(57)【要約】【課題】厚肉の被接合材同士を隙間なく接合する方法及び構造を提案する。【解決手段】それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成され、前記外側端面同士が突き合わされた一対の厚肉被接合材１，１と、両厚肉被接合材１，１の中間面と内側端面とで形成される凹部に装入された、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板５とを備え、両厚肉被接合材１，１の外側面同士を突き合わせてなる突合せ部と、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面との突合せ部と、がそれぞれ摩擦攪拌接合されて接合線Ｗ１，Ｗ２が形成されているとともに、接続板５と凹部の底面との境界面７が摩擦攪拌されていることを特徴とする厚肉被接合材の接合構造。【選択図】      図４
2004358535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された一対の厚肉被接合材の前記外側端面同士を突き合わせて、該突合せ部を摩擦攪拌接合する第一工程と、
前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板を装入する第二工程と、
前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部をそれぞれ摩擦攪拌接合するとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する第三工程と、
を含んでなることを特徴とする厚肉被接合材の接合方法。
【請求項２】
前記第三工程において、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を摩擦攪拌接合した後に、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する、
ことを特徴とする請求項１に記載の厚肉被接合材の接合方法。
【請求項３】
それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された一対の厚肉被接合材の前記外側端面同士を突き合わせるとともに、前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板を装入する第一工程と、
前記一対の厚肉被接合材の外側端面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、についてそれぞれ摩擦攪拌接合を施すとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する第二工程と、
を含んでなることを特徴とする厚肉被接合材の接合方法。
【請求項４】
前記第二工程において、前記一対の厚肉被接合材の外側端面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、についてそれぞれ摩擦攪拌接合を施した後に、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する、
ことを特徴とする請求項３に記載の厚肉被接合材の接合方法。
【請求項５】
前記接続板と前記凹部の底面との境界面の摩擦攪拌を、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を横断して施す、
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厚肉被接合材の接合方法。
【請求項６】
前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する際に、該接続板の中心部から周縁部に向かって摩擦攪拌用ツールを移動させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の厚肉被接合材の接合方法。
【請求項７】
それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成され、前記外側端面同士が突き合わされた一対の厚肉被接合材と、
前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に装入された、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板と、
を備え、
前記両厚肉被接合材の外側面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、がそれぞれ摩擦攪拌接合されているとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面が摩擦攪拌されている、
ことを特徴とする厚肉被接合材の接合構造。
【請求項８】
前記接続板と前記凹部の底面との境界面の摩擦攪拌が、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を横断して施されている、ことを特徴とする請求項７に記載の厚肉被接合材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚肉の被接合材同士を隙間なく接合する方法及び構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、厚肉の被接合材同士を摩擦攪拌接合する方法が開示されている。その手順としては、まず図２１（Ａ）に示すように、一対の厚肉被接合材１，１の各接合端に、外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとからなる段部２を形成しておく。そして図２１（Ｂ）に示すように、これら一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、この突合せ部３に沿って摩擦攪拌接合用のツール１０を挿入して摩擦攪拌接合を施すことにより、両厚肉被接合材１，１を接合して接合線Ｗ１を形成する。