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、被接合金属部材１に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、裏面Ｂに摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに係る突合部Ｊ１に凹溝Ｋを形成する凹溝形成工程と、凹部Ｋと継手部材Ｕとの突合部に摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る接合方法は、被接合金属部材１に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、裏面Ｂに摩擦撹拌を行う第二の本接合工程と、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに係る突合部Ｊ１に凹溝Ｋを形成する凹溝形成工程と、凹部Ｋと継手部材Ｕとの突合部に摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、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２０及び図２１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２０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２０に示す従来例においては、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った。さらに、表面１０２及び裏面１０３を摩擦撹拌する際に、側面１０７及び側面１０８に形成されている酸化被膜を金属部材１１１の内部に巻き込む可能性がある。かかるトンネル状空洞欠陥１０９や酸化被膜は、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。
【０００６】
一方、図２１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さらに低下するという問題があった。
【０００７】
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。
【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、前記被接合金属部材の側面に係る前記突合部に沿って凹溝を形成する凹溝形成工程と、前記凹溝に継手部材を配置する継手部材配置工程と、前記凹溝と前記継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に凹溝を形成することにより、被接合金属部材の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜を取り除くことができる。また、凹溝と、凹溝に配置された継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行うことにより、被接合金属部材の側面に露出する可能性のあるトンネル状空洞欠陥や、被接合金属部材の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜を覆って密閉することができる。これにより、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。また、当該凹溝と継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行うことにより、当該部分の接合強度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記凹溝において、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に露出する未塑性化領域を密閉することが好ましい。
【００１２】
かかる接合方法によれば、当該側面に形成された凹溝に露出する未塑性化領域に継手部材を配置するとともに、当該継手部材と凹溝との突合部を摩擦撹拌することにより未塑性化領域を密閉することができる。これにより、被接合金属部材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。
【００１３】
また、本発明に係る前記継手部材の両端面は、前記被接合金属部材の前記表面及び前記裏面と面一に形成することが好ましい。かかる接合方法によれば、トンネル状空洞欠陥、酸化被膜及び未塑性化領域を確実に密閉することができると共に、表面及び裏面を平坦に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る前記継手部材接合工程で形成された側面側塑性化領域の深さは、前記継手部材の厚みよりも大きくなるように形成するのが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝と継手部材との突合部において、厚さ方向の全長に亘って摩擦撹拌されるため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性をより一層向上させることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記凹溝形成工程の後に、前記凹溝の底面に露出した空洞欠陥及び前記未塑性化領域の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第一溶接補修工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、継手部材で凹溝を覆う前に、空洞欠陥及び未塑性化領域を溶接金属によって密閉することができるため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性をより一層向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記継手部材接合工程の後に、前記継手部材接合工程によって前記表面及び前記裏面に露出する空洞欠陥及び前記継手部材接合工程によって巻き込んだ酸化被膜の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第二溶接補修工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、継手部材接合工程によって形成された塑性化領域の空洞欠陥や酸化被膜を溶接金属によって密閉することができるため、被接合金属部材の表面及び裏面の気密性及び水密性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る前記凹溝の幅は、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くすることが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝を形成する作業手間を低減することができるとともに、継手部材を小さくすることができるため、部材コストの低減を図ることができる。
【００１８】
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することが好ましい。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】
【００１９】
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】
【００２０】
本実施形態に係る接合方法は、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に継手部材Ｕを配置するとともに、凹溝Ｋと継手部材Ｕとの突合部を摩擦撹拌により接合することを特徴とするものである。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）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）第一溶接補修工程、（１０）第三の準備工程、（１１）第一継手部材接合工程、（１２）第四の準備工程、（１３）第二継手部材接合工程、（１４）タブ材切除工程、（１５）第二溶接補修工程、を含むものである。
【００３０】
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）第一溶接補修工程、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにおいて実行される工程である。また、（１１）第一継手部材接合工程は、第一側面Ｃにおいて実行される工程であり、（１３）第二継手部材接合工程は、第二側面Ｄにおいて実行される工程である。また、（１５）第二溶接補修工程は、表面Ａ及び裏面Ｂにおいて実行される工程である。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
（1-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１の第二側面Ｄ側に第一タブ材２を配置して、その当接面２１を第二側面Ｄに当接させる。さらに、突合部Ｊ１の第一側面Ｃに第二タブ材３を配置して、その当接面３１を第一側面Ｃ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。
【００３５】
（1-3）仮溶接工程
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。
【００３６】
（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と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する（2-1）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（2-2）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（2-3）第二タブ材接合工程と、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。
【００３７】
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Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１に挿入した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、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰ１を設けているが、開始位置ＳＰ１と終了位置ＥＰ１の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、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。
【００３８】
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、第一タブ材２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。
【００３９】
撹拌ピン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が第一タブ材２に挿入される。
【００４０】
撹拌ピンＦ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図６に示すように、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００４１】
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。
【００４２】
仮接合用回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行ったら、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【００４３】
（2-1）第一タブ材接合工程
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。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。
【００４４】
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一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に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】
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一タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ２の位置に始点を設け、仮接合用回転ツール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。
【００４６】
なお、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により形成された入隅部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。
【００４７】
