため、作業を省力化できる。
なお、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程の詳細な説明は、第一予備工程と略同等であるため省略する。
【００７２】
（5-4）下穴形成工程
下穴形成工程は、図９の（ａ）に示すように、第二の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ２に下穴Ｐ２を形成する工程である。即ち、下穴形成工程は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の挿入予定位置に下穴Ｐ２を形成する工程である。これにより、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減することができる。
なお、（5-4）下穴形成工程は、第一の予備工程に係る（2-4）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。
【００７３】
（６）第二の本接合工程
第二の本接合工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二の本接合工程では、本接合用回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦撹拌を行う。
【００７４】
第二の本接合工程は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二タブ材３の裏面３３に設定されたＳＭ２に本接合用回転ツール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ＥＭ２まで移動させる。第二の本接合工程では、下穴Ｐ２から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦撹拌を行う。本接合用回転ツール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（以下、「裏面側塑性化領域Ｗ２」という。）が形成される。
【００７５】
ここで、第二の予備工程を終了した時点では、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材３の終了位置ＥＰ２の直上（図８の（ａ）参照）に位置しているため、第二の本接合工程の開始位置ＳＭ２を第二タブ材３の上方に設定すると、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第一の本接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、第二の本接合工程については、第一の本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、本実施形態においては、第二の予備工程を行ったが、第二の予備工程を省略して、第一の本接合工程の直後に第二の本接合工程を行ってもよい。
【００７６】
（７）タブ材切除工程
タブ材切除工程では、第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１から切除する工程である。本実施形態では、第二の本接合工程を終えた被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台から一旦外し、図示しない切削器具を用いて突合部Ｊ２，Ｊ３に沿って第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【００７７】
図１０は、タブ材切除工程を行った後の被接合金属部材１を示した斜視図である。図１０に示すように、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２は、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続して形成されている。一方、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２との間には、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続する微細な未塑性化領域ｊが形成されている。
【００７８】
ここで、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２には、本接合用回転ツールＧの進行方向（矢印Ｖ１，Ｖ２参照）左側、即ち、第二金属部材１ｂに、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が発生しているものとする。トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２は、摩擦撹拌接合を行うと、バリの多発によって突合部Ｊ１の隙間を埋めるための充填メタルが不足することにより、形成されるものである。
【００７９】
また、図１０に示すように、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の両端には、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４が巻き込まれているものとする。酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４は、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄに形成された酸化皮膜を被接合金属部材１の内部に巻き込むことにより、形成されるものである。例えば、酸化皮膜Ｓ１は、本接合用回転ツールＧを右回転させているため、第二側面Ｄに形成された酸化皮膜を第二金属部材１ｂの内部に巻き込むことにより、裏面側塑性化領域Ｗ２に係る第二金属部材１ｂ側に形成されやすい。
【００８０】
（８）凹溝形成工程
凹溝形成工程は、図１１に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋを形成する工程である。凹溝Ｋは、後記する溶接接合工程において、溶接金属を充填させる凹部である。凹溝Ｋは、本実施形態においては公知のエンドミル等を用いて、一定の幅ｍ、深さｐで裏面Ｂから表面Ａに亘って連続して形成されている。
【００８１】
凹溝Ｋを設けることで、後記する溶接接合を行う際に、溶接金属を好適に充填させることができるとともに、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４（図１０参照）を取り除くことができる。即ち、凹溝Ｋの幅ｍ及び深さｐは、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４の大きさ（範囲）に応じて適宜設定すればよい。また、凹溝Ｋの幅ｍと、裏面側塑性化領域Ｗ２の幅ｎは、ｍ＜ｎとなるように形成されるのが好ましい。これにより、溶接接合の際に溶接金属を充填する範囲を小さくすることができるため、作業効率を高めることができる。なお、凹溝Ｋは、本実施形態においては、断面視矩形に形成したがこれに限定されるものではなく他の形状であってもよい。
【００８２】
（９）溶接接合工程
溶接接合工程は、図１２（ａ）に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに係る未塑性化領域ｊに沿って溶接接合を行う工程である。本実施形態においては、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などによって肉盛溶接接合を行うことが好ましい。肉盛溶接接合により、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを充填させることができる。これにより、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間に存在する未塑性化領域ｊを溶接金属Ｔで確実に密閉するとともに、接合箇所の強度を高めることができる。
また、仮に第一側面Ｃから第二側面Ｄに連続するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２（図１０参照）が形成されたとしても、凹溝Ｋに溶接金属Ｔが充填されることによりトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を分断し、被接合金属部材１中に封入することができる。なお、溶接材料は、被接合金属部材１と異なっていてもよいが、本実施形態においては同一の材料を用いている。
【００８３】
（１０）肉盛部切除工程
肉盛部切除工程は、図１２（ｂ）に示すように、溶接接合工程で充填された溶接金属Ｔのうち、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄの表面から突出する部分（肉盛部Ｔ’）を切除する工程である。かかる肉盛部Ｔ’を切除することにより、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄの表面を平滑に成形することができる。
【００８４】
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、被接合金属部材１の突合部Ｊ１のうち、表面Ａ及び裏面Ｂ側が摩擦撹拌により接合されるとともに、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄを溶接して表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２との間に存在する未塑性化領域ｊを溶接金属Ｔで覆って密閉するため、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００８５】
