(57)【要約】【課題】接合部の金属不足を防ぐことができる接合方法を提供することを課題とする。【解決手段】突合せ工程と、第一金属部材１又は第二金属部材２の表面に面接触するように第一補助部材１０を配置する第一配置工程と、第一金属部材１、第二金属部材２及び第一補助部材１０を接合する第一摩擦攪拌工程と、バリＶが形成された第一補助部材１０を第一金属部材１又は第二金属部材２から除去する第一除去工程と、第一金属部材１及び第二金属部材２を裏返す裏返し工程と、第一金属部材１又は第二金属部材２の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、第一金属部材１、第二金属部材２及び第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、バリが形成された第二補助部材を除去する第二除去工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2018134668.tif 000002
【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端面と前記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、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第一補助部材に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】
前記第二摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第二補助部材に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又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
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端面と前記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、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項５】
前記第一配置工程では、前記第一補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、
前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記第一補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側に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４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第二摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌工程で発生するバリが前記第二補助部材に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４又は請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
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端面と前記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、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第一補助部材に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】
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端面と前記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、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、
前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、
前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項１０】
前記第一配置工程では、前記第一補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、
前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記第一補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側に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９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で接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成した後、回転ツールの攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３９６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の接合方法であると、塑性流動化した金属を回転ツールのショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が外部に溢れ出し接合部が金属不足になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、接合部の金属不足を防ぐことができる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】
前記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、前記第一金属部材の端面と前記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、前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、前記第一金属部材又は前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、第一補助部材又は第二補助部材も同時に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。また、第一摩擦攪拌工程による熱歪みが発生し、第一金属部材及び第二金属部材が反ってしまうおそれがあるが、第一金属部材及び第二金属部材の裏側からも摩擦攪拌接合を行うため、当該反りを解消して第一金属部材及び第二金属部材の平坦性を高めることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。
【０００８】
また、前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第一補助部材に形成されるように接合条件を設定することが好ましい。
また、前記第二摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第二補助部材に形成されるように接合条件を設定することが好ましい。
【０００９】
かかる接合方法によれば、第一補助部材又は第二補助部材にバリを集約することができるため、第一補助部材又は第二補助部材ごとバリを容易に除去することができる。
【００１０】
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端面と前記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、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、前記第一金属部材又は前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、第一補助部材又は第二補助部材も同時に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。また、第一摩擦攪拌工程による熱歪みが発生し、第一金属部材及び第二金属部材が反ってしまうおそれがあるが、第一金属部材及び第二金属部材の裏側からも摩擦攪拌接合を行うため、当該反りを解消して第一金属部材及び第二金属部材の平坦性を高めることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。
