(57)【要約】【課題】本発明は、第一金属部材の側面と、第二金属部材の端面とを突き合せてなる被接合金属部材の側面間における水密性及び気密性を高めるとともに、接合強度を高め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】  本発明は、側面に凸部を備えた第一金属部材１ａと端面に凹部を備えた第二金属部材１ｂとを、側面と端面で突き合わせてなる被接合金属部材１を形成する突合工程と、突合部Ｊ１に対して表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、突合部Ｊ１に対して裏面Ｂから摩擦攪拌を行う第二本接合工程と、突合部Ｊ１に対して側面から溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方を行う側面本接合工程と、を含み、表面側塑性化領域Ｗ１と溶接金属Ｔ１又は第一側面側塑性化領域Ｗ３とを重複させるとともに、裏面側塑性化領域Ｗ２と溶接金属Ｔ１又は第一側面側塑性化領域Ｗ３とを重複させることを特徴とする。【選択図】図１
2009119488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に凸部を備えた第一金属部材と端面に凹部を備えた第二金属部材とを、前記側面と前記端面で突き合わせ、前記凸部と前記凹部とを嵌め合わせてなる被接合金属部材を形成する突合工程と、
前記第一金属部材と前記第二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、
前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方を行う側面本接合工程と、を含み、
前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記溶接で形成された溶接金属又は前記摩擦攪拌で形成された側面側塑性化領域とを重複させるとともに、
前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域と、前記溶接で形成された溶接金属又は前記摩擦攪拌で形成された側面側塑性化領域とを重複させることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
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が、前記凸部に接触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】
前記凸部は、前記第一金属部材から離間する方向に向かうに従って先細りとなり、
前記凹部は、前記第二金属部材の前記端面から離間する方向に向かうに従って先細りとなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記側面本接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面に露出する前記突合部に沿って予め凹溝を形成する凹溝形成工程と、前記凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記溶接金属充填工程によって前記被接合金属部材の側面から突出した溶接金属を切除する切除工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第一金属部材の一方の側面と、前記第二金属部材の一方の側面とで形成される前記被接合金属部材の入り隅部において、
前記入り隅部に露出す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、回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う入り隅部補修工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５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、回転させた回転ツールを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）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
ところで、一方の金属部材の側面と、他方の金属部材の端面とを突き合せて平面視Ｌ字状を呈する被接合金属部材に摩擦攪拌接合する場合は、被接合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、両金属部材の各側面によって形成される入り隅部に摩擦攪拌を行う場合がある。
しかし、前記した回転ツールで入り隅部に摩擦攪拌を行うと、当該回転ツールのショルダ部が一方の金属部材及び他方の金属部材に接触するため、当該回転ツールを深い位置まで押し込むことができないという問題があった。
【０００４】
そこで、平面視Ｌ字状の被接合金属部材の接合方法として、特許文献１に係る発明が知られている。
従来の接合方法は、図１８に示すように、第一金属部材１ａの側面と第二金属部材１ｂの端面とを突き合せて形成された突合部Ｊ１に、表面側及び裏面側から摩擦攪拌を行う。そして、第一金属部材１ａの側面及び第二金属部材１ｂの側面によって略直角に形成される入り隅部Ｅに対しては、小型の回転ツールＨを用いて摩擦攪拌を行う。即ち、被接合金属部材１の入り隅部Ｅに三角柱形状を呈する当て部材Ｌを当接させるとともに、棒状の回転ツールＨを当て部材Ｌの上面から貫通させ、当て部材Ｌを摺動させながら摩擦攪拌を行う。これによれば、入り隅部Ｅであっても好適に接合し、被接合金属部材１の側面間の水密性及び気密性を高めることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２０１２８号公報（図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、被接合金属部材１の入り隅部Ｅを接合する場合は、回転ツールＨの攪拌ピンを押圧するのが困難であるため、攪拌ピンの径を小さくせざるを得なかった。そのため、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの接合強度が低いという問題があった。
【０００７】
このような観点から、本発明は、第一金属部材の側面と、第二金属部材の端面とを突き合せてなる被接合金属部材の側面間における水密性及び気密性を高めるとともに、接合強度を高め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】
【０００８】
このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、側面に凸部を備えた第一金属部材と端面に凹部を備えた第二金属部材とを、前記側面と前記端面で突き合わせ、前記凸部と前記凹部とを嵌め合わせてなる被接合金属部材を形成する突合工程と、前記第一金属部材と前記第二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、前記突合部に対して前記被接合金属部材の側面から溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方を行う側面本接合工程と、を含み、前記第一本接合工程で形成された表面側塑性化領域と、前記溶接で形成された溶接金属又は前記摩擦攪拌で形成された側面側塑性化領域とを重複させるとともに、前記第二本接合工程で形成された裏面側塑性化領域と、前記溶接で形成された溶接金属又は前記摩擦攪拌で形成された側面側塑性化領域とを重複させることを特徴とする。
【０００９】
