接合方法
【課題】摩擦攪拌接合後に金属要素同士の接合部分を平らにすること。
【解決手段】金属要素１，１同士の突合部Ｊ１における金属要素１，１の表面側から突合部Ｊ１に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で表面側に発生したバリを除去するとともに第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された金属要素１，１の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする。
【解決手段】金属要素１，１同士の突合部Ｊ１における金属要素１，１の表面側から突合部Ｊ１に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で表面側に発生したバリを除去するとともに第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された金属要素１，１の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材（金属要素）同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転させた回転ツールを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（例えば、特許文献１参照）。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ところで、従来の接合方法には、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６６６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−８７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に金属要素同士の突合部に摩擦攪拌接合を行うと、熱収縮によって塑性化領域が縮んで突合部のところで反りが生じ、その反りの生じている金属要素同士の突合部の突き合わせの状態が悪いため、接合不良を招く虞が高い。
【０００６】
そこで、本発明は、摩擦攪拌接合後に金属要素同士の接合部分を平らにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする接合方法である。
【０００８】
その歪矯正工程によって、摩擦攪拌接合後に、バリを除去するとともに金属要素の裏面側に凸の反りを矯正するため、接合部分を略平らにできる。なお、裏面側に凸の反りは、横方向の反りであっても、縦方向の反りであってもよく、また、第一の本接合工程の際に生じた反りであっても、金属要素自体に予め生じていた反りであってもよい。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記突合部に、前記金属要素の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで、前記反りを矯正することを特徴とする。このような曲げモーメントを作用させると、金属要素の表面側に引張応力が発生し、その裏面側に圧縮応力が発生するので、裏面側に凸の反りを矯正することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とするロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。このようなロール矯正によって、前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正するため、突合部における金属要素の裏面側を略平らにできる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記歪矯正工程では、前記金属要素の裏面に当接する第一の補助部材を前記突合部に沿って配置するとともに、前記金属要素の表面に当接する第二および第三の補助部材を、前記突合部を挟んで両側に配置した状態で、ロール矯正することを特徴とする。このようにすると、金属要素が裏面側に凸の状態から表面側に凸の状態になるように強制的に押圧力が加わって、金属要素が反りとは反対側に強制的に撓ませられるため、反りを矯正することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記各補助部材を、前記金属要素よりも硬度の低い材料によって成形してなることを特徴とする。このようにすると、金属要素を傷つけることなく、ロール矯正することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、前記歪矯正工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程を含むことを特徴とする。この第二の本接合工程では、略平らな突合部における金属要素の裏面側から摩擦攪拌接合を行うことができるので、突合部における金属要素の表裏に、高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含むことを特徴とする。この仕上げ工程によって、第二の本接合工程を経て残存している反りを矯正することができる。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７において、前記仕上げ工程では、前記第二の本接合工程における摩擦攪拌で前記裏面側に発生したバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項８において、前記仕上げ工程では、前記バリ除去工程の後に、前記第二の本接合工程を経て金属要素同士が接合した接合体に焼きなましを行うことを特徴とする。この焼きなましによって、第二の本接合工程を経て両面から摩擦攪拌接合を行った後にも残存している反り等の歪みを矯正することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属要素同士の突合部に反りが生じていても接合不良を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る金属部材、第一タブ材および第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のII−II線断面図である。
【図２】（ａ）は仮接合用回転ツールを説明するための側面図、（ｂ）は本接合用回転ツールを説明するための側面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は仮接合用回転ツールを開始位置に挿入する状況を説明するための模式的な側面図である。
【図４】実施形態に係る第一の本接合工程を説明するための平面図である。
【図５】実施形態に係る第一の本接合工程を説明するための図４のIII−III断面図であり、（ａ）は本接合用回転ツールＢの挿入前の様子を示す図、（ｂ）は本接合用回転ツールＢによる摩擦攪拌接合時の様子を示す図、（ｃ）は本接合用回転ツールＢを抜き出したときの様子を示す図である。
【図６】実施形態に係る第一の補修工程を説明する図であり、（ａ）は補修領域を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面図である。
【図７】実施形態に係る第一の補修工程を説明するための平面図である。
【図８】第一の本接合工程および第一の補修工程の終了後に生じている反りを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図９】実施形態に係る歪矯正工程を説明する図であり、（ａ）は反りの矯正前のセッティング状態を示す断面図、（ｂ）は反りの矯正途中の様子を示す断面図、（ｃ）は反りの矯正途中の様子を示す斜視図である。
【図１０】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第二の本接合工程の開始から間もないときの様子を示す平面図、（ｂ）は第二の本接合工程の終了後の様子を示す平面図である。
【図１１Ａ】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の開始時の様子を示す断面図、（ｂ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の途中の様子を示す断面図、（ｃ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の終了後の様子を示す断面図である。
【図１１Ｂ】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の開始時の様子を示す断面図、（ｂ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の途中の様子を示す断面図、（ｃ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の終了後の様子を示す断面図である。
【図１２】実施形態に係る第二の補修工程を説明する平面図である。
【図１３】実施形態に係る仕上げ工程後の反り矯正状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態として、摩擦攪拌を利用した金属要素（金属部材）同士の接合方法であって、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む接合方法を例示する。
【００２０】
この実施形態では、図１に示すように、金属部材１，１を直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、接合すべき金属部材１，１を詳細に説明するとともに、この金属部材１，１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】
金属部材１は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、一方の金属部材１および他方の金属部材１を、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１，１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。
【００２２】
第一タブ材２および第二タブ材３は、金属部材１，１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、金属部材１，１に添設され、金属部材１の側面１４側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２および第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、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および第二タブ材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における金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。
【００２３】
次に、図２を参照して、仮接合に用いる回転ツールＡ（以下、「仮接合用回転ツールＡ」という。）および本接合に用いる回転ツールＢ（以下、「本接合用回転ツールＢ」という。）を詳細に説明する。
【００２４】
図２の（ａ）に示す仮接合用回転ツールＡは、工具鋼など金属部材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Ａ１と、このショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ａ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＡの寸法・形状は、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または第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢ（図２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、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールＡの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＢ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Ａ１の下端面Ａ１１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Ａ１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Ｂのショルダ部Ｂ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２６】
攪拌ピンＡ２は、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＡ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＡ２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Ｂの攪拌ピンＢ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＢ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。攪拌ピンＡ２の長さＬＡは、少なくとも、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ１よりも小さくすることが望ましい。
【００２７】
図２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢは、工具鋼など金属部材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Ｂ１と、このショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｂ２とを備えて構成されている。
【００２８】
ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１は、仮接合用回転ツールＡと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＢ２は、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＢ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。
【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）準備工程、（２）第一の予備工程、（３）第一の本接合工程、（４）第一の補修工程、（５）歪矯正工程、（６）第二の本接合工程、（７）第二の補修工程、（８）仕上げ工程を含むものである。なお、第一の予備工程、第一の本接合工程および第一の補修工程は、金属部材１の表面１２側から実行される工程であり、第二の本接合工程および第二の補修工程は、金属部材１の裏面１３側から実行される工程であり、歪矯正工程および仕上げ工程は、金属部材１に全体的に施す工程である。
【００３０】
（１）準備工程 ：
図１を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき金属部材１，１や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および第二タブ材３）を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき金属部材１，１を突き合せる突合工程と、金属部材１，１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を溶接により金属部材１，１に仮接合する溶接工程とを具備している。
【００３１】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、一方の金属部材１の側面１１に他方の金属部材１の側面１１を密着させるとともに、一方の金属部材１の表面１２と他方の金属部材１の表面１２を面一にし、さらに、一方の金属部材１の裏面１３と他方の金属部材１の裏面１３を面一にする。
【００３２】
タブ材配置工程では、図１の（ｂ）に示すように、金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面２１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させるとともに、突合部Ｊ１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面３１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させる。このとき、図１の（ｄ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を金属部材１の表面１２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を金属部材１の裏面１３と面一にする。
【００３３】
溶接工程では、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の側面２４とにより形成された角部２ａ，２ａ）を溶接して金属部材１と第一タブ材２とを接合し、金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の側面３４とにより形成された角部３ａ，３ａ）を溶接して金属部材１と第二タブ材３とを接合する。なお、入隅部２ａ，３ａの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。
【００３４】
準備工程が終了したら、金属部材１，１、第一タブ材２および第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。なお、溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行する。
【００３５】
（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、摩擦攪拌接合によって仮接合する。
【００３６】
本実施形態の第一の予備工程では、図４に示すように、一の仮接合用回転ツールＡ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Ｊ１（図１の（ａ）参照）に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置ＳＰに挿入した仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰまで連続的に一直線に移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＰを設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰを設けているが、開始位置ＳＰと終了位置ＥＰの位置を限定する趣旨ではない。また、この実施形態では、後記するように、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＰと、突合部Ｊ１と、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＰとが一直線上に並ぶように、仮接合用回転ツールＡのルートが設定されている。ちなみに、終了位置ＥＰは、後記する第一の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００３７】
本実施形態の第一の予備工程における摩擦攪拌の手順を図３および図４を参照してより詳細に説明する。
まず、図３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ＳＰの直上に仮接合用回転ツールＡを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールＡを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＡ２を開始位置ＳＰに押し付ける。攪拌ピンＡ２が第一タブ材２の表面２２に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＡ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＡ２が第一タブ材２に挿入される。
【００３８】
攪拌ピンＡ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ突合部Ｊ２に向けて相対移動させる。仮接合用回転ツールＡを移動させると、その攪拌ピンＡ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＡ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化する。
【００３９】
なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２が突合部Ｊ２を横切る際に、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、金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａを溶接により仮接合しているので、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。
【００４０】
突合部Ｊ２を横切らせた後は、仮接合用回転ツールＡを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１に移動させて、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、金属部材１，１の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って仮接合用回転ツールＡを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。続いて、仮接合用回転ツールＡが突合部Ｊ３に達したら、そのまま仮接合用回転ツールＡを離脱させることなく、突合部Ｊ３を横切らせて、第二ダブ材３に設定された終了位置ＥＰまで摩擦攪拌接合を連続的に行う。
【００４１】
なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）が突合部Ｊ３を横切る際に、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、金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａを溶接により仮接合しているので、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。
【００４２】
仮接合用回転ツールＡが終了位置ＥＰに達したら、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を終了位置ＥＰから離脱させる。
【００４３】
（３）第一の本接合工程 ：
第一の本接合工程は、金属部材１，１の突合部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２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して金属部材１の表面１２側から摩擦攪拌を行う。
【００４４】
第一の本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＢ２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。すなわち、第一の本接合工程では、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置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。
【００４５】
図５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５の（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ１の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を第二タブ材３の表面３２に当接すると、第二タブ材３の表面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攪拌ピンＢ２の周面で押し退けながら、攪拌ピンＢ２が圧入される。
【００４６】
攪拌ピンＢ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＢ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Ｂを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域Ｗ１（以下、「表側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。なお、本接合用回転ツールＢを移動させる際には、ショルダ部Ｂ１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、本接合用回転ツールＢの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
【００４７】
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Ｂの周囲に表面１２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、金属部材１，１間に冷却水が入り込むと、接合面（側面１１）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金属部材１，１間の目地を閉塞しているので、金属部材１，１間に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００４８】
金属部材１，１の突合部Ｊ１では、金属部材１，１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪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Ｂを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＢを相対移動させたら、摩擦攪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。
【００４９】
なお、本実施形態では、金属部材１の表面１２側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートを一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＢ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Ｂの磨耗量を低減することが可能となる。
【００５０】
本接合用回転ツールＢが終了位置ＥＭ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＢ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＢ２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。
【００５１】
（４）第一の補修工程 ：
第一の補修工程は、第一の本接合工程により金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【００５２】
本実施形態に係る第一の補修工程では、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。
【００５３】
第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一の補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【００５４】
