特許 6505364 摩擦攪拌接合方法

(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】6505364

(24)【登録日】2019年4月5日

(45)【発行日】2019年4月24日

(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20190415BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 368

   B23K20/12 310

   B23K20/12 330

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-4276(P2014-4276)

(22)【出願日】2014年1月14日

(65)【公開番号】特開2015-131322(P2015-131322A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年8月4日

【審判番号】不服2018-1359(P2018-1359/J1)

【審判請求日】2018年2月1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

【合議体】

【審判長】 刈間 宏信

【審判官】 齋藤 健児

【審判官】 西村 泰英

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７９９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−３９６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４９０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３９７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４９５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−４２１１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B23K20/00-20/26

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大径部の端部に小径部を備えた柱状の第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された被接合金属部材の突合せ部に対して攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、
前記回転ツールの前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記回転ツールを右回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成し、前記回転ツールを左回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成し、前記攪拌ピンの長さは前記第二金属部材の板厚より大きくなっており、
前記攪拌ピンの挿入深さを前記攪拌ピンの先端が前記小径部の外周面に達するように設定するとともに、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回転ツールを前記被接合金属部材の周囲で一周させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

【請求項2】

前記突合せ部に形成される塑性化領域の始端と終端とがオーバーラップしており、前記塑性化領域の一部が重複していることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。

【請求項3】

前記回転ツールの回転中心軸を前記突合せ部よりも前記第一金属部材側に位置させた状態で前記被接合金属部材の周囲で一周させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。

【請求項4】

前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に位置する場合、前記回転ツールを右回転させ、
前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に位置する場合、前記回転ツールを左回転させる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摩擦攪拌接合方法。

【請求項5】

前記突合せ部に形成される塑性化領域の終端から前記回転ツールを前記第一金属部材側に向けて移動させて、前記回転ツールの引抜位置を前記第一金属部材に設ける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摩擦攪拌接合方法。

【請求項6】

前記回転ツールで摩擦攪拌接合する工程に先だって、前記突合せ部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合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摩擦攪拌接合方法。

【請求項7】

円柱状の大径部の端部に円柱状の小径部を備えた第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する円筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された被接合金属部材の突合せ部に対して攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、
前記回転ツールの前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記回転ツールを右回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成し、前記回転ツールを左回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成し、前記攪拌ピンの長さは前記第二金属部材の板厚より大きくなっており、
前記攪拌ピンの挿入深さを前記攪拌ピンの先端が前記小径部の外周面に達するように設定するとともに、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回転ツールを前記被接合金属部材の周囲で一周させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

【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。

【0003】

例えば、一対の円筒状の金属部材を接合する場合には、両金属部材の端面同士を突き合わせた状態で突合せ部に沿って周方向に摩擦攪拌接合を行えばよい（特許文献１参照）。図１０は、従来の摩擦攪拌接合方法を示す断面図であって、（ａ）は接合前を示し、（ｂ）は接合中を示す。

【0004】

図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来の摩擦攪拌接合方法は、円柱状の第一金属部材１００と円筒状の第二金属部材１１０の端部同士を突き合わせた後、突合せ部Ｊ１に沿って回転ツール１２０を相対移動させて摩擦攪拌接合するものである。第一金属部材１００は、円柱状の大径部１０１と、大径部１０１の端部に形成された円柱状の小径部１０２とを備えている。第二金属部材１１０の外径は大径部１０１の外径と略同等になっている。大径部１０１の端面１０１ａと第二金属部材１１０の端面１１０ａとが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成される。大径部１０１の端面１０１ａ及び第二金属部材１１０の端面１１０ａの厚さは略同等になっている。

【0005】

図１０の（ｂ）に示すように、回転ツール１２０は、円柱状のショルダ部１２１と、ショルダ部１２１の下端面から突出した攪拌ピン１２２とで構成されている。従来の摩擦攪拌接合方法では、ショルダ部１２１の下端面を第一金属部材１００及び第二金属部材１１０に数ミリ程度押し込みつつ、回転させた回転ツール１２０を突合せ部Ｊ１に沿って一周させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−１１２２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、ショルダ部１２１によって第一金属部材１００及び第二金属部材１１０に大きな押圧力が作用するため、図１０の（ｂ）に示すように、塑性流動化した金属材料が内部に流出してしまうという問題がある。金属材料が内部に流出しないようにするには、小径部１０２の厚さ（高さ）を大きく設定せざるを得ず、設計の自由度が制限されるという問題があった。

