(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って肉盛溶接を施し、前記金属部材同士の内隅を溶接金属で覆う肉盛溶接工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って補助部材を配置し、前記金属部材同士の内隅を前記補助部材で覆う補助部材配置工程と、
回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
前記金属部材は、いずれも板状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
一方の前記金属部材は、板状を呈し、
他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
一方の前記金属部材は、板状を呈し、
他方の前記金属部材は、筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
一方の前記金属部材は、板状を呈し、
他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、
前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、
前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆う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摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、
前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記接合工程では、前記突合せ部における塑性化領域の始端と終端とをオーバーラップさせることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
先端に回転駆動手段を備えたロボットアームに前記回転ツールを取り付けて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、
回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、
回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、
前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、
前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する摩擦攪拌接合方法に関する。
【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。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ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せ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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、垂直に突き合わされた金属部材同士の内隅に回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して突合せ部の摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。従来の摩擦攪拌接合方法の回転ツールは、ショルダ部を備えておらず回転ツールの攪拌ピンのみを内隅に挿入するため、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０４９０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないため、塑性流動化した金属が内隅の外部に溢れ出やすくなる。これにより、内隅が金属不足になるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる摩擦攪拌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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って肉盛溶接を施し、前記金属部材同士の内隅を溶接金属で覆う肉盛溶接工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に対して他方の前記金属部材の周方向に亘って補助部材を配置し、前記金属部材同士の内隅を前記補助部材で覆う補助部材配置工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
【０００８】
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材を突き合わせて形成された内隅に予め肉盛溶接を施すか、又は、補助部材を配置した後に摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。
【０００９】
また、前記金属部材は、いずれも板状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うか、又は、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることが好ましい。
【００１０】
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、様々な形状の金属部材同士を接合することができる。
また、前記接合工程では、前記突合せ部における塑性化領域の始端と終端とをオーバーラップさせることが好ましい。また、先端に回転駆動手段を備えたロボットアームに前記回転ツールを取り付けて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に肉盛溶接を施して溶接金属で前記内隅を覆う肉盛溶接工程と、回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記溶接金属及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属部材同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程で形成された前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、回転した前記攪拌ピンのみを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材同士に接触させた状態で、前記突合せ部の摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記回転ツールの攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて左回りに形成させ、前記回転ツールを左回転させる場合には、前記螺旋溝を基端側から先端側に向かうにつれて右回りに形成させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、金属部材同士の内隅から突合せ部を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の接合用回転ツールを示した側面図である。
【図２】（ａ）は第一実施形態に係る金属部材同士の突き合せ前を示す斜視図であり、（ｂ）は突き合せ後を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は第一実施形態に係る肉盛溶接工程を示す斜視図であり、（ｂ）は接合工程を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は第一実施形態に係る接合工程を示す断面図であり、（ｂ）は接合工程後を示す斜視図である。
