(57)【要約】【課題】本発明は、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌接合を行うとともに金属部材の気密性及び水密性を向上させることが可能な接合方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る接合方法は、被接合金属部材１の表面Ａから摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、被接合金属部材１の裏面Ｂから摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、被接合金属部材１の側面に形成された溝穴に空洞部補修部材Ｕ２及び空洞部補修部材Ｕ３を挿入する補修部材挿入工程と、突合部に対して被接合金属部材１の側面から摩擦攪拌を行なう側面本接合工程と、を含み、側面本接合工程は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間の未塑性化領域を摩擦攪拌するとともに、空洞部補修部材Ｕ２，Ｕ３と表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２との突合部を摩擦攪拌することを特徴とする。【選択図】図１
2009160638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、
一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から摩擦攪拌を行なう側面本接合工程と、を含み、
前記側面本接合工程は、
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域を摩擦攪拌するとともに、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部を摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記空洞部補修部材挿入工程は、
前記被接合金属部材の側面において、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切削して溝穴を形成する溝穴形成工程を含み、前記溝穴に前記空洞部補修部材を挿入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】
一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、
一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に溶接金属を充填する溶接金属充填工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から摩擦攪拌を行なう側面本接合工程と、を含み、
前記側面本接合工程は、
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域を摩擦攪拌するとともに、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記溶接金属との界面を摩擦攪拌することを特徴とする接合方法。
【請求項４】
前記溶接金属充填工程は、
前記被接合金属部材の側面において、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切削して溝穴を形成する溝穴形成工程を含み、前記溝穴に前記溶接金属を充填することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、
一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、
前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域と前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に凹部補修部材を挿入する凹部補修部材挿入工程と、
前記凹部補修部材と一方の前記金属部材との突合部及び前記凹部補修部材と他方の前記金属部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う側面本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項６】
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切除して溝穴を形成する溝穴形成工程と、
前記溝穴に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、を含み、
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部に対して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】
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切除して溝穴を形成する溝穴形成工程と、
前記溝穴に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、を含み、
前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部の全面に亘って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８】
前記側面本接合工程は、回転ツールを一筆書きの要領で移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項９】
前記側面本接合工程で用いる回転ツールは、
前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程で用いる回転ツールよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第一本接合工程、前記第二本接合工程及び側面本接合工程の少なくとも一の工程を行なう前に、前記突合部を仮接合する仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１１】
前記突合部の両側に一対のタブ材を配置し、前記タブ材と前記被接合金属部材との突合部を仮接合するタブ材仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１２】
前記第一本接合工程、前記第二本接合工程及び前記側面本接合工程で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項１１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、摩擦攪拌を利用した金属部材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。摩擦攪拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合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。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ここで図１１及び図１２は、一対の金属部材に摩擦攪拌接合を施した従来の接合方法を示した斜視図である。図１１に示すように、接合すべき金属部材１０１，１０１の肉厚が図示しない回転ツールの撹拌ピンの長さよりも大きい場合には、金属部材１０１の表面１０２側から摩擦攪拌接合を行った後に、裏面１０３側からも摩擦攪拌接合を行う場合がある。