第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ２を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二の補修領域Ｒ２を設定するとよい。
【００５５】
第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ３を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を第二タブ材３に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第三の補修領域Ｒ３を設定するとよい。
【００５６】
本実施形態に係る第一の補修工程では、本接合用回転ツールＢよりも小型の仮接合用回転ツールＡを補修用の回転ツールとして用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。なお、ここでは、仮接合用回転ツールＡを用いることとしたが、本接合用回転ツールＢよりも小型の補修用の回転ツールによって摩擦攪拌を行っても構わない。また、以下では、第一の補修工程で用いる仮接合用回転ツールＡを補修用回転ツールＡと称して説明することとする。
【００５７】
第一の補修工程における摩擦攪拌の手順を、図７を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００５８】
第一の補修工程では、一の補修領域に対する摩擦攪拌が終了する度に補修用回転ツールＡを離脱させてもよいし、補修領域ごとに形態の異なる補修用回転ツールＡを使用してもよいが、本実施形態では、図７に示すように、一の補修用回転ツールＡ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、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、本実施形態に係る第一の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＲに挿入した補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＲまで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＲを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置ＥＲを設け、第二の補修領域Ｒ２、第一の補修領域Ｒ１、第三の補修領域Ｒ３の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、開始位置ＳＲと終了位置ＥＲの位置や摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【００５９】
第一の補修工程における摩擦攪拌の手順を、図７を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００６０】
第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行うと、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＡで摩擦攪拌できる領域に比して第二の補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＡを何度かＵターンさせればよい。
【００６１】
第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを離脱させずにそのまま第一の補修領域Ｒ１に移動させ、前記した第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿って連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿ってトンネル欠陥が連続して形成された場合であっても、これを確実に分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
【００６２】
第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを離脱させずにそのまま第三の補修領域Ｒ３に移動させ、第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。このようにすると、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＡで摩擦攪拌できる領域に比して第三の補修領域Ｒ３が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＡを何度かＵターンさせればよい。
【００６３】
第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＡを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を終了位置ＥＲから離脱させる。
【００６４】
（５）歪矯正工程
ところで、表側塑性化領域Ｗ１は、温度が下がってくると収縮する。そのため、図８の（ａ）に示すように、VI-VI断面（横方向）において下に凸の反り、つまり、裏面１３側に凸かつ表面１２側に凹の反りを生じてしまう。また、図８の（ａ）（ｂ）に示すように、Ｖ−Ｖ断面（縦方向）において下に凸の反り、つまり、裏面１３側に凸（表面１２側に凹）の反りを生じてしまう。
【００６５】
そこで、第一の補修工程が終了したら、第一の予備工程、第一の本接合工程、および、第一の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、金属部材１，１を裏返し、裏面１３を上にして、金属部材１，１の突合部Ｊ１の表面１２側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させる歪矯正工程を行う。この歪矯正工程は、第一の本接合工程や第一の補修工程で生じた横方向の反りを、曲げモーメントで作用する引張応力により矯正する工程である。
【００６６】
以下、歪矯正工程についてさらに詳細に説明する。この歪矯正工程では、図９の（ａ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１を形成した表面１２を下側にし、表面１２の両側縁に沿って全長に亘り帯状の補助部材Ｑ１，Ｑ２を表面１２に当接させ、裏面１３の突合部Ｊ１に沿って全長に亘り帯状の補助部材Ｑ３を当接させる。そして、補助部材Ｑ３の上側にロールＲ１を配置し、補助部材Ｑ１，Ｑ２の下側にロールＲ２を配置する。つまり、金属部材１，１の接合体は、上側に凸の状態でロールＲ１，Ｒ２の間に配置され、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を介してロールＲ１，Ｒ２に狭持される。
【００６７】
なお、ここでは、図９の（ｃ）に示すように、第一タブ材２や第二タブ材３にも補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を連続させて位置させることとするが、反りの状態に応じて、第一タブ材２や第二タブ材３に補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が第一タブ材２や第二タブ材３に架からないようにしてもよい。
また、第一タブ材２や第二タブ材３を取り除いた金属部材１にロール矯正を行って、反りを矯正するようにしてもよい。また、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３としては、金属部材１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。
【００６８】
ここで、ロールＲ１，Ｒ２が互いに近づいて金属部材１，１に圧力を加えると、図９の（ｂ）に示すように、補助部材Ｑ３が突合部Ｊ１を下側に押し、補助部材Ｑ１，Ｑ２が金属部材１，１の両端側を上側に押すため、突合部Ｊ１には曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは金属部材１，１の表面１２側に引張応力を発生させるため、金属部材１，１が強制的に下側に凸に撓ませられる。
【００６９】
また、図９の（ｃ）に示すように、ロールＲ１が矢印α方向に回転するとともに、ロールＲ２が矢印β方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は金属部材１，１に対して矢印γ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。また、ロールＲ１が矢印β方向に回転するとともにロールＲ２が矢印α方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は金属部材１，１に対して矢印δ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。なお、ロール送り方向は、突合部Ｊ１に沿った縦方向に相当する。
【００７０】
したがって、突合部Ｊ１に作用する曲げモーメントの位置が、その相対的な移動に伴って遷移していくため、金属部材１，１の全体が強制的に下側に凸に撓まされる。そのため、この相対的な移動を繰り返して往復動させることによって、反りをならしていくことが可能になる。なお、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、金属部材１，１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みを設定すればよい。補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、金属材料１を傷つけることなくロール矯正するために、金属部材１よりも硬度の低い材料によって成形することが好ましい。
【００７１】
なお、ここでは、金属部材１，１（接合体）の裏面１３を上にして、歪矯正工程を行うものとして説明したが、裏返さずに表面１２を上にして歪矯正工程を行うようにしてもよい。この場合、前記した各構成部品は、表裏対称に表れるため、説明を省略する。
【００７２】
（６）第二の本接合工程 ：
続いて、歪矯正工程を経て横方向の反りの矯正が終わると、第二の本接合工程を行う。この第二の本接合工程は、金属部材１，１の突合部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、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢ（図２参照）を使用して、突合部Ｊ１に対して金属部材１の裏面１３側から摩擦攪拌を行う。ところが、前記したように、突合部Ｊ１には、縦方向の反りが生じている。そこで、この実施形態では、後記するように、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行う。そこで、まず、摩擦攪拌接合の平面視における様子について説明する。
【００７３】
第二の本接合工程では、まず、突合部Ｊ１の途中に設定した開始位置ＳＭ１（第一の開始位置）に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を圧入（挿入）し、挿入した攪拌ピンＢ２を途中で離脱させることなく、図１０の（ａ）の左側に向けて、第一タブ材２に設けた終了位置ＥＭ１（第一の終了位置）まで移動させる。すなわち、第二の本接合工程では、まず、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌を開始し、塑性化領域Ｗ２１を形成しつつ終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００７４】
続いて、開始位置から終了位置の突合部Ｊ１であって、塑性化領域Ｗ２１に含まれる位置に設定した開始位置ＳＭ２（第二の開始位置）に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を圧入（挿入）し、挿入した攪拌ピンＢ２を途中で離脱させることなく第二タブ材３に設けた終了位置ＥＭ２（第二の終了位置）まで移動させる。すなわち、第二の本接合工程では、開始位置ＳＭ２から摩擦攪拌を開始し、塑性化領域Ｗ２２を形成しつつ終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１とを結ぶ線分と、開始位置ＳＭ２と終了位置ＥＭ２とを結ぶ線分とが重なるように、各位置が設定されている。そのため、反りの頂上付近で塑性化領域が重なって繋がるため、突合部を確実に高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる
【００７５】
次に、図１１Ａの（ａ）〜（ｃ）および図１１Ｂの（ａ）〜（ｃ）を参照して、第二の本接合工程の深さ方向の様子について、より詳細に説明する。
まず、図１１Ａの（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ１の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を挿入（圧入）する。
【００７６】
攪拌ピンＢ２の全体が金属部材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が金属部材１の表面に接触したら、図１１Ａの（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＢを突合部Ｊ１に沿って第一タブ材２に設定した終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。このとき、図１１Ａの（ｃ）に示すように、縦方向の反りに合わせて階段状に回転ツールＢを下げながら、ショルダ部Ｂ１の軸線を垂直にした状態で相対移動させる。
【００７７】
