(57)【要約】【課題】接合される被接合部材間の突合せ部を、容易且つ確実に接合できる摩擦攪拌接合方法を提供する。【解決手段】金属材料の突合せ部の両端にタブ板を設置し、第１タブ板の第１開始点に攪拌ピンを挿入し、攪拌ピンを第２タブ板側へ移動させて突合せ部と第１タブ板との当接面を横切らせると共に突合せ部を接合した後、攪拌ピンを突合せ部から引き抜き第２タブ板の折り返し点まで移動させる第1接合工程と、第２タブ板の折り返し点に攪拌ピンを挿入し、突合せ部を第２タブ板側から接合し、第１接合工程によって接合された位置まで接合した後、攪拌ピンを突合せ部から引き抜く第２接合工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショルダ部と攪拌ピンとからなる回転ツールを用い、前記攪拌ピンを二つの金属材料の突合せ部に回転させつつ挿入し、前記ショルダ部の下端面を前記金属材料に押しつけながら前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させることにより、前記突合せ部を接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記突合せ部の両端に第１及び第２タブ板を設置し、前記第１タブ板の第１開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第２タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第１タブ板との当接面を横切らせると共に、前記第２タブ板との当接面の手前まで前記突合せ部を接合した後、前記攪拌ピンを前記突合せ部から引き抜く第1接合工程と、
前記第２タブ板の第２開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第１タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を前記第１接合工程によって接合された位置まで接合した後、前記攪拌ピンを前記突合せ部から引き抜く第２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】
ショルダ部と、前記ショルダ部に対して相対的に上下に移動可能に構成され前記ショルダ部の下端面からの突出量を自在に調整できる攪拌ピンと、からなる回転ツールを用い、前記攪拌ピンを二つの金属材料の突合せ部に回転させつつ挿入し、前記ショルダ部の下端面を前記金属材料に押しつけながら前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させることにより、前記突合せ部を接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記突合せ部の両端に第１及び第２タブ板を設置し、前記第１タブ板の第１開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第２タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第１タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を接合する第１接合工程と、
ショルダ部を金属材料に接触させたまま、前記回転ツールを前記第２タブ板の折り返し点まで移動させ、その移動させる間に、前記攪拌ピンの金属材料への挿入深さを減少させる引抜き工程と、
前記第２タブ板の折り返し点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第１タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を全長にわたり接合し、前記第１タブ板にて前記攪拌ピンを引抜く第２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３】
前記引抜き工程において、前記攪拌ピンが前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面に達する時、前記攪拌ピンの前記金属材料への挿入深さが前記金属材料の板厚の１０分の１以下であることを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
前記引抜き工程において、前記攪拌ピンが前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面に達する時、前記攪拌ピンは前記金属材料から完全に引き抜かれていることを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
前記引き抜き工程では、前記攪拌ピンの引き抜き速度が、５０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
