(57)【要約】【課題】摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができるとともに設計の自由度が高い接合方法を提供する。【解決手段】攪拌ピンＦ２を備えた接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２とを接合する接合方法であって、裏面２ｃに凹溝２ｄを有する第二金属部材２の凹溝２ｄに、第一金属部材１の端面１ａを挿入して端面１ａを凹溝２ｄの底面２ｅに突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する突合せ工程と、第二金属部材２の表面２ｂのうち第一金属部材１に対応する位置に補助部材１０を配置する配置工程と、回転する攪拌ピンＦ２を補助部材１０の表面１０ａ側から挿入し、攪拌ピンＦ２のみを、第二金属部材２及び補助部材１０、又は、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させた状態で接合用回転ツールＦを相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【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第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
裏面に凹溝を有する前記第二金属部材の前記凹溝に、前記第一金属部材の端面を挿入して前記端面を前記凹溝の底面に突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第二金属部材の表面のうち前記第一金属部材に対応する位置に補助部材を配置する配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを、前記第二金属部材及び前記補助部材、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で前記回転ツールを相対移動させて前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材から除去する除去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３】
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入す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】
前記摩擦攪拌工程の際に、前記回転ツールの回転中心軸が通る予定位置を接合基準線と設定した場合、
前記配置工程では、前記接合基準線に対して一方側にのみ前記補助部材を配置し、
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に前記バリが発生するように接合条件を設定することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌工程の際に、前記回転ツールの回転中心軸が通る予定位置を接合基準線と設定した場合、
前記配置工程及び前記摩擦攪拌工程では、前記接合基準線を跨ぐように前記補助部材を配置するとともに、
前記接合基準線に対して一方側の前記補助部材に前記バリを発生させ、かつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に前記補助部材が残存しないように補助部材の配置位置及び接合条件を設定することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項６】
攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材と第三金属部材とを接合する接合方法であって、
板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた前記第二金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた前記第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝及び第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の前記第一金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第二金属部材と前記第三金属部材の表面のうち前記第一金属部材に対応する位置に補助部材を配置する配置工程と、
前記補助部材の表面側から前記回転ツールの前記攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記第三金属部材及び前記補助部材、又は前記第二金属部材、前記第三金属部材、前記第一金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
【請求項７】
バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材及び前記第三金属部材から除去する除去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】
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記配置工程では、前記第一突合せ部に対して一方側にのみ前記補助部材を配置し、
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に前記バリが発生するように接合条件を設定することを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記配置工程及び前記摩擦攪拌工程では、前記第一突合せ部を跨ぐように前記補助部材を配置するとともに、
前記第一突合せ部に対して一方側の前記補助部材に前記バリを発生させ、かつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に前記補助部材が残存しないように補助部材の配置位置及び接合条件を設定することを特徴とする請求項７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、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、金属部材同士を正面視Ｔ字状に突き合わせ、突合せ部を摩擦攪拌接合する技術が開示されている。当該従来技術は、第一金属部材の端面と第二金属部材の裏面とを突き合わせた後、第二金属部材の表面側から回転ツールを挿入して突合せ部を摩擦攪拌接合するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９４７２７１号公報
【特許文献２】特許第４０５６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術であると、回転ツールのショルダ部を第二金属部材の表面に接触させて摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌装置にかかる負荷が大きくなるという問題がある。また、回転ツールのショルダ部を第二金部材の表面に接触させるため、塑性化領域の幅が大きくなる。第一金属部材と第二金属部材の内隅から塑性流動材が流出しないようにするためには第一金属部材の板厚を大きくしなければならない。
