(57)【要約】【課題】水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供する。【解決手段】第一金属部材１の表面１ｄの一部と、第二金属部材２の裏面２ｇの一部とを重ね合せて重合部Ｊ１を形成する。次に、回転する攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させた状態で重合部Ｊ１に摩擦攪拌を行う。この摩擦攪拌工程では、重合部Ｊ１のうち第一金属部材１の表面１ｄ側に露出する第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２と、第二金属部材２の裏面２ｇ側に露出する裏側内隅とを全周にわたって連続的に摩擦攪拌を行う。【選択図】図４
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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、
前記第一金属部材の表面の一部と、前記第二金属部材の裏面の一部とを重ね合せて重合部を形成する重ね合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記重合部に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、前記重合部のうち前記第一金属部材の表面側に露出する表側内隅と、前記第二金属部材の裏面側に露出する裏側内隅とを全周にわたって摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールを前記表側内隅と前記裏側内隅とに連続的に相対移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記表側内隅及び前記裏側内隅に補助部材を配置する配置工程を含み、
前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行う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】
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に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３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌工程の前に、前記表側内隅及び前記裏側内隅にＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、又はレーザ溶接によって溶接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４のいずれか一項に記載の接合方法。
【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を接合する接合方法であって、
前記第一金属部材の表面の一部と、前記第二金属部材の裏面の一部とを重ね合せて重合部を形成する重ね合せ工程と、
回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記重合部に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、前記重合部のうち前記第一金属部材の表面側に露出する表側内隅と、前記第二金属部材の裏面側に露出する裏側内隅と、側面側に露出する突合せ部とを全周にわたって摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項７】
前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールを前記表側内隅と前記裏側内隅と前記突合せ部とに連続的に相対移動させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記表側内隅、前記裏側内隅及び前記突合せ部にそれぞれ補助部材を配置する配置工程を含み、
前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行う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】
前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材に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８に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記摩擦攪拌工程の前に、前記表側内隅及び前記裏側内隅にＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、又はレーザ溶接によって溶接を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項６乃至請求項９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、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】
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化させることで、金属材料同士を固相接合させるものである。
例えば、特許文献１には、重ね合わされた２つの金属部材を摩擦攪拌接合する技術が開示されている。当該従来技術では、内隅が形成されるように金属部材の一部同士を重ね合せ、当該内隅を摩擦攪拌接合するというものである。また、当該従来技術では、一対のタブ材を用いて摩擦攪拌接合を行い、摩擦攪拌接合が終了したら、タブ材を切除している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の接合方法では、接合後の両金属部材の重合部に封止されない部分が残存する。そのため、この接合方法によって接合された金属部材は、水密性、気密性が劣るという不具合がある。