（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ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材接合工程の終点ｅ２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、第一タブ材接合工程の終点ｅ２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。
【００４８】
本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦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を第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００４９】
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。
【００５０】
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二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで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ｓ３で仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。
【００５１】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦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を仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００５２】
（2-3）第二タブ材接合工程
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。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。
【００５３】
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二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００５４】
また、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の入隅部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。
【００５５】
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、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰ１まで連続して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、被接合金属部材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。
【００５６】
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。
【００５７】
以上、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について説明したが、
各接合工程における軌跡はあくまで例示であって、他の形態であってもよい。また、第一タブ材接合工程及び第二タブ材接合工程を省略して、仮接合工程のみ行ってもよい。
【００５８】
（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３の表面３２に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、第二タブ材３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、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材２に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００６４】
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が第二タブ材３の表面３２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。
【００６５】
撹拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図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Ｊ３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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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被接合部材設置工程を具備するものである。
【００７４】
（4-1）被接合部材設置工程
被接合部材設置工程では、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被接合部材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、被接合部材設置工程では、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の左側に第二タブ材３、右側に第一タブ材２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と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（5-1）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（5-2）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（5-3）第一タブ材接合工程と、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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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。
【００７５】
（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程
（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程は、前記した第一の予備工程に係る（2-3）第二タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-1）第一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Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程、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。
【００７６】
ここで、第一の予備工程では、図６に示すように、第一タブ材２側から、（2-1）第一タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-3）第二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、第二タブ材３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二タブ材３の上方に位置しているため、第二タブ材３側から（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
第二の本接合工程は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一タブ材２の裏面２３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。
【００８０】
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、第一タブ材２の終了位置ＥＰ２の直上（図８の（ｂ）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を第一タブ材２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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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、対向する表面側塑性化領域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。
【００８３】
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、突合部Ｊ１の隙間を埋めたり、バリが発生したりしてメタルが不足することによって形成されるトンネル状の空洞欠陥である。
【００８４】
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Ｚ１〜Ｚ４が巻き込まれているものとする。酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４は、第一側面Ｃ、第二側面Ｄ、第一タブ材２及び第二タブ材３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Ｚ１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及び第一タブ材２に形成された酸化皮膜を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。
【００８５】
（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、後記する継手部材配置工程において、継手部材Ｕを配置させるための凹部である。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ｋ１、深さｋ２で裏面Ｂから表面Ａに亘って連続して形成されている。
【００８６】
凹溝Ｋを設けることで、後記する継手部材接合工程を行う際に、継手部材Ｕを配置させることができるとともに、酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４（図１０参照）を取り除くことができる。即ち、凹溝Ｋの幅ｋ１及び深さｋ２は、酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４の大きさ（範囲）に応じて適宜設定すればよい。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。凹溝Ｋの断面形状は、継手部材Ｕが略隙間なく嵌合するように、継手部材Ｕの断面形状と略同等であることが好ましい。
【００８７】
（９）第一溶接補修工程
図１２は、凹溝形成工程後の第一側面Ｃ側の平面図である。第一溶接補修工程は、図１２に示すように、凹溝Ｋの底面ｋｂに露出する未塑性化領域ｊを溶接によって補修を行う工程である。また、本実施形態のように、底面ｋｂにトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が露出する場合には、当該トンネル状空洞欠陥の補修を行うことが好ましい。
【００８８】
前記したように、本実施形態においては、凹溝Ｋの底面ｋｂには、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２の間に未塑性化領域ｊが露出している。また、底面ｋｂには、表面側塑性化領域Ｗ１にトンネル状空洞欠陥Ｒ１が、裏面側塑性化領域Ｗ２にトンネル状空洞欠陥Ｒ２がそれぞれ露出している。
そのため、未塑性化領域ｊの全長に亘って溶接を行い溶接金属Ｔ１によって隙間を密閉する。また、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２に溶接を行って、溶接金属Ｔ２によって空隙を密閉する。このように、底面ｋｂに露出する隙間（空隙）を予め埋めることにより、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ間の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００８９】
第一溶接補修工程における溶接の種類は問わないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接などによって肉盛溶接を行った後に、凹溝Ｋの底面ｋｂから突出した肉盛部を切除して、底面ｋｂを平滑にすることが好ましい。底面ｋｂを平滑にすることにより、後記する継手部材Ｕを凹溝Ｋに配置した際に、継手部材Ｕと凹溝Ｋの底面ｋｂと隙間を小さくすることができる。
【００９０】
なお、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の内部には、底面ｋｂに露出しない空洞欠陥が形成されている可能性があるため、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の全面に予備的に溶接補修を行ってもよい。
【００９１】
（１０）第三の準備工程