【０００５】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができるとともに設計の自由度が高い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】
【０００６】
このような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第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、裏面に凹溝を有する前記第二金属部材の前記凹溝に、前記第一金属部材の端面を挿入して前記端面を前記凹溝の底面に突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第二金属部材の表面のうち前記第一金属部材に対応する位置に補助部材を配置する配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを、前記第二金属部材及び前記補助部材、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で前記回転ツールを相対移動させて前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを、第二金属部材及び補助部材、又は、第一金属部材、第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、攪拌ピンのみを挿入するため、塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、第一金属部材の板厚も小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。また、第一金属部材及び第二金属部材に加えて、補助部材も摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。さらに、第二金属部材の凹溝に第一金属部材の端面を挿入して当該端面を凹溝の底面に突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材と第二金属部材との位置ずれを防ぐことができる。
【０００８】
また、バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材から除去する除去工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、バリを補助部材ごと容易に除去することができる。
【０００９】
また、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。かかる接合方法によれば、補助部材に回転ツールを容易に挿入することができる。
【００１０】
また、前記回転ツールの回転中心軸が通る位置を接合基準線と設定した場合、前記配置工程では、前記接合基準線に対して一方側にのみ前記補助部材を配置し、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に前記バリが発生するように接合条件を設定することが好ましい。
【００１１】
かかる接合方法によれば、接合基準線に対して一方側のみに配置された補助部材にバリを集約させることができるため、バリをより容易に除去することができる。
【００１２】
また、前記回転ツールの回転中心軸が通る位置を接合基準線と設定した場合、前記配置工程及び前記摩擦攪拌工程では、前記接合基準線を跨ぐように前記補助部材を配置するとともに、前記接合基準線に対して一方側の前記補助部材に前記バリを発生させ、かつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に前記補助部材が残存しないように補助部材の配置位置及び接合条件を設定することが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、接合部の金属不足をバランスよく防ぐことができる。また、摩擦攪拌工程後は、一方側にのみ残存した補助部材をバリとともに除去することで、バリをより容易に除去することができる。
【００１４】
また、このような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第一金属部材と第二金属部材と第三金属部材とを接合する接合方法であって、板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた前記第二金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた前記第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝及び第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の前記第一金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第二金属部材と前記第三金属部材の表面のうち前記第一金属部材に対応する位置に補助部材を配置する配置工程と、前記補助部材の表面側から前記回転ツールの前記攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記第三金属部材及び前記補助部材、又は前記第二金属部材、前記第三金属部材、前記第一金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
【００１５】
かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを、第二金属部材、第三金属部材及び補助部材、又は、第二金属部材、第三金属部材、第一金属部材及び補助部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、攪拌ピンのみを挿入するため、塑性化領域の幅を小さくすることができる。これにより、第一金属部材の板厚も小さくすることができるため、設計の自由度を高めることができる。また、第一金属部材、第二金属部材及び第三金属部材に加えて、補助部材も摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。さらに、第二金属部材と第三金属部材を突き合わせて形成される凹溝に第一金属部材の端面を挿入して当該端面を凹溝の底面に突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材と第二金属部材と第三金属部材との位置ずれを防ぐことができる。
【００１６】
また、バリが形成された前記補助部材を前記第二金属部材及び前記第三金属部材から除去する除去工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、バリを補助部材ごと容易に除去することができる。
【００１７】