【００１２】
また、前記第一配置工程では、前記第一補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記第一補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側に形成されるように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、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。また、突合せ部を挟んで他方側にわずかに補助部材を突出させる分、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。
【００１４】
また、前記第二摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌工程で発生するバリが前記第二補助部材に形成されるように接合条件を設定することが好ましい。
【００１５】
かかる接合方法によれば、第二補助部材にバリを集約することができるため、第二補助部材ごとバリを容易に除去することができる。
【００１６】
また、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端面と前記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、前記第一金属部材又は前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、第一補助部材又は第二補助部材も同時に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。また、第一摩擦攪拌工程による熱歪みが発生し、第一金属部材及び第二金属部材が反ってしまうおそれがあるが、第一金属部材及び第二金属部材の裏側からも摩擦攪拌接合を行うため、当該反りを解消して第一金属部材及び第二金属部材の平坦性を高めることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。
【００１８】
また、前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記第一補助部材に形成され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、第一補助部材にバリを集約することができるため、第一補助部材ごとバリを容易に除去することができる。
【００２０】
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端面と前記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、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面に面接触するように第一補助部材を配置する第一配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第一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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第一補助部材を接合する第一摩擦攪拌工程と、前記第一摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一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第一除去工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の裏面に面接触するように第二補助部材を配置する第二配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記第二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一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材に接触させた状態で前記突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記第二補助部材を接合する第二摩擦攪拌工程と、前記第二摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第二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第二除去工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、第一補助部材又は第二補助部材も同時に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。また、第一摩擦攪拌工程による熱歪みが発生し、第一金属部材及び第二金属部材が反ってしまうおそれがあるが、第一金属部材及び第二金属部材の裏側からも摩擦攪拌接合を行うため、当該反りを解消して第一金属部材及び第二金属部材の平坦性を高めることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。
【００２２】
また、前記第一配置工程では、前記第一補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材の表面のいずれか一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、前記第一摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記第一補助部材のうち前記第一金属部材及び前記第二金属部材のいずれか一方側に形成されるように接合条件を設定することが好ましい。
【００２３】
かかる接合方法によれば、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。また、突合せ部を挟んで他方側にわずかに補助部材を突出させる分、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る接合方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る突合せ工程及び第一配置工程を示す断面図である。
【図２】第一実施形態に係る第一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第一摩擦攪拌工程後を示す断面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一除去工程を示す断面図である。
【図５】第一実施形態に係る第一除去工程後を示す断面図である。
【図６】第一実施形態に係る第二配置工程を示す断面図である。
【図７】第一実施形態に係る第二摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図８】第一実施形態に係る第二除去工程を示す断面図である。
【図９】第一実施形態に係る第二除去工程後を示す断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る突合せ工程及び第一配置工程を示す断面図である。
【図１１】第二実施形態に係る第一摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図１２】第二実施形態に係る第一除去工程を示す断面図である。
【図１３】第二実施形態の変形例に係る第一配置工程を示す断面図である。
【図１４】第二実施形態の変形例に係る第一摩擦攪拌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第二配置工程を示す断面図である。
【図１６】第三実施形態に係る第二摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図１７】第三実施形態に係る第二除去工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［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。本実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、第一配置工程と、第一摩擦攪拌工程と、第一除去工程と、裏返し工程と、第二配置工程と、第二摩擦攪拌工程と、第二除去工程と、を行う。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面という意味である。