かかる接合方法によれば、溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方によって、被接合金属部材の側面に露出する突合部を密閉するため、水密性及び気密性を高めることができる。また、被接合金属部材の側面に露出する突合部の一部は、第一金属部材の凸部及び第二金属部材の凹部によって、入り隅部から離間した位置に形成される。これにより、当該突合部を摩擦攪拌する際には、接合面に対して攪拌ピンを略垂直に押圧することができるため、攪拌ピンを深い位置まで押し込むことができる。よって、被接合金属部材の接合強度を高めることができる。また、被接合金属部材の側面に露出する突合部に対して溶接のみを行う場合には、従来よりも溶接長を長く確保することができるため、被接合金属部材の接合強度を高めることができる。また、突合部の一部が入り隅部から離間した位置に形成されるため、当該突合部に対する溶接及び摩擦攪拌作業を比較的容易に行うことができる。
【００１０】
また、本発明は、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が、前記凸部に接触することが好ましい。かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面に露出する突合部をより確実に密閉することができる。
【００１１】
また、本発明に係る前記凸部は、前記第一金属部材から離間する方向に向かうに従って先細りとなり、前記凹部は、前記第二金属部材の前記端面から離間する方向に向かうに従って先細りとなることが好ましい。かかる接合方法によれば、突合工程において、第一金属部材及び第二金属部材をスムーズに嵌め合わせることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記側面本接合工程の前に、前記被接合金属部材の側面に露出する前記突合部に沿って予め凹溝を形成する凹溝形成工程と、前記凹溝に前記溶接金属を充填する溶接金属充填工程を含むことが好ましい。
【００１３】
かかる接合方法によれば、凹溝を形成して溶接金属を充填するため、溶接の作業性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記溶接金属充填工程によって前記被接合金属部材の側面から突出した溶接金属を切除する切除工程を含むことが好ましい。かかる接合方法によれば、被接合金属部材の側面を平滑に成形することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記第一金属部材の一方の側面と、前記第二金属部材の一方の側面とで形成される前記被接合金属部材の入り隅部において、前記入り隅部に露出す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、回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う入り隅部補修工程を含むことが好ましい。
【００１６】
かかる接合方法によれば、仮に、被接合金属部材の側面に露出する表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域に空洞欠陥や酸化被膜等が発生したとしても、これらの空隙を封入して好適に補修することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る接合方法によれば、第一金属部材の側面と、第二金属部材の端面とを突き合せてなる被接合金属部材の側面間における水密性及び気密性を高めるとともに、接合強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第一実施形態］
本発明の最良の実施形態を、適宜図面を用いて説明する。図１は、第一実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。図１に示すように、第一実施形態に係る接合方法は、第一金属部材１ａの側面と、第二金属部材１ｂ端面とを突き合せて平面視Ｌ字状に形成し、表面Ａ、裏面Ｂから摩擦攪拌を行うとともに、側面においては、溶接及び摩擦攪拌の両方を行うことを特徴とする。まず、被接合金属部材１、タブ材及び回転ツールについて詳細に説明する。なお、説明における上下左右前後は、図１の矢印に従う。
【００１９】
被接合金属部材１は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、側面に凸部Ｎを有する第一金属部材１ａと、端面に凹部Ｏを有する第二金属部材１ｂとを略隙間なく嵌め合わせて形成されている。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂ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。
【００２０】
第一金属部材１ａは、断面視矩形の直方体形状を呈し、その側面１４ａから突出した断面視等脚台形の凸部Ｎを有する。凸部Ｎは、第一金属部材１ａの端面１１ａから、前後軸方向に向かって延設されている。凸部Ｎは、第一金属部材１ａの側面１４ａの高さ方向の中央に形成されている。凸部Ｎの台形に係る長辺の長さはｐ１、短辺の長さはｐ２で形成されている。また、長辺から短辺までの突出高さはｐ３、凸部Ｎの長さはｐ４で形成されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、突出高さｐ３は、後記する大型接合用回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）のショルダ部Ｇ１の半径よりも大きく形成されている。即ち、突出高さｐ３と、後記する大型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１との関係が、ｐ３＞Ｙ１／２となるように形成されている。
【００２２】
第二金属部材１ｂは、断面視矩形の直方体形状を呈し、その端面１１ｂに凹設された断面視等脚台形の凹部Ｏを有する。凹部Ｏは、第二金属部材１ｂの一方の側面１４ｂから他方の側面１５ｂまで連続して形成されている。凹部Ｏは、第二金属部材１ｂの端面１１ｂの高さ方向の中央に形成されている。凹部Ｏの断面に係る長辺の長さはｑ１、短辺の長さはｑ２で形成されている。また、長辺から短辺までの深さはｑ３、凹部Ｏの長さはｑ４で形成されている。
【００２３】
図２の（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａの凸部Ｎと、第二金属部材１ｂの凹部Ｏとを突き合わせると、ほぼ隙間のないように嵌め合わされ、突合せ面には突合部Ｊ１が形成される。即ち、凸部Ｎと凹部Ｏの断面形状は、それぞれ略同等（ｐ１≒ｑ１、ｐ２≒ｑ２、ｐ３≒ｑ３、ｐ４≒ｑ４）に形成されている。なお、凸部Ｎ及び凹部Ｏの形状は、断面視等脚台形に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００２４】
また、凸部Ｎは、側面１４ａから離間する方向に向かうに従って先細り（テーパ）となるように形成されている。また、凹部Ｏは、端面１１ｂから離間する方向に向かうに従って先細りとなるように形成されている。これにより、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを嵌め合わせる作業が容易となる。
【００２５】
なお、図２の（ｂ）に示すように、被接合金属部材１のうち、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとで形成される面を表面Ａともいう。また、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとで形成される面を裏面Ｂともいう。
また、被接合金属部材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とで形成される面を第一側面Ｃともいう。また、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとで形成される面を第二側面Ｄともいう。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とで略垂直に形成された角部分を入り隅部Ｉとする。
