(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合での補助部材の位置ずれや離間を防ぐことができる。【解決手段】攪拌ピンＦ２を備えた接合用回転ツールＦを用いて二つの金属部材１，２を接合する摩擦攪拌接合方法であって、金属部材１，２同士を角度をつけて突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する突合せ工程と、前記突合せ工程で形成された金属部材１，２同士の内隅Ｓ１１に補助部材１０を配置する補助部材配置工程と、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを補助部材１０及び金属部材１，２の突合せ部Ｊ１に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、回転した本接合用回転ツールの攪拌ピンのみを補助部材１０及び内隅Ｓ１１に挿入し、補助部材１０及び金属部材１，２同士を塑性流動化させて突合せ部Ｊ１の摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、を含む。【選択図】図８
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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、
回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、
回転した本接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記内隅に挿入し、前記補助部材及び前記金属部材同士を塑性流動化させて前記突合せ部の摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
前記補助部材配置工程の前に、回転した前記仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記金属部材同士の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
前記突合せ部に対して前記金属部材同士の外隅側から摩擦攪拌接合を行う外隅接合工程をさらに含む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】
前記外隅接合工程で形成された塑性化領域と、前記内隅接合工程で形成される塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
前記仮接合用回転ツールと前記本接合用回転ツールとが同一である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６】
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、
一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視Ｔ字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、
前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に補助部材を配置して前記補助部材で前記内隅を覆う補助部材配置工程と、
回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記二つの金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、
回転した本接合用回転ツールの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被接合金属部材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、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
前記補助部材配置工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅に前記補助部材をそれぞれ配置して前記補助部材で各内隅を覆い、
前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一本接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二本接合工程とを行い、
前記第二本接合工程では、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項６に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
前記補助部材配置工程の前に、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
前記突合せ工程後に、二つのツール挿入面を備えたタブ材を前記被接合金属部材の正面に当接するタブ材配置工程を含み、
前記タブ材配置工程では、
一方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の一方の前記ツール挿入面とを面一にするとともに、
他方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の他方の前記ツール挿入面とを面一にすることを特徴とする請求項７に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
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、
回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、
回転した本接合用回転ツールの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、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、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
前記補助部材配置工程の前に、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記金属部材同士の内隅に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
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１０又は請求項１１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１３】
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１０又は請求項１１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１４】
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１０又は請求項１１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１５】
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１０又は請求項１１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】
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１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１７】
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１４又は請求項１５に記載の摩擦攪拌接合方法。
【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三角柱状の補助部材を配置し、補助部材を介して突合せ部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は、補助部材によって内隅の金属不足を解消できるため、接合不良を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３９７９９号公報（図８など）
【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、補助部材が金属部材に固定されていない。そのため、突合せ部の摩擦攪拌接合を行う際に補助部材が動いてしまう可能性があった。補助部材の位置ずれや離間があると接合不良を起こす虞がある。
