特許 6809182 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】6809182

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20201221BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 330

   B23K20/12 310

   B23K20/12 360

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-239275(P2016-239275)

(22)【出願日】2016年12月9日

(65)【公開番号】特開2018-94569(P2018-94569A)

(43)【公開日】2018年6月21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】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１０３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１８１７７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−２２３６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−７５５（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】

板状を呈し裏面に凹溝を有する第一金属部材の前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、
前記内隅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内隅に沿って相対移動させて、内隅を摩擦攪拌接合する内隅摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、
前記第一金属部材の表面側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凹溝に沿って相対移動させて、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する突合部摩擦攪拌工程と、を含み、
前記内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、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、前記内隅を摩擦攪拌接合し、
前記突合部摩擦攪拌工程において、前記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。

【請求項2】

前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材の表面から挿入し、前記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に記載の接合方法。

【請求項3】

前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。

【請求項4】

前記内隅摩擦攪拌工程では、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、前記回転ツールの接合条件を設定す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接合方法。

【請求項5】

板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に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裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置するとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、
前記内隅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内隅に沿って相対移動させて、前記内隅を摩擦攪拌接合する内隅摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材、前記第二金属部材又は前記第三金属部材から除去する除去工程と、
前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側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凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する突合部摩擦攪拌工程と、を含み、
前記内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三金属部材の何れか一方、前記第二金属部材並びに前記補助部材に接触させた状態で、前記内隅を摩擦攪拌接合し、
前記突合部摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二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。

【請求項6】

前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材の表面から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項５に記載の接合方法。

【請求項7】

前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項５に記載の接合方法。

【請求項8】

前記内隅摩擦攪拌工程では、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、前記回転ツールの接合条件を設定することを特徴とする請求項５乃至請求項７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】

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、特許文献１には、垂直に突き合わされた金属部材同士の内隅に回転ツールの攪拌ピンのみを挿入して突合せ部の摩擦攪拌接合を行う技術が開示されている。従来の摩擦攪拌接合方法の回転ツールは、ショルダ部を備えておらず回転ツールの攪拌ピンのみを内隅に挿入するため、突合せ部の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−０４９０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、ショルダ部で塑性流動化した金属を押さえないため、塑性流動化した金属が内隅の外部に溢れ出やすくなる。これにより、内隅が金属不足になるという問題がある。

【0006】

このような観点から、本発明は、金属部材同士の内隅を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる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】

【0007】

このような課題を解決するために本発明は、板状を呈し裏面に凹溝を有する第一金属部材の前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記内隅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内隅に沿って相対移動させて、内隅を摩擦攪拌接合する内隅摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材又は前記第二金属部材から除去する除去工程と、前記第一金属部材の表面側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凹溝に沿って相対移動させて、前記突合せ部を摩擦攪拌接合する突合部摩擦攪拌工程と、を含み、前記内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、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、前記内隅を摩擦攪拌接合し、前記突合部摩擦攪拌工程において、前記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、前記突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

【0008】

かかる方法によれば、内隅に補助部材を配置し、補助部材を介して内隅の摩擦攪拌接合を行う。これにより、補助部材によって内隅の金属不足を解消できるので、接合不良を防ぐことができる。
また、かかる方法によれば、内隅に摩擦攪拌接合を行っているので、突合部摩擦攪拌工程時における第一金属部材及び第二金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材及び第二金属部材の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。
また、かかる方法によれば、第一金属部材には凹溝が形成されているので、第一金属部材の凹溝が形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。これにより、突合部摩擦攪拌工程では、凹溝が形成されない場合に比べて攪拌ピンを挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の摩擦攪拌接合を行うことができる。
また、かかる方法によれば、バリを補助部材ごと容易に除去することができる。

【0009】

また、前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材の表面から挿入し、前記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、前記突合せ部を摩擦攪拌接合することが好ましい。

【0010】

これにより、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させているので、塑性化領域の幅を狭くすることができる。塑性化領域の幅を狭くすることができれば、第二金属部材の板厚が小さい場合に有利となる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させることにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置まで摩擦攪拌できるため、第一金属部材の板厚が大きい場合に有利となる。

【0011】

また、前記突合部摩擦攪拌工程において、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定することが好ましい。

【0012】

これにより、回転ツールのショルダ部を金属部材に押し込んでいるので、バリの発生を少なくすることができる。なお、ショルダ部の押し込み量を小さくすると、塑性化領域の溝が浅くなるので、第一金属部材の表面をきれいに仕上げることができる。また、ショルダ部の直径を凹溝の幅よりも小さく形成するので、回転ツールの攪拌ピンによって塑性流動化した材料が、第一金属部材と第二金属部材との内隅から飛び出ることを防止することができる。