【0008】

そこで、本発明は、設計の自由度が高い摩擦攪拌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】

【0009】

前記課題を解決するための手段として、本発明は、大径部の端部に小径部を備えた柱状の第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された被接合金属部材の突合せ部に対して攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、前記回転ツールの前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記回転ツールを右回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成し、前記回転ツールを左回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成し、前記攪拌ピンの長さは前記第二金属部材の板厚より大きくなっており、前記攪拌ピンの挿入深さを前記攪拌ピンの先端が前記小径部の外周面に達するように設定するとともに、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回転ツールを前記被接合金属部材の周囲で一周させることを特徴とする。

【0010】

かかる接合方法によれば、従来のように第一金属部材及び第二金属部材にショルダ部を入り込ませないため、従来よりも塑性化領域の幅を小さくすることができるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に作用する押圧力を低減することができる。これにより、小径部の厚さ（高さ）を小さくしても、被接合金属部材の内部に金属材料が流出するのを防ぐことができるため、設計の自由度を向上させることができる。

【0011】

また、かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に挿入するため、回転ツールのショルダ部を押し込む場合に比べて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、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができるため、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の深い位置を接合することができる。また、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の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【0012】

また、前記突合せ部に形成される塑性化領域の始端と終端とがオーバーラップしており、前記塑性化領域の一部が重複していることが好ましい。

【0013】

かかる接合方法によれば、塑性化領域の一部が重複していることにより、接合部の水密性及び気密性を向上させることができる。

【0014】

また、前記回転ツールの回転中心軸を前記突合せ部よりも前記第一金属部材側に位置させた状態で前記被接合金属部材の周囲で一周させることが好ましい。

【0015】

摩擦攪拌接合によって形成される塑性化領域には接合欠陥が形成されるおそれがあり、当該接合欠陥が中空部材である第二接合金属部材側に形成されると水密性及び気密性が低下するおそれがある。しかし、かかる接合方法によれば、接合欠陥が形成されたとしても、第二金属部材から離れた位置に形成されるため水密性及び気密性の低下を抑制することができる。

【0016】

また、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に位置する場合、前記回転ツールを右回転させ、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に位置する場合、前記回転ツールを左回転させることが好ましい。

【0017】

摩擦攪拌接合においては、回転ツールを右回転させると進行方向左側、左回転させると進行方向右側に接合欠陥が発生する可能性があり、中空部材である第二金属部材に近い位置に当該接合欠陥が形成されると水密性及び気密性が低下するおそれがある。しかし、かかる製造方法によれば、接合欠陥が形成されたとしても、第二金属部材から離れた位置に形成されるため、水密性及び気密性の低下を抑制することができる。

【0018】

また、前記突合せ部に形成される塑性化領域の終端から前記回転ツールを前記第一金属部材側に向けて移動させて、前記回転ツールの引抜位置を前記第一金属部材に設けることが好ましい。

【0019】

かかる接合方法によれば、被接合金属部材の内部に金属材料が流出するのを防ぐことができる。また、回転ツールの引抜跡が第二金属部材から離れた位置に形成されるため、水密性及び気密性の低下を抑制することができる。

【0020】

また、前記回転ツールで摩擦攪拌接合する工程に先だって、前記突合せ部の一部を前記回転ツールよりも小型の仮接合用回転ツールを用いて仮接合することが好ましい。

【0021】

かかる接合方法によれば、前記回転ツールで摩擦攪拌を行う際の第一金属部材と第二金属部材の目開きを防ぐことができる。

【0022】

また、本発明は、円柱状の大径部の端部に円柱状の小径部を備えた第一金属部材と、前記大径部と略同等の外径を有する円筒状の第二金属部材とを端面同士で突き合わせて形成された被接合金属部材の突合せ部に対して攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて摩擦攪拌を行う摩擦攪拌接合方法であって、前記回転ツールの前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記回転ツールを右回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成し、前記回転ツールを左回転させる場合は、前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成し、前記攪拌ピンの長さは前記第二金属部材の板厚より大きくなっており、前記攪拌ピンの挿入深さを前記攪拌ピンの先端が前記小径部の外周面に達するように設定するとともに、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回転ツールを前記被接合金属部材の周囲で一周させることを特徴とする。

【0023】

かかる接合方法によれば、従来のように第一金属部材及び第二金属部材にショルダ部を入り込ませないため、従来よりも塑性化領域の幅を小さくすることができるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に作用する押圧力を低減することができる。これにより、小径部の厚さ（高さ）を小さくしても、被接合金属部材の内部に金属材料が流出するのを防ぐことができるため、設計の自由度を向上させることができる。