このような観点から、本発明は、水密性、気密性が高い金属部材同士の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】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明は、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、前記第一金属部材の表面の一部と、前記第二金属部材の裏面の一部とを重ね合せて重合部を形成する重ね合せ工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記重合部に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記重合部のうち前記第一金属部材の表面側に露出する表側内隅と、前記第二金属部材の裏面側に露出する裏側内隅とを全周にわたって摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【０００６】
また、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、前記第一金属部材の表面の一部と、前記第二金属部材の裏面の一部とを重ね合せて重合部を形成する重ね合せ工程と、回転する前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記重合部に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記重合部のうち前記第一金属部材の表面側に露出する表側内隅と、前記第二金属部材の裏面側に露出する裏側内隅と、側面側に露出する突合せ部とを全周にわたって摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、接合後の両金属部材の表側内隅、裏側内隅、側面側に露出する突合せ部は全周にわたって摩擦攪拌接合されるので、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。
【０００８】
この場合に、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールを前記表側内隅と前記裏側内隅とに連続的に相対移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
あるいは、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールを前記表側内隅と前記裏側内隅と前記突合せ部とに連続的に相対移動させて摩擦攪拌を行うことが好ましい。
本発明によれば、回転ツールを、摩擦攪拌を行う位置に連続的に相対移動させるので、一連の摩擦攪拌工程を効率良く行うことができる。
【０００９】
前記の場合に、前記表側内隅及び前記裏側内隅に補助部材を配置する配置工程を含み、前記摩擦攪拌工程では、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摩擦攪拌を行うことが好ましい。
あるいは、前記表側内隅、前記裏側内隅、及び前記突合せ部に補助部材を配置する配置工程を含み、前記摩擦攪拌工程では、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、前記突合せ部、及び前記補助部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。
本発明によれば、補助部材を配置して摩擦攪拌するので接合部の金属不足を防ぐことができる。
【００１０】
前記の場合に、前記摩擦攪拌工程では、前記補助部材にバリが発生するように接合条件を設定するのが望ましい。
本発明によれば、補助部材にバリを集約できるので、バリを補助部材ごと除去することができる。
【００１１】
前記の場合に、前記摩擦攪拌工程の前に、前記表側内隅及び前記裏側内隅にＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、又はレーザ溶接によって溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
本発明によれば、予め表側内隅及び裏側内隅に溶接してから摩擦攪拌工程を行うので、摩擦攪拌工程での第一金属部材、第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る接合方法の重ね合せ工程を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る接合方法の配置工程を示す斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る接合方法の配置工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の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】本発明の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】本発明の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７】本発明の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８】本発明の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９】本発明の第一実施形態に係る接合方法の除去工程後の断面図である。
