(57)【要約】【課題】一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高め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、一対の金属部材である平板１４と、角部材Ｒ４とを突き合わせて形成された構造体（被接合金属部材Ｎ）において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部Ｊ８の接合方法であって、突合部Ｊ８に対して構造体の内面Ｂ側から溶接を行う溶接工程を行った後、突合部Ｊ８に対して構造体の外面Ａ側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする。【選択図】図１２
2010082649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
前記突合部に対して一方の面側から溶接を行う溶接工程を行った後、
前記突合部に対して他方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、
前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を行った後、
前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記溶接工程において形成された溶接金属と、前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域とを接触させ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】
前記溶接工程では、前記一方の面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記構造体の内面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含む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】
前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を含む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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction  Stir  Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダの下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで、図２４は、従来の接合方法を示した断面図である。例えば、図２４の（ａ）に示すように、一対の金属部材１０１，１０１の端面同士を突き合わせて形成された突合部Ｊに対して摩擦攪拌を行う場合、突合部Ｊの裏側に裏当材１０２を配置し、回転ツールＧを用いて突合部Ｊに沿って摩擦攪拌を行う（特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２５１７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の接合方法によると、図２４の（ｂ）に示すように、接合部において金属部材１０１，１０１が収縮するため、接合された金属部材１０１同士が水平にならずに歪んでしまい、製品の質が低下するという問題があった。また、例えば、金属部材１０１，１０１間に形成された溝部１０３に図示しない継手部材を挿入する場合には、溝部１０３の底部が水平にならないため、継手部材を精度よく配置することができないという問題があった。また、金属部材１０１，１０１の収縮に起因して、塑性化領域Ｗの裏側に切欠き（Kissing  Bond）Ｅが形成される慮りがあった。これにより、接合された金属部材１０１，１０１の水密性及び気密性の低下を招来していた。
【０００６】
また同様に、図２４の（ｃ）に示すように、金属部材１０５の側面と、金属部材１０５の端面を突き合わせて垂直に接合する場合、突合部Ｊに対して金属部材１０５，１０５の外側から摩擦攪拌を行うと、金属部材１０５，１０５の収縮により、一方の金属部材１０５が反ってしまうという問題があった。また、金属部材１０５，１０５の接合部の内側（内隅部）には、切欠きＥが形成されるという問題があった。
【０００７】
ここで、例えば、金属部材１０１，１０１の裏側又は金属部材１０５，１０５の内側から摩擦攪拌を行えば、前記した問題は解消される。しかし、例えば、筒状の構造体の内側から摩擦攪拌をする場合や、図２４の（ｃ）のように内隅部を摩擦攪拌する場合など、接合する金属部材同士の突き合わせの形態によっては、摩擦攪拌装置の取り合い等により回転ツールを適切に可動させることが困難となり接合作業が煩雑になるという問題があった。
【０００８】
このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部分の気密性及び水密性を高め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、一対の金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して一方の面側から溶接を行う溶接工程を行った後、前記突合部に対して他方の面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、他方の面側から行う摩擦攪拌工程に先だって、一方の面側から溶接を行うことで、一方の面側を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、摩擦攪拌を行う面の裏面（一方の面）側に発生しがちな切欠きの発生を防止することができるため、接合部分の金属部材の水密性及び気密性を高めることができる。また、一方の面側から溶接を行うことで、装置の取り合い等の問題が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
【００１１】
また本発明は、複数の金属部材を突き合わせて形成された筒状の構造体において、前記金属部材同士を突き合わせてなる突合部の接合方法であって、前記突合部に対して前記構造体の内面側から溶接を行う溶接工程を行った後、前記突合部に対して前記構造体の外面側から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
かかる接合方法によれば、構造体の外面側から行う摩擦攪拌工程に先だって、構造体の内面側から溶接を行うことで、内面側を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、摩擦攪拌を行う面の裏面（構造体の内面）側に発生しがちな切欠きの発生を防止することができるため、接合部分の金属部材の水密性及び気密性を高めることができる。また、構造体の内面側から溶接を行うことで、構造体の内部を接合する際の装置の取り合い等の問題が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
【００１３】
また、前記溶接工程において形成された溶接金属と、前記摩擦攪拌工程において形成された塑性化領域とを接触させることが好ましい。かかる接合方法によれば、突合部の深さ方向の全長に亘って密閉されるため、接合部の水密性及び気密性をより高めることができる。
【００１４】
また、前記溶接工程では、前記一方の面又は前記構造体の内面に現れる突合部に沿って形成された凹部に、溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接の作業性を高めることができる。
【００１５】