また、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。かかる接合方法によれば、補助部材に回転ツールを容易に挿入することができる。
【００１８】
また、前記配置工程では、前記第一突合せ部に対して一方側にのみ前記補助部材を配置し、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に前記バリが発生するように接合条件を設定することが好ましい。
【００１９】
かかる接合方法によれば、第一突合せ部に対して一方側のみに配置された補助部材にバリを集約させることができるため、バリをより容易に除去することができる。
【００２０】
また、前記配置工程及び前記摩擦攪拌工程では、前記第一突合せ部を跨ぐように前記補助部材を配置するとともに、前記第一突合せ部に対して一方側の前記補助部材に前記バリを発生させ、かつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に前記補助部材が残存しないように補助部材の配置位置及び接合条件を設定することが好ましい。
【００２１】
かかる接合方法によれば、接合部の金属不足をバランスよく防ぐことができる。また、摩擦攪拌工程後は、一方側にのみ残存した補助部材をバリとともに除去することで、バリをより容易に除去することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができるとともに、設計の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図３】第一実施形態に係る接合方法の除去工程を示す断面図である。
【図４】第一実施形態に係る接合方法の除去工程後を示す断面図である。
【図５】第二実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。
【図６】第二実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図７】第二実施形態に係る接合方法の除去工程を示す断面図である。
【図８】第三実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。
【図９】第三実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図１０】第三実施形態に係る接合方法の除去工程を示す断面図である。
【図１１】第四実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。
【図１２】第四実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図１３】第四実施形態に係る接合方法の除去工程を示す断面図である。
【図１４】第四実施形態に係る接合方法の除去工程後を示す断面図である。
【図１５】第五実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。
【図１６】第六実施形態に係る接合方法の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る接合方法について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１と第二金属部材２とを正面視Ｔ字状に突合せて摩擦攪拌により接合する。本実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。なお、説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。
【００２５】
第一金属部材１及び第二金属部材２は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１及び第二金属部材２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、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚寸法は適宜設定すればよい。第二金属部材２の裏面２ｃには、第一金属部材１側に開口する凹溝２ｄが形成されている。凹溝２ｄは、第一金属部材１の形状に対応する断面矩形状を呈する。凹溝２ｄの溝幅は、本実施形態では第一金属部材１の板厚と同等に形成されている。凹溝２ｄは、第一金属部材１の一端縁を嵌合可能に形成されている。
【００２６】
突合せ工程は、図１に示すように、第二金属部材２の凹溝２ｄに第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝２ｄの底面２ｅに突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する工程である。本実施形態に係る突合せ工程では、凹溝２ｄの溝幅が第一金属部材１の板厚と同等に形成されているため、第一金属部材１の板厚方向の側面１ｂ，１ｃと凹溝２ｄの溝幅方向の側面２ｆ，２ｇとがそれぞれ当接し、第一金属部材１の一端縁が凹溝２ｄに嵌合する。
【００２７】
配置工程は、図１に示すように、補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は、板状の金属部材である。補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の際に形成される接合部（塑性化領域Ｗ１）に金属不足が発生しない程度の厚さに設定する。補助部材１０は、本実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料で形成されている。配置工程では、第二金属部材２の表面２ｂにおいて、第一金属部材１及び凹溝２ｄと対応する位置に補助部材１０を配置する。第二金属部材２の表面２ｂと補助部材１０の裏面１０ｂとは面接触する。本実施形態に係る配置工程では、補助部材１０の中央部と第一金属部材１の板厚方向の中心とが概ね重なる位置に配置する。
【００２８】
摩擦攪拌工程は、図２に示すように、補助部材１０の表面１０ａ側から回転する接合用回転ツールＦを挿入し、突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。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、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置に取り付けられる部位であって、円柱状を呈する。
【００２９】
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。
【００３０】
なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝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。螺旋溝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（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
【００３１】