【０００６】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合での補助部材の位置ずれや離間を防ぐ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】
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、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、回転した本接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記内隅に挿入し、前記補助部材及び前記金属部材同士を塑性流動化させて前記突合せ部の摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
かかる方法によれば、補助部材仮接合工程を行っているので、内隅接合工程時における補助部材の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、補助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、かかる方法によれば、補助部材仮接合工程においてスポットで仮付けを行うので入熱量が小さい。これにより、補助部材仮接合工程による熱歪みを抑えることができる。
また、かかる方法によれば、回転ツールに押さえブロックを用いず攪拌ピンのみを金属部材に接触させるため、接合する際の金属部材の側面の損傷を抑えることができる。
【０００９】
また、前記補助部材配置工程の前に、回転した前記仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記金属部材同士の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことが好ましい。これにより、金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができるので、金属部材同士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。
【００１０】
また、前記突合せ部に対して前記金属部材同士の外隅側から摩擦攪拌接合を行う外隅接合工程をさらに含むことが好ましい。これにより、突合せ部の接合強度を高めることができる。
【００１１】
また、前記外隅接合工程で形成された塑性化領域と、前記内隅接合工程で形成される塑性化領域とを重複させることが好ましい。これにより、突合せ部の深さ方向の全体が摩擦攪拌されるため、気密性及び水密性を高めることができるとともに接合強度を高めるこができる。
【００１２】
また、前記仮接合用回転ツールと前記本接合用回転ツールとが同一であることが好ましい。これにより、回転ツールの交換が不要になるため、接合にかかる時間を短縮することができる。
【００１３】
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、一方の金属部材の側面に他方の金属部材の端面を突き合わせて突合せ部を形成することにより正面視Ｔ字状の被接合金属部材を形成する突合せ工程と、前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に補助部材を配置して前記補助部材で前記内隅を覆う補助部材配置工程と、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記二つの金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、回転した本接合用回転ツールの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被接合金属部材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、を含むことを特徴とする。
【００１４】
かかる方法によれば、補助部材仮接合工程を行っているので、接合工程時における補助部材の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、補助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、かかる方法によれば、補助部材仮接合工程においてスポットで仮付けを行うので入熱量が小さい。これにより、補助部材仮接合工程による熱歪みを抑えることができる。
また、かかる方法によれば、回転ツールに押さえブロックを用いず攪拌ピンのみを金属部材に接触させるため、接合する際の金属部材の側面の損傷を抑えることができる。
【００１５】
また、前記補助部材配置工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅に前記補助部材をそれぞれ配置して前記補助部材で各内隅を覆い、前記接合工程では、前記被接合金属部材の二つの内隅の一方に摩擦攪拌を行う第一本接合工程と他方に摩擦攪拌を行う第二本接合工程とを行い、前記第二本接合工程では、前記第一本接合工程で形成された塑性化領域に前記攪拌ピンを入り込ませつつ摩擦攪拌を行うことが好ましい。
これにより、二つの内隅に摩擦攪拌を行うことで突合せ部の気密性及び水密性を高めることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、一方の塑性化領域に攪拌ピンを入り込ませた状態で他方の接合工程を行うことで気密性及び水密性をより高めることができる。
【００１６】
また、前記補助部材配置工程の前に、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記被接合金属部材の少なくとも一方の内隅に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことが好ましい。これにより、金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができるので、金属部材同士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。
【００１７】
また、前記突合せ工程後に、二つのツール挿入面を備えたタブ材を前記被接合金属部材の正面に当接するタブ材配置工程を含み、前記タブ材配置工程では、一方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の一方の前記ツール挿入面とを面一にするとともに、他方の前記補助部材の露出面と、前記タブ材の他方の前記ツール挿入面とを面一にすることが好ましい。
これにより、接合工程の回転ツールの挿入位置をタブ材に設定することができる。また、各補助部材の露出面と、タブ材の二つのツール挿入面とをそれぞれ面一にすることで摩擦攪拌をスムーズに行うことができる。また、一のタブ材に二つの接合工程の挿入位置を設定することができるため、作業効率を高めることができる。
【００１８】
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、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、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記補助部材及び前記金属部材の突合せ部に挿入し、スポット仮付けを行う補助部材仮接合工程と、回転した本接合用回転ツールの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、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、を含むことを特徴とする。
【００１９】
かかる方法によれば、補助部材仮接合工程を行っているので、接合工程時における補助部材の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、補助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、かかる方法によれば、補助部材仮接合工程においてスポットで仮付けを行うので入熱量が小さい。これにより、補助部材仮接合工程による熱歪みを抑えることができる。
また、かかる方法によれば、回転ツールに押さえブロックを用いず攪拌ピンのみを金属部材に接触させるため、接合する際の金属部材の側面の損傷を抑えることができる。
【００２０】
また、前記補助部材配置工程の前に、回転した仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを前記金属部材同士の内隅に挿入し、スポット仮付けを行う金属部材仮接合工程をさらに含むことが好ましい。これにより、金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができるので、金属部材同士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。
