JP2009090297A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の金属部材同士を接合して形成された被接合金属部材の気密性及び水密性を向上させるとともに、金属部材同士の接合力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】本発明に係る接合方法は、一対の金属部材を突き合わせる突合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って表面Ａから摩擦攪拌を行う第一本接合工程と、突合部Ｊ１に沿って裏面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の側面において、突合部Ｊ１に沿って形成された凹溝の底面から突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う凹溝底面本接合工程と、凹溝に、第一本接合工程及び第二本接合工程で形成された塑性化領域を覆う継手部材Ｕを配置する継手部材配置工程と、凹溝の対向する一対の側壁と継手部材Ｕの両側面との突合部に摩擦攪拌を行う継手部材本接合工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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。

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攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。

ここで図１５及び図１６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１５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攪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１００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。

特開２００５−１３１６６６号公報（図７参照）

しかしながら、図１６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攪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低下するという問題があった。

ここで、金属部材１１１の厚みに応じて回転ツールの攪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った。

また、図１５及び図１６に示すように、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に連続するトンネル状の空洞欠陥１０９（以下、トンネル状空洞欠陥という）が生じる可能性がある。かかるトンネル状空洞欠陥１０９は、金属部材１１１，１１１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。また、表面１０２及び裏面１０３に露出する突合部１０４における摩擦攪拌のみでは、金属部材１１１同士の接合力が弱いという問題があった。

このような観点から、本発明は、一対の金属部材同士を接合して形成された被接合金属部材の気密性及び水密性を向上させるとともに、金属部材同士の接合力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。

このような課題を解決する本発明に係る接合方法は、回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合方法であって、一対の金属部材同士を突き合わせる突合工程と、前記金属部材同士の突合部に対して前記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、前記金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝の底面から前記突合部に沿って摩擦攪拌を行う凹溝底面本接合工程と、前記凹溝に、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域を覆う継手部材を配置する継手部材配置工程と、一方の前記金属部材と前記継手部材との突合部及び他方の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手部材本接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる接合方法では、金属部材の側面に形成された凹溝に、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域を覆う継手部材を配置するとともに、金属部材と継手部材の突合部を摩擦攪拌するので、金属部材同士の側面間の水密性及び気密性を高めることができる。また、金属部材の側面に形成された凹溝の底面に露出する突合部に対して摩擦攪拌するとともに、金属部材と継手部材との突合部に対しても摩擦攪拌するため、金属部材同士の接合力を高めることができる。

また、前記継手部材本接合工程では、前記凹溝の底面と前記継手部材の下面との突合部に対しても摩擦攪拌を行うことが好ましい。

かかる接合方法では、前記凹溝の底面と前記継手部材の下面に形成された未塑性化領域を摩擦攪拌することができるため、金属部材同士の水密性及び気密性をより高めることができる。

また、前記継手部材本接合工程で行う摩擦攪拌により、前記凹溝底面本接合工程で形成されたトンネル状の空洞欠陥を分断することが好ましい。
また、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程によって形成された塑性化領域において、前記凹溝の底面に露出するトンネル状の空洞欠陥を溶接金属によって密閉する第一補修工程を含むことが好ましい。

かかる接合方法では、摩擦攪拌によって形成されるトンネル状空洞欠陥を分断又は密閉することができるため、金属部材同士の水密性及び機密性をより一層高めることができる。

また、前記凹溝の幅は、前記第一本接合工程及び第二本接合工程によって形成された塑性化領域の幅よりも大きいことが好ましい。

かかる接合方法では、凹溝の幅は前記第一本接合工程及び第二本接合工程によって形成された塑性化領域の幅よりも大きく形成されているため、第一本接合工程及び第二本接合工程で用いた回転ツールを用いて摩擦攪拌することができる。これにより、回転ツールを付け替えるなどの手間を省くことができる。

また、前記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。かかる接合工程によれば、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。

本発明に係る接合方法によれば、一対の金属部材同士を接合して形成された被接合金属部材の気密性及び水密性を向上させるとともに、突合部の接合力を高めることができる。

［第一実施形態］
本発明の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に露出する突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌するとともに、被接合金属部材１の両側面に形成された凹溝に継手部材Ｕを配置して、継手部材Ｕと第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂとの突合部に対して摩擦攪拌を行うことを特徴とするものである。
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る第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。また、説明における上下左右前後は、図１の矢印に従う。

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。

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、第一タブ材２及び第二タブ材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。

次に、図３の（ａ）乃至図３の（ｃ）を参照して、後記する仮接合工程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。）、後記する継手部材本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「中型接合用回転ツールＧ」という。）、及び後記する第一本接合工程、第二本接合工程、凹溝底面本接合工程に用いる回転ツールＨ（以下、「大型接合用回転ツールＨ」という。）を詳細に説明する。

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、後記する継手部材本接合工程で用いる中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、継手部材本接合工程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）を中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。

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Ｘ_１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、中型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも小さくなっている。

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）Ｘ_２が中型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ_３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さい。攪拌ピンＦ２の長さＬ_１は、中型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_２（図３の（ｂ）参照）よりも小さく形成されている。

図３の（ｂ）に示す中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。即ち、中型接合用回転ツールＧは、小型接合用回転ツールＦの略相似形状を呈し、小型接合用回転ツールＦよりも大きく形成されている。