【００２７】
突合せ工程は、図１に示すように第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせる工程である。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。
【００２８】
突合せ工程では、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａとを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材２の表面２ｂとは面一になる。
【００２９】
第一配置工程は、第一金属部材１又は第二金属部材２に第一補助部材１０を配置する工程である。第一補助部材１０は金属製の板状部材である。第一補助部材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。第一補助部材１０の板厚は、後記する第一摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗ１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１０の板厚は第一金属部材１よりも薄く設定している。
【００３０】
本実施形態の第一配置工程では、第一補助部材１０の裏面１０ｃと第二金属部材２の表面２ｂとを面接触させる。第一補助部材１０は、第二金属部材２（又は第一金属部材１）のみと面接触するように配置する。本実施形態では、第一補助部材１０の端面１０ａと第二金属部材２の端面２ａとが面一となるように配置する。また、第一金属部材１、第二金属部材２及び第一補助部材１０を治具Ｔ１，Ｔ１を用いて架台Ｔに移動不能に拘束する。なお、第一補助部材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。
【００３１】
第一摩擦攪拌工程は、図２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、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、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。
【００３２】
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を左回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて右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右回りに形成されている。
【００３３】
なお、接合用回転ツールＦを右回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左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左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及び第一補助部材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。螺旋溝は省略してもよい。
【００３４】
第一摩擦攪拌工程では、第一補助部材１０の表面１０ｂから左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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び第一補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向左側に第一補助部材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。つまり、本実施形態では、図２の手前側から奥側に接合用回転ツールＦを相対移動させる。
【００３５】
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。例えば、接合用回転ツールＦの進行方向左側に第一補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを右回転させてもよい。もしくは、接合用回転ツールＦの進行方向右側に第一補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを左右いずれかに回転させてもよい。接合用回転ツールＦの回転方向等の条件と第一補助部材１０の好ましい位置関係については後記する。
【００３６】
攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１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。本実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚の半分程度まで攪拌ピンＦ２を挿入している。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。第一摩擦攪拌工程後は、図３に示すように、第一補助部材１０の端部にバリＶが形成される。
【００３７】
第一除去工程は、図４に示すように、第一補助部材１０を第二金属部材２から除去する工程である。第一除去工程では、例えば手作業により、バリＶが形成された第一補助部材１０を第二金属部材２から離間する方向に折り曲げて、バリＶごと第二金属部材２から除去する。
【００３８】
図５に示すように、第一除去工程を終えた後、治具Ｔ１，Ｔ１を解除すると、第一金属部材１及び第二金属部材２の熱収縮により熱歪みが発生し、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂ側が凹となるように反りが発生する。また、突合せ部Ｊ１の裏側にはわずかな隙間が形成される。
【００３９】
裏返し工程は、図６に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を裏返し、治具Ｔ１，Ｔ１を用いて架台Ｔに固定する工程である。
【００４０】
第二配置工程は、図６に示すように、第一金属部材１の裏面１ｃに第二補助部材２０を配置するとともに、第二金属部材２の裏面２ｃに第二補助部材２０を配置する。第二補助部材２０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。第二補助部材２０の板厚は、後記する第二摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗ２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２０の板厚は第一金属部材１よりも薄く設定している。
【００４１】
本実施形態の第二配置工程では、一方の第二補助部材２０の裏面２０ｃと第一金属部材１の裏面１ｃを面接触させるとともに、他方の第二補助部材２０の裏面２０ｃと第二金属部材２の裏面２ｃを面接触させる。本実施形態では、第二補助部材２０，２０同士を隙間をあけて配置させているが、当接させて配置してもよい。また、第二補助部材２０，２０は、２つの板状部材で構成したが、第一金属部材１及び第二金属部材２を跨ぐように配置された単一の第二補助部材としてもよい。また、この場合、第一金属部材１及び第二金属部材２の反りに合わせて当該第二補助部材を形成してもよい。
【００４２】
第二摩擦攪拌工程は、図７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Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。第二摩擦攪拌工程では、第二補助部材２０の表面２０ｂ，２０ｂ側から接合用回転ツールＦを挿入し、図７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と塑性化領域Ｗ１とが接触するように設定している。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。なお、第二摩擦攪拌工程では、分断された第二補助部材２０，２０のそれぞれにバリＶが発生するようにしたが、分断された第二補助部材２０，２０の一方にバリＶが集約するように接合条件を設定してもよい。