【0014】

また、前記内隅摩擦攪拌工程では、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、前記回転ツールの接合条件を設定することが好ましい。これにより、バリをより容易に除去することができる。

【0015】

また、本発明は、板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に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裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置するとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に補助部材を配置する補助部材配置工程と、前記内隅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内隅に沿って相対移動させて、前記内隅を摩擦攪拌接合する内隅摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材、前記第二金属部材又は前記第三金属部材から除去する除去工程と、前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側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凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する突合部摩擦攪拌工程と、を含み、前記内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三金属部材の何れか一方、前記第二金属部材並びに前記補助部材に接触させた状態で、前記内隅を摩擦攪拌接合し、前記突合部摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンを前記第一金属部材及び前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

【0016】

かかる方法によれば、内隅に補助部材を配置し、補助部材を介して内隅の摩擦攪拌接合を行う。これにより、補助部材によって内隅の金属不足を解消できるので、接合不良を防ぐことができる。
また、かかる方法によれば、内隅に摩擦攪拌接合を行っているので、突合部摩擦攪拌工程時における第一金属部材及び第二金属部材同士並びに第三金属部材及び第二金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材、第二金属部材及び第三金属部材の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。
また、かかる方法によれば、凹溝が形成される部分の第一金属部材および第三金属部材の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。これにより、突合部摩擦攪拌工程では、凹溝が形成されない場合に比べて攪拌ピンを挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の摩擦攪拌接合を行うことができる。
また、かかる方法によれば、バリを補助部材ごと容易に除去することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の内隅を摩擦攪拌接合する場合に、内隅の金属不足を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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斜視図である。

【図2】第一実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程を示す斜視図である。

【図3】第一実施形態に係る接合方法の内隅摩擦攪拌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内隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図5】第一実施形態に係る接合方法の補助部材の除去工程を示す断面図である。

【図6】第一実施形態に係る接合方法の補助部材の除去工程後の状態を示す断面図である。

【図7】第一実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程（架台への設置工程）を示す断面図である。

【図8】第一実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程を示す斜視図である。

【図9】第一実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図10】第一実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程後の状態を示す断面図である。

【図11】第一実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程の他の形態（縦置き）を示す斜視図である。

【図12】本発明の第二実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図13】本発明の第三実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す斜視図である。

【図14】第三実施形態に係る接合方法の補助部材配置工程を示す斜視図である。

【図15】第三実施形態に係る接合方法の内隅摩擦攪拌工程を示す斜視図である。

【図16】第三実施形態に係る接合方法の内隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図17】第三実施形態に係る接合方法の補助部材の除去工程を示す断面図である。

【図18】第三実施形態に係る接合方法の補助部材の除去工程後の状態を示す断面図である。

【図19】第三実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程（架台への設置工程）を示す断面図である。

【図20】第三実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程を示す斜視図である。

【図21】第三実施形態に係る接合方法の突合部摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［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。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Ｔ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、突合せ工程と、補助部材配置工程と、内隅摩擦攪拌工程と、補助部材の除去工程と、突合部摩擦攪拌工程とを行う。なお、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。

【0020】

第一金属部材１は、板状の金属部材である。第一金属部材１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の裏面１ａには、底面３ａと側壁３ｂ，３ｂとからなる断面矩形の凹溝３が形成されている。凹溝３は、第一金属部材１の延長方向に延設されている。第二金属部材２は、板状の金属部材である。第二金属部材２の板厚寸法は、第二金属部材２が凹溝３に嵌合するように、凹溝３の幅と同等または凹溝３の幅よりも小さく設定されている。第二金属部材２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材１と同等の材料であることが好ましい。

【0021】

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とを正面視Ｔ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の凹溝３に第二金属部材２を嵌め込み、凹溝３の底面３ａに第二金属部材２の端面２ｃを突き合わせる。第一金属部材１の凹溝３の底面３ａと第二金属部材２の端面２ｃとを突き合わせることにより突合せ部Ｊ１（図２参照）が形成される。また、第二金属部材２の両側には、第一内隅Ｓ１１（図２参照）及び第二内隅Ｓ１２（図２参照）が形成される。第一内隅Ｓ１１は、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の側面２ａとで構成される隅部である。第二内隅Ｓ１２は、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の側面２ｂとで構成される隅部である。