即ち、従来の接合方法は、金属部材１０１，１０１の突合部１０４（二点鎖線）に沿って表面１０２及び裏面１０３の両側から摩擦攪拌接合を行い、摩擦攪拌接合によって形成された塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分が接触するように接合するものである。これにより、突合部１０４においては、隙間なく接合することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１１に示す従来例においては、塑性化領域１０５，１０６において、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する空洞欠陥１０９が生じる可能性があった。かかるトンネル状空洞欠陥１０９は、金属部材１０１，１１１の側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性を低下させる一因となっていた。
【０００６】
一方、図１２に示すように、接合すべき金属部材１１１，１１１の肉厚が大きい場合、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行っても突合部１０４（二点鎖線）の中央部に未塑性化領域が生じてしまう可能性がある。即ち、図示しない回転ツールの撹拌ピンの長さに対して、金属部材１１１の肉厚が非常に大きい場合、金属部材１１１の表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌を行ったとしても、塑性化領域１０５，１０６の厚さ方向の中央部分を接触させることができないため、突合部１０４の中央部に隙間（未塑性化領域１１９）が生じてしまう。このように、一方の側面１０７から他方の側面１０８に連続する未塑性化領域１１９が生じてしまうと、側面１０７及び側面１０８間における水密性及び気密性がさらに低下するという問題があった。
【０００７】
ここで、金属部材１１１の厚みに応じて回転ツールの撹拌ピンの長さを大きくすれば、表面１０２及び裏面１０３から摩擦攪拌接合を行うことで金属部材１１１同士を隙間なく接合することは可能である。しかし、回転ツールは、金属部材１１１内に撹拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、撹拌ピンの長さを大きくすると、摩擦攪拌装置の駆動手段及び撹拌ピンに作用する負荷が増大し、装置の短寿命化を招来するという問題があった。
【０００８】
このような観点から、本発明は、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌接合を行うとともに金属部材の気密性及び水密性を向上させることが可能な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】
【０００９】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から摩擦攪拌を行なう側面本接合工程と、を含み、前記側面本接合工程は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域を摩擦攪拌するとともに、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部を摩擦攪拌することを特徴とする。
【００１０】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に形成された空洞欠陥に空洞部補修部材を挿入して当該空洞欠陥を塞ぐとともに、側面本接合工程で、空洞部補修部材と表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域との突合部を摩擦攪拌するため、被接合金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係る前記空洞部補修部材挿入工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切削して溝穴を形成する溝穴形成工程を含み、前記溝穴に前記空洞部補修部材を挿入することが好ましい。かかる接合方法によれば、空洞部補修部材を好適に挿入することができる。
【００１２】
また、本発明は、一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域及び前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に溶接金属を充填する溶接金属充填工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から摩擦攪拌を行なう側面本接合工程と、を含み、前記側面本接合工程は、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域を摩擦攪拌するとともに、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記溶接金属との界面を摩擦攪拌することを特徴とする。
【００１３】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に形成された空洞欠陥に溶接金属を充填して当該空洞欠陥を塞ぐとともに、側面本接合工程で、前記溶接金属と表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域との界面を摩擦攪拌するため、被接合金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係る前記溶接金属充填工程は、前記被接合金属部材の側面において、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切削して溝穴を形成する溝穴形成工程を含み、前記溝穴に前記溶接金属を充填することが好ましい。かかる接合方法によれば、溶接金属充填工程を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明は、一対の金属部材同士を突き合わせてなる被接合金属部材に対して摩擦攪拌を行なう接合方法であって、一対の前記金属部材の突合部に対して前記被接合金属部材の表面から摩擦攪拌を行なう第一本接合工程と、前記突合部に対して前記被接合金属部材の裏面から摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、前記被接合金属部材の側面において、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域と前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域の間の未塑性化領域に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に凹部補修部材を挿入する凹部補修部材挿入工程と、前記凹部補修部材と一方の前記金属部材との突合部及び前記凹部補修部材と他方の前記金属部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う側面本接合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に現れる未塑性化領域に形成された凹部に凹部補修部材を挿入して、当該凹部補修部材と被接合金属部材との突合部を摩擦攪拌することにより、被接合金属部材の水密性及び気密性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切除して溝穴を形成する溝穴形成工程と、前記溝穴に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、を含み、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。
【００１８】
かかる接合方法によれば、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に対して空洞部補修部材を挿入して当該空洞欠陥を塞ぐとともに、空洞部補修部材と前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域との突合部を摩擦攪拌するため、被接合金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。
