JP6740963B2 - 接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法に関する。

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。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ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せ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。

例えば、特許文献１に係る接合方法は、断面Ｌ字状に突き合わされた金属部材同士の内隅に肉盛溶接を行った後に、金属部材同士の外隅から摩擦攪拌接合を行うというものである。

特開２０１０−２８４７０４号公報

しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、金属部材同士の内隅に肉盛溶接を行うため、当該内隅にコンタミネーションが発生するという問題がある。

このような観点から、本発明は、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐとともに、水密性及び気密性を高めることができる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ため、本発明は、接合方法であって、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一突合せ部に沿って、前記第一金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記補助部材の表面側から前記攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記補助部材、又は前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

また、本発明は、接合方法であって、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの前記攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一突合せ部に沿って、前記第一金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記補助部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記第一回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記補助部材、又は前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材同士の内隅に溶接を行わないためコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。
また、第一突合せ部に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。
また、段差部を設けることにより、突合せ工程において、第一金属部材と第二金属部材との位置ずれを防ぐことができる。
また、第一金属部材と第二金属部材とを接合するとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加えて、補助部材も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。
また、攪拌ピンのみを挿入する場合には、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、ショルダ部を接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う場合には、バリの発生を抑制することができる。

また、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材から除去する除去工程を含むことが好ましい。
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌接合で発生するバリを補助部材ごと金属部材から除去することができるため、バリを除去する工程が容易となる。

また、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程において、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入した場合、又は、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程において、前記補助部材の中央部に前記第一回転ツールの前記攪拌ピンを挿入した場合には、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。

また、前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記回転ツールの回転中心軸と前記基準線とが重なるように、前記回転ツールを相対移動させるとともに、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記補助部材に形成されるように接合条件を設定してもよい。
また、前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの回転中心軸と前記基準線とが重なるように、前記第一回転ツールを相対移動させるとともに、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記補助部材に形成されるように接合条件を設定してもよい。
このようにすると、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。

また、前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌を行った後に、前記回転ツールの片側のみに前記補助部材が残存する程度に、前記回転ツールの回転中心軸を前記基準線よりもわずかに前記補助部材の中央側に偏移させて、前記回転ツールを相対移動させるとともに、残存する前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を設定してもよい。
また、前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌を行った後に、前記第一回転ツールの片側のみに前記補助部材が残存する程度に、前記第一回転ツールの回転中心軸を前記基準線よりもわずかに前記補助部材の中央側に偏移させて、前記第一回転ツールを相対移動させるとともに、残存する前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を設定してもよい。
このようにすると、バリを除去する作業をより容易に行うことができるとともに、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。

また、前記外隅摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合した場合には、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。

また、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の前記第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程をさらに含むことが好ましい。
また、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の前記第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程をさらに含むことが好ましい。
かかる接合方法によれば、第一金属部材及び第二金属部材を仮止めできるため、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程での目開きを防ぐことができる。

本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐとともに、水密性及び気密性を高めることができる。

第一実施形態に係る準備工程及び突合せ工程を示す断面図である。 第一実施形態に係るタブ材配置工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る補助部材配置工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る補助部材配置工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す斜視図である。 第一実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程後を示す断面図である。 第一実施形態に係る除去工程を示す断面図である。 第一実施形態の変形例に係る外隅仮接合工程を示す斜視図である。 第一実施形態の変形例に係る内隅仮接合工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第三実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第三実施形態の変形例に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第四実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程前を示す断面図である。 第四実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第四実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程後を示す断面図である。 第五実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程前を示す断面図である。 第五実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第五実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程後を示す断面図である。 第六実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る接合方法について、図１〜図１２を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、第一実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１と第二金属部材２とをＬ字状に突き合わせて接合する。第一実施形態に係る接合方法は、準備工程と、突合せ工程と、タブ材配置工程と、外隅摩擦攪拌工程と、補助部材配置工程と、第一突合せ部摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。なお、以下の説明における「表面」とは、「裏面」に対する反対側の面という意味である。

準備工程は、図１に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を用意する工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、板状の金属部材である。
第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、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、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
第一金属部材１の端部の裏面１ｃには、段差部１１が形成されている。段差部１１は、段差底面１１ａと、段差底面１１ａから垂直に立ち上がる段差側面１１ｂとで構成されている。段差底面１１ａの幅寸法は、第二金属部材２の板厚寸法と同一になっている。