次に図２１（Ｃ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に、この凹部４と同一又は相似の断面形状の接続板５を装入する。最後に図２１（Ｄ）に示すように、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの突合せ部６，６に沿って摩擦攪拌接合用のツール１０を挿入してそれぞれ摩擦攪拌接合を施すことにより、接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。このように、被接合材の厚さ方向に二段に分けて摩擦攪拌接合を施すことにより、既存の接合ツールでは対応できないような厚肉の被接合材を互いに接合することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３３０７３３０号公報（［００１３］−［００１８］，図１−２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法によって接合された接合構造では、図２２に示したように、接続板５の底面と凹部４の底面（各厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂ）とが未接合のままで隙間８が残ってしまうことがある。また、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの突合せ部６を摩擦攪拌接合してなる接合線Ｗ２の内部に、ツールの進行方向に連続するトンネル状空洞欠陥９が残ってしまうことがある。そして、かかる隙間８やトンネル状空洞欠陥９は当該部分の気密性を低下させるので、この接合構造をたとえば半導体製造装置の真空処理容器等に用いた場合にはリークが発生しやすく、容器内を超高真空状態にして長時間保持することができないなどという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、厚肉の被接合材同士を隙間なく接合する厚肉被接合材の接合方法（以下、単に「接合方法」という。）及び厚肉被接合材の接合構造（以下、単に「接合構造」という。）を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る発明は、それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された一対の厚肉被接合材の前記外側端面同士を突き合わせて、該突合せ部を摩擦攪拌接合する第一工程と、前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板を装入する第二工程と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部をそれぞれ摩擦攪拌接合するとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する第三工程と、を含んでなることを特徴とする接合方法である。
また、請求項３に係る発明は、それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成された一対の厚肉被接合材の前記外側端面同士を突き合わせるとともに、前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板を装入する第一工程と、前記一対の厚肉被接合材の外側端面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、についてそれぞれ摩擦攪拌接合を施すとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する第二工程と、を含んでなることを特徴とする接合方法である。
さらに、請求項７に係る発明は、それぞれの接合端に沿って外側端面と中間面と内側端面とを含む段部が形成され、前記外側端面同士が突き合わされた一対の厚肉被接合材と、前記両厚肉被接合材の中間面と内側端面とで形成される凹部に装入された、該凹部と同一又は相似の断面形状の接続板と、を備え、前記両厚肉被接合材の外側面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、がそれぞれ摩擦攪拌接合されているとともに、前記接続板と前記凹部の底面との境界面が摩擦攪拌されている、ことを特徴とする接合構造である。
【０００７】
かかる接合方法ないし接合構造によれば、従来の接合方法ないし接合構造において未接合のまま残されていた、接続板と凹部の底面との境界面が摩擦攪拌により一体化されるので、当該部分の隙間をなくした気密性の高い接合部を形成することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の接合方法の第三工程において、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を摩擦攪拌接合した後に、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する、ことを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の接合方法の第二工程において、前記一対の厚肉被接合材の外側端面同士を突き合わせてなる突合せ部と、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、についてそれぞれ摩擦攪拌接合を施した後に、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する、ことを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法では、接続板と凹部の底面との境界面についての摩擦攪拌の前に、一対の厚肉被接合材の外側端面同士を突き合わせてなる突合せ部と、接続板と各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部と、についての摩擦攪拌接合が完了しているので、摩擦攪拌時の接続板の位置決め・固定が容易である。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、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において、前記接続板と前記凹部の底面との境界面の摩擦攪拌を、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を横断して施す、ことを特徴とする。
