(57)【要約】【課題】厚肉の被接合材同士を摩擦攪拌接合する場合に、中間面の作業手間を少なくすることができ、さらには、摩擦攪拌装置にかかる負荷が小さく、塑性化領域の内部品質がよい。【解決手段】突合せ部Ｊ０に沿って補助部材１０を配置する補助部材配置工程と、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に接触させた状態で突合せ部Ｊ０に沿って摩擦攪拌する摩擦攪拌接合工程と、第一金属部材１の中間面１ｅ及び内側端面１ｆと、第二金属部材２の中間面２ｅ及び内側端面２ｆとで形成される凹部３と同一又は相似の断面形状の蓋板を配置する蓋板配置工程と、蓋板と第一金属部材１の内側端面１ｆとの第一突合せ部を摩擦攪拌する第一摩擦攪拌接合工程と、蓋板と第二金属部材２の内側端面２ｆとの第二突合せ部を摩擦攪拌する第二摩擦攪拌接合工程とを含む。【選択図】図４
2018118281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第一金属部材と、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第二金属部材と、を準備する準備工程と、
前記第一金属部材の前記外側端面と、前記第二金属部材の前記外側端面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に沿って前記第一金属部材又は前記第二金属部材の中間面側に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、
攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って摩擦攪拌する摩擦攪拌接合工程と、
前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する補助部材除去工程と、
前記第一金属部材の中間面及び内側端面と、前記第二金属部材の中間面及び内側端面と、で形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の蓋板を配置する蓋板配置工程と、
前記蓋板と前記第一金属部材の内側端面との第一突合せ部を摩擦攪拌する第一摩擦攪拌接合工程と、
前記蓋板と前記第二金属部材の内側端面との第二突合せ部を摩擦攪拌する第二摩擦攪拌接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記摩擦攪拌接合工程では、前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を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】
前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、
前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌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】
前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、
前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、
前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項１、請求項２及び請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、
前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項１乃至請求項３及び請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第一金属部材と、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第二金属部材と、を準備する準備工程と、
前記第一金属部材の前記外側端面と、前記第二金属部材の前記外側端面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記突合せ部に沿って前記第一金属部材及び前記第二金属部材の中間面側に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、
攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って摩擦攪拌する摩擦攪拌接合工程と、
前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する補助部材除去工程と、
前記第一金属部材の中間面及び内側端面と、前記第二金属部材の中間面及び内側端面と、で形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の蓋板を配置する蓋板配置工程と、
前記蓋板と前記第一金属部材の内側端面との第一突合せ部を摩擦攪拌する第一摩擦攪拌接合工程と、
前記蓋板と前記第二金属部材の内側端面との第二突合せ部を摩擦攪拌する第二摩擦攪拌接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記摩擦攪拌接合工程では、前記補助部材にバリが形成され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９】
前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、
前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌する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】
前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、
前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、
前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項７、請求項８及び請求項１０のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、
前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することを特徴とする請求項７乃至請求項９及び請求項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、厚肉の被接合材同士を隙間なく接合する接合方法に関する。
【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】
特許文献１，２には、厚肉の被接合材同士を摩擦攪拌接合する方法が開示されている。特許文献１，２に記載される方法は、厚肉の被接合材の厚さ方向に対して、二段に分けて摩擦攪拌接合を施すことにより、既存の回転ツールでは一度で対応できないような厚肉の被接合材同士を接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５８５３５号公報
【特許文献２】特許第３３０７３３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の接合方法では、回転ツールのショルダ部を被接合材に押し込むことにより接合部に凹溝が形成される。例えば、従来の接合方法において、一段目を摩擦攪拌接合した後、そのまま当該中間面に蓋板を配置すると、中間面と蓋板の間に隙間が形成されてしまい、水密性及び気密性が低下するという問題があった。そのため、被接合材同士を隙間なく接合するためには、一段目の摩擦攪拌接合を行った後で中間面が平坦になるように中間面の全面を面削する必要があった。