摩擦攪拌工程では、補助部材１０の表面１０ａから右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入する。摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２と第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を接触させた状態で、図２の手前側から奥側に向けて突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。また、摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃは、第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝２ｄの溝幅方向の中心とを通る位置に設定している。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＦ２が第一金属部材１と接触するように設定している。
【００３２】
なお、摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２のみを第二金属部材２及び補助部材１０のみに接触させて摩擦攪拌接合を行ってもよい。この場合は、第二金属部材２と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊ１が塑性流動化して接合される。補助部材１０の表面１０ａにはバリＶが形成される。
【００３３】
除去工程は、図３に示すように、第二金属部材２から補助部材１０を除去する工程である。除去工程では、補助部材１０の両端をめくり上げつつ、凹溝Ｄを境に折り曲げるようにして切除する。凹溝Ｄは、塑性化領域Ｗ１のうち深くえぐれている部位である。除去工程は、切削工具等を用いてよいが、本実施形態では手作業で除去している。以上の工程により、第一金属部材１と第二金属部材２とが正面視Ｔ字状に接合される。
【００３４】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、攪拌ピンＦ２のみを、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０、又は、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。これにより、第二金属部材２の板厚が大きい場合であっても、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置にある突合せ部Ｊ１を接合することができる。
【００３５】
また、攪拌ピンＦ２のみを挿入するため、塑性化領域Ｗ１の幅を小さくすることができる。これにより、第一金属部材１の板厚も小さくすることができるため、第一金属部材１の設計の自由度を高めることができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２に加えて、補助部材１０も摩擦攪拌接合することにより、図４に示すように接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。
【００３６】
さらに、第二金属部材２の凹溝２ｄに第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝２ｄの底面２ｅに突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材１と第二金属部材２との位置ずれを防ぐことができる。
【００３７】
また、除去工程によれば、補助部材１０ごとバリＶを除去することができるため、別途バリを除去する作業を行わなくても第二金属部材２の表面２ｂをきれいに仕上げることができる。また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、補助部材１０の表面１０ａの中央部から接合用回転ツールＦを挿入するため、接合用回転ツールＦの挿入作業を容易に行うことができる。
【００３８】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について説明する。第二実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。第二実施形態に係る接合方法は、補助部材１０の配置位置が第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００３９】
突合せ工程では、図５に示すように、第一実施形態と同様に第二金属部材２の凹溝２ｄに第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝２ｄの底面２ｅに突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。
【００４０】
ここで、図５に示すように、摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃ（図６参照）が通る予定位置を「接合基準線Ｘ」と設定する。接合基準線Ｘは、本実施形態では第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝２ｄの溝幅方向の中心と重なるように設定している。配置工程では、補助部材１０を接合基準線Ｘに対して一方側のみの第二金属部材２の表面２ｂに配置しつつ、補助部材１０の側面１０ｃが、接合基準線Ｘと重なる位置に補助部材１０を配置する。なお、接合基準線Ｘは、後記する摩擦攪拌工程の際に、第一金属部材１の側面１ｂ，１ｃと第二金属部材２の裏面２ｃとの各内隅から塑性流動材が流出しない位置で適宜設定すればよい。
【００４１】
摩擦攪拌工程は、図６に示すように、右回転させた接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃを接合基準線Ｘと重なる位置に挿入し、図６の手前側から奥側に向けて接合用回転ツールＦを相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第一実施形態と同様に、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させるか、又は、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
【００４２】
本実施形態では、接合用回転ツールＦのシアー側（advancing side：回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側）が第二金属部材２のうち補助部材１０が配置されていない側となるように接合用回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。
【００４３】
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、フロー側（retreating side：回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側）に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域Ｗ１外のシアー側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、シアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域Ｗ１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。
