(57)【要約】【課題】接合された金属部材を容易に平坦にすることができる接合方法を提供する。【解決手段】金属部材１，１同士を摩擦攪拌接合する接合方法であって、金属部材１，１の一端側の端面１ａ，１ａ同士を突き合わせて突合せ部Ｊを形成する準備工程と、金属部材１，１の表面１ｂ，１ｂから回転ツールを挿入し突合せ部Ｊに対して摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、接合工程では、金属部材１，１の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させて摩擦攪拌を行うことを特徴とする。【選択図】図３
2015147217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法であって、
前記金属部材の一端側の端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する準備工程と、
前記金属部材の表面から回転ツールを挿入し前記突合せ部に対して摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、
前記接合工程では、前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記準備工程では、架台と前記金属部材の裏面側との間にスペーサーを配置するとともに、前記スペーサーを用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させ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】
前記金属部材を載置する架台に凸部を設けておき、前記準備工程では、前記凸部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記金属部材を載置する架台に傾斜載置部を設けておき、前記準備工程では、前記傾斜載置部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記金属部材の少なくともいずれか一方を傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項５】
金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法であって、
前記金属部材同士の一端側の端面を、裏面側に形成された外側端面と、表面側に形成され前記外側端面に対して対向する前記金属部材とは離間する側に形成された内側端面と、前記外側端面と前記内側端面とを繋ぐ中間面とを備えるように形成し、
前記金属部材の前記外側端面同士を突き合わせて第一突合せ部を形成する準備工程と、
前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入し前記第一突合せ部に対して摩擦攪拌を行う第一接合工程と、
前記中間面同士と前記内側端面同士とで形成される凹部に継手部材を挿入する挿入工程と、
前記継手部材と前記内側端面とで形成される一対の第二突合せ部に対して前記金属部材の表面から回転ツールを挿入して摩擦攪拌を行う第二接合工程と、を含み、
前記第一接合工程及び前記第二接合工程では、前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記第一接合工程では、前記回転ツールとして、攪拌ピンを備えた第一突合せ部用回転ツールを用いるとともに、前記第一突合せ部用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士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５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記準備工程では、架台と前記金属部材の裏面側との間にスペーサーを配置するとともに、前記スペーサーを用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記金属部材を載置する架台に凸部を設けておき、前記準備工程では、前記凸部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項９】
前記金属部材を載置する架台に傾斜載置部を設けておき、前記準備工程では、前記傾斜載置部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記金属部材の少なくともいずれか一方を傾斜させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第二接合工程では、前記回転ツールとしてショルダ部と、前記ショルダ部に形成された攪拌ピンとを備えた第二突合せ部用回転ツールを用いるとともに、前記ショルダ部の外径を前記凹部の幅以上に設定し、
前記第二接合工程では、一の前記第二突合せ部用回転ツールを移動させることにより、一対の前記第二突合せ部を同時に接合することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記継手部材の厚さを前記凹部の深さよりも大きく設定することを特徴とする請求項１０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、摩擦攪拌による金属部材同士の接合方法に関する。
