(57)【要約】【課題】金属部材同士を容易に接合することができる接合構造物の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面同士を突き合わせてなる接合構造物１の製造方法であって、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して表面Ａから回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第一接合工程と、突合部Ｊ１に対して裏面Ｂから回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第二接合工程と、突合部Ｊ１に対して側面Ｃ，Ｄから回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第三接合工程と、を含み、第三接合工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に充填用金属部材Ｈを充填し、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの突合部に対して、回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う補修工程を行うことを特徴としている。【選択図】図１
2009190044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一金属部材及び第二金属部材の端面同士を突き合わせてなる接合構造物の製造方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記接合構造物の表面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第一接合工程と、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記接合構造物の裏面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第二接合工程と、
前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記接合構造物の側面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第三接合工程と、を含み、
前記第三接合工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に充填用金属部材を充填し、前記接合構造物と前記充填用金属部材との突合部に対して、回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う補修工程を行うことを特徴とする接合構造物の製造方法。
【請求項２】
前記補修工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に溶接金属を充填することを特徴とする請求項１に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項３】
前記第三接合工程では、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に形成される塑性化領域の一部を、前記第一接合工程及び前記第二接合工程で形成された塑性化領域に重複させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項４】
前記第三接合工程では、前記接合構造物の一方の側面に形成された塑性化領域の一部と、前記接合構造物の他方の側面に形成された塑性化領域の一部とを重複させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項５】
前記第一接合工程及び前記第二接合工程の前に、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記接合構造物の表面及び裏面から仮接合を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項６】
前記第三接合工程の前に、前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部に対して、前記接合構造物の側面から仮接合を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項７】
前記第一接合工程及び前記第二接合工程では、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から請求項６のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項８】
前記第三接合工程では、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から請求項７のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【請求項９】
前記第三接合工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置が前記第一金属部材又は前記第二金属部材の側面に設定されており、
回転ツールを開始位置から前記第一金属部材と前記第二金属部材との突合部を通過して終了位置までコの字状の軌跡で移動させるときに、
回転ツールが右回転であれば、回転ツールの進行方向左側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定し、
前記回転ツールが左回転であれば、回転ツールの進行方向右側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の接合構造物の製造方法。
【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接合構造物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を突き合わせてなる接合構造物の製造方法としては、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction  Stir  Welding）を用いた方法が知られている。この摩擦攪拌接合は、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攪拌ピン（プローブ）を突設したものが一般的である。
【０００３】
