(57)【要約】  摩擦攪拌接合中に金属部材同士の位置がずれること及び金属部材同士が離間することを防ぎ、さらには、金属部材の変形を是正することができる接合方法を提供する。第一金属部材（１）の裏面（１ａ）と第二金属部材（２）の端面とを突き合わせる突合せ工程と、第一金属部材（１）の裏面（１ａ）と第二金属部材（２）の側面（２ａ，２ｂ）とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、第一金属部材（１）の表面（１ｂ）側から回転ツール（Ｇ）の攪拌ピン（Ｇ２）を挿入し、回転ツール（Ｇ）を突合せ部（Ｊ）に沿って移動させて、攪拌ピン（Ｇ２）を第一金属部材（１）のみ、又は、第一金属部材（１）及び第二金属部材（２）の両方に接触させた状態で突合せ部（Ｊ）を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、摩擦攪拌工程では、回転ツール（Ｇ）のショルダ部（Ｇ１）を第一金属部材（１）の表面（１ｂ）に押し込みながら突合せ部（Ｊ）を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
2016181770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の第一金属部材の裏面と板状の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、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一金属部材に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
板状の第一金属部材の裏面と板状の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、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一金属部材に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
板状の第一金属部材の端面と板状の第三金属部材の端面とを突き合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側及び前記第三金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一突合せ部に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを第一突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び第三金属部材の全てに接触させた状態で前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面及び前記第三金属部材の表面に押し込みながら前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
板状の第一金属部材の端面と板状の第三金属部材の端面とを突き合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施す溶接工程と、
前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側及び前記第三金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一突合せ部に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを第一突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び第三金属部材の全てに接触させた状態で前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項５】
前記溶接工程では、前記内隅に1パスで連続して肉盛溶接を施す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】
前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施す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７】
前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行う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８】
前記摩擦攪拌工程では、前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、
前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成す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接合方法。
【請求項９】
板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、
攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、
前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする接合方法。
【請求項１０】
板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、
攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項１１】
攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の接合方法。
【請求項１２】
攪拌ピンを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の接合方法。
【請求項１３】
板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、
一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、
前記本接合工程では、一対の前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材のそれぞれに接触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１４】
前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施すことを特徴とする請求項９、請求項１０及び請求項１３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１５】
前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことを特徴とする請求項９、請求項１０及び請求項１３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１６】
前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする請求項９、請求項１０及び請求項１３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】
特許文献１，２には、金属部材同士を正面視Ｔ字状に突き合わせ、突合せ部を摩擦攪拌接合する技術が開示されている。当該従来技術は、第二金属部材の端部を、第一金属部材の裏面に形成された凹溝に挿入した後、第一金属部材の表面側から回転ツールを挿入して突合せ部を摩擦攪拌接合するというものである。【０００３】
