特許 6897024 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】6897024

(24)【登録日】2021年6月14日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20210621BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 330

   B23K20/12 310

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-154179(P2016-154179)

(22)【出願日】2016年8月5日

(65)【公開番号】特開2017-140649(P2017-140649A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2019年2月1日

(31)【優先権主張番号】特願2016-22580(P2016-22580)

(32)【優先日】2016年2月9日

(33)【優先権主張国】JP

(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２０１５−２１３９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２８７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−７８０８１（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】

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、を含む、ことを特徴とする接合方法。

【請求項2】

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を含む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。

【請求項4】

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含み、
前記配置工程では、前記補助部材を第一金属部材及び前記第二金属部材の一方に配置しつつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に補助部材が残存しない程度に前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、
前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち第一金属部材及び前記第二金属部材の一方側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接合方法。

【請求項5】

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材又は前記第二金属部材に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記突合せ工程において、前記突合せ部を形成す
る際に前記突合せ部に隙間が生じていることを特徴とする接合方法。

【請求項6】

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を含む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接合条件を設定することを特徴とする請求項６に記載の接合方法。

【請求項8】

攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、
前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、
回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、
バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含み、前記突合せ工程において、前記突合せ部を形成する際に前記突合せ部に隙間が生じており、
前記配置工程では、前記補助部材を第一金属部材及び前記第二金属部材の一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、
前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち第一金属部材及び前記第二金属部材の一方側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で接合する接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成した後、回転ツールの攪拌ピンのみを第一金属部材及び第二金属部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−３９６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の接合方法であると、塑性流動化した金属を回転ツールのショルダ部で押さえないため、塑性流動化した金属が外部に溢れ出し接合部が金属不足になるという問題がある。さらに、長尺の金属部材同士を突合せると、突合せ部に隙間が生じる場合があり、接合部が金属不足になるという問題がある。

【0005】

そこで、本発明は、接合部の金属不足を防ぐ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】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材又は前記第二金属部材に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、を含む、ことを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含み、前記配置工程では、前記補助部材を第一金属部材及び前記第二金属部材の一方に配置しつつ、前記摩擦攪拌工程後に他方側に補助部材が残存しない程度に前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、 前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち第一金属部材及び前記第二金属部材の一方側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。

【0007】

かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、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。

【0008】

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又は前記第二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、バリを補助部材ごと除去できるので除去工程が容易となる。

【0009】

また、前記摩擦攪拌工程では、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接合条件を設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、バリを除去する作業をより容易に行うことができる。

【0012】

また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材又は前記第二金属部材に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記突合せ工
程において、前記突合せ部を形成する際に前記突合せ部に隙間が生じていることを特徴とする。
また、本発明は、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて第一金属部材と第二金属部材とを接合する接合方法であって、前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材の両方に面接触するように補助部材を配置する配置工程と、回転する前記攪拌ピンを前記補助部材の表面側から挿入し、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突合せ部に沿って前記回転ツールを相対移動させて前記第一金属部材、前記第二金属部材及び前記補助部材を接合する摩擦攪拌工程と、バリが形成された前記補助部材を前記第一金属部材及び前記第二金属部材から除去する除去工程と、を含み、前記突合せ工程において、前記突合せ部を形成する際に前記突合せ部に隙間が生じており、前記配置工程では、前記補助部材を第一金属部材及び前記第二金属部材の一方に配置しつつ、前記突合せ部を挟んで他方側にわずかに突出するように配置し、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌接合で発生するバリが、前記補助部材のうち第一金属部材及び前記第二金属部材の一方側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。

【0013】

かかる接合方法によれば、第一金属部材と第二金属部材とが接合されるとともに、第一金属部材及び第二金属部材に加え、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、前記突合せ工程において、前記突合せ部を形成する際に突合せ部に隙間が生じている場合であっても、塑性流動化した金属が当該隙間を埋めることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る接合方法によれば、接合部の金属不足を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第一実施形態の突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。

【図2】第一実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図3】第一実施形態に係る摩擦攪拌工程後を示す断面図である。

【図4】第一実施形態に係る除去工程を示す断面図である。

【図5】第一実施形態に係る除去工程後を示す断面図である。

【図6】第二実施形態に係る突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。

【図7】第二実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図8】第二実施形態に係る除去工程を示す断面図である。

【図9】第三実施形態に係る突合せ工程及び配置工程を示す断面図である。

【図10】第三実施形態に係る摩擦攪拌工程を示す断面図である。

【図11】第三実施形態に係る除去工程を示す断面図である。

【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接合方法について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、配置工程と、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」の反対側の面という意味である。

【0017】

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とを突き合わせる工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、金属製の板状部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、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適宜選択すればよい。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同等になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は適宜設定すればよい。

