特許 6658446 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】6658446

(24)【登録日】2020年2月10日

(45)【発行日】2020年3月4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 20060101AFI20200220BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 310

   B23K20/12 344

   B23K20/12 330

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-201969(P2016-201969)

(22)【出願日】2016年10月13日

(65)【公開番号】特開2018-61980(P2018-61980A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019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

【審査官】 岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２１３９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−３６１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３９７８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一ショルダ部と、第二ショルダ部と、前記第一ショルダ部と前記第二ショルダ部との間に形成された攪拌ピンとで構成されたボビンツールを用いて一対の金属部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一対の前記金属部材の端面同士を突き合わせて本突合せ部を形成する突合せ工程と、
一対の前記金属部材の各側面に開始タブ材の一の側面を突き合わせて開始タブ突合せ部を形成するタブ材突合せ工程と、
前記開始タブ材の他の側面から回転する前記ボビンツールを突入させ、前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを相対移動させて前記本突合せ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、一対の前記金属部材の端面同士と前記開始タブ材の一の側面とが突き合わされて構成された第一中間点と前記ボビンツールとが接触せず、かつ、前記開始タブ材の被膜及び前記一対の金属部材の側面の被膜が前記本突合せ部に形成される塑性化領域に巻き込まれないように前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

【請求項2】

前記本接合工程では、前記開始タブ材から一方の前記金属部材に前記ボビンツールを突入させた後、
前記本突合せ部に向けて前記ボビンツールを相対移動させる際に、前記ボビンツールと前記開始タブ突合せ部とが接触しないように前記ボビンツールを相対移動させ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】

前記本接合工程では、前記攪拌ピンが前記本突合せ部に到達した後、前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを前記開始タブ材側に相対移動させ、前記第一中間点と前記ボビンツールとが接触しない範囲で前記ボビンツールを折り返し、前記開始タブ材とは離間する方向に前記ボビンツールを相対移動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】

第一ショルダ部と、第二ショルダ部と、前記第一ショルダ部と前記第二ショルダ部との間に形成された攪拌ピンとで構成されたボビンツールを用いて一対の金属部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一対の前記金属部材の端面同士を突き合わせて本突合せ部を形成する突合せ工程と、
一対の前記金属部材の各側面に終了タブ材の一の側面を突き合わせて終了タブ突合せ部を形成するタブ材突合せ工程と、
前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを相対移動させて前記本突合せ部を摩擦攪拌接合した後、前記終了タブ材の他の側面から前記ボビンツールを離脱させる本接合工程と、を含み、
前記本接合工程では、一対の前記金属部材の端面同士と前記終了タブ材の一の側面とが突き合わされて構成された第二中間点と前記ボビンツールとが接触せず、かつ、前記終了タブ材の被膜及び前記一対の金属部材の側面の被膜が前記本突合せ部に形成される塑性化領域に巻き込まれないように前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

【請求項5】

前記本接合工程では、前記本突合せ部から前記終了タブ材に向けて前記ボビンツールを相対移動させる際に、前記ボビンツールと前記終了タブ突合せ部とが接触しないように前記本突合せ部から離間する方向に前記ボビンツールを相対移動させた後、
一方又は他方の前記金属部材から前記終了タブ材に前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法。

【請求項6】

前記本接合工程では、前記第二中間点と前記ボビンツールとが接触しない範囲で前記ボビンツールを折り返し、前記本突合せ部をなぞるように前記終了タブ材とは離間する方向に前記ボビンツールを相対移動させた後、前記終了タブ材に向けて前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。