また、回転ツールのショルダ部を被接合材に押し込むことにより、摩擦攪拌装置にかかる負荷が大きく、さらに、回転ツールの移動軌跡に形成される塑性化領域の内部にトンネル欠陥（空洞欠陥）が発生する虞があった。
【０００６】
このような観点から、本発明は、厚肉の被接合材同士を摩擦攪拌接合する場合に、中間面の作業手間を少なくすることができ、さらには、摩擦攪拌装置にかかる負荷が小さく、塑性化領域の内部品質がよ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】
【０００７】
このような課題を解決するために本発明は、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第一金属部材と、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第二金属部材と、を準備する準備工程と、前記第一金属部材の前記外側端面と、前記第二金属部材の前記外側端面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に沿って前記第一金属部材又は前記第二金属部材の中間面側に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って摩擦攪拌する摩擦攪拌接合工程と、前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する補助部材除去工程と、前記第一金属部材の中間面及び内側端面と、前記第二金属部材の中間面及び内側端面と、で形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の蓋板を配置する蓋板配置工程と、前記蓋板と前記第一金属部材の内側端面との第一突合せ部を摩擦攪拌する第一摩擦攪拌接合工程と、前記蓋板と前記第二金属部材の内側端面との第二突合せ部を摩擦攪拌する第二摩擦攪拌接合工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第一金属部材と、接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された第二金属部材と、を準備する準備工程と、前記第一金属部材の前記外側端面と、前記第二金属部材の前記外側端面と、を突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記突合せ部に沿って前記第一金属部材及び前記第二金属部材の中間面側に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って摩擦攪拌する摩擦攪拌接合工程と、前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する補助部材除去工程と、前記第一金属部材の中間面及び内側端面と、前記第二金属部材の中間面及び内側端面と、で形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の蓋板を配置する蓋板配置工程と、前記蓋板と前記第一金属部材の内側端面との第一突合せ部を摩擦攪拌する第一摩擦攪拌接合工程と、前記蓋板と前記第二金属部材の内側端面との第二突合せ部を摩擦攪拌する第二摩擦攪拌接合工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００９】
かかる方法によれば、金属部材の厚さ方向に対して複数段に分けて突合せ部の摩擦攪拌接合を施す場合に、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させて摩擦攪拌接合を行うため、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、かかる方法によれば、突合せ部に補助部材を配置し、補助部材を介して突合せ部の摩擦攪拌接合を行うため、接合部の金属不足を解消することができる。これにより、凹部に蓋板を配しても中間面と蓋板との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。また、中間面から補助部材を除去するとともに切削工具等を用いて接合部に沿った盛上り部を除去するだけでよいため、作業手間を少なくすることができる。
また、かかる方法によれば、突合せ部の摩擦攪拌接合を行う場合に、ショルダ部を金属部材に押し込まないので、トンネル欠陥（空洞欠陥）が発生しない。そのため、塑性化領域の内部品質が良く、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。
また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させるので、負荷が小さい状態で深い位置まで摩擦攪拌できる。そのため、効率的に厚肉の被接合材同士を接合することができる。
【００１０】
前記摩擦攪拌接合工程では、前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を設定することが好ましい。
【００１１】
かかる方法によれば、バリを補助部材に集約することができるのでより容易に補助部材を除去することができる。
【００１２】
また、前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌することが好ましい。
【００１３】
かかる方法によれば、第一補助部材によって接合部の金属不足を解消することができる。
【００１４】
また、前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材又は前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することが好ましい。
【００１５】
かかる方法によれば、第二補助部材によって接合部の金属不足を解消することができる。
【００１６】
また、前記第一突合せ部に沿って前記第一金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第一補助部材を配置する第一補助部材配置工程をさらに含み、前記第一摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材、前記蓋板及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記第一突合せ部に沿って摩擦攪拌することが好ましい。
【００１７】
かかる方法によれば、第一補助部材によって接合部の金属不足を解消することができる。
【００１８】
また、前記第二突合せ部に沿って前記第二金属部材及び前記蓋板の表面側に面接触するように第二補助部材を配置する第二補助部材配置工程をさらに含み、前記第二摩擦攪拌接合工程では、攪拌ピンを備える回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二突合せ部に挿入し、前記回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材、前記蓋板及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記第二突合せ部に沿って摩擦攪拌することが好ましい。
【００１９】