【００１９】
また、本発明に係る前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥の周囲を切除して溝穴を形成する溝穴形成工程と、前記溝穴に空洞部補修部材を挿入する空洞部補修部材挿入工程と、を含み、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方と、前記空洞部補修部材との突合部の全面に亘って摩擦攪拌を行うことが好ましい。
【００２０】
かかる接合方法によれば、前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域の少なくともいずれか一方に形成された空洞欠陥に対して空洞部補修部材を挿入して当該空洞欠陥を塞ぐとともに、前記空洞部補修部材と前記表面側塑性化領域及び前記裏面側塑性化領域との突合部の全面を摩擦攪拌するため、被接合金属部材の気密性及び水密性をより高めることができる。
【００２１】
また、本発明に係る前記側面本接合工程は、回転ツールを一筆書きの要領で移動させることが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の作業性を高めることができる。
【００２２】
また、本発明は、前記側面本接合工程で用いる回転ツールは、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程で用いる回転ツールよりも小さいことが好ましい。かかる接合方法によれば、小さい回転ツールは比較的小回りがきくため、回転ツールの操作性を高めることができる。
【００２３】
また、本発明は、前記第一本接合工程、前記第二本接合工程及び側面本接合工程の少なくとも一の工程を行なう前に、前記突合部を仮接合する仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌を行う際の金属部材同士の目開きを防止することができる。
【００２４】
また、本発明は、前記突合部の両側に一対のタブ材を配置し、前記タブ材と前記被接合金属部材との突合部を仮接合するタブ材仮接合工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、摩擦攪拌をする際のタブ材と被接合金属部材との目開きを防止することができる。
【００２５】
また、本発明は、前記第一本接合工程、前記第二本接合工程及び側面本接合工程で用いる回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成することが好ましい。かかる接合方法によれば、回転ツールを押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。これにより、摩擦攪拌接合の精度を高めるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の突合部を金属部材の表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行うとともに金属部材の気密性や水密性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
[第一実施形態]
第一実施形態に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合わせてなる被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂを摩擦攪拌により接合するとともに、被接合金属部材１の両側面に関しては、補修部材Ｕ１〜Ｕ３を挿入した後、当該補修部材Ｕ１〜Ｕ３に沿って摩擦攪拌により接合することを特徴とする。
まず、本実施形態に係る接合方法の被接合金属部材１を詳細に説明するとともに、この被接合金属部材１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。
【００２８】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、断面視矩形の第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂからなり、それぞれの端面を突き合わせることで突合部Ｊ１が形成されている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、本実施形態では、同一組成の金属材料であって、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、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。
なお、図１に示すように、被接合金属部材１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。また、本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００２９】
第一タブ材２および第二タブ材３は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであって、それぞれ被接合金属部材１に添設され、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂの継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２及び第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材２及び第二タブ材３の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部Ｊ１における被接合金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。
【００３０】
次に、図３を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００３１】
図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材１よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一本接合工程で用いる大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。
【００３２】
ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００３３】
撹拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。撹拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ２が大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ３が撹拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。撹拌ピンＦ２の長さＬ２は、大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬ１（図３の（ｂ）参照）よりも小さくすることが望ましい。
【００３４】
図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材１よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００３５】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。撹拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。
【００３６】