また、第一側面Ｃから第二側面に連通するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が形成されたとしても、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを充填させることによりトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を分断し、被接合金属部材１中に封入することができる。また、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２に酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４（図１０参照）が巻き込まれたとしても、凹溝Ｋを形成する際に当該酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４を切除することができる。これにより、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性をより向上させることができる。
【００８６】
また、溶接接合工程において、肉盛溶接接合を行うことで、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを容易に充填させることができるとともに、溶接金属Ｔのうち側面から突出した肉盛部Ｔ’を切除することで、仕上がり面も平滑にすることができる。
【００８７】
［第二実施形態］
第一実施形態においては、凹溝Ｋを形成した後に溶接接合工程を行ったが、本発明に係る第二実施形態のように凹溝Ｋを設けなくてもよい。
図１３は、第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI矢視断面図である。
第二実施形態に係る溶接接合工程においては、凹溝Ｋを設けずに、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ側の突合部Ｊ１（未塑性化領域ｊ）に沿って溶接接合を行う。そして、図１３の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔのうち、第二側面Ｄから突出した肉盛部Ｔ’を切除して、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの表面を平滑に仕上げてもよい。このような接合方法であっても、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、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。例えば、本実施形態においては、被接合金属部材１の両側面に溶接接合工程を行ったが、これに限定されるものではなく、どちらか一方の側面に溶接接合を行うだけでもよい。また、本接合用回転ツールＧの回転方向や進行方向は、前記した形態に限定するものではない。
【００８９】
また、溶接接合工程においては、本実施形態においてはＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を採用したが、あくまで例示であって、他の溶接接合であってもよい。また、本実施形態にかかる摩擦撹拌装置は、被接合金属部材の上方から摩擦撹拌を行うものであったが、これに限定されるものではなく、被接合金属部材の周囲を本接合用回転ツールＧが移動しながら摩擦撹拌を行ってもよい。また、第一の予備工程、第一の本接合工程、第二の予備工程及び第二の本接合工程に係る摩擦撹拌の経路は、あくまで例示であって、他の経路であってもよい。また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、中空の部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＮ部分における拡大斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る（１）第一の準備工程を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図３】第一実施形態に係る（１）第一の準備工程を示した図であって（ａ）は、図２の（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は、図２の（ｂ）のII−II線断面図である。
【図４】第一実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、仮接合用回転ツールの側面図、（ｂ）は、本接合用回転ツールの側面図である。
【図５】第一実施形態に係る仮接合用回転ツールの使用状態を示した図であって、（ａ）は、仮接合用回転ツールを第二タブ材に当接させた図であって、（ｂ）は、仮接合用回転ツールを第二タブ材に押し込んだ図である。
【図６】第一実施形態に係る第一の予備工程の第二タブ材接合工程、仮接合工程及び第一タブ材接合工程を示した平面図である。
【図７】第一実施形態に係る第一の本接合工程を図６のIII−III矢視方向で示した断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間部分、（ｃ）は、終了位置部分の摩擦撹拌接合を示した図である。
【図８】（ａ）は、第一実施形態に係る第二の準備工程後において、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨む断面図である。（ｂ）は、第一実施形態に係る第二の準備工程の第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を示した平面図である。
【図９】第一実施形態に係る第二の本接合工程を示した図８の（ｂ）のIV−IV線断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間部分の摩擦撹拌接合を示した図である。
【図１０】第一実施形態に係る（７）タブ材切除工程後の被接合金属部材を示した斜視図である。
【図１１】第一実施形態に係る凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図１２】第一実施形態に係る溶接接合工程を示した図であって、（ａ）は、第二側面側から見た正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図１３】第二実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI矢視断面図である。
【図１４】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図１５】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｆ 仮接合用回転ツール
Ｇ 本接合用回転ツール
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｋ 凹溝
Ｐ１〜Ｐ４ 下穴
Ｒ１，Ｒ２ トンネル状空洞欠陥
Ｓ１〜Ｓ４ 酸化皮膜
Ｔ 溶接金属
Ｗ１〜Ｗ４ 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】
ここで図１４及び図１５は、一対の金属部材に摩擦撹拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図１４に示すように、接合すべき金属部材１０１，１０１の肉厚が図示しない回転ツールの撹拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材１０１の表面１０２側から摩擦撹拌接合を行った後に、裏面１０３側からも摩擦撹拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法１００は、金属部材１０１，１０１の突合部１０４（二点鎖線）に沿って表面１０２及び裏面１０３の両側から摩擦撹拌接合を行い、摩擦撹拌接合によって形成された塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部１０４においては、隙間なく接合することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１５に示すように、接合すべき金属部材１１１，１１１の肉厚が大きい場合、表面１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌接合を行っても突合部１０４（二点鎖線）の中央部に未塑性化領域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、金属部材１１１の肉厚が非常に大きい場合、金属部材１１１の表面１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌を行ったとしても、塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部１０４の中央部に隙間（未塑性化領域１１９）が生じてしまう。このように、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する未塑性化領域１１９が生じてしまうと、側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性が低下するという問題があった。
【０００６】
ここで、金属部材１１１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１０２及び裏面１０３から摩擦撹拌接合を行うことで金属部材１１１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、金属部材１１１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。
【０００７】