かかる方法によれば、第二補助部材によって接合部の金属不足を解消することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る接合方法によれば、厚肉の被接合材同士を摩擦攪拌接合する場合に、中間面の作業手間を少なくすることができ、さらには、摩擦攪拌装置にかかる負荷が小さく、塑性化領域の内部品質がよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る接合方法の準備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突合せ工程及び補助部材配置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補助部材配置工程後の状態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接合工程を示す断面図である。
【図５】第一実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌接合工程後の状態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補助部材除去工程を示す断面図である。
【図７】第一実施形態に係る接合方法の補助部材除去工程後の状態を示す断面図である。
【図８】第一実施形態に係る接合方法の蓋板配置工程を示す断面図である。
【図９】第一実施形態に係る接合方法の第一，第二補助部材配置工程後の状態を示す断面図である。
【図１０】第一実施形態に係る接合方法の第一，第二摩擦攪拌接合工程を示す断面図である。
【図１１】第一実施形態に係る接合方法の第一，第二補助部材の除去工程後の状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程を示す断面図である。
【図１３】第二実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌接合工程を示す断面図である。
【図１４】第二実施形態に係る接合方法の補助部材除去工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第三実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程を示す断面図である。
【図１６】第三実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌接合工程を示す断面図である。
【図１７】第三実施形態に係る接合方法の補助部材除去工程を示す断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る接合方法の第一，第二補助部材配置工程後の状態を示す断面図である。
【図１９】他の実施形態に係る接合方法の第一，第二摩擦攪拌接合工程を示す断面図である。
【図２０】他の実施形態に係る接合方法の第一，第二補助部材の除去工程を示す断面図である。
【図２１】他の実施形態に係る接合方法の第一，第二摩擦攪拌接合工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［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。第一実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、補助部材配置工程と、摩擦攪拌接合工程と、補助部材除去工程と、蓋板配置工程と、第一，第二補助部材配置工程と、第一摩擦攪拌接合工程と、第二摩擦攪拌接合工程と、第一，第二補助部材の除去工程とを行う。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。
【００２３】
準備工程は、図１に示す第一金属部材１及び第二金属部材２を準備する工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、金属製の板状部材であり、接合させる側の端部（接合端）に沿って段部１ｃ，２ｃが形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２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。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同等になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は適宜設定すればよい。
【００２４】
第一金属部材１の段部１ｃは、外側端面１ｄと、内側端面１ｆと、外側端面１ｄと内側端面１ｆとの間に形成された中間面１ｅとを含んで形成されている。また、第二金属部材２の段部２ｃは、外側端面２ｄと、内側端面２ｆと、外側端面２ｄと内側端面２ｆとの間に形成された中間面２ｅとを含んで形成されている。第一金属部材１の段部１ｃと、第二金属部材２の段部２ｃとは、同じ寸法になっている。
【００２５】
図２に示すように、突合せ工程では、第一金属部材１の外側端面１ｄと、第二金属部材２の外側端面２ｄとを突き合わせて突合せ部Ｊ０を形成する。また、第一金属部材１の中間面１ｅと、第二金属部材２の中間面２ｅとは面一になり、連続する中間面１ｅ，２ｅとなる。そして、連続する中間面１ｅ，２ｅと、対向する内側端面１ｆ及び内側端面２ｆとで、第一金属部材１の表面１ａ及び第二金属部材２の表面２ａ側には、断面矩形の凹部３が形成される。
【００２６】
図２に示すように、補助部材配置工程は、第一金属部材１の中間面１ｅ又は第二金属部材２の中間面２ｅに補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は金属製の板状部材である。補助部材１０は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。
補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌接合工程後の塑性化領域Ｗ０（図４参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、補助部材１０の板厚は、第一金属部材１の中間面１ｅの部分や第二金属部材２の中間面２ｅの部分よりも薄く設定している。
【００２７】
本実施形態における補助部材配置工程では、図３に示すように、補助部材１０の端面１０ｃと第一金属部材１の外側端面１ｄとが面一となるように、補助部材１０の裏面１０ｂと第一金属部材１の中間面１ｅとを面接触させる。つまり、ここでは、補助部材１０を第一金属部材１のみと面接触するように配置する。なお、補助部材１０の端面１０ｄと第二金属部材２の外側端面２ｄとが面一となるように、補助部材１０の裏面１０ｂと第二金属部材２の中間面２ｅとを面接触させてもよい。また、補助部材配置工程では、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台（図示省略）に移動不能に拘束する。なお、補助部材１０は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
【００２８】
摩擦攪拌接合工程は、図４に示すように、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との突合せ部Ｊ０を摩擦攪拌によって接合する工程である。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。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、マシニングセンタ等の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は円柱状を呈している。