【0018】

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とを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する。突合せ部Ｊ１を形成する際に、第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の端面２ａとの間に隙間が生じている場合がある。隙間は１ｍｍ程度である。第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材２の表面２ｂとは面一になる。

【0019】

配置工程は、第一金属部材１又は第二金属部材２に補助部材１０を配置する工程である。補助部材１０は金属製の板状部材である。補助部材１０は摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗが金属不足にならないように適宜設定する。本実施形態では、補助部材１０の板厚は第一金属部材１よりも薄く設定している。

【0020】

配置工程では、補助部材１０の裏面１０ｃと第二金属部材２の表面２ｂとを面接触させる。補助部材１０は、第二金属部材２（又は第一金属部材１）のみと面接触するように配置する。本実施形態では、補助部材１０の端面１０ａと第二金属部材２の端面２ａとが面一となるように配置する。また、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台Ｔに移動不能に拘束する。なお、補助部材１０は本実施形態では板状としているが、他の形状であってもよい。

【0021】

摩擦攪拌工程は、図２に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。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。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。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、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈している。

【0022】

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を左回転させるため、螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて右回りに形成されている。言い換えると、螺旋溝は、螺旋溝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。

【0023】

なお、接合用回転ツールＦを右回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成することが好ましい。言い換えると、この場合の螺旋溝は、螺旋溝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。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１０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。螺旋溝は省略してもよい。

【0024】

接合用回転ツールＦは、マシニングセンタ等の摩擦攪拌装置に取り付けてもよいが、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたアームロボットに取り付けてもよい。アームロボットに接合用回転ツールＦを取り付けることにより接合用回転ツールＦの回転中心軸を容易に変更することができる。

【0025】

摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に左回転させた攪拌ピン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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材１０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記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。例えば、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを右回転させてもよい。もしくは、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを左右いずれかに回転させてもよい。接合用回転ツールＦの回転方向等の条件と補助部材１０の好ましい位置関係については後記する。

【0026】

攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とを接触させつつ、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚等に応じて適宜設定すればよい。これにより突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合される。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。摩擦攪拌工程後は、図３に示すように、補助部材１０の端部にバリＶが形成される。

【0027】

除去工程は、図４に示すように、補助部材１０を第二金属部材２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、補助部材１０を第二金属部材２から離間する方向に折り曲げて第二金属部材２から除去する。これにより、図５に示すように第一金属部材１と第二金属部材２とが平面状に接合される。

【0028】

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、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、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、突合せ部Ｊ１に隙間が生じている場合であっても、塑性流動化した金属が当該隙間を埋めることができるとともに、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、本実施形態によれば、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方ではなく、片側のみに補助部材１０を配置するだけで金属不足を防ぐことができる。

【0029】

また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって補助部材１０にバリＶが形成されるが、除去工程において補助部材１０ごと取り除くことができる。これにより、バリを除去する作業を容易に行うことができる。図３に示すように、摩擦攪拌工程後は補助部材１０の端面が突合せ部Ｊ１に向かうにつれて板厚が薄くなるように傾斜している。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材１０を取り除くことができる。

【0030】

ここで、本実施形態に係る接合方法では、補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２よりも薄く設定しているため、従来のようにショルダ部を金属部材に押し込みながら摩擦攪拌を行うと、ショルダ部と補助部材１０との接触により補助部材１０が外部に飛ばされてしまい接合部の金属不足を補うことができない。しかし、本実施形態では、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０に接触させつつ摩擦攪拌を行うため、補助部材１０が外部に飛ばされることなく接合部の金属不足を補うことができる。また、ショルダ部を接触させる場合に比べて摩擦攪拌装置に作用する負荷を低減することができる。

【0031】

また、図２に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌工程では進行方向左側に補助部材１０を配置するとともに接合用回転ツールＦを左回転させるため、補助部材１０側がＲｅ側となる。Ｒｅ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが減算される側である。一方、Ｒｅ側の反対側がＡｄ側となる。Ａｄ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが加算される側である。

【0032】

例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域ＷのＲｅ側に比べてＡｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、Ａｄ側にバリＶ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、Ａｄ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、Ｒｅ側にバリＶが発生する傾向にある。

【0033】

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、Ｒｅ側即ち補助部材１０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材１０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、補助部材１０に形成されたバリＶは、補助部材１０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。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】

上記したように、摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツール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。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）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０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１０を配置するようにすれば、バリ除去工程を容易に行うことができるため好ましい。

【0035】

［第二実施形態］
次に、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、図６に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方と接触するように補助部材１０を配置す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、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

【0036】

本実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。突合せ工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。配置工程は、補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に配置する工程である。