また、特許文献３には、第一金属部材と第二金属部材とを重ね合せて、第一金属部材の表面と第二金属部材の端面とで構成された内隅に溶接を施す接合方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４７２７１号公報
【特許文献２】特許第４０５６５８７号公報
【特許文献３】特開２００２−１４４０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に係る技術では、第二金属部材を第一金属部材の凹溝に挿入する形態であるため、摩擦攪拌接合時に第二金属部材の長手方向に金属部材同士の位置がずれるという問題がある。また、摩擦攪拌接合時に、第一金属部材が第二金属部材に対して浮き上がるように離間すると、接合欠陥の原因になるおそれがある。また、従来技術であると、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって第一金属部材の表面側（回転ツールを挿入する面側）が凹となるように（第一金属部材の先端側が第二金属部材から離間するように）変形するおそれがある。【０００６】
また、特許文献３に係る技術であると、溶接部の強度が低いため、第一金属部材と第二金属部材が分離するおそれがある。【０００７】
このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合中に金属部材同士の位置がずれること及び金属部材同士が離間することを防ぎ、さらには、金属部材の変形を是正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。また、本発明は、接合強度が高い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】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、板状の第一金属部材の裏面と板状の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、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一金属部材に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。【０００９】
かかる接合方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。また、回転ツールのショルダ部を金属部材に押し込んでいるので、バリの発生を少なくすることができる。なお、ショルダ部の押し込み量を小さくすると、塑性化領域の凹溝が浅くなるので、第一金属部材の表面をきれいに仕上げることができる。【００１０】
また、本発明は、板状の第一金属部材の裏面と板状の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、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一金属部材に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。【００１１】
かかる接合方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させているので、塑性化領域の幅を狭くすることができる。塑性化領域の幅を狭くすることができれば、第二金属部材の板厚が小さい場合に有利となる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させることにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置まで摩擦攪拌できるため、第一金属部材の板厚が大きい場合に有利となる。【００１２】
また、本発明は、板状の第一金属部材の端面と板状の第三金属部材の端面とを突き合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側及び前記第三金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一突合せ部に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを第一突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び第三金属部材の全てに接触させた状態で前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程では、前記回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面及び前記第三金属部材の表面に押し込みながら前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。【００１３】
かかる接合方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材及び第三金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。また、回転ツールのショルダ部を金属部材に押し込んでいるので、バリの発生を少なくすることができる。なお、ショルダ部の押し込み量を小さくすることで、塑性化領域の凹溝が浅くなるので、第一金属部材及び第三金属部材の表面をきれいに仕上げることができる。【００１４】
また本発明は、板状の第一金属部材の端面と板状の第三金属部材の端面とを突き合せて第一突合せ部を形成するとともに、前記第一金属部材の裏面及び前記第三金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成された内隅に溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の裏面の反対側となる表面側及び前記第三金属部材の裏面の反対側となる表面側から前記第一突合せ部に回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを第一突合せ部に沿って移動させて、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は、前記第一金属部材、前記第二金属部材及び第三金属部材の全てに接触させた状態で前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含むことを特徴とする。【００１５】
かかる接合方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材及び第三金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させているので、塑性化領域の幅を狭くすることができる。塑性化領域の幅を狭くすることができれば、第二金属部材の板厚が小さい場合に有利となる。また、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置まで摩擦攪拌できるため、第一金属部材及び第三金属部材の板厚が大きい場合に有利となる。【００１６】
また、前記溶接工程では、前記内隅に1パスで連続して肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことが好ましい。溶加材は必要に応じて適宜供給すればよい。かかる接合方法によれば、内隅を確実に接合することができる。【００１７】
また、前記摩擦攪拌工程では、前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成することが好ましい。【００１８】
かかる接合方法によれば、内隅に形成される溶接金属と架台とが接触するのを回避できるため、架台に金属部材を好適に配置することができる。【００１９】
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。【００２０】