【図１０】本発明の第一実施形態の変形例に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第一実施形態の変形例に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る接合方法の重ね合せ工程、配置工程を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る接合方法の重ね合せ工程、配置工程を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第二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１５】本発明の第二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１６】本発明の第二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１７】本発明の第二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１８】本発明の第二実施形態の変形例に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第二実施形態の変形例に係る接合方法の摩擦攪拌工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［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とを重ね合せて接合する。第一実施形態に係る接合方法は、重ね合せ工程と、仮接合工程と、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」に対する反対側の面という意味である。
【００１５】
第一金属部材１及び第二金属部材２は、同じサイズの板状の金属部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、形状やサイズの異なる金属部材であってもよい。第一金属部材１及び第二金属部材の材料は、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及び第二金属部材２の材料は同等であることが望ましい。
【００１６】
重ね合せ工程は、図１に示すように、第一金属部材１の一部と第二金属部材２の一部とを重ね合せる工程である。本実施形態では、第一金属部材１の表面１ｄの一部と、第二金属部材２の裏面２ｇの一部とを重ね合せて重合部Ｊ１（図２参照）を形成する。重合部Ｊ１は矩形（本実施形態では正方形）を呈する。
【００１７】
図２に示すように、重ね合せ工程によって、第一金属部材１の表面１ｄと第二金属部材２の側面２ｅとで第一表側内隅Ｓ１１が形成される。同様に、第一金属部材１の表面１ｄと第二金属部材２の側面２ｆとで第二表側内隅Ｓ１２が形成される。
【００１８】
また、図３は、第一金属部材１及び第二金属部材２を裏側から見た斜視図である。図３に示すように、重ね合せ工程によって、第一金属部材１の側面１ｆと第二金属部材２の裏面２ｇとで第一裏側内隅Ｓ２１が形成される。同様に、第一金属部材１の側面１ｅと第二金属部材２の裏面２ｇとで第二裏側内隅Ｓ２２が形成される。
【００１９】
仮接合工程は、具体的な図示は省略するが、第一金属部材１と第二金属部材２との位置関係が後記する摩擦攪拌工程でも維持できるように、両者を仮接合する工程である。具体的には、第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２に対して、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas welding）、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）、又はレーザ溶接などの手段によりスポット溶接を行って、第一金属部材１と第二金属部材２とを仮接合するものである。第一金属部材１と第二金属部材２とを接着その他の手段により仮接合してもよい。
【００２０】
配置工程は、図２及び図３に示すように、第一表側内隅Ｓ１１及び第二表側内隅Ｓ１２に補助部材１０を配置するとともに、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２に補助部材１１を配置する工程である。補助部材１０，１１は、板状の金属部材であり、例えば第一金属部材１及び第二金属部材２と同様の材料で形成されている。
【００２１】
図２に示すように、補助部材１０は、板面方向にＬ字形に屈曲した長板金属であり、その裏面１０ａを第一金属部材１の表面１ｄに面接触させるとともに、Ｌ字形に屈曲した内側端面１０ｂを第二金属部材２の側面２ｅ，２ｆに当接させる。
【００２２】
また、図３に示すように、補助部材１１は、板厚方向にＬ字形に屈曲した長板金属であり、Ｌ字形に屈曲した内側面１１ａは、第一金属部材１の側面１ｅ，１ｆに面接触させるとともに、一方の端面１１ｂは、第二金属部材２の裏面２ｇに当接させる。
【００２３】
補助部材１０，１１は、第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２の全体を覆うように配置される。また、補助部材１０，１１の板厚は、後記する摩擦攪拌工程で金属不足が発生しない程度の厚さに設定する。なお、補助部材１０，１１は、第一金属部材１及び第二金属部材２から脱落しないように仮接合又は仮接着をしてもよい。
【００２４】
図４に示すように、摩擦攪拌工程は、接合用回転ツール（回転ツール）Ｆを用いて第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２を摩擦攪拌接合する工程である。つまり、摩擦攪拌工程では、重合部Ｊ１の全周囲に亘って摩擦攪拌接合を行うというものである。
【００２５】
接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されており、例えば工具鋼で形成されている。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、円柱状をしている。攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸である。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まれている。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。
【００２６】