以下、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）突合工程、（２）第一仮接合工程、（３）第一本接合工程、（４）第二仮接合工程、（５）第二本接合工程、（６）補修部材挿入工程、（７）第一側面本接合工程、（８）第二側面本接合工程、を含むものである。
【００３７】
（１）突合工程
図２及び図３を参照して突合工程を説明する。突合工程は、被接合金属部材１を形成し、被接合金属部材１の摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程である。突合工程は、本実施形態では、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂを突き合せる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程と、第一タブ材２と第二タブ材３を溶接により被接合金属部材１に仮接合する仮溶接工程と、を具備している。
【００３８】
突合工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａに第二金属部材１ｂの端面１１ｂを密着させる。また、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂを面一にし、さらに、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂを面一にする。また、同様に、第一金属部材１ａの第一側面１４ａと第二金属部材１ｂの第一側面１４ｂを面一にし、第一金属部材１ａの第二側面１５ａと第二金属部材１ｂの第二側面１５ｂを面一にする。
【００３９】
タブ材配置工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１の第二側面Ｄ側に第一タブ材２を配置して、その当接面２１を第二側面Ｄに当接させる。さらに、突合部Ｊ１の第一側面Ｃに第二タブ材３を配置して、その当接面３１を第一側面Ｃに当接させる。このとき、図２の（ａ）に示すように、第一タブ材２の表面と第二タブ材３の表面を被接合金属部材１の表面Ａと面一にするとともに、第一タブ材２の裏面と第二タブ材３の裏面を被接合金属部材１の裏面Ｂと面一にする。
【００４０】
仮溶接工程では、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ｂを溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する。さらに、被接合金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ｂを溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する。
なお、入隅部２ａ，２ｂ及び３ａ，３ｂの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。また、突合工程において、仮溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行してもよい。
【００４１】
（２）第一仮接合工程
第一仮接合工程は、第一本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、表面Ａ側において、被接合金属部材１と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材仮接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材仮接合工程と、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程とを含んでいる。
【００４２】
第一仮接合工程では、図４に示すように、一の小型回転ツールＦを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、突合部Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、摩擦攪拌の開始位置ＳＰ１に挿入した小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置ＥＰ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置ＳＰ１を設け、第二タブ材３に終了位置ＥＰ１を設けているが、開始位置ＳＰ１と終了位置ＥＰ１の位置を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。このように、小型回転ツールＦ及び大型回転ツールＧの回転方向を統一することで、作業手間を省略することができる。
【００４３】
本実施形態の第一仮接合工程における摩擦攪拌の手順を図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
まず、仮溶接工程を行った被接合金属部材１を図示しない摩擦攪拌装置の架台に固定する。そして、第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰ１の直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて撹拌ピンＦ２を開始位置ＳＰ１に押し付ける。小型回転ツールＦの回転速度は、撹拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。
【００４４】
撹拌ピンＦ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、小型回転ツールＦを回転させつつ第一タブ材仮接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００４５】
小型回転ツールＦを移動させる際には、ショルダ部Ｆ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、小型回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。小型回転ツールＦを移動させると、その撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピンＦ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化する。
【００４６】
小型回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材仮接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材仮接合工程に移行する。
【００４７】
第一タブ材仮接合工程では、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材仮接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４８】
なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第一タブ材仮接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００４９】
ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、小型回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように第一タブ材仮接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、小型回転ツールＦを右回転させた場合の終点ｅ２の位置に始点を設け、小型回転ツールＦを右回転させた場合の始点ｓ２の位置に終点を設ければよい。
【００５０】