かかる方法によれば、重合部に対して溶接と摩擦攪拌接合とを行っているので、重合部の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、ショルダ部を第二金属部材に押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。【００２１】
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする。【００２２】
かかる方法によれば、かかる方法によれば、重合部に対して溶接と摩擦攪拌接合とを行っているので、重合部の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを接触させて第一の本接合工程を行うことにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。【００２３】
また、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。
また、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。【００２４】
かかる方法によれば、第一金属部材の裏面側からも摩擦攪拌を施しているので接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。【００２５】
また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅を溶接するとともに、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅を溶接する溶接工程と、一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、一対の前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材のそれぞれに接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。【００２６】
かかる方法によれば、重合部に対して溶接と摩擦攪拌接合とを行っているので、重合部の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材及び第二金属部材の板厚方向の全体を１パスで接合することができる。【００２７】
また、前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことが好ましい。溶加材は必要に応じて適宜供給すればよい。かかる接合方法によれば、内隅を確実に接合することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合中における金属部材同士の位置ずれや金属部材同士が離間することを防ぐことができる。また、本発明に係る接合方法によれば、金属部材の変形を是正することができる。また、本発明に係る接合方法によれば、接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る接合方法を示す斜視図であり、（ａ）は突合せ工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示す。
【図２】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り、（ａ）は接合前を示し、（ｂ）は接合中を示す。
【図３】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断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る接合方法を示す図であり、（ａ）は溶接工程を示す斜視図であり、（ｂ）は摩擦攪拌工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る接合方法を示す斜視図であり（ａ）は突合せ工程を示し、（ｂ）は溶接工程を示す。
【図６】第四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り、（ａ）は接合前を示し、（ｂ）は接合中を示す。
【図７】第五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り、（ａ）は接合前を示し、（ｂ）は接合中を示す。
【図８】第六実施形態に係る接合方法を示す斜視図であって、（ａ）は溶接工程であり、（ｂ）はタブ材接合工程を示す。
【図９】第六実施形態に係る接合方法の第一の本接合工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１０】第六実施形態に係る接合方法の第二の本接合工程を示す断面図である。
【図１１】第七実施形態に係る接合方法の第一の本接合工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１２】第七実施形態に係る接合方法の第二の本接合工程を示す断面図である。
【図１３】第八実施形態に係る接合方法のボビンツールを示す斜視図である。
【図１４】第八実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［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。図１の（ａ）に示すように、本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とを正面視Ｔ字状に突合せて摩擦攪拌により接合する。
【００３１】
第一金属部材１及び第二金属部材２は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は、異なるように形成してもよいが、本実施形態では同一である。第一金属部材１及び第二金属部材２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。
【００３２】
本実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程は、図１の（ａ）示すように、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の端面２ｃとを突き合わせて突合せ部Ｊを形成する工程である。
【００３３】
溶接工程は、図１の（ｂ）に示すように、各内隅に溶接を施して接合する工程である。溶接工程は、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第一側面２ａとで形成される第一内隅と、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第二側面２ｂとで形成される第二内隅に溶接を施す。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態に係る溶接工程では、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って溶接金属３，３を形成する。溶加材は必要に応じて適宜供給すればよい。溶接工程では、本実施形態のように間をあけずに1パスで連続的に行ってもよいし、一の内隅に対する溶接金属３が間をあけて形成されるように断続的に行ってもよい。溶接工程後は、図１の（ｂ）に示すように、熱収縮により第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように（第一金属部材１の先端側が第二金属部材２に近接するように）反って変形する。なお、溶接工程は、第一内隅及び第二内隅の少なくとも一方に行えばよいが、両方に溶接を行うことでバランス良く接合することができる。
【００３４】