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、補助部材１０，１１）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。接合用回転ツールＦ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アームロボットに取り付けられる。アームロボットに取り付けることにより、接合用回転ツールＦの回転中心軸の傾斜角度を容易に変更することができる。
【００２７】
第一表側内隅Ｓ１１の摩擦攪拌接合では、第二金属部材２の側面２ｅと補助部材１０の内側端面１０ｂとが当接する部分に設定した開始位置Ｓｐに、右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入し、第一表側内隅Ｓ１１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２、補助部材１０に接触させて摩擦攪拌を行う。また、接合用回転ツールＦの右側に補助部材１０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ１１が形成される。
【００２８】
第一表側内隅Ｓ１１の摩擦攪拌接合の終了から連続的に第二表側内隅Ｓ１２の摩擦攪拌接合を行う。第二表側内隅Ｓ１２の摩擦攪拌接合では、第二金属部材２の側面２ｆと補助部材１０の内側端面１０ｂとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を接触させて第二表側内隅Ｓ１２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる（白抜き矢印で進行方向を示している（以下同様））。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２、補助部材１０に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ１２が形成される。
【００２９】
図５に示すように、摩擦攪拌工程では、連結部Ｆ１が第二金属部材２の側面２ｅ，２ｆに干渉しないように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２に対して傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入深さは、第一金属部材１と第二金属部材２とを接合できるように適宜設定すればよい。なお、本実施形態では、鉛直面（側面２ｅ，２ｆ）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。
【００３０】
摩擦攪拌工程では、補助部材１０（補助部材１１）にバリが発生するように接合条件を設定するのが望ましい。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、補助部材１０，１１）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み合わせで決定される。
【００３１】
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合は、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易くなるため、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がある。
【００３２】
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、第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２の摩擦攪拌接合では、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２外のフロー側である補助部材１０にバリＶ１１，Ｖ１２が多く発生する傾向にある（図５参照）。なお、接合用回転ツールＦの接合条件及び補助部材１０（後述の補助部材１１も同様）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。
【００３３】
このようにして、バリＶ１１，Ｖ１２が発生する側又はバリＶ１１，Ｖ１２が多く発生する側（後述のバリＶ２１，Ｖ２２も同様）が補助部材１０（後述の補助部材１１も同様）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（後述の補助部材１１も同様）にバリＶ１１，Ｖ１２（後述のバリＶ２１，Ｖ２２も同様）を集約することができる。そのため、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。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。
【００３４】
第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２の摩擦攪拌接合の終了後、図６に示すように、接合用回転ツールＦと被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２、補助部材１０，１１）との相対的位置関係を、被接合金属部材が接合用回転ツールＦに対して裏表逆転するように変更する。このとき、被接合金属部材を表裏逆転させてもよいし、接合用回転ツールＦの向きを上下逆転させてもよい。図６の一点鎖線で示す接合用回転ツールＦは、表側から裏側へ向かう途中の状態を示している。本実施形態の摩擦攪拌工程では、表側から裏側へ向かう途中も第一金属部材１及び第二金属部材２から攪拌ピンＦ２を離脱せずに、摩擦攪拌接合を連続して行う。
【００３５】
すなわち、図６に示すように、第二金属部材２の裏面２ｇと補助部材１１の端面１１ｂとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を接触させた状態で、図６の奥側から手前側に向けて第一裏側内隅Ｓ２１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２、補助部材１１に接触させて摩擦攪拌を行う。また、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１１が位置する。接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ２１が形成される。