ここで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、金属部材の厚みに応じて攪拌ピンの長さを大きくすることで、突合部の深さ方向の全長に亘って隙間なく接合することができる。しかしながら、回転ツールは、金属部材内に攪拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、攪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攪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る。
【０００４】
そこで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、厚みの異なる段部を備えた一対の金属部材の間に継手部材を介して段階的に摩擦攪拌を行うことで接合構造物を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
前記した従来の製造方法に用いられる金属部材は、図１７に示すように、第一金属部材１１０ａ及び第二金属部材１１０ｂの本体部１０１，１０１の縁部に、本体部１０１よりも肉厚の小さい段部１０２，１０２が形成されている。
【０００５】
そして、従来の接合構造物の製造方法は、第一金属部材１１０ａ及び第二金属部材１１０ｂの段部１０２，１０２同士を突き合わせる突合工程と、段部１０２，１０２同士の突合部Ｊｄに対して摩擦攪拌を行う段部摩擦攪拌工程と、突合工程で形成された凹部１０３に継手部材Ｕを配置する継手部材配置工程と、第一金属部材１１０ａと継手部材Ｕとの突合部Ｊａ及び第二金属部材１１０ｂと継手部材Ｕとの突合部Ｊｂに対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、を備えている。この製造方法によれば、金属部材の肉厚が大きい部材であっても金属部材同士を接合することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５８５３５号公報（段落００１９、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記した従来の接合構造物の製造方法では、金属部材１１０ａ，１１０ｂの肉厚が大きくなるにつれて、金属部材１１０ａ，１１０ｂに設ける段部や継手部材を増やさなければならず接合作業が煩雑になってしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、金属部材同士を容易に接合することができる接合構造物の製造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】
前記課題を解決するため、本発明は、第一金属部材及び第二金属部材の端面同士を突き合わせてなる接合構造物の製造方法であって、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、接合構造物の表面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第一接合工程と、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、接合構造物の裏面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第二接合工程と、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、接合構造物の側面から回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う第三接合工程と、を含み、第三接合工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に充填用金属部材を充填し、接合構造物と充填用金属部材との突合部に対して、回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う補修工程を行うことを特徴としている。
【００１０】
この構成では、補修工程において回転ツールの抜き穴に充填用金属部材を充填することで、第三接合工程において摩擦攪拌の終了位置に形成された抜き穴が埋まるため、抜き穴による接合箇所の強度低下を防ぐことができる。つまり、第三接合工程では接合構造物に摩擦攪拌の終了位置を設けることができる。これにより、第三接合工程では摩擦攪拌の終了位置を設定するためのタブ材を省略することができるため、接合作業における工数を少なくすることができる。
【００１１】
前記した接合構造物の製造方法では、補修工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に溶接金属を充填することが望ましい。
【００１２】
この構成では、補修工程において回転ツールを離脱したときに形成された抜き穴に溶接金属を充填して埋めることで、抜き穴による接合箇所の強度低下を防ぐことができるとともに、接合箇所を平坦に仕上げることができる。
【００１３】
前記した接合構造物の製造方法において、第三接合工程では、第一金属部材と第二金属部材との突合部に形成される塑性化領域の一部を、第一接合工程及び第二接合工程で形成された塑性化領域に重複させることが望ましい。
【００１４】
この構成では、接合構造物の側面において第一金属部材と第二金属部材との突合部に形成される塑性化領域の一部を、第一接合工程及び第二接合工程で形成された塑性化領域に重複させることで、接合構造物の側面において第一金属部材と第二金属部材との継ぎ目が確実に閉塞されるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１５】
前記した接合構造物の製造方法において、第三接合工程では、接合構造物の一方の側面に形成された塑性化領域の一部と、接合構造物の他方の側面に形成された塑性化領域の一部とを重複させることが望ましい。
【００１６】
この構成では、第三接合工程において接合構造物の両側面に形成された塑性化領域の一部を重複させることで、接合構造物の奥まで塑性化されるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００１７】
前記した接合構造物の製造方法において、第一接合工程及び第二接合工程の前に、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、接合構造物の表面及び裏面から仮接合を行うことが望ましい。また、第三接合工程の前に、第一金属部材と第二金属部材との突合部に対して、接合構造物の側面から仮接合を行うことが望ましい。
【００１８】