本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２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Ｗ２１（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２１」という。）が形成される。本実施形態においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程において同一の本接合用回転ツールＢを用いているので、裏側塑性化領域Ｗ２１の断面積は、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と同等になる。
【００７８】
なお、ここでは、ショルダ部Ｂ１の軸線を垂直にした状態で本接合用回転ツールＢを移動させることとしたが、反りの曲率に合わせて鉛直線に対して一定の傾きで前側に傾斜させた状態で行うようにしてもよい。また、傾き方は、ショルダ部Ｂ１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。
【００７９】
また、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Ｂの周囲に裏面１３側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。この場合、熱収縮によって生じる可能性のある新たな反りの影響を予め考慮して、本接合用回転ツールＢを相対移動させることが望ましい。
【００８０】
突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う際には、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、攪拌ピンＢ２によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【００８１】
本接合用回転ツールＢが終了位置ＥＭ１に達したら、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる（図１１Ａの（ｃ）参照）。
【００８２】
なお、第一の本接合工程で残置された抜き穴Ｑ１と第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動ルートとが重なると、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に流れ込み、接合欠陥が発生する虞があるので、抜き穴Ｑ１から離れた位置に第二の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１（抜き穴Ｑ２）を設けるとともに、抜き穴Ｑ１を避けるように第二の本接合工程における摩擦攪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Ｂの攪拌ピンＢ２を移動させることが望ましい。
【００８３】
また、第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２が第一の本接合工程の抜き穴Ｑ１を通過しない場合であっても、その離隔距離が小さい場合には、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に押し出され、接合欠陥が発生する虞があるので、より好適には、第一の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１と、第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動軌跡（本実施形態では終了位置ＥＭ１）との平面視での最短距離を、本接合用回転ツールＢのショルダ部Ｂ１の外径以上にすることが望ましい。
【００８４】
続いて、終了位置ＥＭ１から離脱された本接合用回転ツールＢは、図１１Ｂの（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ２の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を挿入（圧入）する。同様に、攪拌ピンＢ２の全体が金属部材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が金属部材１の表面に接触したら、図１１Ｂの（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＢを突合部Ｊ１に沿って第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２に向けて相対移動させる。このとき、図１１Ｂに示すように、縦方向の反りに合わせて階段状に回転ツールＢを下げながら、相対移動させる。
【００８５】
本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２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Ｗ２２（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２２」という。）が形成される。本実施形態においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程において同一の本接合用回転ツールＢを用いているので、裏側塑性化領域Ｗ２２の断面積は、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と同等になる。
【００８６】
そして、本接合用回転ツールＢは、終了位置ＥＭ２に到達すると、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１から離脱させ（図１１Ｂの（ｃ）参照）、裏面１３側の摩擦攪拌接合が終了する。
【００８７】
なお、本実施形態の如く第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢを使用して第二の本接合工程を行えば、作業効率が向上してコストの削減を図ることが可能になり、さらには、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積とが同等になるので、接合部の品質が均質になるが、第一の本接合工程と第二の本接合工程とで異なる形態の本接合用回転ツールを用いても差し支えない。
【００８８】
（７）第二の補修工程 ：
第二の補修工程は、第二の本接合工程により金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２１，２２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２１，２２に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。この第二の補修工程では、第一の補修工程と同様に、本接合用回転ツールＢよりも小型の仮接合用回転ツールＡを補修用の回転ツールとして用いて摩擦攪拌を行う。以下、ここでも、第二の補修工程で用いる仮接合用回転ツールＡを補修用回転ツールＡと称して説明することとする。
【００８９】
前記したように、第二の本接合工程では、突合部Ｊ１の途中に設定した開始位置からオーバーラップさせてから左右両端に摩擦攪拌を行っている。本接合用回転ツールＢを右回転させて摩擦攪拌接合を行った場合には、進行方向の左側に欠陥が発生している可能性が高い。そのため、塑性化領域Ｗ２１では、進行方向の左側、図１２を参照すると、開始位置ＳＮ１から終了位置ＥＮ１までの摩擦攪拌を行う。
【００９０】
具体的には、補修用回転ツールＡを開始位置ＳＮ１の上方に位置させた後に、右回転させながら開始位置ＳＮ１に挿入し、終了位置ＥＮ１まで摩擦攪拌を行う。一方、塑性化領域Ｗ２２では、塑性化領域Ｗ２１と同様に、進行方向の左側、図１２を参照すると、開始位置ＳＮ２から終了位置ＥＮ２までの摩擦攪拌を行う。具体的には、補修用回転ツールＡを開始位置ＳＮ２の上方に位置させた後に、右回転させながら開始位置ＳＮ２に挿入し、終了位置ＥＮ２まで摩擦攪拌を行う。なお、第二の補修工程でも、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行うが、第二の本接合工程と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００９１】
（８）仕上げ工程
最後に、第二の補修工程が終了したら、仕上げ工程に移行する。この仕上げ工程には、第二の予備工程、第二の本接合工程、および、第二の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去するバリ除去工程と、第一タブ材２および第二タブ材３を切除するタブ切除工程と、第一タブ材２および第二タブ材３を切除され、バリが除去されている金属部材１に焼きなましを行う焼きなまし工程とが含まれる。第一の本接合工程や第二の本接合工程を経て接合された金属部材１，１の接合体に焼きなまし工程を行って、図１３に示すよう
に、金属部材１、第一タブ材２、第二タブ材３に生じていた反りを矯正する。
【００９２】
以上に説明した実施形態によれば、金属部材１，１同士の突合部Ｊ１に反りが生じていても接合不良を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことが可能になる。
【００９３】
なお、この実施形態の歪矯正工程では、焼きなまし工程によって金属部材１，１に残存する反りを矯正するものとしたが、反りを取り除くことができるのであれば、焼きなまし工程に限らない。例えば、ローラ矯正工程によって反りを矯正するようにしてもよい。
【００９４】
また、この実施形態の第二の本接合工程や第二の補修工程では、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行うようにしているが、高さ調整（Ｚ軸調整）は、目視によって行うようにしても、図示しないセンサによって計測した物理量（距離、主軸負荷等）を一定値になるように制御して行うようにしてもよい。また、各回転ツールに掛かる回転負荷が一定になるように反りの湾曲面に合わせて各回転ツールを下げつつ摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。
【００９５】
また、回転ツールのショルダ部が塑性流動化した突合部から離れていくに従って、回転ツール（攪拌ピン）の遠心力等によって塑性流動化している金属が外周に硬化して付着することでバリとして成長していく量が増えることに着目して、バリの量を一定に維持するように回転ツールの高さを下げるように調節するようにしてもよい。この場合でも、摩擦攪拌の深さを一定値に維持できるため、接合箇所の厚み不足（接合不良）を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００９６】
また、第二の本接合工程や第二の補修工程の各工程前に、超音波検査等によって、反りの状態を計測しておき、摩擦攪拌の開始位置から終了位置までに相対移動する間に、その高度差分だけ徐々に（連続的に）回転ツールを下げるようにしてもよい。
【００９７】
なお、この実施形態の第二の補修工程では、幅方向（横方向）に２本の塑性化領域が形成されるように、摩擦攪拌を行う場合を示したが、３本以上の塑性化領域が形成されるように、さらに小型の回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うようにしてもよい。また、同一条の塑性化領域には、回転ツールが複数回通過するようにすることが好ましい。
【００９８】
また、この実施形態では、第二の本接合工程および第二の補修工程前に縦方向の反りを矯正した後に、各工程を行うこととして説明したが、第一の補修工程後に、歪矯正工程において、横方向の反りのみならず、縦方向の反りも矯正するようにしてもよい。このように、縦方向の反りも矯正した後に、第二の本接合工程および第二の補修工程を行うこととすれば、突合部Ｊ１の途中（反りの頂上）から摩擦攪拌を行わずに、第一タブ材２や第二タブ材３に開始位置や終了位置を設定することができるため、回転ツールの挿入（圧入）や抜き出しの際に、突合部Ｊ１に酸化皮膜を残存させてしまうという欠陥を防ぐことが可能になる。
【符号の説明】
【００９９】
１ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ａ 仮接合用回転ツール
Ａ１ ショルダ部
Ａ２ 攪拌ピン
Ｂ 本接合用回転ツール
Ｂ１ ショルダ部
Ｂ２ 攪拌ピン
Ｗ１，Ｗ２ 塑性化領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材（金属要素）同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転させた回転ツールを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（例えば、特許文献１参照）。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ところで、従来の接合方法には、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６６６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−８７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に金属要素同士の突合部に摩擦攪拌接合を行うと、熱収縮によって塑性化領域が縮んで突合部のところで反りが生じ、その反りの生じている金属要素同士の突合部の突き合わせの状態が悪いため、接合不良を招く虞が高い。
【０００６】
そこで、本発明は、摩擦攪拌接合後に金属要素同士の接合部分を平らにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする接合方法である。
【０００８】
