JP2009090300A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる接合方法を提供することを課題とする。
【解決手段】内方にオフセットされた接合端部１１，２１が形成された金属部材１０，２０の突合部Ｊ１に表面Ａ側から摩擦攪拌を行う工程と、突合部Ｊ１に裏面Ｂ側から摩擦攪拌を行う工程と、接合端部１１，２１の両縁部を切除する工程と、表面Ａ側及び裏面Ｂ側から接合端部１１，２１を挟むように継手部材４０，４０を配置する工程と、突合部Ｊ１に第一側面Ｃ側から摩擦攪拌を行う工程と、突合部Ｊ１に第二側面Ｄ側から摩擦攪拌を行う工程と、被接合金属部材１の両側面Ｃ，Ｄ側から接合端部１１，２１及び継手部材４０，４０を挟むように継手部材５０，５０を配置する工程と、被接合金属部材１と継手部材４０，５０の突合部及び継手部材４０，５０の突合部に摩擦攪拌を行う工程とを含んでいる接合方法。
【選択図】図１３

Description

本発明は、摩擦撹拌を利用した金属部材の接合方法に関する。

金属部材同士の接合方法としては、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。この摩擦撹拌接合は、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合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。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。

ここで、接合すべき金属部材の肉厚が回転ツールの撹拌ピンの長さよりも大きい場合には、図１４（ａ）に示すように、金属部材１１０，１２０同士の突合部Ｊ１に凹溝１３０を形成し、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行った後に、図１４（ｂ）に示すように、凹溝１３０内に嵌め込まれた接続板１４０と各金属部材１１０，１２０との突合部Ｊ２，Ｊ３に対して摩擦攪拌を行うことで、肉厚が大きい金属部材１１０，１２０同士を接合させることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３４２４８１号公報（段落００１６〜００１７、図２）

しかしながら、前記した従来の接合方法では、凹溝１３０の底面１３１と、接続板１４０の下面１４１との間に未接合部が形成されており、金属部材１１０，１２０同士の接合部における水密性及び気密性が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、金属部材同士の接合部における気密性及び水密性を向上させることができる接合方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合方法であって、第一金属部材及び第二金属部材には、それぞれ被接合金属部材の表面及び裏面よりも内方にオフセットされた接合端部が形成されており、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部に対して、被接合金属部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部に対して、被接合金属部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二の本接合工程と、各接合端部の両側の縁部をそれぞれ切除することで、被接合金属部材の全周に亘って凹溝を形成する切除工程と、被接合金属部材の表面側及び裏面側から各接合端部を挟むように、二体の第一継手部材を凹溝内に挿入する第一の継手部材配置工程と、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部に対して、被接合金属部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三の本接合工程と、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部に対して、被接合金属部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四の本接合工程と、被接合金属部材の両側面側から各接合端部及び各第一継手部材を挟むように、二体の第二継手部材を凹溝内に挿入する第二の継手部材配置工程と、被接合金属部材と第一継手部材及び第二継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行うとともに、第一継手部材と第二継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う第五の本接合工程と、を含んでいることを特徴としている。

この構成では、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部が摩擦攪拌により接合された後に、各接合端部の周囲に配置された第一継手部材及び第二継手部材が被接合金属部材に対して摩擦攪拌により接合されており、被接合金属部材の断面中心位置から肉厚方向において二重に摩擦攪拌が行われているため、第一金属部材と第二金属部材との接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。

前記した第三の本接合工程及び第四の本接合工程において、一方の第一継手部材に摩擦攪拌の開始位置を設定し、他方の第一継手部材に摩擦攪拌の終了位置を設定することができる。

ここで、接合端部同士の突合部を挟むように二体のタブ材を配置し、一方のタブ材に摩擦攪拌の開始位置を設定し、他方のタブ材に摩擦攪拌の終了位置を設定した場合には、突合部に対して回転ツールを挿入・離脱させることがなくなるため、接合部の品質を高めることができる。接合端部同士の突合部を挟むように二体の第一継手部材を配置した場合には、二体の第一継手部材がタブ材の役割を兼ねることになり、別途タブ材を設ける必要がないため、接合作業が簡易化され、作業効率を向上させることができる。

前記した第三の本接合工程及び第四の本接合工程において、第一金属部材の接合端部と第二金属部材の接合端部との突合部に対して摩擦攪拌を行うとともに、各接合端部と第一継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行うように構成することができる。