図３の（ｃ）に示す大型接合用回転ツールＨ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Ｈ１と、このショルダ部Ｈ１の下端面Ｈ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｈ２とを備えて構成されている。即ち、大型接合用回転ツールＨは、中型接合用回転ツールＧの略相似形状を呈し、中型接合用回転ツールＧよりも大きく形成されている。

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）第一本接合工程、（３）第二本接合工程、（４）凹溝形成工程、（５）凹溝底面本接合工程、（６）第一継手部材配置工程、（７）第一継手部材仮接合工程、（８）第一継手部材本接合工程、（９）第二継手部材配置工程、（１０）第二継手部材仮接合工程、（１１）第二継手部材本接合工程、を含むものである。

（１）突合工程
突合工程は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの端面同士を突き合わせる突合工程と、被接合金属部材１の両側に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置するタブ材配置工程を含むものである。

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、第一金属部材１ａの裏面１３ａと第二金属部材１ｂの裏面１３ｂとを面一に形成する。さらに、第一金属部材１ａの側面１４ａと第二金属部材１ｂの側面１４ｂとを面一にするとともに、第一金属部材１ａの側面１５ａと第二金属部材１ｂの側面１５ｂとを面一に形成する。

タブ材配置工程では、被接合金属部材１の突合部Ｊ１に沿って、第一タブ材２及び第二タブ材３を配置している。本実施形態においては、第一タブ材２の当接面２１は、被接合金属部材１の第二側面Ｄに当接するように配置される。また、第二タブ材３の当接面３１は、被接合金属部材１の第一側面Ｃに当接するように配置される。第一タブ材２は、被接合金属部材１と入り隅部２ａ，２ｂで溶接によって仮接合されている。第二タブ材３は、被接合金属部材１と入り隅部３ａ，３ｂで溶接によって仮接合されている。このように、タブ材と被接合金属部材１とを仮接合することで、後記する第一本接合工程及び第二本接合工程の際の目開きを防止することができる。

（２）第一本接合工程
第一本接合工程では、図４に示すように、被接合金属部材１の表面Ａに露出する突合部Ｊ１に沿って大型接合用回転ツールＨを用いて摩擦攪拌を行う。第一本接合工程は、本実施形態においては、第一タブ材２に開始位置Ｓ_Ｍ１を設定し、第二タブ材３に終了位置Ｅ_Ｍ１を設定して、大型接合用回転ツールＨを右回転させて一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。

第一本接合工程では、図４に示すように、大型接合用回転ツールＨを回転させた状態で開始位置Ｓ_Ｍ１に押圧し、大型接合用回転ツールＨを離脱させることなく、終了位置Ｅ_Ｍ１まで相対移動させる。即ち、大型接合用回転ツールＨを開始位置Ｓ_Ｍ１に押圧したら、第一本接合工程の始点ｓ１に向かって移動させ、大型接合用回転ツールＨを離脱させることなく突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。そして、第一本接合工程の終点ｓ２に達したら、そのまま第二タブ材３に設定された終了位置Ｅ_Ｍ１まで大型接合用回転ツールＨ移動させ、大型接合用回転ツールＨを第二タブ材３から離脱させる。第一本接合工程によれば、図４に示すように、突合部Ｊ１に沿って塑性化領域Ｗ１が形成される。なお、塑性化領域Ｗ１の幅を以下、幅Ｗａとする。

なお、第一本接合工程においては、図３の（ｃ）に示すように、第一タブ材２の表面２２に予め下穴Ｐ１を設けてもよい。本実施形態にかかる下穴Ｐ１は、円柱状に切り欠かれており、下穴Ｐ１の深さが攪拌ピンＨ２の長さＬ_３よりも小さくなるように形成されている。下穴Ｐ１を設けることにより、第一タブ材２に大型接合用回転ツールＨ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。下穴Ｐ１の形状、大きさは、限定されるものではないが、Ｐ１の開口部の大きさは、攪拌ピンＨ２の最大外径Ｚ_２よりも小さく、最小外径Ｚ_３よりも大きいことが好ましい。

また、第一本接合工程に先だって、突合部Ｊ１に対して仮接合工程を行ってもよい。即ち、仮接合工程では、図４に示すように、例えば小型接合用回転ツールＦを用いて、第一タブ材２と被接合金属部材１との突合部Ｊ２、突合部Ｊ１及び第二タブ材３と被接合金属部材１との突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。第一本接合工程の前に、仮接合工程を行うことで、タブ材と被接合金属部材１との目開きを防止することができる。
また、本接合工程において、摩擦により被接合金属部材１が高熱になる場合、突合部Ｊ１に水を供給しながら作業を行うことがある。そのような場合に、仮接合工程を行っておくと、突合部Ｊ１の隙間に水が入り込むことがないため高品質な製品を供給することができる。

また、本実施形態においては、第一タブ材２に本接合工程の開始位置Ｓ_Ｍ１を設けたが、第二タブ材３に設けてもよい。また、本実施形態においては、タブ材を用いて本接合工程を行ったが、タブ材は必ずしも設けなくてもよい。