摩擦攪拌工程は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合せ部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図２の（ａ）に示すように、摩擦攪拌工程では、まず、架台４，４に第一金属部材１及び第二金属部材２を配置する。より詳しくは、摩擦攪拌工程では、離間して配置された架台４，４の間に第二金属部材２を挿入して、架台４，４に第一金属部材１の裏面１ａを当接させる。架台４，４は、いずれも直方体を呈する。架台４，４のうち、各内隅に対向する部位に面取り部４ａ，４ａが形成されている。面取り部４ａの形状は、溶接金属３に当接しないように適宜形成すればよく、本実施形態ではＣ面取り形状になっている。
【００３５】
次に、図２の（ｂ）に示すように、第一金属部材１の表面１ｂから回転ツールＦを挿入して、突合せ部Ｊに沿って摩擦攪拌接合を行う。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。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、図示しない摩擦攪拌装置の回転軸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が形成されている。
【００３６】
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の長さは、第一金属部材１の板厚よりも大きくなっている。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、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。
【００３７】
なお、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、第一金属部材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。
【００３８】
図２の（ｂ）に示すように、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、第一金属部材１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、第一金属部材１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突合せ部Ｊをなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。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Ｗが形成される。
【００３９】
回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が突合せ部Ｊに達するように設定することが好ましい。つまり、回転ツールＦ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接合を行うことが好ましい。攪拌ピンＦ２の先端が、突合せ部Ｊに達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１のみに接触させる場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊの周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。
【００４０】
なお、摩擦攪拌工程が終了したら、第一金属部材１の表面１ｂに発生したバリを除去するバリ除去工程を行うことが好ましい。これにより、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。
【００４１】
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材１及び第二金属部材２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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。
【００４２】
また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。
【００４３】
また、本実施形態の架台４，４は、内隅に対向する部位に面取り部４ａ，４ａが形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２を架台４に配置するときに、溶接金属３と架台４とが干渉して第一金属部材１及び第二金属部材２が架台４から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属３，３と架台４とが干渉するのを防ぐことができる。
【００４４】
また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２（又は第一金属部材１のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行っているので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、回転ツールＦは、第一金属部材１の板厚が大きい場合に特に有利である。また、回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２の板厚が薄い場合にも有利である。
【００４５】
［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。図３に示すように、第二実施形態に係る接合方法は、回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程及び溶接工程は、第一実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００４６】
回転ツールＧは、ショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２の外周面には、螺旋溝が刻設されている。摩擦攪拌工程では、回転ツールＧを第一金属部材１の表面１ｂに挿入しつつ突合せ部Ｊに沿って移動させる。また、摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１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、突合せ部Ｊが摩擦攪拌接合可能であれば特に制限されないが、本実施形態のように攪拌ピンＧ２の先端が突合せ部Ｊに達するように設定することが好ましい。つまり、回転ツールＧ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接合を行うことが好ましい。
【００４７】
攪拌ピンＧ２の先端が、突合せ部Ｊに達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＧ２が第一金属部材１のみと接触する場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊの周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。
【００４８】
以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１の表面１ｂに押し込んでいるので塑性流動材がショルダ部Ｇ１で押さえられ、バリを少なくすることができる。また、回転ツールＧの押し込み量を小さくすると、塑性化領域Ｗによって表面１ｂに発生する凹溝を小さくすることができるため、表面処理等が容易になり、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。
【００４９】
［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。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第三実施形態に係る接合方法は、第一金属部材１Ａの厚さ及び回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。第一金属部材１Ａは、第一実施形態と比べて１／３程度の厚さになっている。したがって、溶接工程では、熱収縮によって第一金属部材１Ａの裏面１ａが凹となるように（第一金属部材１Ａの先端側が第二金属部材２に近接するように）第一実施形態と比べて大きく変形する。