この構成では、各接合端部と第一継手部材との突合部が摩擦攪拌により接合されるため、第一金属部材と第二金属部材との接合部における気密性及び水密性をさらに向上させることができる。

前記した第三の本接合工程及び第四の本接合工程において、回転ツールを接合端部又は第一継手部材から離脱させたときに形成された抜き穴に対して、充填用金属部材を充填するように構成することができる。

この構成では、第一継手部材に形成された抜き穴に充填用金属部材を充填して埋めることで、第一継手部材の接合端部と第二継手部材の接合端部との突合部に、抜き穴による空洞部が形成されないため、第一金属部材と第二金属部材との接合部における気密性及び水密性をさらに向上させることができる。

前記した第一から第五の各本接合工程のうち少なくとも一の本接合工程を行う前に、突合部を仮接合する仮接合工程を行うように構成することができる。

第一から第五の各本接合工程を行うときには、接合される各部材の突合部に回転ツールを押し込むため、部材同士を引き離そうとする力が作用し、突合部に目開きが発生する場合がある。しかし、前記した構成では、第一から第五の本接合工程を行う前に、突合部を仮接合することで、第一から第五の各本接合工程を好適に行うことができる。

本発明の接合方法によれば、被接合金属部材の断面中心位置から肉厚方向において二重に摩擦攪拌が行われているため、第一金属部材と第二金属部材との接合部における気密性及び水密性を向上させることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の接合方法に用いられる被接合金属部材１は、図１（ａ）に示すように、断面視矩形の第一金属部材１０と第二金属部材２０とを突き合わせることで形成されている。
なお、被接合金属部材１の表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。また、本実施形態における上下左右前後は、図１の矢印に従う。

第一金属部材１０及び第二金属部材２０は、同一断面形状で同一組成の金属材料であり、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の摩擦撹拌可能な金属材料からなる。
第一金属部材１０及び第二金属部材２０には、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂよりも内方にオフセットされた接合端部１１，２１が形成されている。すなわち、第一金属部材１０及び第二金属部材２０において突合部Ｊ１側の端部は、厚さ寸法が小さく形成されており、第一金属部材１０と第二金属部材２０との接合部Ｊの表面Ａ側及び裏面Ｂ側には、第一側面Ｃから第二側面Ｄに亘って、左右方向に延びる凹溝３０，３０がそれぞれ形成されている。

次に、図２を参照して、仮接合工程に用いる回転ツールＦ（以下、「仮接合用回転ツールＦ」という）及び本接合工程に用いる回転ツールＧ（以下、「本接合用回転ツールＧ」という）を詳細に説明する。

図２（ａ）に示す仮接合用回転ツールＦは、工具鋼など被接合金属部材１よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。
仮接合用回転ツールＦの寸法・形状は、被接合金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＧ（図２（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に摩擦撹拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることもできるので、仮接合に要する作業時間やコストを低減することができる。

ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本接合用回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも小さくなっている。

撹拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。
撹拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ_２が本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ_３が撹拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さい。撹拌ピンＦ２の長さＬ_２は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２の長さＬ_１よりも小さくすることが望ましい。

図２（ｂ）に示す本接合用回転ツールＧは、工具鋼など被接合金属部材１よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された撹拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。

ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、仮接合用回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。撹拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼が形成されている。

以下、本実施形態の接合方法における各工程について詳細に説明する。
なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツールＧの回転方向は、全て右回転で行うものとする。このように、仮接合用回転ツールＦ及び本接合用回転ツールＧの回転方向を統一することで、作業手間を省略することができる。

（１）第一の準備工程
図１を参照して第一の準備工程を説明する。第一の準備工程は、第一及び第二の本接合工程における摩擦撹拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２及び第二タブ材３）を準備する工程である。
第一の準備工程は、第一金属部材１０の接合端部１１と第二金属部材２０の接合端部２１とを突き合せる（１−１）突合工程と、被接合金属部材１の接合部Ｊの左右両側に第一タブ材２及び第二タブ材３を配置する（１−２）タブ材配置工程と、第一タブ材２及び第二タブ材３を溶接により被接合金属部材１に仮接合する（１−３）溶接工程と、被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置の架台に設置する（１−４）設置工程と、を具備している。