【0022】

補助部材配置工程は、図２に示すように、第一金属部材１および第二金属部材２により形成される第一内隅Ｓ１１および第二内隅Ｓ１２に補助部材１１，１２を配置する工程である。補助部材１１，１２は、板状の金属部材である。補助部材１１，１２は、本実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料で形成されている。

【0023】

補助部材配置工程では、図２に示すように、第一金属部材１の裏面１ａと補助部材１１の表面１１ｂとを面接触させるとともに、端部１１ｃを第二金属部材２の側面２ａに当接させる。また、第一金属部材１の裏面１ａと補助部材１２の表面１２ｂとを面接触させるとともに、端部１２ｃを第二金属部材２の側面２ｂに当接させる。なお、補助部材１１，１２の端部１１ｃ，１２ｃの形状は、第一金属部材１と第二金属部材２の突き合わせ角度（内角）に応じて、側面２ａ，２ｂと隙間なく当接するように形成されるのがよい。補助部材１１，１２は、突合せ部Ｊ１の延長方向を覆う長さで形成されている。補助部材１１，１２の板厚は、後記する内隅摩擦攪拌工程の際に金属不足が発生しない程度の厚さに設定する。

【0024】

内隅摩擦攪拌工程は、図３に示すように、第一金属部材１および第二金属部材２によって形成される第一内隅Ｓ１１および第二内隅Ｓ１２を摩擦攪拌接合する工程である（図３では第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合のみを図示している）。第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合では、図３に示すように、第二金属部材２の側面２ａと補助部材１１の端部１１ｃとが当接する部分に回転する接合用回転ツールＦを挿入して行う。また、第二内隅Ｓ１２側の摩擦攪拌接合では、第二金属部材２の側面２ｂと補助部材１２の端部１２ｃとが当接する部分に回転する接合用回転ツールＦを挿入して行う。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。

【0025】

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。本実施形態では、接合用回転ツールＦを右回転させるため、螺旋溝は、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。

【0026】

なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝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、被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１１，１２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

【0027】

第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合では、図３に示すように、第二金属部材２の側面２ａと補助部材１１の端部１１ｃとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を浅く挿入し、図３の手前側から奥側に向けて第一内隅Ｓ１１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１１に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、線状の塑性化領域Ｗ１１が形成される。

【0028】

一方、第二内隅Ｓ１２側の摩擦攪拌接合では、第二金属部材２の側面２ｂと補助部材１２の端部１２ｃとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を浅く挿入し、図３の奥側から手前側に向けて第二内隅Ｓ１２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、第二内隅Ｓ１２側の摩擦攪拌接合では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１２に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、線状の塑性化領域Ｗ１２（図５参照）が形成される。

【0029】

内隅摩擦攪拌工程では、連結部Ｆ１が第二金属部材２の側面２ａや側面２ｂに干渉しないように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２に対して傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は、第一金属部材１及び第二金属部材２を接合できるように適宜設定すればよい。なお、本実施形態では鉛直面（第二金属部材２の側面２ａ，２ｂ）に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けている（図４参照）。

【0030】

また、内隅摩擦攪拌工程では、補助部材１１，１２側にバリが発生するように接合条件を設定するのがよい。バリが発生する位置は、接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、進行方向、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１１，１２）の材質、被接合金属部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組合せで決定される。

【0031】

例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、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）に比べてシアー側（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）の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、塑性化領域外のシアー側にバリが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、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、塑性化領域外のフロー側にバリが多く発生する傾向にある。

【0032】

本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合では、塑性化領域Ｗ１１外のフロー側である補助部材１１にバリＶ１１が多く発生する傾向にある（図４参照）。また、図示は省略するが、第一内隅Ｓ１１側の摩擦攪拌接合と同じ理由により、第二内隅Ｓ１２側の摩擦攪拌接合においても、塑性化領域Ｗ１２外のフロー側である補助部材１２にバリＶ１２が多く発生する傾向にある。なお、接合用回転ツールＦの接合条件、および補助部材１１，１２の配置位置は、ここで説明したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。

【0033】

このようにして、バリＶ１１，Ｖ１２が発生する側又はバリＶ１１，Ｖ１２が多く発生する側が補助部材１１，１２側となるように接合条件を設定すれば、図５に示すように、補助部材１１，１２にバリＶ１１，Ｖ１２を集約することができる。その為、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。