【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には、金属部材同士の端部同士を突き合わせて形成された突合せ部に回転ツールを挿入して、突合せ部を摩擦攪拌接合する発明が開示されている。摩擦攪拌接合を行うと、回転ツールの移動軌跡に塑性化領域が形成されるが、当該塑性化領域が熱収縮するため、接合後の金属部材同士が表面側に凹状となるように変形するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９００９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる問題を解消するために、特許文献１に係る発明では、接合後の金属部材をロール部材で挟持しつつ当該金属部材に対してロール部材を相対移動させて、凹状に変形した金属部材を平坦にする矯正工程が行われているが、当該矯正作業が煩雑になるという問題がある。
【０００６】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌による金属部材同士の接合方法において、接合された金属部材を容易に平坦にする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】
【０００７】
このような課題を解決するために本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法であって、前記金属部材の一端側の端面同士を突き合わせて突合せ部を形成する準備工程と、前記金属部材の表面から回転ツールを挿入し前記突合せ部に対して摩擦攪拌を行う接合工程と、を含み、前記接合工程では、前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【０００８】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合を行う前に金属部材を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、接合された金属部材を容易に平坦にすることができる。
【０００９】
また、本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法であって、前記金属部材同士の一端側の端面を、裏面側に形成された外側端面と、表面側に形成され前記外側端面に対して対向する前記金属部材とは離間する側に形成された内側端面と、前記外側端面と前記内側端面とを繋ぐ中間面とを備えるように形成し、前記金属部材の前記外側端面同士を突き合わせて第一突合せ部を形成する準備工程と、前記金属部材の表面側から回転ツールを挿入し前記第一突合せ部に対して摩擦攪拌を行う第一接合工程と、前記中間面同士と前記内側端面同士とで形成される凹部に継手部材を挿入する挿入工程と、前記継手部材と前記内側端面とで形成される一対の第二突合せ部に対して前記金属部材の表面から回転ツールを挿入して摩擦攪拌を行う第二接合工程と、を含み、前記第一接合工程及び前記第二接合工程では、前記金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合を行う前に金属部材を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、接合された金属部材を容易に平坦にすることができる。また、第一接合工程及び第二接合工程を行うことで、板厚の大きい金属部材であっても深さ方向の全体を摩擦攪拌することができる。これにより、接合された金属部材同士の接合強度を高めることができるとともに、水密性及び気密性を高めることができる。
【００１１】
また、前記第一接合工程では、前記回転ツールとして、攪拌ピンを備えた第一突合せ部用回転ツールを用いるとともに、前記第一突合せ部用回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士に接触させた状態で摩擦攪拌を行うことが好ましい。
【００１２】
かかる接合方法によれば、凹部の幅が小さい場合であっても、ショルダ部が金属部材に接触しないため、第一突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。
【００１３】
また、前記準備工程では、架台と前記金属部材の裏面側との間にスペーサーを配置するとともに、前記スペーサーを用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させることが好ましい。
また、前記金属部材を載置する架台に凸部を設けておき、前記準備工程では、前記凸部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記各金属部材を傾斜させることが好ましい。
また、前記金属部材を載置する架台に傾斜載置部を設けておき、前記準備工程では、前記傾斜載置部を用いて前記他端側に対して前記一端側が高くなるように前記金属部材の少なくともいずれか一方を傾斜させることが好ましい。
【００１４】
かかる接合方法によれば、突合せ部が高くなるように金属部材を容易に傾斜させることができる。
【００１５】
また、前記第二接合工程では、前記回転ツールとしてショルダ部と、前記ショルダ部に形成された攪拌ピンとを備えた第二突合せ部用回転ツールを用いるとともに、前記ショルダ部の外径を前記凹部の幅以上に設定し、前記第二接合工程では、一の前記第二突合せ部用回転ツールを移動させることにより、一対の前記第二突合せ部を同時に接合することが好ましい。
【００１６】
かかる接合方法によれば、一対の第二突合せ部に対して一パスで摩擦攪拌を行うことができるため、接合サイクルを短縮することができる。
【００１７】
また、前記継手部材の厚さを前記凹部の深さよりも大きく設定することが好ましい。
