(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合中における金属部材同士の位置ずれや金属部材同士が離間することを防ぐこと、金属部材の変形を是正すること、第一金属部材の表面にバリが発生するのを防ぐことができるとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。【解決手段】板状を呈し表面１ｂに凹溝を有する第一金属部材１の裏面１ａと板状の第二金属部材２の端面２ｃとを突き合わせて突合せ部Ｊを形成する突合せ工程と、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第一側面２ａ，第二側面２ｂとで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、回転ツールＧを前記凹溝に沿って相対移動させて突合せ部Ｊ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、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を前記凹溝の底面３ａから離間させた状態で、第一金属部材１から発生するバリＶをショルダ部Ｇ１で押さえることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状を呈し表面に凹溝を有する第一金属部材の裏面と板状の第二金属部材の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の表面側から前記凹溝に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、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、
前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定し、
前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールのショルダ部を前記凹溝内に挿入し、前記ショルダ部を前記凹溝の底面から離間させた状態で、前記第一金属部材から発生するバリを前記ショルダ部で押さえつつ、前記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２】
前記第二金属部材の板厚は、前記凹溝の幅よりも大きく設定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】
前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施す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、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施す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５】
前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行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接合方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌工程において、
前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、
前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成する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】
板状を呈し表面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し表面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される第一内隅に対して溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される第二内隅に対して溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側から前記凹溝に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、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、
前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定し、
前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールのショルダ部を前記凹溝内に挿入し、前記ショルダ部を前記凹溝の底面から離間させた状態で、前記第一金属部材及び前記第三金属部材から発生するバリを前記ショルダ部で押さえつつ、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８】
前記第二金属部材の板厚は、前記凹溝の幅よりも大きく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９】
前記溶接工程では、前記第一内隅及び前記第二内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施すことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記溶接工程では、前記第一内隅及び前記第二内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記摩擦攪拌工程において、
前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、
前記架台のうち、前記第一内隅及び前記第二内隅に対向する部位に面取り部を形成することを特徴とする請求項７乃至請求項１１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、板状の金属部材同士の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、板状の第一金属部材と板状の第二金属部材とをＴ字状に突き合わせて接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、第一金属部材の表面から回転ツールを押し込んで突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程とを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９４７２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術は、第二金属部材を第一金属部材の凹溝に挿入する形態であるため、摩擦攪拌接合時に第二金属部材の長手方向に金属部材同士の位置がずれるという問題がある。また、摩擦攪拌接合時に、第一金属部材が第二金属部材に対して浮き上がるように離間すると、接合欠陥の原因になるおそれがある。また、従来技術であると、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって第一金属部材の表面側（回転ツールを挿入する面側）が凹となるように（第一金属部材の先端側が第二金属部材から離間するように）変形するおそれがある。
【０００５】
また、従来の接合方法では、回転ツールのショルダ部の下端面を第一金属部材の表面に押し込んで摩擦攪拌工程を行うため、第一金属部材の表面にバリが発生する。そのため、バリを除去するバリ除去工程を行わなければならない。また、回転ツールのショルダ部の下端面を第一金属部材の表面に押し込んで摩擦攪拌工程を行うため、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。
【０００６】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合中に金属部材同士の位置がずれること及び金属部材同士が離間することを防ぎ、さらには、金属部材の変形を是正することができる接合方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、第一金属部材の表面にバリが発生するのを防ぐことができるとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる接合方法を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために本発明は、板状を呈し表面に凹溝を有する第一金属部材の裏面と板状の第二金属部材の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の表面側から前記凹溝に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、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、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定し、前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールのショルダ部を前記凹溝内に挿入し、前記ショルダ部を前記凹溝の底面から離間させた状態で、前記第一金属部材から発生するバリを前記ショルダ部で押さえつつ、前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