【0024】

また、かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に挿入するため、回転ツールのショルダ部を押し込む場合に比べて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、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができるため、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の深い位置を接合することができる。また、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の先端側に導かれる。これにより、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の摩擦攪拌接合方法によれば、設計の自由度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】（ａ）は本実施形態の本接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は本接合用回転ツールの接合形態を示した模式断面図である。

【図2】（ａ）は本実施形態の仮接合用回転ツールを示した側面図であり、（ｂ）は仮接合用回転ツールの接合形態を示した模式断面図である。

【図3】本発明の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）は突き合わせ状態を示す断面図である。

【図4】第一実施形態に係る被接合金属部材を接合した状態を示す斜視図である。

【図5】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の仮接合工程を示す斜視図である。

【図6】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程の開始段階を示す斜視図である。

【図7】図６のＩ−Ｉ断面図である。

【図8】第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程を示す斜視図であって、（ａ）は途中段階を示し、（ｂ）は終了段階を示す。

【図9】本接合工程の変形例を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。

【図10】従来の摩擦攪拌接合方法を示す断面図であって、（ａ）は接合前を示し、（ｂ）は接合中を示す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について、図面を適宜参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態で用いる本接合用回転ツール及び仮接合用回転ツールについて説明する。

【0028】

図１の（ａ）に示すように、本接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。本接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。本接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、図１の（ｂ）に示す摩擦攪拌装置の回転主軸Ｄ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Ｂ，Ｂが形成されている。

【0029】

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１ｂ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、本接合用回転ツール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。

【0030】

なお、本接合用回転ツール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。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１（１ａ，１ｂ）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【0031】

図１の（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合をする際には、被接合金属部材１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材１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。本接合用回転ツール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が形成される。

【0032】

仮接合用回転ツールＧは、図２の（ａ）に示すように、ショルダＧ１と、攪拌ピンＧ２とで構成されている。仮接合用回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されている。仮接合用回転ツールＧは、本接合用回転ツールＦよりも小型になっている。つまり、攪拌ピンＧ２の長さ寸法は、攪拌ピンＦ２の長さ寸法の１／４程度になっている。ショルダＧ１は、図２の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌装置の回転主軸Ｄに連結される部位であるとともに、塑性流動化した金属を押える部位である。ショルダＧ１は円柱状を呈する。ショルダＧ１の下端面は、流動化した金属が外部へ流出するのを防ぐために凹状になっている。

【0033】

攪拌ピンＧ２は、ショルダＧ１から垂下しており、ショルダＧ１と同軸になっている。攪拌ピンＧ２はショルダＧ１から離間するにつれて先細りになっている。攪拌ピンＧ２の外周面には螺旋溝Ｇ３が刻設されている。

【0034】

図２の（ｂ）に示すように、仮接合用回転ツールＧを用いて摩擦攪拌接合をする際には、回転した攪拌ピンＧ２とショルダＧ１の下端面を被接合金属部材１（１ａ，１ｂ）に挿入しつつ相対移動させる。仮接合用回転ツールＧ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Ｗ１が形成される。

【0035】

次に、本実施形態で接合される第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂについて説明する。図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、略円柱状の第一金属部材１ａと、円筒状の第二金属部材１ｂとを摩擦攪拌により接合する。

【0036】

第一金属部材１ａは、図３の（ａ）に示すように、略円柱状を呈する金属部材であって、大径部２と、大径部２の端面１１ａに凸設された円柱状を呈する小径部３とを有する。大径部２及び小径部３は、同心軸で形成されている。第二金属部材１ｂは、円筒状を呈する金属部材である。第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂは、略同等の外径からなり、第一金属部材１ａの小径部３の外径と、第二金属部材１ｂの内径は、略同等に形成されている。

【0037】

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で形成されている。

【0038】

図４に示すように、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される被接合金属部材１は、外周面に亘って本接合用回転ツールＦ（図１参照）を相対移動させて、摩擦攪拌接合によって一体化される。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によって、例えば、密閉容器やトルクロッド等を形成することができる。

【0039】

次に、第一金属部材実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合工程では、突合せ工程と、仮接合工程と、本接合工程とを行う。