【0034】

補助部材の除去工程は、図５に示すように、第一金属部材１又は第二金属部材２から補助部材１１，１２を除去する工程である（ここでは、第一金属部材１から補助部材１１，１２を除去する場合を説明する）。本実施形態の除去工程では、補助部材１１の端部１１ｄや補助部材１２の端部１２ｄを図５の太線矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２との境界部分を折り曲げるようにして切除する。除去工程は、切削工具等を用いてよいが、本実施形態では手作業で除去している。補助部材１１，１２には、バリＶ１１，Ｖ１２が形成されているので、補助部材１１，１２と共にバリＶ１１，Ｖ１２も一緒に除去される（図６参照）。その為、バリＶ１１，Ｖ１２を補助部材１１，１２ごと容易に除去することができる。

【0035】

突合部摩擦攪拌工程は、図７〜図９に示すように、突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図７に示すように、突合部摩擦攪拌工程では、まず、架台５，５に第一金属部材１及び第二金属部材２を配置する。より詳しくは、突合部摩擦攪拌工程では、離間して配置された架台５，５の間に第二金属部材２を挿入して、架台５，５に第一金属部材１の裏面１ａを当接させる。架台５，５は、いずれも直方体を呈する。架台５，５のうち、第一内隅Ｓ１１及び第二内隅Ｓ１２に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。面取り部５ａの形状は、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２に当接しないように適宜形成すればよく、本実施形態ではＣ面取り形状になっている。

【0036】

突合部摩擦攪拌工程は、図８及び図９に示すように、第一金属部材１の表面１ｂから接合用回転ツールＦを挿入して、突合せ部Ｊ１に沿って摩擦攪拌接合する工程である。接合用回転ツールＦは、内隅摩擦攪拌工程で用いた物と同じであってよく、例えば工具鋼で形成されており、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。なお、攪拌ピンＦ２は、先細りになっており、攪拌ピンＦ２の長さは、第一金属部材１の凹溝３（図１参照）が形成された部分の板厚よりも大きくなっている。

【0037】

突合部摩擦攪拌工程では、第一金属部材１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、第一金属部材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突合せ部Ｊ１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。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Ｗ１３が形成される。

【0038】

接合用回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が突合せ部Ｊ１に達するように設定することが好ましい。つまり、接合用回転ツールＦを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。攪拌ピンＦ２の先端が、突合せ部Ｊ１に達しないように設定する場合、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、第一金属部材１と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊ１の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。なお、摩擦攪拌工程が終了したら、第一金属部材１の表面１ｂに発生したバリを除去するバリ除去工程を行うことが好ましい。これにより、図１０に示すように、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。

【0039】

なお、補助部材配置工程は、図２に示すように、第一内隅Ｓ１１、第二内隅Ｓ１２の第一金属部材１側に寝かせるようにして補助部材１１，１２を配置（横置き）していたが、少なくとも何れか一方の補助部材１１，１２を第二金属部材２側に立てかけるようにして配置（縦置き）してもよい。例えば、図１１に示すように、第二金属部材２の側面２ｂと補助部材１２の裏面１２ａとを面接触させるとともに、端部１２ｃを第一金属部材１の裏面１ａに当接させる。その場合においても、内隅摩擦攪拌工程では、補助部材１１，１２側にバリが発生するように接合条件を設定するのがよい。このようにすることで、例えば、第一内隅Ｓ１１と第二内隅Ｓ１２とを同じ接合条件で摩擦攪拌接合を行うことが可能になる。

【0040】

また、図３に示す内隅摩擦攪拌工程において、第一金属部材１および第二金属部材２の手前側または奥側に図示しないタブ材を密接した状態で配置し、タブ材に接合用回転ツールＦを一旦挿入してから、挿入した状態のまま第一金属部材１および第二金属部材２側へ相対移動させて第一内隅Ｓ１１および第二内隅Ｓ１２を摩擦攪拌接合してもよい。同様に、図８に示す突合部摩擦攪拌工程において、第一金属部材１および第二金属部材２の手前側または奥側に図示しないタブ材を密接した状態で配置し、タブ材に接合用回転ツールＦを一旦挿入してから、挿入した状態のまま第一金属部材１および第二金属部材２側へ相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合してもよい。接合用回転ツールＦを離脱させる場合も同様である。

【0041】

以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、第一内隅Ｓ１１および第二内隅Ｓ１２に補助部材１１，１２を配置し、補助部材１１，１２を介して第一内隅Ｓ１１、第二内隅Ｓ１２の摩擦攪拌接合を行う。これにより、補助部材１１，１２によって第一内隅Ｓ１１、第二内隅Ｓ１２の金属不足を解消できるので、接合不良を防ぐことができる。

【0042】

また、第一実施形態に係る接合方法によれば、第一内隅Ｓ１１、第二内隅Ｓ１２に摩擦攪拌接合を行っているので、突合部摩擦攪拌工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材１及び第二金属部材２の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。