【００１８】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌による金属材料不足を補うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る接合方法よれば、接合された金属部材を容易に平坦にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態で用いる第一回転ツールを示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は接合状態を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施形態で用いる第二回転ツールを示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は接合状態を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る接合方法を示す断面図であって、（ａ）は準備工程を示し、（ｂ）は接合工程を示す。
【図４】本発明の第二実施形態に係る接合方法を示す断面図であって、（ａ）は準備工程を示し、（ｂ）は第一接合工程を示す。
【図５】第二実施形態に係る接合方法の挿入工程を示す断面図であって、（ａ）は挿入前を示し、（ｂ）は挿入後を示す。
【図６】第二実施形態に係る接合方法を示す断面図であり、（ａ）は第二接合工程を示し、（ｂ）はクランプを解除した状態を示す。
【図７】架台の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第一実施形態］
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第一回転ツール及び第二回転ツールを説明する。
【００２２】
図１の（ａ）に示すように、第一回転ツールＧは、ショルダ部Ｇ１と、攪拌ピンＧ２とで構成されている。第一回転ツールＧは、特許請求の範囲の「回転ツール」又は「第二突合せ部用回転ツール」に相当する。第一回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されている。ショルダ部Ｇ１は、図１の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌装置の回転軸Ｄに連結される部位であるとともに、塑性流動化した金属を押える部位である。ショルダ部Ｇ１は円柱状を呈する。ショルダ部Ｇ１の下端面は、流動化した金属が外部へ流出するのを防ぐために凹状になっている。
【００２３】
攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１から垂下しており、ショルダ部Ｇ１と同軸になっている。攪拌ピンＧ２はショルダ部Ｇ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝Ｇ３が刻設されている。
【００２４】
図１の（ｂ）に示すように、第一回転ツールＧを用いて摩擦攪拌接合をする際には、回転した攪拌ピンＧ２とショルダ部Ｇ１の下端を金属部材１，１に挿入しつつ移動させる。第一回転ツールＧ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塑性化領域Ｗが形成される。
【００２５】
図２の（ａ）に示すように、第二回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。第二回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」又は「第一突合せ部用回転ツール」に相当する。第二回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、図２の（ｂ）に示す摩擦攪拌装置の回転軸Ｄ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の長さ寸法は、後記する金属部材１の板厚よりも大きくなっている。また、攪拌ピンＦ２の最大径（基端の外径）は、後記する凹部２０の幅よりも小さくなっている。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、第二回転ツール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。
【００２７】
なお、第二回転ツール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。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（金属部材１，１）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】
図２の（ｂ）に示すように、第二回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、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。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。第二回転ツール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塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００２９】
次に、第一実施形態に係る接合方法について説明する。図３に示すように、第一実施形態では、金属部材１，１の端部同士を突き合わせて形成された突合せ部Ｊを摩擦攪拌によって接合する。金属部材１は、金属製の板状部材である。金属部材１，１は、同等の形状になっている。また、金属部材１，１は同等の材料で形成されている。金属部材１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。
