特許 6451503 接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6451503

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20190107BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 364

   B23K20/12 330

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-106542(P2015-106542)

(22)【出願日】2015年5月26日

(65)【公開番号】特開2016-215267(P2016-215267A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 伸城

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−５８０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００８６７７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−７４５１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｋ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、
前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする接合方法。

【請求項2】

板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。

【請求項3】

攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。

【請求項4】

攪拌ピンを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合方法。

【請求項5】

板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、
前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、
一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、
前記本接合工程では、一対の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のそれぞれ接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。

【請求項6】

前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、１パスで連続して摩擦攪拌を施す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。

【請求項7】

前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、断続的に間をあけて摩擦攪拌を施す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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第一金属部材と第二金属部材とを重ね合せて、第一金属部材の表面と第二金属部材の端面とで構成された内隅に溶接を施す接合方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−１４４０６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術であると、溶接部の強度が低いため、第一金属部材と第二金属部材が分離するおそれがある。

【0005】

このような観点から、本発明は、接合強度が高い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】

【0006】

このような課題を解決するために本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含み、前記第一の本接合工程では、前記回転ツールの前記ショルダ部を前記第二金属部材の表面に押し込みながら摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。

【0007】

かかる方法によれば、一対の内隅及び第二金属部材の表面から重合部に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、第一の本接合工程では、回転ツールのショルダ部を第二金属部材に押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。

【0008】

また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第二金属部材の裏面とは反対側の表面側から挿入し、当該回転ツールの前記攪拌ピンのみを前記第二金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第一の本接合工程と、を含むことを特徴とする。

【0009】

かかる方法によれば、一対の内隅及び第二金属部材の表面から重合部に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを接触させて第一の本接合工程を行うことにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。

【0010】

また、攪拌ピンとショルダ部とを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、前記第二の本接合工程では、当該回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の裏面に押し込みながら摩擦攪拌を行うとともに、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。
また、攪拌ピンを備える回転ツールを前記第一金属部材の表面とは反対の裏面側から挿入し、当該回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って当該回転ツールを相対移動させて前記重合部を摩擦攪拌接合する第二の本接合工程と、を含み、
前記第二の本接合工程では、前記第一の本接合工程の塑性化領域と前記第二の本接合工程の塑性化領域とを重複させることが好ましい。

【0011】

かかる方法によれば、第一金属部材の裏面側からも摩擦攪拌を施しているので接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。

【0012】

また、本発明は、板状の第一金属部材の表面と板状の第二金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重ね合せ工程と、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される内隅及び前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される内隅に内隅用接合ツールの攪拌ピンを挿入して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程と、一対のショルダ部と前記ショルダ部間を連結する攪拌ピンとを備えるボビン回転ツールを前記重合部に沿って相対移動させて重合部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、一対の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のそれぞれ接触させた状態で摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

【0013】

かかる方法によれば、一対の内隅と重合部とに摩擦攪拌接合を行うことにより、接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材及び第二金属部材の板厚方向の全体を１パスで接合することができる。

【0014】

また、前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、１パスで連続して摩擦攪拌を施すことが好ましい。また、前記内隅接合工程では、前記内隅に対して、断続的に間をあけて摩擦攪拌を施すことが好ましい。かかる方法によれば、内隅接合工程を容易に行うことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る接合方法によれば、接合強度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明で用いる内隅用接合ツール及び回転ツールを示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は接合状態を示す断面図である。

【図2】（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す図であり、（ｂ）は内隅接合工程を示す斜視図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係る接合方法のタブ材接合工程を示す斜視図である。

【図4】第一実施形態に係る接合方法の第一の本接合工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。

【図5】第一実施形態に係る接合方法の第二の本接合工程を示す断面図である。

【図6】本発明の第二実施形態に係る接合方法の第一の本接合工程を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。

【図7】第二実施形態に係る接合方法の第二の本接合工程を示す断面図である。

【図8】第三実施形態に係る接合方法のボビンツールを示す斜視図である。

【図9】第三実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［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面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態の接合方法で用いる回転ツールＦについて説明する。図１の（ａ）に示すように、回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

【0018】

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の長さは、後記する第二金属部材２の板厚よりも大きくなっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝Ｆ３が刻設されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝Ｆ３は、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。言い換えると、螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て左回りに形成されている。

【0019】

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３を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。言い換えると、この場合の螺旋溝Ｆ３は、螺旋溝Ｆ３を基端から先端に向けてなぞると上から見て右回りに形成されている。螺旋溝Ｆ３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Ｆ３によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材（後記する第一金属部材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。