【００２６】
次に、図３を参照して、仮接合などに用いる回転ツールＦ（以下、「小型接合用回転ツールＦ」という。）及び本接合に用いる回転ツールＧ（以下、「大型接合用回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。
【００２７】
図３の（ａ）に示す小型接合用回転ツール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に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型接合用回転ツール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接合用回転ツール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、小型接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型接合用回転ツール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。
【００２８】
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、大型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１よりも小さくなっている。
【００２９】
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が大型接合用回転ツールＧ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ＬＡは、大型接合用回転ツール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。
【００３０】
図３の（ｂ）に示す大型接合用回転ツール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に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。
【００３１】
ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型接合用回転ツールＦ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。
【００３２】
第一タブ材２及び第二タブ材３は、図４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、両側面に現れる継ぎ目（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。
【００３３】
以下、本実施形態に係る各工程について詳細に説明する。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）第一側面本接合工程、（７）第二側面本接合工程を含んでいる。
【００３４】
（１）突合工程
突合工程は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する突合工程と、被接合金属部材１にタブ材を配置するタブ材配置工程とを含むものである。
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の側面１４ａと第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを突き合わせて被接合金属部材１を形成する。即ち、第一金属部材１ａの凸部Ｎと第二金属部材１ｂの凹部Ｏとを嵌め合わせる。被接合金属部材１は、第一金属部材１ａの表面１２ａと第二金属部材１ｂの表面１２ｂとは面一に形成されており、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとは面一に形成されている。また、第一金属部材１ａの一方の側面１４ａと第二金属部材１ｂの一方の側面１４ｂとは略垂直に形成されている。また、第一金属部材１ａの端面１１ａと第二金属部材１ｂの他方の側面１５ｂとは面一に形成されている。
【００３５】
ここで、図２の（ｂ）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のうち、凸部Ｎと凹部Ｏとの突合せ面を突合部Ｊ１０とする。さらに、突合部Ｊ１０のうち、鉛直の部分を鉛直辺部Ｊ１０ａ、一方の斜辺部分を斜辺部１０ｂ、他方の斜辺部分を斜辺部１０ｃとする。
【００３６】
タブ材配置工程では、図４に示すように、被接合金属部材１の第二側面Ｄ及び被接合金属部材１の入り隅部Ｉに第一タブ材２及び第二タブ材３をそれぞれ配置する。第一タブ材２及び第二タブ材３は、本実施形態においては、被接合金属部材１と同等の材料からなる。第一タブ材２は、直方体を呈し、被接合金属部材１の第二側面Ｄにおいて、突合部Ｊ１に沿って当接配置される。第一タブ材２の表面及び裏面は、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂにそれぞれ面一に形成されている。また、第一タブ材２と被接合金属部材１との入り隅部２ａ，２ｂは、溶接によって仮接合されている。これにより、摩擦攪拌を行うときの目開きを防止することができる。なお、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部を突合部ｊ２とする。
【００３７】
第二タブ材３は、直方体を呈し、入り隅部Ｉにおいて、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに沿ってそれぞれ当接配置される。第二タブ材３の表面及び裏面は、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂとそれぞれ面一に形成されている。また、第二タブ材３と被接合金属部材１との入り隅部３ａ，３ｂは、第一タブ材２と同様に溶接によって仮接合されている。
被接合金属部材１にタブ材を配置したら、当該被接合金属部材１を図示しない摩擦攪拌装置に、表面Ａが上方を向くようにして治具などで固定する。
【００３８】
（２）第一仮接合工程
第一仮接合工程は、被接合金属部材１の表面Ａから被接合金属部材１とタブ材とを仮に接合する第一仮接合工程と、後記する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むものである。
【００３９】
第一仮接合工程では、図５に示すように、被接合金属部材１の表面Ａから、小型接合用回転ツール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及びｊ４に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、第一仮接合工程は、突合部ｊ２を接合する第一タブ材接合工程、突合部Ｊ１を接合する仮接合工程、突合部ｊ３及びｊ４を接合する第二タブ材接合工程からなる。
【００４０】
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より詳細に説明する。
まず、小型接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を右回転させながら第一タブ材２の適所に設けた開始位置ＳＰ１に挿入して摩擦攪拌を開始し、小型接合用回転ツールＦを第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。
【００４１】