【請求項7】

前記第一ショルダ部は、第一大径部と、第一テーパー部と、第一端面とを備えており、当該第一テーパー部は前記第二ショルダ部側に向けて徐々に縮径しており、
前記第二ショルダ部は、第二大径部と、第二テーパー部と、第二端面とを備えており、当該第二テーパー部は前記第一ショルダ部側に向けて徐々に縮径しており、
前記第一端面及び前記第二端面の直径を同一に形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、ボビンツールを用いて一対の金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法が開示されている。当該摩擦攪拌接合方法では、一対の金属部材を突き合わせて本突合せ部を形成する突合せ工程と、本突合せ部の両端にタブ材を配置するタブ材配置工程と、本突合せ部を摩擦攪拌接合する本接合工程と、を行うというものである。本接合工程では、一方のタブ材に開始位置を設定し、他方のタブ材に終了位置を設定している。タブ材を用いることで、ボビンツールの開始位置及び終了位置を容易に設定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−３６１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の摩擦攪拌接合方法であると、一方のタブ材から本突合せ部にボビンツールを相対移動させる際、及び、本突合せ部から他方のタブ材にボビンツールを相対移動させる際に、本突合せ部の両端において、タブ材の被膜及び金属部材の側面の被膜が塑性化領域内に巻き込まれるという問題がある。

【0005】

そこで、本発明は、本突合せ部において、タブ材の被膜及び金属部材の側面の被膜が塑性化領域に巻き込まれるのを防ぐことができる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】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明は、第一ショルダ部と、第二ショルダ部と、前記第一ショルダ部と前記第二ショルダ部との間に形成された攪拌ピンとで構成されたボビンツールを用いて一対の金属部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一対の前記金属部材の端面同士を突き合わせて本突合せ部を形成する突合せ工程と、一対の前記金属部材の各側面に開始タブ材の一の側面を突き合わせて開始タブ突合せ部を形成するタブ材突合せ工程と、前記開始タブ材の他の側面から回転する前記ボビンツールを突入させ、前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを相対移動させて前記本突合せ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、一対の前記金属部材の端面同士と前記開始タブ材の一の側面とが突き合わされて構成された第一中間点と前記ボビンツールとが接触せず、かつ、前記開始タブ材の被膜及び前記一対の金属部材の側面の被膜が前記本突合せ部に形成される塑性化領域に巻き込まれないように前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする。
また、本発明は、第一ショルダ部と、第二ショルダ部と、前記第一ショルダ部と前記第二ショルダ部との間に形成された攪拌ピンとで構成されたボビンツールを用いて一対の金属部材同士を接合する摩擦攪拌接合方法であって、一対の前記金属部材の端面同士を突き合わせて本突合せ部を形成する突合せ工程と、一対の前記金属部材の各側面に終了タブ材の一の側面を突き合わせて終了タブ突合せ部を形成するタブ材突合せ工程と、前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを相対移動させて前記本突合せ部を摩擦攪拌接合した後、前記終了タブ材の他の側面から前記ボビンツールを離脱させる本接合工程と、を含み、前記本接合工程では、一対の前記金属部材の端面同士と前記終了タブ材の一の側面とが突き合わされて構成された第二中間点と前記ボビンツールとが接触せず、かつ、前記終了タブ材の被膜及び前記一対の金属部材の側面の被膜が前記本突合せ部に形成される塑性化領域に巻き込まれないように前記ボビンツールを相対移動させることを特徴とする。

【0007】

かかる接合方法によれば、開始タブ材及び終了タブ材の被膜や金属部材の側面の被膜が本突合せ部の両端に巻き込まれるのを防ぐことができる。

【0008】

また、前記本接合工程では、前記開始タブ材から一方の前記金属部材に前記ボビンツールを突入させた後、前記本突合せ部に向けて前記ボビンツールを相対移動させる際に、前記ボビンツールと前記開始タブ突合せ部とが接触しないように前記ボビンツールを相対移動させることが好ましい。
また、前記本接合工程では、前記本突合せ部から前記終了タブ材に向けて前記ボビンツールを相対移動させる際に、前記ボビンツールと前記終了タブ突合せ部とが接触しないように前記本突合せ部から離間する方向に前記ボビンツールを相対移動させた後、一方又は他方の前記金属部材から前記終了タブ材に前記ボビンツールを相対移動させることが好ましい。

【0009】

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の端部に被膜が巻き込まれるのを防ぐことができる。

【0010】

また、前記本接合工程では、前記攪拌ピンが前記本突合せ部に到達した後、前記本突合せ部をなぞるように前記ボビンツールを前記開始タブ材側に相対移動させ、前記第一中間点と前記ボビンツールとが接触しない範囲で前記ボビンツールを折り返し、前記開始タブ材とは離間する方向に前記ボビンツールを相対移動させることが好ましい。
また、前記本接合工程では、前記第二中間点と前記ボビンツールとが接触しない範囲で前記ボビンツールを折り返し、前記本突合せ部をなぞるように前記終了タブ材とは離間する方向に前記ボビンツールを相対移動させた後、前記終了タブ材に向けて前記ボビンツールを相対移動させることが好ましい。