なお、小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ２に入り込むと、被接合金属部材１と第一タブ材２を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａ，２ｂ（図２参照）を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第一タブ材２との間に目開きが発生することがない。
【００５１】
小型回転ツールＦが第二タブ材仮接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。即ち、第一タブ材仮接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ１で小型回転ツールＦを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第一タブ材仮接合工程の終点ｅ２での小型回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での小型回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることが可能となる。
【００５２】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１（図４参照）に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００５３】
小型回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、終点ｅ１で摩擦攪拌を終了させずに第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま第二タブ材仮接合工程に移行する。即ち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３まで小型回転ツールＦを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ３で小型回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材仮接合工程に移行する。
【００５４】
本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材３に設定し、小型回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。
【００５５】
第二タブ材仮接合工程では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、被接合金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００５６】
なお、小型回転ツールＦを右回転させているので、小型回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材仮接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。
【００５７】
また、小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａ，３ｂ（図２参照）を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。
【００５８】
小型回転ツールＦが第二タブ材仮接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置ＥＰ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる継ぎ目（境界線）の延長線上に終了位置ＥＰ１を設けている。ちなみに、終了位置ＥＰ１は、後記する第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１でもある。
【００５９】
小型回転ツールＦが終了位置ＥＰ１に達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＦ２を終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００６０】
以上、第一タブ材仮接合工程、仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程について説明したが、各接合工程における軌跡はあくまで例示であって、他の形態であってもよい。また、第一タブ材仮接合工程及び第二タブ材仮接合工程を省略して、仮接合工程のみ行ってもよい。
【００６１】
下穴形成工程では、図３の（ｂ）に示すように、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。第一仮接合工程に係る下穴形成工程においては、第二タブ材３の表面３２に設定されたＳＭ１に下穴Ｐ１を形成する。
【００６２】
下穴Ｐ１は、大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、本実施形態では、小型回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を離脱させたときに形成される抜き穴Ｈ１を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴Ｈ１を利用すれば、下穴Ｐ１の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第二タブ材３に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第一タブ材２に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。
【００６３】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦攪拌を行う。
【００６４】
第一本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置ＳＭ１に形成した下穴Ｐ１に大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置ＥＭ１まで移動させる。即ち、第一本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置ＥＭ１まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００６５】
なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設け、第一タブ材２に終了位置ＥＭ１を設けているが、開始位置ＳＭ１と終了位置ＥＭ１の位置を限定する趣旨ではない。
【００６６】
図５の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一本接合工程をより詳細に説明する。
撹拌ピンＧ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ３を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。大型回転ツールＧを移動させると、その撹拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域（以下、「表面側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。
【００６７】
大型回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、撹拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。
【００６８】