また、図１４及び図１５に示すように、塑性化領域１０５，１０６において、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する空洞欠陥１０９が生じる可能性がある。かかる空洞欠陥１０９は、金属部材１０１，１１１の側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性を低下させる一因となっていた。
【０００８】
このような観点から、本発明は、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦撹拌接合を行うとともに金属部材の両側面間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】
【０００９】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦撹拌を行う接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面に摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面に摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面に溶接を行う溶接接合工程と、を含み、前記溶接接合工程は、前記第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉することを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、表面及び裏面を摩擦撹拌するとともに、側面の突合部を溶接して表面側塑性化領域と裏面側塑性化領域との間に存在する未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉するため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記溶接接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面の前記突合部に沿って、凹溝を形成する凹溝形成工程を含み、前記溶接接合工程の際に、前記凹溝に前記溶接金属を充填することが好ましい。
【００１２】
かかる接合方法によれば、凹溝に溶接金属を充填することにより、より確実に未塑性化領域を密閉するとともに、接合箇所の強度を高めることができる。
ここで、第一の本接合工程及び第二の本接合工程において突合部に摩擦撹拌接合を行うと、バリの多発によって突合部の隙間を埋めるための充填メタルが不足するため、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部に、両側面間に連続するトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。さらに、第一の本接合工程及び第二の本接合工程における摩擦撹拌接合が、被接合金属部材の側面にかかる場合、当該側面に形成されている酸化皮膜を表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部に巻き込む可能性がある。
しかし、当該発明に係る接合方法によれば、仮に表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域の内部にトンネル状空洞欠陥や酸化皮膜が生じた場合であっても側面に凹溝を形成することで、当該酸化皮膜を取り除くことができるとともに、凹溝に溶接金属が充填されることによりトンネル状空洞欠陥を分断することができる。これにより、両側面間の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１３】
また、前記凹溝の幅は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の幅よりも小さいことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接金属を充填する範囲を小さくすることができるため、作業効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち被接合金属部材の側面から突出した部分を切除することが好ましい。かかる接合方法によれば、側面から突出した溶接金属を切除することにより、仕上がり面を平滑に成形することができる。なお、溶接金属のうち被接合金属部材の側面から突出した部分を以下、肉盛部ともいう。
【００１５】
また、本発明は、前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成してもよい。かかる接合方法によれば、回転ツールを押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。これにより、摩擦撹拌接合の精度を高めるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦撹拌を行うとともに金属部材の両側面間の気密性や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】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法は、図１の（ａ）に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせてなる被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂを摩擦撹拌により接合するとともに、被接合金属部材１の両側面に関しては、図１の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋを形成したうえで、当該凹溝Ｋに肉盛溶接接合を行うことを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材１を詳細に説明するとともに、この被接合金属部材１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００１８】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなり、それぞれの端面を突き合わせることで突合部Ｊ１が形成されている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、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。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
なお、図１に示すように、被接合金属部材１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。また、本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００１９】
第一タブ材２および第二タブ材３は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、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、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂ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。
【００２０】
次に、図４を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールＦ（以下、「仮接合用回転ツールＦ」という。）及び本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「本接合用回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２１】
図４の（ａ）に示す仮接合用回転ツール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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＧ（図４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、仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツール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。
【００２２】
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、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２３】
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が本接合用回転ツール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Ｌ２は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬ１（図４の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００２４】
図４の（ｂ）に示す本接合用回転ツール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に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００２５】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、仮接合用回転ツール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。