前記第１開始点、及び前記第２開始点又は前記折り返し点は、それぞれ近い側の当接面から所定距離離れた位置に設定され、前記所定距離はショルダ部の半径より大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項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、摩擦攪拌接合方法に関するものであり、特にタブ板を用いた摩擦攪拌接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合(FSW:Friction Stir Welding)方法が知られている。摩擦攪拌接合方法は、入熱が少なく、また接合部の強度低下や接合変形が少ないため、アルミニウム等を接合する方法として広く利用されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
摩擦攪拌接合方法には、一般的に図１０（ａ）に示すような回転ツールＴが用いられる。回転ツールＴは、円柱状のショルダ部Ｔ１と、ショルダ部Ｔ１の下端面に設けられた攪拌ピン（プローブ部）Ｔ２とから構成されており、接合される２枚の板材２ａ、２ｂより硬い金属で形成されている。前記攪拌ピンＴ２はネジが切られており、一般的にツールを反時計回りに回転させる場合は右ネジ、時計回りの場合は逆ネジ（左ネジ）とする。また、板材２ａ、２ｂは硬質な板材の上に載置され、接合時に高温軟化した前記板材２a 、２ｂを支えるようになっている。一般的にアルミニウムを接合する場合は、鉄板、ステンレス板等である。摩擦攪拌接合方法では、まず、回転ツールＴを回転させた状態で、板材２ａ、２ｂの突き合せ部Ｊ２に沿って移動させる。そして、回転ツールＴと板材２ａ、２ｂとが摩擦することで発生した摩擦熱により突合せ部Ｊ２の金属を塑性流動させ、板材２ａ、２ｂを固相接合させる。一般的に回転ツールＴの回転方向と接合方向が一致する側である２ａ側を前進側、その反対の２ｂ側を後退側と呼ぶ。また、塑性流動は前進側（２ａ）の方が大きくなる。
尚、回転ツールＴは、前記ネジ溝の構造により決まった回転方向でしか使用することができない。
【０００４】
ところで、このような摩擦攪拌接合方法では、図１０（ｂ）に示すように、板材の突合せ部の端面からショルダ部Ｔ１の半径以上離れた第１開始点Ｓまたは第２開始点Ｅで、回転ツールの挿入または引き抜きを行い、接合を開始または終了する。これは、回転する回転ツールＴにより攪拌されたメタルが接合体端面から湧き出ることにより、接合部に接合欠陥が発生することを阻止するために行われる。
【０００５】
そのため、図１０（ｂ）に示すように、第１開始点Ｓ及び第２開始点Ｅと板材端面との間は接合されず、未接合部Ｘが形成される。そして、接合工程の終了後、未接合部Ｘは溶融溶接により修正されている。しかし、それらの後処理は、非経済的であるだけでなく、溶融溶接の熱影響によるひずみの発生、軟化といった問題があり、更に、回転ツールを引き抜いた後のピン穴が残存するという問題もあった。
【０００６】
そのような摩擦攪拌接合方法における問題を解消する他の方法として、以下の方法が考えられる。まず、図１１に示すように、接合される２つの板材２ａ、２ｂの突合せ部Ｊ２の両端（接合開始側の当接面Ｊ１と接合終了側の当接面Ｊ３）に、それぞれタブ板１とタブ板３を突き合わせる。次に、接合開始側のタブ板１に反時計回りに回転する回転ツールを挿入し、当接面Ｊ１まで移動させた後、突合せ部Ｊ２に沿って当接面Ｊ３まで全長移動させる。その後、回転ツールを接合終了側のタブ板３まで移動させ、回転ツールを引き抜く。
【０００７】
しかしながら、上記のようにタブ板を接合開始側及び終了側に突合せ、板材２ａ、２ｂを全長に亘り接合したところ、接合方向と回転ツールの回転が逆方向（後退側）となる板材２ｂの当接面Ｊ３において亀裂欠陥が形成されることがわかった。具体的には、図１２に示すように、板材２ａ、２ｂが回転ツールのショルダ部及び攪拌ピンと接触することで形成される接触軟化領域の板材２ｂ側において、板厚全体に渡り、亀裂欠陥Ｙが観察された。
【０００８】
これは、攪拌ピンが当接面Ｊ３を通過する際、前進側では板材２ａがタブ板３へと攪拌されるのに対し、後退側ではタブ板３が板材２ｂへと攪拌されることに起因している。詳細に説明すると、前進側では接合方向が回転ツールの回転方向と一致するため金属材料の塑性流動が大きく、金属材料が十分に攪拌される。一方、後退側では金属材料の塑性流動が小さいため、金属材料が十分攪拌せず、当接面Ｊ３の酸化膜が接触軟化領域の外側に残存し、亀裂が発生する。
【０００９】
摩擦攪拌接合方法における上記の問題を解消する方法として、特許文献３においては、接合される金属材料の接合開始及び終了部分に予め捨て肉部を設けて、その捨て肉部で回転ツールの挿入及び引き抜きを行い、その後、その捨て肉部を切断除去する方法が提案されている。