【００４４】
本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、図７にも示すように、塑性化領域Ｗ１外のフロー側にバリＶが多く発生する傾向にある。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。
【００４５】
摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、進行方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０）の材質、被接合金属部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組合せで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側が補助部材１０側となるように設定すれば、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。
【００４６】
除去工程は、第二金属部材２から補助部材１０を除去する工程である。除去工程では、第一実施形態と同様に、補助部材１０を折り曲げるようにして除去する。以上の工程により、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。
【００４７】
以上説明した第二実施形態に係る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。また、第二実施形態に係る配置工程では補助部材１０を接合基準線Ｘに対して一方側に配置し、摩擦攪拌工程では補助部材１０側にバリＶが発生するように接合条件を設定した。これにより、接合基準線Ｘに対して一方側に配置された補助部材１０にバリＶを集約することができる。これにより、バリＶを補助部材１０ごと除去できるため、バリＶを容易に除去することができる。
【００４８】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について説明する。第三実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。第三実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００４９】
突合せ工程では、図８に示すように、第一実施形態と同様に第二金属部材２の凹溝２ｄに第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝２ｄの底面２ｅに突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。本実施形態でも、接合基準線Ｘは第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝２ｄの溝幅方向の中心と重なる位置に設定している。配置工程では、補助部材１０を接合基準線Ｘに対して他方側の第二金属部材２の表面２ｂに配置しつつ、補助部材１０の側面１０ｃが接合基準線Ｘに対して一方側にわずかに突出するように補助部材１０を配置する。補助部材１０の厚さ及び接合基準線Ｘから側面１０ｃまでの距離は、後記する摩擦攪拌工程において、接合部（塑性化領域Ｗ１）に金属不足が発生せず、かつ、摩擦攪拌工程後に一方側に補助部材１０が残存しないように適宜設定する。
【００５０】
摩擦攪拌工程では、図９に示すように、左回転させた接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃを接合基準線Ｘと重なる位置に挿入し、図９の手前側から奥側に向けて接合用回転ツールＦを相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、第一実施形態と同様に、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させるか、又は、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
【００５１】
本実施形態では、接合用回転ツールＦを左回転させているため、補助部材１０のフロー側にバリＶが形成される傾向にある。
【００５２】
除去工程では、図１０に示すように、第二金属部材２から補助部材１０を除去する工程である。除去工程では、補助部材１０を折り曲げて第二金属部材２から補助部材１０を除去する。
【００５３】
以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、本実施形態によれば、配置工程において、接合基準線Ｘに対して他方側に補助部材１０を配置しつつ、一方側に補助部材１０の側面１０ｃをわずかに突出させる。また、摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合しつつ、第二金属部材２の表面２ｂの一方側に補助部材１０及びバリＶが残存せず、補助部材１０側にバリＶが発生するように接合条件を設定する。これにより、接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足をバランスよく防ぐことができるとともに、他方側に配置された補助部材１０にバリＶを集約することができる。これにより、バリＶを補助部材１０ごと除去できるため、バリＶを容易に除去することができる。
【００５４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る接合方法について説明する。第四実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。第四実施形態に係る接合方法は、第二金属部材３及び第三金属部材４によって凹溝５を形成する点が第一実施形態と相違する。第四実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００５５】
図１１に示すように、第一金属部材１、第二金属部材３及び第三金属部材４は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１、第二金属部材３及び第三金属部材４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、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第一金属部材１、第二金属部材３及び第三金属部材４の板厚寸法は適宜設定すればよい。
【００５６】
第二金属部材３は、第三金属部材４に対面する端面３ｃと、端面３ｃに対して連続するとともに直交する方向に延在する表面３ａと、端面３ｃに対して直交する方向に延在する裏面３ｂと、裏面３ｂと端面３ｃとで構成された角部を切り欠いて形成された第一切欠部３ｄと、を有している。第一切欠部３ｄは、第一金属部材１側及び第三金属部材４側に開口している。第一切欠部３ｄは、第一切欠底面３ｅと第一切欠側面３ｆとを有している。第一切欠底面３ｅは、端面３ｃに対して連続するとともに直交する方向に延在している。第一切欠側面３ｆは、第一切欠底面３ｅと裏面３ｂとの間に形成されるとともに、第一切欠底面３ｅ及び裏面３ｂに対して直交する方向に延在している。