（３）第二本接合工程
第二本接合工程では、図５に示すように、被接合金属部材１の裏面Ｂに露出する突合部Ｊ１に沿って大型接合用回転ツールＨを用いて摩擦攪拌を行う。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外し、被接合金属部材１の前後軸（図１参照）を中心に半回転させ、裏面Ｂを上方に向けて再度、摩擦攪拌装置に設置する。
そして、第一タブ材２に設定した開始位置Ｓ_Ｍ２から、第二タブ材３に設定した終了位置Ｅ_Ｍ２まで一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。第二本接合工程は、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。第二本接合工程を行うことにより、被接合金属部材１の裏面Ｂにおいて、突合部Ｊ１に沿って塑性化領域Ｗ２が形成される。

第二本接合工程が終了したら、被接合金属部材１から第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。また、タブ材を切除するに伴い、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２の表面を平滑に切削しておくことが好ましい。これにより、後記するタブ材配置工程において、被接合金属部材１とタブ材とを好適に当接させることができる。
なお、第二本接合工程を行う前に、小型接合用回転ツールＦを用いて被接合金属部材１とタブ材とを仮に接合する仮接合工程を行ってもよい。また、タブ材の表面に予め下穴を形成してもよい。

（４）凹溝形成工程
凹溝形成工程は、図６に示すように、被接合金属部材１の第二側面Ｄに第一凹溝Ｋ１を形成する第一凹溝形成工程と、第一側面Ｃに第二凹溝Ｋ２を形成する第二凹溝形成工程と、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２において第一凹溝Ｋ１及び第二凹溝Ｋ２の底面Ｋｄに露出する空洞欠陥Ｒを密閉する第一補修工程とを含むものである。

第一凹溝形成工程では、被接合金属部材１の第二側面Ｄにおいて、公知のエンドミル等を用いて突合部Ｊ１に沿って、裏面Ｂから表面Ａに連続する断面視矩形の第一凹溝Ｋ１を形成する。第一凹溝Ｋ１の幅Ｋａは、塑性化領域Ｗ２の幅Ｗａよりも大きく形成されている。第一凹溝Ｋ１の深さＫｂは、本実施形態においては、中型接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_２（図３の（ｂ）参照）よりも小さく形成されている。また、第一凹溝Ｋ１において、裏面Ｂから表面Ａまでの距離を長さＫｃとする。

第二凹溝形成工程では、被接合金属部材１の第一側面Ｃにおいて、公知のエンドミル等を用いて突合部Ｊ１に沿って裏面Ｂから表面Ａに連続する断面視矩形の第二凹溝Ｋ２を形成する。第二凹溝Ｋ２は、第一凹溝Ｋ１と略同等に形成されるため、詳細な説明は省略する。

以上のように形成された第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄ及び第二凹溝Ｋ２の底面（図示省略）には、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の間に未塑性化領域ｊ１（突合部Ｊ１）が露出している。また、塑性化領域Ｗ１及び塑性化領域Ｗ２には、第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄから第二凹溝Ｋ２の底面（図示省略）に連通するトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ形成されている。

第一補修工程では、第一凹溝Ｋ１及び第二凹溝Ｋ２に露出するトンネル状空洞欠陥Ｒ１及びＲ２に対して、溶接によって当該欠陥を密閉する。即ち、第一補修工程では、トンネル状空洞欠陥Ｒ１及びＲ２に対して、例えばミグ溶接等を行って、トンネル状空洞欠陥Ｒ１及びＲ２の空洞を溶接金属で密閉する。これにより、被接合金属部材１の水密性及び機密性を高めることができる。

なお、未塑性化領域ｊ１に溶接を行って、未塑性化領域ｊ１を密閉してもよい。また、第一補修工程の後に、第一凹溝Ｋ１及び第二凹溝Ｋ２の底面Ｋｄを平滑に形成することが好ましい。これにより、後記する継手部材配置工程において、凹溝に継手部材を好適に配置することができる。

凹溝形成工程は、本実施形態においては前記したように行ったが、これに限定されるものではない。例えば、塑性化領域Ｗ１及びＷ２の両端には、突合部Ｊ２及びＪ３（図４参照）を通過する際に、被接合金属部材１側に酸化被膜を巻き込む場合がある。このような場合は、凹溝を形成する際に凹溝の深さＫｂを調節して、当該酸化被膜を切除するように凹溝を形成してもよい。また、凹溝の形状は、断面視矩形に限定されるものではなく、後記する継手部材の形状に合わせて適宜設定すればよい。
また、本実施形態においては、第一本接合工程及び第二本接合工程を行った後に、凹溝形成工程を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの両側面に予め段部を形成しておいて、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂの端面を突き合わせることで、凹溝が形成されるようにしてもよい。

（５）凹溝底面本接合工程
凹溝底面本接合工程は、被接合金属部材１の表面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、第二側面Ｄから突合部Ｊ１を摩擦攪拌する第一凹溝底面本接合工程と、第一側面Ｃから突合部Ｊ１を摩擦攪拌する第二凹溝底面本接合工程と、を含むものである。

まず、凹溝形成工程が終了したら、第二側面Ｄを上方に向けて、図示しない摩擦攪拌装置に被接合金属部材１を設置する。タブ材配置工程は、図７に示すように、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂにそれぞれ第一タブ材４及び第二タブ材５を配置する工程である。第一タブ材４及び第二タブ材５は、被接合金属部材１と同等の素材からなる金属部材であって、直方体を呈する。第一タブ材４及び第二タブ材５の表面及び裏面は、第一凹溝Ｋ１及び第二凹溝Ｋ２（図示省略）の底面とそれぞれ面一になるように配置されている。第一タブ材４及び第二タブ材５の幅５ａは、第一凹溝Ｋ１の幅Ｋａよりも大きく形成されている。第一タブ材４及び第二タブ材５と被接合金属部材１とは、溶接により仮接合されている。これにより、凹溝底面本接合工程を行う際に、タブ材と被接合金属部材１との目開きを防止することができる。