【００２１】
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。
これにより、様々な形状の金属部材同士を接合することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合での補助部材の位置ずれや離間を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の各実施形態に係る摩擦攪拌接合方法で用いる接合用回転ツールを示した側面図である。
【図２】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程を示した斜視図である。
【図３】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の金属部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図４】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法のタブ材配置工程および補助部材配置工程を示した斜視図である。
【図５】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程後のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材およびタブ材仮接合工程を示した斜視図である。
【図７】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の外隅接合工程を示した斜視図である。
【図８】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の内隅接合工程を示した斜視図である。
【図９】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の内隅接合工程を示した断面図である。
【図１０】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程を示した斜視図である。
【図１１】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の金属部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図１２】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法のタブ材配置工程および補助部材配置工程を示した斜視図である。
【図１３】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程後の断面図である。
【図１４】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材およびタブ材仮接合工程を示した斜視図である。
【図１５】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程（第一本接合工程）を示した斜視図である。
【図１６】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程（第一本接合工程）を示した断面図である。
【図１７】第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程（第二本接合工程）を示した断面図である。
【図１８】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程を示した斜視図である。
【図１９】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の金属部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図２０】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程を示した斜視図である。
【図２１】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程を示した側面図である。
【図２２】第三実施形態に係る第二補助部材を示した斜視図である。
【図２３】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図２４】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程を示した斜視図である。
【図２５】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程を示した断面図である。
【図２６】第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程を示した斜視図である。
【図２７】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程（突き合わせ前）を示した斜視図である。
【図２８】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程（突き合わせ後）を示した斜視図である。
【図２９】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の金属部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図３０】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程を示した斜視図である。
【図３１】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材配置工程を示した断面図である。
【図３２】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の補助部材仮接合工程を示した斜視図である。
【図３３】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程を示した斜視図である。
【図３４】第四実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の接合工程を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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「本接合用回転ツール」や「仮接合用回転ツール」に相当する。なお、「本接合用回転ツール」や「仮接合用回転ツール」は、図１に示す接合用回転ツールＦ以外の構成であってもよい。
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（例えば、図２に示す金属部材１，２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
【００２８】
接合用回転ツールＦを用いて被接合金属部材の本接合を行う際には、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。また、各実施形態では、被接合金属部材の本接合の前段階として、被接合金属部材の仮接合や被接合金属部材と補助部材との仮接合を接合用回転ツールＦを用いて行う。これらの仮接合を行う際には、例えば、被接合金属部材や補助部材に回転した攪拌ピンＦ２の先端部分のみを挿入し、移動させずに攪拌ピンＦ２を抜き出す。
【００２９】
具体的な図示は省略するが、仮接合や本接合を行う場合は、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。
【００３０】
［第一実施形態］
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、（１）突合せ工程と、（２）金属部材仮接合工程と、（３）タブ材配置工程と、（４）補助部材配置工程と、（５）補助部材およびタブ材仮接合工程と、（６）外隅接合工程と、（７）内隅接合工程と、を行う。ここで、外隅接合工程および内隅接合工程は、接合工程の一部である。なお、金属部材仮接合工程、タブ材配置工程および外隅接合工程を行わずに省略してもよい。
【００３１】
（突合せ工程）
図２に示すように、突合せ工程は、金属部材１，２を突き合わせる工程である。金属部材１，２は、金属製であって、直方体（板状）を呈する。金属部材１，２は同等の材料で形成されている。金属部材１，２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。