【００１０】
また、特許文献４には、摩擦攪拌接合方法によってタブ板と板材との当接面を仮接合した後に、その仮接合した部分を横切るように、摩擦攪拌接合によって本接合を行う接合方法が提案されている。
【００１１】
また、特許文献５には、回転ツールがタブ板と板材との当接面を少なくとも２回以上横切る摩擦攪拌接合方法が提案されている。具体的には、まず、板材同士の突合せ部に接合開始位置を設定し、その開始位置に回転ツールを挿入し、突合せ部の一部を摩擦攪拌接合する。次に、一方のタブ板にて回転ツールを折り返し、突合せ部の全長を摩擦攪拌接合する。そして、他方のタブ板で回転ツールを折り返し、再度突合せ部の全長を摩擦攪拌接合した後、最初に折り返したタブ板で接合を終了させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特許第３２８３４３３号公報
【特許文献３】特許第３２６２７５７号公報
【特許文献４】特開２００５−６６６６９号公報
【特許文献５】特開２００８−３０２４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、特許文献３に記載の摩擦攪拌接合方法では、接合される金属材料に捨て肉部を設けなければならず、捨て肉部を加工するための労力と、材料及び切断除去工程のコストが必要となり、実用的な方法ではない。
【００１４】
また、特許文献４に記載の摩擦攪拌接合方法では、タブ板と板材との当接面を摩擦攪拌接合で仮接合するため、突合せ部近傍に貫通孔などが穿設された板材に用いられると、摩擦熱により貫通孔などを変形させてしまうという問題があった。
【００１５】
また、一般的に摩擦攪拌接合方法では、溶加材は使用されないため、一度内部に欠肉部である欠陥が形成されると、接合回数を増やしてもその欠陥は場所を移動するだけであり、本方法ではそれを修正することは困難である。そのため、特許文献５に記載された接合方法では、回転ツールがタブ板と板材との当接面を最初に横切ったときに、突合せ部の後退側に欠陥が形成された場合、同じ場所を２回以上摩擦攪拌接合を行っても、この欠陥を修正することは非常に困難である。また本方法では、接合終了時点で、接合終了側のタブ板近傍を３回に亘り摩擦攪拌接合を行うため、入熱量が増大し、接合変形が大きくなってしまうという問題があった。
【００１６】
本発明はこれらの問題に着目してなされたもので、接合される被接合部材間の突合せ部を、容易且つ確実に接合できる摩擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の第１の観点に係る摩擦攪拌接合方法は、
ショルダ部と攪拌ピンとからなる回転ツールを用い、前記攪拌ピンを二つの金属材料の突合せ部に回転させつつ挿入し、前記ショルダ部の下端面を前記金属材料に押しつけながら前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させることにより、前記突合せ部を接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記突合せ部の両端に第１及び第２タブ板を設置し、前記第１タブ板の第１開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第２タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第１タブ板との当接面を横切らせると共に、前記第２タブ板との当接面の手前まで前記突合せ部を接合した後、前記攪拌ピンを前記突合せ部から引き抜く第1接合工程と、
前記第２タブ板の第２開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第１タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を前記第１接合工程によって接合された位置まで接合した後、前記攪拌ピンを前記突合せ部から引き抜く第２接合工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、上記目的を達成するための本発明の第２の観点に係る摩擦攪拌接合方法は、
ショルダ部と、前記ショルダ部に対して相対的に上下に移動可能に構成され前記ショルダ部の下端面からの突出量を自在に調整できる攪拌ピンと、からなる回転ツールを用い、前記攪拌ピンを二つの金属材料の突合せ部に回転させつつ挿入し、前記ショルダ部の下端面を前記金属材料に押しつけながら前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させることにより、前記突合せ部を接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記突合せ部の両端に第１及び第２タブ板を設置し、前記第１タブ板の第１開始点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第２タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第１タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を接合する第１接合工程と、