【００５７】
第三金属部材４は、端面３ｃに対面する端面４ｃと、端面４ｃに対して連続するとともに直交する方向に延在する表面４ａと、端面４ｃに対して直交する方向に延在する裏面４ｂと、裏面４ｂと端面４ｃとで構成された角部を切り欠いて形成された第二切欠部４ｄと、を有している。第二切欠部４ｄは、第一金属部材１側及び第二金属部材３側に開口している。第二切欠部４ｄは、第二切欠底面４ｅと第二切欠側面４ｆとを有している。第二切欠底面４ｅは、端面４ｃに対して連続するとともに直交する方向に延在している。第二切欠側面４ｆは、第二切欠底面４ｅと裏面４ｂとの間に形成されるとともに、第二切欠底面４ｅ及び裏面４ｂに対して直交する方向に延在している。第一切欠部３ｄと第二切欠部４ｄとは、接合基準線Ｘ（本実施形態では第一突合せ部Ｊ２の延長線）に対して線対称に形成されている。
【００５８】
第一切欠部３ｄと第二切欠部４ｄは、端面３ｃと端面４ｃとが突き合わされた状態において、単一の凹溝５を構成する。第一切欠底面３ｅと第二切欠底面４ｅは、凹溝５の底面５ａを構成する。第一切欠側面３ｆは、凹溝５の一方の側面５ｂを構成し、第二切欠側面４ｆは、凹溝５の他方の側面５ｃを構成する。凹溝５は、第一金属部材１側に開口する。凹溝５は、第一金属部材１の形状に対応する断面矩形状を呈する。凹溝５の溝幅は、本実施形態では第一金属部材１の板厚と同等に形成されている。凹溝５は、第一金属部材１の一端縁を嵌合可能に形成されている。
【００５９】
突合せ工程では、まず第二金属部材３の端面３ｃと第三金属部材４の端面４ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ２を形成する。このように突き合わせると、第一切欠部３ｄ及び第二切欠部４ｄによって第二金属部材３と第三金属部材４とに跨る単一かつ断面矩形の凹溝５が形成される。次に、第二金属部材３及び第三金属部材４の凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせて第二突合せ部Ｊ３（図１２参照）を形成する。本実施形態に係る突合せ工程では、凹溝５の溝幅が第一金属部材１の板厚と同等に形成されているため、第一金属部材１の板厚方向の側面１ｂ，１ｃと凹溝５の溝幅方向の側面５ｂ，５ｃとがそれぞれ当接し、第一金属部材１の一端縁が凹溝５に嵌合する。
【００６０】
配置工程では、第二金属部材３の表面３ａと第三金属部材４の表面４ａとに跨るように補助部材１０を配置する。補助部材１０は、本実施形態では、第一金属部材１、第二金属部材３及び第三金属部材４と同じ材料で形成されている。また、配置工程では、第二金属部材３の表面３ａ及び第三金属部材４の表面４ａにおいて、第一金属部材１及び凹溝５と対応する位置に補助部材１０を配置する。本実施形態に係る配置工程では、補助部材１０の中央部と第一金属部材１の板厚方向の中心と第一突合せ部Ｊ２とが概ね重なる位置に配置する。
【００６１】
摩擦攪拌工程は、図１２に示すように、補助部材１０の表面１０ａ側から回転する接合用回転ツールＦを挿入し、第一突合せ部Ｊ２及び第二突合せ部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。
【００６２】
摩擦攪拌工程では、補助部材１０の表面１０ａから右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入する。摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２と第一金属部材１、第二金属部材３、第三金属部材４及び補助部材１０を接触させた状態で、図１２の手前側から奥側に向けて第一突合せ部Ｊ２及び第二突合せ部Ｊ３に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。また、摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃは、第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝５の溝幅方向の中心と第一突合せ部Ｊ２とを通る位置に設定している。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＦ２が第一金属部材１と接触するように設定している。
【００６３】
なお、摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２のみを第二金属部材３、第三金属部材４及び補助部材１０のみに接触させて摩擦攪拌接合を行ってもよい。この場合は、第二金属部材３と第三金属部材４と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ３が塑性流動化して接合される。補助部材１０の表面１０ａにはバリＶが形成される。
【００６４】
除去工程は、図１３に示すように、第二金属部材３及び第三金属部材４から補助部材１０を除去する工程である。除去工程では、補助部材１０の両端をめくり上げつつ、凹溝Ｄを境に折り曲げるようにして切除する。凹溝Ｄは、塑性化領域Ｗ１のうち深くえぐれている部位である。除去工程は、切削工具等を用いてよいが、本実施形態では手作業で除去している。以上の工程により、図１４に示すように、第一金属部材１と第二金属部材３と第三金属部材４とが正面視Ｔ字状に接合される。
【００６５】
以上説明した第四実施形態に係る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。すなわち、第二金属部材３と第三金属部材４を突き合わせて形成される凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材１と第二金属部材３と第三金属部材４との位置ずれを防ぐことができる。
【００６６】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る接合方法について説明する。第五実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。第五実施形態に係る接合方法は、補助部材１０の配置位置が第四実施形態と相違する。第五実施形態に係る接合方法では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００６７】
突合せ工程では、図１５に示すように、第四実施形態と同様に第二金属部材３の端面３ｃと第三金属部材４の端面４ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ２を形成する。このように突き合わせると、第一切欠部３ｄ及び第二切欠部４ｄによって第二金属部材３と第三金属部材４とに跨る単一かつ断面矩形の凹溝５が形成される。次に、第二金属部材３及び第三金属部材４の凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせて第二突合せ部Ｊ３を形成する。