また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の接合構造において、前記接続板と前記凹部の底面との境界面の摩擦攪拌が、前記接続板と前記各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を横断して施されている、ことを特徴とする。
【００１１】
かかる接合方法ないし接合構造によれば、接続板と各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を横断して摩擦攪拌が施されるので、摩擦攪拌接合したときにトンネル状空洞欠陥が発生したとしても、このトンネル状空洞欠陥を分断して、気密性をさらに高めることができる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法において、前記接続板と前記凹部の底面との境界面を摩擦攪拌する際に、該接続板の中心部から周縁部に向かって摩擦攪拌用ツールを移動させる、ことを特徴とする。
【００１３】
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌時に接続板の中心部から周縁部に向かって摩擦攪拌用ツールを移動させるので、境界面に残存するエアーを巻き込むことなく接合できる。周縁部から中心部に向かって接合した場合、エアー巻き込みによるトンネル状欠陥が発生する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略するものとする。また、厚肉被接合材として厚肉のアルミニウム板材を用い、且つ摩擦攪拌接合装置の接合能力が厚さ５ｍｍの場合を想定している。
【００１５】
＜第一実施形態＞
図１〜図４は本発明に係る接合方法の第一実施形態の各工程を表す断面図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、接合すべき一対の厚肉被接合材１，１を、それぞれの外側端面２ａ，２ａで面接触させて突合せ部３を形成した上で、図示しない治具で拘束する。各厚肉被接合材１の厚さは５〜１０ｍｍであり、それぞれの接合端に沿って段部２が形成されている。段部２は、外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含んで形成されている。そして、一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａを互いに突き合わせたときに、連続する両中間面２ｂ，２ｂと、対向する一対の内側端面２ｃ，２ｃとで凹部４が形成される。なお、厚肉被接合材１にはアルミニウムの圧延板（ＡＡ５０５２合金、ＡＡ６０６１合金）を切削加工したものか、あるいは、段部２を予め一体に形成したアルミニウム（ＪＩＳ；Ａ６０６３−Ｔ５又はＴ６等）の押出形材が用いられる。
【００１６】
次に、図１（Ｂ）に示すように、突合せ部３上に、摩擦攪拌接合用のツール１０をセットする。このツール１０は、工具鋼からなり、回転円柱体１１と、その底面であって緩く湾曲して凹んだ表面押え部１２の中心から同軸にて垂下する攪拌ピン１３とからなる。この攪拌ピン１３は、厚肉被接合材１の外側端面２ａや内側端面２ｃの高さより若干短く、その周面には、図示しないネジ状の小さな摩擦攪拌翼が形成されている。そして、図１（Ｃ）及び（ｃ）に示すように、回転円柱体１１と攪拌ピン１３の中心軸を各厚肉被接合材１，１の突合せ部３に沿ってやや斜めにした状態で、図示しないモータによりツール１０を回転させつつ突合せ部３に向けて進入させる。ツール１０の回転速度は３００〜５０００ｒｐｍの範囲内において適宜選択される。なお、厚肉被接合材１，１は予め互いに長手方向及び幅方向に移動しないように拘束されている。
【００１７】
次いで、図示のように、ツール１０を各厚肉被接合材１に対し垂直方向に押圧し、表面押え部１２全体が中間面２ｂ，２ｂの表面に達するまで攪拌ピン１３を押し込む。この状態で、ツール１０をその傾斜した向きと反対方向に（図１（ｃ）で左方）に移動させる。この送り速度は、０．０２〜２ｍ／分の範囲内において適宜選択される。このツール１０の回転と移動に伴って、突合せ部３付近のメタルは攪拌ピン１３により加熱され可塑化されると共に、突合せ部３の左右の厚肉被接合材１，１間において水平及び垂直方向に流動化される。
【００１８】
また、流動化されたメタルは、ツール１０の表面押え部１２により垂直方向の流動に対し一定の圧力を与えられると共に、突合せ部３の表面付近から外部に飛散することを阻止される。この結果、図１（Ｄ），（ｄ）に示すように、ツール１０が通過した後において、流動化されたメタルは、流動化状態から固化して断面略半楕円形の接合線Ｗ１となる。この接合線Ｗ１の表面は、表面押え部１２により、その直径の幅相当分が僅かに凹むが、突合せ部３に沿って所要の長さで連続し、且つ表面が平らな接合線Ｗ１となる。
【００１９】