【0037】

配置工程は、図６に示すように、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂと補助部材１０の裏面１０ｃとを面接触させる工程である。補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗが金属不足にならないように適宜設定する。配置工程では、補助部材１０の中央が概ね突合せ部Ｊ１に位置するように配置する。また、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて移動不能に拘束する。

【0038】

摩擦攪拌工程は、図７に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。摩擦攪拌工程では、右回転させた攪拌ピンＦ２を補助部材１０の表面１０ｂから挿入し、突合せ部Ｊ１に達するように攪拌ピンＦ２の挿入深さを設定する。摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に右回転させた攪拌ピン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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。これにより突合せ部Ｊ１が摩擦攪拌接合される。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。なお、本実施形態では、接合用回転ツールＦを高速回転しているため、バリはＡｄ側に比べてＲｅ側の方に多く発生する傾向にある。

【0039】

除去工程は、図８に示すように、摩擦攪拌工程によって分断された補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２から除去する工程である。除去工程では、補助部材１０，１０を第一金属部材１及び第二金属部材２から離間する方向にそれぞれ折り曲げて除去する。

【0040】

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが平面状に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、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、突合せ部Ｊ１に隙間が生じている場合であっても、塑性流動化した金属が当該隙間を埋めることができるとともに、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に跨るように補助部材１０を配置するため、接合部の金属不足をより確実に防ぐことができるとともに、金属をバランスよく補充することができる。

【0041】

また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって分断された補助部材１０，１０にそれぞれバリＶ，Ｖが形成されるが、除去工程において補助部材１０ごと取り除くことができる。これにより、バリを除去する作業を容易に行うことができる。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で補助部材１０を容易に取り除くことができる。

【0042】

［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。図９に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、配置工程において補助部材１０を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に配置しつつ、補助部材１０に対する第一金属部材１と第二金属部材２との接触割合を変更する点で第一実施形態と相違する。また、接合用回転ツールＦの回転方向も第一実施形態と相違する。第三実施形態に係る接合方法では、第一実施形態と相違する点を中心に説明する。第三実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程とを行う。

【0043】

突合せ工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。配置工程は、図９に示すように、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂと補助部材１０の裏面１０ｃとを面接触させる工程である。配置工程では、補助部材１０の９割程度を第一金属部材１に配置し、残りの１割程度を第二金属部材２に配置する。つまり、突合せ部Ｊ１に対して補助部材１０がわずかに第二金属部材２側に突出するように配置する。補助部材１０の配置位置は、補助部材１０が第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に面接触するように配置するとともに、後記する摩擦攪拌工程を行った後に第二金属部材２側（補助部材１０との接触割合が少ない側）に補助部材１０が残存しないように調節する。

【0044】

摩擦攪拌工程は、図１０に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。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、攪拌ピンＦ２の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。

【0045】

摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に右回転させた攪拌ピン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。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。これにより、本実施形態では第一金属部材１側がＲｅ側となるため、補助部材１０に多くのバリＶが発生する。

【0046】

除去工程は、図１１に示すように、補助部材１０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、補助部材１０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げて第一金属部材１から除去する。

【0047】

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが平面状に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、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、突合せ部Ｊ１に隙間が生じている場合であっても、塑性流動化した金属が当該隙間を埋めることができるとともに、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。

【0048】

また、本実施形態の接合条件によれば、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、Ｒｅ側にバリＶが多く発生する傾向にある。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材１０のうち第一金属部材１側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向等（接合条件）を設定している。これにより、補助部材１０に形成されたバリＶは、補助部材１０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。また、図１１に示すように、摩擦攪拌工程後は補助部材１０の端面が突合せ部Ｊ１に向かうにつれて板厚が薄くなるように傾斜している。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材１０を取り除くことができる。

【0049】

ここで、前記した第二実施形態の除去工程では、突合せ部Ｊ１を挟んで両側にある補助部材１０，１０を除去する必要がある。しかし、本実施形態では摩擦攪拌工程後に第二金属部材２側（補助部材１０との接触割合が少ない側）に補助部材１０が残存しないように補助部材１０の配置位置を調節しているため、除去工程では片側の補助部材１０を除去するだけでよい。これにより除去工程の作業手間を少なくすることができる。また、配置工程では、突合せ部Ｊ１を挟んで第二金属部材２側（他方側）にわずかに補助部材１０を突出させる分、接合部の金属不足をバランス良く、かつ、より確実に防ぐことができる。

【0050】

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、本実施形態では除去工程を行ったが、補助部材１０を除去せずに、第一金属部材１又は第二金属部材２にそのまま存置してもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
１０ 補助部材
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｖ バリ
Ｗ 塑性化領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】