【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）第一の準備工程、（２）第一の予備工程、（３）第一の本接合工程、（４）第二の準備工程、（５）第二の予備工程、（６）第二の本接合工程、（７）タブ材切除工程、（８）凹溝形成工程、（９）溶接接合工程、（１０）肉盛部切除工程を含むものである。
なお、図１に示すように、（２）第一の予備工程及び（３）第一の本接合工程は、表面Ａにおいて実行される工程であり、（５）第二の予備工程及び（６）第二の本接合工程は、裏面Ｂにおいて実行される工程である。また、（８）凹溝形成工程、（９）溶接接合工程及び（１０）肉盛部切除工程は、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの両面において実行される工程である。
【００２７】
（１）第一の準備工程
図２及び図３を参照して第一の準備工程を説明する。第一の準備工程は、被接合金属部材１の摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程である。第一の準備工程は、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に仮接合する仮溶接工程と、を具備している。
【００２８】
（1-1）突合工程
突合工程では、図２の（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａに第二金属部材１ｂの端面１１ｂを密着させる。また、図３等に示すように、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂを面一にし、さらに、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂを面一にする。また、同様に、第一金属部材１ａの第一側面１４ａと第二金属部材１ｂの第一側面１４ｂを面一にし、第一金属部材１ａの第二側面１５ａと第二金属部材１ｂの第二側面１５ｂを面一にする。
【００２９】
即ち、表面Ａは、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂで形成され、裏面Ｂは、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂで形成され、第一側面Ｃは、第一金属部材１ａの第一側面１４ａと第二金属部材１ｂの第一側面１４ｂで形成され、第二側面Ｄは、第一金属部材１ａの第二側面１５ａと第二金属部材１ｂの第二側面１５ｂで形成される。
【００３０】
（1-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図２の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１の第一側面Ｃ側に第一タブ材２を配置して、その当接面２１を第一側面Ｃに当接させる。さらに、突合部Ｊ１の第二側面Ｄに第二タブ材３を配置して、その当接面３１を第二側面Ｄに当接させる。このとき、図３の（ｂ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を被接合金属部材１の表面Ａと面一にするとともに、第一タブ材２の裏面２３と第二タブ材３の裏面３３を被接合金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００３１】
（1-3）仮接合工程
仮溶接工程では、図２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，２ｂを溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する。さらに、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，３ｂを溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する。
なお、入隅部２ａ，２ｂ及び３ａ，３ｂ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。また、第一の準備工程において、仮溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦撹拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行してもよい。
【００３２】
（２）第一の予備工程
第一の予備工程は、第一の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と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（2-1）第二タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する（2-2）仮接合工程と、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（2-3）第一タブ材接合工程と、第一の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（2-4）下穴形成工程とを具備している。
【００３３】
第一の予備工程では、図６に示すように、一の仮接合用回転ツール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Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２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に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４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、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第一タブ材２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、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツール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】
本実施形態の第一の予備工程における摩擦撹拌の手順を図５及び図６を参照してより詳細に説明する。
まず、仮溶接工程を行った被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定する。そして、図５の（ａ）に示すように、第二タブ材３の適所に設けた開始位置ＳＰ１の直上に仮接合用回転ツールＦを位置させ、続いて、仮接合用回転ツール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。仮接合用回転ツール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】
撹拌ピンＦ２が第二タブ材３の表面３２に接触すると、摩擦熱によって撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図５の（ｂ）に示すように、撹拌ピンＦ２が第二タブ材３に挿入される。
【００３６】
撹拌ピンＦ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図６に示すように、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ第二タブ材接合工程の始点ｓ３に向けて相対移動させる。
【００３７】
仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）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、１００〜１０００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。仮接合用回転ツールＦの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速にする。なお、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。仮接合用回転ツール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。
【００３８】
仮接合用回転ツールＦを相対移動させて第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行ったら、始点ｓ３で仮接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材接合工程に移行する。
【００３９】
（2-1）第二タブ材接合工程
第二タブ材接合工程では、第二タブ材３と被接合金属部材１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１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仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４０】
なお、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合には、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定することが望ましい。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。
【００４１】
ちなみに、仮接合用回転ツールＦを左回転させた場合には、仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３の位置に始点を設け、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３の位置に終点を設ければよい。