その歪矯正工程によって、摩擦攪拌接合後に、バリを除去するとともに金属要素の裏面側に凸の反りを矯正するため、接合部分を略平らにできる。なお、裏面側に凸の反りは、横方向の反りであっても、縦方向の反りであってもよく、また、第一の本接合工程の際に生じた反りであっても、金属要素自体に予め生じていた反りであってもよい。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記突合部に、前記金属要素の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで、前記反りを矯正することを特徴とする。このような曲げモーメントを作用させると、金属要素の表面側に引張応力が発生し、その裏面側に圧縮応力が発生するので、裏面側に凸の反りを矯正することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とするロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする。このようなロール矯正によって、前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正するため、突合部における金属要素の裏面側を略平らにできる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記歪矯正工程では、前記金属要素の裏面に当接する第一の補助部材を前記突合部に沿って配置するとともに、前記金属要素の表面に当接する第二および第三の補助部材を、前記突合部を挟んで両側に配置した状態で、ロール矯正することを特徴とする。このようにすると、金属要素が裏面側に凸の状態から表面側に凸の状態になるように強制的に押圧力が加わって、金属要素が反りとは反対側に強制的に撓ませられるため、反りを矯正することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記各補助部材を、前記金属要素よりも硬度の低い材料によって成形してなることを特徴とする。このようにすると、金属要素を傷つけることなく、ロール矯正することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項において、前記歪矯正工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程を含むことを特徴とする。この第二の本接合工程では、略平らな突合部における金属要素の裏面側から摩擦攪拌接合を行うことができるので、突合部における金属要素の表裏に、高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含むことを特徴とする。この仕上げ工程によって、第二の本接合工程を経て残存している反りを矯正することができる。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７において、前記仕上げ工程では、前記第二の本接合工程における摩擦攪拌で前記裏面側に発生したバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項８において、前記仕上げ工程では、前記バリ除去工程の後に、前記第二の本接合工程を経て金属要素同士が接合した接合体に焼きなましを行うことを特徴とする。この焼きなましによって、第二の本接合工程を経て両面から摩擦攪拌接合を行った後にも残存している反り等の歪みを矯正することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属要素同士の突合部に反りが生じていても接合不良を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る金属部材、第一タブ材および第二タブ材の配置を説明するための図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のII−II線断面図である。
【図２】（ａ）は仮接合用回転ツールを説明するための側面図、（ｂ）は本接合用回転ツールを説明するための側面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は仮接合用回転ツールを開始位置に挿入する状況を説明するための模式的な側面図である。
【図４】実施形態に係る第一の本接合工程を説明するための平面図である。
【図５】実施形態に係る第一の本接合工程を説明するための図４のIII−III断面図であり、（ａ）は本接合用回転ツールＢの挿入前の様子を示す図、（ｂ）は本接合用回転ツールＢによる摩擦攪拌接合時の様子を示す図、（ｃ）は本接合用回転ツールＢを抜き出したときの様子を示す図である。
【図６】実施形態に係る第一の補修工程を説明する図であり、（ａ）は補修領域を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面図である。
【図７】実施形態に係る第一の補修工程を説明するための平面図である。
【図８】第一の本接合工程および第一の補修工程の終了後に生じている反りを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図９】実施形態に係る歪矯正工程を説明する図であり、（ａ）は反りの矯正前のセッティング状態を示す断面図、（ｂ）は反りの矯正途中の様子を示す断面図、（ｃ）は反りの矯正途中の様子を示す斜視図である。
【図１０】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第二の本接合工程の開始から間もないときの様子を示す平面図、（ｂ）は第二の本接合工程の終了後の様子を示す平面図である。
【図１１Ａ】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の開始時の様子を示す断面図、（ｂ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の途中の様子を示す断面図、（ｃ）は第一タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の終了後の様子を示す断面図である。
【図１１Ｂ】実施形態の第二の本接合工程を説明する平面図であり、（ａ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の開始時の様子を示す断面図、（ｂ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の途中の様子を示す断面図、（ｃ）は第二タブ材側に向けた摩擦攪拌接合の終了後の様子を示す断面図である。
【図１２】実施形態に係る第二の補修工程を説明する平面図である。
【図１３】実施形態に係る仕上げ工程後の反り矯正状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態として、摩擦攪拌を利用した金属要素（金属部材）同士の接合方法であって、金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程とを含む接合方法を例示する。
【００２０】
この実施形態では、図１に示すように、金属部材１，１を直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。
まず、接合すべき金属部材１，１を詳細に説明するとともに、この金属部材１，１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】
金属部材１は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、一方の金属部材１および他方の金属部材１を、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１，１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。
【００２２】
第一タブ材２および第二タブ材３は、金属部材１，１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、金属部材１，１に添設され、金属部材１の側面１４側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２および第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、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および第二タブ材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における金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。
【００２３】
次に、図２を参照して、仮接合に用いる回転ツールＡ（以下、「仮接合用回転ツールＡ」という。）および本接合に用いる回転ツールＢ（以下、「本接合用回転ツールＢ」という。）を詳細に説明する。
【００２４】
図２の（ａ）に示す仮接合用回転ツールＡは、工具鋼など金属部材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Ａ１と、このショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ａ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＡの寸法・形状は、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または第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢ（図２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、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールＡの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＢ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Ａ１の下端面Ａ１１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Ａ１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Ｂのショルダ部Ｂ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２６】
攪拌ピンＡ２は、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＡ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＡ２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Ｂの攪拌ピンＢ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＢ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。攪拌ピンＡ２の長さＬＡは、少なくとも、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ１よりも小さくすることが望ましい。
【００２７】
図２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢは、工具鋼など金属部材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Ｂ１と、このショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｂ２とを備えて構成されている。
【００２８】
ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１は、仮接合用回転ツールＡと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＢ２は、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＢ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。
【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）準備工程、（２）第一の予備工程、（３）第一の本接合工程、（４）第一の補修工程、（５）歪矯正工程、（６）第二の本接合工程、（７）第二の補修工程、（８）仕上げ工程を含むものである。なお、第一の予備工程、第一の本接合工程および第一の補修工程は、金属部材１の表面１２側から実行される工程であり、第二の本接合工程および第二の補修工程は、金属部材１の裏面１３側から実行される工程であり、歪矯正工程および仕上げ工程は、金属部材１に全体的に施す工程である。
【００３０】
（１）準備工程 ：
図１を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき金属部材１，１や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および第二タブ材３）を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき金属部材１，１を突き合せる突合工程と、金属部材１，１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を溶接により金属部材１，１に仮接合する溶接工程とを具備している。
【００３１】
突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、一方の金属部材１の側面１１に他方の金属部材１の側面１１を密着させるとともに、一方の金属部材１の表面１２と他方の金属部材１の表面１２を面一にし、さらに、一方の金属部材１の裏面１３と他方の金属部材１の裏面１３を面一にする。
【００３２】
タブ材配置工程では、図１の（ｂ）に示すように、金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面２１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させるとともに、突合部Ｊ１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面３１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させる。このとき、図１の（ｄ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を金属部材１の表面１２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を金属部材１の裏面１３と面一にする。