小型接合用回転ツールＦを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で小型接合用回転ツールＦを離脱させることなくそのまま第一タブ材接合工程に移行する。
【００４２】
第一タブ材接合工程では、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との継ぎ目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接合用回転ツール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。本実施形態では、小型接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。
【００４３】
なお、小型接合用回転ツールＦを右回転させた場合には、進行方向の左側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、小型接合用回転ツールＦの進行方向の左側に第一タブ材２が位置するように第一タブ材接合工程の始点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側に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の製品を得ることが可能となる。
【００４４】
小型接合用回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点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。なお、本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定している。
【００４５】
仮接合工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１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接合用回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型接合用回転ツール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。
【００４６】
小型接合用回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。即ち、第二タブ材接合工程の始点ｓ３でもある仮接合工程の終点ｅ１で小型接合用回転ツールＦを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。
【００４７】
第二タブ材接合工程では、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。本実施形態では、突合部ｊ３上に折返し点ｍ３を設け、小型接合用回転ツールＦを始点ｓ３から折返し点ｍ３に移動させた後に、小型接合用回転ツールＦを折返し点ｍ３から終点ｅ３に移動させることで、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。即ち、小型接合用回転ツールＦを始点ｓ３〜折返し点ｍ３間で往復させた後に、小型接合用回転ツールＦを終点ｅ３まで移動させることで、第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、始点ｓ３から折返し点ｍ３に至る摩擦攪拌のルート及び折返し点ｍ３から終点ｅ３に至る摩擦攪拌のルートは、それぞれ、被接合金属部材１と第二タブ材３との継ぎ目上に設定する。
【００４８】
図５に示すように、小型接合用回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点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。小型接合用回転ツールＦが終了位置ＥＰ１に達したら、小型接合用回転ツールＦを回転させつつ上昇させて終了位置ＥＰ１から離脱させる。
【００４９】
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いて、大型接合用回転ツールＧを挿入する挿入予定位置（開始位置）に下穴Ｐ１を形成する工程である。本実施形態に係る下穴形成工程では、第一仮接合工程の終了位置ＥＰ１（図５参照）に下穴Ｐ１を形成する。終了位置ＥＰ１には小型接合用回転ツールＦの抜き穴が形成されているため、その抜き穴を利用して容易に下穴Ｐ１を形成することができる。
【００５０】
下穴Ｐ１の位置（即ち、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置）にも制限はなく、第一タブ材２や第二タブ材３に形成してもよいし、突合部ｊ２に形成してもよいが、本実施形態の如く被接合金属部材１の突合部Ｊ１の延長線上に形成することが望ましい。
【００５１】
（３）第一本接合工程
第一本接合工程は、図６に示すように、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａから本格的に摩擦攪拌を行う工程である。本実施形態に係る第一本接合工程では、図３の（ｂ）に示す大型接合用回転ツール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から摩擦攪拌を行う。
【００５２】
第一本接合工程では、まず、図６に示すように、大型接合用回転ツールＧを左回転させつつ攪拌ピンＧ２を開始位置ＳＭ１に形成された下穴Ｐ１に挿入し、摩擦攪拌を開始する。本実施形態では、被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部ｊ４に開始位置ＳＭ１を設けているので、大型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入する際に、塑性流動化した金属の一部が被接合金属部材１と第二タブ材３との間にある微細な隙間に流れ込み、その後に塑性流動化した金属の前記した隙間への逸散が緩和されるので、肉不足による接合欠陥が生じ難くなる。
【００５３】
なお、下穴Ｐ１に大型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を圧入すると、被接合金属部材１と第二タブ材３と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とにより形成された入り隅部３ａ，３ａ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。
【００５４】
被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端まで摩擦攪拌を行ったら、そのまま大型接合用回転ツールＧを突合部Ｊ１に突入させ、被接合金属部材１の継ぎ目上に設定された摩擦攪拌のルートに沿って大型接合用回転ツール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の他端まで大型接合用回転ツール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。
【００５５】
大型接合用回転ツールＧが終了位置ＥＭ１に達したら、大型接合用回転ツールＧを回転させながら上昇させて攪拌ピンＧ２を終了位置ＥＭ１から離脱させる。被接合金属部材１の表面Ａには、突合部Ｊ１に沿って表面側塑性化領域Ｗ１が形成されている。
なお、本実施形態においては、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１を突合部ｊ４に設けた場合を例示したが、第一タブ材２に設けてもよいし、第二タブ材３に設けてもよい。また、第一本接合工程が終了したら、表面Ａに形成されているバリを除去して、表面Ａを平滑に形成することが好ましい。これにより、後記するタブ材配置工程において表面Ａにタブ材を配置する際に、タブ材と被接合金属部材１とを密着させることができる。