【００４３】
第二除去工程は、図８に示すように、第二補助部材２０，２０を第一金属部材１及び第二金属部材２から除去する工程である。第二除去工程では、例えば手作業により、バリＶが形成された第二補助部材２０，２０を第一金属部材１及び第二金属部材２から離間する方向に折り曲げて、バリＶごと第一金属部材１及び第二金属部材２から除去する。
【００４４】
図９に示すように、第二除去工程を終えた後、第一金属部材１及び第二金属部材２を治具Ｔ１，Ｔ１（図８参照）から解除すると、第二摩擦攪拌工程（塑性化領域Ｗ２）による熱収縮が発生する。これにより、第一摩擦攪拌工程で発生した反りが解消し第一金属部材１及び第二金属部材２が平坦になる。
【００４５】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、第一補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ１）の金属不足を防ぐことができる。第一摩擦攪拌工程によれば、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方ではなく、片側のみに第一補助部材１０を配置するだけで金属不足を防ぐことができる。
【００４６】
また、第二摩擦攪拌工程によれば、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、第二補助部材２０，２０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ２）の金属不足を防ぐことができる。また、突合せ部Ｊ１の高さ方向全体が摩擦攪拌されるため、接合強度を高めることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第一摩擦攪拌工程による熱歪みが発生し、第一金属部材１及び第二金属部材２が反ってしまうおそれがあるが、第一金属部材１及び第二金属部材２の裏側からも摩擦攪拌接合を行うため、当該反りを解消して第一金属部材１及び第二金属部材２の平坦性を高めることができる。また、第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させるため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態に係る接合方法では、第一補助部材１０、第二補助部材２０，２０を第一金属部材１及び第二金属部材２よりも薄く設定しているため、従来のようにショルダ部を金属部材に押し込みながら摩擦攪拌を行うと、ショルダ部と各補助部材との接触により各補助部材が外部に飛ばされてしまい接合部の金属不足を補うことができない。しかし、本実施形態では、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及び各補助部材に接触させつつ摩擦攪拌を行うため、各補助部材が外部に飛ばされることなく接合部の金属不足を補うことができる。
【００４９】
また、従前のようにショルダ部と攪拌ピンからなる回転ツールを用いて摩擦攪拌接合を行うと、塑性化領域にトンネル状の空洞欠陥が発生するおそれがある。しかし、本実施形態では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させて摩擦攪拌を行うため、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２にトンネル状の空洞欠陥が発生するのを防ぐことができる。これにより、当該空洞欠陥を補修する補修工程を省略することができる。
【００５０】
また、図２に示すように、本実施形態に係る第一摩擦攪拌工程では進行方向左側に第一補助部材１０を配置するとともに接合用回転ツールＦを左回転させるため、第一補助部材１０側がＲｅ側（Retreating side）となる。Ｒｅ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが減算される側である。一方、Ｒｅ側の反対側がＡｄ側（Advancing side）となる。Ａｄ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが加算される側である。
【００５１】
例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域Ｗ１のＲｅ側に比べてＡｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、Ａｄ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、Ａｄ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、Ｒｅ側にバリＶが発生する傾向にある。
【００５２】
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、Ｒｅ側即ち第一補助部材１０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが第一補助部材１０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、第一補助部材１０に形成されたバリＶは、第一補助部材１０ごと除去されるため、第一除去工程をより容易に行うことができる。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。
【００５３】
上記したように、第一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、移動方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度、第一金属部材１、第二金属部材２及び第一補助部材１０の材料、各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。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側に第一補助部材１０を配置するようにすれば、第一除去工程を容易に行うことができるため好ましい。
【００５４】
［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、第一配置工程と、第一摩擦攪拌工程と、第一除去工程と、裏返し工程と、第二配置工程と、第二摩擦攪拌工程と、第二除去工程と、を行う。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００５５】
突合せ工程は、第一実施形態と同一である。第一配置工程は、図１０に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２に第一補助部材１０を配置する工程である。第一配置工程では、第一補助部材１０が突合せ部Ｊ１を跨ぐように配置する。
【００５６】
第一摩擦攪拌工程は、図１１に示すように、接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第一摩擦攪拌工程では、回転する攪拌ピンＦ２を第一補助部材１０の表面１０ｂから挿入し、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。第一摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び第一補助部材１０に接触させて摩擦攪拌接合を行う。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。また、図１２に示すように、第一摩擦攪拌工程後には、分断された第一補助部材１０，１０の端部にそれぞれバリＶ，Ｖが形成される。バリＶは、分断された第一補助部材１０，１０の一方に集約するように接合条件を設定してもよい。
【００５７】
第一除去工程は、第一金属部材１及び第二金属部材２から第一補助部材１０を除去する工程である。第一除去工程では、分断された第一補助部材１０，１０の端部を折り曲げるなどして、バリＶ，Ｖごと第一補助部材１０，１０を除去する。
【００５８】
第一除去工程を終えた後、治具Ｔ１，Ｔ１を解除すると、第一金属部材１及び第二金属部材２の熱収縮により熱歪みが発生し、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂ側が凹となるように反りが発生する（図５参照）。
【００５９】
裏返し工程、第二配置工程と、第二摩擦攪拌工程と、第二除去工程は、第一実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００６０】