【００３３】
溶接工程では、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の側面２４とにより形成された角部２ａ，２ａ）を溶接して金属部材１と第一タブ材２とを接合し、金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の側面３４とにより形成された角部３ａ，３ａ）を溶接して金属部材１と第二タブ材３とを接合する。なお、入隅部２ａ，３ａの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。
【００３４】
準備工程が終了したら、金属部材１，１、第一タブ材２および第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。なお、溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行する。
【００３５】
（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、摩擦攪拌接合によって仮接合する。
【００３６】
本実施形態の第一の予備工程では、図４に示すように、一の仮接合用回転ツールＡ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Ｊ１（図１の（ａ）参照）に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置ＳＰに挿入した仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰまで連続的に一直線に移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＰを設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰを設けているが、開始位置ＳＰと終了位置ＥＰの位置を限定する趣旨ではない。また、この実施形態では、後記するように、第一タブ材２に設定した開始位置ＳＰと、突合部Ｊ１と、第二タブ材３に設定した終了位置ＥＰとが一直線上に並ぶように、仮接合用回転ツールＡのルートが設定されている。ちなみに、終了位置ＥＰは、後記する第一の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００３７】
本実施形態の第一の予備工程における摩擦攪拌の手順を図３および図４を参照してより詳細に説明する。
まず、図３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ＳＰの直上に仮接合用回転ツールＡを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールＡを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＡ２を開始位置ＳＰに押し付ける。攪拌ピンＡ２が第一タブ材２の表面２２に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＡ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＡ２が第一タブ材２に挿入される。
【００３８】
攪拌ピンＡ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ突合部Ｊ２に向けて相対移動させる。仮接合用回転ツールＡを移動させると、その攪拌ピンＡ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＡ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化する。
【００３９】
なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２が突合部Ｊ２を横切る際に、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、金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａを溶接により仮接合しているので、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。
【００４０】
突合部Ｊ２を横切らせた後は、仮接合用回転ツールＡを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１に移動させて、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、金属部材１，１の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って仮接合用回転ツールＡを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。続いて、仮接合用回転ツールＡが突合部Ｊ３に達したら、そのまま仮接合用回転ツールＡを離脱させることなく、突合部Ｊ３を横切らせて、第二ダブ材３に設定された終了位置ＥＰまで摩擦攪拌接合を連続的に行う。
【００４１】
なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）が突合部Ｊ３を横切る際に、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、金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａを溶接により仮接合しているので、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。
【００４２】
仮接合用回転ツールＡが終了位置ＥＰに達したら、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を終了位置ＥＰから離脱させる。
【００４３】
（３）第一の本接合工程 ：
第一の本接合工程は、金属部材１，１の突合部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２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して金属部材１の表面１２側から摩擦攪拌を行う。
【００４４】
第一の本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＢ２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。すなわち、第一の本接合工程では、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置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。
【００４５】
図５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５の（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ１の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を第二タブ材３の表面３２に当接すると、第二タブ材３の表面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攪拌ピンＢ２の周面で押し退けながら、攪拌ピンＢ２が圧入される。
【００４６】
攪拌ピンＢ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＢ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Ｂを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域Ｗ１（以下、「表側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。なお、本接合用回転ツールＢを移動させる際には、ショルダ部Ｂ１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、本接合用回転ツールＢの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
【００４７】
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Ｂの周囲に表面１２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、金属部材１，１間に冷却水が入り込むと、接合面（側面１１）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金属部材１，１間の目地を閉塞しているので、金属部材１，１間に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００４８】
金属部材１，１の突合部Ｊ１では、金属部材１，１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪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Ｂを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＢを相対移動させたら、摩擦攪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。
【００４９】
なお、本実施形態では、金属部材１の表面１２側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートを一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＢ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Ｂの磨耗量を低減することが可能となる。
【００５０】
本接合用回転ツールＢが終了位置ＥＭ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置ＥＭ１において攪拌ピンＢ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＢ２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。
【００５１】
（４）第一の補修工程 ：
第一の補修工程は、第一の本接合工程により金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。
【００５２】
本実施形態に係る第一の補修工程では、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。
【００５３】
第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一の補修領域Ｒ１を設定するとよい。
【００５４】
第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ２を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１を第一タブ材２に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二の補修領域Ｒ２を設定するとよい。
【００５５】
第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ３を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を第二タブ材３に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第三の補修領域Ｒ３を設定するとよい。
【００５６】
本実施形態に係る第一の補修工程では、本接合用回転ツールＢよりも小型の仮接合用回転ツールＡを補修用の回転ツールとして用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。なお、ここでは、仮接合用回転ツールＡを用いることとしたが、本接合用回転ツールＢよりも小型の補修用の回転ツールによって摩擦攪拌を行っても構わない。また、以下では、第一の補修工程で用いる仮接合用回転ツールＡを補修用回転ツールＡと称して説明することとする。
【００５７】
第一の補修工程における摩擦攪拌の手順を、図７を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００５８】
第一の補修工程では、一の補修領域に対する摩擦攪拌が終了する度に補修用回転ツールＡを離脱させてもよいし、補修領域ごとに形態の異なる補修用回転ツールＡを使用してもよいが、本実施形態では、図７に示すように、一の補修用回転ツールＡ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、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、本実施形態に係る第一の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置ＳＲに挿入した補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＲまで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＲを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置ＥＲを設け、第二の補修領域Ｒ２、第一の補修領域Ｒ１、第三の補修領域Ｒ３の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、開始位置ＳＲと終了位置ＥＲの位置や摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【００５９】
第一の補修工程における摩擦攪拌の手順を、図７を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＲに補修用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。