【０００８】
かかる方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属部材の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。
また、かかる方法によれば、摩擦攪拌工程において、凹溝の底面、凹溝の両側壁及びショルダ部の下端面で狭い空間が形成されるため、バリが散飛するのを防ぐとともに凹溝の底面にバリを堆積させることができる。これにより、第一金属部材の表面にバリが発生するのを防ぐことができる。また、凹溝の底面にショルダ部を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。
【０００９】
また、前記第二金属部材の板厚は、前記凹溝の幅よりも大きく設定することが好ましい。これにより、回転ツールの攪拌ピンによって塑性流動化した金属部材の材料が、第一金属部材の裏面と板状の第二金属部材の端面との突合せ部から飛び出ることを確実に防止することができる。
【００１０】
また、前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことが好ましい。これにより、内隅を確実に接合することができる。
【００１１】
また、前記摩擦攪拌工程において、前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成することが好ましい。これにより、内隅に形成される溶接金属と架台とが接触するのを回避できるため、架台に金属部材を好適に配置することができる。
【００１２】
また、このような課題を解決するために本発明は、板状を呈し表面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し表面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される第一内隅に対して溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される第二内隅に対して溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側から前記凹溝に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、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、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定し、前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールのショルダ部を前記凹溝内に挿入し、前記ショルダ部を前記凹溝の底面から離間させた状態で、前記第一金属部材及び前記第三金属部材から発生するバリを前記ショルダ部で押さえつつ、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。
【００１３】
かかる方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属部材の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材の裏面側及び第三金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。
また、かかる方法によれば、摩擦攪拌工程において、凹溝の底面、凹溝の両側壁及びショルダ部の下端面で狭い空間が形成されるため、バリが散飛するのを防ぐとともに凹溝の底面にバリを堆積させることができる。これにより、第一金属部材の表面及び第三金属部材の表面にバリが発生するのを防ぐことができる。また、凹溝の底面にショルダ部を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合中における金属部材同士の位置ずれや金属部材同士が離間することを防ぐことができる。また、本発明に係る接合方法によれば、金属部材の変形を是正することができる。
また、本発明に係る接合方法によれば、第一金属部材の表面にバリが発生するのを防ぐことができるとともに、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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溶接工程を示す斜視図である。
【図３】第一実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程（架台への設置工程）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摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【図５】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６】第一実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程後を示す断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す斜視図である。
【図８】第二実施形態に係る接合方法の溶接工程を示す斜視図である。
【図９】第二実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌工程（架台への設置工程）を示す断面図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［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、第一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Ｔ字状に突き合わせて接合する。第一実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。なお、説明における「表面」とは、「裏面」に対する反対側の面という意味である。
【００１７】
第一金属部材１は、板状の金属部材である。第一金属部材１の材料は、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の表面には、断面矩形の凹溝３が形成されている。凹溝３は、第一金属部材１の延長方向に延設されている。第二金属部材２は、板状の金属部材である。第二金属部材２の板厚寸法は適宜設定すればよいが、本実施形態では凹溝３の幅よりも大きく形成されている。第二金属部材２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材１と同等の材料であることが好ましい。
【００１８】
突合せ工程は、図１に示すように、第一金属部材１の裏面１ａと、第二金属部材２の端面２ｃとを正面視Ｔ字状に突き合わせる工程である。突合せ工程では、凹溝３の対応する位置に第二金属部材２の端面２ｃを突き合わせる。第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の端面２ｃとを突き合わせることにより突合せ部Ｊが形成される。
【００１９】
溶接工程は、図２に示すように、各内隅に溶接を施して接合する工程である。溶接工程は、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第一側面２ａとで形成される第一内隅と、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第二側面２ｂとで形成される第二内隅に溶接を施す。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態に係る溶接工程では、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って溶接金属４，４を形成する。溶接工程では、本実施形態のように間をあけずに連続的に行ってもよいし、一の内隅に対する溶接金属４が間をあけて形成されるように断続的に行ってもよい。溶接工程後は、図２の矢印で示すように、熱収縮により第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように（第一金属部材１の先端側が第二金属部材２に近接するように）反って変形する。なお、溶接工程は、第一内隅及び第二内隅の少なくとも一方に行えばよいが、両方に溶接を行うことでバランス良く接合することができる。
【００２０】