第一凹溝底面本接合工程では、図８に示すように、第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄに露出する突合部Ｊ１に沿って大型接合用回転ツールＨを用いて一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。第一凹溝底面本接合工程は、本実施形態においては、第一タブ材４に開始位置Ｓ_Ｍ３を設定し、第二タブ材５に終了位置Ｅ_Ｍ３を設定する。即ち、開始位置Ｓ_Ｍ３に右回転させた大型接合用回転ツールＨを押圧させた後、第一凹溝底面本接合工程の始点ｓ３に向かって大型接合用回転ツールＨを相対移動させる。そして、大型接合用回転ツールＨを離脱させることなく突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌を行う。そして、大型接合用回転ツールＨを離脱させることなく終点ｓ４を通過させ、そのまま終了位置Ｅ_Ｍ３まで大型接合用回転ツールＨを移動させる。第一凹溝底面本接合工程によって、突合部Ｊ１に沿って塑性化領域Ｗ３が形成されている。

なお、図６に示すように、第一凹溝Ｋ１の幅Ｋａは、塑性化領域Ｗ１の幅Ｗａ、即ち、大型接合用回転ツールＨのショルダ部Ｈ１の外径Ｚ_１（図３の（ｃ）参照）よりも大きく形成されているため、第二本接合工程に続けて、大型接合用回転ツールＨを使用することができる。これにより、回転ツールを交換するなどの手間を省くことができる。

第二凹溝底面本接合工程は、具体的な図示はしないが、第二凹溝Ｋ２の底面に露出する突合部Ｊ１に沿って大型接合用回転ツールＨを用いて一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。第二凹溝底面本接合工程は、第一凹溝底面本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。第二凹溝底面本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。
なお、第一凹溝底面本接合工程及び第二凹溝底面本接合工程において、摩擦攪拌の開始位置に予め下穴を形成してもよい。

（６）第一継手部材配置工程
第一継手部材配置工程は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一タブ材４及び第二タブ材５の上部に第一補助タブ材６及び第二補助タブ材７を配置するタブ材配置工程と、第一凹溝Ｋ１に第一継手部材Ｕ１を配置する第一継手部材配置工程と、を含むものである。まず、第一継手部材Ｕ１、第一補助タブ材６及び第二補助タブ材７について詳細に説明する。

第一継手部材Ｕ１は、直方体を呈する金属部材であって、本実施形態においては、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成されている。第一継手部材Ｕ１の幅Ｕａは、第一凹溝Ｋ１の幅Ｋａ（図６参照）と略同等に形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の厚みＵｂは、第一凹溝Ｋ１の深さＫｂ（図６参照）と略同等に形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の長さＵｃは、第一凹溝Ｋ１の長さＫｃ（図６参照）と略同等に形成されている。即ち、第一継手部材Ｕ１は、第一凹溝Ｋ１に略隙間なく配置される。第一継手部材Ｕ１の端面ｄ１，ｄ２は、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂとそれぞれ面一になるように配置される。

図９の（ａ）に示す第一補助タブ材６は、後記する継手部材本接合工程の開始位置又は終了位置が設定される部材である。第一補助タブ材６は、第一タブ材４と同等の断面形状を呈し、第一タブ材４の上部に配置される。第一補助タブ材６の厚みは、第一継手部材Ｕ１の厚みＵｂと略同等に形成される。即ち、第一補助タブ材６の表面は、第一継手部材Ｕ１の表面と面一に形成される。第一補助タブ材６は、被接合金属部材１と同一組成からなる。

図９の（ａ）に示す第二補助タブ材７は、後記する継手部材本接合工程の開始位置又は終了位置が設定される部材である。第二補助タブ材７は、第二タブ材５と同等の断面形状を呈し、第二タブ材５の上部に配置される。第二補助タブ材７の厚みは、第一継手部材Ｕ１の厚みＵｂと略同等に形成される。即ち、第二補助タブ材７の表面は、第一継手部材Ｕ１の表面と面一に形成される。第二補助タブ材７は、被接合金属部材１と同一組成からなる。

タブ材配置工程では、第一タブ材４の上部に、第一補助タブ材６を配置するとともに、第二タブ材５の上部に、第一補助タブ材７を配置する。そして、第一補助タブ材６及び第二補助タブ材７と、被接合金属部材１との入り隅部を溶接によって仮接合する。これにより、後記する継手部材本接合工程の際の摩擦攪拌による目開きを防止することができる。