【００３２】
突合せ工程では、接合すべき金属部材１の側面１ｂと金属部材２の端面２ａとを突き合わせるとともに、金属部材１の端面１ａと金属部材２の側面２ｃとが面一になるようにする。つまり、突合工程では、金属部材１，２を垂直に突き合わせる。突合せ工程によって、金属部材１，２からなる被接合金属部材が形成される。被接合金属部材は、正面視Ｌ字状を呈する。金属部材１，２が突き合わされた部位には、突合せ部Ｊ１が形成される。
【００３３】
（金属部材仮接合工程）
図３に示すように、金属部材仮接合工程は、金属部材１，２を仮接合する工程である。金属部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを内隅Ｓ１１に挿入して金属部材１，２の摩擦攪拌を行い、接合用回転ツールＦの角度を変えないまま挿入した方向とは反対側に抜き出す。ここで、金属部材仮接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１，２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。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよく、例えば、鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けた状態で、攪拌ピンＦ２の先端部分を挿入する。これにより、金属部材１，２の内隅Ｓ１１には、点状の塑性化領域Ｖ１１が形成される。
【００３４】
そして、接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ１に沿うように塑性化領域Ｖ１１が形成された位置から所定距離だけ移動させ、再び内隅Ｓ１１への接合用回転ツールＦの挿入および抜き出しを行う。つまり、金属部材仮接合工程では、所定間隔をおいて接合用回転ツールＦの内隅Ｓ１１への挿入および抜き出しを繰り返し行う。これにより、金属部材１，２の内隅Ｓ１１には、互いに離間している複数個の塑性化領域Ｖ１１が形成される。
【００３５】
（タブ材配置工程）
図４に示すように、タブ材配置工程は、金属部材１，２にタブ材４を配置する工程である。本実施形態のタブ材４は、三角柱状を呈し、金属部材１，２と同じ材料で形成されている。タブ材４の断面は、直角二等辺三角形になっている。
【００３６】
タブ材配置工程では、金属部材１，２の突合せ部Ｊ１の一端側にタブ材４を配置して、タブ材４の側面４ｄ（三角形を呈する面）を金属部材１の側面１ｄ及び金属部材２の側面２ｄに当接させる。この際に、タブ材４の底面４ａと金属部材１の端面１ａ（図３参照）および金属部材２の側面２ｃとは面一になっており、また、タブ材４の背面４ｃと金属部材１の側面１ｃとは面一になっている。また、タブ材４の傾斜面４ｂは、突合せ部Ｊ１の位置において金属部材２の側面２ｂよりも高く位置しており、正面視で突合せ部Ｊ１がタブ材４によって覆い隠されている。
【００３７】
タブ材４の傾斜面４ｂは、後記する補助部材配置工程で配置される補助部材１０の傾斜面１０ｃに対して面一になっている。タブ材４の底面４ａは、後記する外隅接合工程で接合用回転ツールＦが挿入されるツール挿入面であり、また、タブ材４の傾斜面４ｂは、後記する内隅接合工程で接合用回転ツールＦが挿入されるツール挿入面である。
【００３８】
（補助部材配置工程）
図４に示すように、補助部材配置工程は、金属部材１，２の内隅Ｓ１１に補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は、三角柱状を呈し、金属部材１，２と同等の材料で形成されている。補助部材１０の断面は、直角二等辺三角形になっている。補助部材１０は、突合せ部Ｊ１の延長方向を覆う長さで形成されている。
【００３９】
補助部材配置工程では、図５に示すように、補助部材１０の側面１０ａを金属部材１の側面１ｂに当接させるとともに、側面１０ｂを金属部材２の側面２ｂに当接させる。また、補助部材１０の傾斜面１０ｃとタブ材４の傾斜面４ｂとが面一になるように配置する。補助部材１０の断面形状は、金属部材１，２の突き合わせ角度（内角）に応じて、側面１ｂ，２ｂと側面１０ａ，１０ｂとがそれぞれ面接触するように適宜設定すればよい。また、補助部材１０の大きさは、後記する内隅接合工程の際に金属不足にならず、かつ、摩擦攪拌によって溢れ出る金属が極力少なくなる程度に適宜設定すればよい。なお、図５では、補助部材１０によって塑性化領域Ｖ１１が覆い隠されているが、塑性化領域Ｖ１１の一部が露出されていてもよい。
【００４０】
（補助部材およびタブ材仮接合工程）
図６に示すように、補助部材およびタブ材仮接合工程は、金属部材１，２に補助部材１０およびタブ材４を仮接合する工程である。補助部材およびタブ材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを以下の（ａ）〜（ｅ）の位置に挿入して行う。なお、攪拌ピンＦ２のみを各部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行う点は、金属部材仮接合工程と同様である。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよい。これにより、（ａ）〜（ｅ）の位置には、塑性化領域Ｖ１２が形成される。
（ａ）金属部材１と補助部材１０との境界部分
（ｂ）金属部材２と補助部材１０との境界部分
（ｃ）金属部材１とタブ材４との境界部分
（ｄ）金属部材２とタブ材４との境界部分
（ｅ）補助部材１０とタブ材４との境界部分
【００４１】
ここで、補助部材およびタブ材仮接合工程において、接合用回転ツールＦを挿入して摩擦攪拌を行う順番は特に限定されるものではなく、任意の順番であってよい。また、接合用回転ツールＦを挿入する回数（つまり、塑性化領域Ｖ１２の数）は特に限定されるものではなく、金属部材１，２に補助部材１０およびタブ材４を固定することができればよい。なお、摩擦攪拌による熱歪みを抑えるためには、接合用回転ツールＦを挿入する回数は少ないのが好適である。
【００４２】
（外隅接合工程）
図７に示すように、外隅接合工程は、金属部材１，２の突合せ部Ｊ１を金属部材１，２の外隅Ｓ１２側から摩擦攪拌接合する工程である。外隅接合工程では、タブ材４の底面４ａに接合用回転ツールＦを挿入し、挿入した状態のまま金属部材１，２側へ相対移動させてそのまま突合せ部Ｊ１に進入する。そして、金属部材１，２の外隅Ｓ１２側（外隅を構成する面側）から突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００４３】
外隅接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１，２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接合用回転ツールＦを相対移動させる。この際に、金属部材１，２を接合することができるように、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離を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（突合せ部Ｊ１の外隅Ｓ１２側）には、線状の塑性化領域Ｗ１１が形成される。
【００４４】
（内隅接合工程）
図８に示すように、内隅接合工程は、金属部材１，２の突合せ部Ｊ１を金属部材１，２の内隅Ｓ１１側から摩擦攪拌接合する工程である。内隅接合工程では、タブ材４の傾斜面４ｂに接合用回転ツールＦを挿入し、挿入した状態のまま金属部材１，２側へ相対移動させてそのまま突合せ部Ｊ１に進入する。そして、金属部材１，２の内隅Ｓ１１側（内隅を構成する面側）から突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００４５】
内隅接合工程では、外隅接合工程と同様に、攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０および金属部材１，２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接合用回転ツールＦを相対移動させる。この際に、金属部材１，２を接合することができるように、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離を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（突合せ部Ｊ１の内隅Ｓ１１側）には、線状の塑性化領域Ｗ１２が形成される。
【００４６】