【0011】

かかる接合方法によれば、開始タブ材及び終了タブ材の被膜の巻き込みをより確実に防ぐとともに、長い範囲に亘って本突合せ部を接合することができる。

【0012】

また、前記第一ショルダ部は、第一大径部と、第一テーパー部と、第一端面とを備えており、当該第一テーパー部は前記第二ショルダ部側に向けて徐々に縮径しており、前記第二ショルダ部は、第二大径部と、第二テーパー部と、第二端面とを備えており、当該第二テーパー部は前記第一ショルダ部側に向けて徐々に縮径しており、前記第一端面及び前記第二端面の直径を同一に形成することが好ましい。

【0013】

かかる接合方法によれば、一対の金属部材と接触する第一端面及び第二端面は、第一大径部及び第二大径部よりも縮径しているため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、第一端面及び第二端面の直径が同一であるため、バランス良く接合することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、本突合せ部において、タブ材の被膜及び金属部材の側面の被膜が塑性化領域に巻き込まれるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係るボビンツールを示す側面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る突合せ工程及びタブ材突合せ工程を示す斜視図である。

【図3】第一実施形態に係る本接合工程を示す斜視図である。

【図4】第一実施形態に係る本接合工程の開始タブ材周りを示す拡大平面図である。

【図5】第一実施形態に係る本接合工程の終了タブ材周りを示す拡大平面図である。

【図6】第二実施形態に係る本接合工程を示す斜視図である。

【図7】第二実施形態に係る本接合工程の開始タブ材周りを示す拡大平面図である。

【図8】第二実施形態に係る本接合工程の終了タブ材周りを示す拡大平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［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参照して詳細に説明する。まずは、図１に示すように、本発明で用いるボビンツールＧについて説明する。ボビンツールＧは、金属部材を摩擦攪拌接合するための回転ツールである。ボビンツールＧは、第一ショルダ部Ｇ１と、第二ショルダ部Ｇ２と、攪拌ピンＧ３とで主に構成されている。ボビンツールＧは、例えば、工具鋼で形成されている。

【0017】

第一ショルダ部Ｇ１は、第一大径部１０と、第一テーパー部１１と、第一端面１２とを含んで構成されている。第一大径部１０は円柱状を呈し、図示せぬ摩擦攪拌装置の回転軸に取り付けられる部位である。第一テーパー部１１は、第二ショルダ部Ｇ２に向けて縮径している。第一端面１２は円形を呈する。

【0018】

第二ショルダ部Ｇ２は、第二大径部１３と、第二テーパー部１４と、第二端面１５とを含んで構成されている。第二大径部１３は円柱状を呈する。第二テーパー部１４は、第一ショルダ部Ｇ１に向けて縮径している。第二端面１５は円形を呈する。第一ショルダ部Ｇ１と、第二ショルダ部Ｇ２とは同形状、同寸法からなる。つまり、第一端面１２及び第二端面１５の直径は同一寸法になっている。

【0019】

攪拌ピンＧ３は、第一ショルダ部Ｇ１と第二ショルダ部Ｇ２とを連結するピンである。攪拌ピンＧ３の外周面には螺旋溝が刻設されている。攪拌ピンＧ３の距離、つまり、第一ショルダ部Ｇ１と第二ショルダ部Ｇ２の距離は、後記する第一金属部材１及び第二金属部材２（図１も参照）の板厚寸法と同等か、板厚寸法よりも若干小さく形成することが好ましい。これにより、摩擦攪拌接合の際に、第一ショルダ部Ｇ１と第二ショルダ部Ｇ２とで塑性流動材を押えることができるため、バリの発生を抑制することができる。