次いで、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、厚肉被接合材１，１の連続する両中間面２ｂ，２ｂと、対向する一対の内側端面２ｃ，２ｃとで形成された凹部４内に、この凹部４と同じ断面を有するアルミニウム製の接続板５を装入し、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間に突合せ部６，６を形成する。そして、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、突合せ部６，６に沿って、前記同様にツール１０を用いて摩擦攪拌接合を順次施す。その結果、図２（Ｅ）に示すように、突合せ部６，６に沿って、接続板５と各厚肉被接合材１，１とを接合する平行な一対の接合線Ｗ２，Ｗ２が形成される。
【００２０】
次に、図３及び図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、摩擦攪拌用のツール２０を接続板５の上方から挿入して、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化しながら、ツール２０を接続板５に沿って移動させる。図５に示すように、摩擦攪拌用のツール２０は工具鋼からなり、回転円柱体２１と、その水平な底面である表面押え部２２の中心から同軸にて垂下する攪拌ピン２３とを備えている。表面押え部２２には、その周縁から攪拌ピン２３の基端部に向かって、底面視で略二周の渦巻状に突出する凸条２４が形成されている。この凸条２４は、図５（Ｂ）中の矢印で示す方向にツール２０が回転したときに、塑性化したメタルを攪拌ピン２３の基端部に向かって強制的に集めるような向きで形成されている。また、攪拌ピン２３の周面には、ネジ状の小さな摩擦攪拌翼２５が形成されている。この摩擦攪拌翼２５は、図５（Ｂ）中の矢印で示す方向にツール２０が回転したときに、塑性化したメタルを下方から上方に向かって（攪拌ピン２３の先端から表面押え部２２に向かって）強制的に集めるような向きで形成されている。
【００２１】
そして、回転円柱体２１と攪拌ピン２３の中心軸を接続板５の表面に垂直な向きであるいはやや傾斜させて、図示しないモータによりツール２０を回転させつつ接続板５に向けて進入させる。ツール２０の回転に伴って、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７付近のメタルは攪拌ピン２３により加熱され可塑化されると共に、当該部分において水平及び垂直方向に流動化され、凹部４の底面付近の厚肉被接合材１，１のメタルと接続板５の底面付近のメタルとが一体化して、境界面７の微細な隙間が塞がれる。そして、接続板５の表面を表面押え部２２で押さえ込みながら、ツール２０を接続板５の表面全面に沿って順次移動させることにより、境界面７の微細な隙間を全て塞ぐことができる。
【００２２】
ここで、ツール２０を、図３及び図４（Ｂ）に示したように、接続板５の中心付近から周縁部に向かって平面視で螺旋模様の連続的な軌跡を描くように移動させれば、境界面に残存するエアーが接合部に巻き込まれることなく接合でき、さらにツール２０を引き抜いたときに不可避的にできる孔を接続板５内に残さないようにすることができる。
もちろん、ツール２０の移動軌跡はこれに限定されるものではなく、たとえば図６（Ａ）に示すように、Ｕターンを繰り返しつつ接合線Ｗ２に平行な向きで移動させるようにしてもよいし、図６（Ｂ）に示すように、Ｕターンを繰り返しつつ接合線Ｗ２に直交する向きで移動させるようにしてもよく、これら以外の移動パターンとしてもよい。連続的にでも不連続的にでもよいが、ツール２０が接続板５の表面全面を満遍なく通過するようにして、境界面７の隙間の接合線Ｗ２方向の連続性を分断することが重要である。
【００２３】
ツール２０による摩擦攪拌が完了すると、図７（Ａ）に示すように、接続板５が、ツール２０が通過した後にできる攪拌部Ｗ３となる。攪拌部Ｗ３は境界面７を含むように形成されるので、凹部４の底面と接続板５のメタルが一体化して、境界面７の微細な隙間が塞がれた接合構造を得ることができる。
なお、図７（Ｂ）に示すように、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの突合せ部６，６（接合線Ｗ２，Ｗ２）を横断するようにツール２０を移動させれば、境界面７の隙間が塞がれるだけでなく、接合線Ｗ２，Ｗ２内のトンネル状空洞欠陥が攪拌部Ｗ３で分断されるので、より気密性の高い接合構造となる。
【００２４】
＜第二実施形態＞
図８は本発明に係る接合方法の第二実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態は基本的に第一実施形態と同様であるが、突合せ部６，６の摩擦攪拌接合と境界面７の摩擦攪拌の順序のみにおいて異なる。
つまり、まず図８（Ａ）に示すように、それぞれの接合端に沿って外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含む段部２が形成された一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図８（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５の上方から摩擦攪拌用のツール２０を挿入し、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化させ、境界面７を含む攪拌部Ｗ３を形成する。
最後に図８（Ｃ）に示すように、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を順次あるいは同時に摩擦攪拌接合する。
【００２５】
このようにして得られる接合構造も、第一実施形態と同様、凹部４の底面と接続板５のメタルが一体化して、境界面７の微細な隙間が塞がれた気密性の高いものとなっている。
なお、第一実施形態と異なり、凹部４の底面と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化させる際には、接続板５が移動しないように強固に拘束しておく必要がある。
【００２６】
＜第三実施形態＞
図９は本発明に係る接合方法の第三実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態は基本的に第二実施形態と同様であるが、境界面７の摩擦攪拌時のツールの挿入方向のみにおいて異なる。