第三の準備工程は、第一継手部材接合工程に先だって行われる工程である。第三の準備工程は、本実施形態では、凹溝Ｋに第一継手部材Ｕ（Ｕ１）を配置する（10-1）第一継手部材配置工程と、被接合金属部材１の両側面に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置する（10-2）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（10-3）仮溶接工程と、タブ材を配置した被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台に設置する（10-4）被接合金属部材設置工程と、を具備するものである。
【００９２】
（10-1）第一継手部材配置工程
第一継手部材配置工程は、図１３及び図１４に示すように、第一側面Ｃに形成された凹溝Ｋに第一継手部材Ｕ１を配置する工程である。以下、第一継手部材Ｕ１の構成について詳細に説明する。
【００９３】
図１３に示すように、第一継手部材Ｕ１は、断面視長方形からなる板状部材であって、長手方向に係る両端面は表面Ａ及び裏面Ｂと面一になるように形成されている。図１４の（ａ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１は、凹溝Ｋの幅ｋ１と略同等に形成されており、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２は、凹溝Ｋの厚みｋ２と略同等に形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｃ，ｕｄは、凹溝Ｋの壁面ｋｃ，ｋｄと突き合わせて配置されている。
【００９４】
即ち、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａは、第一側面Ｃと面一に形成されるとともに、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｃと凹溝Ｋの壁面ｋｃとで第一突合部Ｊ４が形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｄと凹溝Ｋの壁面ｋｄとで第二突合部Ｊ５が形成されている。つまり、第一突合部Ｊ４は、第一継手部材Ｕ１と第一金属部材１ａとで形成される部分をいう。また、第二突合部Ｊ５は、第一継手部材Ｕ１と第二金属部材１ｂとで形成される部分をいう。また、第一継手部材Ｕ１の下面ｕｂと、凹溝Ｋの底面ｋｂとで境界部Ｊ６が形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａにおいて、長手方向の中心線を含む部分を中央部Ｊ７とする。
【００９５】
なお、第一継手部材Ｕ１は、本実施形態では、被接合金属部材１と同等の金属部材からなるが、これに限定されるものではなく、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であってもよい。
【００９６】
（10-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図１５の（ａ）に示すように、表面Ａにおける表面側塑性化領域Ｗ１に沿って第一タブ材２を配置して、その当接面２１を表面Ａに当接させる。さらに、裏面Ｂにおける裏面側塑性化領域Ｗ２に沿って第二タブ材３を配置して、その当接面３１を裏面Ｂに当接させる。
なお、具体的な図示はしないが、第一タブ材２及び第二タブ材３の表面と被接合金属部材１の第一側面Ｃは面一に形成されている。また、第一タブ材２及び第二タブ材３の裏面と被接合金属部材１の第二側面Ｄは面一に形成されている。第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１に添設させることで、回転ツールの開始位置（挿入位置）を容易に設定することができ、迅速に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９７】
（10-3）仮溶接工程
仮溶接工程は、図１５の（ａ）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。
【００９８】
（10-4）被接合金属部材設置工程
被接合金属部材設置工程においては、図１５の（ａ）に示すように、第一側面Ｃが上面に位置し、かつ、平面視して第一タブ材２が左側に位置するように、図示せぬ摩擦撹拌装置の架台に設置する。
【００９９】
なお、第三の準備工程において、本実施形態においては、前記したように行ったが、例えば、被接合金属部材設置工程の後に、第一継手部材配置工程を行ってもよい。
【０１００】
（１１）第一継手部材接合工程
第一継手部材接合工程は、図１５及び図１６に示すように、第一側面Ｃに配置された第一継手部材Ｕ１に、摩擦撹拌接合を行う工程である。第一継手部材接合工程は、本実施形態においては、第一突合部Ｊ４に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-1）第一突合部接合工程と、中央部Ｊ７に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-2）中央部接合工程と、第二突合部Ｊ５に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-3）第二突合部接合工程と、を具備するものである。
【０１０１】
第一継手部材接合工程は、開始位置から終了位置まで回転ツールを離脱させることなく、一筆書きの要領で摩擦撹拌接合を行うものである。なお、第一継手部材接合工程においては、比較的小回りの効く仮接合用回転ツールＦを用いる。本実施形態においては、仮接合用回転ツールＦを右回転させて摩擦撹拌接合を行うものとする。
【０１０２】
（11-1）第一突合部接合工程
第一突合部接合工程は、第一タブ材２の表面に形成された開始位置ＳＭ３から第一突合部Ｊ４に沿って折り返し点ｆ２まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。開始位置ＳＭ３に仮接合用回転ツールＦを押圧した後、第一突合部接合工程の始点ｆ１に向けて仮接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、始点ｆ１で離脱させることなくそのまま突合部Ｊ８を横断して、折り返し地点ｆ２まで移動させる。第一突合部接合工程において形成された塑性化領域を、第一側面側塑性化領域ｗ１とする。
【０１０３】
ここで、図１５の（ｂ）に示すように、第一側面側塑性化領域ｗ１の深さｗａと、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２とは、ｗａ＞ｕ２となるように設定するのが好ましい。これにより、第一突合部Ｊ４の厚さ方向の全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０４】
なお、仮接合用回転ツールＦの埋設深さｐは、撹拌ピンＦ２の長さＬ２と、仮接合用回転ツールＦの押込み量ｑ（第一側面Ｃからショルダ部Ｆ１の下面までの距離）とを用いてｐ＝Ｌ２＋ｑで表される。例えば、埋設深さｐと、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２との関係が、ｐ≧ｕ２となるように設定すれば、より確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０５】
また、図１５の（ｂ）に示すように、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１と、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１との関係は、３×Ｘ１＞ｕ１となるように設定されることが好ましい。このように設定することで、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａの全面を摩擦撹拌接合することができる。
【０１０６】
折り返し地点ｆ２は、本実施形態においては、第一継手部材Ｕ１内に設定する。即ち、折り返し地点ｆ２は、平面視して裏面側塑性化領域Ｗ２内に位置するとともに、裏面Ｂから折り返し地点ｆ２までの距離ｄ１と、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１（図４の（ａ）参照）との関係が、Ｘ１／２＜ｄ１となる位置に設定するのが好ましい。折り返し地点ｆ２をこのように設定することで、仮接合用回転ツールＦが裏面Ｂにかからないようにすることができる。これにより、裏面Ｂに形成されている酸化皮膜を第一継手部材Ｕ１側に巻き込まないため、気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１０７】
なお、仮接合用回転ツールＦを第一側面Ｃよりも下方に押し込まない場合（押込み量ｑ＝０の場合）、折り返し地点ｆ２の設定位置は、Ｘ２／２＜ｄ１（Ｘ２＝撹拌ピンＦ２の上端径（図４の（ａ）参照））となるように設定すればよい。
また、本実施形態においては、折り返し地点ｆ２を被接合金属部材１内に設けたが、これに限定されるものではなく、第二タブ材３に設けてもよい。
【０１０８】
（11-2）中央部接合工程
中央部接合工程は、中央部接合工程の始点ｆ３から中央部Ｊ７に沿って中央部接合工程の折り返し地点ｆ４まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。即ち、第一突合部接合工程終了後、仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく裏面Ｂと略平行に移動させて、折り返し地点ｆ２から始点ｆ３まで摩擦撹拌接合を行う。そして、始点ｆ３に到達したら、中央部Ｊ７（突合部Ｊ１）に沿って摩擦撹拌接合を行う。これにより、第一継手部材Ｕ１の中央部分において、摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０９】
また、図１５の（ｂ）に示すように、中央部接合工程において形成される第一側面側塑性化領域ｗ２の深さｗａは、第一継手部材Ｕの厚みｕ２よりも大きくなるように設定する。さらに、中央部接合工程の始点ｆ３を、平面視して裏面側塑性化領域Ｗ２内に、折り返し点ｆ４を、平面視して表面側塑性化領域Ｗ１内に設定する。これにより、未塑性化領域ｊの全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができるため、より確実に隙間を密閉することができる。
【０１１０】
本実施形態においては、中央部接合工程の折り返し地点ｆ４は、第一継手部材Ｕ１内に設定する。即ち、折り返し地点ｆ４は、平面視して表面側塑性化領域Ｗ１内に設定するとともに、表面Ａから折り返し点ｆ４までの距離ｄ２と、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１（図４の（ａ）参照）との関係がＸ１／２＜ｄ２となるように設定するのが好ましい。折り返し地点ｆ４をこのように設定することで、仮接合用回転ツールＦが表面Ａにかからないようにすることができる。これにより、表面Ａに形成されている酸化皮膜を第一継手部材Ｕ１側に巻き込まないため、気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１１１】
（11-3）第二突合部接合工程
第二突合部接合工程は、第二突合部の始点ｆ５から第二突合部Ｊ５に沿って終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。即ち、中央部接合工程終了後、仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく表面Ａと略平行に移動して折り返し地点ｆ４から始点ｆ５まで摩擦撹拌接合を行うものである。始点ｆ５に到達したら第二突合部Ｊ５に沿って摩擦撹拌接合を行う。そして、第二突合部接合工程の終点ｆ６に達したら、そのまま突合部Ｊ９を横断して終了位置ＥＭ３まで移動させ、仮接合用回転ツールＦを第二タブ材３から離脱させる。
【０１１２】
図１５の（ｂ）に示すように、第二突合部接合工程において形成される第一側面側塑性化領域ｗ３の深さｗａは、第一継手部材の厚みｕ２よりも大きくなるように形成されている。これにより、第二突合部Ｊ５の厚み方向の全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１３】
前記した第一継手部材接合工程は、平面視すると図１６のようなビードが形成される。即ち、第一継手部材Ｕ１は、第一継手部材Ｕ１の両端の一部を残して第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３によって覆われている。また、図１５の（ｂ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の全断面が第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３で摩擦撹拌されている。
【０１１４】
第一継手部材接合工程は、本実施形態のように、凹溝Ｋの底面ｋｂと第一継手部材Ｕの下面ｕｂで形成される境界部Ｊ６が、全面に亘って摩擦撹拌接合されていることが好ましい。これにより、凹溝Ｋの底面ｋｂは、表面側塑性化領域Ｗ１、裏面側塑性化領域Ｗ２及び第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３によって摩擦撹拌されるため、突合部Ｊ１を隙間なく確実に密閉することができる。
【０１１５】
なお、図１４の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋの幅ｋ１と、裏面側塑性化領域Ｗ２の幅ｎとは、ｋ１＜ｎとなるように形成されるのが好ましい。これにより、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１を小さく設定することができるため、作業効率を高めることができる。