（１−１）突合工程
突合工程では、図１（ａ）に示すように、第一金属部材１０の接合端部１１の後端面に、第二金属部材２０の接合端部２１の前端面を密着させる。
また、第一金属部材１０の接合端部１１の表面（上面）と第二金属部材２０の接合端部２１の表面（上面）とを面一にし、さらに、第一金属部材１０の接合端部１１の裏面（下面）と第二金属部材２０の接合端部２１の裏面（下面）とを面一にする。
また、第一金属部材１０の接合端部１１の右側面と第二金属部材２０の接合端部２１の右側面とを面一にし、第一金属部材１０の接合端部１１の左側面と第二金属部材２０の接合端部２１の左側面とを面一にする。

なお、被接合金属部材１の表面Ａは、第一金属部材１０の表面（上面）と第二金属部材２０の表面（上面）とで形成され、裏面Ｂは、第一金属部材１０の裏面（下面）と第二金属部材２０の裏面（下面）とで形成され、第一側面Ｃは、第一金属部材１０の右側面と第二金属部材２０の右側面とで形成され、第二側面Ｄは、第一金属部材１０の左側面と第二金属部材２０の左側面とで形成されている。

（１−２）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図１（ｂ）に示すように、第一タブ材２及び第二タブ材３によって、被接合金属部材１の接合部Ｊを挟むように、接合部Ｊの第一側面Ｃ側に第一タブ材２を配置し、接合部Ｊの第二側面Ｄ（図１（ａ）参照）側に第二タブ材３を配置する。
第一タブ材２及び第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材２及び第二タブ材３の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、直方体の部材であり、その厚さ寸法を各接合端部１１，２１の厚さ寸法と同一にしている。

（１−３）溶接工程
溶接工程では、図１（ｂ）に示す被接合金属部材１と第一タブ材２とにより形成された各入隅部を溶接して被接合金属部材１と第一タブ材２とを仮接合する。さらに、被接合金属部材１と第二タブ材３とにより形成された各入隅部を溶接して被接合金属部材１と第二タブ材３とを仮接合する。なお、各入隅部の全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。

（１−４）設置工程
設置工程では、第一タブ材２及び第二タブ材３が仮溶接された被接合金属部材１を図示しない摩擦撹拌装置の架台に載置し、例えばクランプを用いて移動不能に拘束する。本実施形態の摩擦撹拌装置では、被接合金属部材１の上方から摩擦撹拌を行うように設定されている。
なお、第一の準備工程において、溶接工程を省略する場合には、図示しない摩擦撹拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を行ってもよい。

（２）第一の予備工程
図３及び図４を参照して第一の予備工程を説明する。第一の予備工程は、第一の本接合工程に先立って行われる工程であり、表面Ａ側において被接合金属部材１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（２−１）第二タブ材接合工程と、被接合金属部材１の突合部Ｊ１を仮接合する（２−２）仮接合工程と、被接合金属部材１と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する（２−３）第一タブ材接合工程と、を具備している。

第一の予備工程では、図４に示すように、仮接合用回転ツールＦを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、突合部Ｊ３，Ｊ１，Ｊ２に対して連続して摩擦撹拌を行う。すなわち、摩擦撹拌の開始位置Ｓ_Ｐ１に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２（図３（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｐ１まで移動させる。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦撹拌の開始位置Ｓ_Ｐ１を設け、第一タブ材２に終了位置Ｅ_Ｐ１を設けているが、開始位置Ｓ_Ｐ１と終了位置Ｅ_Ｐ１の位置を限定する趣旨ではない。

第一の予備工程における摩擦撹拌の手順をより詳細に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、第二タブ材３の適所に設けた開始位置Ｓ_Ｐ１の直上に仮接合用回転ツールＦを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールＦを右回転させつつ下降させて撹拌ピンＦ２を開始位置Ｓ_Ｐ１に押し付ける。
仮接合用回転ツールＦの回転速度は、撹拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００ｒｐｍの範囲内において設定される。

撹拌ピンＦ２が第二タブ材３の表面に接触すると、摩擦熱によって撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３（ｂ）に示すように、撹拌ピンＦ２が第二タブ材３に挿入される。

撹拌ピンＦ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の全面が第二タブ材３の表面に接触したら、図４に示すように、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ第二タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。