ショルダ部を金属材料に接触させたまま、前記回転ツールを前記第２タブ板の折り返し点まで移動させ、その移動させる間に、前記攪拌ピンの金属材料への挿入深さを減少させる引抜き工程と、
前記第２タブ板の折り返し点に前記攪拌ピンを挿入し、前記攪拌ピンを前記第１タブ板側へ移動させて前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面を横切らせると共に前記突合せ部を全長にわたり接合し、前記第１タブ板にて前記攪拌ピンを引抜く第２接合工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１９】
前記引抜き工程において、前記攪拌ピンが前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面に達する時、前記攪拌ピンの前記金属材料への挿入深さが前記金属材料の板厚の１０分の１以下であることが望ましい。
【００２０】
前記引抜き工程において、前記攪拌ピンが前記突合せ部と前記第２タブ板との当接面に達する時、前記攪拌ピンは前記金属材料から完全に引き抜かれていることがさらに望ましい。
【００２１】
前記引き抜き工程では、前記攪拌ピンの引き抜き速度が、５０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。
【００２２】
前記第１開始点、及び前記第２開始点又は前記折り返し点は、それぞれ近い側の当接面から所定距離離れた位置に設定され、前記所定距離はショルダ部の半径より大きく設定されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、接合される被接合部材間の突合せ部を、容易且つ確実に接合できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって接合される板材と、板材を接合するために使用されるタブ板との配置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る摩擦攪拌接合方法に使用される回転ツールの斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態に係る摩擦攪拌接合方法に使用される回転ツールの攪拌ピンが板材に押しつけられている状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態から回転ツールをさらに下降させ、ショルダ部が板材に押しつけられている状態を示す模式図であり、（ｃ）は、（ｂ）の状態から攪拌ピンのみを上昇させた状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、板状部材の中心まで接合した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）は、実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、第２タブ板まで接合した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態のＡ−Ａ断面図である。
【図６】（ａ）は、実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、第２タブ板まで接合した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態のＡ−Ａ断面図である。
【図７】（ａ）は、実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、第２タブ板で折り返し、第１タブ板まで接合した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態のＡ−Ａ断面図である。
【図８】（ａ）は、他の実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、第２タブ板まで接合した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態のＡ−Ａ断面図である。
【図９】比較例の摩擦攪拌接合方法によって板状部材の中心まで接合した状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は、従来の摩擦攪拌接合方法を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の摩擦攪拌接合方法を実施したときの平面図である。