【0020】

図１の（ｂ）に示すように、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。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。回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）が形成される。

【0021】

図２の（ａ）に示すように、本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とを重ね合せて摩擦攪拌により接合する。第一金属部材１及び第二金属部材２は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は、異なるように形成してもよいが、本実施形態では同一である。第一金属部材１及び第二金属部材２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。

【0022】

本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、図２の（ａ）示すように、第一金属部材１の表面１ａと第二金属部材２の裏面２ｂとを重ね合せて重合部Ｊ１を形成する工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は架台（図示省略）にクランプを介して移動不能に拘束する。第一金属部材１の表面１ａと、第二金属部材２の端面２ｃとで内隅Ｕ１が形成される。第二金属部材２の裏面２ｂと、第一金属部材１の端面１ｃとで内隅Ｕ２が形成される。なお、「表面」とは、「裏面」とは反対側の面を意味する。

【0023】

内隅接合工程は、図２の（ｂ）に示すように、内隅Ｕ１，Ｕ２に対して回転ツール（内隅用接合ツール）Ｆを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。内隅接合工程では、回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを内隅Ｕ１に挿入しつつ、内隅Ｕ１に沿って回転ツールＦを相対移動させる。つまり、回転ツールＦの連結部Ｆ１は被接合金属部材に接触させずに攪拌ピンＦ２の基端側を露出させて摩擦攪拌接合を行う。本実施形態では、内隅Ｕ１の全長に対して１パスで連続的に摩擦攪拌接合を行う。回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。また同様に、内隅Ｕ２に対しても摩擦攪拌接合を行う。

【0024】

なお、内隅接合工程は、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたロボットアームに回転ツールＦを取り付けて摩擦攪拌を行うことができる。このような摩擦攪拌装置によれば、鉛直軸に対する回転ツールＦの回転中心軸の角度を容易に変更することができる。

【0025】

タブ材接合工程は、図３に示すように、重合部Ｊ１の両側にタブ材Ｔ１，Ｔ２を接合する工程である。タブ材Ｔ１，Ｔ２は、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料で形成されており直方体を呈する。タブ材Ｔ１，Ｔ２の高さは、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚方向の和と同等になっている。タブ材接合工程では、タブ材Ｔ１と第一金属部材１及び第二金属部材２とで形成される内隅を溶接により接合する。同様に、タブ材Ｔ２と第一金属部材１及び第二金属部材２とで形成される内隅を溶接により接合する。タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａと第二金属部材２の表面２ａとを面一にするとともに、裏面Ｔ１ｂと第一金属部材１の裏面１ｂとを面一にする。同様に、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａと第二金属部材２の表面２ａとを面一にするとともに、裏面Ｔ２ｂと第一金属部材１の裏面１ｂを面一にする。

【0026】

第一の本接合工程は、図４の（ａ）に示すように、第二金属部材２の表面２ａ側から重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツールＧを用いて接合する。回転ツールＧは、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２は先端に向けて先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝が形成されている。

【0027】

第一の本接合工程では、タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａに開始位置Ｓｐ１を設定し、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａに終了位置Ｅｐ１を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Ｓｐ１に回転する回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入する。そして、重合部Ｊ１に沿うようにして、回転ツールＧを終了位置Ｅｐ１に向けて相対移動させる。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ１が形成される。

【0028】

図４の（ｂ）に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の下端面を第二金属部材２に数ミリ程度押し込みながら摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部Ｊ１に攪拌ピンＧ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。

【0029】

攪拌ピンＧ２が重合部Ｊ１に達しない場合、つまり、攪拌ピンＧ２を第二金属部材２のみに接触させる場合は、回転ツールＧと第二金属部材２との摩擦熱によって重合部Ｊ１が塑性流動化して接合される。回転ツールＧが終了位置Ｅｐ１に達したら、回転ツールＧをタブ材Ｔ２から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材１及び第二金属部材２をひっくり返し、架台に再度クランプする。

【0030】

第二の本接合工程は、図５に示すように、第一金属部材１の裏面１ｂ側から重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールＧを用いて接合する。第二の本接合工程では、タブ材Ｔ１及びタブ材Ｔ２の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１の裏面１ｂに数ミリ程度押し込みつつ、重合部Ｊ１に沿って回転ツールＧを相対移動させて摩擦攪拌を行う。回転ツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。

【0031】

第二の本接合工程における攪拌ピンＧ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部Ｊ１に攪拌ピンＧ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＧ２の先端が、塑性化領域Ｗ１に入り込むように挿入深さを設定することで、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが重複する。