つまり、まず図９（Ａ）に示すように、それぞれの接合端に沿って外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含む段部２が形成された一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図９（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５の下方（接合線Ｗ１側）から摩擦攪拌用のツール２０を挿入し、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化させ、境界面７を含む攪拌部Ｗ３を形成する。
最後に図９（Ｃ）に示すように、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を順次あるいは同時に摩擦攪拌接合する。
【００２７】
＜第四実施形態＞
図１０は本発明に係る接合方法の第四実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態は基本的に第一実施形態と同様であるが、突合せ部６，６の摩擦攪拌接合と境界面７の摩擦攪拌の順序のみにおいて異なる。
つまり、まず図１０（Ａ）に示すように、それぞれの接合端に沿って外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含む段部２が形成された一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図１０（Ｂ），（Ｃ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５の上方から摩擦攪拌用のツール２０を挿入し、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌するとともに、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合する。つまり、突合せ部６，６の摩擦攪拌接合と境界面７の摩擦攪拌とを区別せず、突合せ部６，６を包含するように摩擦攪拌を行うことにより、接続板５と各厚肉被接合材１，１との接合と、境界面７を含む攪拌部Ｗ３の形成を同時並行的に行うのである。したがって、作業工程の簡略化を図ることが可能である。
【００２８】
＜第五実施形態＞
図１１は本発明に係る接合方法の第五実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態は、突合せ部３の接合タイミングのみにおいて上記各実施形態と異なる。
つまり、まず図１１（Ａ）に示すように、それぞれの接合端に沿って外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含む段部が形成された一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成するとともに、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部に該凹部と同一の断面形状の接続板５を装入する。
次に図１１（Ｂ）に示すように、下方から摩擦攪拌接合用のツールを挿入し、突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
続いて図１１（Ｃ）に示すように、上方から摩擦攪拌接合用のツールを挿入し、突合せ部６，６を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。
最後に図１１（Ｄ）に示すように、上方から摩擦攪拌用のツールを挿入し、凹部の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化させ、境界面７を含む攪拌部Ｗ３を形成する。摩擦攪拌用のツールは下から挿入することも可能である。
【００２９】
なお、図１１（Ａ）の後の図１１（Ｂ）〜（Ｄ）の順序は任意に変更可能であり、最終的に接合線Ｗ１，Ｗ２と攪拌部Ｗ３を形成できればよい。
【００３０】
＜第六実施形態＞
図１２は本発明に係る接合方法の第六実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態では、各厚肉被接合材１，１の接合端に沿って上面側に二段の段部２，２’が形成されている。
図１２（Ａ）に示すように、厚肉被接合材１，１は厚さ１０〜１５ｍｍで、それぞれの接合端に沿って二段の段部２，２’が形成されている。段部２は外側端面２ａと第一中間面２ｂと第一内側端面２ｃとで形成され、段部２’は第一内側端面２ｃと第二中間面２ｂ’と第二内側端面２ｃ’とで形成されている。そして、このような一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成する。すると、第一中間面２ｂ，２ｂと第一内側端面２ｃ，２ｃとで幅狭の凹部４が形成され、第二中間面２ｂ’，２ｂ’と第二内側端面２ｃ’，２ｃ’とで幅広の凹部４’が形成される。
続いて図１２（Ｂ）に示すように、凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した上で、上記各実施形態と同様に、突合せ部３，６，６の摩擦攪拌接合による接合線Ｗ１，Ｗ２を形成するとともに、境界面７の摩擦攪拌により攪拌部Ｗ３を形成する。
最後に図１２（Ｃ）に示すように、凹部４’に該凹部４’と同一断面形状の接続板５’を装入した上で、上記各実施形態と同様に、接続板５’と各厚肉被接合材１，１の第二内側端面２ｃ’，２ｃ’との間の突合せ部６’，６’を摩擦攪拌接合するとともに、接続板５’の底面と凹部４’の底面（第二中間面２ｂ’，２ｂ’及び接続板５の上面）との境界面７’を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００３１】
＜第七実施形態＞