即ち、本実施形態においては、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１と仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の関係から、３通り（一往復半）で摩擦撹拌接合を行ったが、これに限定されるものではない。第一継手部材Ｕの幅ｕ１とショルダ部の外径ｘ１との長さを近接させた場合には、１通り又は２通りであってもよい。
一方、第一継手部材Ｕの幅ｕ１とショルダ部の外径ｘ１との長さの差を大きくした場合には、４通り以上であってもよい。また、必ずしも直線状のビードでなくてもよく、ジグザグに摩擦撹拌接合を行ってもよい。
【０１１６】
（１２）第四の準備工程
第四の準備工程は、第二継手部材接合工程に先だって行われる工程である。第四の準備工程は、本実施形態では、凹溝Ｋに第二継手部材Ｕ（Ｕ２）を配置する（12-1）第二継手部材配置工程と、第二継手部材Ｕ２が配置された被接合金属部材１を摩擦撹拌装置に設置する（12-2）被接合金属部材設置工程と、具備するものである。第四の準備工程は、第三の準備工程と略同等であるため、簡単に説明する。
【０１１７】
（12-1）第二継手部材配置工程
まず、第一継手部材接合工程が終了したら、図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定された被接合金属部材１を外し、第二側面Ｄ側を上方に向けて、第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋに第二継手部材Ｕ２を配置する。
【０１１８】
（12-2）被接合金属部材設置工程
そして、図１７に示すように、被接合金属部材１を平面視した場合に、左側に第二タブ材３が配置され、右側に第一タブ材２が配置されるように、被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置に設置する。
なお、（12-2）被接合金属部材設置工程を行った後に、（12-1）第二継手部材配置工程を行ってもよい。
【０１１９】
（１３）第二継手部材接合工程
第二継手部材接合工程は、図１７に示すように、第二側面Ｄに配置された第二継手部材Ｕ２に、摩擦撹拌接合を行う工程である。第二継手部材接合工程は、本実施形態においては、第２突合部Ｊ５’に摩擦撹拌接合を行う（13-1）第二突合部接合工程と、中央部Ｊ７’に摩擦撹拌接合を行う（13-2）中央部接合工程と、第一突合部Ｊ４’に摩擦撹拌接合を行う（13-3）第一突合部接合工程と、を具備するものである。
【０１２０】
第二継手部材接合工程は、図１７に示すように、第一タブ材２の表面に設定された開始位置ＳＭ４から、第二タブ材３の表面に設定された終了位置ＥＭ４まで仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく、一筆書きの要領で摩擦撹拌接合を行うものである。
第一継手部材接合工程が終了した時点において、図示しない摩擦撹拌装置は、被接合金属部材１を平面視した場合に、被接合金属部材１の右側に配置される。そのため、第二継手部材接合工程の開始位置ＳＭ４は、第二タブ材３の表面に設定するのが好ましい。これにより、摩擦撹拌装置の動きを省略して作業効率を高めることができる。
【０１２１】
（13-1）第二突合部接合工程、（13-2）中央部接合工程及び（13-3）第一突合部接合工程は、それぞれ前記した（11-3）第二突合部接合工程、（11-2）中央部接合工程及び（11-1）第一突合部接合工程を反対側から摩擦撹拌したものであるため、詳細な説明を省略する。なお、第二継手部材接合工程によって形成される塑性化領域をそれぞれ第二側面側塑性化領域ｗ１’〜ｗ３’とする。
【０１２２】
（１４）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、第二継手部材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外し、図示しない切削器具を用いて第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ８及び第二タブ材３と被接合金属部材１との突合部Ｊ９に沿って第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１２３】
（１４）第二溶接補修工程
第二溶接補修工程は、第一継手部材接合工程及び第二継手部材接合工程で形成された第一側面側塑性化領域ｗ１及びｗ３並びに第二側面側塑性化領域ｗ１’及びｗ３’において形成されるトンネル状空洞欠陥及び酸化皮膜に対して、溶接によって補修を行う工程である。
即ち、図１８に示すように、第一側面側塑性化領域ｗ１の表面Ａには、表面Ａから裏面Ｂ側に連続するトンネル状空洞欠陥ｒ１が形成される慮りがある。したがって、トンネル状空洞欠陥ｒ１に溶接を行うことにより、トンネル状空洞欠陥ｒ１を溶接金属Ｔ３で密閉して表面Ａ及び裏面Ｂ間を分断することができる。
【０１２４】
また、表面Ａに係る第一側面側塑性化領域ｗ１には、仮接合用回転ツールＦが表面Ａを横断することによって酸化皮膜ｚ１が形成される慮りがある。したがって、酸化皮膜ｚ１に溶接を行うことにより、酸化皮膜ｚ１の空隙を溶接金属Ｔ４で密閉する。
このように、第一側面側塑性化領域ｗ１によって、表面Ａに露出するトンネル状空洞欠陥ｒ１及び酸化皮膜ｚ１を溶接により密閉することで、より気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。なお、第一側面側塑性化領域ｗ３、第二側面側塑性化領域ｗ１’、第二側面側塑性化領域ｗ３’においても、トンネル状空洞欠陥や酸化皮膜が形成される可能性がある。このような場合には、それぞれ第一側面側塑性化領域ｗ１と同様に第二溶接補修工程を行う。
【０１２５】
さらに、図１８に示すように、第一継手部材Ｕ１のうち、突合部Ｊ５及び境界部Ｊ６に溶接を行って、突合部Ｊ５及び境界部Ｊ６の隙間を密閉してもよい。これにより、より一層気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態にかかる接合方法によれば、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに凹溝Ｋを形成することにより、被接合金属部材１の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜Ｚ１〜Ｚ４を取り除くことができる。また、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋに露出する未塑性化領域ｊ、空洞欠陥Ｒ１及びＲ２に継手部材Ｕを配置するとともに、継手部材Ｕと凹溝Ｋとの第一突合部Ｊ４、中央部Ｊ７及び第二突合部Ｊ５を摩擦撹拌接合することにより、未塑性化領域ｊ、空洞欠陥Ｒ１及びＲ２を密閉することができる。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向上させて質の高い製品を製造することができる。
【０１２７】
また、本実施形態においては、継手部材Ｕの両端面と表面Ａ及び裏面Ｂとを面一にしているため、凹溝Ｋの底面ｋｂに露出するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を確実に分断することができるとともに、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂを平坦に形成することができる。また、継手部材Ｕを介して摩擦撹拌接合を行うことにより、突合部Ｊ１の接合強度を高めることができる。
【０１２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、本実施形態においては、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの両側面に継手部材接合工程を行ったが、どちらか一方の側面に継手部材接合工程を行うだけでもよい。また、工程順序はあくまで例示であって、適宜順序を変更して接合を行ってもよい。
【０１２９】
また、例えば図１９に示すように、継手部材Ｕ’の幅ｕ１と仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１外径Ｘ１との関係によっては、第一突合部Ｊ４及び第二突合部Ｊ５の２通りのみに摩擦撹拌接合を行ってもよい。これにより、工程を減らすことができるため、より迅速に接合することができる。
【０１３０】
また、本実施形態においては、第一タブ材２及び第二タブ材３を用いたが、これらの当て部材を用いずに摩擦撹拌接合を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本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】本実施形態に係る（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】本実施形態に係る（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】本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】本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】本実施形態に係る第一の予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７】本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、本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、本実施形態に係る第二の準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９】本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】本実施形態に係る（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】本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】本実施形態に係る第一溶接補修工程を示した図であって、第一側面Ｃの平面図である。
【図１３】本実施形態に係る第一継手部材配置工程を示した斜視図である。
【図１４】本実施形態に係る第一継手部材配置工程を第一側面Ｃ側からみた側面図であって（ａ）は、配置前、（ｂ）は、配置後を示す。
【図１５】本実施形態に係る第一継手部材接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI線断面図である。
【図１６】本実施形態に係る第一継手部材接合工程後を示した平面図である。
【図１７】本実施形態に係る第二継手部材接合工程を示した平面図である。
【図１８】本実施形態に係る第二溶接補修工程を示した図であって、図１のＮ部分の拡大斜視図である。
【図１９】本実施形態に係る変形例を示した図であって、継手部材接合工程を示した断面図である。
【図２０】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図２１】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１３２】
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
ｊ 未塑性化領域
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｊ４ 第一突合部
Ｊ５ 第二突合部
Ｋ 凹溝
ｋａ 凹溝の幅
ｋｂ 凹溝の底面
Ｐ 下穴
Ｒ１，Ｒ２ トンネル状空洞欠陥
Ｔ 溶接金属
Ｕ 継手部材
ｕ２ 継手部材の厚み
Ｗ１ 表面側塑性化領域
Ｗ２ 裏面側塑性化領域
ｗ１〜ｗ３ 側面側塑性化領域
Ｚ１〜Ｚ４ 酸化皮膜
【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２０及び図２１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２０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２０に示す従来例においては、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った。さらに、表面１０２及び裏面１０３を摩擦撹拌する際に、側面１０７及び側面１０８に形成されている酸化被膜を金属部材１１１の内部に巻き込む可能性がある。かかるトンネル状空洞欠陥１０９や酸化被膜は、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。
【０００６】
一方、図２１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さらに低下するという問題があった。
【０００７】
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。