突合せ工程は、図１に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とをＬ字状に突き合わせる工程である。
突合せ工程では、第一金属部材１の段差底面１１ａに第二金属部材２の端面２ａを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成するとともに、段差側面１１ｂに第二金属部材２の第一側面２ｂを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２を形成する。第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の第二側面２ｃとは面一になる。第一金属部材１の裏面１ｃと、第二金属部材２の第一側面２ｂとで内隅が形成される。

タブ材配置工程は、図２に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の両端にタブ材Ｔ，Ｔを配置する工程である（図２では一つのみ描画）。
タブ材Ｔは、第一金属部材１と同じ材料からなる板状の金属部材である。タブ材Ｔの板厚寸法は、第一金属部材１の板厚寸法と同じである。
タブ材配置工程では、タブ材Ｔの側面を第一金属部材１の側面１ｄに突き合わせて当該突合せ部を溶接で接合する。タブ材Ｔの表面Ｔａと、第一金属部材１の表面１ｂとを面一にするとともに、タブ材Ｔの裏面Ｔｂと第一金属部材１の裏面１ｃとを面一にする。また、タブ材Ｔの側面Ｔｃと第一金属部材１の端面１ａとを面一にする。

外隅摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、外隅から第一回転ツールＦを挿入して第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。外隅とは、内隅の反対側を意味し、第一実施形態では、第一金属部材１の表面１ｂ、端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃとで構成されている。
第一回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されており、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置に取り付けられる部位であって、円柱状を呈する。攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。

攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が刻設されている。第一実施形態では、第一回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、攪拌ピンＦ２の基端から先端に向かうにつれて左回りに形成されている。
なお、第一回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を攪拌ピンＦ２の基端から先端に向かうにつれて右回りに形成することが好ましい。
螺旋溝をこのように設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、第一金属部材１及び第二金属部材２の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

外隅摩擦攪拌工程では、図３に示すように、タブ材Ｔの側面Ｔｃに設定された開始位置Ｓｐに右回転させた第一回転ツールＦを挿入し、図３の手前側から奥側に向けて第一突合せ部Ｊ１に沿って第一回転ツールＦを相対移動させる。第一回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。図４に示すように、攪拌ピンＦ２の挿入深さは、適宜設定すればよい。

なお、第一回転ツールＦは、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を備えたロボットアームに取り付けることが好ましい。これにより、外隅摩擦攪拌工程を行う際に、第一回転ツールＦの回転中心軸を容易に傾斜させることができる。

補助部材配置工程は、図５及び図６に示すように、第一金属部材１に補助部材４を重ね合わせて配置する工程である。
補助部材４は、平面形状の板状部材である。補助部材４は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、第一実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。
補助部材４の板厚は、後記する第一突合せ部摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗ１（図９参照）が金属不足にならないように適宜設定する。また、補助部材４の平面形状は、第二金属部材２の端面２ａと同じ形状である。

補助部材配置工程では、第一金属部材１の表面１ｂに補助部材４の裏面４ｂが面接触するように、第一金属部材１の表面１ｂに補助部材４を重ね合わせる。また、補助部材４を第一突合せ部Ｊ１に沿って配置する。また、補助部材４の側縁部を第一金属部材１の表面１ｂの側縁部に合わせて配置する。これにより、第二金属部材２の端面２ａの直上に補助部材４が配置される。

第一突合せ部摩擦攪拌工程は、図７及び図８に示すように、第一回転ツールＦを補助部材４の表面４ａから挿入し、第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。
第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図７に示すように、タブ材Ｔの表面Ｔａに設定された開始位置Ｓｐに右回転させた第一回転ツールＦを挿入し、図７の手前側から奥側に向けて第二金属部材２に沿って第一回転ツールＦを相対移動させる。

第一実施形態では、図８に示すように、第一回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２が補助部材４、第一金属部材１及び第二金属部材２に接触するように設定している。つまり、補助部材４、第一金属部材１及び第二金属部材２に攪拌ピンＦ２のみを挿入し、補助部材４の表面４ａと連結部Ｆ１とは離間させつつ相対移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
なお、攪拌ピンＦ２は、第一金属部材１のみと接触するように挿入深さを設定してもよい。この場合は、攪拌ピンＦ２と第一金属部材１との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１周りが塑性流動化して接合される。

そして、補助部材４、第一金属部材１及び第二金属部材２と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で、第一突合せ部Ｊ１に沿って第一回転ツールＦを相対移動させると、補助部材４、第一金属部材１及び第二金属部材２が摩擦攪拌接合される。第一実施形態では、補助部材４の表面４ａ及び第二金属部材２の端面２ａの中央部（左右方向の中央部）に攪拌ピンＦ２が挿入されている。
第一回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。第一実施形態では、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが重なるように設定しているが、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが離れていてもよい。