【図１１】タブ板を用いた従来の摩擦攪拌接合方法を示す平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面の写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。尚、以下に記載する実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本願発明の範囲を制限するものではない。また、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００２６】
本実施形態では、図１に示すように、板状部材３０、４０を直線状に接合して繋ぎ合わせる場合を例示する。
まず、本実施形態で接合される板状部材３０、４０及びその接合に用いられる第１タブ板１０及び第２タブ板２０について説明する。
【００２７】
板状部材３０及び４０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、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。本実施形態では、一方の板状部材３０及び他方の板状部材４０が、同一組成の金属材料で形成されている。板状部材３０、４０の形状・寸法は特に制限されないが、突合せ部Ｊ２の厚さが同一であることが望ましい。
【００２８】
第１タブ板１０及び第２タブ板２０は、板状部材３０、４０の突合せ部Ｊ２を挟むように配置され、板状部材３０と４０との当接部側面に形成される突合せ線Ｌ１、Ｌ２を覆い隠すように配設される。第１タブ板１０及び第２タブ板２０の材質は、特に制限されないが、本実施形態では、板状部材３０、４０と同一組成の金属材料で形成されている。また、第１タブ板１０と第２タブ板２０の形状・寸法も特に制限されないが、本実施形態では、その厚さは突合せ部Ｊ２における板状部材３０、４０の厚さと同一に形成されている。
【００２９】
次に、本実施形態に使用する回転ツール１００について詳細に説明する。
図２に示すように、回転ツール１００は、ショルダ部１１０と、そのショルダ部１１０と同心に配設された攪拌ピン１２０と、から構成されている。また、ショルダ部１１０及び攪拌ピン１２０は、接合される金属材料Ｍよりも硬い金属材料、例えば、工具鋼などから形成されている。
【００３０】
ショルダ部１１０は、円柱状に形成され、中心部に上下貫通孔１１５が穿設されている。また、攪拌ピン１２０は、ショルダ部１１０より小径の円柱状に形成されており、攪拌ピン１２０の直径は、ショルダ部１１０の直径の１／３〜１／２程度の大きさで形成されている。また、攪拌ピン１２０は、ショルダ部１１０より上下に長く形成されており、ショルダ部１１０の上下貫通孔１１５に挿通された状態で配設されている。さらに、攪拌ピン１２０の外周面には、攪拌翼としてのネジ溝１２５が形成されている。ネジ溝１２５は、図２に示すように、溝が右下がりの左ネジ（逆ネジ）状に形成されている。
【００３１】
ショルダ部１１０は、図３（ｂ）に示すように、回転した状態で金属材料Ｍと接触することで金属材料Ｍを塑性流動化させると共に、塑性流動化した金属を上面から抑えて周囲への飛散を防止する役割を担う。また、攪拌ピン１２０は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転した状態で金属材料Ｍと接触することで金属材料Ｍを塑性流動化させると共に、塑性流動化した金属を攪拌する役割を担う。
【００３２】
攪拌ピン１２０は、ショルダ部１１０とは独立しており、ショルダ部１１０に対し相対的に上下に移動できるように構成されている。攪拌ピン１２０は、ショルダ部下端面１１１より下に突出する長さを変化させることができ、図３（ｃ）に示すように、ショルダ部下端面１１１と攪拌ピン１２０の先端１２１とが略同一となるまで引き込み可能に構成されている。これにより、ショルダ部１１０を回転させまま金属材料Ｍに押しつけた状態で、攪拌ピン１２０を金属材料Ｍから引き抜くことができる。
【００３３】
また、回転ツール１００の寸法・形状は、金属材料Ｍの材質や厚さ等に応じて設定することができる。
【００３４】
回転ツール１００の回転速度は、回転ツール１００の寸法・形状、金属材料Ｍの材質や板厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜３０００（ｒｐｍ）の範囲で設定される。また、回転ツール１００は、ショルダ部１１０、攪拌ピン１２０共に右回り（時計回り）に回転するように設定されている。
【００３５】
次に、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）準備工程、（２）摩擦攪拌接合工程を含むものである。
【００３６】
（１）準備工程