【００５０】
摩擦攪拌工程は、第二実施形態に係る摩擦攪拌工程と同一である。つまり、摩擦攪拌工程では、回転ツールＧを第一金属部材１Ａの表面１ｂから挿入して突合せ部Ｊに沿って回転ツールＧを移動させる。
【００５１】
以上説明した第三実施形態に係る接合方法でも、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。特に、本実施形態のように第一金属部材１Ａの板厚が薄く、溶接工程における変形が大きい場合は、第一金属部材１Ａが大きく変形する。このような場合は、回転ツールＧを用いてショルダ部Ｇ１を第一金属部材１Ａに接触させつつ摩擦攪拌接合を行うことで入熱量が大きくなるため、溶接工程で発生した反りを是正することができる。これにより、第一金属部材１Ａに発生した反りを是正して、第一金属部材１Ａを平坦にすることができる。摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の外径、回転ツールＧの送り速度、若しくは、回転ツールＧの回転数等を適宜設定して入熱量をコントロールし、摩擦攪拌工程後に第一金属部材１Ａ（１）が平坦になるようにすることが好ましい。
【００５２】
［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。図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第四実施形態に係る接合方法では、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を正面視Ｔ字状に突き合わせて接合する点で第一実施形態と相違する。
【００５３】
第四実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程では、第一金属部材２１の端面２１ｃと第三金属部材２３の端面２３ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成する。また、突合せ工程では、突合せ部Ｊ１に第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２を形成する。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａ及び第三金属部材２３の裏面２３ａに対して、第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせる。
【００５４】
溶接工程は、図５の（ｂ）に示すように、第一金属部材２１の裏面２１ａと第二金属部材２２の第一側面２２ａとの第一内隅に溶接を施す工程である。また、溶接工程は、第三金属部材２３の裏面２３ａと第二金属部材２２の第二側面２２ｂとの第二内隅に溶接を施す工程である。溶接工程が完了すると、熱収縮により第一金属部材２１及び第三金属部材２３の先端側が第二金属部材２２に近接する方向に沿って凹状に変形する。
【００５５】
摩擦攪拌工程は、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、まず、第一実施形態と同じ要領で架台４，４に溶接金属３，３で接合された第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を配置する。
【００５６】
次に、第一突合せ部Ｊ１に回転する攪拌ピンＧ２を挿入し、第一突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＧを相対移動させる。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。摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材２１の表面２１ｂ及び第三金属部材２３の表面２３ｂ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、攪拌ピンＧ２の先端が第二突合せ部Ｊ２に達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
【００５７】
攪拌ピンＧ２の先端が、第二突合せ部Ｊ２に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＧ２が第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみと接触する場合は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ２の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３とが接合するようにする。
【００５８】
以上説明した第四実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂを平坦にすることができる。
【００５９】
また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。
【００６０】
また、本実施形態の架台４，４は、内隅に対向する部位に面取り部４ａ，４ａが形成されている。第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を架台４，４に配置するときに、溶接金属３と架台４とが干渉して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３が架台４から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属３，３と架台４とが干渉するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材２１及び第三金属部材２３に押し込みながら摩擦攪拌を行うため、塑性流動材をショルダ部Ｇ１で押さえることができ、バリの発生を少なくすることができる。
【００６２】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る接合方法について説明する。図７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第五実施形態に係る接合方法では、回転ツールＧに換えて、回転ツールＦを用いる点で第四実施形態と相違する。
【００６３】
第五実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程及び溶接工程は、第四実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００６４】
摩擦攪拌工程では、第一突合せ部Ｊ１に回転する攪拌ピンＦ２を挿入し、第一突合せ部Ｊ１に沿って回転ツールＦを相対移動させる。回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が第二突合せ部Ｊ２に達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
【００６５】
攪拌ピンＦ２の先端が、第二突合せ部Ｊ２に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＦ２が第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみと接触する場合は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ２の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３とが接合するようにする。