【００４２】
なお、仮接合用回転ツール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隅部３ａ，３ｂ（図２参照）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。
【００４３】
（2-2）仮接合工程
仮接合用回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦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、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１まで仮接合用回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、さらに、始点ｓ１で仮接合用回転ツール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、第二タブ材接合工程の終点ｅ３での仮接合用回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での仮接合用回転ツール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。
【００４４】
本実施形態では、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦撹拌のルートを第二タブ材３に設定し、仮接合用回転ツールＦを第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、第二タブ材接合工程の終点ｅ３から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００４５】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１（図６参照）に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、被接合金属部材１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仮接合用回転ツール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撹拌を行う。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツール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】
仮接合用回転ツール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一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第一タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで仮接合用回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、さらに、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく第一タブ材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から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に至る摩擦撹拌のルートを第一タブ材２に設定し、仮接合用回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ２に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００４８】
（2-3）第一タブ材接合工程
第一タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第一タブ材２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１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仮接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦撹拌を行う。
【００４９】
なお、仮接合用回転ツールＦを右回転させているので、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定する。
【００５０】
また、仮接合用回転ツール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の入隅部２ａ，２ｂ（図２参照）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。
【００５１】
仮接合用回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに、第一タブ材２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、後記する第一の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５２】
仮接合用回転ツールＦが終了位置ＥＰ１に達したら、仮接合用回転ツール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】
（2-4）下穴形成工程
続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形成工程は、図４の（ｂ）に示すように、第一の本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。第一の予備工程に係る下穴形成工程においては、第一タブ材２の表面２２に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５４】
下穴Ｐ１は、本接合用回転ツール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、仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４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。
【００５５】
なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４の（ａ）参照）の抜き穴Ｈ１を拡径して下穴Ｐ１とする場合を例示したが、撹拌ピンＦ２の最大外径Ｘ２が本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の最小外径Ｙ３よりも大きく、かつ、撹拌ピンＦ２の最大外径Ｘ２が撹拌ピンＧ２の最大外径Ｙ２よりも小さい（Ｙ３＜Ｘ２＜Ｙ２）場合などにおいては、撹拌ピンＦ２の抜き穴Ｈ１をそのまま下穴Ｐ１としてもよい。
【００５６】
（３）第一の本接合工程
第一の本接合工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一の本接合工程では、図４の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦撹拌を行う。
【００５７】
第一の本接合工程では、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１に本接合用回転ツール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、第一の本接合工程では、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。
【００５８】
ここで、前記した第一の予備工程を終了した時点では、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第一タブ材２の終了位置ＥＰ１の直上（図６参照）に位置しているため、第一の本接合工程の開始位置をＳＭ１にすると、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第一の本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、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置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。
【００５９】
図７の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一の本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図７の（ａ）に示すように、下穴Ｐ１（開始位置ＳＭ１）の直上に本接合用回転ツールＧを位置させ、続いて、本接合用回転ツール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る。また、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１が第一タブ材２の表面２２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、本接合に要する作業時間を短縮することが可能となる。
【００６０】
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２２に接触したら、図７の（ｂ）に示すように、摩擦撹拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。本接合用回転ツール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（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。