【００６０】
第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行うと、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＡで摩擦攪拌できる領域に比して第二の補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＡを何度かＵターンさせればよい。
【００６１】
第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを離脱させずにそのまま第一の補修領域Ｒ１に移動させ、前記した第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿って連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿ってトンネル欠陥が連続して形成された場合であっても、これを確実に分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。
【００６２】
第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを離脱させずにそのまま第三の補修領域Ｒ３に移動させ、第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。このようにすると、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＡで摩擦攪拌できる領域に比して第三の補修領域Ｒ３が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＡを何度かＵターンさせればよい。
【００６３】
第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＡを終了位置ＥＲに移動させ、補修用回転ツールＡを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＡ２（図６の（ｂ）参照）を終了位置ＥＲから離脱させる。
【００６４】
（５）歪矯正工程
ところで、表側塑性化領域Ｗ１は、温度が下がってくると収縮する。そのため、図８の（ａ）に示すように、VI-VI断面（横方向）において下に凸の反り、つまり、裏面１３側に凸かつ表面１２側に凹の反りを生じてしまう。また、図８の（ａ）（ｂ）に示すように、Ｖ−Ｖ断面（縦方向）において下に凸の反り、つまり、裏面１３側に凸（表面１２側に凹）の反りを生じてしまう。
【００６５】
そこで、第一の補修工程が終了したら、第一の予備工程、第一の本接合工程、および、第一の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、金属部材１，１を裏返し、裏面１３を上にして、金属部材１，１の突合部Ｊ１の表面１２側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させる歪矯正工程を行う。この歪矯正工程は、第一の本接合工程や第一の補修工程で生じた横方向の反りを、曲げモーメントで作用する引張応力により矯正する工程である。
【００６６】
以下、歪矯正工程についてさらに詳細に説明する。この歪矯正工程では、図９の（ａ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１を形成した表面１２を下側にし、表面１２の両側縁に沿って全長に亘り帯状の補助部材Ｑ１，Ｑ２を表面１２に当接させ、裏面１３の突合部Ｊ１に沿って全長に亘り帯状の補助部材Ｑ３を当接させる。そして、補助部材Ｑ３の上側にロールＲ１を配置し、補助部材Ｑ１，Ｑ２の下側にロールＲ２を配置する。つまり、金属部材１，１の接合体は、上側に凸の状態でロールＲ１，Ｒ２の間に配置され、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を介してロールＲ１，Ｒ２に狭持される。
【００６７】
なお、ここでは、図９の（ｃ）に示すように、第一タブ材２や第二タブ材３にも補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を連続させて位置させることとするが、反りの状態に応じて、第一タブ材２や第二タブ材３に補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が第一タブ材２や第二タブ材３に架からないようにしてもよい。
また、第一タブ材２や第二タブ材３を取り除いた金属部材１にロール矯正を行って、反りを矯正するようにしてもよい。また、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３としては、金属部材１よりも軟質の材料であればよく、例えば、アルミニウム合金、硬質ゴム、プラスチック、木材を用いることができる。
【００６８】
ここで、ロールＲ１，Ｒ２が互いに近づいて金属部材１，１に圧力を加えると、図９の（ｂ）に示すように、補助部材Ｑ３が突合部Ｊ１を下側に押し、補助部材Ｑ１，Ｑ２が金属部材１，１の両端側を上側に押すため、突合部Ｊ１には曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは金属部材１，１の表面１２側に引張応力を発生させるため、金属部材１，１が強制的に下側に凸に撓ませられる。
【００６９】
また、図９の（ｃ）に示すように、ロールＲ１が矢印α方向に回転するとともに、ロールＲ２が矢印β方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は金属部材１，１に対して矢印γ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。また、ロールＲ１が矢印β方向に回転するとともにロールＲ２が矢印α方向に回転すると、ロールＲ１，Ｒ２は金属部材１，１に対して矢印δ方向（ロール送り方向）に相対的に移動する。なお、ロール送り方向は、突合部Ｊ１に沿った縦方向に相当する。
【００７０】
したがって、突合部Ｊ１に作用する曲げモーメントの位置が、その相対的な移動に伴って遷移していくため、金属部材１，１の全体が強制的に下側に凸に撓まされる。そのため、この相対的な移動を繰り返して往復動させることによって、反りをならしていくことが可能になる。なお、補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、金属部材１，１の力学特性や反りの曲率に応じて、反りとは反対側に撓ませて反りを矯正するのに十分な厚みを設定すればよい。補助部材Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、金属材料１を傷つけることなくロール矯正するために、金属部材１よりも硬度の低い材料によって成形することが好ましい。
【００７１】
なお、ここでは、金属部材１，１（接合体）の裏面１３を上にして、歪矯正工程を行うものとして説明したが、裏返さずに表面１２を上にして歪矯正工程を行うようにしてもよい。この場合、前記した各構成部品は、表裏対称に表れるため、説明を省略する。
【００７２】
（６）第二の本接合工程 ：
続いて、歪矯正工程を経て横方向の反りの矯正が終わると、第二の本接合工程を行う。この第二の本接合工程は、金属部材１，１の突合部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、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢ（図２参照）を使用して、突合部Ｊ１に対して金属部材１の裏面１３側から摩擦攪拌を行う。ところが、前記したように、突合部Ｊ１には、縦方向の反りが生じている。そこで、この実施形態では、後記するように、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行う。そこで、まず、摩擦攪拌接合の平面視における様子について説明する。
【００７３】
第二の本接合工程では、まず、突合部Ｊ１の途中に設定した開始位置ＳＭ１（第一の開始位置）に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を圧入（挿入）し、挿入した攪拌ピンＢ２を途中で離脱させることなく、図１０の（ａ）の左側に向けて、第一タブ材２に設けた終了位置ＥＭ１（第一の終了位置）まで移動させる。すなわち、第二の本接合工程では、まず、開始位置ＳＭ１から摩擦攪拌を開始し、塑性化領域Ｗ２１を形成しつつ終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００７４】
続いて、開始位置から終了位置の突合部Ｊ１であって、塑性化領域Ｗ２１に含まれる位置に設定した開始位置ＳＭ２（第二の開始位置）に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を圧入（挿入）し、挿入した攪拌ピンＢ２を途中で離脱させることなく第二タブ材３に設けた終了位置ＥＭ２（第二の終了位置）まで移動させる。すなわち、第二の本接合工程では、開始位置ＳＭ２から摩擦攪拌を開始し、塑性化領域Ｗ２２を形成しつつ終了位置ＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１とを結ぶ線分と、開始位置ＳＭ２と終了位置ＥＭ２とを結ぶ線分とが重なるように、各位置が設定されている。そのため、反りの頂上付近で塑性化領域が重なって繋がるため、突合部を確実に高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる
【００７５】
次に、図１１Ａの（ａ）〜（ｃ）および図１１Ｂの（ａ）〜（ｃ）を参照して、第二の本接合工程の深さ方向の様子について、より詳細に説明する。
まず、図１１Ａの（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ１の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を挿入（圧入）する。
【００７６】
攪拌ピンＢ２の全体が金属部材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が金属部材１の表面に接触したら、図１１Ａの（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＢを突合部Ｊ１に沿って第一タブ材２に設定した終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。このとき、図１１Ａの（ｃ）に示すように、縦方向の反りに合わせて階段状に回転ツールＢを下げながら、ショルダ部Ｂ１の軸線を垂直にした状態で相対移動させる。
【００７７】
本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２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Ｗ２１（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２１」という。）が形成される。本実施形態においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程において同一の本接合用回転ツールＢを用いているので、裏側塑性化領域Ｗ２１の断面積は、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と同等になる。
【００７８】
なお、ここでは、ショルダ部Ｂ１の軸線を垂直にした状態で本接合用回転ツールＢを移動させることとしたが、反りの曲率に合わせて鉛直線に対して一定の傾きで前側に傾斜させた状態で行うようにしてもよい。また、傾き方は、ショルダ部Ｂ１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。
【００７９】
また、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Ｂの周囲に裏面１３側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。この場合、熱収縮によって生じる可能性のある新たな反りの影響を予め考慮して、本接合用回転ツールＢを相対移動させることが望ましい。
【００８０】
突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う際には、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、攪拌ピンＢ２によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。
【００８１】
本接合用回転ツールＢが終了位置ＥＭ１に達したら、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる（図１１Ａの（ｃ）参照）。
【００８２】
なお、第一の本接合工程で残置された抜き穴Ｑ１と第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動ルートとが重なると、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に流れ込み、接合欠陥が発生する虞があるので、抜き穴Ｑ１から離れた位置に第二の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１（抜き穴Ｑ２）を設けるとともに、抜き穴Ｑ１を避けるように第二の本接合工程における摩擦攪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Ｂの攪拌ピンＢ２を移動させることが望ましい。
【００８３】
また、第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２が第一の本接合工程の抜き穴Ｑ１を通過しない場合であっても、その離隔距離が小さい場合には、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に押し出され、接合欠陥が発生する虞があるので、より好適には、第一の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置ＥＭ１と、第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動軌跡（本実施形態では終了位置ＥＭ１）との平面視での最短距離を、本接合用回転ツールＢのショルダ部Ｂ１の外径以上にすることが望ましい。