内隅接合工程では、図９に示すように、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃを傾けて摩擦攪拌接合を行う。つまり、内隅接合工程では、側面１ｂと側面２ｂとの交線Ｃ１に挿入された接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃが、交線Ｃ１を通り側面１ｂと側面２ｂとのなす角度がα／２（本実施形態ではα＝９０°）となる仮想基準面Ｃと金属部材１の側面１ｂとの間に位置するように設定する。また、内隅接合工程では、内隅接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１２と、外隅接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１１とが突合せ部Ｊ１上で重複するように設定する。なお、回転中心軸Ｆｃの位置は、側面１ｂ及び仮想基準面Ｃに重なる位置は含まない。突合せ部Ｊ１を接合したら、金属部材１，２からタブ材４を切削する。
【００４７】
以上説明した第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、補助部材仮接合工程を行っているので、内隅接合工程時における補助部材１０の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、補助部材１０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、補助部材仮接合工程においてスポットで仮付けを行うので入熱量が小さい。これにより、補助部材仮接合工程による熱歪みを抑えることができる。
また、接合用回転ツールＦに押さえブロックを用いず攪拌ピンのみを金属部材に接触させるため、接合する際の金属部材の側面の損傷を抑えることができる。
【００４８】
また、第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、補助部材配置工程の前に金属部材１，２の突合せ部Ｊ１に対してスポット仮付けを行う。そのため、金属部材１，２同士の位置ずれや離間を防ぐことができるので、金属部材同士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、突合せ部Ｊ１に対して金属部材１，２の外隅側から摩擦攪拌接合を行うので、突合せ部Ｊ１の接合強度を高めることができる。
また、外隅接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１１と、内隅接合工程で形成される塑性化領域Ｗ１２とを重複させるので、突合せ部Ｊ１の深さ方向の全体が摩擦攪拌される。そのため、気密性及び水密性を高めることができるとともに接合強度を高めるこができる。
また、仮接合と本接合とは異なる回転ツールで接合してもよいが、本実施形態では同一の接合用回転ツールＦを用いて行うので、回転ツールの交換が不要になる。これにより、接合にかかる時間を短縮することができる。
【００４９】
［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、（１）突合せ工程と、（２）金属部材仮接合工程と、（３）タブ材配置工程と、（４）補助部材配置工程と、（５）補助部材およびタブ材仮接合工程と、（６）第一本接合工程と、（７）第二本接合工程と、を行う。ここで、第一本接合工程および第二本接合工程は、接合工程の一部である。なお、金属部材仮接合工程およびタブ材配置工程を行わずに省略してもよい。
【００５０】
（突合せ工程）
図１０に示すように、突合せ工程は、金属部材１，２を突き合わせる工程である。金属部材１，２は、金属製であって、直方体（板状）を呈する。金属部材１，２は同等の材料で形成されている。金属部材１，２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。
【００５１】
突合せ工程では、金属部材１の側面１ｂの中央に、金属部材２の端面２ａを突き合わせて突合せ部Ｊ２を形成する。突合せ工程によって、金属部材１，２からなる被接合金属部材が形成される。被接合金属部材は、正面視Ｔ字状を呈する。金属部材２の両側には第一内隅Ｓ２１及び第二内隅Ｓ２２が形成される。第一内隅Ｓ２１は、金属部材１の側面１ｂと金属部材２の側面２ｃとで構成される隅部である。第二内隅Ｓ２２は、金属部材１の側面１ｂと金属部材２の側面２ｂとで構成される隅部である。
【００５２】
（金属部材仮接合工程）
図１１に示すように、金属部材仮接合工程は、金属部材１，２を仮接合する工程である。金属部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを第一内隅Ｓ２１及び第二内隅Ｓ２２に挿入して金属部材１，２の摩擦攪拌を行う。金属部材仮接合工程では、第一実施形態と同様に、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１，２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。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよく、例えば、鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けた状態で、攪拌ピンＦ２の先端部分を挿入する。これにより、金属部材１，２の第一内隅Ｓ２１及び第二内隅Ｓ２２には、点状の塑性化領域Ｖ２１が複数形成される。
【００５３】
なお、仮接合を行う順番は特に限定されない。つまり、第一内隅Ｓ２１を仮接合した後に第二内隅Ｓ２２を仮接合してもよいし、逆に第二内隅Ｓ２２を仮接合した後に第一内隅Ｓ２１を仮接合してもよい。また、第一内隅Ｓ２１及び第二内隅Ｓ２２の両方を仮接合する場合に比べて金属部材１，２を固定する強度は低下するが、第一内隅Ｓ２１及び第二内隅Ｓ２２の何れか一方のみを仮接合するようにしてもよい。
【００５４】
（タブ材配置工程）
図１２に示すように、タブ材配置工程は、金属部材１，２にタブ材５を配置する工程である。本実施形態のタブ材５は、三角柱状を呈し、金属部材１，２と同じ材料で形成されている。タブ材５の断面は、直角二等辺三角形になっている。タブ材５は、底面５ａ、傾斜面５ｂ，５ｃを備えている。
【００５５】
タブ材配置工程では、金属部材１，２の突合せ部Ｊ２の一端側にタブ材５を配置して、タブ材５の側面５ｄ（三角形を呈する面）を金属部材１の側面１ｄ及び金属部材２の側面２ｄに当接させる。この際に、タブ材５の底面５ａと金属部材１の側面１ｃとは面一になっている。また、タブ材５の傾斜面５ｂ，５ｃは、第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２の位置において金属部材１の側面１ｂよりも高く位置しており、正面視で第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２がタブ材５によって覆い隠されている。
【００５６】
タブ材５の傾斜面５ｂは、後記する補助部材配置工程で配置される補助部材１０の傾斜面１０ｃに対して面一になっており、また、タブ材５の傾斜面５ｃは、後記する補助部材配置工程で配置される補助部材１１の傾斜面１１ｃに対して面一になっている。タブ材５の傾斜面５ｂは、第一本接合工程において接合用回転ツールＦが挿入されるツール挿入面であり、また、タブ材５の傾斜面５ｃは、第二本接合工程において接合用回転ツールＦが挿入されるツール挿入面である。
【００５７】
（補助部材配置工程）
図１２に示すように、補助部材配置工程は、金属部材１，２の第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２に補助部材１０，１１を配置する工程である。補助部材１０，１１は、三角柱状を呈し、金属部材１，２と同等の材料で形成されている。補助部材１０，１１の断面は、直角二等辺三角形になっている。補助部材１０，１１は、突合せ部Ｊ２の延長方向を覆う長さで形成されている。
【００５８】
補助部材配置工程では、図１３に示すように、補助部材１０の側面１０ａを金属部材１の側面１ｂに当接させるとともに、側面１０ｂを金属部材２の側面２ｃに当接させる。また、補助部材１０の傾斜面１０ｃとタブ材５の傾斜面５ｂとが面一になるように配置する。一方、補助部材１１の側面１１ａを金属部材１の側面１ｂに当接させるとともに、側面１１ｂを金属部材２の側面２ｂに当接させる。また、補助部材１１の傾斜面１１ｃとタブ材５の傾斜面５ｃとが面一になるように配置する。
【００５９】
補助部材１０，１１の断面形状は、金属部材１，２の突き合わせ角度（内角）に応じて、側面１ｂ，２ｃと側面１０ａ，１０ｂとがそれぞれ面接触するように、また、側面１ｂ，２ｂと側面１１ａ，１１ｂとがそれぞれ面接触するように適宜設定すればよい。また、補助部材１０，１１の大きさは、後記する第一本接合工程および第二本接合工程の際に金属不足にならず、かつ、摩擦攪拌によって溢れ出る金属が極力少なくなる程度に適宜設定すればよい。なお、図１３では、補助部材１０，１１によって塑性化領域Ｖ２１が覆い隠されているが、塑性化領域Ｖ２１の一部が露出されていてもよい。