図１３は本発明に係る接合方法の第七実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態では、各厚肉被接合材１，１の接合端に沿って形成された段部２が、底広凹溝２ｄを有する。つまり図１３（Ａ）に示すように、段部２は、外側端面２ａと中間面２ｂと底広凹溝２ｄと内側端面２ｃとで形成されている。
そしてまず同図に示すように、これら一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図１３（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃと底広凹溝２ｄ，２ｄとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５をスライド装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合する。接続板５は、底広凹溝２ｄ，２ｄに嵌合する底広凸条５ｄ，５ｄを有している。
最後に図１３（Ｃ）に示すように、接続板５の上方から摩擦攪拌用のツールを挿入し、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ及び底広凹溝２ｄ，２ｄの底面）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００３２】
このように、本発明における境界面７は、一水平面に限定されるわけではなく、二段以上の水平面を有するものであってもよいなど、その態様は任意である。また、図１３（Ａ）〜（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００３３】
＜第八実施形態＞
図１４は本発明に係る接合方法の第八実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態では、接合すべき一対の厚肉被接合材のうちの一方の厚肉被接合材１の厚さが他方の厚肉被接合材１’の厚さよりも大きくなっている。つまり図１４（Ａ）に示すように、一方の厚肉被接合材１の接合端には、外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとからなる段部２が形成されており、他方の厚肉被接合材１’の接合端には、外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃ’とからなる段部２’が形成されているが、内側端面２ｃの高さは内側端面２ｃ’の高さよりも大きい。
そしてまず同図に示すように、これら一対の厚肉被接合材１，１’の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図１４（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１’の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃ’とで形成される凹部４に該凹部４と相似断面形状の接続板５を装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１’の内側端面２ｃ，２ｃ’との間の突合せ部６，６’を摩擦攪拌接合する。接続板５の上面は、凹部４に装入されたときにそれぞれ厚肉被接合材１，１’の上面と同一高さとなるような第一水平面５ａ、第二水平面５ｂと、第一水平面５ａと第二水平面５ｂとをつなぐ斜面５ｃとで形成されている。
最後に図１４（Ｃ）に示すように、接続板５の上方から摩擦攪拌用のツールを挿入し、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００３４】
このように本発明は、一対の厚肉被接合材の厚さが異なる場合にも対応可能である。また、図１４（Ａ）〜（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００３５】
＜第九実施形態＞
図１５は本発明に係る接合方法の第九実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態では、各厚肉被接合材１，１の接合端に沿って上下両側にそれぞれ段部２，２’が形成されている。
図１５（Ａ）に示すように、厚肉被接合材１，１は厚さ１０〜１５ｍｍで、それぞれ接合端に沿って上段の段部２と下段の段部２’が形成されている。上段の段部２は外側端面２ａと第一中間面２ｂと第一内側端面２ｃとで形成され、下段の段部２’は外側端面２ａと第二中間面２ｂ’と第二内側端面２ｃ’とで形成されている。そして、このような一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。
次に図１５（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の第一中間面２ｂ，２ｂと第一内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１の第一内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。また、両厚肉被接合材１，１の第二中間面２ｂ’，２ｂ’と第二内側端面２ｃ’，２ｃ’とで形成される凹部４’に該凹部４’と同一断面形状の接続板５’を装入した後、接続板５’と各厚肉被接合材１，１の第二内側端面２ｃ’，２ｃ’との間の突合せ部６’，６’を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。
最後に図１５（Ｃ）に示すように、接続板５の底面と凹部４の底面（第一中間面２ｂ，２ｂ）との境界面７を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成するとともに、接続板５’の底面（同図では上面）と凹部４の底面（第二中間面２ｂ’，２ｂ’）との境界面７’を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００３６】