【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、前記被接合金属部材の側面に係る前記突合部に沿って凹溝を形成する凹溝形成工程と、前記凹溝に継手部材を配置する継手部材配置工程と、前記凹溝と前記継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に凹溝を形成することにより、被接合金属部材の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜を取り除くことができる。また、凹溝と、凹溝に配置された継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行うことにより、被接合金属部材の側面に露出する可能性のあるトンネル状空洞欠陥や、被接合金属部材の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜を覆って密閉することができる。これにより、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。また、当該凹溝と継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行うことにより、当該部分の接合強度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記凹溝において、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に露出する未塑性化領域を密閉することが好ましい。
【００１２】
かかる接合方法によれば、当該側面に形成された凹溝に露出する未塑性化領域に継手部材を配置するとともに、当該継手部材と凹溝との突合部を摩擦撹拌することにより未塑性化領域を密閉することができる。これにより、被接合金属部材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。
【００１３】
また、本発明に係る前記継手部材の両端面は、前記被接合金属部材の前記表面及び前記裏面と面一に形成することが好ましい。かかる接合方法によれば、トンネル状空洞欠陥、酸化被膜及び未塑性化領域を確実に密閉することができると共に、表面及び裏面を平坦に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る前記継手部材接合工程で形成された側面側塑性化領域の深さは、前記継手部材の厚みよりも大きくなるように形成するのが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝と継手部材との突合部において、厚さ方向の全長に亘って摩擦撹拌されるため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性をより一層向上させることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記凹溝形成工程の後に、前記凹溝の底面に露出した空洞欠陥及び前記未塑性化領域の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第一溶接補修工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、継手部材で凹溝を覆う前に、空洞欠陥及び未塑性化領域を溶接金属によって密閉することができるため、被接合金属部材の両側面間の気密性及び水密性をより一層向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記継手部材接合工程の後に、前記継手部材接合工程によって前記表面及び前記裏面に露出する空洞欠陥及び前記継手部材接合工程によって巻き込んだ酸化被膜の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第二溶接補修工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、継手部材接合工程によって形成された塑性化領域の空洞欠陥や酸化被膜を溶接金属によって密閉することができるため、被接合金属部材の表面及び裏面の気密性及び水密性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る前記凹溝の幅は、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くすることが好ましい。かかる接合方法によれば、凹溝を形成する作業手間を低減することができるとともに、継手部材を小さくすることができるため、部材コストの低減を図ることができる。
【００１８】
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することが好ましい。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】
【００１９】
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】
【００２０】
本実施形態に係る接合方法は、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に継手部材Ｕを配置するとともに、凹溝Ｋと継手部材Ｕとの突合部を摩擦撹拌により接合することを特徴とするものである。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）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）第一溶接補修工程、（１０）第三の準備工程、（１１）第一継手部材接合工程、（１２）第四の準備工程、（１３）第二継手部材接合工程、（１４）タブ材切除工程、（１５）第二溶接補修工程、を含むものである。
【００３０】
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）第一溶接補修工程、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにおいて実行される工程である。また、（１１）第一継手部材接合工程は、第一側面Ｃにおいて実行される工程であり、（１３）第二継手部材接合工程は、第二側面Ｄにおいて実行される工程である。また、（１５）第二溶接補修工程は、表面Ａ及び裏面Ｂにおいて実行される工程である。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
（1-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１の第二側面Ｄ側に第一タブ材２を配置して、その当接面２１を第二側面Ｄに当接させる。さらに、突合部Ｊ１の第一側面Ｃに第二タブ材３を配置して、その当接面３１を第一側面Ｃ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。
【００３５】
（1-3）仮溶接工程
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。
【００３６】
（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と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する（2-1）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（2-2）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（2-3）第二タブ材接合工程と、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。
【００３７】
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Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３に対して連続して摩擦撹拌を行う。即ち、摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１に挿入した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、第一タブ材２に摩擦撹拌の開始位置ＳＰ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰ１を設けているが、開始位置ＳＰ１と終了位置ＥＰ１の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、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。
【００３８】
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、第一タブ材２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。
【００３９】
撹拌ピン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が第一タブ材２に挿入される。
【００４０】
撹拌ピンＦ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図６に示すように、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００４１】
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。
【００４２】
仮接合用回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行ったら、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【００４３】
（2-1）第一タブ材接合工程
第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。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。
【００４４】
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一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に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】
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一タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ２の位置に始点を設け、仮接合用回転ツール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。
【００４６】
なお、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により形成された入隅部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。
【００４７】
（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ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材接合工程の終点ｅ２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、第一タブ材接合工程の終点ｅ２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。
【００４８】
本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦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を第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００４９】
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。
【００５０】
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二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで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ｓ３で仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。
【００５１】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦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を仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に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。
【００５２】
（2-3）第二タブ材接合工程
第二タブ材接合工程では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。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。
【００５３】
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二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００５４】
また、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の入隅部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。
【００５５】