ここで、各接合工程を行うときには、接合される各金属部材の突合部に回転ツールを押し込むため、金属部材同士を引き離そうとする力が作用し、突合部に目開きが発生する場合がある。しかし、前記した構成では、各接合工程を行う前に、突合部を仮接合することで、各接合工程を好適に行うことができる。
【００１９】
前記した接合構造物の製造方法において、第一接合工程及び第二接合工程では、回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成してもよい。また、第三接合工程では、回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成してもよい。
【００２０】
この構成では、回転ツールを接合構造物に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ことができるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
【００２１】
前記した接合構造物の製造方法において、第三接合工程では、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置が第一金属部材又は第二金属部材の側面に設定されており、回転ツールを開始位置から第一金属部材と第二金属部材との突合部を通過して終了位置までコの字状の軌跡で移動させるときに、回転ツールが右回転であれば、回転ツールの進行方向左側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定し、回転ツールが左回転であれば、回転ツールの進行方向右側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定することが望ましい。
【００２２】
ここで、回転ツールを移動させることで接合構造物に形成された塑性化領域内には、回転ツールの進行方向に沿って空洞欠陥が生じる場合がある。この空洞欠陥は金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を低下させる一因となっている。回転ツールを右回転させた場合には、空洞欠陥は進行方向左側に形成され、回転ツールを左回転させた場合には、空洞欠陥は進行方向右側に形成される。したがって、前記した構成では、コの字状に形成された塑性化領域の溝内側に空洞欠陥が形成されることになり、コの字状の塑性化領域の外側に空洞欠陥が形成された場合と比較して、空洞欠陥の距離が短くなるため、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の接合構造物の製造方法によれば、回転ツールの抜き穴による接合箇所の強度低下を防ぐことができ、タブ材を省略することができるため、接合作業の工数を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の接合構造物の製造方法は、図１に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａ（図２（ａ）参照）と第二金属部材１ｂの端面１１ｂ（図２（ａ）参照）とを突き合わせてなる接合構造物１の製造方法であって、接合構造物１の表面Ａ及び裏面Ｂから摩擦攪拌接合を行った後に、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから擦攪拌接合を行うものである。
【００２５】
本実施形態の接合構造物の製造方法は、（１）突合工程、（２）第一接合工程、（３）第二接合工程、（４）第三接合工程、（５）第一補修工程、（６）第四接合工程、（７）第二補修工程を含むものである。以下、各工程について詳細に説明する。なお、本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００２６】
（１）突合工程
突合工程は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせる工程である。
第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、図２（ａ）に示すように、断面視矩形の金属部材であって、略同等の形状となっている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、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である。
【００２７】
突合工程では、図２（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせるとともに、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとを面一にし、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとを面一にする。また、第一金属部材１ａの側面１４ａと第二金属部材１ｂの側面１４ｂとを面一にし、第一金属部材１ａの側面１５ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとを面一にする。そして、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの端面１１ａとの突合せ面には、突合部Ｊ１が形成されている。
【００２８】
第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせて形成した部材を以下、接合構造物１とする。また、図１における接合構造物１の上面を表面Ａ、下面を裏面Ｂとし、接合構造物１のうち、第一金属部材１ａの側面１４ａと第二金属部材１ｂの側面１４ｂとで構成される面を第一側面Ｃとする。また、接合構造物１のうち、第一金属部材１ａの側面１５ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとで構成される面を第二側面Ｄとする。
なお、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの形状・寸法は特に制限はないが、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。
【００２９】
（２）第一接合工程
第一接合工程は、図７（ａ）から（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して、接合構造物１の表面Ａから摩擦攪拌接合を行う工程である。
第一接合工程は、接合構造物１にタブ材２，３を配置するタブ材配置工程（図３参照）と、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを仮接合する仮接合工程（図６参照）と、第一回転ツールＧの挿入予定位置に予め下穴Ｑ１を形成する下穴形成工程（図７（ａ）参照）と、突合部Ｊ１に対して表面Ａから摩擦攪拌を行う本接合工程（図７（ｃ）参照）と、を含むものである。