【００３６】
このとき、図７に示すように、接合用回転ツールＦのフロー側は、第一金属部材１の側面１ｆ側となるので、側面１ｆ側に配置されている補助部材１１側にバリＶ２１が発生する（接合用回転ツールＦは、図７の奥側から手前側に相対移動している）。
【００３７】
図６に示すように、第一裏側内隅Ｓ２１の摩擦攪拌接合の終了から連続的に第二裏側内隅Ｓ２２の摩擦攪拌接合を開始する。第二金属部材２の裏面２ｇと補助部材１１の端面１１ｂとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を接触させ、第二裏側内隅Ｓ２２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２、補助部材１１に接触させて摩擦攪拌を行う。また、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１１が位置する。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ２２（図７参照）が形成される。
【００３８】
このとき、接合用回転ツールＦのフロー側は、第一金属部材１の側面１ｅ側となるので、側面１ｅ側に配置されている補助部材１１側にバリＶ２２が発生する。第二裏側内隅Ｓ２２の摩擦攪拌接合を終えたら、接合用回転ツールＦを第一金属部材１及び第二金属部材２から離脱させずに、再度、第一表側内隅Ｓ１１に戻り、塑性化領域の始端（図４の開始位置Ｓｐ）と終端とを重複させる。
【００３９】
除去工程は、第一金属部材１、第二金属部材２から補助部材１０，１１を除去する工程である。図８では、第二金属部材２から補助部材１０を除去する場合を説明する。本実施形態の除去工程では、補助部材１０の端部を太矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２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もよいが、本実施例では手作業で除去している。補助部材１０にはバリＶ１１，Ｖ１２が形成されているので、補助部材１０と共にバリＶ１１，Ｖ１２も一緒に除去される。具体的な図示は省略するが、補助部材１１についても、補助部材１０と同様の要領で第一金属部材１から除去し、その際、バリＶ２１，Ｖ２２も一緒に除去される。
【００４０】
図９は、除去工程を経た第一金属部材１及び第二金属部材２の断面図である。第一金属部材１と第二金属部材２とは、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２によって全周にわたって接合される。
【００４１】
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、第一表側内隅Ｓ１１、第二表側内隅Ｓ１２、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２の全周にわたって第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるので、重合部Ｊ１の周囲が全て封止され、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。また、接合用回転ツールＦを第一表側内隅Ｓ１１及び第二表側内隅Ｓ１２から、第一裏側内隅Ｓ２１及び第二裏側内隅Ｓ２２に連続的に相対移動させるので、一連の摩擦攪拌工程を効率良く行うことができる。
【００４２】
さらに、摩擦攪拌接合を行う位置に補助部材１０，１１を配置して摩擦攪拌するので、接合部（塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２）の金属不足を防ぐことができる。また、摩擦攪拌工程では、補助部材１０，１１にバリＶ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２が発生するように接合条件を設定しているので、補助部材１０，１１ごとバリＶ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２を除去することができ、バリＶ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２除去が容易となる。
【００４３】
また、仮接合工程では、第一金属部材１と第二金属部材２とをＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、又はレーザ溶接、その他の接合方法で仮接合するので、摩擦攪拌工程における第一金属部材１と第二金属部材２の位置ずれを防ぐことができる。
【００４４】
［第一実施形態の変形例］
本発明の第一実施形態の変形例に係る接合方法について図面を参照して説明する。第一実施形態の変形例に係る接合方法では、同じ大きさで何れも円板状の第一金属部材２１と第二金属部材２２とを重ね合せて接合する。本変形例においても、第一実施形態に係る接合方法と同様に、重ね合せ工程と、仮接合工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。これらの各工程の内容は第一実施形態に準じるが、以下では、特に異なっている点を中心に説明する。
【００４５】
図１０に示すように、重ね合せ工程では、円形の第一金属部材２１の一部と第二金属部材２２の一部とを重ね合せ重合部Ｊ１Ａを形成する。重ね合せ工程により、第一金属部材２１の表面２１ａと第二金属部材２２の側面２２ｂとにより円弧状の表側内隅Ｓ３１が形成される。図１１は、第一金属部材２１及び第二金属部材２２を裏側から見た斜視図である。図１１に示すように、重ね合せ工程により、第一金属部材２１の側面２１ｂと第二金属部材２２の裏面２２ｃとにより円弧状の裏側内隅Ｓ３２が形成される。
【００４６】
仮接合工程は、具体的な図示は省略するが、第一金属部材２１と第二金属部材２２との位置関係が後記する摩擦攪拌工程でも維持できるように、両者を仮接合する工程である。具体的には、表側内隅Ｓ３１及び裏側内隅Ｓ３２に対して、ＭＩＧ溶接等によりスポット溶接を行って、第一金属部材２１と第二金属部材２２とを仮接合する。