摩擦攪拌工程は、図３〜図５に示すように、突合せ部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図３に示すように、摩擦攪拌工程では、まず、架台５，５に第一金属部材１及び第二金属部材２を配置する。より詳しくは、摩擦攪拌工程では、離間して配置された架台５，５の間に第二金属部材２を挿入して、架台５，５に第一金属部材１の裏面１ａを当接させる。架台５，５は、いずれも直方体を呈する。架台５，５のうち、各内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。面取り部５ａの形状は、溶接金属４，４に当接しないように適宜形成すればよく、本実施形態ではＣ面取り形状になっている。
【００２１】
摩擦攪拌工程は、図４及び図５に示すように、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を凹溝３内に挿入して突合せ部Ｊを摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されており、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａから垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。ショルダ部Ｇ１の外径は、凹溝３の幅よりも若干小さく形成されている。ショルダ部Ｇ１の外径は、ショルダ部Ｇ１の外周面と凹溝３の側壁３ｂ，３ｂとが接触するように設定してもよいが、摩擦攪拌工程を行う際に、ショルダ部Ｇ１の外周面と凹溝３の側壁３ｂ，３ｂとがわずかな隙間をあけて相対移動可能な寸法であることが好ましい。
【００２２】
攪拌ピンＧ２は、先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝が形成されている。本実施形態では、回転ツールＧを右回転させるため、攪拌ピンＧ２の螺旋溝は、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。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝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。
【００２３】
なお、回転ツールＧ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。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝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。螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌工程の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＧ２の先端側に導かれる。これにより、凹溝３の底面３ａから溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
【００２４】
摩擦攪拌工程では、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を第一金属部材１の表面１ｂ側から凹溝３の底面３ａの中央に挿入し、突合せ部Ｊ（凹溝３）に沿って回転ツールＧを相対移動させる。回転ツールＧ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Ｇ２が第二金属部材２に達するように、つまり、第一金属部材１及び第二金属部材２と攪拌ピンＧ２とを接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。回転ツールＧの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。
【００２５】
なお、攪拌ピンＧ２は、第二金属部材２に達しないように設定してもよい。つまり、摩擦攪拌工程では、第一金属部材１と攪拌ピンＧ２のみとが接触するように攪拌ピンＧ２の挿入深さを設定してもよい。このように、攪拌ピンＧ２の先端が、第二金属部材２に達しないように設定する場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊの周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。
【００２６】
また、摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを、凹溝３の底面３ａから離間させ、かつ、第一金属部材１の表面１ｂよりも低い位置に設定している。つまり、摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌によって発生するバリＶをショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで押さえ込みつつ摩擦攪拌接合を行う。特許請求の範囲の「前記ショルダ部を前記凹溝の底面から離間させた状態」とは、バリＶが発生する前の凹溝３の底面３ａからショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを離間させるという意味である。また、特許請求の範囲の「前記第一金属部材から発生するバリを前記ショルダ部で押さえつつ」とは、堆積するバリＶとショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａとが接触しており、バリＶの表面（上面）をショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａによって押さえるという意味である。
【００２７】
摩擦攪拌工程によって凹溝３の底面３ａにバリＶが発生するが、凹溝３の底面３ａ、凹溝３の側壁３ｂ，３ｂ及びショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで構成された狭い空間（断面矩形の閉空間）に当該バリＶが閉じ込められ、底面３ａにバリＶが堆積する。図６に示すように、バリＶは、凹溝３内に収容されるとともに、バリＶの表面（上面）は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａによって押さえられて略平坦になる。
【００２８】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材１及び第二金属部材２の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。
【００２９】
また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。
【００３０】
また、本実施形態の架台５，５は、内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２を架台５に配置するときに、溶接金属４と架台５とが干渉して第一金属部材１及び第二金属部材２が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属４，４と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌工程を行う際に、凹溝３の底面３ａ、凹溝３の側壁３ｂ，３ｂ及びショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで狭い空間が形成されるため、バリＶが散飛するのを防ぐとともに凹溝３の底面３ａにバリＶを堆積させることができる。これにより、第一金属部材１の表面１ｂにバリＶが発生するのを防ぐことができる。よって、第一金属部材１の表面１ｂのバリ除去工程等の表面処理を省略化することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る接合方法によれば、凹溝３の底面３ａにショルダ部Ｇ１を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。また、本実施形態では、第二金属部材２の板厚寸法を凹溝３の幅よりも大きく設定しているため、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２によって塑性流動化した材料が、第一金属部材１の裏面１ａと板状の第二金属部材２の端面２ｃとの突合せ部Ｊから飛び出ることを確実に防止することができる。
【００３３】
［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、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。図７及び図８に示すように、第二実施形態に係る接合方法では、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を正面視Ｔ字状に突き合わせて接合する点で第一実施形態と相違する。
【００３４】