第一継手部材配置工程では、第一凹溝Ｋ１に第一継手部材Ｕ１を配置する。
ここで、図９の（ｂ）に示すように、第一継手部材Ｕ１の端面ｄ１と、第一補助タブ材６の側面ｅ１との突き合わせ面には突合部Ｊ６が形成されている。また、第一継手部材Ｕ１の端面ｄ２と、第二補助タブ材７の側面ｅ２との突き合わせ面には突合部Ｊ７が形成されている。
また、第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄから垂直に立設する側壁ｅ３と第一継手部材Ｕ１の側面ｄ３との突合せ面には突合部Ｊ１０が形成されている。また、第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄから垂直に立設する側壁ｅ４と第一継手部材Ｕ１の側面ｄ４との突き合わせ面には突合部Ｊ１１が形成されている。
なお、第一継手部材配置工程を行ってから、タブ材配置工程を行ってもよい。

（７）第一継手部材仮接合工程
第一継手部材仮接合工程では、被接合金属部材１の第二側面Ｄに露出する各突合部に対して、第二側面Ｄ側から予備的に摩擦攪拌を行う。第一継手部材仮接合工程は、図１０に示すように、小型接合用回転ツールＦを用いて、突合部Ｊ７、突合部Ｊ１１、突合部Ｊ６及び突合部Ｊ１０に対して一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う工程である。

第一継手部材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。
第二補助タブ材７の適所に設けた開始位置Ｓ_Ｍ４の直上に小型接合用回転ツールＦを位置させ、続いて、小型接合用回転ツールＦを右回転させつつ下降させて開始位置Ｓ_Ｍ４に押圧する。そして、小型接合用回転ツールＦを回転させつつ突合部Ｊ７の中央部（第一交点ｇ２と第四交点ｇ８との中間）に設けた仮接合始点ｇ１に向けて相対移動させる。

小型接合用回転ツールＦを相対移動させて仮接合始点ｇ１まで摩擦攪拌を行ったら、仮接合始点ｇ１で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ７の一端である第一交点ｇ２に向けて相対移動させ、突合部Ｊ７の一部に対して摩擦攪拌を行う。

第一交点ｇ２まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第一交点ｇ２で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助タブ材７と第一金属部材１ａとの突合部Ｊ７ａに設けた第一中間点ｇ３に向けて相対移動させ、突合部Ｊ７ａに対して摩擦攪拌を行う。

第一中間点ｇ３まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第一中間点ｇ３で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助タブ材７に突入させ、第二補助タブ材７に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ１１の一端でもある第一交点ｇ２まで相対移動させる。

第一交点ｇ２に小型接合用回転ツールＦを戻したら、第一交点ｇ２で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１１に突入させ、突合部Ｊ１１に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ１１の他端である第二交点ｇ４まで相対移動させる。

第二交点ｇ４まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第二交点ｇ４で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一補助タブ材６に突入させ、第一補助タブ材６に対して摩擦攪拌を行いつつ、第一補助タブ材６と第一金属部材１ａとの突合部Ｊ６ａに設けた第二中間点ｇ５まで相対移動させる。つまり、第二交点ｇ４から第二中間点ｇ５に至る摩擦攪拌のルートを第一補助タブ材６に設定する。

第二中間点ｇ５まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第二中間点ｇ５で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ６の一端でもある第二交点ｇ４に向けて相対移動させ、突合部Ｊ６に対して摩擦攪拌を行う。

第二交点ｇ４まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第二交点ｇ４で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ６の他端である第三交点ｇ６に向けて相対移動させ、突合部Ｊ６に対して摩擦攪拌を行う。

第三交点ｇ６まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第三交点ｇ６で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一補助タブ材６と第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ６ｂに設けた第三中間点ｇ７に向けて相対移動させ、突合部Ｊ６ｂに対して摩擦攪拌を行う。

第三中間点ｇ７まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第三中間点ｇ７で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一補助タブ材６に突入させ、第一補助タブ材６に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ１０の一端でもある第三交点ｇ６まで相対移動させる。つまり、小型接合用回転ツールＦを第三中間点ｇ７から第三交点ｇ６に戻すための摩擦攪拌のルートを第一補助タブ材６に設定する。

第三交点ｇ６に小型接合用回転ツールＦを戻したら、第三交点ｇ６で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１０に突入させ、突合部Ｊ１０に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ１０の他端である第四交点ｇ８まで相対移動させる。

第四交点ｇ８まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第四交点ｇ８で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助タブ材７に突入させ、第二補助タブ材７に対して摩擦攪拌を行いつつ、第二補助タブ材７と第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ７ｂに設けた第四中間点ｇ９まで相対移動させる。つまり、第四交点ｇ８から第四中間点ｇ９に至る摩擦攪拌のルートを第二補助タブ材７に設定する。

第四中間点ｇ９まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第四中間点ｇ９で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ７の他端でもある第四交点ｇ８に向けて相対移動させ、突合部Ｊ７ｂに対して摩擦攪拌を行う。

第四中間点ｇ９から第四交点ｇ８まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、第四交点ｇ８で小型接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ７の中間に設けた仮接合終点ｇ１０に向けて相対移動させ、突合部Ｊ７に対して摩擦攪拌を行う。

仮接合終点ｇ１０まで小型接合用回転ツールＦを相対移動させたら、仮接合終点ｇ１０で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助タブ材７に突入させ、第二補助タブ材７に対して摩擦攪拌を行いつつ摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｍ４まで相対移動させる。

なお、小型接合用回転ツールＦを右回転させた場合には、小型接合用回転ツールＦの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、第一補助タブ材６、第二補助タブ材７と第一継手部材Ｕ１との突合部Ｊ６，Ｊ７に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型接合用回転ツールＦの進行方向の左側に第一補助タブ材６、第二補助タブ材７が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。このようにすると、第一継手部材Ｕ１側に接合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。