また、前記摩擦攪拌工程において、大型の回転ツールによって本接合を行う本接合工程を行う前に、小型の回転ツールによって仮接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、本接合を行う際の突合部の目開きを防止することができる。
【００１６】
また、前記摩擦攪拌工程において、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材と前記金属部材との突合部に沿って摩擦攪拌を行うタブ材仮接合工程とを含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、タブ材を用いることで、回転ツールの挿入位置、離脱位置の設定が容易になる。また、タブ材仮接合工程によれば、タブ材と金属部材との目開きを防止することができる。
【００１７】
また、前記摩擦攪拌工程において、摩擦攪拌を行う回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程を含むことが好ましい。かかる接合工程によれば、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、摩擦攪拌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】
【００１８】
本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士の突合部を容易に接合するとともに、接合部の気密性及び水密性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明に係る接合方法について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法については、図１に示すように、４つの壁部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４によって囲まれて形成された筒状を呈する構造体１を製造する場合を例にして説明する。なお、説明においては、構造体１の中空部側を内側、反対側を外側とする。また、構造体１の内側を構成する面を内面、外側を構成する面を外面とする。
【００２０】
本実施形態に係る構造体１は、図１及び図２に示すように、内部に断面視略矩形の中空部を備える筒状体である。構造体１は、構造体１の四隅を構成し平面視略Ｌ字状を呈する角部材Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、角部材Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の間にそれぞれ介設される平板１１，１２，１３，１４とからなり、各部材の側端面同士が接合されている。角部材Ｒ１〜Ｒ４及び平板１１〜１４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。
【００２１】
壁部材Ｈ１は、離間して配置された角部材Ｒ１，Ｒ４と、角部材Ｒ１，Ｒ４の間に配置された平板１１とで構成されている。壁部材Ｈ２は、角部材Ｒ１，Ｒ２の間に配置された平板１２で構成されている。壁部材Ｈ３は、離間して配置された角部材Ｒ２，Ｒ３と、角部材Ｒ２，Ｒ３の間に配置された平板１３とで構成されている。壁部材Ｈ４は、角部材Ｒ３，Ｒ４の間に配置された平板１４と、継手部材Ｕ，Ｕとで構成されている。
【００２２】
角部材Ｒ４の一方の側端面と平板１１の他方の側端面との突合部Ｊ１及び角部材Ｒ１の他方の側端面と平板１１の一方の側端面との突合部Ｊ２は、壁部材Ｈ１の外側（外面）及び内側（内面）から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。なお、塑性化領域とは、後記する回転ツールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性化している状態と、接合用回転ツールが通り過ぎて常温に戻った状態の両方を含むこととする。
【００２３】
また同様に、角部材Ｒ１の一方の側端面と平板１２の他方の側端面との突合部Ｊ３及び角部材Ｒ２の他方の側端面と平板１２の一方の側端面との突合部Ｊ４、角部材Ｒ２の一方の側端面と平板１３の他方の側端面との突合部Ｊ５及び角部材Ｒ３の他方の側端面と平板１３の一方の側端面との突合部Ｊ６は、各壁部材の外面側及び内面側から摩擦攪拌されており、摩擦攪拌により形成された各塑性化領域の先端側が重複して形成されている。
【００２４】
一方、角部材Ｒ３の一方の側端面と平板１４の他方の側端面との突合部Ｊ７及び角部材Ｒ４の他方の側端面と平板１４の一方の側端面との突合部Ｊ８は、壁部材Ｈ４の内面側から溶接された後、外面側から摩擦攪拌が行なわれていることを特徴とする。
以下、本実施形態の接合方法について詳細に説明する。なお、壁部材Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３からなる断面視Ｕ字状の中間部材については、従来の摩擦攪拌接合と略同等であるから、簡単に説明する。
【００２５】
本実施形態に係る接合方法は、（１）中間部材接合工程、（２）突合工程、（３）溶接工程、（４）溝部形成工程、（５）摩擦攪拌工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程を主に含むものである。
【００２６】
（１）中間部材接合工程
中間部材接合工程は、構造体１の中間体である中間部材２０（図３の（ｂ）参照）を形成する工程である。中間部材２０は、構造体１から平板１４のみ取り除いた部材であって、断面視略Ｕ字状を呈する。中間部材２０は、対向配置された壁部材Ｈ１及び壁部材Ｈ３と、壁部材Ｈ１と壁部材Ｈ３の間に介設される平板１２（壁部材Ｈ２）とを有する。中間部材接合工程では、壁部材Ｈ１、壁部材Ｈ３をそれぞれ形成した後、平板１２と壁部材Ｈ１及び壁部材Ｈ３とを接合する。
【００２７】
角部材Ｒ４の一方の側端面と平板１１の他方の側端面との突合部Ｊ１は、突合部Ｊ１の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ１の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部Ｊ１に形成された塑性化領域Ｗ１，Ｗ１の先端側（平板１１の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ１の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ１の他方の側端面と平板１１の一方の側端面との突合部Ｊ２は、突合部Ｊ２の長手方向の全長に亘って、内面側及び外面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ２，Ｗ２の先端側が重複している。
【００２８】
角部材Ｒ２の一方の側端面と平板１３の他方の側端面との突合部Ｊ５は、突合部Ｊ５の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ３の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。また、突合部Ｊ５に形成された塑性化領域Ｗ５，Ｗ５の先端側（平板１３の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ５の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ３の他方の側端面と平板１３の一方の側端面との突合部Ｊ６は、突合部Ｊ６の長手方向の全長に亘って、外面側及び内面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ６，Ｗ６の先端側が重複している。
【００２９】