第一突合せ部摩擦攪拌工程後には、図９に示すように、補助部材４が塑性化領域Ｗ１によって分断される。また、分断された補助部材４，４の端部にはバリＶ，Ｖが形成されている。
除去工程は、図１０に示すように、分断された補助部材４，４を第一金属部材１から除去する工程である。除去工程では、例えば手作業により、分断された補助部材４，４を第一金属部材１の表面１ｂから離間する方向に折り曲げて、補助部材４を第一金属部材１から除去する。また、除去工程が終了したらタブ材Ｔ（図２参照）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、図８に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の内隅からは溶接を行わず、外隅から摩擦攪拌接合を行うため、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図９に示すように、第一突合せ部Ｊ１に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図１に示すように、段差部１１を設けることにより、突合せ工程において、第一金属部材１と第二金属部材２との位置ずれを防ぐことができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図４及び図８に示すように、攪拌ピンＦ２のみを挿入するため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。

なお、第一実施形態では、外隅摩擦攪拌工程を行う第一回転ツールＦと、第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う第一回転ツールＦとが同一の回転ツールである。外隅摩擦攪拌工程と第一突合せ部摩擦攪拌工程とにおいて異なる回転ツールを用いてもよいが、同一の回転ツールを用いた場合には、各工程で回転ツールの交換を行う必要が無いため作業効率を高めることができる。

また、第一実施形態に係る接合方法では、図８に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加えて、補助部材４も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。さらに、補助部材４の中央部に攪拌ピンＦ２を挿入することで、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができる。
また、第一実施形態に係る接合方法では、図１０に示すように、除去工程において、バリＶを補助部材４ごと第一金属部材１から除去することができるため、バリＶを除去する工程が容易となる。

以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、図３に示す外隅摩擦攪拌工程において、第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃに補助部材を配置し、補助部材の表面から攪拌ピンＦ２を挿入してもよい。

また、図１１に示すように、外隅摩擦攪拌工程の前に、外隅仮接合工程を行ってもよい。外隅仮接合工程では、第一回転ツールＦを第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃから挿入し、攪拌ピンＦ２を浅く挿入して第一突合せ部Ｊ１にスポットで仮接合を行う。第一突合せ部Ｊ１には点状の塑性化領域Ｗ０が形成される。

また、図１２に示すように、外隅摩擦攪拌工程の前に、内隅仮接合工程を行ってもよい。内隅仮接合工程では、第一回転ツールＦを第一金属部材１の裏面１ｃと第二金属部材２の第一側面２ｂとで形成される内隅から挿入し、攪拌ピンＦ２を浅く挿入して第二突合せ部Ｊ２にスポットで仮接合を行う。第二突合せ部Ｊ２（内隅）には点状の塑性化領域Ｗ０が形成される。

外隅仮接合工程及び内隅仮接合工程によれば、外隅摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材１と第二金属部材２の目開きを防ぐことができる。また、スポットで仮接合を行うことで接合サイクルを短くすることができる。なお、外隅仮接合工程は、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接等の溶接で行ってもよい。

また、外隅摩擦攪拌工程に加えて、第一回転ツールＦを第一金属部材１の裏面１ｃと第二金属部材２の第一側面２ｂとで形成される内隅から挿入し、攪拌ピンＦ２を深く挿入して第二突合せ部Ｊ２に連続して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程を行ってもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る接合方法について、図１３及び図１４を参照して説明する。
第二実施形態に係る接合方法は、図１４に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程の後に外隅摩擦攪拌工程を行っている点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、第一実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。

第二実施形態に係る接合方法では、図１３に示すように、タブ材配置工程に続いて、補助部材配置工程及び第一突合せ部摩擦攪拌工程を行っている。第一突合せ部摩擦攪拌工程では、第一回転ツールＦを補助部材４から挿入し、第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。

第二実施形態に係る接合方法では、図１４に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び除去工程に続いて、外隅摩擦攪拌工程を行っている。外隅摩擦攪拌工程では、外隅から第一回転ツールＦを挿入して第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。
第二実施形態に係る接合方法によれば、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐとともに、水密性及び気密性を高めることができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、第一突合せ部摩擦攪拌工程の前に外隅仮接合工程や内隅仮接合工程を行ってもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る接合方法について、図１５及び図１６を参照して説明する。
第三実施形態に係る接合方法では、外隅摩擦攪拌工程において、図１５に示す第二回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。第三実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第三実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程では、図１５に示すように、第二回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。
第二回転ツールＧは、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａから垂下する攪拌ピンＧ２とを備えて構成されている。
そして、第二回転ツールＧを第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃから第一突合せ部Ｊ１に挿入し、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃに接触させながら相対移動させる。このようにして、第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。
以上のように、第二回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を金属部材に接触させた状態で第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合した場合には、バリの発生を抑制することができる。