【００３０】
第一実施形態に係る接合方法では、準備工程と、接合工程を行う。準備工程は、突合せ部Ｊが高くなるように、金属部材１，１を架台ＫＡに固定する工程である。架台ＫＡは、テーブルＫ１と、クランプＫ２，Ｋ２とで構成されている。本実施形態では、テーブルＫ１と金属部材１の裏面１ｃとの間にスペーサー１０を配置する。
【００３１】
準備工程では、金属部材１，１の一端側の端面１ａ，１ａを突き合わせて突合せ部Ｊを形成しつつ、金属部材１，１の一端側をスペーサー１０の上に配置する。そして、本実施形態では、金属部材１，１の他端側をクランプＫ２で固定する。つまり、金属部材１，１の他端側に対して一端側（端面１ａ，１ａ側）が高くなるように金属部材１，１を傾斜させる。これにより、突合せ部Ｊが高くなる状態で金属部材１，１が固定される。金属部材１，１が架台ＫＡに固定されると、端面１ａ，１ａの下端は当接した状態となるが、端面１ａ，１ａの上端はわずかに離間した状態となる。本実施形態に係る「突合せ部」とは、端面１ａ，１ａが突き合わされており、端面１ａ，１ａ間で形成される空間断面がＶ字状を呈する状態も含むものである。
【００３２】
金属部材１，１の傾斜角度は、特に限定されないが、金属部材１，１の材質、各部位の寸法、後記する接合工程の入熱量や接合後の熱収縮等を考慮して、接合後の熱収縮によって金属部材１，１が平坦になるような傾斜角度を適宜設定すればよい。
【００３３】
接合工程は、突合せ部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。接合工程は、本実施形態では第一回転ツールＧを用いる。接合工程では、金属部材１，１の表面１ｂ，１ｂ側から突合せ部Ｊに対して回転した第一回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、突合せ部Ｊに沿って第一回転ツールＧを相対移動させる。
【００３４】
本実施形態では、ショルダ部Ｇ１の下端面を、表面１ｂ，１ｂよりも数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。回転する第一回転ツールＧによって端面１ａ，１ａの金属が摩擦攪拌されて金属部材１，１が接合される。第一回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。金属部材１，１に対する攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態のように、塑性化領域Ｗが突合せ部Ｊの深さ方向全体に形成される程度に設定することが好ましい。接合工程が終了したら、クランプＫ２を解除して金属部材１，１を放置する。
【００３５】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、金属部材１，１に熱収縮が発生することにより、接合後の金属部材１，１を平坦にすることができる。要するに、熱収縮による金属部材１，１の変形は避けられないため、摩擦攪拌接合を行う前に金属部材１，１を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合後の熱収縮を利用することで、接合された金属部材１，１を容易に平坦にすることができる。
【００３６】
また、架台ＫＡと金属部材１，１との間にスペーサー１０を配置することにより、金属部材１，１を傾斜させつつ金属部材１，１同士を突き合わせる作業を容易に行うことができる。また、スペーサー１０の高さを変更するだけで、金属部材１，１の傾斜角度を変更することができる。
【００３７】
なお、第一実施形態では、例えば、突合せ部Ｊに形成された隙間に肉盛溶接を行った後に接合工程を行ってもよい。また、突合せ部Ｊに対して第一回転ツールＧよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて摩擦攪拌を行うか、若しくは溶接によって仮接合を行ってもよい。これにより、接合工程の際の突合せ部Ｊの目開きを防ぐことができる。また、金属部材１，１の肉厚が大きい場合などは、第二回転ツールＦを用いて本接合工程を行ってもよい。また、本実施形態ではスペーサー１０を用いて金属部材１，１を傾斜させたが、突合せ部Ｊが高くなるように金属部材１，１を傾斜させることが可能であれば、スペーサー１０を省略してもよい。
【００３８】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。図４〜６に示すように、第二実施形態では、金属部材１，１の端部同士を突き合わせて形成された部分を摩擦攪拌によって接合する。第二実施形態では、第一実施形態よりも厚さの大きい金属部材１，１を用いるとともに、金属部材１，１の端部の形状が第一実施形態と異なる。
【００３９】
まずは、接合される金属部材１について説明する。金属部材１は、金属製の板状部材である。金属部材１，１は、同等の形状になっている。また、金属部材１，１は同等の材料で形成されている。金属部材１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。
【００４０】
図４の（ａ）に示すように、金属部材１の端面は、外側端面２ａと、内側端面２ｂと、中間面２ｃとで構成されている。外側端面２ａは、金属部材１の下側に形成されている。外側端面２ａは、裏面１ｃに対して垂直になっている。内側端面２ｂは、金属部材１の上側に形成されている。内側端面２ｂは、外側端面２ａに対して対向する金属部材１とは離間する側にセットバックしている。内側端面２ｂは、表面１ｂに対して垂直になっている。