【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。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。
【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。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。なお、螺旋溝は省略してもよい。
【００３１】
ここでは、補助部材１０の表面１０ａから突合せ部Ｊ０に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、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）と連結部Ｆ１とは離間させつつ図４の奥側から手前側に向けて接合用回転ツールＦを相対移動させる。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。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、第一金属部材１及び第二金属部材２を接合できるように適宜設定すればよい。つまり、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ０とを接触させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、摩擦攪拌された金属が硬化することにより線状の塑性化領域Ｗ０が形成される。
【００３２】
また、摩擦攪拌接合工程では、補助部材１０側にバリが発生するように接合条件を設定するのがよい。バリが発生する位置は、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、移動速度（送り速度）、進行方向、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。
【００３３】
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（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）の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域外のシアー側にバリ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、塑性化領域外のフロー側にバリが多く発生する傾向にある。
【００３４】
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、摩擦攪拌接合工程では、塑性化領域Ｗ０外のフロー側である補助部材１０にバリＶ０が多く発生する傾向にある（図４参照）。なお、接合用回転ツールＦの接合条件、及び補助部材１０の配置位置は、ここで説明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。例えば、補助部材１０を第二金属部材２上に配置しつつ、接合用回転ツールＦを図４の手前側から奥側に向けて相対移動させてもよい。
【００３５】
このようにして、バリＶ０が発生する側又はバリＶ０が多く発生する側が補助部材１０側となるように接合条件を設定すれば、図５に示すように、補助部材１０にバリＶ０を集約することができる。そのため、後記する補助部材除去工程を容易に行うことができるために好ましい。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。
【００３６】
補助部材除去工程は、図６に示すように、第一金属部材１から補助部材１０を除去する工程である（なお、第二金属部材２に補助部材１０を配置した場合には、第二金属部材２から補助部材１０を除去する）。本実施形態の補助部材除去工程では、補助部材１０の端面１０ｄ側を図６の矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ０との境界部分を折り曲げるようにして切除する。補助部材除去工程は、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。補助部材１０には、バリＶ０が形成されているので、補助部材１０と共にバリＶ０も一緒に除去される（図７参照）。そのため、バリＶ０を補助部材１０ごと容易に除去することができる。これにより、図７に示すように、第一金属部材１の外側端面１ｄ（図２参照）と第二金属部材２の外側端面２ｄ（図２参照）とが、中間面１ｅ，２ｅが接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿ってやや盛り上がった状態で接合される。したがって、補助部材除去工程後に中間面１ｅ，２ｅの全面を面削する必要がない。本実施形態では、切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿った盛上り部を除去するだけでよい。なお、接合部に盛上り部が形成されない場合は、盛上り部を除去する作業を省略することができる。
【００３７】
蓋板配置工程は、図８に示すように、凹部３内に蓋板４を配置する工程である。蓋板４は、凹部３と同一又は相似の断面形状を呈する金属製の板状部材である。蓋板４は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。
蓋板配置工程では、凹部３内に蓋板４が装入されることで、蓋板４の端面４ｄと第一金属部材１の内側端面１ｆとにより第一突合せ部Ｊ１（図９参照）が形成され、また、蓋板４の端面４ｃと第二金属部材２の内側端面２ｆとにより第二突合せ部Ｊ２（図９参照）が形成される。また、蓋板４の板厚は、凹部３の深さと同じになっており、凹部３内に蓋板４が装入されることにより、第一金属部材１の表面１ａ及び第二金属部材２の表面２ａと、蓋板４の表面４ａとは面一になる（図９参照）。
【００３８】
第一補助部材配置工程は、図９に示すように、第一突合せ部Ｊ１に沿って、第一金属部材１の表面１ａ及び蓋板４の表面４ａの少なくとも何れか一方に第一補助部材１１を配置する工程である。第一補助部材１１は金属製の板状部材である。第一補助部材１１は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び蓋板４と同じ材料になっている。
第一補助部材１１の板厚は、後記する第一摩擦攪拌接合工程後の塑性化領域Ｗ１（図１０参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、第一補助部材１１の板厚は、蓋板４よりも薄く設定している。
【００３９】
本実施形態における第一補助部材配置工程では、第一補助部材１１の中央が概ね第一突合せ部Ｊ１に位置するように、第一補助部材１１の裏面１１ｂと第一金属部材１の表面１ａ及び蓋板４の表面４ａとを面接触させる。つまり、ここでは、第一補助部材１１を第一金属部材１及び蓋板４と面接触するように配置する。なお、第一補助部材１１の端面１１ｃと第一金属部材１の内側端面１ｆとが面一となるように、第一補助部材１１の裏面１１ｂと第一金属部材１の表面１ａのみとを面接触させてもよい。また、第一補助部材１１の端面１１ｄと蓋板４の端面４ｄとが面一となるように、第一補助部材１１の裏面１１ｂと蓋板４の表面４ａのみとを面接触させてもよい。なお、第一補助部材１１は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
【００４０】