前記した第一本接合工程が終了したら、被接合金属部材１を図示しない摩擦攪拌装置から一旦外し、裏面Ｂが上方を向くようにして再度、治具で固定する。
【００５６】
（４）第二仮接合工程
図７は、第一実施形態に係る第二仮接合工程及び第二本接合工程を示した平面図である。第二仮接合工程は、図７に示すように、被接合金属部材１の裏面Ｂから被接合金属部材１とタブ材とを仮に接合する第二仮接合工程と、第二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むものである。
第二仮接合工程では、図７に示すように、被接合金属部材１の裏面Ｂから、被接合金属部材１と第一タブ材２及び第二タブ材３とを左回転させた小型接合用回転ツール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及びｊ４に対して連続して摩擦攪拌を行う。即ち、第二仮接合工程は、突合部ｊ２を接合する第一タブ材接合工程、突合部Ｊ１を接合する仮接合工程、突合部ｊ３及びｊ４を接合する第二タブ材接合工程からなる。本実施形態においては、第二仮接合工程の開始位置ＳＰ２を第一タブ材２に設定し、終了位置ＥＰ２を突合部ｊ４上に設定する。
第二仮接合工程は、前記した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。
【００５７】
（５）第二本接合工程
第二本接合工程は、図７に示すように、突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の裏面Ｂから本格的に摩擦攪拌を行う工程である。本実施形態に係る第二本接合工程では、図３の（ｂ）に示す大型接合用回転ツールＧを右回転させて使用し、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の裏面Ｂから摩擦攪拌を行う。
第二本接合工程は、本実施形態においては、突合部ｊ４に設定された開始位置ＳＭ２から第一タブ材２に設定された終了位置ＥＭ２まで大型接合用回転ツールＧを離脱させることなく摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、前記した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。なお、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。
【００５８】
第二本接合工程が終了したら、第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１から切除する。図８は、第一実施形態に係る第一側面本接合工程を示した図である。図８に示すように、第一本接合工程では、大型接合用回転ツールＧを左回転させて摩擦攪拌を行ったため、進行方向右側（表面側塑性化領域Ｗ１の第二金属部材１ｂ側）にトンネル状の空洞欠陥Ｒ（以下、トンネル状空洞欠陥Ｒとする）が発生する可能性がある。また、第二本接合工程では、大型接合用回転ツールＧを右回転させて摩擦攪拌を行ったため、進行方向左側（裏面側塑性化領域Ｗ２の第二金属部材１ｂ側）にトンネル状空洞欠陥Ｒが発生する可能性がある。
また、第一本接合工程及び第二本接合工程によって、第二タブ材３と被接合金属部材１との突合部ｊ４に形成された酸化皮膜を被接合金属部材１の内部（第一金属部材１ａ側）に巻き込む可能性がある。これらの欠陥については、後記する補修工程で適宜補修を行う。
【００５９】
（６）第一側面本接合工程
第一側面本接合工程は、図８に示すように、被接合金属部材１の第一側面Ｃ（第二金属部材１ｂの一方の側面１４ｂ上）に露出する突合部Ｊ１０に対して、溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方を行うことによって突合部Ｊ１０を密閉するものである。一方、後記する第二側面本接合工程は、被接合金属部材１の第二側面Ｄ（第二金属部材１ｂの他方の側面１５ｂ上）に露出する突合部Ｊ１０（図１０参照）に対して、溶接及び摩擦攪拌の少なくともいずれか一方を行うことによって突合部Ｊ１０を密閉するものである。本実施形態では、第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程を合わせて、側面本接合工程ともいう。
【００６０】
第一側面本接合工程は、本実施形態においては、突合部Ｊ１０に沿って凹溝Ｋを形成する凹溝形成工程と、凹溝Ｋに溶接を行って凹溝Ｋに溶接金属Ｔ１を充填させる溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ１のうち肉盛部Ｔ１’を切除する切除工程と、突合部Ｊ１０の一部に摩擦攪拌を行う第一側面摩擦攪拌工程を含むものである。
【００６１】
凹溝形成工程では、図８に示すように、突合部Ｊ１０に沿って公知のエンドミル等を用いて凹溝Ｋを形成する。凹溝Ｋの両端は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２に重複するように形成される。これにより、後記する溶接金属充填工程の際に、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と溶接金属Ｔとを重複させることができるため、突合部Ｊ１０を隙間なく密閉することができる。凹溝Ｋの形状は、本実施形態においては、図８の（ｂ）に示すように、断面視略半円形状に形成されているが、形状を限定する趣旨ではない。
【００６２】
溶接金属充填工程では、凹溝Ｋに肉盛溶接を行い、凹溝Ｋに溶接金属Ｔ１を充填させる。肉盛溶接は、図８の（ｂ）に示すように、溶接金属Ｔ１が第一側面Ｃから突出する程度に、例えばＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行う。なお、溶接金属Ｔ１のうち、第一側面Ｃから突出した部分を肉盛部Ｔ１’とする。
【００６３】
切除工程では、溶接金属Ｔ１のうち、第一側面Ｃから突出した肉盛部Ｔ１’を公知の切削具を用いて切除する。これにより、第一側面Ｃを平滑に成形することができる。
【００６４】
第一側面摩擦攪拌工程は、図９に示すように、表面Ａ及び裏面Ｂに一対のタブ材を配置するタブ材配置工程と、第一側面Ｃに露出する突合部Ｊ１０のうち、鉛直辺部Ｊ１０ａに沿って摩擦攪拌を行う第一側面摩擦攪拌工程とを含むものである。
【００６５】
タブ材配置工程では、図９に示すように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂに沿って一対の第三タブ材４及び第四タブ材５をそれぞれ配置する。第三タブ材４及び第四タブ材５は、突合部Ｊ１０の鉛直辺部Ｊ１０ａの延長線上に配置される。第三タブ材４及び第四タブ材５は、その表面及び裏面が、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄとそれぞれ面一となるように形成されている。被接合金属部材１と第三タブ材４との入り隅部４ａ，４ｂは溶接により仮接合される。同様に、被接合金属部材１と第四タブ材５との入り隅部５ａ，５ｂは、溶接により仮接合される。
【００６６】
第一側面摩擦攪拌工程では、図９に示すように、突合部Ｊ１０の鉛直辺部Ｊ１０ａに対して摩擦攪拌を行う。即ち、凸部Ｎの先端面と凹部Ｏの底面との突合部を含むように、摩擦攪拌を行う。本実施形態においては、第一側面摩擦攪拌工程の開始位置ＳＭ３は第四タブ材５に設定し、終了位置ＥＭ３は、第三タブ材４に設定する。開始位置ＳＭ３及び終了位置ＥＭ４は、突合部Ｊ１０の鉛直辺部Ｊ１０ａの延長線上に設定する。これにより、第一側面摩擦攪拌工程を最短距離で行うことができる。
【００６７】