以上、本発明の第三実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、第三実施形態では、外隅摩擦攪拌工程の後に、第一突合せ部摩擦攪拌工程を行っているが、図１６に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程の後に、外隅摩擦攪拌工程を行ってもよい。この構成では、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び除去工程を行って塑性化領域Ｗ１を形成した後に、外隅摩擦攪拌工程において、第二回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る接合方法について、図１７〜図１９を参照して詳細に説明する。
第四実施形態に係る接合方法は、図１８に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程において、攪拌ピンＦ２を補助部材４の端部に挿入する点で第一実施形態と相違する。第四実施形態に係る接合方法では、第一実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。

第四実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図１７に示すように、補助部材４の端面４ｃを通り第一金属部材１の表面１ｂに直交する基準線Ｘと、第一回転ツールＦの回転中心軸とが重なるように配置している。また、第四実施形態では、図１８の手前側から奥側に向けて第一回転ツールＦを移動させる。つまり、第一回転ツールＦの回転中心軸よりも進行方向の右側に補助部材４が配置されている。そして、補助部材４の端部に攪拌ピンＦ２を挿入している。

第四実施形態の第一回転ツールＦは、螺旋溝が攪拌ピンＦ２の基端から先端に向かうにつれて右回りに形成されている。第四実施形態では、第一回転ツールＦを左回転させているため、第一回転ツールＦの進行方向の左側は、フロー側（retreating side：回転ツールの外周における接線速度から回転ツールの移動速度が減算される側）である。一方、第一回転ツールＦの進行方向の右側は、シアー側（advancing side：回転ツールの外周における接線速度に回転ツールの移動速度が加算される側）である。

第一回転ツールＦの回転速度が遅い場合には、フロー側に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域Ｗ１外のシアー側（第一回転ツールＦの進行方向の右側）にバリＶが多く発生する傾向にある。
一方、第一回転ツールＦの回転速度が速い場合は、フロー側に比べてシアー側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、塑性化領域Ｗ１外のフロー側（第一回転ツールＦの進行方向の左側）にバリＶが多く発生する傾向にある。

第四実施形態では、第一回転ツールＦのシアー側が補助部材４側（第一回転ツールＦの進行方向の右側）となるように第一回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。第一回転ツールＦの回転方向及び進行方向は限定されるものではなく適宜設定すればよい。

第四実施形態では、第一回転ツールＦの回転速度を遅く設定しているため、塑性化領域Ｗ１外のシアー側にバリＶが多く発生する傾向にある。つまり、補助部材４側にバリＶを集約させることができる（図１９参照）。
前記したように、第一突合せ部摩擦攪拌工程の際に、第一回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。
接合条件とは、第一回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材４の材料、各部材の厚さ等の各要素と、これらの要素の組み合わせで決定される。
接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側に補助部材４を配置するようにすれば、バリＶを除去する工程を容易に行うことができる。

以上、本発明の第四実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、第四実施形態では、外隅摩擦攪拌工程の後に、第一突合せ部摩擦攪拌工程を行っているが、第一突合せ部摩擦攪拌工程の後に、外隅摩擦攪拌工程を行ってもよい。

［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る接合方法について、図２０〜図２２を参照して詳細に説明する。
第五実施形態に係る接合方法は、図２１に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程において、攪拌ピンＦ２を補助部材４の端部よりもわずかに中央側に挿入する点で第四実施形態と相違する。第五実施形態に係る接合方法では、第四実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。

第五実施形態の第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図２０及び図２１に示すように、摩擦攪拌を行った後に、第一回転ツールＦの片側のみに補助部材４が残存する程度に、第一回転ツールＦの回転中心軸を基準線Ｘよりもわずかに補助部材４の中央側（右側）に偏移させている。また、第五実施形態では、図２１の手前側から奥側に向けて第一回転ツールＦを移動させる。つまり、第一回転ツールＦの回転中心軸よりも進行方向の右側に補助部材４の９割程度を配置し、第一回転ツールＦの回転中心軸よりも進行方向の左側に補助部材４の残りの１割程度を配置している。そして、補助部材４の端部に攪拌ピンＦ２を挿入している。