【図５】第二実施形態に係る補助部材配置工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】第二実施形態に係る第二補助部材を示す斜視図である。
【図７】第二実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は第三実施形態に係る金属部材の突き合せ前を示す斜視図であり、（ｂ）は突き合せ後を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は第三実施形態に係る肉盛溶接工程を示す斜視図であり、（ｂ）は接合工程を示す斜視図である。
【図１０】第三実施形態に係る接合工程を示す斜視図である。
【図１１】第四実施形態に係る補助部材配置工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第一実施形態］
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる接合用回転ツールについて説明する。
【００１４】
図１に示すように、接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔Ｂ，Ｂが形成されている。
【００１５】
攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３が刻設されている。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝Ｆ３は、基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。
【００１６】
なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝Ｆ３をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝Ｆ３によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（金属部材１０，２０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
【００１７】
接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
【００１８】
具体的な図示は省略するが、後記する接合工程を行う場合は、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに接合用回転ツールＦを取り付けて摩擦攪拌を行うことができる。このような摩擦攪拌装置によれば、接合用回転ツールＦの挿入位置及び挿入角度等を容易に変更することができる。
【００１９】
次に、本発明の第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、肉盛溶接工程と、接合工程と、を行う。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態では、金属部材１０，２０を突き合わせて形成された突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する。金属部材１０，２０は、金属製であって、直方体（板状）を呈する。金属部材１０，２０は同等の材料で形成されている。金属部材１０，２０の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、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、マグネシウム合金等から適宜選択すればよい。
【００２１】
金属部材２０は、金属部材１０よりも小さくなっている。つまり、上側に配置される金属部材２０の裏面２０ｂの面積は、下側に配置される金属部材１０の表面１０ａの面積よりも小さくなっている。
【００２２】
突合せ工程は、金属部材１０，２０を突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する工程である。図２の（ａ）に示すように、突合せ工程では、金属部材１０の表面１０ａの中央部に金属部材２０の裏面２０ｂを突き合せる。金属部材１０，２０は突き合わされる面（表面１０ａ、裏面２０ｂ）の形状が互いに異なるため、突き合わされることによって内隅が形成されるとともに、金属部材１０の表面１０ａの周囲は露出した状態となる。図２の（ｂ）に示すように、内隅は、金属部材１０の表面１０ａと金属部材２０の側面２０ｃとで構成される隅部である。内隅は、金属部材１０の周方向全体に亘って形成されている。なお、特許請求の範囲の「突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材」とは、本実施形態の金属部材１０，２０ように突き合わされる面（表面１０ａ、裏面２０ｂ）の形状が相似の場合も含む意味である。
【００２３】
肉盛溶接工程は、突合せ部Ｊ１に対して金属部材１０の周方向に亘って肉盛溶接を行う工程である。図３の（ａ）に示すように、肉盛溶接工程では、突合せ部Ｊ１の全周に亘ってＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。肉盛溶接工程を行うことで、内隅の全周が溶接金属Ｕによって覆われる。溶接金属Ｕの肉盛量は、接合工程を行った後に、塑性化領域Ｗ（接合部）の表面に凹溝が形成されたり、当該表面から溶接金属Ｕが突出したりしない程度に設定することが好ましい。
【００２４】
接合工程は、溶接金属Ｕを介して内隅に攪拌ピンＦ２を挿入し、金属部材２０の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図３の（ｂ）に示すように、接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。まず、金属部材１０の表面１０ａに設定した開始位置Ｓ１に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。
【００２５】
接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ１に設定した始点Ｓ２側に相対移動させて、始点Ｓ２に達したら、突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを金属部材２０の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、溶接金属Ｕをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図４の（ａ）に示すように、接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１０，２０及び溶接金属Ｕに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。攪拌ピンＦ２の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けている。
【００２６】
図４の（ｂ）に示すように、接合用回転ツールＦを金属部材２０周りに一周させて始点Ｓ２を通過して突合せ部Ｊ１に設定した終点Ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦを表面１０ａ側に相対移動させる。そして、表面１０ａに設定した終了位置Ｅ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。これにより、突合せ部Ｊ１における塑性化領域Ｗの始端（始点Ｓ２）と終端（終点Ｅ２）とがオーバーラップした状態となる。
【００２７】
接合用回転ツールＦを表面１０ａから離脱させると、表面１０ａに攪拌ピンＦ２の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
【００２８】