このように本発明は、各厚肉被接合材の接合端に沿って上下両側に段部が形成されている場合にも対応可能である。また、図１５（Ｂ），（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００３７】
＜第十実施形態＞
図１６は本発明に係る接合方法の第十実施形態の各工程を表す断面図である。
図１６（Ａ）に示すように、厚肉被接合材１，１は厚さ１０〜１５ｍｍで、接合端に沿って段部２が形成されている。段部２は高さの大きな（５〜１０ｍｍの）外側端面２ａと中間面２ｂと高さの小さな（５ｍｍ以下の）内側端面２ｃとで形成されている。そして、このような一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３に上下両方から摩擦攪拌接合用のツールを装入して摩擦攪拌接合を行い、接合線Ｗ１，Ｗ１を形成する。
次に図１６（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。
最後に図１６（Ｃ）に示すように、接続板５の底面と凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）との境界面７を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００３８】
このように本発明は、各厚肉被接合材の接合端に沿って形成された段部の外側端面の高さが大きい場合にも対応可能である。また、図１６（Ｂ），（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００３９】
＜第十一実施形態＞
図１７は本発明に係る接合方法の第十一実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態では、各厚肉被接合材１，１の接合端に沿って上下両面側にそれぞれ段部２，２’が形成されている。
図１７（Ａ）に示すように、厚肉被接合材１，１は厚さ１５〜２０ｍｍで、それぞれ接合端に沿って上段の段部２と下段の段部２’が形成されている。上段の段部２は外側端面２ａと第一中間面２ｂと第一内側端面２ｃとで形成され、下段の段部２’は外側端面２ａと第二中間面２ｂ’と第二内側端面２ｃ’とで形成されている。外側端面２ａの高さは５〜１０ｍｍである。そして、このような一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３に上下両方から摩擦攪拌接合用のツールを装入して摩擦攪拌接合を行い、接合線Ｗ１，Ｗ１を形成する。
次に図１７（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の第一中間面２ｂ，２ｂと第一内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１の第一内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。また、両厚肉被接合材１，１の第二中間面２ｂ’，２ｂ’と第二内側端面２ｃ’，２ｃ’とで形成される凹部４’に該凹部４’と同一断面形状の接続板５’を装入した後、接続板５’と各厚肉被接合材１，１の第二内側端面２ｃ’，２ｃ’との間の突合せ部６’，６’を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。
最後に図１７（Ｃ）に示すように、接続板５の底面と凹部４の底面（第一中間面２ｂ，２ｂ）との境界面７を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成するとともに、接続板５’の底面（同図では上面）と凹部４の底面（第二中間面２ｂ’，２ｂ’）との境界面７’を摩擦攪拌して攪拌部Ｗ３を形成する。
【００４０】
このように本発明は、各厚肉被接合材の接合端に沿って上下両側に段部が形成され、外側端面の高さが大きい場合にも対応可能である。また、図１７（Ｂ），（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００４１】
＜第十二実施形態＞
図１８は本発明に係る接合方法の第十二実施形態の各工程を表す断面図である。本実施形態は基本的に第一乃至第五の実施形態と同じであるが、各厚肉被接合材が曲面板材である点のみにおいて異なる。
つまり、図１８（Ａ）に示すように、それぞれの接合端に沿って外側端面２ａと中間面２ｂと内側端面２ｃとを含む段部２が形成された一対の厚肉被接合材１，１の外側端面２ａ，２ａ同士を突き合わせて突合せ部３を形成し、該突合せ部３を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ１を形成する。中間面２ｂは曲面となっている。
次に図１８（Ｂ）に示すように、両厚肉被接合材１，１の中間面２ｂ，２ｂと内側端面２ｃ，２ｃとで形成される凹部４に該凹部４と同一断面形状の接続板５を装入した後、接続板５と各厚肉被接合材１，１の内側端面２ｃ，２ｃとの間の突合せ部６，６を摩擦攪拌接合して接合線Ｗ２，Ｗ２を形成する。
最後に図１８（Ｃ）に示すように、凹部４の底面（中間面２ｂ，２ｂ）と接続板５の底面との境界面７を摩擦攪拌して一体化させ、境界面７を含む攪拌部Ｗ３を形成する。
【００４２】
このように本発明は、各厚肉被接合材が曲面板状である場合にも対応可能である。また、図１８（Ａ）〜（Ｃ）の順序は適宜変更可能である。
【００４３】
＜ツールについて＞
以上の各実施形態で用いた摩擦攪拌用のツール２０は、適宜の変更が可能である。たとえば図１９に示した摩擦攪拌用のツール２０’は、回転円柱体２１の底面である表面押え部２２の中心からずれた位置から（偏心して）円柱形の攪拌ピン２３が垂下している。このように攪拌ピン２３が回転円柱体２１に対して偏心していると、回転円柱体２１をその軸まわりに回転させたときに、攪拌ピン２３が自転するとともに回転円柱体２１の軸まわりに公転するので、境界面７の攪拌作用が増大する。攪拌ピン２３の周面には、ネジ状の小さな摩擦攪拌翼２５が形成されているので、この摩擦攪拌翼２５を利用して攪拌ピン２３を回転円柱体２２に固定することができ、攪拌ピンの突出長さも容易に調節可能である。