【0043】

また、本実施形態の第一金属部材１には凹溝３が形成されているので、第一金属部材１の凹溝３が形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。したがって、本実施形態の突合部摩擦攪拌工程では、凹溝３が形成されない場合に比べて攪拌ピンＦ２を挿入する深さを浅くすることができるので、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の摩擦攪拌接合を行うことができる。

【0044】

また、本実施形態の内隅摩擦攪拌工程では、補助部材１１，１２側にバリＶが発生するように接合条件を設定するので、補助部材１１，１２にバリＶ１１，Ｖ１２を集約することができる。その為、バリＶ１１，Ｖ１２を補助部材１１，１２ごと容易に除去することができる。

【0045】

また、本実施形態の突合部摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２（又は第一金属部材１のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行っているので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、接合用回転ツールＦは、第一金属部材１の板厚が大きい場合に特に有利である。また、接合用回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２の板厚が薄い場合にも有利である。

【0046】

また、本実施形態の架台５，５は、第一内隅Ｓ１１および第二内隅Ｓ１２に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２を架台５に配置するときに、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２と架台５とが干渉して第一金属部材１及び第二金属部材２が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、塑性化領域Ｗ１１，Ｗ１２と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。

【0047】

［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。第二実施形態に係る接合方法は、第一実施形態と同様に、突合せ工程と、補助部材配置工程と、内隅摩擦攪拌工程と、補助部材の除去工程と、突合部摩擦攪拌工程とを行う。図１２に示すように、第二実施形態に係る接合方法では、突合部摩擦攪拌工程において、接合用回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。その他の工程である、突合せ工程、補助部材配置工程、内隅摩擦攪拌工程および補助部材の除去工程は、第一実施形態と同一であるため説明を省略する。

【0048】

接合用回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されており、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の外周面には、螺旋溝が刻設されている。突合部摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＧを第一金属部材１の表面１ｂに挿入しつつ突合せ部Ｊ１に沿って移動させる。また、突合部摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１に数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは、突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合可能であれば特に制限されないが、図１２に示すように、攪拌ピンＧ２の先端が突合せ部Ｊ１に達するように設定することが好ましい。つまり、接合用回転ツールＧを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

【0049】

攪拌ピンＧ２の先端が、突合せ部Ｊ１に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＧ２が第一金属部材１のみと接触する場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊ１の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。なお、ショルダ部Ｇ１の外径（直径）は、適宜設定してよいが、凹溝３（図１参照）の幅よりも小さく形成されているのがよい。

【0050】

以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１の表面１ｂに押し込んでいるので塑性流動材がショルダ部Ｇ１で押さえられ、バリを少なくすることができる。また、接合用回転ツールＧの押し込み量を小さくすると、塑性化領域Ｗ１３によって表面１ｂに発生する溝を小さくすることができるため、表面処理等が容易になり、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。また、ショルダ部Ｇ１の外径（直径）を凹溝３の幅よりも小さく形成するので、接合用回転ツールＧの攪拌ピンＧ２によって塑性流動化した材料が、第一金属部材１と第二金属部材２との第一内隅Ｓ１１、第二内隅Ｓ１２から飛び出ることを防止することができる。

【0051】

［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説明する。第三実施形態に係る接合方法は、第一実施形態と同様に、突合せ工程と、補助部材配置工程と、内隅摩擦攪拌工程と、補助部材の除去工程と、突合部摩擦攪拌工程とを行う。第三実施形態に係る接合方法では、図１３に示すように、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を正面視Ｔ字状に突き合わせて接合する点で第一実施形態と相違する。

【0052】

第一金属部材２１及び第三金属部材２３は、板状の金属部材である。第一金属部材２１及び第三金属部材２３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２１の裏面２１ａ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａには、底面２１ｄ及び側壁２１ｅからなる凹部２１ｆを有する。また、第三金属部材２３の裏面２３ａ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第三金属部材２３の裏面２３ａには、底面２３ｄ及び側壁２３ｅからなる凹部２３ｆを有する。後記するように、第一金属部材２１と第三金属部材２３とを突き合わせることで、凹部２１ｆ及び凹部２３ｆによって凹溝２４が形成される。なお、凹部２１ｆと凹部２３ｆとは、同等の寸法であることが好ましい。つまり、第一金属部材２１と第三金属部材２３とが突き合わされた状態において、第一金属部材２１の底面２１ｄと第三金属部材２３の底面２３ｄとが面一になることが好ましい。