仮接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）は、撹拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材１の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、１００〜１０００ｍｍ／分の範囲内において設定される。仮接合用回転ツールＦの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速にする。
なお、仮接合用回転ツールＦを移動させる際には、ショルダ部Ｆ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、仮接合用回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。
仮接合用回転ツールＦを移動させると、その撹拌ピンＦ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピンＦ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化する。

仮接合用回転ツールＦを相対移動させて第二タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦撹拌を行ったら、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材接合工程に移行する。

（２−１）第二タブ材接合工程
第二タブ材接合工程では、図４に示すように、各接合端部１１，２１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、各接合端部１１，２１と第二タブ材３の継ぎ目（境界線）上に摩擦撹拌のルートを設定し、このルートに沿って仮接合用回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ３に対して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＦを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦撹拌を行う。

なお、仮接合用回転ツールＦを右回転させた場合には、仮接合用回転ツールＦの進行方向の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に被接合金属部材１が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定することが望ましい。このようにすると、被接合金属部材１側に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることができる。

ちなみに、仮接合用回転ツールＦを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールＦの進行方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞があるので、仮接合用回転ツールＦの進行方向の左側に被接合金属部材１が位置するように、第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。

なお、仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２が突合部Ｊ３に入り込むと、被接合金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、被接合金属部材１と第二タブ材３により形成された各入隅部を溶接により仮接合しているので、被接合金属部材１と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。

（２−２）仮接合工程
図４に示すように、仮接合用回転ツールＦが第二タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦撹拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。すなわち、第二タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１まで仮接合用回転ツールＦを離脱させずに摩擦撹拌を継続し、さらに、始点ｓ１で仮接合用回転ツールＦを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第二タブ材接合工程の終点ｅ２での仮接合用回転ツールＦの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での仮接合用回転ツールＦの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることができる。

本実施形態では、第二タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦撹拌のルートを第二タブ材３に設定し、仮接合用回転ツールＦを第二タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、第二タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることができる。

仮接合工程では、各接合端部１１，２１の突合部Ｊ１に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、各接合端部１１，２１の継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、仮接合用回転ツールＦを始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って摩擦撹拌を行う。

仮接合用回転ツールＦが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、終点ｅ１で摩擦撹拌を終了させずに第一タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦撹拌を行い、そのまま第一タブ材接合工程に移行する。

本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦撹拌のルートを第一タブ材２に設定し、仮接合用回転ツールＦを仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第一タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、被接合金属部材１に空洞欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることができる。

（２−３）第一タブ材接合工程
第一タブ材接合工程では、図４に示すように、各接合端部１１，２１と第一タブ材２との突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。具体的には、各接合端部１１，２１と第一タブ材２の継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、仮接合用回転ツールＦを始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦撹拌を行う。

仮接合用回転ツールＦが第一タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦撹拌を終了させずに、第一タブ材２に設けた終了位置Ｅ_Ｐ１まで連続して摩擦撹拌を行う。なお、本実施形態では、各接合端部１１，２１の継ぎ目（境界線）の延長線上に終了位置Ｅ_Ｐ１を設けている。

仮接合用回転ツールＦが終了位置Ｅ_Ｐ１に達したら、仮接合用回転ツールＦを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＦ２を終了位置Ｅ_Ｐ１から離脱させる。
なお、撹拌ピンＦ２を終了位置Ｅ_Ｐ１から離脱させたときに形成される抜き穴をドリルなどで拡径することで、第一タブ材２に設定されたＳ_Ｍ１に下穴を形成してもよい。この下穴は、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものである。

（３）第一の本接合工程
図５を参照して第一の本接合工程を説明する。第一の本接合工程は、被接合金属部材１の表面Ａ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。第一の本接合工程では、本接合用回転ツールＧ（図３（ｂ）参照）を使用して、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して被接合金属部材１の表面Ａ側から摩擦撹拌を行う。

第一の本接合工程では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置Ｓ_Ｍ１に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した撹拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｍ１まで移動させることで、開始位置Ｓ_Ｍ１から終了位置Ｅ_Ｍ１まで連続して摩擦撹拌を行う。