【００４４】
さらにまた、図２０（Ａ）〜（Ｅ）に示したツールを用いることも可能である。図２０（Ａ）のツール２０Ａは、回転円柱体２１の底面である表面押え部２２の中心からずれた位置から（偏心して）多角形柱体状の攪拌ピン２３が垂下し、表面押え部２２の周縁から攪拌ピン２３の基端部に向かって渦巻状に突出する凸条２４が形成されたものである。図２０（Ｂ）〜（Ｅ）のツール２０Ｂ〜２０Ｅはいずれも、回転円柱体２１の底面である表面押え部２２の中心からずれた位置から（偏心して）略円柱形の攪拌ピン２３が垂下しており、さらに、ツール２０Ｂは攪拌ピン２３の底面に十字形の凸条２６が形成されたもの、ツール２０Ｃは攪拌ピン２３の底面に多数の細かい直方体形状の突起２７，２７，…が格子状に形成されたもの、ツール２０Ｄは攪拌ピン２３の底面に同心円状にリング状の突起２８，２８，…が形成されたもの、ツール２０Ｅは攪拌ピン２３の周面の底面付近に複数の凹溝２９，２９，…が形成されたものである。これらのツールはいずれも境界面７の攪拌作用を増大させたものである。
【００４５】
なお、上記各実施形態では、摩擦攪拌接合用のツール１０と摩擦攪拌用のツール２０を別々のものとしたが、もちろん同一のツールで摩擦攪拌接合と摩擦攪拌の双方を行うようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接続板の底面と凹部の底面との間の隙間や、接続板と各厚肉被接合材の内側端面との突合せ部を摩擦攪拌接合してなる接合線の内部にトンネル状空洞欠陥を残さずに、気密性の高い厚肉被接合材の接合構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第一実施形態の各工程を表す断面図であり、（ｃ）は（Ｃ）のｃ−ｃ断面図、（ｄ）は（Ｄ）のｄ−ｄ断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第一実施形態の各工程を表す断面図である。
【図３】本発明に係る接合方法の第一実施形態の一工程を表す斜視図である。
【図４】（Ａ）は図３のａ−ａ断面図であり、（Ｂ）は図３の平面図である。
【図５】（Ａ）は摩擦攪拌用ツールの側面図、（Ｂ）は（Ａ）の底面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、摩擦攪拌ツールの移動軌跡の別の例を表す平面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、摩擦攪拌ツールの移動完了後の状態を表す断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第二実施形態の各工程を表す断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第三実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第四実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第五実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第六実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第七実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第八実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第九実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第十実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第十一実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明に係る接合方法の第十二実施形態の各工程を表す断面図である。
【図１９】（Ａ）は摩擦攪拌用ツールの別の例を表す斜視図であり、（Ｂ）は同断面図である。
【図２０】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ摩擦攪拌用ツールの別の例を表す斜視図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｄ）は従来の接合方法の各工程を表す断面図である。
【図２２】図２０（Ｄ）の部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
１    …  厚肉被接合材
２    …  段部
２ａ  …  外側端面
２ｂ  …  中間面
２ｃ  …  内側端面
２ｄ  …  底広凹溝
３    …  突合せ部
４    …  凹部
５    …  接続板
５ａ  …  第一水平面
５ｂ  …  第二水平面
５ｃ  …  斜面
５ｄ  …  底広凸条
６    …  突合せ部
７    …  境界面
８    …  隙間
１０    …  （摩擦攪拌接合用の）ツール
１１    …  回転円柱体
１２    …  表面押え部
１３    …  攪拌ピン
２０    …  （摩擦攪拌用の）ツール
２１    …  回転円柱体
２２    …  表面押え部
２３    …  攪拌ピン
２４    …  凸条
２５    …  摩擦攪拌翼
２６    …  凸条
２７    …  突起
２８    …  突起
２９    …  凹溝
Ｗ１，Ｗ２    …  接合線
Ｗ３    …  攪拌部
【図１】
2004358535.tif 000003
【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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