【００６０】
（補助部材およびタブ材仮接合工程）
図１４に示すように、補助部材およびタブ材仮接合工程は、金属部材１，２に補助部材１０，１１およびタブ材５を仮接合する工程である。補助部材およびタブ材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを以下の（ａ）〜（ｅ）の位置に挿入して行う。なお、攪拌ピンＦ２のみを各部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行う点は、金属部材仮接合工程と同様である。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよい。
（ａ）金属部材１と補助部材１０，１１との境界部分
（ｂ）金属部材２と補助部材１０，１１との境界部分
（ｃ）金属部材１とタブ材５との境界部分
（ｄ）金属部材２とタブ材５との境界部分
（ｅ）補助部材１０，１１とタブ材５との境界部分
ここでの補助部材仮接合工程は、仮接合を行う場所を除いて第一実施形態における仮接合工程と同様である。
【００６１】
なお、補助部材およびタブ材仮接合工程において、接合用回転ツールＦを挿入して摩擦攪拌を行う順番は特に限定されるものではなく、任意の順番であってよい。また、接合用回転ツールＦを挿入する回数（つまり、塑性化領域Ｖ２２の数）は特に限定されるものではなく、金属部材１，２に補助部材１０，１１およびタブ材５を固定することができればよい。なお、摩擦攪拌による熱歪みを抑えるためには、接合用回転ツールＦを挿入する回数は少ないのが好適である。
【００６２】
（第一本接合工程）
図１５に示すように、第一本接合工程は、金属部材１，２の突合せ部Ｊ２を金属部材１，２の第一内隅Ｓ２１側から摩擦攪拌接合する工程である。第一本接合工程では、タブ材５の傾斜面５ｂに接合用回転ツールＦを挿入し、挿入した状態のまま金属部材１，２側へ相対移動させてそのまま突合せ部Ｊ２に進入する。そして、金属部材１，２の第一内隅Ｓ２１側（第一内隅を構成する面側）から突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００６３】
第一本接合工程では、第一実施形態の内隅接合工程と同様に、攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０および金属部材１，２に接触させた状態で摩擦攪拌を行う（図１６参照）。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で接合用回転ツールＦを相対移動させる。この際に、金属部材１，２を接合することができるように、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離を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（突合せ部Ｊ２の第一内隅Ｓ２１側）には、線状の塑性化領域Ｗ２１が形成される。なお、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（図１６参照）。
【００６４】
（第二本接合工程）
第二本接合工程は、金属部材１，２の突合せ部Ｊ２を金属部材１，２の第二内隅Ｓ２２側から摩擦攪拌接合する工程である。第二本接合工程では、タブ材５の傾斜面５ｃに接合用回転ツールＦを挿入し、挿入した状態のまま金属部材１，２側へ相対移動させてそのまま突合せ部Ｊ２に進入する。そして、金属部材１，２の第二内隅Ｓ２２側（第二内隅を構成する面側）から突合せ部Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００６５】
第二本接合工程では、第一本接合工程と同様に、攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０および金属部材１，２に接触させた状態で摩擦攪拌を行う（図１７参照）。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側を露出させた状態で接合用回転ツールＦを相対移動させる。この際に、金属部材１，２を接合することができるように、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離を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（突合せ部Ｊ２の第二内隅Ｓ２２側）には、線状の塑性化領域Ｗ２２が形成される。なお、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（図１７参照）。
【００６６】
なお、第二本接合工程では、少なくとも塑性化領域Ｗ２２が塑性化領域Ｗ２１に接触する程度に攪拌ピンＦ２を挿入することが好ましいが、本実施形態では攪拌ピンＦ２の先端を塑性化領域Ｗ２１に入り込ませるように設定している。接合工程が終了したら、被接合金属部材からタブ材５を切除する。
【００６７】
以上説明した第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。
【００６８】
［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、（１）突合せ工程と、（２）金属部材仮接合工程と、（３）補助部材配置工程と、（４）補助部材仮接合工程と、（５）接合工程と、を行う。なお、金属部材仮接合工程を行わずに省略してもよい。
【００６９】
（突合せ工程）
図１８に示すように、突合せ工程は、金属部材１１０，１２０を突き合わせる工程である。金属部材１１０，１２０は、金属製であって、直方体（板状）を呈する。金属部材１１０，１２０は同等の材料で形成されている。金属部材１１０，１２０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。
【００７０】
金属部材１２０は、金属部材１１０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１２０の裏面１２０ｂの面積は、下側に配置される金属部材１１０の表面１１０ａの面積よりも小さくなっている。
【００７１】
突合せ工程では、金属部材１１０の表面１１０ａの中央部に金属部材１２０の裏面１２０ｂを突き合わせる。突合せ工程によって、金属部材１１０，１２０からなる被接合金属部材が形成され、金属部材１１０，１２０が突き合わされた部位には、突合せ部Ｊ３が形成される。金属部材１１０，１２０は突き合わされる面（表面１１０ａ、裏面１２０ｂ）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Ｓ３が形成されるとともに、金属部材１１０の表面１１０ａの周囲は露出した状態となる。内隅Ｓ３は、金属部材１１０の表面１１０ａと金属部材１２０の側面１２０ｃとで構成される隅部である。内隅Ｓ３は、金属部材１１０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１１０，１２０のように突き合わされる面（表面１１０ａ、裏面１２０ｂ）の形状が相似の場合も含む意味である。
【００７２】
（金属部材仮接合工程）
図１９に示すように、金属部材仮接合工程は、金属部材１１０，１２０を仮接合する工程である。金属部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを内隅Ｓ３に挿入して金属部材１１０，１２０の摩擦攪拌を行う。金属部材仮接合工程では、第一実施形態，第二実施形態と同様に、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１１０，１２０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。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよく、例えば、鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けた状態で、攪拌ピンＦ２の先端部分を挿入する。これにより、金属部材１１０，１２０の内隅Ｓ３の全周には、点状の塑性化領域Ｖ３１が複数形成される。
【００７３】
（補助部材配置工程）
図２０に示すように、補助部材配置工程は、突合せ部Ｊ３に対して金属部材１２０の周方向に亘って４つの第一補助部材１３０及び４つの第二補助部材１３１を配置する工程である。第一補助部材（補助部材）１３０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１３０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１１０，１２０と同等の材料で形成されていることが好ましい。
【００７４】