【0053】

第二金属部材２２は、板状の金属部材である。第二金属部材２２の板厚寸法は、第二金属部材２２が凹溝２４に嵌合するように、凹溝２４の幅と同等または凹溝２４の幅よりも小さく設定されている。第二金属部材２２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と同等の材料であることが好ましい。

【0054】

突合せ工程では、第一金属部材２１の凹部２１ｆが形成された側の端面２１ｃと第三金属部材２３の凹部２３ｆが形成された側の端面２３ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ２１を形成する。第一金属部材２１及び第三金属部材２３が突き合わされた状態で、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ（第一突合せ部Ｊ２１周辺）には、断面矩形の凹溝２４が形成される。凹溝２４は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の延長方向に延設される。

【0055】

また、突合せ工程では、第一突合せ部Ｊ２１に第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２２（図１４参照）を形成する。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａ及び第三金属部材２３の裏面２３ａに形成される凹溝２４に対して、第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせる。これにより、第二金属部材２２の両側には、第一内隅Ｓ２１（図１４参照）及び第二内隅Ｓ２２（図１４参照）が形成される。第一内隅Ｓ２１は、第一金属部材２１の裏面２１ａと第二金属部材２２の側面２２ａとで構成される隅部である。第二内隅Ｓ２２は、第三金属部材２３の裏面２３ａと第二金属部材２２の側面２２ｂとで構成される隅部である。

【0056】

補助部材配置工程は、図１４に示すように、第一金属部材２１および第二金属部材２２の第一内隅Ｓ２１および第三金属部材２３および第二金属部材２２の第二内隅Ｓ２２に補助部材１１，１２を配置する工程である。補助部材１１，１２は、板状の金属部材である。補助部材１１，１２は、本実施形態では、第一金属部材２１、第二金属部材２２および第三金属部材２３と同じ材料で形成されている。

【0057】

補助部材配置工程では、図１４に示すように、第一金属部材２１の裏面２１ａと補助部材１１の表面１１ｂとを面接触させるとともに、端部１１ｃを第二金属部材２２の側面２２ａに当接させる。また、第二金属部材２２の側面２２ｂと補助部材１２の裏面１２ａとを面接触させるとともに、端部１２ｃを第三金属部材２３の裏面２３ａに当接させる。なお、補助部材１１，１２の端部１１ｃ，１２ｃの形状は、第一金属部材２１と第二金属部材２２と第三金属部材２３との突き合わせ角度（内角）に応じて、側面２２ａや裏面２３ａと隙間なく当接するように形成されるのがよい。補助部材１１，１２は、第二突合せ部Ｊ２２の延長方向を覆う長さで形成されている。補助部材１１，１２の板厚は、後記する内隅摩擦攪拌工程の際に金属不足が発生しない程度の厚さに設定する。なお、第一実施形態と同様に、第二内隅Ｓ２２の第三金属部材２３側に寝かせるようにして補助部材１２を配置（横置き）してもよいし、また、第一内隅Ｓ２１の第二金属部材２２側に補助部材１１を立てかけるようにして配置（縦置き）してもよい。

【0058】

内隅摩擦攪拌工程は、図１５に示すように、第一金属部材２１、第二金属部材２２および第三金属部材２３によって形成される第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２を摩擦攪拌接合する工程である（図１５では第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合のみを図示している）。第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合では、図１５に示すように、第二金属部材２２の側面２２ａと補助部材１１の端部１１ｃとが当接する部分に回転する接合用回転ツールＦを挿入して行う。また、第二内隅Ｓ２２側の摩擦攪拌接合では、第三金属部材２３の裏面２３ａと補助部材１２の端部１２ｃとが当接する部分に回転する接合用回転ツールＦを挿入して行う。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。

【0059】

第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合では、図１５に示すように、第二金属部材２２の側面２２ａと補助部材１１の端部１１ｃとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を浅く挿入し、図１５の手前側から奥側に向けて第一内隅Ｓ２１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び補助部材１１に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、線状の塑性化領域Ｗ２１が形成される。

【0060】

一方、第二内隅Ｓ２２側の摩擦攪拌接合では、第三金属部材２３の裏面２３ａと補助部材１２の端部１２ｃとが当接する部分に右回転させた攪拌ピンＦ２を浅く挿入し、図１５の手前側から奥側に向けて第二内隅Ｓ２２に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。つまり、第二内隅Ｓ２２側の摩擦攪拌接合では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で、攪拌ピンＦ２のみを第二金属部材２２、第三金属部材２３及び補助部材１２に接触させて摩擦攪拌を行う。これにより、接合用回転ツールＦの移動軌跡には、線状の塑性化領域Ｗ２２（図１７参照）が形成される。