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、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰ１まで連続して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、被接合金属部材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。
【００５６】
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。
【００５７】
以上、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について説明したが、
各接合工程における軌跡はあくまで例示であって、他の形態であってもよい。また、第一タブ材接合工程及び第二タブ材接合工程を省略して、仮接合工程のみ行ってもよい。
【００５８】
（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３の表面３２に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、第二タブ材３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、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材２に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００６４】
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が第二タブ材３の表面３２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。
【００６５】
撹拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図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Ｊ３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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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被接合部材設置工程を具備するものである。
【００７４】
（4-1）被接合部材設置工程
被接合部材設置工程では、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被接合部材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、被接合部材設置工程では、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の左側に第二タブ材３、右側に第一タブ材２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と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（5-1）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（5-2）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（5-3）第一タブ材接合工程と、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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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。
【００７５】
（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程
（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程は、前記した第一の予備工程に係る（2-3）第二タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-1）第一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Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一タブ材接合工程、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。
【００７６】
ここで、第一の予備工程では、図６に示すように、第一タブ材２側から、（2-1）第一タブ材接合工程、（2-2）仮接合工程及び（2-3）第二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、第二タブ材３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二タブ材３の上方に位置しているため、第二タブ材３側から（5-1）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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）第二タブ材接合工程、（5-2）仮接合工程及び（5-3）第一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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
第二の本接合工程は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一タブ材２の裏面２３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。
【００８０】
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、第一タブ材２の終了位置ＥＰ２の直上（図８の（ｂ）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を第一タブ材２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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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、対向する表面側塑性化領域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。
【００８３】
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、突合部Ｊ１の隙間を埋めたり、バリが発生したりしてメタルが不足することによって形成されるトンネル状の空洞欠陥である。
【００８４】
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Ｚ１〜Ｚ４が巻き込まれているものとする。酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４は、第一側面Ｃ、第二側面Ｄ、第一タブ材２及び第二タブ材３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Ｚ１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及び第一タブ材２に形成された酸化皮膜を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。
【００８５】
（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、後記する継手部材配置工程において、継手部材Ｕを配置させるための凹部である。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ｋ１、深さｋ２で裏面Ｂから表面Ａに亘って連続して形成されている。
【００８６】
凹溝Ｋを設けることで、後記する継手部材接合工程を行う際に、継手部材Ｕを配置させることができるとともに、酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４（図１０参照）を取り除くことができる。即ち、凹溝Ｋの幅ｋ１及び深さｋ２は、酸化皮膜Ｚ１〜Ｚ４の大きさ（範囲）に応じて適宜設定すればよい。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。凹溝Ｋの断面形状は、継手部材Ｕが略隙間なく嵌合するように、継手部材Ｕの断面形状と略同等であることが好ましい。
【００８７】
（９）第一溶接補修工程
図１２は、凹溝形成工程後の第一側面Ｃ側の平面図である。第一溶接補修工程は、図１２に示すように、凹溝Ｋの底面ｋｂに露出する未塑性化領域ｊを溶接によって補修を行う工程である。また、本実施形態のように、底面ｋｂにトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が露出する場合には、当該トンネル状空洞欠陥の補修を行うことが好ましい。
【００８８】
前記したように、本実施形態においては、凹溝Ｋの底面ｋｂには、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２の間に未塑性化領域ｊが露出している。また、底面ｋｂには、表面側塑性化領域Ｗ１にトンネル状空洞欠陥Ｒ１が、裏面側塑性化領域Ｗ２にトンネル状空洞欠陥Ｒ２がそれぞれ露出している。
そのため、未塑性化領域ｊの全長に亘って溶接を行い溶接金属Ｔ１によって隙間を密閉する。また、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２に溶接を行って、溶接金属Ｔ２によって空隙を密閉する。このように、底面ｋｂに露出する隙間（空隙）を予め埋めることにより、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ間の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００８９】
第一溶接補修工程における溶接の種類は問わないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接などによって肉盛溶接を行った後に、凹溝Ｋの底面ｋｂから突出した肉盛部を切除して、底面ｋｂを平滑にすることが好ましい。底面ｋｂを平滑にすることにより、後記する継手部材Ｕを凹溝Ｋに配置した際に、継手部材Ｕと凹溝Ｋの底面ｋｂと隙間を小さくすることができる。
【００９０】
なお、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の内部には、底面ｋｂに露出しない空洞欠陥が形成されている可能性があるため、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の全面に予備的に溶接補修を行ってもよい。
【００９１】
（１０）第三の準備工程
第三の準備工程は、第一継手部材接合工程に先だって行われる工程である。第三の準備工程は、本実施形態では、凹溝Ｋに第一継手部材Ｕ（Ｕ１）を配置する（10-1）第一継手部材配置工程と、被接合金属部材１の両側面に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置する（10-2）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（10-3）仮溶接工程と、タブ材を配置した被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台に設置する（10-4）被接合金属部材設置工程と、を具備するものである。
【００９２】
（10-1）第一継手部材配置工程
第一継手部材配置工程は、図１３及び図１４に示すように、第一側面Ｃに形成された凹溝Ｋに第一継手部材Ｕ１を配置する工程である。以下、第一継手部材Ｕ１の構成について詳細に説明する。
【００９３】
図１３に示すように、第一継手部材Ｕ１は、断面視長方形からなる板状部材であって、長手方向に係る両端面は表面Ａ及び裏面Ｂと面一になるように形成されている。図１４の（ａ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１は、凹溝Ｋの幅ｋ１と略同等に形成されており、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２は、凹溝Ｋの厚みｋ２と略同等に形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｃ，ｕｄは、凹溝Ｋの壁面ｋｃ，ｋｄと突き合わせて配置されている。
【００９４】
即ち、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａは、第一側面Ｃと面一に形成されるとともに、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｃと凹溝Ｋの壁面ｋｃとで第一突合部Ｊ４が形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の側面ｕｄと凹溝Ｋの壁面ｋｄとで第二突合部Ｊ５が形成されている。つまり、第一突合部Ｊ４は、第一継手部材Ｕ１と第一金属部材１ａとで形成される部分をいう。また、第二突合部Ｊ５は、第一継手部材Ｕ１と第二金属部材１ｂとで形成される部分をいう。また、第一継手部材Ｕ１の下面ｕｂと、凹溝Ｋの底面ｋｂとで境界部Ｊ６が形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａにおいて、長手方向の中心線を含む部分を中央部Ｊ７とする。