第一補助部材１３０は、断面直角三角形を呈する。第一補助部材１３０の長さは、金属部材１２０の各辺の長さと同等になっている。図２１に示すように、補助部材配置工程では、第一補助部材１３０の底面１３０ａを金属部材１１０の表面１１０ａに面接触させ、第一補助部材１３０の立上り面１３０ｂを金属部材１２０の側面１２０ｃ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１３０を金属部材１２０の４辺に沿ってそれぞれ配置する。
【００７５】
第二補助部材（補助部材）１３１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１３１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１１０，１２０と同等の材料であることが好ましい。
【００７６】
図２２に示すように、第二補助部材１３１の底面１３１ａは、直角二等辺三角形になっている。第二補助部材１３１の立上り面１３１ｂ，１３１ｂ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１３１の立上り面１３１ｂ，１３１ｂは、第一補助部材１３０の端面１３０ｄ（図２１参照）と同等の形状になっている。図２０に示すように、補助部材配置工程では、突合せ部Ｊ３の四隅に第二補助部材１３１をそれぞれ配置する。
【００７７】
補助部材配置工程では、第二補助部材１３１の底面１３１ａを、金属部材１１０の表面１１０ａに面接触させる。また、第二補助部材１３１の立上り面１３１ｂ，１３１ｂを、隣り合う第一補助部材１３０の端面１３０ｄ，１３０ｄにそれぞれ面接触させる。これにより、内隅Ｓ３（突合せ部Ｊ３）の周囲が、４つの第一補助部材１３０と、４つの第二補助部材１３１とで覆われる。隣り合う第一補助部材１３０の傾斜面１３０ｃ，１３０ｃと、第二補助部材１３１の傾斜面１３１ｃとは連続して配置される。第一補助部材１３０及び第二補助部材１３１の大きさは、後記する接合工程の際に金属不足にならず、かつ、摩擦攪拌によって溢れ出る金属が極力少なくなる程度に適宜設定すればよい。
【００７８】
（補助部材仮接合工程）
図２３に示すように、補助部材仮接合工程は、金属部材１１０，１２０に第一補助部材１３０，第二補助部材１３１を仮接合する工程である。補助部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを以下の（ａ）〜（ｃ）の位置に挿入して行う。なお、攪拌ピンＦ２のみを各部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行う点は、金属部材仮接合工程と同様である。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよい。
（ａ）金属部材１１０と第一補助部材１３０との境界部分
（ｂ）金属部材１２０と第一補助部材１３０との境界部分
（ｃ）金属部材１１０，１２０と第二補助部材１３１との境界部分（ここでは、金属部材１２０と第二補助部材１３１との境界部分のみ）
ここでの補助部材仮接合工程は、仮接合を行う場所を除いて第一実施形態における仮接合工程と同様である。また、第一補助部材１３０と第二補助部材１３１との境界部分を仮接合してもよい。
【００７９】
なお、補助部材仮接合工程において、接合用回転ツールＦを挿入して摩擦攪拌を行う順番は特に限定されるものではなく、任意の順番であってよい。また、接合用回転ツールＦを挿入する回数（つまり、塑性化領域Ｖ３２の数）は特に限定されるものではなく、金属部材１１０，１２０に第一補助部材１３０，第二補助部材１３１を固定することができればよい。なお、摩擦攪拌による熱歪みを抑えるためには、接合用回転ツールＦを挿入する回数は少ないのが好適である。
【００８０】
（接合工程）
図２４ないし図２６に示すように、接合工程は、第一補助部材１３０及び第二補助部材１３１を介して、金属部材１１０，１２０の突合せ部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ３の全周に亘って摩擦攪拌接合を行う。図２４に示すように、接合工程では、まず、金属部材１１０の表面１１０ａに設定した開始位置Ｔ１に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。
【００８１】
そして、接合用回転ツールＦを突合せ部Ｊ３に設定した始点Ｔ２側に相対移動させて、始点Ｔ２に達したら、突合せ部Ｊ３に沿って接合用回転ツールＦを金属部材１２０の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、傾斜面１３０ｃ，１３１ｃをなぞるようにして摩擦攪拌を行う。図２５に示すように、接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１１０，１２０、第一補助部材１３０及び第二補助部材１３１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Ｗ３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１３０ｃ，１３１ｃ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。
【００８２】
図２６に示すように、接合用回転ツールＦを金属部材１２０周りに一周させて始点Ｔ２を通過して突合せ部Ｊ３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１１０ａの縁側に相対移動させる。そして、表面１１０ａ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Ｊ３における塑性化領域Ｗ３の始端（始点Ｔ２）と終端（終点Ｅ２）とがオーバーラップした状態となる。
【００８３】
なお、接合用回転ツールＦを表面１１０ａから離脱させると、表面１１０ａ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。
【００８４】
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れば、補助部材仮接合工程を行っているので、接合工程時における第一補助部材１３０および第二補助部材１３１の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一補助部材１３０および第二補助部材１３１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、補助部材仮接合工程においてスポットで仮付けを行うので入熱量が小さい。これにより、補助部材仮接合工程による熱歪みを抑えることができる。
また、接合用回転ツールＦに押さえブロックを用いず攪拌ピンのみを金属部材に接触させるため、接合する際の金属部材の側面の損傷を抑えることができる。
【００８５】
また、第三実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、補助部材配置工程の前に金属部材１１０，１２０の突合せ部Ｊ３に対してスポット仮付けを行う。そのため、金属部材１１０，１２０同士の位置ずれや離間を防ぐことができるので、金属部材同士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。
【００８６】
［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。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。
【００８７】
本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、（１）突合せ工程と、（２）金属部材仮接合工程と、（３）補助部材配置工程と、（４）補助部材仮接合工程と、（５）接合工程と、を行う。なお、金属部材仮接合工程を行わずに省略してもよい。
【００８８】
（突合せ工程）
図２７および図２８に示すように、突合せ工程は、金属部材１１０，１４０を突き合わせる工程である。金属部材１１０，１４０は、金属製であって、本実施形態では同等の材料で形成されている。金属部材１１０，１４０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。
【００８９】
図２７に示すように、金属部材１１０は、直方体（板状）を呈する。金属部材１１０の中央には、板厚方向に貫通する貫通孔１１１が形成されている。貫通孔１１１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１１１は設けなくてもよい。金属部材１４０は、円筒状を呈する。金属部材１４０の内径は、貫通孔１１１の内径よりも大きくなっている。
【００９０】