ここで、第一の予備工程を終了した時点では、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置は、第一タブ材２の終了位置Ｅ_Ｐ１の直上（図４参照）に位置しているため、第一の本接合工程の開始位置Ｓ_Ｍ１を第一タブ材２の終了位置Ｅ_Ｐ１に設定すると、本接合用回転ツールＧを備えた摩擦撹拌装置を移動させることなく第一の本接合工程を行うことができ、作業を省略することができる。

図５（ａ）〜（ｃ）を参照して第一の本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、開始位置Ｓ_Ｍ１の直上に本接合用回転ツールＧを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＧを右回転させつつ下降させて撹拌ピンＧ２の先端を第一タブ材２に挿入する。撹拌ピンＧ２を第一タブ材２に入り込ませると、撹拌ピンＧ２の周囲にある金属が塑性流動化する。
さらに、撹拌ピンＧ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の全面が第一タブ材２の表面に接触したら、図５（ｂ）に示すように、摩擦撹拌を行いながら被接合金属部材１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。
本接合用回転ツールＧを移動させると、その撹拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、撹拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して塑性化領域Ｗ１が形成される。

本接合用回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、撹拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦撹拌される被接合金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００ｍｍ／分の範囲内において設定される。

被接合金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールＧの周囲に表面Ａ側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、第一金属部材１０の接合端部１１と第二金属部材２０の接合端部２１（図４参照）との間に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態では、仮接合工程を実行して第一金属部材１０の接合端部１１と第二金属部材２０の接合端部２１と間の目地を閉塞しているので、被接合金属部材１の接合部Ｊに冷却水が入り込み難く、接合部Ｊの品質を劣化させる虞がない。

突合部Ｊ１では、各接合端部１１，２１（図４参照）の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦撹拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦撹拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＧを相対移動させたら、摩擦撹拌を行いながら突合部Ｊ３を横切らせ、そのまま終了位置Ｅ_Ｍ１に向けて相対移動させる。

なお、本実施形態では、被接合金属部材１の表面Ａ側に現れる各接合端部１１，２１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦撹拌の開始位置Ｓ_Ｍ１を設定しているので（図４参照）、第一の本接合工程における摩擦撹拌のルートを一直線にすることができる。摩擦撹拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＧの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一の本接合工程を効率良く行うことができ、さらには、本接合用回転ツールＧの磨耗量を低減することができる。

本接合用回転ツールＧが終了位置Ｅ_Ｍ１に達したら、図５（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＧを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置Ｅ_Ｍ１から離脱させる。なお、終了位置Ｅ_Ｍ１において撹拌ピンＧ２を上方に離脱させると、撹拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。

本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を終了位置Ｅ_Ｍ１から離脱させるときの本接合用回転ツールＧの回転速度（離脱時の回転速度）は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、撹拌ピンＧ２の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置Ｅ_Ｍ１における撹拌ピンＧ２の離脱作業を迅速に行うことができる。

なお、本実施形態においては、第一の本接合工程の前に、第一の予備工程を行ったが、第一の予備工程を省略して、第一の準備工程の直後に第一の本接合工程を行ってもよい。

（４）第二の準備工程
図６を参照して第二の準備工程を説明する。第二の準備工程は、第二の予備工程に先だって行われる準備工程である。本実施形態では、被接合金属部材１の裏面Ｂ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する（４−１）再設置工程を具備するものである。

（４−１）再設置工程
再設置工程では、図６（ａ）に示すように、第一の本接合工程を終えた被接合金属部材１の拘束を解いた後、被接合金属部材１の表裏を逆にして、裏面Ｂ側を上方に向け、摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。本実施形態では、図１（ｂ）に示す被接合金属部材１を前後軸回りに半回転させて、被接合金属部材１の表裏を逆にする。なお、摩擦撹拌装置の形態によっては、被接合金属部材１の拘束を解かずに表裏を回転させてもよい。
ここで、図６（ａ）は、第二の準備工程の再設置工程後において、突合部Ｊ１から第一金属部材１０側を臨む断面図である。この図６（ａ）に示すように、再設置工程では、被接合金属部材１の上面が裏面Ｂとなるとともに、突合部Ｊ１側から第一金属部材１０を臨むと、被接合金属部材１の左側に第一タブ材２、右側に第二タブ材３が位置する。