【0020】

次に、第一実施形態にかかる摩擦攪拌接合について説明する。第一実施形態に係る摩擦攪拌接合では、突合せ工程と、タブ材突合せ工程と、本接合工程と、を行う。図２に示すように、突合せ工程は、接合する第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせる工程である。

【0021】

第一金属部材１及び第二金属部材２は、少なくとも突き合わされる部分が同形状、同寸法からなる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は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、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、マグネシウム合金等から形成されている。突合せ工程では、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａとを突き合わせて本突合せ部Ｊ１を形成する。第一金属部材１及び第二金属部材２の表面及び裏面は面一にする。また、第一金属部材１の側面１ｂと第二金属部材２の側面２ｂのとを面一にするとともに、第一金属部材１の側面１ｃと第二金属部材２の側面２ｃとを面一にする。

【0022】

タブ材突合せ工程は、本突合せ部Ｊ１の両端に開始タブ材２０、終了タブ材３０をそれぞれ配置する工程である。開始タブ材２０は本接合工程においてボビンツールＧの開始位置となる部位であり、終了タブ材３０は終了位置となる部位である。開始タブ材２０及び終了タブ材３０は、同形状、同寸法からなる板状の金属部材である。開始タブ材２０及び終了タブ材３０は、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ板厚からなり、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いる。

【0023】

タブ材突合せ工程では、開始タブ材２０の側面２０ａと、第一金属部材１の側面１ｂ及び第二金属部材２の側面２ｂとを突き合わせ、開始タブ突合せ部Ｊ２を形成する。開始タブ材２０の表面及び裏面は、被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２）の表面及び裏面とそれぞれ面一になっている。開始タブ突合せ部Ｊ２を溶接又は摩擦攪拌によって仮接合する。

【0024】

さらに、タブ材突合せ工程では、終了タブ材３０の側面３０ａと、第一金属部材１の側面１ｃ及び第二金属部材２の側面２ｃを突き合わせ、終了タブ突合せ部Ｊ３を形成する。終了タブ材３０の表面及び裏面は、被接合金属部材の表面及び裏面とそれぞれ面一になっている。終了タブ突合せ部Ｊ３を溶接又は摩擦攪拌によって仮接合する。タブ材突合わせ工程が終了したら、固定治具等を用いて被接合金属部材を架台にクランプする。

【0025】

ここで、図２に示すように、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａと、開始タブ材２０の側面２０ａとが突き合わされて構成される点を第一中間点Ｘ１とする。また、第一金属部材１の端面１ａと、第二金属部材２の端面２ａと、終了タブ材３０の側面３０ａとが突き合わされて構成される点を第二中間点Ｘ２とする。

【0026】

本接合工程は、図３に示すように、回転するボビンツールＧを用いて本突合せ部Ｊ１を接合する工程である。本接合工程では、開始タブ材２０の側面２０ｂに設定された開始位置ＳｐからボビンツールＧを突入させ、被接合金属部材上に設定した通過点ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４をこの順番で通って、終了タブ材３０の側面３０ｂに設定された終了位置ＥｐまでボビンツールＧを相対移動させる。ボビンツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。図１を参照するように、本接合工程では、第一金属部材１及び第二金属部材２の表面及び裏面に、第一端面１２及び第二端面１５をそれぞれ数ミリ程度押し込み、本突合せ部Ｊ１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。なお、図１に示すように、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２のうち、第一金属部材１の表面及び第二金属部材２の裏面と接触する部位の直径を「直径Ｒ」とする。直径Ｒは、押し込み量に応じ適宜変動する。

【0027】

通過点ｓ１は、図４に示すように、第一金属部材１の内部において、本突合せ部Ｊ１から離間し、かつ、開始タブ突合せ部Ｊ２の近傍に設定されている。本突合せ部Ｊ１から通過点ｓ１までの距離及び開始タブ突合せ部Ｊ２から通過点ｓ１までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、開始位置Ｓｐから通過点ｓ１までボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と第一中間点Ｘ１とが接触しないように移動ルートを設定している。本実施形態では、開始位置Ｓｐと通過点ｓ１とを結んだ線分は、本突合せ部Ｊ１と平行になっている。