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、内隅に予め肉盛溶接を施して溶接金属Ｕの上から突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行うことで内隅の金属不足を解消することができる。また、接合工程では、塑性化領域Ｗの始端と終端とをオーバーラップさせることで、水密性及び気密性を高めることができる。また、金属部材２０の周方向に亘って連続して接合することで、接合強度を高めることができる。
【００２９】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ部Ｊ１に第一補助部材３０及び第二補助部材３１を配置して摩擦攪拌を行う点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００３０】
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、補助部材配置工程と、接合工程とを行う。突合せ工程は、第一実施形態と同等の要領で行う。
【００３１】
補助部材配置工程は、突合せ部Ｊ１に対して金属部材２０の周方向に亘って４つの第一補助部材３０及び４つの第二補助部材３１を配置する工程である。第一補助部材（補助部材）３０は、金属で形成されており、三角柱になっている。第一補助部材３０は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材１０，２０と同等の材料で形成されていることが好ましい。
【００３２】
第一補助部材３０は、断面直角三角形を呈する。第一補助部材３０の長さは、金属部材２０の各辺の長さと同等になっている。図５の（ｂ）に示すように、補助部材配置工程では、第一補助部材３０の底面３０ａを金属部材１０の表面１０ａに面接触させ、第一補助部材３０の立上り面３０ｂを金属部材２０の側面２０ｃに面接触させる。補助部材配置工程では、４つの第一補助部材３０を金属部材２０の４辺に沿ってそれぞれ配置する。
【００３３】
第二補助部材（補助部材）３１は、金属で形成されており、四面体になっている。第二補助部材３１は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材１０，２０と同等の材料であることが好ましい。
【００３４】
図６に示すように、第二補助部材３１の底面３１ａは、直角二等辺三角形になっている。第二補助部材３１の立上り面３１ｂ，３１ｂは、それぞれ直角二等辺三角形になっている。第二補助部材３１の立上り面３１ｂ，３１ｂは、第一補助部材３０の端面３０ｄ（図５の（ｂ）参照）と同等の形状になっている。図５の（ａ）に示すように、補助部材配置工程では、突合せ部Ｊ１の四隅に第二補助部材３１をそれぞれ配置する。
【００３５】
補助部材配置工程では、第二補助部材３１の底面３１ａを、金属部材１０の表面１０ａに面接触させる。また、第二補助部材３１の立上り面３１ｂ，３１ｂを、隣り合う第一補助部材３０の端面３０ｄ，３０ｄにそれぞれ面接触させる。これにより、内隅（突合せ部Ｊ１）の周囲が、４つの第一補助部材３０と、４つの第二補助部材３１とで覆われる。隣り合う第一補助部材３０の傾斜面３０ｃ，３０ｃと、第二補助部材３１の傾斜面３１ｃとは連続して配置される。第一補助部材３０及び第二補助部材３１の大きさは、接合工程を行った後に、塑性化領域Ｗ（接合部）の表面に凹溝が形成されたり、当該表面に各補助部材が残存したりしない程度に設定することが好ましい。
【００３６】
接合工程は、第一補助部材３０及び第二補助部材３１を介して内隅に攪拌ピンＦ２を挿入し、金属部材２０の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図７に示すように、接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。まず、金属部材１０の表面１０ａに設定した開始位置Ｓ１に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。
【００３７】
そして、接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ１に設定した始点Ｓ２側に相対移動させて、始点Ｓ２に達したら、突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを金属部材２０の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、傾斜面３０ｃ，３１ｃをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図７に示すように、接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１０，２０、第一補助部材３０及び第二補助部材３１に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。攪拌ピンＦ２の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けている。つまり、傾斜面３０ｃ，３１ｃに対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を垂直に設定した状態で摩擦攪拌を行う。
【００３８】
接合用回転ツールＦを金属部材２０周りに一周させて始点Ｓ２を通過して突合せ部Ｊ１に設定した終点Ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦを表面１０ａ側に相対移動させる。そして、表面１０ａに設定した終了位置Ｅ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。これにより、突合せ部Ｊ１における塑性化領域Ｗの始端（始点Ｓ２）と終端（終点Ｅ２）とがオーバーラップした状態となる。
【００３９】
接合用回転ツールＦを表面１０ａから離脱させると、表面１０ａに攪拌ピンＦ２の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
【００４０】
以上説明した摩擦攪拌接合方法によれば、内隅に予め第一補助部材３０及び第二補助部材３１を配置して、第一補助部材３０及び第二補助部材３１の上から突合せ部Ｊ１に摩擦攪拌を行うことで突合せ部Ｊ１の金属不足を解消することができる。
【００４１】
また、接合工程では、塑性化領域Ｗの始端と終端とをオーバーラップさせることで、水密性及び気密性を高めることができる。また、金属部材２０の周方向に亘って連続して接合することで、接合強度を高めることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、金属部材２０の四隅に４つの第二補助部材３１を配置することにより、突合せ部Ｊ１の周囲全体に補助部材を配置することができる。これにより、突合せ部Ｊ１の全体をバランスよく摩擦攪拌することができる。なお、本実施形態では、第一補助部材３０及び第二補助部材３１は、分割して構成されているが、これらが一体形成された矩形枠状の補助部材を用いてもよい。
【００４３】
また、第一実施形態及び第二実施形態に係る接合工程では、金属部材１０の表面１０ａに摩擦攪拌の開始位置Ｓ１を設定したが、突合せ部Ｊ１に接合用回転ツールＦを挿入する開始位置Ｓ１を設定してもよい。
【００４４】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、円筒状の金属部材を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摩擦攪拌接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００４５】
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、肉盛溶接工程と、接合工程とを行う。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、図８の（ａ）に示すように、金属部材１０と金属部材４０とを接合する。
【００４６】
金属部材１０は、直方体（板状）を呈する。金属部材１０の中央には、板厚方向に貫通する貫通孔１１が形成されている。貫通孔１１の形状は特に制限されないが、本実施形態では平面視円形を呈する。なお、貫通孔１１は設けなくてもよい。
【００４７】