より詳細に説明すると、大型接合用回転ツールＧを回転させて第四タブ材５に設定された開始位置ＳＭ３に押し込み、第三タブ材４側に向けて相対移動させる。第四タブ材５と被接合金属部材１との突合部ｊ５を通過させて、大型接合用回転ツールＧを離脱させずに、鉛直辺部Ｊ１０ａに沿って相対移動させる。そして、第三タブ材４と被接合金属部材１との突合部ｊ６を通過させて、第三タブ材４に設定された終了位置ＥＭ３で大型接合用回転ツールＧを離脱させる。第一側面Ｃには、第一側面摩擦攪拌工程によって、第一側面側塑性化領域Ｗ３が形成されている。なお、第一側面摩擦攪拌工程を行う前に、開始位置ＳＭ３に前記した下穴を形成して大型接合用回転ツールＧの圧入抵抗を軽減してもよい。
【００６８】
図９に示すように、第一側面側塑性化領域Ｗ３の幅Ｗａは、凹溝Ｋの幅Ｋａよりも大きく形成されている。これにより、鉛直辺部Ｊ１０ａの全長に亘って、凹溝Ｋと溶接金属Ｔ１との界面を摩擦攪拌することができる。
【００６９】
ここで、表面Ａから突合部Ｊ１０の斜辺部Ｊ１０ｂまでの距離Ｎａは、表面側塑性化領域Ｗ１の深さＷ１ｄよりも小さく形成されている。同様に、裏面Ｂから突合部Ｊ１０の斜辺部１０ｃまでの距離Ｎａは、裏面側塑性化領域Ｗ２の深さＷ２ｄよりも小さく形成されている。即ち、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と、第一金属部材１ａの凸部Ｎとを重複させることにより、突合部Ｊ１０をより確実に密閉することができる。
【００７０】
（７）第二側面本接合工程
第二側面本接合工程は、図１０に示すように、被接合金属部材１の第二側面Ｄに露出する突合部Ｊ１０に対して、溶接及び摩擦攪拌のいずれか一方を行うことによって突合部Ｊ１０を密閉するものである。第二側面本接合工程は、本実施形態においては、突合部Ｊ１０に沿って凹溝Ｋを形成する凹溝形成工程と、凹溝Ｋに溶接を行って凹溝Ｋに溶接金属Ｔ２を充填させる溶接金属充填工程と、溶接金属Ｔ２のうち肉盛部（図示省略）を切除する切除工程と、突合部Ｊ１０の一部に摩擦攪拌を行う第二側面摩擦攪拌工程を含むものである。
【００７１】
凹溝形成工程では、図１０に示すように、第二側面Ｄに露出する突合部Ｊ１０に沿って公知のエンドミル等を用いて凹溝Ｋを形成する。凹溝Ｋの両端は、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２に重複するように形成される。これにより、後記する溶接金属充填工程の際に、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と溶接金属Ｔ２とを重複させることができるため、突合部Ｊ１０を隙間なく密閉することができる。
【００７２】
溶接金属充填工程では、図１０に示すように、凹溝Ｋに肉盛溶接を行い、凹溝Ｋに溶接金属Ｔ２を充填させる。肉盛溶接は、溶接金属Ｔ２が第二側面Ｄから突出する程度に、例えばＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行う（図８の（ｂ）参照）。
【００７３】
切除工程では、溶接金属Ｔ２のうち、第二側面Ｄから突出した肉盛部（図示省略）を公知の切削具を用いて切除する。これにより、第二側面Ｄを平滑に成形することができる。
【００７４】
第二側面摩擦攪拌工程では、図１１に示すように、突合部Ｊ１０の鉛直辺部Ｊ１０ａに沿って摩擦攪拌を行う。即ち、凸部Ｎの先端面と凹部Ｏの底面との突合部を含むように、摩擦攪拌を行う。第二側面摩擦攪拌工程は、本実施形態においては、第三タブ材４に設定された開始位置ＳＭ４から第四タブ材５に設定された終了位置ＥＭ４まで大型接合用回転ツールＧを離脱することなく連続して摩擦攪拌を行う。第二側面Ｄには、第二側面本接合工程によって、第二側面側塑性化領域Ｗ４が形成されている。第二側面摩擦攪拌工程は、第一側面摩擦攪拌工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
【００７５】
以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と、第一金属部材１ａの凸部Ｎとを重複させるとともに、突合部Ｊ１０に肉盛溶接を行い、さらに、突合部Ｊ１０の鉛直辺部Ｊ１０ａに沿って摩擦攪拌を行うことにより、被接合金属部材１の側面に露出する突合部Ｊ１０を確実に密閉することができる。これにより、被接合金属部材１の側面間における水密性及び気密性を高めることができる。
【００７６】
また、被接合金属部材１の第一側面Ｃに露出する突合部Ｊ１０は、第一金属部材１ａの凸部Ｎ及び第二金属部材１ｂの凹部Ｏによって、入り隅部Ｉから離間した位置に形成される。これにより、突合部Ｊ１０（Ｊ１０ａ）を摩擦攪拌する際には、接合面に対して大型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を略垂直に押圧することができるため、攪拌ピンＧ２を深い位置まで押し込むことができる。よって、入り隅部Ｉを摩擦攪拌する場合に比べて広い領域を摩擦攪拌することができるため、被接合金属部材１の接合強度を高めることができる。また、突合部Ｊ１０の一部が入り隅部Ｉから離間した位置に形成されるため、突合部Ｊ１０に対する溶接及び摩擦攪拌作業を比較的容易に行うことができる。
【００７７】
ここで、図１及び図９に示すように、本実施形態に係る被接合金属部材１は、平面視Ｌ字状を呈するため、第一側面Ｃに露出する突合部Ｊ１０の摩擦攪拌が困難になる場合がある。即ち、突合部Ｊ１０を摩擦攪拌する場合、図示しない摩擦攪拌装置の構造によっては、装置の取り合いにより、大型接合用回転ツールＧを第一金属部材１ａ側に近づけることができない場合がある。これにより、突合部Ｊ１０に未塑性化領域ができてしまい、水密性及び気密性の低下を招来する。
【００７８】
しかし、本実施形態においては、凸部Ｎの突出高さｐ３は、少なくとも大型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の半径よりも大きく形成されている。これにより、大型接合用回転ツールＧを用いて側面本接合工程を行うことができる。
【００７９】
また、凹溝Ｋを形成して溶接金属Ｔ１，Ｔ２を充填するとともに、切除工程で肉盛部Ｔ１’を切除するため、被接合金属部材１の側面を平滑にするとともに、仕上がり面をきれいに成形することができる。
【００８０】
なお、本発明においては、適宜補修工程を行って、より気密性及び水密性の高い製品を成形することができる。以下、入り隅部補修工程、第一補修工程、第二補修工程及び横断補修工程について説明する。
【００８１】
（８）入り隅部補修工程
入り隅部補修工程は、図１２に示すように、被接合金属部材１の入り隅部Ｉに対して、入り隅部用回転ツールＨを用いて摩擦攪拌を行うものである。入り隅部補修工程は、三角柱を呈する当て部材Ｌを入り隅部Ｉに当てがい、比較的小型の入り隅部用回転ツールＨを当て部材Ｌに貫通させて、当て部材Ｌを入り隅部Ｉに摺動させながら摩擦攪拌を行う。このように入り隅部Ｉに摩擦攪拌を行うことで、入り隅部塑性化領域ｗｈが形成され、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２に形成される可能性のあるトンネル状空洞欠陥Ｒや酸化皮膜（図示省略）を密閉することができる。
【００８２】
（９）第一補修工程、第二補修工程
第一補修工程、第二補修工程は、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂの少なくともいずれか一方において、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２中に欠陥が形成される部分に摩擦攪拌により補修を行うものである。
【００８３】
本実施形態に係る第一本接合工程おいては、大型接合用回転ツールＧを左回転させて、第二タブ材３側から第一タブ材２側に向けて相対移動させているため、表面側塑性化領域Ｗ１の内部の進行方向右側の領域にトンネル状空洞欠陥が形成される可能性がある（当該領域を第一補修領域ｒ１とする）。