（５）第二の予備工程
図６を参照して第二の準備工程を説明する。第二の予備工程は、第二の本接合工程に先だって行われる工程であり、被接合金属部材１の裏面Ｂ側において、各接合端部１１，２１（図４参照）と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する（５−１）第一タブ材接合工程と、各接合端部１１，２１の突合部Ｊ１を仮接合する（５−２）仮接合工程と、各接合端部１１，２１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する（５−３）第二タブ材接合工程と、を具備している。

（５−１）第一タブ材接合工程、（５−２）仮接合工程、（５−３）第二タブ材接合工程
第二の予備工程における第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程は、前記した第一の予備工程における第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程と略同等の工程であるため、その詳細な説明は省略する。
図６（ａ）に示す仮接合用回転ツールＦを、第一の予備工程と同様に一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて（図４参照）、突合部Ｊ２，Ｊ１，Ｊ３の順で連続して摩擦撹拌を行う。すなわち、摩擦撹拌の開始位置Ｓ_Ｐ２に挿入した仮接合用回転ツールＦの撹拌ピンＦ２を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｐ２まで移動させ、第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を連続して実行する。

ここで、第一の予備工程では、図４に示すように、第二タブ材３側から第二タブ材接合工程、接合工程及び第一タブ材接合工程を順次に行った。一方、第二の予備工程では、図６（ａ）に示すように、突合部Ｊ１から第一金属部材１０側を臨むと、第一タブ材２が被接合金属部材１の左側に位置するとともに、第一の本接合工程を終えた時点で、本接合用回転ツールＧは第一タブ材２の上方に位置しているため、第一タブ材２側から第一タブ材接合工程、仮接合工程及び第二タブ材接合工程を順次に行う。このようにすると、仮接合用回転ツールＦを備えた摩擦撹拌装置の移動距離が小さくて済むため、作業を省略することができる。

（６）第二の本接合工程
図６（ｂ）を参照して第二の本接合工程を説明する。第二の本接合工程は、被接合金属部材１の裏面Ｂ側における突合部Ｊ１を本格的に接合する工程であり、第一の本接合工程と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。

第二の本接合工程では、第二タブ材３の裏面Ｂに設定された開始位置Ｓ_Ｍ２に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を挿入し、この撹拌ピンＧ２を終了位置Ｅ_Ｍ２まで移動させて摩擦撹拌を行うことで、突合部Ｊ１に塑性化領域Ｗ２が形成される。

ここで、第二の予備工程を終了した時点では、摩擦撹拌装置は第二タブ材３の終了位置Ｅ_Ｐ２の直上（図６（ａ）参照）に位置しているため、第二の本接合工程の開始位置Ｓ_Ｍ２を第二タブ材３の終了位置Ｅ_Ｐ２に設定すると、摩擦撹拌装置を移動させることなく第二の本接合工程を行うことができ、作業を省略することができる。

（７）第一のタブ材切除工程
第一のタブ材切除工程では、図７（ａ）に示すように、第一タブ材２及び第二タブ材３を被接合金属部材１から切除する。本実施形態では、第二の本接合工程を終えた被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台から一旦外し、図示しない切削器具を用いて突合部Ｊ２，Ｊ３に沿って第一タブ材２及び第二タブ材３を切除する。

（８）接合端部切除工程
接合端部切除工程では、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、各接合端部１１，２１の左右両側の縁部をそれぞれ切除する。本実施形態では、摩擦攪拌装置から外された状態の被接合金属部材１に対して、図示しない切削器具を用いて各接合端部１１，２１の縁部をそれぞれ切除する。
各接合端部１１，２１の縁部を切除する幅は限定されるものではないが、本実施形態では、被接合金属部材１の第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから同じ幅を切除している。このように、各接合端部１１，２１の両側の縁部をそれぞれ切除することで、各接合端部１１，２１の外周面を底面とする凹溝３０が被接合金属部材１の全周に亘って形成される。