平板１２は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、壁部材Ｈ１の角部材Ｒ１と、壁部材Ｈ３の角部材Ｒ２との間に介設される。平板１２の他方の側端面と角部材Ｒ１の一方の側端面との突合部Ｊ３は、突合部Ｊ３の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ２の内面側及び外面側から摩擦攪拌によって接合されている。突合部Ｊ３に形成された塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の先端側（平板１２の厚さ方向中央部）は、重複している。これにより、突合部Ｊ３の深さ方向の隙間を全て摩擦攪拌することができるため、気密性及び水密性を高めることができる。同様に、角部材Ｒ２の他方の側端面と平板１２の一方の側端面との突合部Ｊ４は、突合部Ｊ４の長手方向の全長に亘って、壁部材Ｈ２の内面側及び外面側から摩擦攪拌が行われており、塑性化領域Ｗ４，Ｗ４の先端側が重複している。
【００３０】
図３の（ｂ）に示すように、中間部材２０の一部には、平板１４が挿入される開口部２１が形成されている。なお、本実施形態においては、中間部材２０の各突合部において、外面側及び内面側の両面側から摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、中間部材２０の外面側及び内面側のいずれか一方側から溶接を行い、他方側から摩擦攪拌を行ってもよい。
【００３１】
（２）突合工程
突合工程では、図４に示すように、中間部材２０の上下を逆さまにした後、中間部材２０の開口部２１（図３の（ｂ）参照）に平板１４を挿入する。平板１４の幅は、開口部２１の幅と略同等に形成されている。即ち、開口部２１に平板１４を挿入すると、開口部２１に現れる一対の側端面Ｒ３ｂ，Ｒ４ａと平板１４の側端面１４ａ，１４ｂとがそれぞれ突き合わされる。図４に示すように、平板１４の他方の側端面１４ａと角部材Ｒ３の一方の側端面Ｒ３ｂとの突合面には突合部Ｊ７が形成されている。一方、平板１４の一方の側端面１４ｂと角部材Ｒ４の他方の側端面Ｒ４ａとの突合面には突合部Ｊ８が形成されている。
【００３２】
なお、以下に記載する（３）溶接工程、（４）溝部形成工程、（５）摩擦攪拌工程、（６）継手部材挿入工程、（７）外側仮接合工程、（８）外側本接合工程は、突合部Ｊ７及び突合部Ｊ８に対して行う工程であるが、作業内容は両突合部ともに略同等であるため、突合部Ｊ８を例にして説明する。
また、図５に示すように、平板１４と角部材Ｒ４とが突き合わされて形成された金属部材を、被接合金属部材Ｎともいう。また、被接合金属部材Ｎの外側の面を外面Ａ、内側の面を内面Ｂ、一方の端面を第一端面Ｃ、他方の端面を第二端面Ｄ（図１０参照）ともいう。
【００３３】
（３）溶接工程
溶接工程は、被接合金属部材Ｎの内面Ｂ側から突合部Ｊ８に沿って溶接を行う工程である。溶接工程では、図５に示すように、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、突合部Ｊ８に沿って溶接金属Ｔ１を形成する。肉盛溶接は、被接合金属部材Ｎの内面Ｂから溶接金属Ｔ１が突出する程度に行う。溶接工程を行うことで、後記する本接合工程（摩擦攪拌工程）を行う際に、突合部Ｊ８の内面Ｂ側に切欠き（Kissing  Bond）が形成されることを防止することができる。なお、溶接金属Ｔ１のうち、内面Ｂから突出する部分は、切削することが好ましい。これにより、内面Ｂを平滑に形成することができる。
【００３４】
（４）溝部形成工程
溝部形成工程では、図７に示すように、突合部Ｊ８の外面Ａ側に、突合部Ｊ８の長手方向に沿って溝部Ｋを形成する。ここで、溝部形成工程、後記する摩擦攪拌工程、継手部材挿入工程、外側仮接合工程及び外側本接合工程では、中間部材２０の内側に裏当台２５を配置するのが好ましい。裏当台２５は、図６に示すように、中間部材２０の内側から平板１４を支持する部材である。裏当台２５は、離間して配置された第一裏当材２５ａ及び第二裏当材２５ｂと、第一裏当材２５ａと第二裏当材２５ｂとの間に立設された縦部材２５ｃ，２５ｃとからなる。第一裏当材２５ａ及び第二裏当材２５ｂの長さは、平板１４よりも長く形成されている（図１０参照）。第一裏当材２５ａの外側の面から第二裏当材２５ｂの外側の面までの距離は、平板１２の内側の面から平板１４の内側の面（図２参照）までの距離と略同等に形成されている。裏当台２５は、本実施形態においては、突合部Ｊ７，Ｊ８ごとに一つずつ設ける。
【００３５】
溝部形成工程では、図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、公知のエンドミル等を用いて突合部Ｊ８に沿って所定の幅、深さで切り欠いて溝部Ｋ形成する。溝部Ｋは、本実施形態では、板厚の半分程度の深さで形成されている。溝部Ｋは、本実施形態では、断面視矩形で形成するが他の形状であってもよい。
【００３６】
（５）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図７の（ｂ）に示すように、溝部Ｋの底面に現れる突合部Ｊ８に沿って大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程は、本実施形態では、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ８に対して仮接合を行う仮接合工程と、本接合工程の挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ８に対して本接合を行う本接合工程とを含む。
【００３７】
ここで、図８を参照して、各摩擦攪拌に用いる小型の回転ツール（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも大型の回転ツール（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００３８】
図８の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材Ｎよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材Ｎの材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図８の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００３９】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００４０】
攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さくなっている。また、攪拌ピンＦ２の長さＬＡは、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬＢよりも小さくなっている。
【００４１】
図８の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材Ｎよりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。
【００４２】
タブ材配置工程では、図９及び図１０に示すように、被接合金属部材Ｎの両端面に一対のタブ材を配置する。第一タブ材３１及び第二タブ材３２は、突合部Ｊ８を挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに現れる突合部Ｊ８を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２は、本実施形態においては、裏当台２５の第一裏当材２５ａに配置されている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２の表面は、溝部Ｋの底面と略同等に形成されている。第一タブ材３１及び第二タブ材３２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Ｎと同一組成の金属材料で形成している。なお、第一タブ材３１及び第二タブ材３２と被接合金属部材Ｎとの突き合わせ面に、公知の離型剤を塗布しておくことが好ましい。これにより、後にタブ材を切除するときに容易に切除することができる。