【００８４】
続いて、終了位置ＥＭ１から離脱された本接合用回転ツールＢは、図１１Ｂの（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ２の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を挿入（圧入）する。同様に、攪拌ピンＢ２の全体が金属部材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が金属部材１の表面に接触したら、図１１Ｂの（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＢを突合部Ｊ１に沿って第二タブ材３に設定した終了位置ＥＭ２に向けて相対移動させる。このとき、図１１Ｂに示すように、縦方向の反りに合わせて階段状に回転ツールＢを下げながら、相対移動させる。
【００８５】
本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＢ２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Ｗ２２（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２２」という。）が形成される。本実施形態においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程において同一の本接合用回転ツールＢを用いているので、裏側塑性化領域Ｗ２２の断面積は、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と同等になる。
【００８６】
そして、本接合用回転ツールＢは、終了位置ＥＭ２に到達すると、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置ＥＭ１から離脱させ（図１１Ｂの（ｃ）参照）、裏面１３側の摩擦攪拌接合が終了する。
【００８７】
なお、本実施形態の如く第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢを使用して第二の本接合工程を行えば、作業効率が向上してコストの削減を図ることが可能になり、さらには、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積とが同等になるので、接合部の品質が均質になるが、第一の本接合工程と第二の本接合工程とで異なる形態の本接合用回転ツールを用いても差し支えない。
【００８８】
（７）第二の補修工程 ：
第二の補修工程は、第二の本接合工程により金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２１，２２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２１，２２に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。この第二の補修工程では、第一の補修工程と同様に、本接合用回転ツールＢよりも小型の仮接合用回転ツールＡを補修用の回転ツールとして用いて摩擦攪拌を行う。以下、ここでも、第二の補修工程で用いる仮接合用回転ツールＡを補修用回転ツールＡと称して説明することとする。
【００８９】
前記したように、第二の本接合工程では、突合部Ｊ１の途中に設定した開始位置からオーバーラップさせてから左右両端に摩擦攪拌を行っている。本接合用回転ツールＢを右回転させて摩擦攪拌接合を行った場合には、進行方向の左側に欠陥が発生している可能性が高い。そのため、塑性化領域Ｗ２１では、進行方向の左側、図１２を参照すると、開始位置ＳＮ１から終了位置ＥＮ１までの摩擦攪拌を行う。
【００９０】
具体的には、補修用回転ツールＡを開始位置ＳＮ１の上方に位置させた後に、右回転させながら開始位置ＳＮ１に挿入し、終了位置ＥＮ１まで摩擦攪拌を行う。一方、塑性化領域Ｗ２２では、塑性化領域Ｗ２１と同様に、進行方向の左側、図１２を参照すると、開始位置ＳＮ２から終了位置ＥＮ２までの摩擦攪拌を行う。具体的には、補修用回転ツールＡを開始位置ＳＮ２の上方に位置させた後に、右回転させながら開始位置ＳＮ２に挿入し、終了位置ＥＮ２まで摩擦攪拌を行う。なお、第二の補修工程でも、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行うが、第二の本接合工程と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００９１】
（８）仕上げ工程
最後に、第二の補修工程が終了したら、仕上げ工程に移行する。この仕上げ工程には、第二の予備工程、第二の本接合工程、および、第二の補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去するバリ除去工程と、第一タブ材２および第二タブ材３を切除するタブ切除工程と、第一タブ材２および第二タブ材３を切除され、バリが除去されている金属部材１に焼きなましを行う焼きなまし工程とが含まれる。第一の本接合工程や第二の本接合工程を経て接合された金属部材１，１の接合体に焼きなまし工程を行って、図１３に示すよう
に、金属部材１、第一タブ材２、第二タブ材３に生じていた反りを矯正する。
【００９２】
以上に説明した実施形態によれば、金属部材１，１同士の突合部Ｊ１に反りが生じていても接合不良を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことが可能になる。
【００９３】
なお、この実施形態の歪矯正工程では、焼きなまし工程によって金属部材１，１に残存する反りを矯正するものとしたが、反りを取り除くことができるのであれば、焼きなまし工程に限らない。例えば、ローラ矯正工程によって反りを矯正するようにしてもよい。
【００９４】
また、この実施形態の第二の本接合工程や第二の補修工程では、突合部Ｊ１の途中であって反りの頂上から端部に向かって摩擦攪拌接合を行うようにしているが、高さ調整（Ｚ軸調整）は、目視によって行うようにしても、図示しないセンサによって計測した物理量（距離、主軸負荷等）を一定値になるように制御して行うようにしてもよい。また、各回転ツールに掛かる回転負荷が一定になるように反りの湾曲面に合わせて各回転ツールを下げつつ摩擦攪拌接合を行うようにしてもよい。
【００９５】
また、回転ツールのショルダ部が塑性流動化した突合部から離れていくに従って、回転ツール（攪拌ピン）の遠心力等によって塑性流動化している金属が外周に硬化して付着することでバリとして成長していく量が増えることに着目して、バリの量を一定に維持するように回転ツールの高さを下げるように調節するようにしてもよい。この場合でも、摩擦攪拌の深さを一定値に維持できるため、接合箇所の厚み不足（接合不良）を招くことなく、高品質な摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００９６】
また、第二の本接合工程や第二の補修工程の各工程前に、超音波検査等によって、反りの状態を計測しておき、摩擦攪拌の開始位置から終了位置までに相対移動する間に、その高度差分だけ徐々に（連続的に）回転ツールを下げるようにしてもよい。
【００９７】
なお、この実施形態の第二の補修工程では、幅方向（横方向）に２本の塑性化領域が形成されるように、摩擦攪拌を行う場合を示したが、３本以上の塑性化領域が形成されるように、さらに小型の回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うようにしてもよい。また、同一条の塑性化領域には、回転ツールが複数回通過するようにすることが好ましい。
【００９８】
また、この実施形態では、第二の本接合工程および第二の補修工程前に縦方向の反りを矯正した後に、各工程を行うこととして説明したが、第一の補修工程後に、歪矯正工程において、横方向の反りのみならず、縦方向の反りも矯正するようにしてもよい。このように、縦方向の反りも矯正した後に、第二の本接合工程および第二の補修工程を行うこととすれば、突合部Ｊ１の途中（反りの頂上）から摩擦攪拌を行わずに、第一タブ材２や第二タブ材３に開始位置や終了位置を設定することができるため、回転ツールの挿入（圧入）や抜き出しの際に、突合部Ｊ１に酸化皮膜を残存させてしまうという欠陥を防ぐことが可能になる。
【符号の説明】
【００９９】
１ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ａ 仮接合用回転ツール
Ａ１ ショルダ部
Ａ２ 攪拌ピン
Ｂ 本接合用回転ツール
Ｂ１ ショルダ部
Ｂ２ 攪拌ピン
Ｗ１，Ｗ２ 塑性化領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記突合部に、前記金属要素の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで、前記反りを矯正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】
前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とするロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記歪矯正工程では、前記金属要素の裏面に当接する第一の補助部材を前記突合部に沿って配置するとともに、前記金属要素の表面に当接する第二および第三の補助部材を、前記突合部を挟んで両側に配置した状態で、ロール矯正することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記各補助部材を、前記金属要素よりも硬度の低い材料によって成形してなることを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記歪矯正工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記仕上げ工程では、前記第二の本接合工程における摩擦攪拌で前記裏面側に発生したバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記仕上げ工程では、前記バリ除去工程の後に、前記第二の本接合工程を経て金属要素同士が接合した接合体に焼きなましを行うことを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
【請求項１】
金属要素同士の突合部における前記金属要素の表面側から前記突合部に沿った方向としての縦方向に摩擦攪拌接合を行う第一の本接合工程と、当該第一の本接合工程の後に、前記第一の本接合工程における摩擦攪拌で前記表面側に発生したバリを除去するとともに前記第一の本接合工程における摩擦攪拌接合により形成された前記金属要素の裏面側に凸の反りを矯正する歪矯正工程とを含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記突合部に、前記金属要素の表面側に引張応力が発生するような曲げモーメントを作用させることで、前記反りを矯正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】
前記歪矯正工程では、前記第一の本接合工程における回転ツールの移動方向である前記縦方向をロール送り方向とするロール矯正により、前記反りを矯正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記歪矯正工程では、前記金属要素の裏面に当接する第一の補助部材を前記突合部に沿って配置するとともに、前記金属要素の表面に当接する第二および第三の補助部材を、前記突合部を挟んで両側に配置した状態で、ロール矯正することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記各補助部材を、前記金属要素よりも硬度の低い材料によって成形してなることを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記歪矯正工程の後に、前記突合部における前記金属要素の裏面側から前記縦方向に摩擦攪拌接合を行う第二の本接合工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第二の本接合工程の後に、前記金属要素の反りを矯正する仕上げ工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記仕上げ工程では、前記第二の本接合工程における摩擦攪拌で前記裏面側に発生したバリを除去するバリ除去工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記仕上げ工程では、前記バリ除去工程の後に、前記第二の本接合工程を経て金属要素同士が接合した接合体に焼きなましを行うことを特徴とする請求項８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１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１１５９０８（Ｐ２０１２−１１５９０８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８４２８（Ｐ２０１２−２８４２８）
【出願日】平成２４年２月１３日（２０１２．２．１３）
【分割の表示】特願２００７−１３６２９９（Ｐ２００７−１３６２９９）の分割
【原出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【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２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１３日（２０１２．２．１３）
【分割の表示】特願２００７−１３６２９９（Ｐ２００７−１３６２９９）の分割
【原出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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