【００６８】
ここで、図１５に示すように、摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツールＦ（図１１参照）の回転中心軸Ｃが通る予定位置を「接合基準線Ｘ」と設定する。接合基準線Ｘは、本実施形態では第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝５の溝幅方向の中心と第一突合せ部Ｊ２と重なるように設定している。配置工程では、補助部材１０を第一突合せ部Ｊ２に対して一方側のみの第三金属部材４の表面４ａに配置しつつ、補助部材１０の側面１０ｃが、第一突合せ部Ｊ２と重なる位置に補助部材１０を配置する。なお、配置工程では、補助部材１０を第一突合せ部Ｊ２に対して他方側のみの第二金属部材３の表面３ａに配置してもよい。
本実施形態に係る摩擦攪拌工程及び除去工程は、上記した第二実施形態と略同様の方法で行う。
【００６９】
以上説明した第五実施形態に係る接合方法によっても第四実施形態と略同等の効果を奏することができる。すなわち、第二金属部材３と第三金属部材４を突き合わせて形成される凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材１と第二金属部材３と第三金属部材４との位置ずれを防ぐことができる。
また、第五実施形態に係る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。すなわち、第五実施形態に係る配置工程では補助部材１０を第一突合せ部Ｊ２に対して一方側の第三金属部材４の表面４ａに配置し、摩擦攪拌工程では補助部材１０側にバリＶが発生するように接合条件を設定した。これにより、第一突合せ部Ｊ２に対して一方側に配置された補助部材１０にバリＶを集約することができる。これにより、バリＶを補助部材１０ごと除去できるため、バリＶを容易に除去することができる。
【００７０】
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態に係る接合方法について説明する。第六実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。第六実施形態に係る接合方法は、補助部材１０の配置位置が第四実施形態と相違する。第六実施形態に係る接合方法では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００７１】
突合せ工程では、図１６に示すように、第四実施形態と同様に第二金属部材３の端面３ｃと第三金属部材４の端面４ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ２を形成する。このように突き合わせると、第一切欠部３ｄ及び第二切欠部４ｄによって第二金属部材３と第三金属部材４とに跨る単一かつ断面矩形の凹溝５が形成される。次に、第二金属部材３及び第三金属部材４の凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせて第二突合せ部Ｊ３を形成する。本実施形態でも、接合基準線Ｘは第一金属部材１の板厚方向の中心と凹溝５の溝幅方向の中心と第一突合せ部Ｊ２と重なる位置に設定している。
【００７２】
配置工程では、補助部材１０を第一突合せ部Ｊ２に対して他方側の第二金属部材３の表面３ａに配置しつつ、補助部材１０の側面１０ｃが第一突合せ部Ｊ２に対して一方側の第三金属部材４にわずかに突出するように補助部材１０を配置する。補助部材１０の厚さ及び接合基準線Ｘから側面１０ｃまでの距離は、摩擦攪拌工程において、接合部（塑性化領域Ｗ１）に金属不足が発生せず、かつ、摩擦攪拌工程後に一方側に補助部材１０が残存しないように適宜設定する。なお、配置工程では、補助部材１０を第一突合せ部Ｊ２に対して一方側の第三金属部材４の表面４ａに配置しつつ、補助部材１０の側面１０ｃが第一突合せ部Ｊ２に対して他方側の第二金属部材３にわずかに突出するように補助部材１０を配置してもよい。
本実施形態に係る摩擦攪拌工程及び除去工程は、上記した第三実施形態と略同様の方法で行う。
【００７３】
以上説明した第六実施形態に係る接合方法によっても第四実施形態と略同等の効果を奏することができる。すなわち、第二金属部材３と第三金属部材４を突き合わせて形成される凹溝５に第一金属部材１の端面１ａを挿入して当該端面１ａを凹溝５の底面５ａに突き合わせるため、突合せ工程時に第一金属部材１と第二金属部材３と第三金属部材４との位置ずれを防ぐことができる。
また、第六実施形態に係る接合方法によっても第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。すなわち、配置工程において、第一突合せ部Ｊ２に対して他方側の第二金属部材３の表面３ａに補助部材１０を配置しつつ、一方側の第三金属部材４の表面４ａに補助部材１０の側面１０ｃをわずかに突出させる。また、摩擦攪拌工程では、第一突合せ部Ｊ２及び第二突合せ部Ｊ３を摩擦攪拌接合しつつ、一方側の第三金属部材４の表面４ａに補助部材１０及びバリＶが残存せず、補助部材１０側にバリＶが発生するように接合条件を設定する。これにより、接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足をバランスよく防ぐことができるとともに、他方側に配置された補助部材１０にバリＶを集約することができる。これにより、バリＶを補助部材１０ごと除去できるため、バリＶを容易に除去することができる。
【００７４】
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設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      第一金属部材
２，３  第二金属部材
４      第三金属部材
１０    補助部材
１ａ    端面
２ｄ，５  凹溝
２ｅ，５ａ  底面
３ｂ    裏面
３ｄ    第一切欠部
４ｂ    裏面
４ｄ    第二切欠部
Ｆ      回転ツール
Ｆ１    連結部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｊ１    突合せ部
Ｊ２    第一突合せ部
Ｊ３    第二突合せ部
Ｗ１    塑性化領域
【図１】
2018108595.tif 000003
【図２】
2018108595.tif 000004
【図３】
2018108595.tif 000005
【図４】
2018108595.tif 000006
【図５】
2018108595.tif 000007
【図６】
2018108595.tif 000008
【図７】
2018108595.tif 000009
【図８】
2018108595.tif 000010
【図９】
2018108595.tif 000011
【図１０】
2018108595.tif 000012
【図１１】
2018108595.tif 000013
【図１２】
2018108595.tif 000014
【図１３】
2018108595.tif 000015
【図１４】
2018108595.tif 000016
【図１５】
2018108595.tif 000017
【図１６】
2018108595.tif 000018