【0040】

図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、突合せ工程は、第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとを端面同士で突き合わせて被接合金属部材１を形成する工程である。即ち、第一金属部材１ａの端面１１ａと、第二金属部材１ｂの端面１１ｂとを密着させる。前記したように、第一金属部材１ａの外径（大径部２の外径）と、第二金属部材１ｂの外径は、略同一に形成されているため、両部材を突き合せると互いの外周面１２ａ，１２ｂが面一になる。また、第一金属部材１ａの小径部３の外径と、第二金属部材１ｂの内径は、略同等に形成されているため、両部材を突き合せると小径部３の外周面１３ａと、第二金属部材１ｂの内周面１３ｂとが面接触する。

【0041】

図３の（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とが突き合わされることにより、突合せ部Ｊ１が形成される。突合せ部Ｊ１は、被接合金属部材１の外周面に亘って連続して一周形成される。被接合金属部材１は、軸周りに回転可能な固定治具に移動不能に固定される。

【0042】

図５に示すように、仮接合工程は、突合せ部Ｊ１を仮接合する工程である。仮接合工程では、右回転させた仮接合用回転ツールＧを突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる。本実施形態では、仮接合用回転ツールＧを回転軸周りに回転駆動させつつ、被接合金属部材１を軸周りに回転させる。本実施形態では、被接合金属部材１に対して仮接合用回転ツールＧが相対移動した際に、進行方向左側に第一金属部材１ａが配置されるように設定する。仮接合工程は、突合せ部Ｊ１に沿って連続して行ってもよいし、本実施形態のように断続的に行ってもよい。

【0043】

図６に示すように、本接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１に対して本格的に摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程では、まず、第一金属部材１ａに設定した開始位置ｓ１に右回転させた本接合用回転ツールＦを挿入する。そして、突合せ部Ｊ１に設定された第一中間点ｓ２に向けて本接合用回転ツールＦを相対移動させる。第一中間点ｓ２における塑性化領域の端部（始端Ｗａ）が、特許請求の範囲の「突合せ部に形成される塑性化領域の始端」となる部分である。

【0044】

本接合用回転ツールＦが第一中間点ｓ２に到達したら、被接合金属部材１を軸周りに回転させる。本実施形態では、本接合用回転ツールＦの進行方向に対して、左側に第一金属部材１ａが配置されるように被接合金属部材１を回転させる。なお、本接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、本接合用回転ツールＦの進行方向に対して、右側に第一金属部材１ａが配置されるように被接合金属部材１を回転させる。

【0045】

図７に示すように、攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が小径部３の外周面１３ａに達するように設定するとともに、攪拌ピンＦ２のみが第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに接触するように設定する。そして、図８の（ａ）に示すように、被接合金属部材１に対して本接合用回転ツールＦを一定の高さに保った状態で突合せ部Ｊ１に沿って相対移動させる。本接合用回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。

【0046】

なお、攪拌ピンＦ２の挿入深さは、突合せ部Ｊ１の深さに応じて適宜設定すればよい。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、少なくとも塑性化領域Ｗが外周面１３ａに達する程度に設定してもよい。

【0047】

本接合用回転ツールＦが突合せ部Ｊ１を一周したら、第一中間点ｓ２を通過させて第二中間点ｓ３まで相対移動させる。図８の（ｂ）に示すように、第二中間点ｓ３における塑性化領域の端部（終端Ｗｂ）が、特許請求の範囲の「突合せ部に形成される塑性化領域の終端」となる部分である。本接合用回転ツールＦが第二中間点ｓ３に達したら、被接合金属部材１の軸周りの回転を停止させる。そして、第一金属部材１ａ上に設定された終了位置（引抜位置）ｅ１まで本接合用回転ツールＦを相対移動させて、被接合金属部材１から本接合用回転ツールＦを離脱させる。

【0048】

被接合金属部材１に本接合用回転ツールＦの引抜跡が残存する場合は、例えば、肉盛溶接を行って補修する補修工程を行ってもよい。

【0049】

以上説明した本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、本接合工程において、従来のように第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂにショルダ部を入り込ませないため、従来よりも塑性化領域Ｗの幅を小さくすることができるとともに、第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに作用する押圧力を低減することができる。これにより、小径部３の厚さ（外周面１３ａの高さ）を小さくしても、被接合金属部材１の内部に金属材料が流出するのを防ぐことができるため、設計の自由度を向上させることができる。

【0050】

また、本実施形態によれば、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１ａ及び第二金属部材１ｂに挿入するため、回転ツールのショルダ部を押し込む場合に比べて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、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができるため、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部Ｊ１の深い位置を接合することができる。