【００６１】
本接合用回転ツール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、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。
【００６２】
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、本接合用回転ツール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、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ間に冷却水が入り込むと、接合面（端面１１ａ，１１ｂ、図２の（ｂ）参照）に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して被接合金属部材１間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１間に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６３】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１では、被接合金属部材１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦撹拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツール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撹拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦撹拌を行いながら突合部Ｊ３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。
【００６４】
なお、本実施形態では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一の本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、本接合用回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一の本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、本接合用回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００６５】
本接合用回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、図７の（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＧを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１（図７の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において撹拌ピンＧ２を上方に離脱させると、撹拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。
【００６６】
本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる際の本接合用回転ツールＧの回転速度（離脱時の回転速度）は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、撹拌ピンＧ２の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置ＥＭ１における撹拌ピンＧ２の離脱作業を迅速に行うことが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、第一の本接合工程の前に、第一の予備工程を行ったが、第一の予備工程を省略して、第一の準備工程の直後に第一の本接合工程を行ってもよい。
【００６８】
（４）第二の準備工程
第二の準備工程は、第二の予備工程に先だって行われる準備工程である。本実施形態では、被接合金属部材１の裏面Ｂ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する再設置工程を具備するものである。
【００６９】
（4-1）再設置工程
再設置工程では、第一の本接合工程を終えた被接合金属部材１の拘束を解いた後、被接合金属部材１の表裏を逆にして、裏面Ｂ側を上方に向け、摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。本実施形態では、図１に示す前後軸回りに被接合金属部材１を半回転させて、被接合金属部材１の表裏を逆にする。
ここで、図８の（ａ）は、本実施形態に係る第二の準備工程の再設置工程後において、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨む断面図である。図８の（ａ）に示すように、再設置工程では、被接合金属部材１の上面が裏面Ｂとなるとともに、突合部Ｊ１側から第一金属部材１ａを臨むと、被接合金属部材１の左側に第一タブ材２、右側に第二タブ材３が位置する。
なお、摩擦撹拌装置によっては、被接合金属部材１の拘束を解かずに表裏を回転させてもよい。
（５）第二の予備工程
第二の予備工程は、第二の本接合工程に先だって行われる工程であり、裏面Ｂ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（5-1）第一タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する（5-2）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（5-3）第二タブ材接合工程と、第二の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（5-4）下穴形成工程とを具備している。なお、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程においては、仮接合用回転ツールＦを用いる。
【００７０】
（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程
（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程は、前記した第一の予備工程に係る（2-3）第一タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-1）第二タブ材接合工程と略同等の工程である。図８の（ｂ）に示すように、一の仮接合用回転ツール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の順で連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ２に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図４の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ２まで移動させ、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程、を連続して実行する。なお、終了位置ＥＰ２は、後に行う第二の本接合工程の開始位置ＳＭ２となる。
【００７１】
ここで、第一の予備工程では、図６に示すように、第二タブ材３側から、（2-1）第二タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-3）第一タブ材接合工程を順次行った。一方、第二の予備工程では、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨むと、第一タブ材２が被接合金属部材１の左側に位置するとともに、第一の本接合工程を終えた時点で、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置が第一タブ材２の上方に位置しているため、第一タブ材２側から（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程を順次行う。このようにすると、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置の移動距離が小さくて済むため、作業を省力化できる。
なお、（5-1）第一タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第二タブ材接合工程の詳細な説明は、第一予備工程と略同等であるため省略する。
【００７２】
（5-4）下穴形成工程
下穴形成工程は、図９の（ａ）に示すように、第二の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置ＳＭ２に下穴Ｐ２を形成する工程である。即ち、下穴形成工程は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の挿入予定位置に下穴Ｐ２を形成する工程である。これにより、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減することができる。
なお、（5-4）下穴形成工程は、第一の予備工程に係る（2-4）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。
【００７３】
（６）第二の本接合工程