ちなみに、小型接合用回転ツールＦを左回転させた場合には、小型接合用回転ツールＦの進行方向の右側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、第一補助タブ材６及び第二補助タブ材７と第一継手部材Ｕ１との突合部Ｊ６，Ｊ７に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型接合用回転ツールＦの進行方向の右側に第一補助タブ材６、第二補助タブ材７が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。

本実施形態においては、第一継手部材仮接合工程のルートを前記したように設定したが、このルートに限定されるものではない。また、第一継手部材仮接合工程は必ずしも一筆書きの要領で摩擦攪拌しなければならないものではない。また、第一継手部材仮接合工程によって形成された塑性化領域を塑性化領域Ｗ５とする。

（８）第一継手部材本接合工程
第一継手部材本接合工程は、図１１に示すように、第一継手部材Ｕ１と第一金属部材１ａとの突合部Ｊ１１を摩擦攪拌する突合部Ｊ１１本接合工程と、第一継手部材１と第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１０を摩擦攪拌する突合部Ｊ１０本接合工程と、第一継手部材Ｕ１の上方から第一継手部材Ｕ１の全面に摩擦攪拌を行う全面本接合工程と、を含むものである。即ち、第一継手部材本接合工程では、第二補助タブ材７に設定された開始位置Ｓ_Ｍ５から第一補助タブ材６に設定された終了位置Ｅ_Ｍ５まで中型接合用回転ツールＧを左回転させて一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う。

突合部Ｊ１１本接合工程は、突合部Ｊ１１の始点ｈ１から突合部Ｊ１１の終点ｈ２まで摩擦攪拌する工程である。即ち、本実施形態においては、回転させた中型接合用回転ツールＧを開始位置Ｓ_Ｍ５に押圧し、突合部Ｊ１１本接合工程の始点ｈ１まで中型接合用回転ツールＧを相対移動させる。そして、中型接合用回転ツールＧを離脱させることなく突合部Ｊ１１に沿って中型接合用回転ツールＧを移動させて摩擦攪拌を行い、突合部Ｊ１１本接合工程の終点ｈ２を通過して第一補助タブ材６に突入させる。そして、中型接合用回転ツールＧを離脱させずに、第一補助タブ材６に設定された折れ点ｈ３から折れ点ｈ４まで、突合部Ｊ６と略並行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。

次に、突合部Ｊ１０本接合工程は、突合部Ｊ１０の始点ｈ５から突合部Ｊ１０の終点ｈ６まで摩擦攪拌する工程である。即ち、中型接合用回転ツールＧが始点ｈ５に達したら、中型接合用回転ツールＧを離脱させずに突合部Ｊ１０に沿って摩擦攪拌を行う。そして、中型接合用回転ツールＧが突合部Ｊ７の手前に設定された突合部Ｊ１０本接合工程の終点ｈ６に達したら、突合部Ｊ１１側に向けて、突合部Ｊ７と平行に中型接合用回転ツールＧを移動させ、全面本接合工程に移行する。

全面本接合工程は、終点ｈ６から第一補助タブ材６に設定されたＥ_Ｍ５まで第一継手部材Ｕ１の幅方向にジグザグに摩擦攪拌を行うものである。
ここで、第一継手本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６のうち、突合部Ｊ１１本接合工程に係る領域を塑性化領域Ｗ６ａとし、突合部Ｊ１０本接合工程に係る領域をＷ６ｂとし、全面本接合工程で形成される領域をＷ６ｃとする。
終点ｈ６の位置は、塑性化領域Ｗ６ｃの外縁が突合部Ｊ７に達しない位置に設定することが好ましい。即ち、突合部Ｊ７からｈ６までの距離は、中型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ１（図３の（ｂ）参照）の１／２よりも大きく形成されている。これにより、摩擦攪拌によって突合部Ｊ７に存する酸化被膜の巻き込みを防止することができる。

そして、中型接合用回転ツールＧが折れ点ｈ７に達したら、突合部Ｊ６側に向けて、突合部Ｊ１１と略並行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。この際、折れ点ｈ７の位置は、突合部Ｊ１１本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ａと、全面本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ｃとが重複するように設定するのが好ましい。これにより、第一継手部材Ｕ１を隙間なく摩擦攪拌することができる。

そして、中型接合用回転ツールＧが折れ点ｈ８に達したら、突合部Ｊ１０側に向けて、突合部Ｊ７と略並行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。この際、折れ点ｈ７と折れ点ｈ８の距離ｍａは、中型接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１（図３の（ｂ）参照）よりも小さく形成されている。これにより、全面本接合工程において、隣り合う塑性化領域Ｗ６ｃを重複させることができる。

そして、折れ点ｈ９に達したら、突合部Ｊ６側に向けて、突合部Ｊ１０と略並行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。折れ点ｈ９の位置は、突合部Ｊ１０本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ｂと、全面本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ｃとが重複するように設定するのが好ましい。折れ点ｈ１０に達したら、再度突合部Ｊ１１に向けて、突合部Ｊ７と平行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。以下、同様の動作を繰り返しながら、第一継手部材Ｕ１の全面にわたって摩擦攪拌を行う。第一継手部材Ｕ１の全面に摩擦攪拌を行ったら、第一補助タブ材６に中型接合用回転ツールＧを突入させて、終了位置Ｅ_Ｍ５から中型接合用回転ツールＧを離脱させる。