【0061】

内隅摩擦攪拌工程では、連結部Ｆ１が第二金属部材２２の側面２２ａや側面２２ｂに干渉しないように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２２に対して傾斜させた状態で摩擦攪拌接合を行う。攪拌ピンＦ２の挿入角度や挿入距離は、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を接合できるように適宜設定すればよい。なお、本実施形態では鉛直面（第二金属部材２２の側面２２ａ，２２ｂ）に対して接合用回転ツールＦの回転中心軸を４５°傾けている（図１６参照）。

【0062】

また、内隅摩擦攪拌工程では、補助部材１１，１２側にバリが発生するように接合条件を設定するのがよい。バリが発生する位置は、接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、進行方向、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、被接合金属部材（第一金属部材２１、第二金属部材２２、第三金属部材２３及び補助部材１１，１２）の材質、被接合金属部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組合せで決定される。

【0063】

本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合では、塑性化領域Ｗ２１外のフロー側である補助部材１１にバリＶ２１が多く発生する傾向にある（図１６参照）。また、図示は省略するが、第一内隅Ｓ２１側の摩擦攪拌接合と同じ理由により、第二内隅Ｓ２２側の摩擦攪拌接合においても、塑性化領域Ｗ２２外のフロー側である補助部材１２にバリＶ２２が多く発生する傾向にある。なお、接合用回転ツールＦの接合条件、および補助部材１１，１２の配置位置は、ここで説明したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。

【0064】

このようにして、バリＶ２１，Ｖ２２が発生する側又はバリＶ２１，Ｖ２２が多く発生する側が補助部材１１，１２側となるように接合条件を設定すれば、図１７に示すように、補助部材１１，１２にバリＶ２１，Ｖ２２を集約することができる。その為、後記する除去工程を容易に行うことができるため好ましい。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。

【0065】

補助部材の除去工程は、図１７に示すように、第一金属部材２１、第二金属部材２２又は第三金属部材２３から補助部材１１，１２を除去する工程である（ここでは、第一金属部材２１から補助部材１１を除去すると共に第二金属部材２２から補助部材１２を除去する場合を説明する）。本実施形態の除去工程では、補助部材１１の端部１１ｄや補助部材１２の端部１２ｄを図１７の太線矢印方向にめくり上げて、塑性化領域Ｗ２１，Ｗ２２との境界部分を折り曲げるようにして切除する。除去工程は、切削工具等を用いてよいが、本実施形態では手作業で除去している。補助部材１１，１２には、バリＶ２１，Ｖ２２が形成されているので、補助部材１１，１２と共にバリＶ２１，Ｖ２２も一緒に除去される（図１８参照）。その為、バリＶ２１，Ｖ２２を補助部材１１，１２ごと容易に除去することができる。

【0066】

突合部摩擦攪拌工程は、図１９〜図２１に示すように、第一突合せ部Ｊ２１及び第二突合せ部Ｊ２２に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図１９に示すように、第一実施形態と同じ要領で、まず、架台５，５に第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を配置する。より詳しくは、突合部摩擦攪拌工程では、離間して配置された架台５，５の間に第二金属部材２２を挿入して、架台５，５に第一金属部材２１の裏面２１ａおよび第三金属部材２３の裏面２３ａを当接させる。架台５，５は、いずれも直方体を呈する。架台５，５のうち、第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。面取り部５ａの形状は、塑性化領域Ｗ２１，Ｗ２２に当接しないように適宜形成すればよく、本実施形態ではＣ面取り形状になっている。

【0067】

突合部摩擦攪拌工程は、図２０及び図２１に示すように、第一金属部材２１の表面２１ｂ及び第三金属部材２３の表面２３ｂから接合用回転ツールＦを挿入して、第一突合せ部Ｊ２１に沿って摩擦攪拌接合する工程である。接合用回転ツールＦは、内隅摩擦攪拌工程で用いた物と同じであってよく、例えば工具鋼で形成されており、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。なお、攪拌ピンＦ２は、先細りになっており、攪拌ピンＦ２の長さは、第一金属部材２１及び第三金属部材２３により形成される凹溝２４（図１３参照）が形成された部分の板厚よりも大きくなっている。

【0068】

突合部摩擦攪拌工程では、第一金属部材２１及び第三金属部材２３で形成される第一突合せ部Ｊ２１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、第一金属部材２１及び第三金属部材２３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第一突合せ部Ｊ２１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。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Ｗ２３が形成される。