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。第二実施形態に係る第一配置工程及び第一摩擦攪拌工程のように、第一金属部材１及び第二金属部材２に跨るように第一補助部材１０を配置して、摩擦攪拌接合を行ってもよい。本実施形態の第一摩擦攪拌工程では、第一補助部材１０に攪拌ピンＦ２を容易に挿入することができる。
【００６１】
［第二実施形態の変形例］
次に、第二実施形態の変形例について説明する。当該変形例では、第一配置工程、第一摩擦攪拌工程、第一除去工程が第二実施形態と相違する。当該変形例に係る第一配置工程では、図１３に示すように、第一補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触するように配置しつつ、第一補助部材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。
【００６２】
第一配置工程では、第一補助部材１０の９割程度を第二金属部材２に配置し、残りの１割程度を第一金属部材１に配置する。つまり、突合せ部Ｊ１に対して第一補助部材１０が第一金属部材１側にわずかに突出するように配置する。第一補助部材１０の配置位置は、第一補助部材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、後記する第一摩擦攪拌工程を行った後に第一金属部材１側（第一補助部材１０との接触面積が少ない側）に第一補助部材１０が残存しないように調節する。
【００６３】
第一摩擦攪拌工程では、図１３及び図１４に示すように、第一補助部材１０の表面１０ｂから回転する攪拌ピンＦ２を挿入し、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。第一摩擦攪拌工程では、バリＶが第一補助部材１０のうち第二金属部材２側に集約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を高速で左回転させるとともに、図１４の手前側から奥側に相対移動させて突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００６４】
以上説明した第二実施形態の変形例でも第二実施形態と略同等の効果を奏することができる。ここで、図２に示すように、第一補助部材１０を第二金属部材２（又は第一金属部材１）のみに接触させるように配置すると、第一摩擦攪拌工程の際に、塑性化領域Ｗ１のバランスが悪くなるおそれがある。しかし、当該変形例によれば、突合せ部Ｊ１に対して第一補助部材１０を第一金属部材１側にわずかに突出させることにより、塑性化領域Ｗ１の金属不足をバランスよく補充することができる。また、当該変形例では、第一金属部材１側には第一補助部材１０が残存しないため、第一除去工程を容易に行うことができる。また、突合せ部Ｊ１に対して第一補助部材１０を第一金属部材１側にわずかに突出させて配置しているため、第一補助部材１０に攪拌ピンＦ２を容易に挿入することができる。
【００６５】
［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、第一配置工程と、第一摩擦攪拌工程と、第一除去工程と、裏返し工程と、第二配置工程と、第二摩擦攪拌工程と、第二除去工程と、を行う。第三実施形態では、第二実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００６６】
第三実施形態の突合せ工程、第一配置工程、第一摩擦攪拌工程、第一除去工程及び裏返し工程は、第二実施形態の第一配置工程、第一摩擦攪拌工程、第一除去工程及び裏返し工程と同一である。
【００６７】
本実施形態に係る第二配置工程は、図１５に示すように、第一金属部材１のみ（又は第二金属部材２のみ）に第二補助部材２０を配置する工程である。第二配置工程では、第二補助部材２０の裏面２０ｃを第一金属部材１の裏面１ｃに面接触させる。また、第二補助部材２０の端面２０ａと、第一金属部材１の端面１ａとが面一になるように配置する。
【００６８】
第二摩擦攪拌工程は、図１６に示すように、第二補助部材２０の表面２０ｂから回転する攪拌ピンＦ２を挿入し、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。第二摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び第二補助部材２０に接触させて摩擦攪拌接合を行う。第二摩擦攪拌工程では、バリＶが第二補助部材２０に集約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を高速で左回転させるとともに、図１６の手前側から奥側に相対移動させて突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。
【００６９】
第二切除工程では、図１７に示すように、第二補助部材２０を折り曲げるなどして、第一金属部材１から第二補助部材２０を除去する。第二切除工程後、治具Ｔ１，Ｔ１を解除すると、第一摩擦攪拌工程で発生した熱歪みが、第二摩擦攪拌工程によって解消されるため、第一金属部材１及び第二金属部材２が平坦になる。
【００７０】
以上説明した、第三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。また、本実施形態のように、第一配置工程では第一補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に跨るように配置し、第二配置工程では第二補助部材２０を第一金属部材１又は第二金属部材２に配置するようにしてもよい。
【００７１】
［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。第四実施形態では、突合せ工程と、第一配置工程と、第一摩擦攪拌工程と、第一除去工程と、裏返し工程と、第二配置工程と、第二摩擦攪拌工程と、第二除去工程と、を行う。
【００７２】
第四実施形態の突合せ工程、第一配置工程、第一摩擦攪拌工程、第一除去工程及び裏返し工程は、第一実施形態の突合せ工程、第一配置工程、第一摩擦攪拌工程、第一除去工程及び裏返し工程と同一である。また、第四実施形態の第二配置工程、第二摩擦攪拌工程及び第二除去工程は、第三実施形態の第二配置工程、第二摩擦攪拌工程及び第二除去工程と同一である。
【００７３】
第四実施形態によっても、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、第四実施形態のように、第一配置工程及び第二配置工程とも、各補助部材を第一金属部材１又は第二金属部材２に配置するようにしてもよい。また、第四実施形態の第一摩擦攪拌工程及び第二摩擦攪拌工程では、第一補助部材１０及び第二補助部材２０にバリＶが発生するように接合条件を設定することが好ましい。これにより、バリＶが第一補助部材１０及び第二補助部材２０に集約されるため、第一除去工程及び第二除去工程を容易に行うことができる。
【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      第二金属部材
１０    第一補助部材
２０    第二補助部材
Ｆ      接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１    連結部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｊ１    突合せ部
Ｖ      バリ
Ｗ１    塑性化領域
Ｗ２    塑性化領域
【図１】
2018134668.tif 000003
【図２】
2018134668.tif 000004
【図３】
2018134668.tif 000005
【図４】
2018134668.tif 000006
【図５】
2018134668.tif 000007
【図６】
2018134668.tif 000008
【図７】
2018134668.tif 000009
【図８】
2018134668.tif 000010
【図９】
2018134668.tif 000011
【図１０】
2018134668.tif 000012
【図１１】
2018134668.tif 000013
【図１２】
2018134668.tif 000014
【図１３】
2018134668.tif 000015
【図１４】
2018134668.tif 000016
【図１５】
2018134668.tif 000017
【図１６】
2018134668.tif 000018
【図１７】
2018134668.tif 000019