【００４３】
また、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２とは溶接により接合されている。これにより、後記する摩擦攪拌を行った際に、被接合金属部材Ｎと各タブ材とが目開きすることを防止することができる。
【００４４】
仮接合工程では、溝部Ｋの底面に現れる突合部Ｊ８に沿って小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、図１０に示すように、第一タブ材３１の適所に設けた開始位置ＳＰ１の直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２（図８の（ａ）参照）を開始位置ＳＰ１に押し付ける。攪拌ピンＦ２の全体が第一タブ材３１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３１の表面に接触したら、小型回転ツールＦを回転させつつ仮接合工程の始点ｓ１に向けて相対移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ１に達したら、始点ｓ１で小型回転ツールＦを離脱させずに仮接合工程の終点ｅ１まで移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ１まで達したら小型回転ツールＦを離脱させずに終了位置ＥＰ１まで移動させ、終了位置ＥＰ１で小型回転ツールＦを離脱させる。
【００４５】
なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１との突合部Ｊ３１及び被接合金属部材Ｎと第二タブ材３２との突合部Ｊ３２を横切る際に、被接合金属部材Ｎと各タブ材を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２により形成された内隅部を溶接により接合しているので、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２との間の目開きを防止することができる。仮接合工程の終了位置ＥＰ１は、後記する本接合工程の開始位置ＳＭ１となる。
【００４６】
なお、仮接工程を行う際に、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１との突合部Ｊ３１及び被接合金属部材Ｎと第二タブ材３２との突合部Ｊ３２に沿って、小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行ってもよい（タブ材仮接合工程）。これにより、被接合金属部材Ｎと第一タブ材３１及び第二タブ材３２とをより強固に接合することができるため、後記する本接合工程を行う際の目開きをより防ぐことができる。また、タブ材仮接合工程と仮接合工程を一筆書きの要領で連続して行うことで作業性を高めることができる。
【００４７】
下穴形成工程では、図８の（ｂ）に示すように、後記する本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。即ち、本実施形態に係る下穴形成工程においては、第二タブ材３２の表面に設定された開始位置ＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００４８】
下穴Ｐ１は、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、本実施形態では、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を離脱させたときに形成される抜き穴ｎ１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ｎ１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３２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３１に形成してもよく、好適には、本実施形態の如く溝部Ｋの底面に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００４９】
本接合工程では、大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ８を本格的に接合する。本実施形態に係る本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ８に対して被接合金属部材Ｎの外面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００５０】
本接合工程では、図１１に示すように、開始位置ＳＭ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。即ち、本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
なお、本実施形態では、第二タブ材３２に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材３１に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００５１】
図１１を参照して本接合工程をより詳細に説明する。
まず、開始位置ＳＭ１（下穴Ｐ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３２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３２の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ８の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、突合部Ｊ８に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「溝部塑性化領域Ｗ８」という。）が形成される。
【００５２】
被接合金属部材Ｎへの入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に溝部Ｋの底面（外面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、角部材Ｒ４及び平板１４の間に冷却水が入り込むと、接合面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角部材Ｒ４と平板１４の間の目地を閉塞しているので、角部材Ｒ４と平板１４の間の目地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。
【００５３】
被接合金属部材Ｎの突合部Ｊ８では、被接合金属部材Ｎの継ぎ目上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大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ８の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ８の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながらそのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。
【００５４】