被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ間に冷却水が入り込むと、接合面（端面１１ａ，１１ｂ、図２の（ｂ）参照）に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、仮接合工程を実行して被接合金属部材１間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１間に冷却水が入り込み難く、接合部の品質を劣化させる虞がない。
【００６９】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１では、被接合金属部材１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置ＥＭ１に向けて相対移動させる。
【００７０】
なお、本実施形態では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる被接合金属部材１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を設定しているので、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートが一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、大型回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、大型回転ツールＧの磨耗量を低減することが可能となる。
【００７１】
大型回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、大型回転ツールＧを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。
【００７２】
大型回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる際の大型回転ツールＧの回転速度（離脱時の回転速度）は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、撹拌ピンＧ２の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置ＥＭ１における撹拌ピンＧ２の離脱作業を迅速に行うことが可能となる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、第一本接合工程の前に、第一仮接合工程を行ったが、第一仮接合工程を省略して、突合工程の直後に第一本接合工程を行ってもよい。
【００７４】
（４）第二仮接合工程
第二仮接合工程では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の裏面Ｂから小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２に対して仮接合を行う。第二仮接合工程は、第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材１の表裏を逆にして、摩擦攪拌装置に固定する。第二仮接合工程では、第二タブ材３に設定した開始位置ＳＰ２から第一タブ材２に設定した終了位置ＥＰ２まで連続して摩擦攪拌を行う。第二仮接合工程は、裏面Ｂに対する仮接合である点を除いては、第一仮接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。なお、第二仮接合工程は、省略してもよい。
【００７５】
（５）第二本接合工程
第二本接合工程では、図７に示すように、被接合金属部材１の裏面Ｂから大型回転ツールＧを用いて突合部Ｊ１に対して本格的に摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、第一タブ材２に設定されたＳＭ２から第二タブ材３に設定されたＥＭ２まで連続して摩擦攪拌を行う。第二本接合工程によって、被接合金属部材１の裏面Ｂには、突合部Ｊ１に沿って裏面側塑性化領域Ｗ２が形成されている。なお、第二本接合工程は、裏面Ｂに対する摩擦攪拌である点を除いては、第一本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
図８は、第二本接合工程を行なった後において、表面Ａを上方に向けた状態を示した斜視図である。図８に示すように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂにそれぞれ形成された表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２には、第一側面Ｃから第二側面Ｄに連続してトンネル状の空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が形成される可能性がある。前記したように、回転ツールを右回転させた場合は、進行方向左側に当該欠陥が形成される可能性があるため、本実施形態においては、第二金属部材１ｂにトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が形成されている。また、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄには、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の間に未塑性化領域ｊ，ｊがそれぞれ形成されている。なお、第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１から一対のタブ材を切除する。
【００７７】
（６）補修部材挿入工程
補修部材挿入工程は、図９に示すように、被接合金属部材１の側面に対して各補修部材を挿入する工程である。補修部材挿入工程は、本実施形態においては、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２に対して溝穴Ｋ２，Ｋ３を形成する溝穴形成工程と、未塑性化領域ｊに対して凹部Ｋ１を形成する凹部形成工程と、溝穴Ｋ２，Ｋ３及び凹部Ｋ１に各補修部材を挿入する補修部材挿入工程と、を含む。
【００７８】
溝穴形成工程では、図９に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ（図示省略）に現れるトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２の周囲を、公知のエンドミル等で切削して所定の深さで溝穴Ｋ２，Ｋ３を形成する。溝穴Ｋ２，Ｋ３は、本実施形態においては略同等の大きさからなる。溝穴Ｋ２，Ｋ３は、円柱状に形成されているが、その形状が限定されるものではない。
なお、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れていない（露出していない）場合であっても、空洞欠陥が内在している場合があるため、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに係る表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２の第二金属部材１ｂ側の適所に溝穴Ｋ２，Ｋ３を形成してもよい。
【００７９】
凹部形成工程は、図８及び図９に示すように、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに現れる未塑性化領域ｊの周囲を公知のエンドミル等で切削して凹部Ｋ１を形成する工程である。凹部Ｋ１は、本実施形態においては、平面視長円状を呈し、所定の深さで形成されている。凹部Ｋ１の形状については限定されるものではないが、未塑性化領域ｊの全長に連続して形成されるとともに、凹部Ｋ１と表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２とが重複するように形成することが好ましい。なお、本実施形態においては、凹部Ｋ１の深さと、溝穴Ｋ２，Ｋ３の深さは同等に形成している。