まず、板状部材３０及び４０と、第１タブ板１０及び第２タブ板２０を準備する。次に、図１に示すように、板状部材３０の側面３０ｂと、板状部材４０の側面４０ｂとを密着させ突き合わせると共に、裏当て部材５０の上に載置し、両部材の表面及び、裏面を面一にする。
【００３７】
次に、板状部材３０、４０の突合せ部Ｊ２の一端に第１タブ板１０を配置して、その側面１０ａを板状部材３０、４０の側面３０ａ及び４０ａに突き合わせる。さらに、突合せ部Ｊ２の他端側に第２タブ板２０を配置して、その側面２０ｃを板状部材３０、４０の側面３０ｃ及び４０ｃに突き合わせる共に、裏当て部材５０の上に載置する。この時、第１タブ板１０及び第２タブ板２０の表面及び裏面を板状部材３０、４０の表面及び裏面と面一にする。
【００３８】
次に、上記の板状部材３０及び４０、第１タブ板１０、第２タブ板２０をクランプなどの冶具（図示せず）を用いて固定する。
【００３９】
（２）摩擦攪拌接合工程
続いて、図３〜７を参照して摩擦攪拌接合工程について詳細に説明する。摩擦攪拌接合工程は、板状部材３０、４０の突合せ部Ｊ２を接合する工程である。この摩擦攪拌接合工程では、図２に示す回転ツール１００を使用し摩擦攪拌を行う。
【００４０】
まず、回転ツール１００を第１タブ板１０から第２タブ板２０へ移動させる場合について説明する。始めに、攪拌ピン１２０の先端１２１を、ショルダ部下端面１１１より下に突出させる。突出量は、攪拌ピン１２０を突合せ部Ｊ２へ挿入したときに、攪拌ピン１２０の先端１２１から板状部材３０、４０の裏面までの距離が１ｍｍ以下となるように設定される。裏面からの距離が１ｍｍを越えると、攪拌ピン１２０による攪拌作用が板状部材３０、４０の厚さ全体に行き渡らず、その裏面近傍において、亀裂などの欠陥が発生しやすくなるからである。これは、特に、板状部材３０、４０の板厚が２ｍｍ以上の場合において有効である。
【００４１】
次に、攪拌ピン１２０を突出させた状態で、回転ツール１００（ショルダ部１１０、攪拌ピン１２０）を右回りに回転させながら下降させ、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１タブ板１０の第１開始点Ｓに攪拌ピン１２０を挿入する（図３（ａ）参照）。尚、第１開始点Ｓは、当接面Ｊ１から所定距離離れた位置に設定され、その距離はショルダ部１１０の半径より大きく設定されている。
【００４２】
次に、回転ツール１００をさらに下降させ、ショルダ部１１０を第１タブ板１０に押しつける（図３（ｂ）参照）。その後、回転ツール１００を第２タブ板２０側へ移動させることにより、挿入した攪拌ピン１２０を移動させて当接面Ｊ１を横切らせる。これにより、攪拌ピン１２０は、第１タブ板１０側から板材３０、４０の突合せ部Ｊ２側に向かって、当接面Ｊ１を横切る。
【００４３】
さらに、攪拌ピン１２０が突合せ部Ｊ２の点Ｃに達するまで回転ツール１００を移動させる。このとき、板状部材３０、４０の突合せ部Ｊ２は、点Ｃまで連続して摩擦攪拌される。尚、点Ｃは、当接面Ｊ１から、突合せ部Ｊ２の全長の１０〜５０％の長さ離れた点である。
【００４４】
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、攪拌ピン１２０が点Ｃに達した後、回転ツール１００のショルダ部１１０を突合せ部Ｊ２に接触させたまま、回転ツール１００を第２タブ板２０方向へ移動させる。
【００４５】
その移動させる間に、攪拌ピン１２０を上昇させ、突出量を減少させる。ここで、攪拌ピン１２０の先端は軌跡Ｋをたどり、攪拌ピン１２０は、突合せ部Ｊ２と第２タブ板２０との当接面Ｊ３に達する前の点Ｐで、板状部材３０、４０から完全に引き抜かれている。具体的には、点Ｐにおいて、攪拌ピン１２０の下端１２１とショルダ部下端面１１１とが略同一になるまで、攪拌ピン１２０が引き込まれている（図３（ｃ）参照）。
【００４６】
その後、ショルダ部１１０を突合せ部Ｊ２に接触させたまま、回転ツール１００を第２タブ板２０側へ移動させて当接面Ｊ３を横切らせる。このとき、板状部材３０側は前進側となり、板状部材３０が第２タブ板２０へと攪拌される。一方、板状部材４０側は後退側となり、第２タブ板２０が板状部材４０へと攪拌される。しかし、攪拌ピン１２０は、既に板状部材３０、４０から完全に引き抜かれているため、板状部材３０、４０の上面付近が攪拌されるだけであり、板厚全体が攪拌されることがない。したがって、後退側となる板状部材４０に酸化膜が残存することがない。
【００４７】
そして、攪拌ピン１２０が、第２タブ板２０上の折り返し点Ｅに到達後、回転ツール１００の移動を停止させる。尚、折り返し点Ｅは、当接面Ｊ３から所定距離離れた位置に設定され、その距離はショルダ部１１０の半径より大きく設定されている。
【００４８】