また、突合部ｊ２には、酸化皮膜が形成されているため、前記した第一本接合工程を行うと、第一金属部材１ａにおける第一タブ材２側であって、かつ、第二金属部材１ｂ側の領域の内部に酸化皮膜を巻き込む可能性がある（当該領域を第二補修領域ｒ２とする）。そのため、第一補修工程は、第一補修領域ｒ１に対して、第二補修工程は、第二補修領域ｒ２に対して、それぞれ小型接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行い補修する。なお、本実施形態においては、小型接合用回転ツールＦを用いるが、予想される欠陥の大きさや深さによって適宜回転ツールを選択すればよい。
【００８４】
本実施形態では、図１３の（ｂ）に示すように、小型接合用回転ツール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、第一補修工程及び第二補修工程を連続して行う。なお、本実施形態では、第一補修領域ｒ１、第二補修領域ｒ２の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。
【００８５】
第一補修工程及び第二補修工程における摩擦攪拌の手順を図１３の（ｂ）を参照してより詳細に説明する。
まず、被接合金属部材１の適所に設けた開始位置ＳＲに小型接合用回転ツールＦの攪拌ピンを挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第一補修領域ｒ１（図１３の（ａ）参照）に対して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、第一本接合工程における摩擦攪拌の開始位置ＳＭ１（図６参照）の近傍に開始位置ＳＲを設けるとともに、開始位置ＳＲを挟んで終了位置ＥＲと反対側に折返し点ＭＲを設け、小型接合用回転ツールＦを折返し点ＭＲに向かって相対移動させた後に、折返し点ＭＲで折り返し、その後、突合部Ｊ１に沿って相対移動させることで、第一補修領域ｒ１に対して摩擦攪拌を行う。
【００８６】
第一補修領域ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二補修工程に移行して第二補修領域ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態のように、小型接合用回転ツールＦで摩擦攪拌できる領域に比して第二補修領域ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ小型接合用回転ツールＦを何度かＵターンさせればよい。
【００８７】
第二補修領域ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、小型接合用回転ツールＦを第一タブ材２上に設定した終了位置ＥＲに移動させ、小型接合用回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンを終了位置ＥＲから離脱させる。
【００８８】
（１０）第一横断補修工程
図１４は、前記した第一補修工程及び第二補修工程後を示した被接合金属部材１の表面Ａ側の平面図である。第一横断補修工程は、被接合金属部材１の表面Ａに形成された表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面Ｂに形成された裏面側塑性化領域Ｗ２の少なくともいずれか一方を複数回横断するように小型接合用回転ツールＦを移動させる。
【００８９】
第一横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、第一本接合工程における表面側塑性化領域Ｗ１の中央線上において表面側塑性化領域Ｗ１を横切る複数の交差ルートｆ１，ｆ１，…と、隣り合う交差ルートｆ１，ｆ１の同側の端部同士を繋ぐ移行ルートｆ２，ｆ２，…とを備えている。
交差ルートｆ１は、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと直交している。また、移行ルートｆ２は、表面側塑性化領域Ｗ１の右側あるいは左側に設けられていて、第一本接合工程における摩擦攪拌のルートと平行になっている。
【００９０】
第一横断補修工程における摩擦攪拌の手順を詳細に説明する。
第一横断補修工程は、小型接合用回転ツールＦを、一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するようにジグザグ状に移動させることで、摩擦攪拌の開始位置ＳＣから終了位置ＥＣまで連続して摩擦攪拌を行う。
【００９１】
第一横断補修工程では、まず、被接合金属部材１の適所に設けた開始位置ＳＣに小型接合用回転ツールＦの攪拌ピンを挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、一つ目の交差ルートｆ１に沿って連続して摩擦攪拌を行う。一つ目の交差ルートｆ１の終点ｅ１０に到達したら、小型接合用回転ツールＦの移動方向を変更して、移行ルートｆ２に沿って移動させ、表面側塑性化領域Ｗ１の側方にある金属に対して連続して摩擦攪拌を行う。小型接合用回転ツールＦが二つ目の交差ルートｆ１の始点ｓ１０に達したら、小型接合用回転ツールＦの移動方向を変更して二つ目の交差ルートｆ１に沿って移動させ、表面側塑性化領域Ｗ１に対して連続して摩擦攪拌を行う。以上のような過程を繰り返し、小型接合用回転ツールＦが最後の交差ルートｆ１の終点ｅ１０に達したら、小型接合用回転ツールＦを終了位置ＥＣに移動させ、小型接合用回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンを終了位置ＥＣから離脱させる。このように、第一横断補修工程によれば、表面側塑性化領域Ｗ１又は裏面側塑性化領域Ｗ２の長手方向に直行する方向に摩擦攪拌を行うことで、被接合金属部材１の接合強度を高めることができる。
【００９２】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。本発明に係る第二実施形態は、第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程において、凹溝を形成しない点及び凸部Ｎ及び凹部Ｏの形状が異なる点で第一実施形態と相違する。なお、以下の説明においては、第一側面本接合工程を例にしているが、第二側面本接合工程で行ってもよい。
【００９３】
第二実施形態に係る第一金属部材１ａの凸部Ｎ１及び第二金属部材１ｂの凹部Ｏ１は、断面視矩形を呈する。このように、凸部Ｎ１及び凹部Ｏ１の形状は、被接合金属部材１によって適宜設定すればよい。なお、凸部Ｎ１と凹部Ｏ１とで形成される突合部Ｊ１１は、鉛直辺部Ｊ１１ａと、鉛直辺部Ｊ１１ａの両端から垂直に延在する垂直辺部Ｊ１１ｂ，Ｊ１１ｃとからなる。
【００９４】
第二実施形態に係る第一側面本接合工程は、突合部Ｊ１１に沿って溶接を行う溶接接合工程と、突合部Ｊ１１の一部に摩擦攪拌を行う第一側面摩擦攪拌工程を含むものである。
【００９５】
溶接接合工程は、本実施形態においては、突合部Ｊ１１のうち垂直辺部Ｊ１１ｂ，１１ｃの全長に亘って溶接を行い、溶接金属Ｔ３によって密閉する。溶接の種類は限定されるものではないが、本実施形態においては、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を用いる。
【００９６】
第一側面摩擦攪拌工程は、図１６に示すように、突合部Ｊ１１の鉛直辺部Ｊ１１ａに沿って摩擦攪拌する工程であって、第四タブ材５に設定された開始位置ＳＭ５から第三タブ材４に設定された終了位置ＥＭ５まで大型接合用回転ツールＧを離脱することなく摩擦攪拌を行う。開始位置ＳＭ５及び終了位置ＥＭ５は、突合部Ｊ１１の鉛直辺部Ｊ１１ａの延長線上に設定されているため、最短距離で摩擦攪拌することができる。第一側面Ｃには、第一側面摩擦攪拌工程によって、第一側面側塑性化領域Ｗ１１が形成されている。