図１２に示すように、本接合工程では、内面Ｂに形成された溶接金属Ｔ１と外面Ａに形成された溝部塑性化領域Ｗ８とが接触するように、摩擦攪拌の深さを設定することが好ましい。これにより、突合部Ｊ８の深さ方向の全長に亘って密閉することができるため、水密性及び気密性を高めることができる。なお、本接合工程が終了したら、溝部Ｋの底面に発生したバリ等を切削して底面を平滑にすることが好ましい。また、本接合工程が終了したら、一対のタブ材を切削除去する。
【００５５】
（６）継手部材挿入工程
継手部材挿入工程は、図１３に示すように、溝部Ｋに継手部材Ｕを挿入する工程である。継手部材Ｕの幅、深さ及び長さは、溝部Ｋの幅、深さ及び長さとそれぞれ略同等の寸法で形成されている。したがって、溝部Ｋに継手部材Ｕを挿入すると、継手部材Ｕの表面（上面）と被接合金属部材Ｎの外面Ａとが面一になるとともに、継手部材Ｕの両端面は、被接合金属部材Ｎの第一端面Ｃ及び第二端面Ｄと面一に形成される。継手部材Ｕは、被接合金属部材Ｎと同等の組成からなる金属で形成されている。
【００５６】
ここで、図１２に示すように、溶接工程においては、溶接金属Ｔ１が冷却されることにより熱収縮が発生し、平板１４が内面Ｂ側に反ってしまう可能性があるが、本接合工程において、溝部塑性化領域Ｗ８が熱収縮することにより、平板１４が外面Ａ側に反る可能性がある。即ち、溶接工程及び本接合工程により、被接合金属部材Ｎの歪みが是正されるため、溝部Ｋの底面が略水平に形成される。これにより、継手部材Ｕを好適に挿入することができる。また、溝部Ｋの底面に発生したバリ等を切削して当該底面を平滑に形成することで、継手部材Ｕを安定して配置することができる。
【００５７】
（７）外側仮接合工程
外側仮接合工程では、図１４及び図１５に示すように、平板１４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ａ及び角部材Ｒ４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを用いて仮接合を行う。本実施形態における外側仮接合工程は、一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに対して小型回転ツールＦを用いて仮接合を行う外側仮接合工程と、大型回転ツールＧの挿入予定位置に下穴を形成する下穴形成工程を含むものである。
【００５８】
タブ材配置工程は、図１４及び図１５に示すように、被接合金属部材Ｎの第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに第一タブ材３３及び第二タブ材３４を配置する。第一タブ材３３及び第二タブ材３４は、突合部Ｊ８、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂを挟むように配置されるものであり、それぞれ第一端面Ｃ及び第二端面Ｄに現れる各突合部を覆うことができる寸法・形状を備えている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４は、本実施形態においては、裏当台２５の第一裏当材２５ａに配置されている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４の表面は、被接合金属部材Ｎの外面Ａと面一に形成されている。第一タブ材３３及び第二タブ材３４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Ｎと同一組成の金属材料で形成している。
【００５９】
外側仮接合工程では、被接合金属部材Ｎの外面Ａに現れる突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。外側仮接合工程は、本実施形態においては、図１５に示すように、第一タブ材３３に設定された開始位置ＳＰ２から、第一タブ材３３に設定された終了位置ＥＰ２まで一筆書きの要領で小型回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う。
【００６０】
即ち、外側仮接合工程は、第一タブ材３３と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ３３を接合する第一タブ材仮接合工程と、平板１４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ａを接合する第一外側仮接合工程と、第二タブ材３４と被接合金属部材Ｎとの突合部Ｊ３４を接合する第二タブ材仮接合工程と、角部材Ｒ４と継手部材Ｕとの突合部Ｊ８ｂを接合する第二外側仮接合工程を含むものである。
【００６１】
第一タブ材仮接合工程では、第一タブ材３３に設定した開始位置ＳＰ２に小型回転ツールＦを押圧した後、小型回転ツールＦを第一タブ材仮接合工程の始点ｓ３３に相対移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ３３に達したら、突合部Ｊ３３に沿って、第一タブ材仮接合工程の終点ｅ３３まで移動させる。小型回転ツールＦが終点ｅ３３に達したら、小型回転ツールＦを離脱させずに、一旦第一タブ材３３に入り込ませ、第一外側仮接合工程の始点ｓ１４まで移動させる。
【００６２】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点ｓ３３と終点ｅ３３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Ｎ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。
【００６３】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材Ｎが位置するように第一タブ材仮接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ３３の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ３３の位置に終点を設ければよい。
【００６４】
小型回転ツールＦが第一外側仮接合工程の始点ｓ１４に達したら、そのまま第一外側仮接合工程に移行して、突合部Ｊ８ａに沿って小型回転ツールＦを移動させる。小型回転ツールＦが第一外側仮接合工程の終点ｅ１４に達したら、一旦第二タブ材３４に入りこませて、第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３４まで移動させる。小型回転ツールＦが始点ｓ３４に達したら、突合部Ｊ３４に沿って第二タブ材仮接合工程の終点ｅ３４まで小型回転ツールＦを移動させる。
【００６５】
小型回転ツールＦが終点ｅ３４に達したら、小型回転ツールＦを離脱させずに、一旦第二タブ材３４側に突入させ、第二外側仮接合工程の始点ｓＲ４まで移動させる。小型回転ツールＦがｓＲ４に達したら、突合部Ｊ８ｂに沿って小型回転ツールＦを移動させて、そのまま第二外側仮接合工程に移行する。小型回転ツールＦが第二外側仮接合工程の終点ｅＲ４に達したら、そのまま第一タブ材３３に突入させ、終了位置ＥＰ２で小型回転ツールＦを離脱させる。なお、終了位置ＥＰ２は、後記する外側本接合工程の開始位置ＳＭ２でもある。
【００６６】
外側仮接合工程が終了したら、終了位置ＥＰ２に形成された抜き穴（図示省略）を利用して下穴を形成する。下穴形成工程は、前記した工程と略同等であるから説明を省略する。
【００６７】
（８）外側本接合工程
外側本接合工程は、被接合金属部材Ｎの外面Ａに現れる突合部Ｊ８ａ及びＪ８ｂを本格的に接合する工程である。本実施形態に係る外側本接合工程は、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂに対して被接合金属部材Ｎの外面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００６８】