【００６６】
以上説明した第五実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３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、溶接時の溶接熱によって第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂを平坦にすることができる。
【００６７】
また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３（又は第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、回転ツールＦは、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の板厚が大きい場合に特に有利である。また、回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２２の板厚が薄い場合にも有利である。
【００６８】
［第六実施形態］
本発明の第六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。図８の（ａ）に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とを重ね合せて摩擦攪拌により接合する。
【００６９】
第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚は、異なるように形成してもよいが、本実施形態では同一である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２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。
【００７０】
本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、溶接工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、図８の（ａ）示すように、第一金属部材１０１の表面１０１ａと第二金属部材１０２の裏面１０２ｂとを重ね合せて重合部Ｊ３を形成する工程である。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２は架台（図示省略）にクランプを介して移動不能に拘束する。第一金属部材１０１の表面１０１ａと、第二金属部材１０２の端面１０２ｃとで内隅Ｕ１が形成される。第二金属部材１０２の裏面１０２ｂと、第一金属部材１０１の端面１０１ｃとで内隅Ｕ２が形成される。なお、「表面」とは、「裏面」とは反対側の面を意味する。
【００７１】
溶接工程は、図８の（ａ）に示すように、内隅Ｕ１，Ｕ２に対して溶接を行う工程である。溶接の種類は問わないが、本実施形態ではレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。溶加材は必要に応じて適宜供給すればよい。溶接工程では、内隅Ｕ１，Ｕ２の全長に対して、１パスで連続的に肉盛溶接を行う。内隅Ｕ１，Ｕ２には溶接金属Ｍがそれぞれ形成される。
【００７２】
タブ材接合工程は、図８の（ｂ）に示すように、重合部Ｊ３の両側にタブ材Ｔ１，Ｔ２を接合する工程である。タブ材Ｔ１，Ｔ２は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２と同じ材料で形成されており直方体を呈する。タブ材Ｔ１，Ｔ２の高さは、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚方向の和と同等になっている。タブ材接合工程では、タブ材Ｔ１と第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２とで形成される内隅を溶接により接合する。同様に、タブ材Ｔ２と第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２とで形成される内隅を溶接により接合する。タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａと第二金属部材１０２の表面１０２ａとを面一にするとともに、裏面Ｔ１ｂと第一金属部材１０１の裏面１０１ｂとを面一にする。同様に、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａと第二金属部材１０２の表面１０２ａとを面一にするとともに、裏面Ｔ２ｂと第一金属部材１０１の裏面１０１ｂを面一にする。
【００７３】
第一の本接合工程は、図９の（ａ）に示すように、第二金属部材１０２の表面１０２ａ側から重合部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツールＧ（第一回転ツール）を用いて接合する。回転ツールＧは、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２は先端に向けて先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝が形成されている。
【００７４】
第一の本接合工程では、タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａに開始位置Ｓｐ１を設定し、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａに終了位置Ｅｐ１を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Ｓｐ１に回転する回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、重合部Ｊ３に沿うようにして、回転ツールＧを終了位置Ｅｐ１に向けて相対移動させる。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。
【００７５】
図９の（ｂ）に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の下端面を第二金属部材１０２に数ミリ程度押し込みながら摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部Ｊ３に攪拌ピンＧ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
【００７６】
攪拌ピンＧ２が重合部Ｊ３に達しない場合、つまり、攪拌ピンＧ２を第二金属部材１０２のみに接触させる場合は、回転ツールＧと第二金属部材１０２との摩擦熱によって重合部Ｊ３が塑性流動化して接合される。回転ツールＧが終了位置Ｅｐ１に達したら、回転ツールＧをタブ材Ｔ２から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をひっくり返し、架台に再度クランプする。
【００７７】
第二の本接合工程は、図１０に示すように、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ側から重合部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールＧを用いて接合する。第二の本接合工程では、タブ材Ｔ１及びタブ材Ｔ２の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１０１の裏面１０１ｂに数ミリ程度押し込みつつ、重合部Ｊ３に沿って回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌を行う。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。
【００７８】