【００４１】
中間面２ｃは、外側端面２ａと内側端面２ｂとに連結されている。中間面２ｃは、外側端面２ａ及び内側端面２ｂに対して垂直になっている。中間面２ｃは、金属部材１の中間あたりの高さ位置に形成されている。
【００４２】
第二実施形態に係る接合方法では、準備工程と、第一接合工程と、挿入工程と、第二接合工程とを行う。図４の（ａ）に示すように、準備工程は、第一突合せ部Ｊ１が高くなるように、金属部材１，１を架台ＫＢに固定する工程である。架台ＫＢは、テーブルＫ１と、クランプＫ２，Ｋ２と、凸部Ｋ３とで構成されている。凸部Ｋ３は、テーブルＫ１に凸設された部位である。凸部Ｋ３は、金属部材１，１を傾斜させることが可能であればどのような形状であってもよい。
【００４３】
準備工程では、金属部材１，１の外側端面２ａ，２ａを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成しつつ、金属部材１，１の一端側を凸部Ｋ３の上に配置する。そして、本実施形態では、金属部材１，１の他端側をクランプＫ２で固定する。つまり、金属部材１，１の他端側に対して一端側（外側端面２ａ，２ａ側）が高くなるように金属部材１，１を傾斜させる。これにより、第一突合せ部Ｊ１が高くなる状態で金属部材１，１が固定される。金属部材１，１が架台ＫＢに固定されると、外側端面２ａ，２ａの下端は当接した状態となるが、外側端面２ａ，２ａの上端はわずかに離間した状態となる。
【００４４】
外側端面２ａ，２ａが突き合わされることにより、金属部材１，１の中央には凹部２０が形成される。凹部２０は、中間面２ｃ，２ｃで構成される底面と、当該底面から立ち上がる内側端面２ｂ，２ｂとで構成されている。底面の中央に第一突合せ部Ｊ１が形成されている。
【００４５】
図４の（ｂ）に示すように、第一接合工程は、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。第一接合工程は、本実施形態では第二回転ツールＦ（特許請求の範囲の「第一突合せ部用回転ツール」に相当）を用いる。第一接合工程では、金属部材１，１の表面１ｂ，１ｂ側から第一突合せ部Ｊ１に対して回転した第二回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入する。そして、第一突合せ部Ｊ１に沿って第二回転ツールＦを相対移動させる。
【００４６】
第一接合工程では、第二回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを金属部材１，１に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端が表面１ｂ，１ｂよりも上に位置する状態で摩擦攪拌を行う。回転する攪拌ピンＦ２によって外側端面２ａ，２ａの金属が摩擦攪拌されて金属部材１，１が接合される。第二回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。金属部材１，１に対する攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態のように、塑性化領域Ｗ１が第一突合せ部Ｊ１の深さ方向全体に形成される程度に設定することが好ましい。なお、第一接合工程が終了したら、塑性化領域Ｗ１の表面（凹部２０の底面）のバリを切削する切削工程を行うことが好ましい。
【００４７】
図５の（ａ）に示すように、挿入工程は、継手部材３０を凹部２０に挿入する工程である。継手部材３０は、凹部２０に配置される部材であって、本実施形態では金属部材１，１と同等の材料で形成されている。継手部材３０は、本実施形態では矩形断面を呈し、凹部２０の延長方向に沿って配設されている。継手部材３０の幅寸法は、凹部２０の下端の幅と略同等になっている。また、継手部材３０の高さは、凹部２０の深さよりもわずかに大きくなっている。図５の（ｂ）に示すように、凹部２０に継手部材３０を挿入すると、継手部材３０の裏面は凹部２０の底面に接触するとともに、上端は金属部材１，１の表面１ｂ，１ｂよりもわずかに突出する。また、内側端面２ｂ，２ｂと継手部材３０の両側面とが突き合わされて第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２が形成される。
【００４８】
第二接合工程は、第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。第二接合工程は、本実施形態では第一回転ツールＧ（特許請求の範囲の「第二突合せ部用回転ツール」に相当）を用いる。本実施形態では、第一回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径は、凹部２０の幅よりも大きくなっている。
【００４９】
第二接合工程では、第一回転ツールＧの回転中心軸を継手部材３０の幅方向の中央に重ねた状態で、継手部材３０に沿って相対移動させる。また、第二接合工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を表面１ｂ，１ｂ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、少なくとも第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２が摩擦攪拌されるように適宜設定すればよいが、本実施形態のように攪拌ピンＧ２の先端が、凹部２０の底面に達するように、つまり、攪拌ピンＧ２の先端が塑性化領域Ｗ１と接触するように設定することが好ましい。
【００５０】