【００３０】
タブ材配置工程は、図３に示すように、接合構造物１の接合部の左右両側に一対のタブ材２，３を配置する工程である。このタブ材２，３は、後記する仮接合拌工程及び本接合工程において、摩擦攪拌の開始位置及び終了位置を設定するものである。
【００３１】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、直方体の金属部材であり、本実施形態では接合構造物１と同等の素材を用いている。第一タブ材２及び第二タブ材３の表面及び裏面は、接合構造物１の表面Ａ及び裏面Ｂと面一に形成されている。
第一タブ材２は、接合構造物１の第一側面Ｃに当接して配置され、第二タブ材３は、接合構造物１の第二側面Ｄに当接して配置されている。
第一タブ材２及び第二タブ材３と接合構造物１とは、それぞれ入り隅部において溶接により仮接合されている。
【００３２】
ここで、図４を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールＦ（以下、「第二回転ツールＦ」という）及び本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「第一回転ツールＧ」という）を詳細に説明する。
【００３３】
図４（ａ）に示す第二回転ツールＦは、工具鋼など接合構造物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に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えている。
第二回転ツールＦの寸法・形状は、接合構造物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第一回転ツールＧ（図４（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できるので、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でき、さらには、第二回転ツールＦの移動速度（送り速度）を第一回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることもできるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することができる。
【００３４】
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、第一回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００３５】
攪拌ピン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、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。
攪拌ピン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が第一回転ツールＧ（図４（ｂ）参照）の攪拌ピン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が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ３よりも小さい。攪拌ピンＦ２の長さＬ２は、第一回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ１よりも小さくすることが望ましい。
【００３６】
図４（ｂ）に示す第一回転ツールＧは、工具鋼など接合構造物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に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００３７】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）と同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピン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、攪拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。
【００３８】
仮接合工程は、図６に示すように、第二回転ツール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、第二タブ材３と接合構造物１との突合部Ｊ３、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１、第一タブ材２と接合構造物１との突合部Ｊ２に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、第二タブ材３に設定された開始位置Ｐ１に挿入した第二回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を途中で離脱させることなく、第一タブ材２に設定された終了位置Ｐ２まで移動させる。
【００３９】
仮接合工程では、まず、図５（ａ）に示すように、第二タブ材３の表面に設定された開始位置Ｐ１の直上に第二回転ツールＦを配置し、この第二回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２を開始位置Ｐ１に押し付ける。
攪拌ピンＦ２が第二タブ材３の表面に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図５（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２が第二タブ材３に挿入される。
【００４０】
攪拌ピンＦ２全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第二タブ材３の表面に接触したら、第二タブ材３と接合構造物１との突合部Ｊ３に向けて移動させる（図６参照）。
第二回転ツールＦを移動させると、その攪拌ピンＦ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピン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。
【００４１】