第二の本接合工程における攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部Ｊ３に攪拌ピンＧ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。より詳しくは、本実施形態では、攪拌ピンＧ２の先端を、塑性化領域Ｗ１に入り込ませるように挿入深さを設定している。塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とは重複している。
【００７９】
攪拌ピンＧ２が重合部Ｊ３に達しない場合、つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１０１のみに接触させる場合は、回転ツールＧと第一金属部材１０１との摩擦熱によって重合部Ｊ３が塑性流動化して接合される。回転ツールＧが終了位置に達したら、回転ツールＧをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とが接合される。
【００８０】
なお、必要に応じて、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ａをきれいに仕上げることができる。
【００８１】
以上説明した第六実施形態に係る接合方法によれば、重合部Ｊ３に対して溶接と摩擦攪拌接合とを両方行うことにより、重合部Ｊ３の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置ずれを防ぐことができる。また、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ａに押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。
【００８２】
［第七実施形態］
次に、本発明の第七実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態では、回転ツールＦ（第二回転ツール）を用いて摩擦攪拌接合する点で、第六実施形態と相違する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、溶接工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、第六実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００８３】
溶接工程では、内隅Ｕ１，Ｕ２に対して溶接を行う工程である。溶接の種類は問わないが、本実施形態ではレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行う。溶接工程では、内隅Ｕ１，Ｕ２の全長に対して、断続的に肉盛溶接を行う。内隅Ｕ１，Ｕ２には、間隔をあけて溶接金属Ｍが形成される。タブ材接合工程は、第六実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００８４】
第一の本接合工程は、図１１の（ａ）に示すように、第二金属部材１０２の表面１０２ａ側から重合部Ｊ３を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツール（ショルダレス回転ツール）Ｆを用いて接合する。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３が形成されている。螺旋溝Ｆ３を設けることで、摩擦攪拌接合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（第一金属部材１０１、第二金属部材１０２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。
【００８５】
第一の本接合工程では、タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａに開始位置Ｓｐ１を設定し、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａに終了位置Ｅｐ１を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Ｓｐ１に右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入する。そして、重合部Ｊ３に沿うようにして、回転ツールＦを終了位置Ｅｐ１に向けて相対移動させる。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。
【００８６】
図１１の（ｂ）に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールＦの連結部Ｆ１は第二金属部材１０２から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部Ｊ３に攪拌ピンＦ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
【００８７】
攪拌ピンＦ２が重合部Ｊ３に達しない場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第二金属部材１０２のみに接触させる場合は、回転ツールＦと第二金属部材１０２との摩擦熱によって重合部Ｊ３が塑性流動化して接合される。回転ツールＦが終了位置Ｅｐ１に達したら、回転ツールＦをタブ材Ｔ２から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２をひっくり返し、架台に再度クランプする。
【００８８】
第二の本接合工程は、図１２に示すように、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ側から重合部Ｊ３を接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌によって接合する。第二の本接合工程では、タブ材Ｔ１及びタブ材Ｔ２の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールＦの連結部Ｆ１は第一金属部材１０１から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。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。
【００８９】
第二の本接合工程における攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部Ｊ３に攪拌ピンＦ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。より詳しくは、攪拌ピンＦ２の先端を塑性化領域Ｗ１に入り込ませるように挿入深さを設定する。塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の先端側は重複する。
【００９０】
攪拌ピンＦ２が重合部Ｊ３に達しない場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１０１のみに接触させる場合は、回転ツールＦと第一金属部材１０１との摩擦熱によって重合部Ｊ３が塑性流動化して接合される。回転ツールＦが終了位置に達したら、回転ツールＦをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とが接合される。
【００９１】
なお、必要に応じて、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ａをきれいに仕上げることができる。また、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ａに形成される凹溝が大きい場合は、肉盛溶接を施して補修する補修工程を行ってもよい。
【００９２】