外側本接合工程では、図１６の（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ２に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ２まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材３３に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ２及び終了位置ＥＭ２を設けているが、開始位置ＳＭ２と終了位置ＥＭ２の位置を限定する趣旨ではない。
【００６９】
図１６（ａ）及び（ｂ）を参照して外側本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図１６（ａ）に示すように、開始位置ＳＭ２（下穴Ｐ１）の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２の先端を下穴に挿入する。攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材３３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材３３の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ８ｂの一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、突合部Ｊ８ｂに突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「外側塑性化領域Ｗ８’」という。）が形成される。
【００７０】
そして、形成された外側塑性化領域Ｗ８’が突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３に接触しないように大型回転ツールＧを往復（本実施形態では二往復）させて突合部Ｊ８ｂ及び突合部Ｊ８ａに沿って連続的に摩擦攪拌を行う。最後に、突合部Ｊ３３を通過させて第一タブ材３３に設定された終了位置ＥＭ２で大型回転ツールＧを離脱させる。
【００７１】
図１６の（ｂ）に示すように、外側塑性化領域Ｗ８’の先端側は、溝部Ｋの底面に接触するように摩擦攪拌することが好ましい。かかる構成により、突合部Ｊ８ａ及び突合部Ｊ８ｂの深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌を行うことができる。また、大型回転ツールＧを継手部材Ｕの幅方向にずらしながら往復させることで、継手部材Ｕの下面と溝部Ｋの底面との界面を全面に亘って摩擦攪拌することができるため、水密性及び気密性をより高めることができる。
なお、外側塑性化領域Ｗ８’が突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３に接触しないように大型回転ツールＧを往復させることで、突合部Ｊ３４及び突合部Ｊ３３に形成される酸化皮膜の巻き込みを防止することができる。
【００７２】
以上説明した本実施形態の接合方法によれば、被接合金属部材Ｎ（平板１４）の外面Ａ側から行う摩擦攪拌工程（本接合工程）に先だって、内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、被接合金属部材Ｎの内面Ｂ側、即ち、摩擦攪拌を行う面の裏面側に切欠き（Kissing  Bond）が発生するのを防止することができるため、接合部分の水密性及び気密性を高めることができる。
また、構造体１の内面Ｂ側から溶接を行うことで、摩擦攪拌を行う場合に比べて装置の取り合い等の問題が解消されるため、比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では、一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。
【００７３】
また、図１６の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１と溝部塑性化領域Ｗ８とを接触させることで、突合部Ｊ８の深さ方向を密閉することができる。さらに、外側本接合工程において、継手部材Ｕと平板１４との突合部Ｊ８ａ及び継手部材Ｕと角部材Ｒ４との突合部Ｊ８ｂを摩擦攪拌するとともに、継手部材Ｕと溝部Ｋの底面との界面（突合部）を摩擦攪拌することにより、より気密性及び水密性を高めることができる。
【００７４】
なお、第一実施形態では、継手部材Ｕを用いて段階的に摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではなく、金属部材の板厚が小さい場合は、継手部材Ｕを用いずに、溶接工程と、摩擦攪拌工程を行えばよい。
【００７５】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第一実施形態に係る溶接工程においては、突合部Ｊ８に直接溶接を行ったが、第二実施形態に係る溶接工程のように、予め凹部Ｍ１を形成してもよい。なお、第二実施形態に係る接合方法は、溶接工程を除いては第一実施形態と同一であるため、他の工程の説明を省略する。
【００７６】
第二実施形態に係る溶接工程は、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、平板１４及び角部材Ｒ４からなる被接合金属部材Ｎの内面Ｂに現われる突合部Ｊ８に沿って、凹部Ｍ１を形成する凹部形成工程と、凹部Ｍ１に対して溶接金属Ｔ２を充填する溶接金属充填工程とを含む。
【００７７】
凹部形成工程では、図１７の（ａ）に示すように、公知のエンドミルを用いて内面Ｂから突合部Ｊ８の長手方向に沿って、所定の幅、深さで凹部Ｍ１を形成する。本実施形態では、凹部Ｍ１を断面視矩形で形成したが、他の形状であってもよい。凹部Ｍ１の深さは、後に行う摩擦攪拌工程における塑性化領域の深さに応じて適宜設定すればよい。
【００７８】
溶接金属充填工程では、図１７の（ｂ）に示すように、凹部Ｍ１に対して、溶接金属Ｔ２を充填する。溶接金属充填工程では、凹部Ｍ１に対してＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って、内面Ｂから溶接金属Ｔ２を突出させる。内面Ｂから突出した溶接金属Ｔ２の部分については、内面Ｂに沿って切削することで、内面Ｂを平滑に形成することができる。
【００７９】
このように、溶接工程において、凹部形成工程及び溶接金属充填工程を行うことで、溶接工程の作業性を高めることができる。なお、本実施形態では、角部材Ｒ４と平板１４とを突き合わせた後に凹部Ｍ１をしたが、これに限定されるものではなく、予め角部材Ｒ４及び平板１４の角部を切り欠いて切欠きを形成した後に、これらの切欠きを突き合わせて凹部Ｍ１を形成してもよい。
【００８０】
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、図１８に示すように、一対の平板状の金属部材である第一金属部材１ａの端部と、第二金属部材１ｂの端部とを垂直に突き合わせて接合する点で、第一実施形態と相違する。第三実施形態に係る接合方法では、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
【００８１】
（１）突合工程
突合工程では、図１８の（ａ）に示すように、第一金属部材１ａの端部と、第二金属部材１ｂの端部とを直角に突き合わせる。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、平板状を呈し、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１ａの端部には、第一金属部材１ａの板幅の略半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部４１と、第一金属部材１ａの板幅の略半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部４２とを有する。同様に、第二金属部材１ｂの端部には、第二金属部材１ｂの板幅の略半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部４３と、第二金属部材１ｂの板幅の略半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部４４とを有する。