次に、回転ツール１００を第２タブ板２０から第１タブ板１０へ移動させる場合について説明する。まず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、攪拌ピン１２０を右回りに回転させながら下降させ当初の挿入深さまで挿入する。ここで、攪拌ピン１２０の挿入は、回転ツール１００を一度第２タブ板２０から引き上げた後に行われてもよいし、回転ツール１００のショルダ部１１０を第２タブ板２０に接触させたまま行われてもよい。
【００４９】
その後、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ショルダ部１１０を第２タブ板２０に接触させたまま、回転ツール１００を第１タブ板１０側へ移動させることにより、挿入した攪拌ピン１２０を折り返し点Ｅから移動させて当接面Ｊ３を横切らせる。これにより、攪拌ピン１２０は、第２タブ板２０側から板材３０、４０の突合せ部Ｊ２側に向かって、当接面Ｊ３を横切る。
【００５０】
さらに、攪拌ピン１２０が、突合せ部Ｊ２の点Ｃに達するまで回転ツール１００を移動させる。その後、攪拌ピン１２０が当初の挿入深さを維持し、ショルダ部１１０が突合せ部Ｊ２に接触したまま、回転ツール１００を第１タブ板１０側へ移動させて当接面Ｊ１を横切らせる。このとき、板状部材４０側は前進側となり、板状部材４０が第１タブ板１０へと攪拌される。一方、板状部材３０側は後退側となり、第１タブ板１０が板状部材３０へと攪拌される。しかし、後退側となる板状部材３０は、回転ツール１００が最初に当接面Ｊ１を横切った時に前進側として十分に攪拌されているため、板状部材３０に酸化膜が残存することがない。
【００５１】
さらに、ショルダ部１１０を第１タブ板１０に接触させたまま、攪拌ピン１２０が第１タブ板１０上の第１開始点Ｓに到達するまで回転ツール１００を移動させ、突合せ部Ｊ２を全長に亘り摩擦攪拌接合する。
【００５２】
最後に、第１タブ板１０から攪拌ピン１２０を引き抜き、回転ツール１００を引き上げ、摩擦攪拌接合工程を終了させる。
【００５３】
本実施形態によれば、攪拌ピンが金属材料に挿入された状態でタブ板と突合せ部との当接面を横切る場合において、攪拌ピンがタブ板に挿入された後、突合せ部側へと横切ることになる。これにより、接合される金属材料には、当接面の酸化膜が接触軟化領域の外側に残存するおそれがなく、亀裂欠陥が形成されないため、突合せ部の接合品質が低下する虞がない。
【００５４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、攪拌ピン１２０は、突合せ部Ｊ２と第２タブ板２０との当接面Ｊ３に達する前に、板状部材３０、４０から完全に引き抜かれていたが、図８に示すように、攪拌ピン１２０が当接面Ｊ３を横切る時に、攪拌ピン１２０の板状部材３０、４０への挿入深さｔは、板厚Ｔの１０分の１以下であればよい。挿入深さが板厚の１０分の１以下であれば、亀裂欠陥が突合せ部に形成されることはほとんどなく、突合せ部の接合品質が低下する虞がない。
【００５５】
また、上記の実施形態では、板状部材３０及び４０の厚さを同一としたが、これに限定されるものではなく、二つの板状部材の厚さが異なっていてもよい。その場合は、クランプなどの冶具を用いて二つの板状部材の上面または裏面を面一に固定し、両タブ板の厚さを板厚が大きい側に合わせれば、本発明に係る摩擦攪拌接合方法を実施することができる。
【００５６】
また、上記の実施形態では、第１タブ板及び第２タブ板に設けられた第１開始点Ｓ及び折り返し点Ｅが、当接面Ｊ１及びＪ３から所定距離離れた位置に設定され、その距離はショルダ部１１０の半径より大きく設定されていたが、これに限定されるものではない。その距離はショルダ部１１０の半径より小さく設定されてもよい。
【００５７】
また、上記の実施形態では、１回目の接合時において、攪拌ピン１２０を、第１開始点Ｓに挿入し、点Ｃまで移動させた後、回転ツール１００を第２タブ板２０方向へ移動させながら、攪拌ピン１２０を上昇させ、突出量を減少させた。しかし、これに限られるものではなく、攪拌ピン１２０を、第１開始点Ｓに挿入し、点Ｃまで移動させた後、回転ツール１００の移動を停止させた状態で攪拌ピン１２０を上昇させ、突出量を減少させた後、回転ツール１００を第２タブ板まで移動させてもよい。
【００５８】
また、上記の実施形態では、２回目の接合時において、第２タブ板２０の折り返し点Ｅに挿入された攪拌ピン１２０を、当初の挿入深さのまま第１タブ板１０の第１開始点Ｓまで移動させ、突合せ部Ｊ２を全長に亘り摩擦攪拌接合したが、これに限られるものではない。折り返し点Ｅに挿入された攪拌ピン１２０を、当初の挿入深さのまま少なくとも点Ｃまで移動させ、第１タブ板１０の第１開始点Ｓまで移動させる前に攪拌ピン１２０を上昇させ、突出量を減少させてもよく、さらに、突合せ部Ｊ２から引き抜いてもよい。
【００５９】