第二補助部材配置工程は、図９に示すように、第二突合せ部Ｊ２に沿って、第二金属部材２の表面２ａ及び蓋板４の表面４ａの少なくとも何れか一方に第二補助部材１２を配置する工程である。第二補助部材１２は金属製の板状部材である。第二補助部材１２は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第二金属部材２及び蓋板４と同じ材料になっている。
第二補助部材１２の板厚は、後記する第二摩擦攪拌接合工程後の塑性化領域Ｗ２（図１０参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、第二補助部材１２の板厚は、蓋板４よりも薄く設定している。
【００４１】
本実施形態における第二補助部材配置工程では、第二補助部材１２の中央が概ね第二突合せ部Ｊ２に位置するように、第二補助部材１２の裏面１２ｂと第二金属部材２の表面２ａ及び蓋板４の表面４ａとを面接触させる。つまり、ここでは、第二補助部材１２を第二金属部材２及び蓋板４と面接触するように配置する。なお、第二補助部材１２の端面１２ｄと第二金属部材２の内側端面２ｆとが面一となるように、第二補助部材１２の裏面１２ｂと第二金属部材２の表面２ａのみとを面接触させてもよい。また、第二補助部材１２の端面１２ｃと蓋板４の端面４ｃとが面一となるように、第二補助部材１２の裏面１２ｂと蓋板４の表面４ａのみとを面接触させてもよい。なお、第二補助部材１２は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
【００４２】
第一摩擦攪拌接合工程は、図１０に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と蓋板４との第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。接合用回転ツールＦは、突合せ部Ｊ０を接合した摩擦攪拌接合工程で用いたものと同じである。
【００４３】
ここでは、第一補助部材１１の表面１１ａから第一突合せ部Ｊ１に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ図１０の奥側から手前側に向けて相対移動させる。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。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、第一金属部材１及び蓋板４を接合できるように適宜設定すればよい。つまり、攪拌ピンＦ２と第一突合せ部Ｊ１とを接触させつつ、第一金属部材１及び蓋板４の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、摩擦攪拌された金属が硬化することにより線状の塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００４４】
第二摩擦攪拌接合工程は、図示を省略するが、接合用回転ツールＦを用いて第二金属部材２と蓋板４との第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌によって接合する工程である。接合用回転ツールＦは、突合せ部Ｊ０を接合した摩擦攪拌接合工程で用いたものと同じである。
【００４５】
ここでは、第二補助部材１２の表面１２ａから第二突合せ部Ｊ２に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ図１０の奥側から手前側に向けて相対移動させる。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。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、第二金属部材２及び蓋板４を接合できるように適宜設定すればよい。つまり、攪拌ピンＦ２と第二突合せ部Ｊ２とを接触させつつ、第二金属部材２及び蓋板４の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、摩擦攪拌された金属が硬化することにより線状の塑性化領域Ｗ２が形成される。
【００４６】
第一補助部材の除去工程は、図１０に示すように、第一金属部材１及び蓋板４から第一補助部材１１を除去する工程である（なお、第一金属部材１又は蓋板４に第一補助部材１１を配置した場合には、第一金属部材１及び蓋板４の何れか一方から第一補助部材１１を除去する）。また、第二補助部材の除去工程は、図１０に示すように、第二金属部材２から第二補助部材１２を除去する工程である（なお、第二金属部材２又は蓋板４に第二補助部材１２を配置した場合には、第二金属部材２及び蓋板４の何れか一方から第二補助部材１２を除去する）。
【００４７】
本実施形態の除去工程では、第一補助部材１１の端面１１ｃ，１１ｄ側及び第二補助部材１２の端面１２ｃ，１２ｄ側を図１０の矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２との境界部分を折り曲げるようにして切除する。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。第一補助部材１１には、バリＶ１，Ｖ１が形成されているので、第一補助部材１１と共にバリＶ１，Ｖ１も一緒に除去される。また、第二補助部材１２には、バリＶ２，Ｖ２が形成されているので、第二補助部材１２と共にバリＶ２，Ｖ２も一緒に除去される。
【００４８】
そのため、バリＶ１を第一補助部材１１ごと容易に除去することができ、また、バリＶ２を第二補助部材１２ごと容易に除去することができる。これにより、図１１に示すように、表面１ａ，４ａが接合部（塑性化領域Ｗ１）に沿ってやや盛り上がった状態で第一金属部材１の内側端面１ｆ（図９参照）と蓋板４の端面４ｄとが接合される。また、表面２ａ，４ａが接合部（塑性化領域Ｗ２）に沿ってやや盛り上がった状態で第二金属部材２の内側端面２ｆ（図９参照）と蓋板４の端面４ｃとが接合される。そのため、除去工程後に表面１ａ，２ａ，４ａの全面を面削する必要がない。本実施形態では、切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ１，Ｗ２）に沿った盛上り部を除去するだけでよい。なお、接合部に盛上り部が形成されない場合は、盛上り部を除去する作業を省略することができる。
【００４９】
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１及び第二金属部材２の厚さ方向に対して複数段（ここでは、二段）に分けて突合せ部Ｊ０の摩擦攪拌接合を施す場合に、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及び第二金属部材に接触させて摩擦攪拌接合を行うため、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、かかる方法によれば、突合せ部Ｊ０に補助部材１０を配置し、補助部材１０を介して突合せ部Ｊ０の摩擦攪拌接合を行うため、接合部（塑性化領域Ｗ０）の金属不足を解消することができる。これにより、凹部３に蓋板４を配しても中間面１ｅ，２ｅと蓋板４との間に隙間が形成されるのを防ぐことができる。また、中間面１ｅ，２ｅから補助部材１０を除去するとともに切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿った盛上り部を除去するだけでよいため、作業手間を少なくすることができる。
また、かかる方法によれば、突合せ部Ｊ０の摩擦攪拌接合を行う場合に、ショルダ部Ｇ１を金属部材に押し込まないので、トンネル欠陥（空洞欠陥）が発生しない。そのため、塑性化領域Ｗ０の内部品質が良く、水密性及び気密性に優れた接合部を形成することができる。
また、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及び第二金属部材２に接触させるので、負荷が小さい状態で深い位置まで摩擦攪拌できる。そのため、効率的に厚肉の被接合材同士を接合することができる。