なお、図９の（ｂ）に示すように、突合部Ｊ１からトンネル状空洞欠陥Ｒ１の中心までの距離と、突合部Ｊ１から凹部Ｋ１の一辺である長辺Ｋ１ａまでの距離は略同等となるように形成するのが好ましい。これにより、後記する側面本接合工程において、摩擦攪拌のルートを一直線上に形成することができる。
【００８０】
補修部材挿入工程では、図９に示すように、溝穴Ｋ２，Ｋ３に第一空洞部補修部材Ｕ２、第二空洞部補修部材Ｕ３を挿入するとともに、凹部Ｋ１に凹部補修部材Ｕ１を挿入する。第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３は、被接合金属部材１と同等の組成からなり、溝穴Ｋ２，Ｋ３の形状と略同等の形状に形成されている。これにより、第一空洞部補修部材Ｕ２、第二空洞部補修部材Ｕ３は、溝穴Ｋ２，Ｋ３にほぼ隙間なく配置される。
また、凹部補修部材Ｕ１は、被接合金属部材１と同等の組成からなり、凹部Ｋ１の形状と略同等に形成されている。これにより、凹部補修部材Ｕ１は、凹部Ｋ１にほぼ隙間なく配置される。
【００８１】
なお、凹部補修部材Ｕ１、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３は、その表面と第一側面Ｃとが面一になるように形成しているが、これに限定されずに、各部材の厚みを大きくして、各部材が第一側面Ｃから突出するように形成してもよい。また、説明においては、第一側面Ｃを例にしたが、第二側面Ｄにおいても同様に溝穴形成工程、凹部形成工程及び補修部材挿入工程を行う。
【００８２】
（７）第一側面本接合工程
第一側面本接合工程では、図１０に示すように、第一側面Ｃに対して小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。第一側面本接合工程は、被接合金属部材１に一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、第二空洞部補修部材Ｕ３に対して摩擦攪拌を行う第二空洞部補修部材摩擦攪拌工程と、凹部補修部材Ｕ１と被接合金属部材１との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う凹部補修部材摩擦攪拌工程と、第一空洞部補修部材Ｕ２に対して摩擦攪拌を行う第一空洞部補修部材摩擦攪拌工程と、を含む。
【００８３】
タブ材配置工程では、被接合金属部材１の裏面Ｂに第一タブ材４を配置し、表面Ａに第二タブ材５を配置する。第一タブ材４及び第二タブ材５の両端面は、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ（図示省略）と面一に形成されている。また、被接合金属部材１と第一タブ材４及び第二タブ材５とを溶接により仮接合する。
【００８４】
第二空洞部補修部材摩擦攪拌工程は、図１０の（ａ）に示すように、第二空洞部補修部材Ｕ３に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態においては、第一タブ材４に設定された開始位置ＳＭ３に小型回転ツールＦを挿入し、撹拌ピンＦ２の全体が第一タブ材４に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第一タブ材４の表面に接触したら、被接合金属部材１側に向けて相対移動させ、さらに、突合部Ｊ４を横切らせて第二空洞部補修部材Ｕ３上を移動させる。
ここで、図１０の（ｂ）に示すように、第一側面本接合工程で形成される第一側面側塑性化領域Ｗ３は、第二空洞部補修部材Ｕ３が第一側面側塑性化領域Ｗ３の内部に全て含まれるように形成されるのが好ましい。これにより、第二空洞部補修部材Ｕ３と溝穴Ｋ３の底面及び側面との突合部（突き合わせ面）が全て摩擦攪拌され、トンネル状空洞欠陥Ｒ２を確実に密閉することができる。
【００８５】
小型回転ツールＦが、第二空洞部補修部材Ｕ３を通過したら、そのまま凹部補修部材摩擦攪拌工程に移行する。凹部補修部材摩擦攪拌工程は、凹部補修部材Ｕ１の外周に沿って連続的に摩擦攪拌を行う。即ち、第二金属部材１ｂと凹部補修部材Ｕ１との突合部Ｊ２ａ、第一金属部材１ａと凹部補修部材Ｕ１との突合部Ｊ２ｂに沿って小型回転ツールＦを相対移動させて摩擦攪拌を行う。第一側面側塑性化領域Ｗ３の深さは、凹部Ｋ１の深さよりも大きく形成しているため、突合部Ｊ２の深さ方向の全長を摩擦攪拌することができる。
【００８６】
図１０の（ｃ）に示すように、小型回転ツールＦを凹部補修部材Ｕ１の外周に沿って一周させて、突合部Ｊ２ａ及び突合部Ｊ２ｂに対する摩擦攪拌を終えたら、小型回転ツールＦを離脱させずに、そのまま再度突合部Ｊ２ａに沿って摩擦攪拌を行い、第一空洞部補修部材Ｕ２上を移動させて第一空洞部補修部材摩擦攪拌工程に移行する。具体的な図示はしないが、第一側面本接合工程で形成される第一側面側塑性化領域Ｗ３は、第一空洞部補修部材Ｕ２が全て含むように形成されるのが好ましい。即ち、第一空洞部補修部材Ｕ２と溝穴Ｋ２の底面及び側面との突合部が摩擦攪拌されることが好ましい。これにより、トンネル状空洞欠陥Ｒ２の端部を確実に密閉することができる。
そして、小型回転ツールＦが第一空洞部補修部材Ｕ２上を通過したら、そのまま突合部Ｊ５を横切って第二タブ材５に設定された終了位置ＥＭ３で小型回転ツールＦを離脱させる。
【００８７】
なお、本実施形態においては、凹部補修部材Ｕ１の外周のみに摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではなく、凹部補修部材Ｕ１の全面に摩擦攪拌を行ってもよい。この際、凹部Ｋ１の底面と凹部補修部材Ｕ１との突合部が全て摩擦攪拌されることが好ましい。これにより、水密性及び気密性をより高めることができる。
【００８８】
また、第一空洞部補修部材摩擦攪拌工程、第二空洞部補修部材摩擦攪拌工程では、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３の直径を、第一側面側塑性化領域Ｗ３の幅（小型回転ツールＦのショルダ部Ｆ１の外径Ｘ１と略同等）よりも小さく形成したため、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３上を小型回転ツールＦで通過させて摩擦攪拌を行った。しかし、回転ツールのショルダの外径よりも、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３の直径が大きい場合には、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３の外周に沿って回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行ってもよい。また、このような場合には、回転ツールを往復させるなどして第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３の全面に亘って摩擦攪拌を行ってもよい。
【００８９】
（８）第二側面本接合工程
第二側面本接合工程では、具体的な図示はしないが、第二側面Ｄに対して小型回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行う。第二側面本接合工程で形成された塑性化領域を以下、第二側面側塑性化領域（図示省略）とする。第二側面本接合工程は、第二側面Ｄに摩擦攪拌を行うことを除いては第一側面本接合工程と略同等であるから、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態においては、側面本接合工程として、被接合金属部材１の両側面から第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程を行ったが、どちらか一方のみに行うだけでもよい。また、本実施形態に係る側面本接合工程においては、小型回転ツールＦを用いたが、他の大きさの回転ツールを用いても構わない。
【００９０】