【００４７】
配置工程では、図１０、図１１に示すように、表側内隅Ｓ３１及び裏側内隅Ｓ３２にそれぞれ補助部材３０，３１を配置する工程である。配置工程では、図１０に示すように、板面方向に円弧状に湾曲している長板状の補助部材３０を、その底面３０ａが第一金属部材２１の表面２１ａに面接触し、内側端面３０ｂが第二金属部材２２の側面２２ｂに当接するように配置する。
【００４８】
また、図１１に示すように、板厚方向に円弧状に湾曲している長板状の補助部材３１を、その底面３１ａが第一金属部材２１の側面２１ｂに面接触し、一方の端面３１ｂが第二金属部材２２の裏面２２ｃに当接するように配置する。
【００４９】
摩擦攪拌工程も第一実施形態と同様の要領で行う。まず、図１０に示すように、表側内隅Ｓ３１を接合用回転ツールＦで摩擦攪拌接合することにより、表側内隅Ｓ３１に塑性化領域Ｗ３１が形成される。当該摩擦攪拌工程では、補助部材３０にバリＶ３１が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材３０が位置するように設定している。
【００５０】
表側内隅Ｓ３１の摩擦攪拌接合が終了すると、第一実施形態の場合に準じて、接合用回転ツールＦと被接合金属部材（第一金属部材２１、第二金属部材２２、補助部材３０，３１）との相対的位置関係を被接合金属部材が表裏逆転するように変更する。そして、図１１に示すように、表側内隅Ｓ３１の摩擦攪拌接合の終了から接合用回転ツールＦを離脱させずに、裏側内隅Ｓ３２への摩擦攪拌接合を連続的に開始する。裏側内隅Ｓ３２への摩擦攪拌接合により、裏側内隅Ｓ３２に塑性化領域Ｗ３２が形成される。当該摩擦攪拌工程では、補助部材３１にバリＶ３２が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材３１が位置するように設定している。
【００５１】
除去工程については、第一実施形態と同一である。以上説明した本変形例によっても、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
本変形例では、第一金属部材、第二金属部材及び補助部材の形状が第一実施形態の場合と異なっている例を示したが、この他にも様々な形状の金属部材に第一実施形態の技術を適用することができる。
【００５２】
［第二実施形態］
本発明の第二実施形態に係る接合方法について図面を参照して説明する。図１２、図１３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４１と第二金属部材４２とを重ね合せて接合する。図１３は、第一金属部材４１と第二金属部材４２を裏側から見た斜視図である。本実施形態でも、第一実施形態に係る接合方法と同様、重ね合せ工程と、仮接合工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。これらの各工程の内容は第一実施形態に準じるが、以下では、特に異なっている点を中心に説明する。
【００５３】
本実施形態が第一実施形態と異なるのは、第一金属部材４１と第二金属部材４２とを重ね合せて接合するのに際し、摩擦攪拌接合する部分が、第一金属部材４１と第二金属部材４２とで形成される内隅のみではなく、側面に露出する突合せ部も含む点である。すなわち、図１２及び図１３に示すように、第一金属部材４１及び第二金属部材４２は、例えば同じサイズの長方形状の金属板である。
【００５４】
重ね合せ工程は、第一金属部材４１の一部と、第二金属部材４２の一部とを重ね合せる工程である。重ね合せ工程では、それぞれの短手方向は位置を揃え、長手方向には互いに位置をずらして、第一金属部材４１と第二金属部材４２とを重ね合せる。この重ね合せ工程により、第一金属部材４１と第二金属部材４２とが重ね合わされた重合部Ｊ２が形成される。
【００５５】
図１２に示すように、第一金属部材４１と第二金属部材４２とは長手方向に互いに位置をずらしたため、第一金属部材４１の表面４１ａと第二金属部材４２の側面４２ｃとによって表側内隅Ｓ４１が形成される。また、第一金属部材４１と第二金属部材４２とを短手方向に位置を揃えたことにより、第一金属部材４１の側面４１ｄと第二金属部材４２の側面４２ｄとは面一になり、この側面４１ｄと側面４２ｄとの間に突合せ部Ｊ２１が露出する。
【００５６】
一方、図１３に示すように、第二金属部材４２の裏面４２ｂと第一金属部材４１の側面４１ｃとによって裏側内隅Ｓ４２が形成される。また、第一金属部材４１の側面４１ｅと第二金属部材４２の側面４２ｅとは面一になり、この側面４１ｅと側面４２ｅとの間に突合せ部Ｊ２２が露出する。
【００５７】
仮接合工程は、具体的な図示は省略するが、第一金属部材４１と第二金属部材４２との位置関係が後記する摩擦攪拌工程でも維持できるように、両者を仮接合する工程である。具体的には、表側内隅Ｓ４１及び裏側内隅Ｓ４２に対して、ＭＩＧ溶接等によりスポット溶接を行って、第一金属部材４１と第二金属部材４２とを仮接合する。
【００５８】
配置工程は、補助部材５１，５２，５３，５４を配置する工程である。まず、図１２に示すように、長さが第一金属部材４１、第二金属部材４２の短手方向と同一で長尺状の平板金属である補助部材５１を用意する。そして、補助部材５１の一方の面５１ａを第一金属部材４１の表面４１ａに面接触させ、補助部材５１の長手方向の一方の端面５１ｂを第二金属部材４２の側面４２ｃに当接させて、補助部材５１を配置する。
【００５９】
また、第一金属部材４１の側面４１ｄの突合せ部Ｊ２１に対応する部分には長尺状の平板金属である補助部材５３を配置する。このとき補助部材５３の長手方向の一方の端面５３ａを突合せ部Ｊ２１と合わせる。
【００６０】
また、図１３に示すように、長さが第一金属部材４１、第二金属部材４２の短手方向と同一で長尺状の平板金属である補助部材５２を用意する。そして、補助部材５２の一方の面５２ａを第一金属部材４１の側面４１ｃに面接触させ、補助部材５２の長手方向の一方の端面５２ｂを第二金属部材４２の裏面４２ｂに当接させて、補助部材５２を配置する。
【００６１】