【0069】

接合用回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が第二突合せ部Ｊ２２に達するように設定することが好ましい。つまり、接合用回転ツールＦを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。攪拌ピンＦ２の先端が、第二突合せ部Ｊ２２に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみに接触させる場合は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ２２の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３が接合するようにする。なお、摩擦攪拌工程が終了したら、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂに発生したバリを除去するバリ除去工程を行うことが好ましい。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂをきれいに仕上げることができる。

【0070】

なお、図１５に示す内隅摩擦攪拌工程において、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３の手前側または奥側に図示しないタブ材を密接した状態で配置し、タブ材に接合用回転ツールＦを一旦挿入してから、挿入した状態のまま第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３側へ相対移動させて第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２を摩擦攪拌接合してもよい。同様に、図２０に示す突合部摩擦攪拌工程において、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３の手前側または奥側に図示しないタブ材を密接した状態で配置し、タブ材に接合用回転ツールＦを一旦挿入してから、挿入した状態のまま第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３側へ相対移動させて第一突合せ部Ｊ２１及び第二突合せ部Ｊ２２を摩擦攪拌接合してもよい。接合用回転ツールＦを離脱させる場合も同様である。

【0071】

また、第三実施形態の突合部摩擦攪拌工程を、第二実施形態で説明した接合用回転ツールＧ（図１２参照）を用いて行ってもよい。その場合、突合部摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材２１及び第三金属部材２３に数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは、第一突合せ部Ｊ２１および第二突合せ部Ｊ２２が摩擦攪拌接合可能であれば特に制限されないが、攪拌ピンＧ２の先端が第二突合せ部Ｊ２２に達するように設定することが好ましい。つまり、接合用回転ツールＧを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

【0072】

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２に補助部材１１，１２を配置し、補助部材１１，１２を介して第一内隅Ｓ２１、第二内隅Ｓ２２の摩擦攪拌接合を行う。これにより、補助部材１１，１２によって第一内隅Ｓ２１、第二内隅Ｓ２２の金属不足を解消できるので、接合不良を防ぐことができる。

【0073】

また、第三実施形態に係る接合方法によれば、第一内隅Ｓ２１、第二内隅Ｓ２２に摩擦攪拌接合を行っているので、突合部摩擦攪拌工程時における第一金属部材２１及び第二金属部材２２同士、並びに第三金属部材２３及び第二金属部材２２同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。

【0074】

また、本実施形態の第一金属部材２１には凹溝２４を構成する凹部２１ｆが形成されており、また、第三金属部材２３には凹溝２４を構成する凹部２３ｆが形成されており、第一金属部材２１の凹部２１ｆ及び第三金属部材２３の凹部２３ｆが形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。したがって、本実施形態の摩擦攪拌工程では、凹溝２４が形成されない場合に比べて攪拌ピンＦ２を挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、第一突合せ部Ｊ２１及び第二突合せ部Ｊ２２の摩擦攪拌接合を行うことができる。

【0075】

また、本実施形態の内隅摩擦攪拌工程では、補助部材１１，１２側にバリＶが発生するように接合条件を設定するので、補助部材１１，１２にバリＶ２１，Ｖ２２を集約することができる。その為、バリＶ２１，Ｖ２２を補助部材１１，１２ごと容易に除去することができる。

【0076】

また、本実施形態の突合部摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３（又は第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行っているので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、接合用回転ツールＦは、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の板厚が大きい場合に特に有利である。また、接合用回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２２の板厚が薄い場合にも有利である。

【0077】

また、本実施形態の架台５，５は、第一内隅Ｓ２１および第二内隅Ｓ２２に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を架台５に配置するときに、塑性化領域Ｗ２１，Ｗ２２と架台５とが干渉して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、塑性化領域Ｗ２１，Ｗ２２と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。

【0078】

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。

【符号の説明】

【0079】

１，２１ 第一金属部材
１ａ，２１ａ 裏面
１ｂ，２１ｂ 表面
２，２２ 第二金属部材
２ａ，２２ａ 側面
２ｂ，２２ｂ 側面
２３ 第三金属部材
２３ａ 裏面
２３ｂ 表面
３，２４ 凹溝
５ 架台
５ａ 面取り部
１１，１２ 補助部材
Ｊ１ 突合せ部
Ｊ２１ 第一突合せ部
Ｊ２２ 第二突合せ部
Ｓ１１，Ｓ２１ 第一内隅（内隅）
Ｓ１２，Ｓ２２ 第二内隅（内隅）
Ｖ１１，１２，２１，２２ バリ
Ｗ１１，１２，１３ 塑性化領域
Ｗ２１，２２，２３ 塑性化領域
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】