また、第一側面摩擦攪拌工程を行った後、第一側面側塑性化領域Ｗ１１のバリを除去するとともに、溶接金属Ｔ３のうち、第一側面Ｃから突出した部分も除去して第一側面Ｃを平滑に形成することが好ましい。
【００９７】
以上のように本発明の第二実施形態に係る接合方法によれば、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と溶接金属Ｔ３とを重複させるとともに、第一側面摩擦攪拌工程で形成された第一側面側塑性化領域Ｗ１１と、溶接金属Ｔ３とを重複させるため、突合部Ｊ１１を確実に密閉することができる。
【００９８】
なお、本実施形態においては、溶接接合工程を行った後に、第一側面摩擦攪拌工程を行ったが、これに限定されるものではなく、先に第一側面摩擦攪拌工程を行った後に、溶接接合工程を行ってもよい。
【００９９】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。本発明の第三実施形態は、第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程において、溶接を行わず、摩擦攪拌のみ行う点で、第一実施形態と相違する。なお、以下の説明においては、第一側面本接合工程を例にしているが、第二側面本接合工程で行ってもよい。
【０１００】
第三実施形態に係る第一側面本接合工程は、図１７に示すように、突合部Ｊ１２に沿って摩擦攪拌を行う第一側面摩擦攪拌工程を含むものである。突合部Ｊ１２は、鉛直辺部Ｊ１２ａと、鉛直辺部Ｊ１２ａの両端から垂直に延在する垂直辺部Ｊ１２ｂ，Ｊ１２ｃとからなる。
第一側面摩擦攪拌工程では、第四タブ材５に設定された開始位置ＳＭ６から、第三タブ材４に設定された終了位置ＥＭ６まで一筆書きの要領で小型接合用回転ツールＦを相対移動させて、摩擦攪拌を行う。本実施形態では、小型接合用回転ツールＦを用いるが、他の回転ツールを用いてもよい。
【０１０１】
即ち、本実施形態にかかる第一側面摩擦攪拌工程は、開始位置ＳＭ６に回転させた小型接合用回転ツールＦを圧入した後、突合部Ｊ１２の鉛直辺部Ｊ１２ａの一端に設定された第一起点ｓ１１に向けて小型接合用回転ツールＦを相対移動させる。第一起点ｓ１１に達したら突合部Ｊ１２の垂直辺部Ｊ１２ｃに沿って小型接合用回転ツールＦを移動させる。そして、第一金属部材１ａの近傍に設定された折返し点ｍ１１に達したら、再度第一起点ｓ１１に向けて小型接合用回転ツールＦを移動させる。小型接合用回転ツールＦが再度第一起点ｓ１１に達したら、鉛直辺部Ｊ１２ａの他端に設定された第二起点ｓ１２まで移動させる。そして、小型接合用回転ツールＦが第二起点ｓ１２に達したら、突合部Ｊ１２の垂直辺部Ｊ１２ｂに沿って小型接合用回転ツールＦを移動させる。そして、第一金属部材１ａの近傍に設定された折返し点ｍ１２に達したら、再度第二起点ｓ１２に向けて小型接合用回転ツールＦを移動させる。小型接合用回転ツールＦが第二起点ｓ１２に達したら、第三タブ材４に設定された終了位置ＥＭ６に向けて移動させ、終了位置ＥＭ６で小型接合用回転ツールＦを離脱させる。
【０１０２】
折返し点ｍ１１，ｍ１２の位置は、第一側面摩擦攪拌工程によって形成された第一側面側塑性化領域Ｗ１２と表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２とが重複する位置に設定する。これにより、突合部Ｊ１２を隙間なく密閉することができる。また、表面側塑性化領域Ｗ１及び裏面側塑性化領域Ｗ２と凸部Ｎ２とが重複しているため、より確実に突合部Ｊ１２を密閉することができる。
【０１０３】
以上のように、本発明の第三実施形態に係る接合方法によれば、溶接を行わず、摩擦攪拌のみによっても突合部Ｊ１２を密閉することができる。これにより、被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。また、摩擦攪拌のみ行って、溶接を行わないので作業時間を短縮することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において、適宜変更が可能である。
例えば、側面本接合工程は、摩擦攪拌を行わずに溶接のみ行って、被接合金属部材の第一側面又は第二側面に露出した突合部を密閉してもよい。この際、溶接金属によって突合部に沿って溶接金属で密閉するとともに、表面側塑性化領域及び裏面側塑性化領域と当該溶接金属とを重複させることで、隙間なく突合部を密閉することができる。また、第一金属部材の凸部及び第二金属部材の凹部によって、従来よりも溶接長（突合部）を長く確保することができるため、被接合金属部材の接合強度を高めることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態においては、側面本接合工程は、第一側面本接合工程及び第二側面本接合工程を含むものであるが、どちらか一方のみ行ってもよい。また、溶接の方法は、本実施形態においては、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を採用したが、他の溶接方法であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第一実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。
【図２】第一実施形態に係る被接合金属部材を示した図であって、（ａ）は、分解斜視図、（ｂ）は、突き合わせた状態を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、小型接合用回転ツールを示した側面図であって、（ｂ）は、大型接合用回転ツールを示した側面図である。
【図４】第一実施形態に係る突合工程を示した斜視図である。
【図５】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６】第一実施形態に係る第一本接合工程を示した平面図である。
【図７】第一実施形態に係る第二仮接合工程及び第二本接合工程を示した平面図である。
【図８】第一実施形態に係る第一側面本接合工程を示した図であって、（ａ）は、凹溝形成工程及び溶接金属充填工程を示した斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図９】第一実施形態に係る第一側面摩擦攪拌工程を示した平面図である。
【図１０】第一実施形態に係る第二側面本接合工程の凹溝形成工程及び溶接金属充填工程を示した正面図である。
【図１１】第一実施形態に係る第二側面摩擦攪拌工程を示した平面図である。
【図１２】入り隅部補修工程を示した斜視図である。
【図１３】（ａ）は、表面側塑性化領域の空洞欠陥の領域を示し、（ｂ）は、第一補修工程及び第二補修工程を示した平面図である。
【図１４】第一横断補修工程を示した平面図である。
【図１５】第二実施形態に係る溶接接合工程を示した平面図である。
【図１６】第二実施形態に係る第一側面摩擦攪拌工程を示した平面図である。
【図１７】第三実施形態に係る第一側面摩擦攪拌工程を示した平面図である。
【図１８】従来の接合方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【０１０７】
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      小型接合用回転ツール
Ｇ      大型接合用回転ツール
Ｊ１，Ｊ１０    突合部
Ｋ      凹溝
Ｎ      凸部
Ｏ      凹部
Ｐ１    下穴
Ｔ      溶接金属
Ｗ      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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【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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