第一金属部材２１及び第三金属部材２３は、板状の金属部材である。第一金属部材２１及び第三金属部材２３の材料は、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２１の表面２１ｂ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第一金属部材２１の表面２１ｂには、底面２１ｄ及び側壁２１ｅからなる凹部２１ｆを有する。また、第三金属部材２３の表面２３ｂ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第三金属部材２３の表面２３ｂには、底面２３ｄ及び側壁２３ｅからなる凹部２３ｆを有する。後記するように、第一金属部材２１と第三金属部材２３とを突き合わせることで、凹部２１ｆ及び凹部２３ｆによって凹溝２４が形成される。なお、凹部２１ｆと凹部２３ｆとは、同等の寸法であることが好ましい。つまり、第一金属部材２１と第三金属部材２３とを突き合わされた状態において、第一金属部材２１の底面２１ｄと第三金属部材２３の底面２３ｄとが面一になることが好ましい。
【００３５】
第二金属部材２２は、板状の金属部材である。第二金属部材２の板厚寸法は適宜設定すればよいが、本実施形態では凹溝２４の幅よりも大きく形成されている。第二金属部材２２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と同等の材料であることが好ましい。
【００３６】
突合せ工程では、第一金属部材２１の凹部２１ｆが形成された側の端面２１ｃと第三金属部材２３の凹部２３ｆが形成された側の端面２３ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成する。第一金属部材２１及び第三金属部材２３が突き合わされた状態で、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂ（第一突合せ部Ｊ１周辺）には、断面矩形の凹溝２４が形成される。凹溝２４は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の延長方向に延設される。
また、突合せ工程では、第一突合せ部Ｊ１に第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２を形成する。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａ及び第三金属部材２３の裏面２３ａに対して、第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせる。
【００３７】
溶接工程は、図８に示すように、各内隅に溶接を施して接合する工程である。溶接工程は、第一金属部材２１の裏面２１ａと第二金属部材２２の第一側面２２ａとの第一内隅に溶接を施す工程である。また、溶接工程は、第三金属部材２３の裏面２３ａと第二金属部材２２の第二側面２２ｂとの第二内隅に溶接を施す工程である。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態に係る溶接工程では、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って溶接金属４，４を形成する。溶接工程では、本実施形態のように間をあけずに連続的に行ってもよいし、一の内隅に対する溶接金属４が間をあけて形成されるように断続的に行ってもよい。溶接工程後は、図８の矢印で示すように、熱収縮により第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように（第一金属部材２１及び第三金属部材２３の先端側が第二金属部材２２に近接するように）反って変形する。
【００３８】
摩擦攪拌工程は、図９及び図１０に示すように、回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、まず、図９に示すように、第一実施形態と同じ要領で架台５，５に溶接金属４，４で接合された第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を配置する。
【００３９】
摩擦攪拌工程では、図１０に示すように、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を第一金属部材２１の表面２１ｂ側及び第三金属部材２３の表面２３ｂ側から凹溝２４の中央に挿入し、第一突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＧを相対移動させる。回転ツールＧの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。回転ツールＧの挿入深さは、攪拌ピンＧ２の先端が第二突合せ部Ｊ２に達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
攪拌ピンＧ２の先端が、第二突合せ部Ｊ２に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＧ２が第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみと接触する場合は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ２の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３とが接合するようにする。
【００４０】
また、摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを、凹溝２４を形成する底面２１ｄ，２３ｄから離間させ、かつ、第一金属部材２１の表面２１ｂ及び第三金属部材２３の表面２３ｂよりも低い位置に設定している。つまり、摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌によって発生するバリＶをショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで押さえ込みつつ摩擦攪拌接合を行う。
【００４１】
以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂを平坦にすることができる。
【００４２】
また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。
【００４３】
また、本実施形態の架台５，５は、内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を架台５，５に配置するときに、溶接金属４，４と架台５とが干渉して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属４，４と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌工程を行う際に、凹溝２４の底面（底面２１ｄ，２３ｄ）、凹溝２４の側壁（側壁２１ｅ，２３ｅ）及びショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａで狭い空間が形成されるため、バリＶが散飛するのを防ぐとともに凹溝２４の底面（底面２１ｄ，２３ｄ）にバリＶを堆積させることができる。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂにバリＶが発生するのを防ぐことができる。よって、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂのバリ除去工程等の表面処理を省略化することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る接合方法によれば、凹溝２４の底面（底面２１ｄ，２３ｄ）にショルダ部Ｇ１を押し込まないため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。また、本実施形態では、第二金属部材２２の板厚寸法を凹溝２４の幅よりも大きく設定しているため、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２によって塑性流動化した材料が、第一金属部材２１の裏面２１ａ及び第三金属部材２３の裏面２３ａと板状の第二金属部材２２の端面２２ｃとの第二突合せ部Ｊ２から飛び出ることを確実に防止することができる。
【００４６】
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】
【００４７】
１，２１      第一金属部材
１ａ，２１ａ  裏面
１ｂ，２１ｂ  表面
２，２２      第二金属部材
２ａ，２２ａ  第一側面
２ｂ，２２ｂ  第二側面
２３          第三金属部材
２３ａ        裏面
２３ｂ        表面
３，２４      凹溝
４      溶接金属
５      架台
５ａ    面取り部
Ｊ      突合せ部
Ｊ１    第一突合せ部
Ｊ２    第二突合せ部
Ｇ      回転ツール
Ｇ１    ショルダ部
Ｇ２    攪拌ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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