【0032】

攪拌ピンＧ２が重合部Ｊ１に達しない場合、つまり、攪拌ピンＧ２を第一金属部材１のみに接触させる場合は、回転ツールＧと第一金属部材１との摩擦熱によって重合部Ｊ１が塑性流動化して接合される。回転ツールＧが終了位置に達したら、回転ツールＧをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。

【0033】

なお、必要に応じて、内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、内隅Ｕ１，Ｕ２、第一金属部材１の裏面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ａをきれいに仕上げることができる。

【0034】

以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅Ｕ１，Ｕ２に加えて、第二金属部材２の表面２ａから重合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部Ｊ１の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２の位置ずれを防ぐことができる。また、ショルダ部Ｇ１を第二金属部材２に押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。

【0035】

［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説明する。本実施形態では、内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程を、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合する点で、第一実施形態と相違する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、タブ材接合工程と、第一の本接合工程と、第二の本接合工程とを行う。重ね合せ工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。

【0036】

内隅接合工程では、図６の（ａ）に示すように、内隅Ｕ１，Ｕ２に対して回転ツール（内隅用接合ツール）Ｆを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。内隅接合工程では、内隅Ｕ１，Ｕ２の全長に対して、断続的に摩擦攪拌を行う。内隅Ｕ１，Ｕ２には、間隔をあけて塑性化領域Ｗが形成される。タブ材接合工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。

【0037】

第一の本接合工程は、図６の（ａ）に示すように、第二金属部材２の表面２ａ側から重合部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第一の本接合工程では、回転ツール（内隅用接合ツールと兼用のショルダレス回転ツール）Ｆを用いて接合する。

【0038】

第一の本接合工程では、タブ材Ｔ１の表面Ｔ１ａに開始位置Ｓｐ１を設定し、タブ材Ｔ２の表面Ｔ２ａに終了位置Ｅｐ１を設定する。第一の本接合工程では、開始位置Ｓｐ１に右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入する。そして、重合部Ｊ１に沿うようにして、回転ツールＦを終了位置Ｅｐ１に向けて相対移動させる。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。

【0039】

図６の（ｂ）に示すように、第一の本接合工程では、回転ツールＦの連結部Ｆ１は第二金属部材２から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。つまり、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、重合部Ｊ１に攪拌ピンＦ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。

【0040】

攪拌ピンＦ２が重合部Ｊ１に達しない場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第二金属部材２のみに接触させる場合は、回転ツールＦと第二金属部材２との摩擦熱によって重合部Ｊ１が塑性流動化して接合される。回転ツールＦが終了位置Ｅｐ１に達したら、回転ツールＦをタブ材Ｔ２から離脱させる。第一の本接合工程が終了したら、第一金属部材１及び第二金属部材２をひっくり返し、架台に再度クランプする。

【0041】

第二の本接合工程は、図７に示すように、第一金属部材１の裏面１ｂ側から重合部Ｊ１を接合する工程である。第二の本接合工程では、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌によって接合する。第二の本接合工程では、タブ材Ｔ１及びタブ材Ｔ２の一方に開始位置を設定し、他方に終了位置を設定する。第二の本接合工程では、第一の本接合工程と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。つまり、回転ツールＦの連結部Ｆ１は第一金属部材１から離間させて、摩擦攪拌接合を行う。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。

【0042】

第二の本接合工程における攪拌ピンＦ２の挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では、重合部Ｊ１に攪拌ピンＦ２が達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の先端が、塑性化領域Ｗ１に入り込むように挿入深さを設定することで、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２の先端側が重複する。

【0043】

攪拌ピンＦ２が重合部Ｊ１に達しない場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１のみに接触させる場合は、回転ツールＦと第一金属部材１との摩擦熱によって重合部Ｊ１が塑性流動化して接合される。回転ツールＦが終了位置に達したら、回転ツールＦをタブ材から離脱させる。以上により、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。

【0044】

なお、必要に応じて、内隅Ｕ１，Ｕ２、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、第一金属部材１の裏面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ａをきれいに仕上げることができる。また、第一金属部材１の裏面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ａに形成される凹溝が大きい場合は、肉盛溶接を施して補修する補修工程を行ってもよい。

【0045】

第二実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅Ｕ１，Ｕ２に加えて、第二金属部材２の表面２ａから重合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行うことにより、重合部Ｊ１の接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、第一の本接合工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２の位置ずれを防ぐことができる。また、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを接触させて第一の本接合工程を行うことにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷をかけずに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚が大きい場合は、回転ツールＦを用いて摩擦攪拌を行うと有効である。