また、第一金属部材４１の側面４１ｅの突合せ部Ｊ２２に対応する部分には長尺状の平板金属である補助部材５４を配置する。このとき補助部材５４の長手方向の一方の端面５４ａを突合せ部Ｊ２２と合わせる。なお、補助部材５１〜５４は、第一金属部材４１及び第二金属部材４２から脱落しないように仮接合又は仮接着をしてもよい。また、補助部材５２〜５４は、コ字形をした一連の金属板として形成し、第一金属部材４１の側面４１ｃ〜４１ｅに嵌め込むようにしてもよい。
【００６２】
摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦを用いて重合部Ｊ２の全周囲に亘って摩擦攪拌接合を行う。ここでは、第一金属部材４１及び第二金属部材４２から接合用回転ツールＦを離脱させずに、全周囲に連続して摩擦攪拌接合を行う。すなわち、図１４に示すように、第二金属部材４２の側面４２ｃと補助部材５１の端面５１ｂとが当接する部分に設定した開始位置Ｓｐに右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入し、表側内隅Ｓ４１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２の先端部のみを第一金属部材４１、第二金属部材４２、補助部材５１に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ４１が形成される。
【００６３】
当該摩擦攪拌工程では、補助部材５１にバリＶ４１が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材５１が位置するように設定している。
【００６４】
次に、図１５に示すように、表側内隅Ｓ４１の摩擦攪拌接合完了後、突合せ部Ｊ２２の摩擦攪拌接合を連続して行う。この場合は、突合せ部Ｊ２２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材４１、第二金属部材４２、補助部材５４に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ４２が形成される。このとき、接合用回転ツールＦの軸方向は側面４２ｅ，４１ｅ対して垂直にして摩擦攪拌接合を行う。
【００６５】
当該摩擦攪拌工程では、補助部材５４にバリＶ４２が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材５４が位置するように設定している。
【００６６】
突合せ部Ｊ２２をすべて摩擦攪拌接合したら、接合用回転ツールＦと被接合金属部材（第一金属部材４１、第二金属部材４２、補助部材５１〜５４）との相対的位置関係を、被接合金属部材が接合用回転ツールＦに対して裏表逆転するように変更する。
【００６７】
次に、図１６に示すように、突合せ部Ｊ２２の摩擦攪拌接合完了後、突合せ部Ｊ２２に続いている裏側内隅Ｓ４２の摩擦攪拌接合を連続して行う。この場合は、裏側内隅Ｓ４２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材４１、第二金属部材４２、補助部材５２に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ４３が形成される。
【００６８】
当該摩擦攪拌工程では、補助部材５２にバリＶ４３が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材５２が位置するように設定している。
【００６９】
次に、図１７に示すように、裏側内隅Ｓ４２の摩擦攪拌接合完了後、突合せ部Ｊ２１の摩擦攪拌接合を連続して行う。この場合は、突合せ部Ｊ２１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材４１、第二金属部材４２、補助部材５３に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には線状の塑性化領域Ｗ４４が形成される。このとき、接合用回転ツールＦの軸方向は側面４２ｄ，４１ｄに対して垂直にして摩擦攪拌接合を行う。
【００７０】
当該摩擦攪拌工程では、補助部材５３にバリＶ４４が形成されるように、接合条件を設定する。ここでは、接合用回転ツールＦを高速で右回転させつつ、進行方向右側に補助部材５３が位置するように設定している。最後に、接合用回転ツールＦを第一金属部材１及び第二金属部材２から離脱させずに、再度、表側内隅Ｓ４１に戻り、塑性化領域の始端（開始位置Ｓｐ）と終端とを重複させる。
【００７１】
これにより、表側内隅Ｓ４１、突合せ部Ｊ２２、裏側内隅Ｓ４２、突合せ部Ｊ２１を連続して摩擦攪拌接合を行うことができる。なお、除去工程は第一実施形態と同じ要領で行う。
【００７２】
以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、表側内隅Ｓ４１、突合せ部Ｊ２２、裏側内隅Ｓ４２、突合せ部Ｊ２１の全周にわたって第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるので、重合部Ｊ２の全周囲が封止され、水密性、気密性が高い金属部材同士の接合方法を提供することができる。
また、接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ２２から裏側内隅Ｓ４２に連続的に相対移動させるので、一連の摩擦攪拌工程を効率良く行うことができる。また、摩擦攪拌接合を行う位置に補助部材５１〜５４を配置して摩擦攪拌するので、接合部（塑性化領域Ｗ４１〜Ｗ４４）の金属不足を防ぐことができる。
【００７３】
そして、摩擦攪拌工程では、補助部材５１〜５４にバリＶ４１〜Ｖ４４が発生するように接合条件を設定しているので、補助部材５１〜５４ごとバリＶ４１〜Ｖ４４をそれぞれ除去することができ、バリＶ４１〜Ｖ４４除去が容易となる。
また、仮接合工程では、第一金属部材４１と第二金属部材４２とをＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、又はレーザ溶接、その他の接合方法で接合するため、相互の位置ずれを防ぐことができる。
【００７４】
［第二実施形態の変形例］