突合せ工程では、貫通孔１１１と金属部材１４０の中空部とが連通するように、金属部材１１０の表面１１０ａと金属部材１４０の端面１４０ｂとを突き合わせる。突合せ工程によって、金属部材１１０，１４０からなる被接合金属部材が形成され、金属部材１１０，１４０が突き合わされた部位には、突合せ部Ｊ４が形成される。金属部材１１０，１４０は突き合わされる面（表面１１０ａ、端面１４０ｂ）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Ｓ４が形成されるとともに、金属部材１１０の表面１１０ａの周囲は露出した状態となる。内隅Ｓ４は、金属部材１１０の表面１１０ａと金属部材１４０の外周面１４０ａとで構成される隅部である。内隅Ｓ４は、金属部材１４０の周方向全体に亘って形成されている。
【００９１】
（金属部材仮接合工程）
図２９に示すように、金属部材仮接合工程は、金属部材１１０，１４０を仮接合する工程である。金属部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを内隅Ｓ４に挿入して金属部材１１０，１４０の摩擦攪拌を行う。金属部材仮接合工程では、第三実施形態と同様に、攪拌ピンＦ２のみを金属部材１１０，１４０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。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよく、例えば、鉛直面に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けた状態で、攪拌ピンＦ２の先端部分を挿入する。これにより、金属部材１１０，１４０の内隅Ｓ４の全周には、点状の塑性化領域Ｖ４１が複数形成される。
【００９２】
（補助部材配置工程）
図３０に示すように、補助部材配置工程は、突合せ部Ｊ４に対して金属部材１４０の周方向に亘って補助部材１５０を配置する工程である。補助部材１５０は、リング状を呈し、断面直角三角形になっている。補助部材１５０の内径は、金属部材１４０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１４０の端部側から補助部材１５０を挿入する。そして、図３１に示すように、補助部材１５０の底面１５０ａを金属部材１１０の表面１１０ａに面接触させ、補助部材１５０の立上り面１５０ｂを金属部材１４０の外周面１４０ａに面接触させる。これにより、内隅Ｓ４（突合せ部Ｊ４）の周囲が、補助部材１５０で覆われる。
【００９３】
補助部材１５０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１１０，１４０と同等の材料であることが好ましい。また、補助部材１５０は、例えば、円弧形状の部品を組み合わせることによりリング状を呈するものであってもよい。
【００９４】
（補助部材仮接合工程）
図３２に示すように、補助部材仮接合工程は、金属部材１１０，１４０に補助部材１５０を仮接合する工程である。補助部材仮接合工程では、右回転させた接合用回転ツールＦを以下の（ａ）〜（ｂ）の位置に挿入して行う。なお、攪拌ピンＦ２のみを各部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行う点は、金属部材仮接合工程と同様である。また、攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は適宜設定すればよい。
（ａ）金属部材１１０と補助部材１５０との境界部分
（ｂ）金属部材１４０と補助部材１５０との境界部分
ここでの補助部材仮接合工程は、仮接合を行う場所を除いて第一実施形態における仮接合工程と同様である。
【００９５】
なお、補助部材仮接合工程において、接合用回転ツールＦを挿入して摩擦攪拌を行う順番は特に限定されるものではなく、任意の順番であってよい。また、接合用回転ツールＦを挿入する回数（つまり、塑性化領域Ｖ４２の数）は特に限定されるものではなく、金属部材１１０，１４０に補助部材１５０を固定することができればよい。なお、摩擦攪拌による熱歪みを抑えるためには、接合用回転ツールＦを挿入する回数は少ないのが好適である。
【００９６】
（接合工程）
図３３に示すように、接合工程は、補助部材１５０を介して、金属部材１１０，１４０の突合せ部Ｊ４を摩擦攪拌接合する工程である。接合工程では、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ４の全周に亘って摩擦攪拌接合を行う。接合工程では、まず、補助部材１５０の傾斜面１５０ｃに設定した開始位置Ｔ１に右回転させた接合用回転ツールＦを挿入する。
【００９７】
そして、突合せ部Ｊ４に沿って接合用回転ツールＦを金属部材１４０の周りに一周させる。言い換えると、接合工程では、突合せ部Ｊ４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１１０，１４０、及び補助部材１５０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Ｗ４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、突合せ部Ｊ４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。
【００９８】
図３４に示すように、接合用回転ツールＦを金属部材１４０周りに一周させて開始位置Ｔ１を通過して補助部材１５０の傾斜面１５０ｃ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１１０ａの縁側に相対移動させる。そして、表面１１０ａ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Ｊ４における塑性化領域Ｗ４の始端（開始位置Ｔ１）と終端（終点Ｅ２）とがオーバーラップした状態となる。
【００９９】
接合用回転ツールＦを表面１１０ａから離脱させると、表面１１０ａ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。
【０１００】
なお、接合工程は、金属部材１４０の周りに接合用回転ツールＦを移動させてもよいが、接合用回転ツールＦの位置は固定し、金属部材１１０，１４０を鉛直方向軸周りに回転させてもよい。
【０１０１】
また、本実施形態では、円筒状の金属部材１４０を用いたが、これに替えて円柱状、角柱状又は板状の金属部材を用いてもよい。円柱状、角柱状及び板状の金属部材を図２７に示す金属部材１１０に突き合わせる場合、貫通孔１１１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１４０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。
【０１０２】
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れば、第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。
また、第四実施形態に係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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
各実施形態の仮接合工程は、例えば、スポット溶接によって部材同士を接合してもよい。スポット溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、またはレーザー溶接であってよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１，２，１１０，１２０，１４０  金属部材
４，５  タブ材
１０，１１  補助部材
１３０  第一補助部材
１３１  第二補助部材
Ｆ      接合用回転ツール（回転ツール、仮接合用回転ツール、本接合用回転ツール）
Ｆ１    連結部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｆ３    螺旋溝
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４  突合せ部
Ｓ１１  内隅
Ｓ１２  外隅
Ｓ２１  第一内隅
Ｓ２２  第二内隅
Ｓ３，Ｓ４  内隅
Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ４２  塑性化領域
Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ３，Ｗ４  塑性化領域
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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