第二の本接合工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二の本接合工程では、本接合用回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂ側から摩擦撹拌を行う。
【００７４】
第二の本接合工程は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第二タブ材３の裏面３３に設定されたＳＭ２に本接合用回転ツール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ＥＭ２まで移動させる。第二の本接合工程では、下穴Ｐ２から摩擦撹拌を開始し、終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦撹拌を行う。本接合用回転ツール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（以下、「裏面側塑性化領域Ｗ２」という。）が形成される。
【００７５】
ここで、第二の予備工程を終了した時点では、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第二タブ材３の終了位置ＥＰ２の直上（図８の（ａ）参照）に位置しているため、第二の本接合工程の開始位置ＳＭ２を第二タブ材３の上方に設定すると、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第一の本接合工程を行うことができ、作業を省略できる。
なお、第二の本接合工程については、第一の本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、本実施形態においては、第二の予備工程を行ったが、第二の予備工程を省略して、第一の本接合工程の直後に第二の本接合工程を行ってもよい。
【００７６】
（７）タブ材切除工程
タブ材切除工程では、第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１から切除する工程である。本実施形態では、第二の本接合工程を終えた被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台から一旦外し、図示しない切削器具を用いて突合部Ｊ２，Ｊ３に沿って第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【００７７】
図１０は、タブ材切除工程を行った後の被接合金属部材１を示した斜視図である。図１０に示すように、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２は、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続して形成されている。一方、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２との間には、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続する微細な未塑性化領域ｊが形成されている。
【００７８】
ここで、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２には、本接合用回転ツールＧの進行方向（矢印Ｖ１，Ｖ２参照）左側、即ち、第二金属部材１ｂに、第一側面Ｃ側から第二側面Ｄ側に亘って連続するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が発生しているものとする。トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２は、摩擦撹拌接合を行うと、バリの多発によって突合部Ｊ１の隙間を埋めるための充填メタルが不足することにより、形成されるものである。
【００７９】
また、図１０に示すように、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の両端には、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４が巻き込まれているものとする。酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４は、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄに形成された酸化皮膜を被接合金属部材１の内部に巻き込むことにより、形成されるものである。例えば、酸化皮膜Ｓ１は、本接合用回転ツールＧを右回転させているため、第二側面Ｄに形成された酸化皮膜を第二金属部材１ｂの内部に巻き込むことにより、裏面側塑性化領域Ｗ２に係る第二金属部材１ｂ側に形成されやすい。
【００８０】
（８）凹溝形成工程
凹溝形成工程は、図１１に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１に沿って凹溝Ｋを形成する工程である。凹溝Ｋは、後記する溶接接合工程において、溶接金属を充填させる凹部である。凹溝Ｋは、本実施形態においては公知のエンドミル等を用いて、一定の幅ｍ、深さｐで裏面Ｂから表面Ａに亘って連続して形成されている。
【００８１】
凹溝Ｋを設けることで、後記する溶接接合を行う際に、溶接金属を好適に充填させることができるとともに、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４（図１０参照）を取り除くことができる。即ち、凹溝Ｋの幅ｍ及び深さｐは、酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４の大きさ（範囲）に応じて適宜設定すればよい。また、凹溝Ｋの幅ｍと、裏面側塑性化領域Ｗ２の幅ｎは、ｍ＜ｎとなるように形成されるのが好ましい。これにより、溶接接合の際に溶接金属を充填する範囲を小さくすることができるため、作業効率を高めることができる。なお、凹溝Ｋは、本実施形態においては、断面視矩形に形成したがこれに限定されるものではなく他の形状であってもよい。
【００８２】
（９）溶接接合工程
溶接接合工程は、図１２（ａ）に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに係る未塑性化領域ｊに沿って溶接接合を行う工程である。本実施形態においては、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などによって肉盛溶接接合を行うことが好ましい。肉盛溶接接合により、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを充填させることができる。これにより、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間に存在する未塑性化領域ｊを溶接金属Ｔで確実に密閉するとともに、接合箇所の強度を高めることができる。
また、仮に第一側面Ｃから第二側面Ｄに連続するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２（図１０参照）が形成されたとしても、凹溝Ｋに溶接金属Ｔが充填されることによりトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を分断し、被接合金属部材１中に封入することができる。なお、溶接材料は、被接合金属部材１と異なっていてもよいが、本実施形態においては同一の材料を用いている。
【００８３】
（１０）肉盛部切除工程
肉盛部切除工程は、図１２（ｂ）に示すように、溶接接合工程で充填された溶接金属Ｔのうち、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄの表面から突出する部分（肉盛部Ｔ’）を切除する工程である。かかる肉盛部Ｔ’を切除することにより、第一側面Ｃ又は第二側面Ｄの表面を平滑に成形することができる。
【００８４】
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、被接合金属部材１の突合部Ｊ１のうち、表面Ａ及び裏面Ｂ側が摩擦撹拌により接合されるとともに、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄを溶接して表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２との間に存在する未塑性化領域ｊを溶接金属Ｔで覆って密閉するため、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００８５】
また、第一側面Ｃから第二側面に連通するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が形成されたとしても、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを充填させることによりトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を分断し、被接合金属部材１中に封入することができる。また、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２に酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４（図１０参照）が巻き込まれたとしても、凹溝Ｋを形成する際に当該酸化皮膜Ｓ１〜Ｓ４を切除することができる。これにより、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性をより向上させることができる。
【００８６】
また、溶接接合工程において、肉盛溶接接合を行うことで、凹溝Ｋに溶接金属Ｔを容易に充填させることができるとともに、溶接金属Ｔのうち側面から突出した肉盛部Ｔ’を切除することで、仕上がり面も平滑にすることができる。
【００８７】
［第二実施形態］
第一実施形態においては、凹溝Ｋを形成した後に溶接接合工程を行ったが、本発明に係る第二実施形態のように凹溝Ｋを設けなくてもよい。