【0028】

通過点ｓ２は、図４に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、開始タブ突合せ部Ｊ２の近傍に設定されている。開始タブ突合せ部Ｊ２（第一中間点Ｘ１）から通過点ｓ２までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、通過点ｓ１から通過点ｓ２を通って本突合せ部Ｊ１上にボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と、第一中間点Ｘ１及び開始タブ突合せ部Ｊ２とが接触しないように移動ルートを設定している。言い換えると、通過点ｓ１から通過点ｓ２を通って本突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する際に、開始タブ材２０の被膜（例えば、酸化被膜）が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗに巻き込まれないようにボビンツールＧの移動ルート（通過点ｓ１，ｓ２）を設定している。本実施形態では、通過点ｓ１と通過点ｓ２とを結んだ線分は、開始タブ突合せ部Ｊ２（開始タブ材２０の側面２０ａ）と平行になっている。

【0029】

通過点ｓ３は、図５に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、終了タブ突合せ部Ｊ３の近傍に設定されている。終了タブ突合せ部Ｊ３（第二中間点Ｘ２）から通過点ｓ３までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、通過点ｓ３から通過点ｓ４までボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と、第二中間点Ｘ２及び終了タブ突合せ部Ｊ３とが接触しないように移動ルートを設定している。言い換えると、本突合せ部Ｊ１から通過点ｓ３、通過点ｓ４を通る際に、終了タブ材３０の被膜（例えば、酸化被膜）や、第一金属部材１の側面１ｃ及び第二金属部材２の側面２ｃの被膜が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗに巻き込まれないようにボビンツールＧの移動ルートを設定している。本実施形態では、通過点ｓ３と通過点ｓ４とを結んだ線分は、終了タブ突合せ部Ｊ３（終了タブ材３０の側面３０ａ）と平行になっている。

【0030】

通過点ｓ４は、図５に示すように、第一金属部材１の内部において、本突合せ部Ｊ１から離間し、かつ、終了タブ突合せ部Ｊ３の近傍に設定されている。本突合せ部Ｊ１から通過点ｓ４までの距離及び終了タブ突合せ部Ｊ３から通過点ｓ４までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、通過点ｓ４から終了位置ＥｐまでボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と第二中間点Ｘ２とが接触しないように移動ルートを設定している。本実施形態では、通過点ｓ４と終了位置Ｅｐとを結んだ線分は、本突合せ部Ｊ１と平行になっている。

【0031】

なお、本接合工程が終了したら、開始タブ材２０及び終了タブ材３０を第一金属部材１及び第二金属部材２からそれぞれ切除する。

【0032】

以上説明した第一実施形態に係る摩擦攪拌接合によれば、開始タブ材２０の被膜（酸化被膜等）や、第一金属部材１の側面１ｂ及び第二金属部材２の側面２ｂの被膜が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗの一方の端部に巻き込まれるのを防ぐことができる。また、終了タブ材３０の被膜や、第一金属部材１の側面１ｃ及び第二金属部材２の側面２ｃの被膜が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗの他方の端部に巻き込まれるのを防ぐことができる。

【0033】

また、本接合工程では、開始タブ材２０から第一金属部材１にボビンツールＧを突入させた後、本突合せ部Ｊ１に向けてボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と開始タブ突合せ部Ｊ２とが接触しないようにボビンツールＧを相対移動させる。
また、本接合工程では、本突合せ部Ｊ１から終了タブ材３０に向けてボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と終了タブ突合せ部Ｊ３とが接触しないように本突合せ部Ｊ１から離間する方向にボビンツールＧを移動させた後、第一金属部材１から終了タブ材３０にボビンツールＧを相対移動させる。

【0034】

例えば、通過点ｓ１から通過点ｓ２までの間に、開始タブ突合せ部Ｊ２を含むようにボビンツールＧの移動ルートを設定すると、第一金属部材１に形成される塑性化領域内に側面１ｂの被膜及び開始タブ材２０の被膜が巻き込まれるおそれがある。
しかし、前記した構成によれば、図３に示す塑性化領域Ｗのうち、開始タブ突合せ部Ｊ２を横断する部位Ｚ１及び終了タブ突合せ部Ｊ３を横断する部位Ｚ２については被膜が巻き込まれるおそれがあるものの、通過点ｓ１からｓ２の間、及び通過点ｓ３からｓ４の間については開始タブ突合せ部Ｊ２又は終了タブ突合せ部Ｊ３から塑性化領域Ｗが離間するように移動ルートを設定している。そのため、第一金属部材１の端部（側面１ｂ，１ｃ）に被膜が巻き込まれるのを防ぐことができる。