第五実施形態の第一回転ツールＦは、螺旋溝が攪拌ピンＦ２の基端から先端に向かうにつれて右回りに形成されている。また、第一回転ツールＦを左回転させている。したがって、第一回転ツールＦの進行方向の左側がフロー側で、第一回転ツールＦの進行方向の右側がシアー側である。

第五実施形態では、第一回転ツールＦのシアー側が補助部材４側となるように第一回転ツールＦの移動方向と回転方向を設定している。したがって、図２２に示すように、補助部材４側にバリＶを集約させることができるため、バリＶを除去する工程を容易に行うことができる。

以上、本発明の第五実施形態について説明したが、第四実施形態と同様に、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。

［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態に係る接合方法について、図２３を参照して詳細に説明する。
第六実施形態に係る接合方法は、図２３に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程において、攪拌ピンＦ２を第二金属部材２の端面２ａの中央部よりも第一側面２ｂ側に挿入する点で第四実施形態と相違する。第六実施形態に係る接合方法では、第四実施形態の接合方法と相違する点を中心に説明する。

第六実施形態の第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図２３に示すように、第一回転ツールＦの回転中心軸が第二金属部材２の端面２ａの中央部（左右方向の中央部）よりも第一側面２ｂ側（右側）に偏移している。また、第一回転ツールＦの回転中心軸は第二突合せ部Ｊ２を通っている。さらに、攪拌ピンＦ２が第二突合せ部Ｊ２に達するように、第一回転ツールＦの挿入深さが設定されている。
第六実施形態の第一突合せ部摩擦攪拌工程では、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合することができるため、接合部の水密性及び気密性を高めることができる。

以上、本発明の第六実施形態について説明したが、第四実施形態と同様に、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、第六実施形態では、第一回転ツールＦの回転中心軸が第二突合せ部Ｊ２を通っているが、第一回転ツールＦの回転中心軸を第二突合せ部Ｊ２よりも第二側面２ｃ側（左側）に配置してもよい。

１ 第一金属部材
１ａ 端面
１ｂ 表面
１ｃ 裏面
１ｄ 側面
２ 第二金属部材
２ａ 端面
２ｂ 第一側面
２ｃ 第二側面
４ 補助部材
４ａ 表面
４ｂ 裏面
４ｃ 端面
１１ 段差部
１１ａ 段差底面
１１ｂ 段差側面
Ｆ 第一回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 第二回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｗ１ 塑性化領域
Ｗ２ 塑性化領域

Claims (13)

1. 端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
   前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
   前記第一突合せ部に沿って、前記第一金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、
   前記補助部材の表面側から前記攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、を含み、
   前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記補助部材、又は前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
2. バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材から除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記攪拌ピンを挿入することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
4. 前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、
   前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記回転ツールの回転中心軸と前記基準線とが重なるように、前記回転ツールを相対移動させるとともに、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記補助部材に形成されるように接合条件を設定することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
5. 前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、
   前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌を行った後に、前記回転ツールの片側のみに前記補助部材が残存する程度に、前記回転ツールの回転中心軸を前記基準線よりもわずかに前記補助部材の中央側に偏移させて、前記回転ツールを相対移動させるとともに、残存する前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を設定することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
6. 前記外隅摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する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方法。
7. 端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
   前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの前記攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
   前記第一突合せ部に沿って、前記第一金属部材の表面に面接触するように補助部材を配置する補助部材配置工程と、
   前記補助部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記第一回転ツールを前記第一突合せ部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、を含み、
   前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記補助部材、又は前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
8. バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材から除去する除去工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
9. 前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記補助部材の中央部に前記第一回転ツールの前記攪拌ピンを挿入することを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
10. 前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、
    前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの回転中心軸と前記基準線とが重なるように、前記第一回転ツールを相対移動させるとともに、摩擦攪拌接合で発生するバリが前記補助部材に形成されるように接合条件を設定することを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
11. 前記補助部材の端面を通り、前記第一金属部材の表面に直交する線を基準線とした場合に、
    前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌を行った後に、前記第一回転ツールの片側のみに前記補助部材が残存する程度に、前記第一回転ツールの回転中心軸を前記基準線よりもわずかに前記補助部材の中央側に偏移させて、前記第一回転ツールを相対移動させるとともに、残存する前記補助部材にバリが形成されるように接合条件を設定することを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
12. 前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の前記第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の接合方法。
13. 前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の前記第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の接合方法。

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