【0046】

また、回転ツールＦによれば、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅を小さくすることができるため、重合部Ｊ１の幅（第一金属部材１と第二金属部材２の重ね代）を小さくすることができる。また、第二の本接合工程は省略してもよいが、本実施形態のように第一の本接合工程及び第二の本接合工程の両方を行うことで、接合強度をより高めることができるとともに、バランス良く接合することができる。

【0047】

また、内隅用接合ツールは、第一の本接合工程及び第二の本接合工程で用いる回転ツールと別個でもよいが、本実施形態のようにこれらの工程を回転ツールＦを用いて行うことで、回転ツールを付け替える手間を省くことができる。

【0048】

なお、第二実施形態では、回転ツールＦを用いて内隅接合工程、第一の本接合工程及び第二の本接合工程を行ったが、回転ツールＧを用いて各工程を行ってもよい。この場合は、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の基端側を露出させた状態で摩擦攪拌接合を行えばよい。このようにすれば、回転ツールを交換する手間を省略することができる。

【0049】

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、重ね合せ工程と、内隅接合工程と、本接合工程と、を行う。重ね合せ工程及び内隅接合工程は、第一実施形態と同一であるため、説明を省略する。

【0050】

本接合工程は、図８に示すように、ボビン回転ツールＨを用いて重合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行う工程である。ボビン回転ツールＨは、第一ショルダ部Ｈ１と、第二ショルダ部Ｈ２と、攪拌ピンＨ３とで構成されている。第一ショルダ部Ｈ１は、略円柱状を呈する。第一ショルダ部Ｈ１の攪拌ピンＨ３側には、攪拌ピンＨ３に向けて縮径するテーパー部Ｈ１ａが形成されている。テーパー部Ｈ１ａの端部には、端面Ｈ１ｂが形成されている。

【0051】

第二ショルダ部Ｈ２は、略円柱状を呈する。第二ショルダ部Ｈ２の攪拌ピンＨ３側には、攪拌ピンＨ３に向けて縮径するテーパー部Ｈ２ａが形成されている。テーパー部Ｈ２ａの端部には、端面Ｈ２ｂが形成されている。攪拌ピンＨ３は、第一ショルダ部Ｈ１と第二ショルダ部Ｈ２とを連結する軸状部材である。

【0052】

本接合工程では、図９の（ａ）に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２を移動不能に架台（図示省略）にクランプした後、第一金属部材１及び第二金属部材２の側方にボビン回転ツールＨを位置させる。攪拌ピンＨ３の長手方向の中心が、重合部Ｊ１の延長上に位置するように高さ位置を調整する。そして、ボビン回転ツールＨを回転させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２に突入させ、重合部Ｊ１に沿って相対移動させる。攪拌ピンＨ３の長さ（第一ショルダ部Ｈ１と第二ショルダ部Ｈ２間距離）は、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚の和よりも小さくなっているため、第二金属部材２の表面２ａに第一ショルダ部Ｈ１（端面Ｈ１ｂ）が押し込まれるとともに、第一金属部材１の裏面１ｂに第二ショルダ部Ｈ２（端面Ｈ２ｂ）が押し込まれる。ボビン回転ツールＨの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ３が形成される。以上により、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。

【0053】

なお、必要に応じて、内隅接合工程、本接合工程で発生したバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。これにより、内隅Ｕ１，Ｕ２、第一金属部材１の裏面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ａをきれいに仕上げることができる。

【0054】

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、一対の内隅Ｕ１，Ｕ２に加えて、重合部Ｊ１に摩擦攪拌接合を行うことにより、接合強度を高めることができる。また、内隅接合工程を行うことにより、本接合工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２の位置ずれを防ぐことができる。また、ボビン回転ツールＨを用いて本接合工程を行うことにより、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚方向の全体を１パスで接合することができる。また、第二金属部材２の表面２ａに第一ショルダ部Ｈ１を押し込むとともに、第一金属部材１の裏面１ｂに第二ショルダ部Ｈ２を押し込むことにより、バリの発生を抑制することができる。

【0055】

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、第一実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールＦを用いて行ってもよい。また、第二実施形態における第二の本接合工程を、回転ツールＧを用いて行ってもよい。また、第一実施形態及び第二実施形態では、タブ材Ｔ１，Ｔ２を設けたが、省略してもよい。

【符号の説明】

【0056】

１ 第一金属部材
１ａ 表面
１ｂ 裏面
２ 第二金属部材
２ａ 表面
２ｂ 裏面
Ｊ１ 重合部
Ｆ 回転ツール（内隅用接合ツール）
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン
Ｈ ボビン回転ツール
Ｕ１ 内隅
Ｕ２ 内隅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】