【００９５】
なお、第一継手部材Ｕ１は、本実施形態では、被接合金属部材１と同等の金属部材からなるが、これに限定されるものではなく、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であってもよい。
【００９６】
（10-2）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図１５の（ａ）に示すように、表面Ａにおける表面側塑性化領域Ｗ１に沿って第一タブ材２を配置して、その当接面２１を表面Ａに当接させる。さらに、裏面Ｂにおける裏面側塑性化領域Ｗ２に沿って第二タブ材３を配置して、その当接面３１を裏面Ｂに当接させる。
なお、具体的な図示はしないが、第一タブ材２及び第二タブ材３の表面と被接合金属部材１の第一側面Ｃは面一に形成されている。また、第一タブ材２及び第二タブ材３の裏面と被接合金属部材１の第二側面Ｄは面一に形成されている。第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１に添設させることで、回転ツールの開始位置（挿入位置）を容易に設定することができ、迅速に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９７】
（10-3）仮溶接工程
仮溶接工程は、図１５の（ａ）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。
【００９８】
（10-4）被接合金属部材設置工程
被接合金属部材設置工程においては、図１５の（ａ）に示すように、第一側面Ｃが上面に位置し、かつ、平面視して第一タブ材２が左側に位置するように、図示せぬ摩擦撹拌装置の架台に設置する。
【００９９】
なお、第三の準備工程において、本実施形態においては、前記したように行ったが、例えば、被接合金属部材設置工程の後に、第一継手部材配置工程を行ってもよい。
【０１００】
（１１）第一継手部材接合工程
第一継手部材接合工程は、図１５及び図１６に示すように、第一側面Ｃに配置された第一継手部材Ｕ１に、摩擦撹拌接合を行う工程である。第一継手部材接合工程は、本実施形態においては、第一突合部Ｊ４に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-1）第一突合部接合工程と、中央部Ｊ７に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-2）中央部接合工程と、第二突合部Ｊ５に沿って摩擦撹拌接合を行う（11-3）第二突合部接合工程と、を具備するものである。
【０１０１】
第一継手部材接合工程は、開始位置から終了位置まで回転ツールを離脱させることなく、一筆書きの要領で摩擦撹拌接合を行うものである。なお、第一継手部材接合工程においては、比較的小回りの効く仮接合用回転ツールＦを用いる。本実施形態においては、仮接合用回転ツールＦを右回転させて摩擦撹拌接合を行うものとする。
【０１０２】
（11-1）第一突合部接合工程
第一突合部接合工程は、第一タブ材２の表面に形成された開始位置ＳＭ３から第一突合部Ｊ４に沿って折り返し点ｆ２まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。開始位置ＳＭ３に仮接合用回転ツールＦを押圧した後、第一突合部接合工程の始点ｆ１に向けて仮接合用回転ツールＦを相対移動させる。そして、始点ｆ１で離脱させることなくそのまま突合部Ｊ８を横断して、折り返し地点ｆ２まで移動させる。第一突合部接合工程において形成された塑性化領域を、第一側面側塑性化領域ｗ１とする。
【０１０３】
ここで、図１５の（ｂ）に示すように、第一側面側塑性化領域ｗ１の深さｗａと、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２とは、ｗａ＞ｕ２となるように設定するのが好ましい。これにより、第一突合部Ｊ４の厚さ方向の全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０４】
なお、仮接合用回転ツールＦの埋設深さｐは、撹拌ピンＦ２の長さＬ２と、仮接合用回転ツールＦの押込み量ｑ（第一側面Ｃからショルダ部Ｆ１の下面までの距離）とを用いてｐ＝Ｌ２＋ｑで表される。例えば、埋設深さｐと、第一継手部材Ｕ１の厚みｕ２との関係が、ｐ≧ｕ２となるように設定すれば、より確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０５】
また、図１５の（ｂ）に示すように、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１と、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１との関係は、３×Ｘ１＞ｕ１となるように設定されることが好ましい。このように設定することで、第一継手部材Ｕ１の上面ｕａの全面を摩擦撹拌接合することができる。
【０１０６】
折り返し地点ｆ２は、本実施形態においては、第一継手部材Ｕ１内に設定する。即ち、折り返し地点ｆ２は、平面視して裏面側塑性化領域Ｗ２内に位置するとともに、裏面Ｂから折り返し地点ｆ２までの距離ｄ１と、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１（図４の（ａ）参照）との関係が、Ｘ１／２＜ｄ１となる位置に設定するのが好ましい。折り返し地点ｆ２をこのように設定することで、仮接合用回転ツールＦが裏面Ｂにかからないようにすることができる。これにより、裏面Ｂに形成されている酸化皮膜を第一継手部材Ｕ１側に巻き込まないため、気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１０７】
なお、仮接合用回転ツールＦを第一側面Ｃよりも下方に押し込まない場合（押込み量ｑ＝０の場合）、折り返し地点ｆ２の設定位置は、Ｘ２／２＜ｄ１（Ｘ２＝撹拌ピンＦ２の上端径（図４の（ａ）参照））となるように設定すればよい。
また、本実施形態においては、折り返し地点ｆ２を被接合金属部材１内に設けたが、これに限定されるものではなく、第二タブ材３に設けてもよい。
【０１０８】
（11-2）中央部接合工程
中央部接合工程は、中央部接合工程の始点ｆ３から中央部Ｊ７に沿って中央部接合工程の折り返し地点ｆ４まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。即ち、第一突合部接合工程終了後、仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく裏面Ｂと略平行に移動させて、折り返し地点ｆ２から始点ｆ３まで摩擦撹拌接合を行う。そして、始点ｆ３に到達したら、中央部Ｊ７（突合部Ｊ１）に沿って摩擦撹拌接合を行う。これにより、第一継手部材Ｕ１の中央部分において、摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１０９】
また、図１５の（ｂ）に示すように、中央部接合工程において形成される第一側面側塑性化領域ｗ２の深さｗａは、第一継手部材Ｕの厚みｕ２よりも大きくなるように設定する。さらに、中央部接合工程の始点ｆ３を、平面視して裏面側塑性化領域Ｗ２内に、折り返し点ｆ４を、平面視して表面側塑性化領域Ｗ１内に設定する。これにより、未塑性化領域ｊの全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができるため、より確実に隙間を密閉することができる。
【０１１０】
本実施形態においては、中央部接合工程の折り返し地点ｆ４は、第一継手部材Ｕ１内に設定する。即ち、折り返し地点ｆ４は、平面視して表面側塑性化領域Ｗ１内に設定するとともに、表面Ａから折り返し点ｆ４までの距離ｄ２と、仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１（図４の（ａ）参照）との関係がＸ１／２＜ｄ２となるように設定するのが好ましい。折り返し地点ｆ４をこのように設定することで、仮接合用回転ツールＦが表面Ａにかからないようにすることができる。これにより、表面Ａに形成されている酸化皮膜を第一継手部材Ｕ１側に巻き込まないため、気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１１１】
（11-3）第二突合部接合工程
第二突合部接合工程は、第二突合部の始点ｆ５から第二突合部Ｊ５に沿って終了位置ＥＭ３まで連続して摩擦撹拌接合を行うものである。即ち、中央部接合工程終了後、仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく表面Ａと略平行に移動して折り返し地点ｆ４から始点ｆ５まで摩擦撹拌接合を行うものである。始点ｆ５に到達したら第二突合部Ｊ５に沿って摩擦撹拌接合を行う。そして、第二突合部接合工程の終点ｆ６に達したら、そのまま突合部Ｊ９を横断して終了位置ＥＭ３まで移動させ、仮接合用回転ツールＦを第二タブ材３から離脱させる。
【０１１２】
図１５の（ｂ）に示すように、第二突合部接合工程において形成される第一側面側塑性化領域ｗ３の深さｗａは、第一継手部材の厚みｕ２よりも大きくなるように形成されている。これにより、第二突合部Ｊ５の厚み方向の全長に亘って摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１３】
前記した第一継手部材接合工程は、平面視すると図１６のようなビードが形成される。即ち、第一継手部材Ｕ１は、第一継手部材Ｕ１の両端の一部を残して第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３によって覆われている。また、図１５の（ｂ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の全断面が第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３で摩擦撹拌されている。
【０１１４】
第一継手部材接合工程は、本実施形態のように、凹溝Ｋの底面ｋｂと第一継手部材Ｕの下面ｕｂで形成される境界部Ｊ６が、全面に亘って摩擦撹拌接合されていることが好ましい。これにより、凹溝Ｋの底面ｋｂは、表面側塑性化領域Ｗ１、裏面側塑性化領域Ｗ２及び第一側面側塑性化領域ｗ１〜ｗ３によって摩擦撹拌されるため、突合部Ｊ１を隙間なく確実に密閉することができる。
【０１１５】
なお、図１４の（ｂ）に示すように、凹溝Ｋの幅ｋ１と、裏面側塑性化領域Ｗ２の幅ｎとは、ｋ１＜ｎとなるように形成されるのが好ましい。これにより、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１を小さく設定することができるため、作業効率を高めることができる。
即ち、本実施形態においては、第一継手部材Ｕ１の幅ｕ１と仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の関係から、３通り（一往復半）で摩擦撹拌接合を行ったが、これに限定されるものではない。第一継手部材Ｕの幅ｕ１とショルダ部の外径ｘ１との長さを近接させた場合には、１通り又は２通りであってもよい。
一方、第一継手部材Ｕの幅ｕ１とショルダ部の外径ｘ１との長さの差を大きくした場合には、４通り以上であってもよい。また、必ずしも直線状のビードでなくてもよく、ジグザグに摩擦撹拌接合を行ってもよい。
【０１１６】
（１２）第四の準備工程
第四の準備工程は、第二継手部材接合工程に先だって行われる工程である。第四の準備工程は、本実施形態では、凹溝Ｋに第二継手部材Ｕ（Ｕ２）を配置する（12-1）第二継手部材配置工程と、第二継手部材Ｕ２が配置された被接合金属部材１を摩擦撹拌装置に設置する（12-2）被接合金属部材設置工程と、具備するものである。第四の準備工程は、第三の準備工程と略同等であるため、簡単に説明する。
【０１１７】
（12-1）第二継手部材配置工程
まず、第一継手部材接合工程が終了したら、図示しない摩擦撹拌装置の架台に固定された被接合金属部材１を外し、第二側面Ｄ側を上方に向けて、第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋに第二継手部材Ｕ２を配置する。
【０１１８】
（12-2）被接合金属部材設置工程
そして、図１７に示すように、被接合金属部材１を平面視した場合に、左側に第二タブ材３が配置され、右側に第一タブ材２が配置されるように、被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置に設置する。
なお、（12-2）被接合金属部材設置工程を行った後に、（12-1）第二継手部材配置工程を行ってもよい。
【０１１９】
（１３）第二継手部材接合工程
第二継手部材接合工程は、図１７に示すように、第二側面Ｄに配置された第二継手部材Ｕ２に、摩擦撹拌接合を行う工程である。第二継手部材接合工程は、本実施形態においては、第２突合部Ｊ５’に摩擦撹拌接合を行う（13-1）第二突合部接合工程と、中央部Ｊ７’に摩擦撹拌接合を行う（13-2）中央部接合工程と、第一突合部Ｊ４’に摩擦撹拌接合を行う（13-3）第一突合部接合工程と、を具備するものである。
【０１２０】
第二継手部材接合工程は、図１７に示すように、第一タブ材２の表面に設定された開始位置ＳＭ４から、第二タブ材３の表面に設定された終了位置ＥＭ４まで仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく、一筆書きの要領で摩擦撹拌接合を行うものである。