【００５０】
また、第一実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合工程において、補助部材１０にバリＶ０が形成されるように接合条件を設定することにより、バリＶ０を補助部材１０に集約することができる。そのため、バリＶ０を補助部材１０ごと容易に除去することができる。
【００５１】
また、第一実施形態に係る接合方法によれば、第一補助部材１１によって接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足を解消でき、また、第二補助部材１２によって接合部（塑性化領域Ｗ２）の金属不足を解消できるので、接合不良を防ぐことができる。この際に、第一金属部材１及び蓋板４の両方に跨るように第一補助部材１１を配置し、また、第二金属部材２及び蓋板４の両方に跨るように第二補助部材１２を配置するため、接合部（塑性化領域Ｗ１，Ｗ２）の金属不足をより確実に防ぐことができるとともに、金属をバランスよく補充することができる。
【００５２】
［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。図１２に示すように、第二実施形態に係る接合方法では、補助部材配置工程において第一金属部材１及び第二金属部材２の両方と接触するように補助部材１０を配置する点で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。
【００５３】
第二実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と同様に、準備工程と、突合せ工程と、補助部材配置工程と、摩擦攪拌接合工程と、補助部材除去工程と、蓋板配置工程と、第一，第二補助部材配置工程と、第一摩擦攪拌接合工程と、第二摩擦攪拌接合工程と、第一，第二補助部材の除去工程を行う。第二実施形態における補助部材配置工程、摩擦攪拌接合工程及び補助部材除去工程以外の工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００５４】
図１２に示す補助部材配置工程は、第一金属部材１の中間面１ｅ及び第二金属部材２の中間面２ｅに補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は金属製の板状部材である。補助部材１０は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。
補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌接合工程後の塑性化領域Ｗ０（図１３参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、補助部材１０の板厚は、第一金属部材１の中間面１ｅの部分や第二金属部材２の中間面２ｅの部分よりも薄く設定している。
【００５５】
本実施形態における補助部材配置工程では、補助部材１０の中央が概ね突合せ部Ｊ０に位置するように、補助部材１０の裏面１０ｂと第一金属部材１の中間面１ｅ及び第二金属部材２の中間面２ｅとを面接触させる。つまり、ここでは、補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方と面接触するように（跨ぐように）配置する。
また、補助部材配置工程では、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台（図示省略）に移動不能に拘束する。なお、補助部材１０は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
【００５６】
摩擦攪拌接合工程は、図１３に示すように、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との突合せ部Ｊ０を摩擦攪拌によって接合する工程である。
【００５７】
ここでの摩擦攪拌接合工程では、補助部材１０の表面１０ａから突合せ部Ｊ０に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ図１３の奥側から手前側に向けて相対移動させる。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。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、第一金属部材１及び第二金属部材２を接合できるように適宜設定すればよい。つまり、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ０とを接触させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、摩擦攪拌された金属が硬化することにより線状の塑性化領域Ｗ０が形成される。
【００５８】
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、摩擦攪拌接合工程では、塑性化領域Ｗ０外のフロー側である補助部材１０にバリＶ０が多く発生する傾向にある（図１３参照）。なお、接合用回転ツールＦの接合条件、及び補助部材１０の配置位置は、ここで説明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。例えば、補助部材１０を第一金属部材１上に配置しつつ、接合用回転ツールＦを図１３の手前側から奥側に向けて相対移動させてもよい。
【００５９】
補助部材除去工程は、図１４に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２から補助部材１０を除去する工程である。本実施形態の補助部材除去工程では、補助部材１０の両端（端面１０ｃ，１０ｄ側）を図１４の矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ０との境界部分を折り曲げるようにして切除する。補助部材除去工程は、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。補助部材１０には、バリＶ０，Ｖ０が形成されているので、補助部材１０と共にバリＶ０，Ｖ０も一緒に除去される。そのため、バリＶ０を補助部材１０ごと容易に除去することができる。これにより、中間面１ｅ，２ｅが接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿ってやや盛り上がった状態で第一金属部材１の外側端面１ｄ（図２参照）と第二金属部材２の外側端面２ｄ（図２参照）とが接合される。したがって、補助部材除去工程後に中間面１ｅ，２ｅの全面を面削する必要がない。本実施形態では、切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿った盛上り部を除去するだけでよい。なお、接合部に盛上り部が形成されない場合は、盛上り部を除去する作業を省略することができる。
【００６０】
以上説明した第二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得ることができる。
また、図１２に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に跨るように補助部材１０を配置するため、接合部（塑性化領域Ｗ０）の金属不足をより確実に防ぐことができるとともに、金属をバランスよく補充することができる。
【００６１】