また、上記の実施形態では、攪拌ピン１２０の外周面には、左ネジ状（逆ネジ）のネジ溝１２５を形成し、攪拌ピン１２０を右回りに回転するように設定したが、これに限られるものではない。攪拌ピン１２０の外周面には、右ネジ状のネジ溝１２５を形成し、攪拌ピン１２０を左周りに回転するように設定してもよい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
（実施例１）
まず接合される板材３０、４０として、板厚：２２ｍｍ、板幅：２５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍの大きさで、材質：Ａ１０５０−Ｈ１１のアルミニウム合金材料からなる供試板材を準備した。また、第１及び第２タブ板１０、２０として、板厚：２２ｍｍ、板幅：８０ｍｍ、長さ：８０ｍｍの大きさで、且つ接合される供試板材と同材質（Ａ１０５０−Ｈ１１）のアルミニウム合金からなる板材を準備した。
【００６２】
回転ツール１００としてショルダ部１１０の直径：４０ｍｍ、攪拌ピン１２０の直径：２０ｍｍ、攪拌ピン１２０の突出長さ：２１．９ｍｍのものを用いて、回転速度：８００ｒｐｍ、移動速度５００ｍｍ／ｍｉｎの接合条件下において接合を行った。ただし、回転ツール１００は、ショルダ部下端面１１１と攪拌ピン１２０の先端１２１とが略同一となるまで引き込み可能に構成されている。
【００６３】
まず、攪拌ピン１２０をショルダ部下端面１１１から２１．９ｍｍ突出させた状態で、回転ツール１００を回転させながら下降させ、第１タブ板１０の第１開始点Ｓに回転ツール１００の攪拌ピン１２０を挿入した。次に、回転ツール１００をさらに下降させ、ショルダ部１１０を第１タブ板１０に接触させた。その後、挿入した攪拌ピン１２０を第２タブ板２０側へ移動させて突合せ部Ｊ２と第１タブ板１０との当接面を横切らせると共に突合せ部Ｊ２の中間点Ｃ（当接面Ｊ１から、突合せ部Ｊ２の全長の５０％の長さ離れた点）に達するまで回転ツール１００を移動させ、摩擦攪拌接合した。次に、ショルダ部１１０を突合せ部Ｊ２に接触させたまま、回転ツール１００を第２タブ板２０上の折り返し点Ｅまで移動させた。そして、その移動させる間に攪拌ピン１２０をショルダ部１１０内に上昇させ、攪拌ピン１２０が、突合せ部Ｊ２と第２タブ板２０との当接面Ｊ３に達する前に、攪拌ピン１２０を板材３０、４０から完全に引き抜いた。
【００６４】
その後、第２タブ板２０の折り返し点Ｅにて攪拌ピン１２０を当初の挿入深さまで挿入した後、挿入した攪拌ピン１２０を第１タブ板１０側へ移動させて突合せ部Ｊ２と第２タブ板２０との当接面を横切らせると共に突合せ部Ｊ２の中間点Ｃに達するまで回転ツール１００を移動させた。その後、攪拌ピン１２０を、当初の挿入深さまで挿入したまま第１タブ板１０上の第１開始点Ｓまで移動させ、突合せ部Ｊ２を全長に亘り摩擦攪拌接合した。最後に、第１タブ板１０から攪拌ピン１２０を引き抜き、回転ツール１００を引き上げ、接合操作を終了した。ここで、第１開始点Ｓと折り返し点Ｅの距離は１０８０ｍｍであり、第１開始点Ｓと中間点Ｃの距離は５４０ｍｍであった。また、攪拌ピンの引き抜き速度（上昇速度）は２２ｍｍ／ｍｉｎであった。
【００６５】
（実施例２）
板状部材３０及び４０と、第１タブ板１０及び第２タブ板２０は、実施例１と同様のものを準備した。また、回転ツール１００も実施例１と同様のものを使用した。回転ツール１００の回転速度、移動速度は実施例１と同様の条件としたが、攪拌ピンの引き抜き速度（上昇速度）のみ５０ｍｍ／ｍｉｎに変更し、実施例１と同じ方法で板状部材３０と４０とを摩擦攪拌接合した。
【００６６】
（比較例）
板状部材３０及び４０と、第１タブ板１０及び第２タブ板２０は、実施例１と同様のものを準備した。また、回転ツールＴは、攪拌ピンがショルダ部に固定されているものを使用した。図９に示すように、まず、第１タブ板１０と第２タブ板２０を板状部材３０、４０の突合せ部に当接し、当接面Ｊ１、Ｊ３を溶接Ｗにより仮接合した。尚、仮接合では、板厚方向の全体ではなく、表面側から板厚の１／２程度を接合した。その後、第１タブ板１０の第１開始点Ｓ１に、攪拌ピンを回転させながら挿入し、ショルダ部を板状部材３０、４０に押しつけた状態で、回転ツールＴを第２タブ板２０の第２開始点Ｅ２へ移動させ摩擦攪拌接合を行った。
【００６７】
上記の実施例及び比較例の接合後、タブ部と突合せ部の接合部断面を観察し、空孔や未接合部等の接合欠陥がないか調査した。
【００６８】
本発明による実施例１及び２では空孔、未接合部等の接合欠陥がなく非常に良好な接合部が得られた。
【００６９】
一方、比較例では接合部後退側に未接合部が観察され健全な接合部が得られなかった。
【符号の説明】
【００７０】
１０  第１タブ板
２０  第２タブ板
３０  板状部材
４０  板状部材
５０  裏当て部材
１００  回転ツール
１１０  ショルダ部
１２０  攪拌ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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