そして、図６に示すように、第二タブ材３と接合構造物１との継ぎ目、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目、第一タブ材２と接合構造物１との継ぎ目を通過して、第二回転ツールＦを第一タブ材２の表面に設定された終了位置Ｐ２まで移動させることで、突合部Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。
その後、第二回転ツールＦが終了位置Ｐ２達したら、第二回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２を終了位置Ｐ２から離脱させる。
【００４２】
下穴形成工程は、図７（ａ）に示すように、第一回転ツールＧの挿入予定位置に予め下穴Ｑ１を形成する工程である。下穴形成工程では、第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）の攪拌ピンＦ２を離脱したときに形成される抜き穴をドリルなどで拡径することで、第一タブ材２に設定された摩擦攪拌の開始位置Ｐ３に下穴Ｑ１を形成する。この下穴Ｑ１は、第一回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の圧入抵抗を低減する目的で設けられるものである。
【００４３】
本接合工程は、図７（ｃ）に示すように、接合構造物１の表面Ａに露出する突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う工程である。
まず、図７（ａ）に示すように、第一タブ材２の表面に設定された開始位置Ｐ１の直上に第一回転ツールＧを配置させ、続いて、第一回転ツールＧを回転させつつ攪拌ピンＧ２の先端を下穴Ｑ１内に挿入し、攪拌ピンＧ２を第一タブ材２に入り込ませる。これにより、攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が塑性流動化する。
【００４４】
さらに、図７（ｂ）に示すように、攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら、突合部Ｊ１に向けて第一回転ツールＧを移動させる。
第一回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピン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Ｗ１が形成される。
【００４５】
接合構造物１への入熱量が過大になる虞がある場合には、第一回転ツール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と第二金属部材１ｂとの間（図６参照）に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態では、仮接合工程を実行して第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目を閉塞しているので、接合構造物１の接合部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。
【００４６】
図７（ｃ）に示すように、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ（図９参照）の継ぎ目を通過して、第一回転ツールＧを、第二タブ材３の表面に設定された終了位置Ｐ４に向けて移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って摩擦攪拌を行う。
第一回転ツールＧが終了位置Ｐ４に達したら、第一回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置Ｐ４から離脱させる。このように、終了位置Ｐ４で攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、終了位置Ｐ４に攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ２が不可避的に形成されることになるが、第一接合工程では、そのまま残置する。
【００４７】
（３）第二接合工程
第二接合工程は、図９に示すように、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して、接合構造物１の裏面Ｂから摩擦攪拌接合を行う工程である。
第二接合工程は、突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、第一回転ツールＧの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して裏面Ｂから摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含むものである。
【００４８】
第二接合工程では、図８に示すように、第一接合工程が終了したら、接合構造物１を図示せぬ摩擦攪拌装置から一旦取り外し、裏面Ｂを上方に向けて再度固定した状態で、仮接合工程、下穴形成工程、本接合工程を行う。第二接合工程は、タブ材配置工程が含まれないこと以外は第一接合工程と同等であるため、その説明は省略する。
なお、第二接合工程で形成された塑性化領域を塑性化領域Ｗ２とする。また、第二接合工程が終了したら、接合構造物１からタブ材２，３を切削して除去する。
【００４９】
ここで、図９に示すように、表面Ａ側に形成された塑性化領域Ｗ１と、裏面Ｂ側に形成された塑性化領域Ｗ２とには、第一回転ツールＧ（図７（ｂ）及び図８参照）の進行方向Ｖ１，Ｖ２に沿って、第一側面Ｃから第二側面Ｄに亘って連続するトンネル状の空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が発生しているものとする。この空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２は、摩擦攪拌接合を行うと、バリの多発によって突合部Ｊ１の隙間を埋めるための充填メタルが不足することで形成されるものである。
本実施形態のように、第一回転ツールＧを右回転させた場合には（図７（ｂ）及び図８参照）、第一回転ツールＧの進行方向Ｖ１，Ｖ２の左側に空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が形成される。なお、第一回転ツールＧを左回転させた場合には、進行方向の右側に空洞欠陥が形成される。
【００５０】