（９）第一の継手部材配置工程
第一の継手部材配置工程は、図８に示すように、各接合端部１１，２１を挟むように、表面Ａ側及び裏面Ｂ側から二体の第一継手部材４０，４０を凹溝３０内に挿入する工程である。
第一継手部材４０は、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成された直方体の部材であり、その左右幅寸法を各接合端部１１，２１の左右幅寸法と同一にしている。
第一の継手部材配置工程では、表面Ａ側の第一継手部材４０の裏面（下面）と凹溝３０の底面（各接合端部１１，２１の表面（上面））とを密着させ、第一継手部材４０の前後両端面と凹溝３０の両側面とをそれぞれ密着させる。なお、第一継手部材４０の各面と凹溝３０の各面との間には若干の隙間を空けてもよい。
また、表面Ａ側の第一継手部材４０の表面（上面）と被接合金属部材１の表面Ａとを面一にし、さらに、表面Ａ側の第一継手部材４０の左右両側面と各接合端部１１，２１の左右両側面とをそれぞれ面一にする。
同様に、裏面Ｂ側の第一継手部材４０の表面（上面）と凹溝３０の底面（各接合端部１１，２１の裏面（下面））とを密着させ、第一継手部材４０の前後両端面と凹溝３０の両側面とをそれぞれ密着させる。
また、裏面Ｂ側の第一継手部材４０の表面（上面）と被接合金属部材１の表面Ａとを面一にし、さらに、裏面Ｂ側の第一継手部材４０の左右両側面と各接合端部１１，２１の左右両側面とをそれぞれ面一にする。
また、被接合金属部材１と各第一継手部材４０，４０とにより形成された各入隅部を溶接して被接合金属部材１と各第一継手部材４０，４０とを仮接合する。

（１０）第三の準備工程
図９を参照して第三の準備工程を説明する。第三の準備工程は、第三の本接工程に先だって行われる工程である。本実施形態では、被接合金属部材１の第一側面Ｃ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する（１０−１）再設置工程を具備するものである。

（１０−１）再設置工程
再設置工程では、図９（ａ）に示すように、第一の継手部材配置工程を終えた被接合金属部材１の第一側面Ｃ側を上方に向け、摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。本実施形態では、図８に示す被接合金属部材１を前後軸回りに１／４回転させて、被接合金属部材１の向きを設定する。

（１１）第三の本接合工程
図９を参照して第三の本接合工程を説明する。第三の本接合工程は、各接合端部１１，２１の第一側面Ｃ側における突合部Ｊ１を接合する（１１−１）接合端部接合工程と、各接合端部１１，２１と各第一継手部材４０，４０との第一側面Ｃ側における突合部Ｊ４，Ｊ５とを接合する（１１−２）第一継手部材接合工程と、を具備するものである。
なお、第三の本接合工程における摩擦攪拌接合は、第一及び第二の各本接合工程で行われた摩擦攪拌接合と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。

（１１−１）接合端部接合工程
接合端部接合工程では、図９（ａ）に示すように、裏面Ｂ側の第一継手部材４０に設定された開始位置Ｓ_Ｍ３に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入する。そして、撹拌ピンＧ２を各接合端部１１，２１の継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、表面Ａ側の第一継手部材４０に設定された終了位置Ｅ_Ｍ３まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ１に塑性化領域Ｗ３が形成される。

本実施形態の接合端部接合工程では、突合部Ｊ１を挟むように配置された二体の第一継手部材４０，４０がタブ材の役割を兼ねることになり、別途タブ材を設ける必要がないため、接合作業が簡易化され、作業効率を向上させることができる。

本接合用回転ツールＧが終了位置Ｅ_Ｍ３に達したら、本接合用回転ツールＧを回転させつつ上昇させて撹拌ピンＧ２を終了位置Ｅ_Ｍ３から離脱させる。
終了位置Ｅ_Ｍ３において撹拌ピンＧ２を上方に離脱させると、図９（ｂ）に示すように、撹拌ピンＧ２と略同形の抜き穴Ｑ２が不可避的に形成される。本実施形態では、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で、抜き穴Ｑ２と同形の充填用金属部材Ｒ１を抜き穴Ｑ２に充填して、抜き穴Ｑ２を埋める。

（１１−２）第一継手部材接合工程
第一継手部材接合工程では、図９（ｃ）に示すように、各接合端部１１，２１と各第一継手部材４０，４０との第一側面Ｃ側における突合部Ｊ４，Ｊ５を接合する。本実施形態では、突合部Ｊ４の一方の端部に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入し、突合部Ｊ４の他方の端部まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ４に塑性化領域Ｗ４が形成される。さらに、同様にして、突合部Ｊ５にも塑性化領域Ｗ５を形成する。