［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。図１５に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、補助部材配置工程において第一金属部材１及び第二金属部材２の両方と接触するように補助部材１０を配置しつつ、補助部材１０に対する第一金属部材１と第二金属部材２との接触割合を変更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、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００６２】
第三実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と同様に、準備工程と、突合せ工程と、補助部材配置工程と、摩擦攪拌接合工程と、補助部材除去工程と、蓋板配置工程と、第一，第二補助部材配置工程と、第一摩擦攪拌接合工程と、第二摩擦攪拌接合工程と、第一，第二補助部材の除去工程を行う。第三実施形態における補助部材配置工程、摩擦攪拌接合工程及び補助部材除去工程以外の工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００６３】
図１５に示す補助部材配置工程は、第一金属部材１の中間面１ｅ及び第二金属部材２の中間面２ｅに補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は金属製の板状部材である。補助部材１０は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。
補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌接合工程後の塑性化領域Ｗ０（図１６参照）が金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、補助部材１０の板厚は、第一金属部材１の中間面１ｅの部分や第二金属部材２の中間面２ｅの部分よりも薄く設定している。
【００６４】
本実施形態における補助部材配置工程では、補助部材１０の９割程度を第一金属部材１に配置し、残りの１割程度を第二金属部材２に配置する。つまり、ここでは、突合せ部Ｊ０に対して補助部材１０がわずかに第二金属部材２側に突出するように配置する。
第三実施形態において、補助部材１０の配置位置は、補助部材１０が第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に面接触するように配置するとともに、後記する補助部材除去工程を行った際に第二金属部材２側（補助部材１０との接触面積が少ない側）に補助部材１０が残存しないように調節する。
また、補助部材配置工程では、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台（図示省略）に移動不能に拘束する。なお、補助部材１０は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。
【００６５】
摩擦攪拌接合工程は、図１６に示すように、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との突合せ部Ｊ０を摩擦攪拌によって接合する工程である。
【００６６】
ここでの摩擦攪拌接合工程では、補助部材１０の表面１０ａから突合せ部Ｊ０に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ図１６の奥側から手前側に向けて相対移動させる。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。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、第一金属部材１及び第二金属部材２を接合できるように適宜設定すればよい。つまり、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ０とを接触させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、摩擦攪拌された金属が硬化することにより線状の塑性化領域Ｗ０が形成される。
【００６７】
また、摩擦攪拌接合工程では、補助部材１０側にバリが発生するように接合条件を設定するのがよい。バリが発生する位置は、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、移動速度（送り速度）、進行方向、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。
【００６８】
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、摩擦攪拌接合工程では、塑性化領域Ｗ０外のフロー側である補助部材１０にバリＶ０が多く発生する傾向にある（図１６参照）。なお、接合用回転ツールＦの接合条件、及び補助部材１０の配置位置は、ここで説明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。例えば、補助部材１０を第二金属部材２上に多い割合で配置しつつ、接合用回転ツールＦを図１６の手前側から奥側に向けて相対移動させてもよい。
【００６９】
このようにして、バリＶ０が発生する側又はバリＶ０が多く発生する側が補助部材１０側となるように接合条件を設定すれば、図１７に示すように、補助部材１０にバリＶ０を集約することができる。そのため、後記する補助部材除去工程において、バリＶ０を補助部材１０ごと容易に除去することができる。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。
【００７０】
補助部材除去工程は、図１７に示すように、第一金属部材１から補助部材１０を除去する工程である（なお、第二金属部材２に補助部材１０を多く配置した場合には、第二金属部材２から補助部材１０を除去する）。本実施形態の補助部材除去工程では、補助部材１０の端面１０ｄ側を図１７の矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ０との境界部分を折り曲げるようにして切除する。補助部材除去工程は、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。補助部材１０には、バリＶ０が形成されているので、補助部材１０と共にバリＶ０も一緒に除去される。そのため、バリＶ０を補助部材１０ごと容易に除去することができる。これにより、中間面１ｅ，２ｅが接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿ってやや盛り上がった状態で第一金属部材１の外側端面１ｄ（図２参照）と第二金属部材２の外側端面２ｄ（図２参照）とが接合される。したがって、補助部材除去工程後に中間面１ｅ，２ｅの全面を面削する必要がない。本実施形態では、切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿った盛上り部を除去するだけでよい。なお、接合部に盛上り部が形成されない場合は、盛上り部を除去する作業を省略することができる。
【００７１】
以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第一実施形態及び第二実施形態と略同等の効果を得ることができる。ここで、前記した第二実施形態の補助部材除去工程では、突合せ部Ｊ０を挟んで両側にある補助部材１０，１０を除去する必要がある。しかし、第三実施形態では摩擦攪拌接合工程後に第二金属部材２側（補助部材１０との接触面積が少ない側）に補助部材１０が残存しないように補助部材１０の配置位置を調節しているため、補助部材除去工程では片側の補助部材１０を除去するだけでよい。これにより補助部材除去工程の作業手間を少なくすることができる。また、補助部材除去工程後に切削工具等を用いて接合部（塑性化領域Ｗ０）に沿った盛上り部を除去するだけでよいので、中間面１ｅ，２ｅの全面を面削する必要がない。また、図１５に示すように、補助部材配置工程では、突合せ部Ｊ０を挟んで第二金属部材２側（他方側）にわずかに補助部材１０を突出させる分、接合部の金属不足をバランス良く、かつ、より確実に防ぐことができる。