第七実施形態に係る接合方法によれば、重合部Ｊ３に対して溶接と摩擦攪拌接合とを両方行うことにより、重合部Ｊ３の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールＦを用いて第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行うことにより摩擦抵抗を軽減できるため、摩擦攪拌装置（図示省略）に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚が大きい場合は、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行うと有効である。
【００９３】
また、回転ツールＦによれば、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅を小さくすることができるため、重合部Ｊ３の幅（第一金属部材１０１と第二金属部材１０２の重ね代）を小さくすることができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。
【００９４】
なお、第七実施形態では、回転ツールＦを用いて第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行ったが、回転ツールＧを用いて行ってもよい。この場合は、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の基端側を露出させた状態で第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行えばよい。
【００９５】
［第八実施形態］
次に、本発明の第八実施形態に係る係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、溶接工程と、本接合工程と、を行う。重ね合せ工程及び溶接工程は、第六実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００９６】
本接合工程は、図１３に示すように、ボビン回転ツールＨを用いて重合部Ｊ３に摩擦攪拌接合を行う工程である。ボビン回転ツールＨは、第一ショルダ部Ｈ１と、第二ショルダ部Ｈ２と、攪拌ピンＨ３とで構成されている。第一ショルダ部Ｈ１は、略円柱状を呈する。第一ショルダ部Ｈ１の攪拌ピンＨ３側には、攪拌ピンＨ３に向けて縮径するテーパー部Ｈ１ａが形成されている。テーパー部Ｈ１ａの端部には、端面Ｈ１ｂが形成されている。
【００９７】
第二ショルダ部Ｈ２は、略円柱状を呈する。第二ショルダ部Ｈ２の攪拌ピンＨ３側には、攪拌ピンＨ３に向けて縮径するテーパー部Ｈ２ａが形成されている。テーパー部Ｈ２ａの端部には、端面Ｈ２ｂが形成されている。攪拌ピンＨ３は、第一ショルダ部Ｈ１と第二ショルダ部Ｈ２とを連結する軸状部材である。
【００９８】
本接合工程では、図１４の（ａ）に示すように、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２を移動不能に架台（図示省略）にクランプした後、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の側方にボビン回転ツールＨを位置させる。攪拌ピンＨ３の長手方向の中心が、重合部Ｊ３の延長上に位置するように高さ位置を調整する。そして、図１４の（ｂ）に示すように、ボビン回転ツールＨを回転させつつ、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２に突入させ、重合部Ｊ３に沿って相対移動させる。攪拌ピンＨ３の長さ（第一ショルダ部Ｈ１と第二ショルダ部Ｈ２間距離）は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の板厚の和よりも小さくなっているため、第二金属部材１０２の表面１０２ａに第一ショルダ部Ｈ１（端面Ｈ１ｂ）が押し込まれるとともに、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂに第二ショルダ部Ｈ２（端面Ｈ２ｂ）が押し込まれる。ボビン回転ツールＨの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。以上により、第一金属部材１０１と第二金属部材１０２とが接合される。
【００９９】
なお、必要に応じて、本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂ及び第二金属部材１０２の表面１０２ａをきれいに仕上げることができる。
【０１００】
以上説明した第八実施形態に係る接合方法によれば、溶接工程に加えて重合部Ｊ３に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部Ｊ３の接合強度を高めることができる。また、溶接工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールＨを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の厚さ方向の全体を１パスで接合することができる。また、第二金属部材１０２の表面１０２ａに第一ショルダ部Ｈ１を押し込むとともに、第一金属部材１０１の裏面１０１ｂに第二ショルダ部Ｈ２を押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。
【０１０１】
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。例えば、第六実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールＦを用いて行ってもよい。つまり、図１０を参照するように、第二の本接合工程の回転ツールＧに代えて、回転ツールＦを用いて行ってもよい。この場合、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１０１及び第二金属部材２の両方、又は、第一金属部材１０１のみに接触させて摩擦攪拌を行う。また、この場合、塑性化領域同士を重複させる。
【０１０２】
また、第七実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールＧを用いて行ってもよい。つまり、図１２を参照するように、第二の本接合工程を回転ツールＦに代えて、回転ツールＧを用いて行ってもよい。この場合、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を第一金属部材１０１の裏面１０１ｂに押し込みながら摩擦攪拌を行う。回転ツールＧは、第一金属部材１０１のみ、又は、第一金属部材１０１及び第二金属部材１０２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。また、この場合、塑性化領域同士を重複させる。
【０１０３】
また、第六実施形態及び第七実施形態では、タブ材Ｔ１，Ｔ２を設けたが、省略してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１      第一金属部材
１ａ    裏面
１ｂ    表面
２      第二金属部材
２ａ    裏面
２ｂ    表面
３      溶接金属
４      架台
４ａ    面取り部
１０１  第一金属部材
１０１ａ表面
１０１ｂ裏面
１０２  第二金属部材
１０２ａ表面
１０２ｂ裏面
Ｊ      突合せ部
Ｊ１    第一突合せ部
Ｊ２    第二突合せ部
Ｊ３    重合部
Ｆ      回転ツール
Ｆ２    攪拌ピン
Ｇ      回転ツール
Ｇ１    ショルダ部
Ｇ２    攪拌ピン
Ｈ      ボビン回転ツール
Ｕ１    内隅
Ｕ２    内隅
【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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【国際調査報告】
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