図６の（ａ）に示すように、第二接合工程では、回転する第一回転ツールＧによって内側端面２ｂ，２ｂと継手部材３０とが摩擦攪拌されて金属部材１，１が接合される。第一回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。第二接合工程で形成された塑性化領域Ｗは、第一接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１と重複している。
【００５１】
図６の（ｂ）に示すように、第二接合工程が終了したら、クランプＫ２を解除して金属部材１，１を放置する。
【００５２】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、図６の（ｂ）に示すように、金属部材１，１に熱収縮が発生することにより、接合後の金属部材１，１を平坦にすることができる。要するに、熱収縮による金属部材１，１の変形は避けられないため、摩擦攪拌接合を行う前に金属部材１，１を予め傾斜させておき、摩擦攪拌接合の熱収縮を利用することで、接合された金属部材１，１を容易に平坦にすることができる。
【００５３】
また、架台ＫＢに凸部Ｋ３を設けているため、金属部材１，１を傾斜させつつ金属部材１，１同士を突き合わせる作業を容易に行うことができる。また、凸部Ｋ３の高さを変更することで、金属部材１，１の傾斜角度を変更することができる。
【００５４】
また、第一接合工程及び第二接合工程を行うことで、板厚の大きい金属部材１，１であっても深さ方向の全体を摩擦攪拌することができる。これにより、接合された金属部材１，１の接合強度を高めることができるとともに接合部の水密性及び気密性を高めることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、第二接合工程において、第一回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径を、凹部２０の幅よりも大きく設定した。これにより、第二突合せ部Ｊ２，Ｊ２に対して、単一の第一回転ツールＧを用いて一パスで摩擦攪拌を行うことができるため、接合サイクルを短縮することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、継手部材３０の厚さを凹部２０の深さ寸法よりも大きく設定した。これにより、摩擦攪拌接合の際の金属材料の不足を補うことができる。
【００５７】
また、第一本接合工程後に塑性化領域Ｗの表面に発生したバリを削除する切削工程を行うことで、凹部２０の底面と継手部材３０の裏面との間に隙間がない状態で継手部材３０を配置することができる。これにより、金属部材１，１の接合部の水密性及び気密性を高めることができる。
【００５８】
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。図７は、架台の変形例を示す断面図である。図７に示すように、変形例に係る架台ＫＣは、テーブルＫ１と、クランプ（図示省略）と、テーブルＫ１に設けられた傾斜載置部Ｋ４とで構成されている。
【００５９】
傾斜載置部Ｋ４は、断面山型を呈し、傾斜面Ｋ４ａ，Ｋ４ａを備えている。準備工程では、金属部材１，１の裏面１ｃを傾斜面Ｋ４ａ，Ｋ４ａにそれぞれ面接触させつつ、頂点Ｋ４ｂに突合せ部Ｊが位置するように配置し、クランプで固定する。このように、傾斜載置部Ｋ４を備えた架台ＫＣを用いても準備工程を容易に行うことができる。なお、第一実施形態を行う場合に、架台ＫＢ又は架台ＫＣを用いることもできる。また、第二実施形態と行う場合に、架台ＫＡ又は架台ＫＣを用いることもできる。
【００６０】
また、第二実施形態において、凹部２０の幅が大きい場合は、第一回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行ってもよい。また、第二本接合工程では、本実施形態では、一対の第二突合せ部Ｊ２を同時に摩擦攪拌接合するようにしたが、各第二突合せ部Ｊ２ごとに第一回転ツールＧを相対移動させて二パスで摩擦攪拌接合を行ってもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、金属部材１，１を両方とも同じ角度で傾斜させているが、両者の傾斜角度が異なってもよい。また、傾斜載置部Ｋ４は、傾斜面Ｋ４ａ，Ｋ４ａを備えるようにしたが、これに限定されるものではない。具体的な図示は省略するが、傾斜載置部を水平面と傾斜面Ｋ４ａとで構成してもよい。この場合の準備工程では、一方の金属部材１を水平面に載置するとともに、他方の金属部材１を傾斜面Ｋ４ａに載置する。このようにしても、接合工程、第一接合工程及び第二接合工程において金属部材の他端側に対して一端側が高くなるように傾斜させた状態で摩擦攪拌を行うことができる。
【００６２】
また、金属部材１，１の他端側を架台に固定せずに本接合工程、第一接合工程及び第二接合工程を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１      金属部材
１ａ    端面
２ａ    外側端面
２ｂ    内側端面
２ｃ    中間面
１０    スペーサー
２０    凹部
３０    継手部材
Ｆ      第二回転ツール（第一突合せ部用回転ツール）
Ｆ１    ショルダ部
Ｆ２    攪拌ピン
Ｇ      第一回転ツール（第二突合せ部用回転ツール）
Ｇ１    ショルダ部
Ｇ２    攪拌ピン
Ｊ      突合せ部
Ｊ１    第一突合せ部
Ｊ２    第二突合せ部
ＫＡ    架台
Ｋ１    テーブル
Ｋ２    クランプ
Ｋ３    凸部
Ｋ４    傾斜載置部
【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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