【００７２】
［その他の実施形態］
なお、各実施形態では、図９に示すように、第一，第二補助部材配置工程において、第一補助部材１１の中央が概ね第一突合せ部Ｊ１に位置するように配置し、また、第二補助部材１２の中央が概ね第二突合せ部Ｊ２に位置するように配置していた。しかしながら、補助部材配置工程と同様に、第一補助部材１１及び第二補助部材１２の配置は前記説明したものに限定されない。
【００７３】
例えば、図１８に示すように、第一，第二補助部材配置工程において、第一補助部材１１の端面１１ｃと第一金属部材１の内側端面１ｆとが面一となるように、第一補助部材１１の裏面１１ｂと第一金属部材１の表面１ａのみとを面接触させてもよい。なお、図示は省略するが、第一補助部材１１の端面１１ｄと蓋板４の端面４ｄとが面一となるように、第一補助部材１１の裏面１１ｂと蓋板４の表面４ａのみとを面接触させてもよい。
図示は省略するが、第二補助部材１２についても同様に、第二補助部材１２の端面１２ｄと第二金属部材２の内側端面２ｆとが面一となるように、または、第二補助部材１２の端面１２ｃと蓋板４の端面４ｃとが面一となるように配置してもよい。
【００７４】
また、図１８に示すように、第一，第二補助部材配置工程において、第二金属部材２及び蓋板４の両方と接触するように第二補助部材１２を配置しつつ、第二補助部材１２に対する第二金属部材２と蓋板４との接触割合を変更して第二補助部材１２を配置してもよい。なお、図示は省略するが、第一補助部材１１についても同様に、第一金属部材１及び蓋板４の両方と接触するように第一補助部材１１を配置しつつ、第一補助部材１１に対する第一金属部材１と蓋板４との接触割合を変更して第一補助部材１１を配置してもよい。
【００７５】
図１８に示すように、第一補助部材１１及び第二補助部材１２を配置した場合、第一摩擦攪拌接合工程及び第二摩擦攪拌接合工程においても、各実施形態で説明した摩擦攪拌接合工程で説明した効果と同様の効果を奏する。
例えば、図１８に示すように、第一補助部材１１の端面１１ｃと第一金属部材１の内側端面１ｆとが面一となるように配置させた場合、バリＶ１が発生する側又はバリＶ１が多く発生する側が第一補助部材１１側となるように接合条件を設定することにより、第一補助部材１１にバリＶ１を集約することができる（図１９参照）。また、図１８に示すように、第二補助部材１２に対する第二金属部材２と蓋板４との接触割合を変更して第二補助部材１２を配置させた場合、バリＶ２が発生する側又はバリＶ２が多く発生する側が第二補助部材１２側となるように接合条件を設定することにより、第二補助部材１２にバリＶ２を集約することができる（図１９参照）。そのため、図２０に示すように、第一，第二補助部材の除去工程において、バリＶ１，Ｖ２の除去が容易となる。さらに、接触割合を変更して補助部材を配置させた場合には、接合部の金属不足をバランス良く、かつ、より確実に防ぐことができる。
【００７６】
また、図２１に示すように、第一摩擦攪拌接合工程及び第二摩擦攪拌接合工程において、接合用回転ツールＧを用いることも可能である。接合用回転ツール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から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２の外周面には、螺旋溝が刻設されている。
第一摩擦攪拌接合工程では、接合用回転ツールＧを第一金属部材１の表面１ａ及び蓋板４の表面４ａに挿入しつつ第一突合せ部Ｊ１に沿って移動させる。また、第二摩擦攪拌接合工程では、接合用回転ツールＧを第二金属部材２の表面２ａ及び蓋板４の表面４ａに挿入しつつ第二突合せ部Ｊ２に沿って移動させる。
【００７７】
第一摩擦攪拌接合工程及び第二摩擦攪拌接合工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１、第二金属部材２、蓋板４に数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは、第一突合せ部Ｊ１、第二突合せ部Ｊ２が摩擦攪拌接合可能であれば特に制限されないが、図２１に示すように、攪拌ピンＧ２の先端が中間面１ｅ，２ｅに達するように設定することが好ましい。
【００７８】
また、図１に示すように、準備工程で準備した第一金属部材１及び第二金属部材２は、接合させる側の端部（接合端）に沿って二段の段部１ｃ，２ｃが形成されていた。しかしながら、段部１ｃ，２ｃの段差の数はこれに限定されず、三段以上の複数の段差でもよく、段差の数に応じて中間面１ｅ，２ｅの数も増加する。その場合、蓋板配置工程と、第一，第二補助部材配置工程と、第一摩擦攪拌接合工程と、第二摩擦攪拌接合工程と、第一，第二補助部材の除去工程とを複数回にわたって行うことになる。
【００７９】
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】
【００８０】
１      第一金属部材
２      第二金属部材
１ａ，２ａ  表面
１ｂ，２ｂ  裏面
１ｃ，２ｃ  段部
１ｄ，２ｄ  外側端面
１ｅ，２ｅ  中間面
１ｆ，２ｆ  内側端面
３      凹部
４      蓋板
１０    補助部材
１１    第一補助部材
１２    第二補助部材
Ｊ０    突合せ部
Ｊ１    第一突合せ部
Ｊ２    第二突合せ部
Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２  バリ
Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２  塑性化領域
Ｆ      接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１    連結部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｇ      接合用回転ツール（回転ツール）
Ｇ１    ショルダ部
Ｇ２    攪拌ピン
【図１】
2018118281.tif 000003
【図２】
2018118281.tif 000004
【図３】
2018118281.tif 000005
【図４】
2018118281.tif 000006
【図５】
2018118281.tif 000007
【図６】
2018118281.tif 000008
【図７】
2018118281.tif 000009
【図８】
2018118281.tif 000010
【図９】
2018118281.tif 000011
【図１０】
2018118281.tif 000012
【図１１】
2018118281.tif 000013
【図１２】
2018118281.tif 000014
【図１３】
2018118281.tif 000015
【図１４】
2018118281.tif 000016
【図１５】
2018118281.tif 000017
【図１６】
2018118281.tif 000018
【図１７】
2018118281.tif 000019
【図１８】
2018118281.tif 000020
【図１９】
2018118281.tif 000021
【図２０】
2018118281.tif 000022
【図２１】
2018118281.tif 000023