このように、本実施形態に係る第一継手部材本接合工程によれば、第一継手部材Ｕ１の表面において、突合部Ｊ１１、突合部Ｊ１０及び第一継手部材Ｕ１の全面にわたって効率よく摩擦攪拌を行うことができる。
ここで図１２は、図１１のII−II線断面図である。図１２に示すように、突合部Ｊ１１本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ａ及び突合部Ｊ１０本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ｂには、トンネル状空洞欠陥Ｒ３，Ｒ４が形成されている。また、第二凹溝底面本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ４には、トンネル状空洞欠陥Ｒ５が形成されている。

前記した全面本接合工程に係る塑性化領域Ｗ６ｃは、図１２に示すように、塑性化領域Ｗ６ａ及びＷ６ｂと重複させることにより、トンネル状空洞欠陥Ｒ３，Ｒ４を密閉する。また、塑性化領域Ｗ６ｃの深さＱａを塑性化領域Ｗ４に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒ５の深さよりも大きく設定しているため、トンネル状空洞欠陥Ｒ５を密閉する。これにより、気密性及び水密性の高い被接合金属部材１を形成することができる。また、第一凹溝Ｋ１（図６参照）の底面Ｋｄと第一継手部材Ｕ１の下面ｄ６との突合部Ｊ１２の全面に対して摩擦攪拌を行うことにより、より一層被接合金属部材１の水密性及び気密性をより高めることができる。

なお、図１１に示すように、全面本接合工程において、突合部Ｊ６を通過することにより、表面Ａに空洞欠陥が露出する可能性があるが、その場合は溶接等を行って、当該空洞欠陥を密閉する補修を行ってもよい。また、中型接合用回転ツールＧを右回転させる場合には、進行方向左側に第一継手部材Ｕ１が配置するように設定すればよい。

以上説明したように、（６）第一継手部材配置工程、（７）第一継手部材仮接合工程及び（８）第一継手部材本接合工程では、被接合金属部材１の第二側面Ｄ側における工程を行った。次に、同様の工程を被接合金属部材１の第一側面Ｃ側においても行う。

（９）第二継手部材配置工程
第二継手部材配置工程では、具体的な図示はしないが、第一側面Ｃに形成された第二凹溝Ｋ２に第二継手部材Ｕ２を配置する。第二凹溝Ｋ２は、第一凹溝Ｋ１と略同等に形成する。また、第二継手部材Ｕ２は、第一継手部材Ｕ１と略同等に形成する。第二継手部材配置工程は、前記した第一継手部材配置工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。

（１０）第二継手部材仮接合工程
第二継手部材仮接合工程では、具体的な図示はしないが、被接合金属部材１の第一側面Ｃに露出する各突合部に対して、第一側面Ｃ側から予備的に摩擦攪拌を行う。第二継手部材仮接合工程は、前記した第一継手部材仮接合工程と略同等であるため詳細な説明は省略する。

（１１）第二継手部材本接合工程
第二継手部材本接合工程では、具体的な図示はしないが、第二継手部材Ｕ２と第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂとの突合部を摩擦攪拌するとともに、第二継手部材Ｕ２の全面にわたって摩擦攪拌する。第二継手部材本接合工程は、前記した第一継手部材本接合工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。
最後に被接合金属部材１に仮接合されたタブ材を切除する。

以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材１の第二側面Ｄに形成された第一凹溝Ｋ１に、第一継手部材Ｕ１を配置して突合部Ｊ１０，Ｊ１１を摩擦攪拌することにより、塑性化領域Ｗ１及びＷ２に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒ１，Ｒ２が覆われるため被接合金属部材１の側面間の水密性及び気密性を高めることができる。
また、凹溝底面本接合工程を行うとともに、第一継手部材Ｕ１と第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１０，Ｊ１１に対しても摩擦攪拌を行うため、金属部材同士の接合力を高めることができる。

また、図１２に示すように、第一凹溝Ｋ１（図６参照）の底面Ｋｄと第一継手部材Ｕ１の下面ｄ６との突合部Ｊ１２の全面に対して摩擦攪拌を行うことにより、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、図１２に示すように、第一継手部材本接合工程における全面本接合工程は、第二底面本接合工程によって形成された塑性化領域Ｗ４に連通するトンネル状空洞欠陥Ｒ５を密閉する。これにより、より一層被接合金属部材１の水密性及び気密性を高めることができる。

［第二実施形態］
図１３は、第二実施形態に係る第一継手部材本接合工程を示した平面図である。図１４は、図１３のIII−III線断面図である。
図１３及び図１４に示すように、第二実施形態に係る第一継手部材本接合工程は、摩擦攪拌の進行方向が異なる点で第一実施形態と相違する。