【0035】

また、本突合せ部Ｊ１上の通過点ｓ２を、開始タブ突合せ部Ｊ２から近い位置に設定するとともに、通過点ｓ３を、終了タブ突合せ部Ｊ３から近い位置に設定する。これにより、本突合せ部Ｊ１を長い距離に亘って接合できるため、接合強度を高めることができる。

【0036】

また、開始タブ材２０及び終了タブ材３０を設けることにより、本接合工程の開始位置及び終了位置を容易に設定することができる。また、ボビンツールＧで摩擦攪拌接合をする場合、図３の開始位置Ｓｐ及び終了位置Ｅｐに示すように端部がえぐれてしまうおそれがあるが、開始タブ材２０及び終了タブ材３０を用いることで第一金属部材１の側面１ｂ，１ｃと、第二金属部材２の側面２ｂ，２ｃをきれいに仕上げることができる。

【0037】

また、ボビンツールＧの第一端面１２及び第二端面１５は、第一大径部１０及び第二大径部１３よりも縮径しているため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、第一端面１２及び第二端面１５の直径が同一であるため、バランス良く接合することができる。

【0038】

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法について説明する。第二実施形態では、本接合工程におけるボビンツールＧの移動ルートが第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、タブ材突合せ工程と、本接合工程と、を行う。突合せ工程及びタブ材突合せ工程は、第一実施形態と同一であるから説明を省略する。

【0039】

本接合工程は、図６に示すように、回転するボビンツールＧを用いて本突合せ部Ｊ１を接合する工程である。本接合工程では、開始タブ材２０の側面２０ｂに設定された開始位置ＳｐからボビンツールＧを突入させ、被接合金属部材上に設定した通過点ｔ１，ｔ２、折返し点ｔ３，ｔ４、通過点ｔ５、ｔ６を通って、終了タブ材３０の側面３０ｂに設定された終了位置ＥｐまでボビンツールＧを相対移動させる。より詳しくは、開始位置Ｓｐから通過点ｔ１を通り、通過点ｔ２から開始タブ材２０側に向かい、折返し点ｔ３で折り返した後、本突合せ部Ｊ１をなぞるように開始タブ材２０から離間する方向にボビンツールＧを相対移動させる。続いて、折返し点ｔ４で折り返して通過点ｔ５に達したら、通過点ｔ６を通って、終了位置ＥｐまでボビンツールＧを相対移動させる。第二実施形態では、折返し点ｔ３，ｔ４でボビンツールＧを折り返す点で第一実施形態と大きく相違する。ボビンツールＧの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。

【0040】

通過点ｔ１は、図７に示すように、第一金属部材１の内部において、本突合せ部Ｊ１から十分に離間し、かつ、開始タブ突合せ部Ｊ２からも十分に離間した位置に設定されている。本実施形態では、開始位置Ｓｐと通過点ｔ１とを結んだ線分は、本突合せ部Ｊ１と平行になっている。

【0041】

通過点ｔ２は、図７に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、開始タブ突合せ部Ｊ２（第一中間点Ｘ１）から十分に離間する位置に設定されている。本実施形態では、通過点ｔ１と通過点ｔ２とを結んだ線分は、開始タブ突合せ部Ｊ２と平行になっている。

【0042】

折返し点ｔ３は、図７に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、開始タブ突合せ部Ｊ２の近傍に設定されている。開始タブ突合せ部Ｊ２（第一中間点Ｘ１）から折返し点ｔ３までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、通過点ｔ１，ｔ２を通り、折返し点ｔ３で折り返して開始タブ材２０から離間する方向にボビンツールＧを相対移動させる際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と、第一中間点Ｘ１及び開始タブ突合せ部Ｊ２とが接触しないように移動ルートを設定している。言い換えると、通過点ｔ１，ｔ２を通り、折返し点ｔ３で折り返して本突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する際に、開始タブ材２０の被膜（例えば、酸化被膜）や第一金属部材１の側面１ｂ及び第二金属部材２の側面２ｂの被膜が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗに巻き込まれないようにボビンツールＧの移動ルート（通過点ｔ１，ｔ２、折返し点ｔ３）を設定している。