【００８２】
突合工程では、第一金属部材１ａの凹溝部４１に第二金属部材１ｂの突出部４４を当接させて、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを略垂直に突き合わせる。これにより、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合せ面には突合部Ｊ１０が形成される。第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせて形成された被接合金属部材Ｎ１の第一端面Ｃには、正面視略クランク状に形成された突合部Ｊ１０が現われる。
【００８３】
（２）溶接工程
溶接工程では、図１８の（ｂ）に示すように、被接合金属部材Ｎ１の内隅部Ｉに現われる突合部Ｊ１０に対して溶接を行う。ここで、内隅部Ｉとは、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとで形成された内側の角部分をいう。即ち、溶接工程では、被接合金属部材Ｎ１の内面Ｂ（被接合金属部材Ｎ１の内側）から、突合部Ｊ１０の長手方向に沿ってＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。なお、溶接工程によって形成された溶接金属Ｔ３において、被接合金属部材Ｎ１の内面Ｂから突出した部分については、切削して平滑に形成するのが好ましい。
【００８４】
（３）摩擦攪拌工程
本実施形態に係る摩擦攪拌工程は、被接合金属部材Ｎ１にタブ材４６を取り付けるタブ材設置工程と、突合部Ｊ１０に対して外面Ａ側から摩擦攪拌を行う本接合工程とを含む。タブ材設置工程では、図１９の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｎ１の第一端面Ｃ及び第二端面（図示省略）に一対のタブ材４６を取り付ける。タブ材４６は、被接合金属部材Ｎ１と同一組成からなる板状部材であって、第二金属部材１ｂの板厚と略同等に形成されている。タブ材４６は、被接合金属部材Ｎ１の外面Ａとタブ材４６の上面とが面一になるように配置されて、溶接により接合されている。
【００８５】
本接合工程では、大型回転ツールＧを用いて、被接合金属部材Ｎ１の外面Ａ側から突合部Ｊ１０に沿って摩擦攪拌を行う。本実施形態では、タブ材４６上において、突合部Ｊ１０の延長線上に開始位置ＳＭ３を設定し、図示しない他方のタブ材に終了位置を設定する。そして、大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ１０に沿って摩擦攪拌を行う。図１９の（ｂ）に示すように、本接合工程によって突合部Ｊ１０に塑性化領域Ｗ１０が形成される。
【００８６】
なお、回転ツールは、右回転させた場合、進行方向左側に、左回転させた場合、進行方向右側に空洞欠陥が形成される可能性がある。従って、例えば、図１９の（ａ）に示すように、本実施形態においては、大型回転ツールＧを左回転させてタブ材４６の開始位置ＳＭ３から突合部Ｊ１０に沿って移動させるのが好ましい。これにより、仮に空洞欠陥が形成されたとしても、被接合金属部材Ｎ１の内側から遠い位置に形成することができる。
【００８７】
本実施形態に係る接合方法によれば、一対の金属部材を垂直に突き合わせて接合する場合であっても、水密性及び気密性を高めることができる。即ち、被接合金属部材Ｎ１の外面Ａ側から行う摩擦攪拌工程に先だって、内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。これにより、被接合金属部材Ｎ１の内面Ｂ側、即ち、摩擦攪拌を行う面の裏面側に切欠き（Kissing  Bond）が発生するのを防止することができるため、接合部分の水密性及び気密性を高めることができる。また、被接合金属部材Ｎ１の内面Ｂから溶接を行うことで、内隅部Ｉのような摩擦攪拌が困難な箇所でも比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程では、一対の金属部材同士を仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができるため、作業性を高めることができる。また、被接合金属部材Ｎ１の内面Ｂ側から溶接を行うことで、塑性化領域Ｗ１０の熱収縮により第二金属部材１ｂが外面Ａ側に反ってしまうのを防止することができる。
【００８８】
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態に係る接合方法は、第三実施形態の変形例であって、内隅部Ｉに凹部を備える点で第三実施形態と相違する。第四実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
【００８９】
（１）突合工程
突合工程では、図２０の（ａ）に示すように、第一金属部材５１ａの端部と、第二金属部材５１ｂの端部とを直角に突き合わせる。第一金属部材５１ａ及び第二金属部材５１ｂは、板状を呈し、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材５１ａは、本体部５２と、本体部５２によりも板薄に形成された第一段部５３と、第一段部５３よりも板薄に形成された第二段部５４とを有する。第二段部５４の長さｐは、第二金属部材５１ｂの板厚と略同等に形成されている。第一段部５３の長さｑは、第二段部５４の長さよりも小さく形成されている。
【００９０】
突合工程では、図２０の（ｂ）に示すように、第一金属部材５１ａの第二段部５４に、第二金属部材５１ｂの端面５５を当接させる。すると、第一金属部材５１ａの本体部５２、第一段部５３及び第二金属部材５１ｂによって断面視矩形の凹部Ｍ２が形成される。即ち、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとからなる被接合金属部材Ｎ２の内隅部Ｉに形成された突合部Ｊ１１に沿って凹部Ｍ２が形成される。
【００９１】
（２）溶接工程
溶接工程では、図２０の（ｃ）に示すように、被接合金属部材Ｎ２の突合部Ｊ１１に沿って形成された凹部Ｍ２に対してＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。なお、溶接工程によって、形成された溶接金属Ｔ４において、被接合金属部材Ｎ２の内面Ｂから突出した部分については、切削して平滑に形成するのが好ましい。
【００９２】
（３）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、突合部Ｊ１１の外面Ａ側から大型回転ツールＧを用いて摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程については、第三実施形態と略同等であるため、詳細な説明は省略する。なお、第二金属部材５１ｂの板厚が薄い場合は、摩擦攪拌工程で形成される塑性化領域Ｗ１１と溶接金属Ｔ４を接触させることで、より水密性及び気密性を高めることができる。
【００９３】
本実施形態に係る接合方法によれば、第三実施形態と同等の効果を得られると共に、第一金属部材５１ａと第二金属部材５１ｂとを垂直に突き合わせる場合であっても、凹部Ｍ２を設けることで、溶接作業を容易に行うことができる。