なお、第二接合工程が終了した後に、接合構造物１の両側面Ｃ，Ｄに露出している各空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２の開口端部に、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行うことで、各空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２の開口端部を閉塞し、各塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の気密性及び水密性を向上させることが望ましい。
【００５１】
（４）第三接合工程
第三接合工程は、図１１に示すように、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して、接合構造物１の第一側面Ｃから摩擦攪拌接合を行う工程である。
第三接合工程は、突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、第一回転ツールの挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して第一側面Ｃから摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含むものである。
【００５２】
第三接合工程では、第二接合工程が終了したら、接合構造物１を図示せぬ摩擦攪拌装置から一旦取り外し、第一側面Ｃを上方に向けて再度固定した状態で、仮接合工程、下穴形成工程、本接合工程を行う。
なお、第三接合工程で行われる摩擦攪拌接合は、第一接合工程及び第二接合工程で行われた摩擦攪拌接合と同等であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
仮接合工程では、図１０に示すように、第二回転ツールＦを、第一金属部材１ａの側面１４ａに設定された摩擦攪拌の開始位置Ｐ５から終了位置Ｐ６まで、コの字状の移動軌跡を形成するように移動させて、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、開始位置Ｐ５から塑性化領域Ｗ１の一部、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目、塑性化領域Ｗ２の一部を通過して、終了位置Ｐ６まで移動させる。
その後、第二回転ツールＦが終了位置Ｐ６に達したら、第二回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２を終了位置Ｐ６から離脱させる。
【００５４】
下穴形成工程は、図１２（ａ）に示すように、第一回転ツールＧの挿入予定位置に予め下穴Ｑ３を形成する工程である。下穴形成工程では、第二回転ツールＦ（図１０参照）の攪拌ピンＦ２を終了位置Ｐ６から離脱したときに形成される抜き穴をドリルなどで拡径することで、第一金属部材１ａの側面１４ａに設定された終了位置Ｐ６に下穴Ｑ３を形成する。この下穴Ｑ３は、第一回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の圧入抵抗を低減する目的で設けられるものである。なお、本実施形態の仮接合工程における摩擦攪拌の終了位置Ｐ６は、後記する本接合工程における摩擦攪拌の開始位置Ｐ７となる。
【００５５】
本接合工程は、図１１に示すように、接合構造物１の第一側面Ｃに露出する突合部Ｊ１に摩擦攪拌を行う工程である。
まず、図１２（ａ）に示すように、第一金属部材１ａの側面１４ａの開始位置Ｐ７に形成された下穴Ｑ３内に第一回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の先端を挿入して、第一回転ツールＧによって摩擦攪拌を行う。そして、図１１に示すように、第一回転ツールＧを、第一金属部材１ａの側面１４ａに設定された開始位置Ｐ７から終了位置Ｐ８まで、コの字状の移動軌跡を形成するように移動させて、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。
【００５６】
具体的には、開始位置Ｐ７から裏面Ｂ側の塑性化領域Ｗ２の端部、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目、表面Ａ側の塑性化領域Ｗ１の端部を通過して、終了位置Ｐ８まで移動させることで、コの字状の塑性化領域Ｗ３が第一側面Ｃに形成される。この塑性化領域Ｗ３によって表面Ａ側の塑性化領域Ｗ１と裏面Ｂ側の塑性化領域Ｗ２との間の未塑性化領域が閉塞される。
【００５７】
ここで、第一側面Ｃに形成された塑性化領域Ｗ３では、第一回転ツールＧの進行方向Ｖ３に沿ってトンネル状の空洞欠陥Ｒ３が発生しているものとする。本実施形態のように、第一回転ツールＧを右回転させた場合には、第一回転ツールＧの進行方向Ｖ３の左側に空洞欠陥Ｒ３が形成される。すなわち、本実施形態では、コの字状の移動軌跡の溝内側に空洞欠陥Ｒ３が対応するように設定されており、コの字状に形成された塑性化領域Ｗ３の溝内側に空洞欠陥Ｒ３が形成されている。
【００５８】
第一回転ツールＧが終了位置Ｐ８に達したら、第一回転ツールＧを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置Ｐ８から離脱させる。このように、終了位置Ｐ８で攪拌ピンＧ２を上方に離脱させると、図１２（ｂ）に示すように、終了位置Ｐ８に攪拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ４が形成される。
【００５９】
（５）第一補修工程
第一補修工程は、第三接合工程において第一金属部材１ａの側面１４ａに形成された抜き穴Ｑ４に充填用金属部材Ｈを充填する充填用金属部材挿入工程と（図１２（ｂ）参照）、接合構造物１と充填用金属部材Ｈの突合部Ｊ４に対して第一側面Ｃから摩擦攪拌を行う補修接合工程と（図１３参照）、補修接合工程において充填用金属部材Ｈの表面に形成された抜き穴Ｑ５に溶接金属Ｋを充填する補修溶接工程と（図１４参照）、を含むものである。
【００６０】
充填用金属部材挿入工程は、図１２（ｂ）に示すように、第三接合工程において第一回転ツールＧ（図１２（ａ）参照）を離脱したときに、第一金属部材１ａの側面１４ａに形成された抜き穴Ｑ４に、抜き穴Ｑ４と同形の充填用金属部材Ｈを挿入して、抜き穴Ｑ４を埋める工程である。本実施形態では、接合構造物１と同一組成の金属材料で充填用金属部材Ｈを形成しているが、摩擦攪拌可能な金属材料であればよい。
【００６１】
補修接合工程は、図１３に示すように、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの突合部Ｊ４に対して、第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）を用いて摩擦攪拌を行うものである。