第二実施形態に係る第一継手部材本接合工程は、図１３に示すように、第二補助タブ材７に設定された開始位置Ｓ_Ｍ７から第一補助タブ材６に設定された終了位置Ｅ_Ｍ７まで一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う工程である。即ち、第二実施形態に係る第一継手部材本接合工程は、第一継手部材Ｕ１と第一金属部材１ａとの突合部Ｊ１１を摩擦攪拌する突合部Ｊ１１本接合工程と、第一継手部材Ｕ１と第二金属部材１ｂとの突合部Ｊ１０とを摩擦攪拌する突合部Ｊ１０本接合工程と、第一継手部材Ｕ１の上方から第一継手部材Ｕ１の全面に対して摩擦攪拌を行う全面本接合工程と、を含むものである。
なお、突合部Ｊ１１本接合工程、突合部Ｊ１０本接合工程は、第一実施形態と略同等であるため、説明を省略する。

第二実施形態に係る全面本接合工程は、中型接合用回転ツールＧが突合部Ｊ１０本接合工程の終点ｇ６に達したら、突合部Ｊ１１に向けて、突合部Ｊ７と平行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。そして、折れ点ｆ７に達したら、突合部Ｊ６に向けて、突合部Ｊ１０と平行に中型接合用回転ツールＧを移動させる。即ち、第二実施形態に係る全面本接合工程は、中型接合用回転ツールＧの長手方向の進行方向が突合部Ｊ１０と平行になるように設定する。
ここで、終点ｆ６と折れ点ｆ７の距離ｍｂは、中型接合用回転ツールＧのショルダの外径Ｙ_１（図３の（ｂ）参照）よりも小さく形成されている。これにより、突合部Ｊ１０本接合工程の塑性化領域Ｗ６ｂと、全面本接合工程の塑性化領域Ｗ６ｃとを重複させることができる。

また、図１４に示すように、突合部Ｊ１１，Ｊ１０に形成された塑性化領域Ｗ６ａ及びＷ６ｂと全面本接合工程で形成された塑性化領域Ｗ６ｃとを重複させることにより、トンネル状空洞欠陥Ｒ３，Ｒ４を密閉することができる。また、第一継手部材Ｕ１の長手方向にわたって中型接合用回転ツールＧを往復させるため、第一継手部材Ｕ１の下面ｄ６と第一凹溝Ｋ１の底面Ｋｄとの突合部Ｊ１２の全面を摩擦攪拌することができる。さらに、塑性化領域Ｗ６ｃの深さＱａを塑性化領域Ｗ４に形成されたトンネル状空洞欠陥Ｒ５の深さよりも大きく設定しているため、トンネル状空洞欠陥Ｒ５を密閉することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、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、実施形態においては、被接合金属部材１の両側面に凹溝を形成し、一対の継手部材を配置して摩擦攪接合を行ったが、どちらか一方だけでもよい。また、回転ツールが移動する軌跡や回転方向は、前記した形態に限定されず適宜設定すればよい。また、継手部材本接合工程では、必ずしも継手部材の全面にわたって摩擦攪拌をしなければならないものではない。また、回転ツールの軌跡は例示であって、軌跡を限定するものではない。

第一実施形態に係る接合方法を示した斜視図である。 第一実施形態に係る接合方法を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。 第一実施形態に係る接合方法の回転ツールを示した側面図であって、（ａ）は、小型接合用回転ツール、（ｂ）は、中型接合用回転ツール、（ｃ）は、大型接合用回転ツールを示す。 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４のＩ−Ｉ線断面図であって、第一実施形態に係る第二本接合工程を示した図である。 第一実施形態に係る凹溝形成工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係る凹溝底面本接合工程のタブ材配置工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係る凹溝底面本接合工程を示した斜視図である。 第一実施形態に係る第一継手部材配置工程を示した図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、平面図である。 第一実施形態に係る第一継手部材仮接合工程を示した平面図である。 第一実施形態に係る第一継手部材本接合工程を示した平面図である。 図１１のII−II線断面図である。 第二実施形態に係る第一継手部材本接合工程を示した平面図である。 図１３のIII−III線断面図である。 従来の接合方法を示した斜視図である。 従来の接合方法を示した斜視図である。

符号の説明

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 中型接合用回転ツール
Ｈ 大型接合用回転ツール
ｊ 未塑性化領域
Ｊ 突合部
Ｋ 凹溝
Ｋａ 凹溝の幅
Ｐ１ 下穴
Ｒ トンネル状空洞欠陥
Ｕ 継手部材
Ｗ 塑性化領域

Claims (6)

1. 回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合方法であって、
   一対の金属部材同士を突き合わせる突合工程と、
   前記金属部材同士の突合部に対して前記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、
   前記金属部材の側面において、前記突合部に沿って形成された凹溝の底面から前記突合部に沿って摩擦攪拌を行う凹溝底面本接合工程と、
   前記凹溝に、前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程で形成された塑性化領域を覆う継手部材を配置する継手部材配置工程と、
   一方の前記金属部材と前記継手部材との突合部及び他方の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う継手部材本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
2. 前記継手部材本接合工程では、前記凹溝の底面と前記継手部材の下面との突合部に対しても摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記継手部材本接合工程で行う摩擦攪拌により、前記凹溝底面本接合工程で形成されたトンネル状の空洞欠陥を分断することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
4. 前記第一本接合工程及び前記第二本接合工程によって形成された塑性化領域において、前記凹溝の底面に露出するトンネル状の空洞欠陥を溶接金属によって密閉する第一補修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。
5. 前記凹溝の幅は、前記第一本接合工程及び第二本接合工程によって形成された塑性化領域の幅よりも大きい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。
6. 前記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５のいずれか一項に記載の接合方法。

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