また、具体的な説明は省略するが、図２１に示すように、第四実施形態に係る接合方法を用いて、第一金属部材５１ａ、第二金属部材５１ｂ、第一金属部材５１ａと同等の部材である第三金属部材５１ｃ及び第二金属部材５１ｂと同等の部材である第四金属部材５１ｄからなる断面視矩形の筒状の構造体Ｚを形成することができる。このような構造体Ｚを例えば、真空容器として使用することができる。
【００９４】
[第五実施形態]
次に、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態に係る接合方法は、図２２及び図２３に示すように、円筒状を呈する筒状部材６１ａと、筒状部材６１ａの端部を覆う蓋部材６１ｂとを接合する点で第一実施形態と相違する。本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）溶接工程、（３）摩擦攪拌工程を含む。
【００９５】
（１）突合工程
突合工程では、図２２に示すように、筒状部材６１ａの端面と蓋部材６１ｂとを突き合わせる。筒状部材６１ａは、円筒を呈する金属部材である。筒状部材６１ａの端部は、板厚の半分の幅で断面視矩形に切り欠かれた凹溝部６２と、板厚の半分の幅で断面視矩形を呈するように突出する突出部６３とを有する。
蓋部材６１ｂは、筒状部材６１ａの開口部を隙間なく覆う部材であって、円板状の本体部６４と、本体部６４の一端側に突出し断面視円形を呈する突部６５とを有する。突部６５は、本体部６４と同心で形成されており、本体部６４の直径よりも小さく形成されている。
【００９６】
図２３に示すように、筒状部材６１ａと蓋部材６１ｂとを突き合わせて、筒状部材６１ａの凹溝部６２と、蓋部材６１ｂの突部６５とを当接させる。筒状部材６１ａと蓋部材６１ｂとが突き合わされて突合部Ｊ１２が形成される。筒状部材６１ａと蓋部材６１ｂとからなる部材を被接合金属部材Ｎ３とする。
【００９７】
（２）溶接工程
溶接工程では、図２３の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｎ３の内隅部Ｉ’に形成された突合部Ｊ１２に沿って、溶接を行う。本実施形態では、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂに平面視円形に溶接金属Ｔ５が形成されるように、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。
【００９８】
（３）摩擦攪拌工程
摩擦攪拌工程では、図２３の（ｂ）に示すように、大型回転ツールＧを用いて被接合金属部材Ｎ３の外面Ａ側から突合部Ｊ１２に沿って摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌工程においては、突合部Ｊ１２に沿って大型回転ツールＧを右回転させながら、蓋部材６１ｂの正面側からみて反時計回りに移動させて摩擦攪拌を行う。このように、大型回転ツールＧを右回転させて進行方向左側に蓋部材６１ｂが配置されるように設定することで、蓋部材６１ｂ側に空洞欠陥が形成される可能性が高い。これにより、空洞欠陥を被接合金属部材Ｎ３の中空部から離れた位置で形成することができる。
【００９９】
第五実施形態に係る接合方法によれば、筒状部材６１ａと、筒状部材６１ａの一端側を覆う蓋部材６１ｂとを接合する場合であっても、水密性及び気密性を高めることができる。即ち、被接合金属部材Ｎ３の外面Ａから行う摩擦攪拌工程に先だって、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂ側から溶接工程を行うことで、内面Ｂを仮付けした状態で摩擦攪拌を行うことができる。また、被接合金属部材Ｎ３の内面Ｂから溶接を行うことで、内隅部Ｉ’のような摩擦攪拌が困難な箇所でも比較的容易に接合作業を行うことができる。また、摩擦攪拌工程に先だって溶接工程を行って、金属部材同士を仮付けすることができるため、摩擦攪拌工程の作業を容易に行うことができる。
【０１００】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、溶接工程では、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接に限定されるものではなく、他の公知の溶接方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第一実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る構造体を示した平面図である。
【図３】第一実施形態に係る中間部材を示した図であって、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図４】第一実施形態に係る突合工程を示した平面図である。
【図５】第一実施形態に係る溶接工程を示した斜視図である。
【図６】第一実施形態に係る摩擦攪拌工程の準備段階を示した斜視図である。
【図７】（ａ）は、図６の一部の拡大斜視図であり、（ｂ）は、溝部形成工程を示した斜視図である。
【図８】（ａ）は、小型回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は、大型回転ツールを示した側面図である。
【図９】第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１０】第一実施形態に係る仮接合工程を示した平面図である。
【図１１】第一実施形態に係る本接合工程を示した平面図である。
【図１２】図１１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１３】第一実施形態に係る継手部材挿入工程を示した斜視図である。
【図１４】第一実施形態に係るタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図１５】第一実施形態に係る外側仮接合工程を示した平面図である。
【図１６】第一実施形態に係る外側本接合工程を示した図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のII-II線断面図である。
【図１７】第二実施形態に係る溶接工程を示した図であって、（ａ）は、凹部形成工程、（ｂ）は溶接金属充填工程を示す。
【図１８】（ａ）は、第三実施形態に係る突合工程を示した斜視図、（ｂ）は、第三実施形態に係る溶接工程を示した斜視図である。
【図１９】（ａ）は、第三実施形態に係るタブ材配置工程、（ｂ）は、第三実施形態に係る摩擦攪拌工程を示した斜視図である。
【図２０】（ａ）は、第四実施形態に係る被接合金属部材の分解図であり、（ｂ）は、第四実施形態に係る突合工程を示した図であり、（ｃ）は、第四実施形態に係る溶接工程及び摩擦攪拌工程を示した図である。
【図２１】第四実施形態に係る構造体を示した斜視図である。
【図２２】第五実施形態に係る被接合金属部材の分解斜視図である。
【図２３】（ａ）は、第五実施形態に係る溶接工程を示した斜視図であり、（ｂ）は、第五実施形態に係る摩擦攪拌工程を示した斜視図である。
【図２４】従来の接合方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１      構造体
１１〜１４  平板
３１    第一タブ材
３２    第二タブ材
Ｆ      小型回転ツール
Ｇ      大型回転ツール
Ｈ１〜Ｈ４  壁部材
Ｊ      突合部
Ｋ      溝部
Ｍ１    凹部
Ｐ１      下穴
Ｒ１〜Ｒ４  角部材
Ｔ      溶接金属
Ｗ      塑性化領域
【図１】
2010082649.tif 000003
【図２】
2010082649.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010082649.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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