第一継手部材接合工程が終了した時点において、図示しない摩擦撹拌装置は、被接合金属部材１を平面視した場合に、被接合金属部材１の右側に配置される。そのため、第二継手部材接合工程の開始位置ＳＭ４は、第二タブ材３の表面に設定するのが好ましい。これにより、摩擦撹拌装置の動きを省略して作業効率を高めることができる。
【０１２１】
（13-1）第二突合部接合工程、（13-2）中央部接合工程及び（13-3）第一突合部接合工程は、それぞれ前記した（11-3）第二突合部接合工程、（11-2）中央部接合工程及び（11-1）第一突合部接合工程を反対側から摩擦撹拌したものであるため、詳細な説明を省略する。なお、第二継手部材接合工程によって形成される塑性化領域をそれぞれ第二側面側塑性化領域ｗ１’〜ｗ３’とする。
【０１２２】
（１４）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、第二継手部材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外し、図示しない切削器具を用いて第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ８及び第二タブ材３と被接合金属部材１との突合部Ｊ９に沿って第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。
【０１２３】
（１４）第二溶接補修工程
第二溶接補修工程は、第一継手部材接合工程及び第二継手部材接合工程で形成された第一側面側塑性化領域ｗ１及びｗ３並びに第二側面側塑性化領域ｗ１’及びｗ３’において形成されるトンネル状空洞欠陥及び酸化皮膜に対して、溶接によって補修を行う工程である。
即ち、図１８に示すように、第一側面側塑性化領域ｗ１の表面Ａには、表面Ａから裏面Ｂ側に連続するトンネル状空洞欠陥ｒ１が形成される慮りがある。したがって、トンネル状空洞欠陥ｒ１に溶接を行うことにより、トンネル状空洞欠陥ｒ１を溶接金属Ｔ３で密閉して表面Ａ及び裏面Ｂ間を分断することができる。
【０１２４】
また、表面Ａに係る第一側面側塑性化領域ｗ１には、仮接合用回転ツールＦが表面Ａを横断することによって酸化皮膜ｚ１が形成される慮りがある。したがって、酸化皮膜ｚ１に溶接を行うことにより、酸化皮膜ｚ１の空隙を溶接金属Ｔ４で密閉する。
このように、第一側面側塑性化領域ｗ１によって、表面Ａに露出するトンネル状空洞欠陥ｒ１及び酸化皮膜ｚ１を溶接により密閉することで、より気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。なお、第一側面側塑性化領域ｗ３、第二側面側塑性化領域ｗ１’、第二側面側塑性化領域ｗ３’においても、トンネル状空洞欠陥や酸化皮膜が形成される可能性がある。このような場合には、それぞれ第一側面側塑性化領域ｗ１と同様に第二溶接補修工程を行う。
【０１２５】
さらに、図１８に示すように、第一継手部材Ｕ１のうち、突合部Ｊ５及び境界部Ｊ６に溶接を行って、突合部Ｊ５及び境界部Ｊ６の隙間を密閉してもよい。これにより、より一層気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態にかかる接合方法によれば、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに凹溝Ｋを形成することにより、被接合金属部材１の側面に巻き込む可能性のある酸化被膜Ｚ１〜Ｚ４を取り除くことができる。また、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに形成された凹溝Ｋに露出する未塑性化領域ｊ、空洞欠陥Ｒ１及びＲ２に継手部材Ｕを配置するとともに、継手部材Ｕと凹溝Ｋとの第一突合部Ｊ４、中央部Ｊ７及び第二突合部Ｊ５を摩擦撹拌接合することにより、未塑性化領域ｊ、空洞欠陥Ｒ１及びＲ２を密閉することができる。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向上させて質の高い製品を製造することができる。
【０１２７】
また、本実施形態においては、継手部材Ｕの両端面と表面Ａ及び裏面Ｂとを面一にしているため、凹溝Ｋの底面ｋｂに露出するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を確実に分断することができるとともに、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂを平坦に形成することができる。また、継手部材Ｕを介して摩擦撹拌接合を行うことにより、突合部Ｊ１の接合強度を高めることができる。
【０１２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、本実施形態においては、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの両側面に継手部材接合工程を行ったが、どちらか一方の側面に継手部材接合工程を行うだけでもよい。また、工程順序はあくまで例示であって、適宜順序を変更して接合を行ってもよい。
【０１２９】
また、例えば図１９に示すように、継手部材Ｕ’の幅ｕ１と仮接合用回転ツールＦのショルダ部Ｆ１外径Ｘ１との関係によっては、第一突合部Ｊ４及び第二突合部Ｊ５の２通りのみに摩擦撹拌接合を行ってもよい。これにより、工程を減らすことができるため、より迅速に接合することができる。
【０１３０】
また、本実施形態においては、第一タブ材２及び第二タブ材３を用いたが、これらの当て部材を用いずに摩擦撹拌接合を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本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】本実施形態に係る（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】本実施形態に係る（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】本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】本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】本実施形態に係る第一の予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７】本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、本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、本実施形態に係る第二の準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９】本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】本実施形態に係る（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】本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】本実施形態に係る第一溶接補修工程を示した図であって、第一側面Ｃの平面図である。
【図１３】本実施形態に係る第一継手部材配置工程を示した斜視図である。
【図１４】本実施形態に係る第一継手部材配置工程を第一側面Ｃ側からみた側面図であって（ａ）は、配置前、（ｂ）は、配置後を示す。
【図１５】本実施形態に係る第一継手部材接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のVI−VI線断面図である。
【図１６】本実施形態に係る第一継手部材接合工程後を示した平面図である。
【図１７】本実施形態に係る第二継手部材接合工程を示した平面図である。
【図１８】本実施形態に係る第二溶接補修工程を示した図であって、図１のＮ部分の拡大斜視図である。
【図１９】本実施形態に係る変形例を示した図であって、継手部材接合工程を示した断面図である。
【図２０】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図２１】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１３２】
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
ｊ 未塑性化領域
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ｊ４ 第一突合部
Ｊ５ 第二突合部
Ｋ 凹溝
ｋａ 凹溝の幅
ｋｂ 凹溝の底面
Ｐ 下穴
Ｒ１，Ｒ２ トンネル状空洞欠陥
Ｔ 溶接金属
Ｕ 継手部材
ｕ２ 継手部材の厚み
Ｗ１ 表面側塑性化領域
Ｗ２ 裏面側塑性化領域
ｗ１〜ｗ３ 側面側塑性化領域
Ｚ１〜Ｚ４ 酸化皮膜
【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、
前記被接合金属部材の側面に係る前記突合部に沿って凹溝を形成する凹溝形成工程と、
前記凹溝に継手部材を配置する継手部材配置工程と、
前記凹溝と前記継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記継手部材接合工程は、
前記凹溝において、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に露出する未塑性化領域を密閉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】
前記継手部材の両端面は、前記被接合金属部材の前記表面及び前記裏面と面一であ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】
前記継手部材接合工程で形成された側面側塑性化領域の深さは、前記継手部材の厚みよりも大きい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】
前記凹溝形成工程の後に、前記凹溝の底面に露出した空洞欠陥及び前記未塑性化領域の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第一溶接補修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】
前記継手部材接合工程の後に、前記継手部材接合工程によって前記表面及び前記裏面に露出する空洞欠陥及び前記継手部材接合工程によって巻き込んだ酸化被膜の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第二溶接補修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１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】
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７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、
前記被接合金属部材の側面に係る前記突合部に沿って凹溝を形成する凹溝形成工程と、
前記凹溝に継手部材を配置する継手部材配置工程と、
前記凹溝と前記継手部材との突合部に対して摩擦撹拌を行う継手部材接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記継手部材接合工程は、
前記凹溝において、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に露出する未塑性化領域を密閉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】
前記継手部材の両端面は、前記被接合金属部材の前記表面及び前記裏面と面一であ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】
前記継手部材接合工程で形成された側面側塑性化領域の深さは、前記継手部材の厚みよりも大きい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】
前記凹溝形成工程の後に、前記凹溝の底面に露出した空洞欠陥及び前記未塑性化領域の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第一溶接補修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】
前記継手部材接合工程の後に、前記継手部材接合工程によって前記表面及び前記裏面に露出する空洞欠陥及び前記継手部材接合工程によって巻き込んだ酸化被膜の少なくとも一方を溶接金属によって密閉する第二溶接補修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１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】
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７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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−３９７８０（Ｐ２００９−３９７８０Ａ）
【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２００７−２１０３６４（Ｐ２００７−２１０３６４）
【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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