【0051】

また、本実施形態の本接合工程では、塑性化領域Ｗの始端Ｗａと終端Ｗｂとがオーバーラップして塑性化領域Ｗの一部が重複していることにより、接合部の水密性及び気密性を向上させることができる。

【0052】

また、本実施形態のように本接合用回転ツールＦを右回転させると進行方向左側に接合欠陥が発生するおそれがあるが、本実施形態では本接合用回転ツールＦの進行方向左側に第一金属部材１ａが配置するように設定した。これにより、仮に、接合欠陥が形成されても中実部材である第一金属部材１ａ側に形成される。つまり、中空部材である第二金属部材１ｂからは離間した位置に接合欠陥が形成されるため、水密性及び気密性の低下を抑制することができる。

【0053】

また、本実施形態によれば、本接合用回転ツールＦを塑性化領域Ｗに対して第一金属部材１ａ側に移動させ、第一金属部材１ａ上で本接合用回転ツールＦを引き抜くため、引抜跡を中空部材である第二金属部材１ｂから遠い位置に形成することができる。これにより、水密性及び気密性の低下を抑制することができる。また、本接合用回転ツールＦを塑性化領域Ｗよりも第二金属部材１ｂ側に移動させると被接合金属部材１の内部に金属材料が流出するおそれがあるが、本実施形態によればかかる問題を解消することができる。

【0054】

また、本接合工程の前に仮接合工程を行うことで、本接合工程の際の第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとの目開きを防ぐことができる。

【0055】

＜変形例＞
次に、本発明の変形例について説明する。図７示すように、前記した実施形態の本接合工程では、本接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃと突合せ部Ｊ１とが重なるように設定して摩擦攪拌接合を行った。変形例の本接合工程では、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃが、突合せ部Ｊ１に対して第一金属部材１ａ側に位置させた状態で摩擦攪拌接合を行う。

【0056】

図９に示すように、当該本接合工程においても、本接合用回転ツールＦを右回転させているため、本接合用回転ツールＦの進行方向に対して左側に第一金属部材１ａが配置されるように設定する。変形例に係る本接合工程によっても突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌されて第一金属部材１ａと第二金属部材１ｂとが接合される。

【0057】

変形例によれば、本接合用回転ツールＦの進行方向左側に接合欠陥が形成されるおそれがあるが、当該接合欠陥を中実部材である第一金属部材１ａ側に形成することができる。つまり、変形例における接合欠陥は、前記した実施形態よりも第二金属部材１ｂからさらに離間する位置に形成される。これにより、被接合金属部材１の水密性及び気密性の低下をより抑制することができる。

【0058】

また、当該変形例では突合せ部Ｊ１の高さ方向全体が摩擦攪拌されるように設定したが、突合せ部Ｊ１の少なくとも一部が摩擦攪拌される程度に本接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｃを第一金属部材１ａ側に位置させた状態で本接合用回転ツールＦを移動させてもよい。

【0059】

以上本発明の実施形態及び変形例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、仮接合工程は、本接合用回転ツールＦを用いて行ってもよい。また、仮接合工程は、溶接で行ってもよい。

【0060】

また、本実施形態では円柱状の部材と円筒状の部材とを接合したが、これに限定されるものではない。大径部及び当該大径部に小径部を備えた柱状の金属部材と円筒状部材とを接合するものであれば他の形状であってもよい。

【0061】

また、本実施形態では、本接合用回転ツールＦを右回転させたが、左回転させてもよい。この場合は、本接合用回転ツールＦの進行方向右側に第一金属部材１ａがくるように配置する。このように設定することで実施形態と同等の効果を得ることができる。

【0062】

また、本実施形態では、突合せ部Ｊ１に対して本接合用回転ツールＦを一周させたが、二周以上させてもよい。二周させることにより、一周目に発生した接合欠陥を再度摩擦攪拌できるため、水密性及び気密性を高めることができる。また、二周目以降は、第一金属部材１ａ側に本接合用回転ツールＦを偏移させながら摩擦攪拌を行ってもよい。このようにすることで、接合欠陥を確実に補修することができる。

【0063】

また、本接合工程が終了したら、被接合金属部材１の表面に現れるバリを切除するバリ切除工程を行ってもよい。

【符号の説明】

【0064】

１ 被接合金属部材
１ａ 第一金属部材
１ｂ 第二金属部材
２ 大径部
３ 小径部
Ｃ 回転中心軸
Ｆ 本接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 仮接合用回転ツール
Ｊ１ 突合せ部
Ｗ 塑性化領域
Ｗａ 始端
Ｗｂ 終端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】