図１３は、第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI矢視断面図である。
第二実施形態に係る溶接接合工程においては、凹溝Ｋを設けずに、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ側の突合部Ｊ１（未塑性化領域ｊ）に沿って溶接接合を行う。そして、図１３の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔのうち、第二側面Ｄから突出した肉盛部Ｔ’を切除して、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの表面を平滑に仕上げてもよい。このような接合方法であっても、被接合金属部材１の両側面間の気密性及び水密性を向上させることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、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。例えば、本実施形態においては、被接合金属部材１の両側面に溶接接合工程を行ったが、これに限定されるものではなく、どちらか一方の側面に溶接接合を行うだけでもよい。また、本接合用回転ツールＧの回転方向や進行方向は、前記した形態に限定するものではない。
【００８９】
また、溶接接合工程においては、本実施形態においてはＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を採用したが、あくまで例示であって、他の溶接接合であってもよい。また、本実施形態にかかる摩擦撹拌装置は、被接合金属部材の上方から摩擦撹拌を行うものであったが、これに限定されるものではなく、被接合金属部材の周囲を本接合用回転ツールＧが移動しながら摩擦撹拌を行ってもよい。また、第一の予備工程、第一の本接合工程、第二の予備工程及び第二の本接合工程に係る摩擦撹拌の経路は、あくまで例示であって、他の経路であってもよい。また、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、中空の部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＮ部分における拡大斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る（１）第一の準備工程を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図３】第一実施形態に係る（１）第一の準備工程を示した図であって（ａ）は、図２の（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は、図２の（ｂ）のII−II線断面図である。
【図４】第一実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、仮接合用回転ツールの側面図、（ｂ）は、本接合用回転ツールの側面図である。
【図５】第一実施形態に係る仮接合用回転ツールの使用状態を示した図であって、（ａ）は、仮接合用回転ツールを第二タブ材に当接させた図であって、（ｂ）は、仮接合用回転ツールを第二タブ材に押し込んだ図である。
【図６】第一実施形態に係る第一の予備工程の第二タブ材接合工程、仮接合工程及び第一タブ材接合工程を示した平面図である。
【図７】第一実施形態に係る第一の本接合工程を図６のIII−III矢視方向で示した断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間部分、（ｃ）は、終了位置部分の摩擦撹拌接合を示した図である。
【図８】（ａ）は、第一実施形態に係る第二の準備工程後において、突合部Ｊ１から第一金属部材１ａ側を臨む断面図である。（ｂ）は、第一実施形態に係る第二の準備工程の第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を示した平面図である。
【図９】第一実施形態に係る第二の本接合工程を示した図８の（ｂ）のIV−IV線断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間部分の摩擦撹拌接合を示した図である。
【図１０】第一実施形態に係る（７）タブ材切除工程後の被接合金属部材を示した斜視図である。
【図１１】第一実施形態に係る凹溝形成工程を示した斜視図である。
【図１２】第一実施形態に係る溶接接合工程を示した図であって、（ａ）は、第二側面側から見た正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図１３】第二実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI矢視断面図である。
【図１４】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図１５】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｆ 仮接合用回転ツール
Ｇ 本接合用回転ツール
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｋ 凹溝
Ｐ１〜Ｐ４ 下穴
Ｒ１，Ｒ２ トンネル状空洞欠陥
Ｓ１〜Ｓ４ 酸化皮膜
Ｔ 溶接金属
Ｗ１〜Ｗ４ 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】
第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦撹拌を行う接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面に摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面に摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面に溶接を行う溶接接合工程と、を含み、
前記溶接接合工程は、
前記第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記溶接接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面の前記突合部に沿って、凹溝を形成する凹溝形成工程を含み、
前記溶接接合工程の際に、前記凹溝に前記溶接金属を充填することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記凹溝の幅は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の幅よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち側面から突出した部分を切除することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する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１】
第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦撹拌を行う接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して前記被接合金属部材の表面に摩擦撹拌を行う第一の本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面に摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面に溶接を行う溶接接合工程と、を含み、
前記溶接接合工程は、
前記第一の本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記第二の本接合工程で形成された裏面側塑性化領域との間の未塑性化領域を溶接金属で覆って密閉することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記溶接接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面の前記突合部に沿って、凹溝を形成する凹溝形成工程を含み、
前記溶接接合工程の際に、前記凹溝に前記溶接金属を充填することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記凹溝の幅は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の幅よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記溶接接合工程の後に、前記溶接金属のうち側面から突出した部分を切除することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する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。
【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】
【公開番号】特開２００９−３９７７２（Ｐ２００９−３９７７２Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９４１６（Ｐ２００７−２０９４１６）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【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２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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