金属部材４０は、円筒状を呈する。金属部材４０の内径は、貫通孔１１の内径よりも大きくなっている。金属部材１０，４０はいずれも摩擦攪拌可能な金属で形成されている。本実施形態では、金属部材１０，４０は同等の材料で形成されている。
【００４８】
突合せ工程は、金属部材１０，４０を突き合せる工程である。図８の（ｂ）に示すように、突合せ工程では、金属部材１０の表面１０ａと金属部材４０の端面４０ｂとを突き合せる。突合せ工程では、貫通孔１１と金属部材４０の中空部とが連通するように突き合せる。金属部材１０，４０は突き合わされる面（表面１０ａ、端面４０ｂ）の形状が互いに異なるため、突き合わされることによって内隅が形成されるとともに、金属部材１０の表面１０ａの周囲は露出した状態となる。内隅は、金属部材１０の表面１０ａと金属部材４０の外周面４０ａとで構成される隅部である。内隅は、金属部材４０の周方向全体に亘って形成されている。
【００４９】
肉盛溶接工程は、突合せ部Ｊ２に対して金属部材４０の周方向に亘って肉盛溶接を行う工程である。図９の（ａ）に示すように、肉盛溶接工程では、突合せ部Ｊ２の全周に亘ってＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。肉盛溶接工程を行うことで、内隅の全周が溶接金属Ｕによって覆われる。溶接金属Ｕの肉盛量は、接合工程を行った後に、塑性化領域Ｗ（接合部）の表面に凹溝が形成されたり、当該表面から溶接金属Ｕが突出したりしない程度に設定することが好ましい。
【００５０】
接合工程は、溶接金属Ｕを介して内隅に攪拌ピンＦ２を挿入し、金属部材４０の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。図９の（ｂ）に示すように、接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。まず、突合せ部Ｊ２に設定した開始位置Ｓ１に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。
【００５１】
そして、接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ２に沿って金属部材４０の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、溶接金属Ｕをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１０，４０及び溶接金属Ｕに接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＦ２の挿入角度は適宜設定すればよいが、本実施形態では鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けている。
【００５２】
摩擦攪拌を行う際には、金属部材４０の周りに接合用回転ツールＦを移動させてもよいが、本実施形態では、接合用回転ツールＦの位置は固定し、金属部材１０，４０を鉛直方向軸周りに回転させている。接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００５３】
図１０に示すように、接合用回転ツールＦを金属部材４０周りに一周させて開始位置Ｓ１を通過して突合せ部Ｊ１に設定した終点Ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦを表面１０ａ側に相対移動させる。そして、表面１０ａに設定した終了位置Ｅ１で接合用回転ツールＦを離脱させる。
【００５４】
接合用回転ツールＦを表面１０ａから離脱させると、表面１０ａに攪拌ピンＦ２の抜き穴が残存するが、例えば、当該抜き穴に肉盛溶接等を行って抜き穴を補修する補修工程を行ってもよい。
【００５５】
以上説明した第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。
【００５６】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。図１１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ部Ｊ２に補助部材５０を配置する点で第三実施形態と相違する。第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００５７】
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合わせ工程と、補助部材配置工程と、接合工程とを行う。突合せ工程は第三実施形態と同等の要領で行う。
【００５８】
補助部材配置工程は、突合せ部Ｊ２に対して金属部材４０の周方向に亘って補助部材５０を配置する工程である。図１１の（ａ）に示すように、補助部材５０は、円環状を呈し、断面直角三角形になっている。補助部材５０の内径は、金属部材４０の外径と略同等になっている。補助部材配置工程では、金属部材４０の端部側から補助部材５０を挿入する。そして、図１１の（ｂ）に示すように、補助部材５０の底面５０ａを金属部材１０の表面１０ａに面接触させ、補助部材５０の立上り面５０ｂを金属部材４０の外周面４０ａに面接触させる。これにより、内隅（突合せ部Ｊ２）の周囲が、補助部材５０で覆われる。
【００５９】
補助部材５０は、摩擦攪拌可能な金属であればよいが、本実施形態のように金属部材１０，４０と同等の材料であることが好ましい。
【００６０】
接合工程は、補助部材５０を介して内隅に攪拌ピンを挿入し、金属部材４０の周方向に亘って摩擦攪拌を行う工程である。具体的な図示は省略するが、接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。まず、補助部材５０の傾斜面５０ｃに設定した開始位置に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。そして、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１０，４０及び補助部材５０に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。
【００６１】
接合用回転ツールＦを金属部材４０周りに一周させて塑性化領域をオーバーラップさせたら、突合せ部Ｊ２に設定した終点で接合用回転ツールＦを表面１０ａ側に相対移動させる。そして、表面１０ａに設定した終了位置で接合用回転ツールＦを離脱させる。
【００６２】
以上説明した第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によっても、第二実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、補助部材５０は円環状になっているため、補助部材配置工程を容易に行うことができる。
【００６３】
なお、第三実施形態及び第四実施形態では、円筒状の金属部材４０を用いたが、これに替えて円柱状又は板状の金属部材を用いてもよい。円柱状及び板状の金属部材を図８の（ａ）に示す金属部材１０に突き合わせる場合、貫通孔１１は当該金属部材で覆われることになる。また、円筒状の金属部材４０に替えて他の平面形状を呈する筒状の金属部材を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０      金属部材
１１      貫通孔
２０      金属部材
３０      第一補助部材（補助部材）
３１      第二補助部材（補助部材）
４０      金属部材
５０      補助部材
Ｆ        接合用回転ツール
Ｊ１      突合せ部
Ｊ２      突合せ部
Ｕ        溶接金属
Ｗ        塑性化領域
【図１】
0006052236.tif 000002
【図２】
0006052236.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006052236.tif 000006
【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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