補修接合工程では、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの継ぎ目上に設定された摩擦攪拌の開始位置Ｐ７に、第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）の攪拌ピンＦ２を入り込ませ、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの継ぎ目に沿って、第二回転ツールＦを移動させることで、突合部Ｊ４の全周に亘って摩擦攪拌を行う。
なお、補修接合工程における摩擦攪拌接合は、前記した各接合工程で行われた摩擦攪拌接合と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態では、突合部Ｊ４の全周に亘って摩擦攪拌を行った後に、第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）を、充填用金属部材Ｈの表面の中心位置に設定された摩擦攪拌の終了位置Ｐ１０（第三接合工程における摩擦攪拌の終了位置Ｐ８）まで移動させ、第二回転ツールＦを終了位置Ｐ１０から離脱させる。このように、終了位置Ｐ１０で攪拌ピンＦ２を上方に離脱させると、終了位置Ｐ１０に攪拌ピンＦ２と略同形の抜き穴Ｑ５が形成される（図１４参照）。
【００６３】
ここで、本実施形態では、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの突合部Ｊ４を摩擦攪拌するために、仮接合工程で使用した第二回転ツールＦを用いているが、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの継ぎ目に沿って、円周状に攪拌ピンを移動させることができる大きさであれば、他の回転ツールを用いてもよい。
【００６４】
補修溶接工程では、図１４に示すように、充填金属部材Ｈの表面に形成された抜き穴Ｑ５内にＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行うことで、抜き穴Ｑ５内に溶接金属Ｋを充填する。
【００６５】
なお、補修溶接工程は、ＭＩＧ溶接に限定するものではなく、他の公知の溶接を行ってもよい。また、溶接材料は、接合構造物１と異なっていてもよいが、本実施形態では同一の材料を用いている。
また、補修溶接工程では、抜き穴Ｑ５に溶接金属Ｋを充填した後に、第一金属部材１ａの側面１４ａよりも盛り上がっている部分の溶接金属Ｋを切除することが望ましい。
【００６６】
（６）第四接合工程
第四接合工程は、図１５に示すように、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して、接合構造物１の第二側面Ｄから摩擦攪拌接合を行う工程である。
第四接合工程は、突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、第一回転ツールＧ（図４（ｂ）参照）の挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴形成工程と、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う本接合工程と、を含むものである。
第四接合工程では、第一補修工程が終了したら、接合構造物１を図示せぬ摩擦攪拌装置から一旦取り外し、第二側面Ｄを上方に向けて再度固定した状態で、仮接合工程、下穴形成工程、本接合工程を行う。第四接合工程における各工程は、第三接合工程の各工程と同等であるため、その説明は省略する。なお、第四接合工程で形成された塑性化領域を塑性化領域Ｗ４とする。
【００６７】
（７）第二補修工程
第二補修工程は、図１５に示すように、第四接合工程において第一金属部材１ａの側面１５ａに形成された抜き穴Ｑ６に充填用金属部材Ｈを充填する充填用金属部材挿入工程と、接合構造物１と充填用金属部材Ｈとの突合部Ｊ５に対して摩擦攪拌を行う補修接合工程と、補修接合工程において充填用金属部材Ｈの表面に形成された抜き穴Ｑ７に溶接金属Ｋを充填する補修溶接工程と、を含むものである。なお、第二補修工程における各工程は、第一補修工程の各工程と同等であるため、その説明は省略する。
【００６８】
以上のような各工程により、図１に示すように、第一金属部材１ａの端面１１ａ（図２（ａ）参照）と第二金属部材１ｂの端面１１ｂ（図２（ａ）参照）とが接合された接合構造物１が形成される。
【００６９】
本実施形態の接合構造物の製造方法によれば、図１４に示すように、第一補修工程及び第二補修工程において第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）の抜き穴Ｑ４，Ｑ６に充填用金属部材Ｈを充填することで、第三接合工程及び第四接合工程において摩擦攪拌の終了位置に形成された抜き穴Ｑ４，Ｑ６が埋まるため、抜き穴Ｑ４，Ｑ６による接合箇所の強度低下を防ぐことができる。つまり、第三接合工程及び第四接合工程では接合構造物１に摩擦攪拌の終了位置を設けることができる。これにより、第三接合工程及び第四接合工程では摩擦攪拌の終了位置を設定するためのタブ材を省略することができるため、接合作業における工数を少なくすることができる。
【００７０】
また、第一補修工程及び第二補修工程において第二回転ツールＦ（図４（ａ）参照）を離脱したときに形成される抜き穴Ｑ５，Ｑ７に溶接金属Ｋを充填して埋めることで、抜き穴Ｑ５，Ｑ７による接合箇所の強度低下を防ぐことができるとともに、接合箇所を平坦に仕上げることができる。
【００７１】
また、図１に示すように、接合構造物１の両側面Ｃ，Ｄにおいて突合部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗ３，Ｗ４の一部を、第一接合工程及び第二接合工程で形成された塑性化領域Ｗ１，Ｗ２に重複させることで、接合構造物１の両側面Ｃ，Ｄにおいて第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの継ぎ目が確実に塞がれるため、金属部材１ａ，１ｂ同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００７２】
また、各接合工程の前に、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１に対して仮接合を行うことで、突合部Ｊ１に回転ツールＧを押し込むことによる突合部Ｊ１の目開きを防ぐことができ、各接合工程を好適に行うことができる。
【００７３】
また、各接合工程では、第一回転ツールＧ（図４（ｂ）参照）の挿入予定位置に予め下穴を形成することで、回転ツールＧを接合構造物１に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ことができるとともに、迅速に接合作業を行うことができる。