以上説明した接合方法によれば、被接合金属部材１の側面に形成された凹部Ｋ１に凹部補修部材Ｕ１を挿入するため、未塑性化領域ｊを塞ぐことができる。また、溝穴Ｋ２，Ｋ３に第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３をそれぞれ挿入するため、空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２の端部を塞ぐことができる。そして、側面本接合工程で凹部補修部材Ｕ１、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３と被接合金属部材１との突合部を摩擦攪拌するため、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。また、凹部Ｋ１は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と重複しているため、第一第一側面側塑性化領域Ｗ３と表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と重複させることができる。これにより、未塑性化領域ｊ（図８参照）が全て密閉されるため、気密性及び水密性をより高めることができる。
また、第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程においては、一旦挿入した小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行うため、作業性を高めることができる。
【００９１】
ここで、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２を摩擦攪拌する際に、仮に各補修部材を用いないと、トンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２に充填するためのメタルが不足するため、第一側面側塑性化領域Ｗ３の表面に不可避的に形成される溝が大きくなる慮りがあった。しかし、本実施形態のように第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３を挿入することで、メタル不足を補うことができる。
【００９２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲に置いて、適宜変更が可能である。なお、以下の説明においては、第一実施形態と同一の説明は省略する。
【００９３】
［第二実施形態］
第一実施形態においては、凹部Ｋ１、溝穴Ｋ２及び溝穴Ｋ３に凹部補修部材Ｕ１、第一空洞部補修部材Ｕ２及び第二空洞部補修部材Ｕ３を挿入したが、これに限定されず、凹部Ｋ１、溝穴Ｋ２，Ｋ３に例えば溶接を行う溶接金属充填工程を行ってもよい。
溶接金属充填工程は、具体的な図示はしないが、第二実施形態においては、トンネル状空洞欠陥に対して溝穴を形成する溝穴形成工程と、未塑性化領域に対して凹部を形成する凹部形成工程と、溝穴及び凹部に溶接金属を充填する溶接金属充填工程と、を含む。溝穴形成工程及び凹部形成工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。
【００９４】
溶接は、例えばＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接などの肉盛溶接を行って、凹部Ｋ１、溝穴Ｋ２，Ｋ３（図９参照）に溶接金属を充填すればよい。また、側面本接合工程で、凹部Ｋ１、溝穴Ｋ２，Ｋ３と前記溶接金属との界面を全て摩擦攪拌することにより、被接合金属部材１の気密性及び水密性を高めることができる。また、溶接金属を押し込みながら摩擦攪拌するため、より気密性及び水密性を高めることができる。
なお、第二実施形態の場合、肉盛溶接を行って、第一側面Ｃ（第二側面Ｄ）よりも突出した溶接金属を切削して第一側面Ｃ（第二側面Ｄ）を平滑に形成するのが好ましい。また、第一実施形態に係る補修部材挿入工程と第二実施形態に係る溶接金属充填工程とを組み合わせて接合を行ってもよい。
【００９５】
また、例えば、凹部形成工程の前に、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄにおいて、小型回転ツールＦを用いて突合部Ｊ１やタブ材と被接合金属部材１との突合部に対して仮接合を行ってもよい。また、被接合金属部材１の厚みが薄く、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２とが重複する場合は、凹部Ｋ１及び凹部補修部材Ｕ１は用いなくてもよい。
また、表面側塑性化領域Ｗ１と裏面側塑性化領域Ｗ２に酸化皮膜が形成されている場合は、溶接によって当該酸化皮膜を密閉するなどして被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることが好ましい。
また、本実施形態においては、回転ツールを右回転させた場合を例にして説明したが、回転ツールを左回転させた場合には、回転ツールの進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある。つまり、回転ツールの回転方向及び進行方向によって摩擦攪拌を行う領域を適宜設定すればよい。また、本実施形態においては、トンネル状空洞欠陥の周辺を切削して溝穴を形成したが、これに限定されるものではなく、トンネル状空洞欠陥にそのまま空洞部補修部材を挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る突合工程を示した図であって（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。
【図３】第一実施形態に係る回転ツールを示した図であって、（ａ）は、小型回転ツールの側面図、（ｂ）は、大型回転ツールの側面図である。
【図４】第一実施形態に係る第一仮接合工程を示した平面図である。
【図５】第一実施形態に係る第一本接合工程を図４のI−I矢視方向で示した断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間位置部分、（ｃ）は、終了位置部分の摩擦攪拌を示した図である。
【図６】第一実施形態に係る第二仮接合工程を示した図であって、（ａ）は、断面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】第一実施形態に係る第二本接合工程を示した図６（ｂ）のII-II線断面図であって、（ａ）は、開始位置部分、（ｂ）は、中間位置部分の摩擦攪拌を示した図である。
【図８】第二本接合工程を行なった後において、表面Ａを上方に向けた状態を示した斜視図である。
【図９】（ａ）は、第一実施形態に係る溝穴形成工程、凹部形成工程及び補修部材挿入工程を示した斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）の表面側塑性化領域周辺の拡大正面図である。
【図１０】第一側面本接合工程を示した図であって、（ａ）は、中間部分を示した平面図、（ｂ）は、（ａ）のIII-III線断面図、（ｃ）は、終了位置部分を示した平面図である。
【図１１】従来の接合方法を示した斜視図である。
【図１２】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００９７】
１      被接合金属部材
１ａ    第一金属部材
１ｂ    第二金属部材
２      第一タブ材
３      第二タブ材
Ａ      表面
Ｂ      裏面
Ｃ      第一側面
Ｄ      第二側面
Ｆ      小型回転ツール
Ｇ      大型回転ツール
ｊ      未塑性化領域
Ｋ１    凹部
Ｋ２    溝穴
Ｋ３    溝穴
Ｕ１    凹部補修部材
Ｕ２    第一空洞部補修部材
Ｕ３    第二空洞部補修部材
Ｐ１        下穴
Ｒ１，Ｒ２    トンネル状空洞欠陥
Ｗ１        表面側塑性化領域
Ｗ２        裏面側塑性化領域
【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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