本発明の第二実施形態の変形例に係る接合方法について図面を参照して説明する。第一実施形態の変形例に係る接合方法では、大きさの異なる何れも方形状の第一金属部材７１の一部と第二金属部材７２の一部とを重ね合せて接合する。本変形例においても、第二実施形態に係る接合方法と同様に、重ね合せ工程と、仮接合工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。これらの各工程の内容は第一実施形態、第二実施形態に準じるが、以下では、特に異なっている点を中心に説明する。
【００７５】
図１８及び図１９に示すように、重ね合せ工程では、第一金属部材７１の表面７１ａと第二金属部材７２の裏面７２ｂとを重ね合せて重合部Ｊ３を形成する。重ね合せ工程によって、第一表側内隅Ｓ５１、第二表側内隅Ｓ５２、裏側内隅Ｓ５３が形成される。また、図１９に示すように、第一金属部材７１の側面７１ｃと第二金属部材７２の側面７２ｃは面一に揃っていて、その両面間に突合せ部Ｊ３１が露出している。
【００７６】
仮接合工程は、具体的な図示は省略するが、第一金属部材７１と第二金属部材７２との位置関係が後記する摩擦攪拌工程でも維持できるように、両者を仮接合する工程である。
【００７７】
配置工程では、図１８に示すように、板面方向がＬ字状に屈曲している長板状の補助部材８０を、その内側端面８０ａが第一表側内隅Ｓ５１、第二表側内隅Ｓ５２に沿うようにして、底面８０ｂが第一金属部材７１の表面７１ａと面接触するように配置する。また、図１９に示すように、板厚方向にＬ字形に屈曲している長板状の補助部材８１を、その長手方向の一方の端面８１ａが裏側内隅Ｓ５３、突合せ部Ｊ３１と沿うようにして、屈曲側の面８１ｂが第一金属部材７１の側面７１ｃ，７１ｄに面接触するように配置する。
【００７８】
摩擦攪拌工程は第二実施形態の場合に準じるが、まず、第一表側内隅Ｓ５１、第二表側内隅Ｓ５２を連続的に接合用回転ツールＦで摩擦攪拌接合して、第一表側内隅Ｓ５１、第二表側内隅Ｓ５２に塑性化領域Ｗ５１，Ｗ５２を形成する。図１８の開始位置Ｓｐが摩擦攪拌の開始位置になる。このとき、バリＶ５１，Ｖ５２は補助部材８０に発生する。
【００７９】
第一表側内隅Ｓ５１、第二表側内隅Ｓ５２の摩擦攪拌接合が終了すると、第二実施形態の場合に準じて、被接合金属部材（第一金属部材７１、第二金属部材７２、補助部材８０，８１）を裏返す。
【００８０】
そして、第二表側内隅Ｓ５２と裏側内隅Ｓ５３とが連続して続いているので、前記の表裏の裏返しにより、第二表側内隅Ｓ５２の摩擦攪拌接合の終了から裏側内隅Ｓ５３への摩擦攪拌接合を連続的に開始することができる。裏側内隅Ｓ５３への摩擦攪拌接合により、裏側内隅Ｓ５３に塑性化領域Ｗ５３が形成される。このとき、バリＶ５３は補助部材８１に発生する。
【００８１】
裏側内隅Ｓ５３への摩擦攪拌接合の終了後に連続的に突合せ部Ｊ３１の摩擦攪拌接合を行う。これにより、突合せ部Ｊ３１に塑性化領域Ｗ５４が形成され、バリＶ５４が補助部材８１に発生する。最後に、接合用回転ツールＦを第一金属部材７１及び第二金属部材７２から離脱させずに、再度、第一表側内隅Ｓ５１に戻り、塑性化領域の始端と終端とを重複させる。除去工程については、第一実施形態の場合に準じる。
【００８２】
本変形例によっても、第二実施形態と同様の効果を奏することができる。本変形例では、第一金属部材、第二金属部材、補助部材の形状が第二実施形態の場合と異なっている例を示したが、この他にも様々な形状の金属部材に第二実施形態の技術を適用することができる。
なお、前記各実施形態では、重合部の全周にわたって連続的に摩擦撹拌接合を行う例を示しているが、各位置を不連続に摩擦撹拌接合を行うようにしてもよい。例えば、第一実施形態の摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦを第一金属部材１及び第二金属部材２から離脱させつつ、第一表側内隅Ｓ１１、第一裏側内隅Ｓ２１、第二表側内隅Ｓ１２、第二裏側内隅Ｓ２２の順番に摩擦撹拌接合を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１      第一金属部材
２      第二金属部材
１０，１１  補助部材
２１    第一金属部材
２２    第二金属部材
３０，３１  補助部材
４１    第一金属部材
４２    第二金属部材
５１〜５５  補助部材
６０，６１  補助部材
７１    第一金属部材
７２    第二金属部材
８０，８１  補助部材
Ｊ１〜Ｊ３  重合部
Ｊ１Ａ  重合部
Ｓ１１  第一表側内隅（表側内隅）
Ｓ１２  第二表側内隅（表側内隅）
Ｓ２１  第一裏側内隅（裏側内隅）
Ｓ２２  第二裏側内隅（裏側内隅）
Ｓ３１  表側内隅
Ｓ３２  裏側内隅
Ｓ４１  表側内隅
Ｓ４２  裏側内隅
Ｓ５１  第一表側内隅（表側内隅）
Ｓ５２  第二表側内隅（表側内隅）
Ｓ５３  裏側内隅
Ｊ２１  突合せ部
Ｊ２２  突合せ部
Ｊ３１  突合せ部
Ｆ      接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２    攪拌ピン
【図１】
2018144042.tif 000003
【図２】
2018144042.tif 000004
【図３】
2018144042.tif 000005
【図４】
2018144042.tif 000006
【図５】
2018144042.tif 000007
【図６】
2018144042.tif 000008
【図７】
2018144042.tif 000009
【図８】
2018144042.tif 000010
【図９】
2018144042.tif 000011
【図１０】
2018144042.tif 000012
【図１１】
2018144042.tif 000013
【図１２】
2018144042.tif 000014
【図１３】
2018144042.tif 000015
【図１４】
2018144042.tif 000016
【図１５】
2018144042.tif 000017
【図１６】
2018144042.tif 000018
【図１７】
2018144042.tif 000019
【図１８】
2018144042.tif 000020
【図１９】
2018144042.tif 000021