【００７４】
また、図１１及び図１５に示すように、第三接合工程及び第四接合工程では、第一回転ツールＧを摩擦攪拌の開始位置から突合部Ｊ１を通過して終了位置までコの字状の軌跡で移動させるときに、第一回転ツールＧの進行方向左側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定している。この構成では、コの字状に形成された塑性化領域Ｗ３の溝内側に空洞欠陥が形成されることになり、コの字状の塑性化領域Ｗ３の外側に空洞欠陥が形成された場合と比較して、空洞欠陥の距離が短くなるため、金属部材１ａ，１ｂ同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００７５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
例えば、本実施形態の製造方法において、第一接合工程で表面Ａに形成された塑性化領域Ｗ１の下端部と、第二接合工程で裏面Ｂに形成された塑性化領域Ｗ１の上端部とを重複させてもよい。この構成では、接合構造物１の奥まで塑性化されるため、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００７６】
また、第三接合工程では、接合構造物１の第一側面Ｃに形成された塑性化領域Ｗ３の内端部と、接合構造物１の第二側面Ｄに形成された塑性化領域Ｗ４の内端部とを重複させてもよい。この構成では、接合構造物１の奥まで塑性化されるため、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。
【００７７】
また、図１１に示すように、本実施形態では、第一回転ツールＧを右回転させているため、第一回転ツールＧの進行方向左側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定しているが、図１６に示すように、第一回転ツールＧを左回転させた場合には、空洞欠陥Ｒ４は進行方向Ｖ４の右側に形成されるため、第一回転ツールＧの進行方向右側がコの字状の移動軌跡の溝内側に対応するように設定する。このように、第一回転ツールＧを左回転させた場合であっても、コの字状に形成された塑性化領域Ｗ３の溝内側に空洞欠陥Ｒ４を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態の製造方法によって接合された接合構造物を示した斜視図である。
【図２】本実施形態の突合工程を示した図で、（ａ）は第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせる前の斜視図、（ｂ）は第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせた後の斜視図である。
【図３】本実施形態のタブ材配置工程を示した斜視図である。
【図４】本実施形態の回転ツールを示した図で、（ａ）は第二回転ツールの側面図、（ｂ）は第一回転ツールの側面図である。
【図５】本実施形態の第二回転ツールの使用状態を示した図で、（ａ）は第二回転ツールをタブ材に当接させたときの側面図、（ｂ）は第二回転ツールをタブ材に押し込んだときの側面図である。
【図６】本実施形態の第一接合工程における仮接合工程を示した平面図である。
【図７】本実施形態の第一接合工程における本接合工程を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に示した断面図である。
【図８】本実施形態の第二接合工程における本接合工程を示した断面図である。
【図９】本実施形態の第二接合工程を終了した後に、タブ材を除去した状態の接合構造物を示した斜視図である。
【図１０】本実施形態の第三接合工程における仮接合工程を示した平面図である。
【図１１】本実施形態の第三接合工程における本接合工程を示した平面図である。
【図１２】本実施形態の各工程を示した図で、（ａ）は第三接合工程における本接合工程を示した図１０のI−I断面図、（ｂ）は第一補修工程における充填用金属部材挿入工程を示した断面図である。
【図１３】本実施形態の第一補修工程における補修接合工程及び補修溶接工程を示した平面図である。
【図１４】本実施形態の第一補修工程における補修接合工程及び補修溶接工程を示した図１３のII−II断面図である。
【図１５】本実施形態の第四接合工程及び第二補修工程を示した平面図である。
【図１６】他の実施形態における第三接合工程を示した図で、第一回転ツールを左回転させた場合の平面図である。
【図１７】従来の接合構造物の製造方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１      接合構造物
１ａ    第一金属部材
１ｂ    第二金属部材
Ａ      表面
Ｂ      裏面
Ｃ      第一側面
Ｄ      第二側面
Ｊ１    突合部
Ｊ２    突合部
Ｊ３    突合部
Ｊ４    突合部
Ｊ５    突合部
２      第一タブ材
３      第二タブ材
Ｈ      充填用金属部材
Ｋ      溶接金属
Ｆ      第二回転ツール
Ｆ２    攪拌ピン
Ｇ      第一回転ツール
Ｇ２    攪拌ピン
Ｗ１    塑性化領域（表面）
Ｗ２    塑性化領域（裏面）
Ｗ３    塑性化領域（第一側面）
Ｗ４    塑性化領域（第二側面）
Ｒ３    空洞欠陥（第一側面）
Ｒ４    空洞欠陥（第二側面）
Ｑ３    抜き穴（第三接合工程）
Ｑ４    抜き穴（第三接合工程）
Ｑ５    抜き穴（第一補修工程）
Ｑ６    抜き穴（第四接合工程）
Ｑ７    抜き穴（第二補修工程）
【図１】
2009190044.tif 000003
【図２】
2009190044.tif 000004
【図３】
2009190044.tif 000005
【図４】
2009190044.tif 000006
【図５】
2009190044.tif 000007
【図６】
2009190044.tif 000008
【図７】
2009190044.tif 000009
【図８】
2009190044.tif 000010
【図９】
2009190044.tif 000011
【図１０】
2009190044.tif 000012
【図１１】
2009190044.tif 000013
【図１２】
2009190044.tif 000014
【図１３】
2009190044.tif 000015
【図１４】
2009190044.tif 000016
【図１５】
2009190044.tif 000017
【図１６】
2009190044.tif 000018
【図１７】
2009190044.tif 000019