【0043】

折返し点ｔ４は、図８に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、終了タブ突合せ部Ｊ３の近傍に設定されている。終了タブ突合せ部Ｊ３（第二中間点Ｘ２）から折返し点ｔ４までの距離は、少なくとも直径Ｒ（図１参照）の半径よりも大きくなるように設定している。また、通過点ｔ５を通過して折返し点ｔ４で折返し、通過点ｔ５に戻る際に、第一ショルダ部Ｇ１及び第二ショルダ部Ｇ２と、第二中間点Ｘ２及び終了タブ突合せ部Ｊ３とが接触しないように移動ルートを設定している。言い換えると、通過点ｔ５を通過して折返し点ｔ４で折返し、通過点ｔ５に戻って本突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する際に、終了タブ材３０の被膜や第一金属部材１の側面１ｃ及び第二金属部材２の側面２ｃの被膜が本突合せ部Ｊ１に形成される塑性化領域Ｗに巻き込まれないようにボビンツールＧの移動ルート（折返し点ｔ４、通過点ｔ５）を設定してる。

【0044】

通過点ｔ５は、図８に示すように、本突合せ部Ｊ１上であって、終了タブ突合せ部Ｊ３（第二中間点Ｘ２）から十分に離間する位置に形成されている。

【0045】

通過点ｔ６は、図８に示すように、第一金属部材１の内部において、本突合せ部Ｊ１から十分に離間し、かつ、終了タブ突合せ部Ｊ３からも十分に離間した位置に設定されている。本実施形態では、通過点ｔ５と通過点ｔ６とを結んだ線分は、終了タブ突合せ部Ｊ３と平行になっている。また、通過点ｔ６と、終了タブ材３０の側面３０ｂに設定された終了位置Ｅｐとを結ぶ線分は、本突合せ部Ｊ１と平行になっている。

【0046】

以上説明した第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、折返し点ｔ３，ｔ４で折り返すようにすることで、本突合せ部Ｊ１を長い範囲で接合することができるとともに、開始タブ突合せ部Ｊ２及び終了タブ突合せ部Ｊ３から極力離れた位置にボビンツールＧの移動ルートを設定することができる。これにより、開始タブ材２０及び終了タブ材３０の被膜や、第一金属部材１の側面１ｂ、１ｃ及び第二金属部材２の側面２ｂ，２ｃの被膜が、本突合せ部Ｊ１の両端に巻き込まれるのを確実に防ぐことができる。

【0047】

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、本接合工程を行う前に、本突合せ部Ｊ１を仮接合してもよい。また、前記した実施形態では、第一金属部材１のみに通過点を設定したが、第二金属部材２のみに設定してもよいし、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に通過点を設定してもよい。つまり、例えば、第一金属部材１から突入して、本突合せ部Ｊ１を接合した後、第二金属部材２からボビンツールＧを離脱してもよい。

【0048】

また、ボビンツールＧの第一テーパー部１１及び第二テーパー部１４は省略してもよい。また、第一ショルダ部Ｇ１と第二ショルダ部Ｇ２とは異なる形状であってもよい。また、前記した本接合工程におけるボビンツールＧの移動ルートはあくまで例示であって、他の移動ルートを設定してもよい。

【符号の説明】

【0049】

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
１０ 第一大径部
１１ 第一テーパー部
１２ 第一端面
１３ 第二大径部
１４ 第二テーパー部
１５ 第二端面
２０ 開始タブ材
３０ 終了タブ材
Ｇ ボビンツール
Ｇ１ 第一ショルダ部
Ｇ２ 第二ショルダ部
Ｇ３ 攪拌ピン
Ｊ１ 本突合せ部
Ｊ２ 開始タブ突合せ部
Ｊ３ 終了タブ突合せ部
Ｗ 塑性化領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】