このように、各接合端部１１，２１と各第一継手部材４０，４０との突合部Ｊ４，Ｊ５を摩擦攪拌により接合することで、第一金属部材１０と第二金属部材２０との接合部Ｊにおける気密性及び水密性を向上させることができる。

なお、本接合用回転ツールＧを終了位置から上方に離脱させると、撹拌ピンＧ２と略同形の抜き穴が不可避的に形成される。本実施形態では、接合端部接合工程と同様に、抜き穴に充填用金属部材を充填して、抜き穴を埋める。

（１２）第四の準備工程
図１０を参照して第四の準備工程を説明する。第四の準備工程は、第四の本接工程に先だって行われる工程である。本実施形態では、被接合金属部材１の第二側面Ｄ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する（１２−１）再設置工程を具備するものである。

（１２−１）再設置工程
再設置工程では、図１０（ａ）に示すように、第三の本接合工程を終えた被接合金属部材１の第二側面Ｄ側を上方に向け、摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。本実施形態では、第三の本接合工程を終えた被接合金属部材１を前後軸回りに半回転させて、被接合金属部材１の向きを設定する。

（１３）第四の本接合工程
図１０を参照して第四の本接合工程を説明する。第四の本接合工程は、各接合端部１１，２１の第二側面Ｄ側における突合部Ｊ１を接合する（１３−１）接合端部接合工程と、各接合端部１１，２１と各第一継手部材４０，４０との第二側面Ｄ側における突合部Ｊ４，Ｊ５とを接合する（１３−２）第一継手部材接合工程と、を具備するものである。なお、第四の本接合工程は、第三の本接合工程と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。

（１３−１）接合端部接合工程
接合端部接合工程では、図１０（ａ）に示すように、表面Ａ側に配置された第一継手部材４０に設定された開始位置Ｓ_Ｍ４に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入し、この撹拌ピンＧ２を各接合端部１１，２１の継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、終了位置Ｅ_Ｍ４まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ１に塑性化領域Ｗ６が形成される。

本接合用回転ツールＧが終了位置Ｅ_Ｍ４に達したら、本接合用回転ツールＧを終了位置Ｅ_Ｍ４から離脱させ、図１０（ｂ）に示すように、終了位置Ｅ_Ｍ４に形成された抜き穴Ｑ２に充填用金属部材Ｒ１を充填して、抜き穴Ｑ２を埋める。

このように、第一の本接合工程では各接合端部１１，２１の表面Ａ側における突合部Ｊ１を接合し、第二の本接合工程では裏面Ｂ側における突合部Ｊ１を接合し、第三の本接合工程では第一側面Ｃ側における突合部Ｊ１を接合し、第四の本接合工程では第二側面Ｄ側における突合部Ｊ１を接合することで、各接合端部１１，２１の突合部Ｊ１が全周に亘って摩擦攪拌により接合される。

（１３−２）第一継手部材接合工程
第一継手部材接合工程では、図１０（ｃ）に示すように、各接合端部１１，２１と各第一継手部材４０，４０との第二側面Ｄ側における突合部Ｊ４，Ｊ５を接合する。本実施形態では、突合部Ｊ４，Ｊ５の一方の端部に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入し、突合部Ｊ４，Ｊ５の他方の端部まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ４，Ｊ５に塑性化領域Ｗ７，Ｗ８がそれぞれ形成される。また、突合部Ｊ４，Ｊ５の終了位置に形成された抜き穴は、充填用金属部材を充填して埋める。

このようにして、各接合端部１１，２１の表面Ａ側及び裏面Ｂ側に第一継手部材４０，４０がそれぞれ接合されることで、図１１（ａ）に示すように、被接合金属部材１の接合部Ｊでは、第一側面Ｃ側及び第二側面Ｄ側に凹溝３０，３０が形成された状態となる。

（１４）第二の継手部材配置工程
第二の継手部材配置工程は、図１１（ｂ）に示すように、各接合端部１１，２１及び各第一継手部材４０，４０を挟むように、第一側面Ｃ側及び第二側面Ｄ側から二体の第二継手部材５０，５０を各凹溝３０，３０内に挿入する工程である。
第二継手部材５０は、被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成された直方体の部材であり、その厚さ寸法を凹溝３０の深さ寸法と同一にし、前後長さ寸法を凹溝３０の溝幅寸法と同一にし、左右幅寸法を被接合金属部材１の左右幅寸法と同一にしている。

第二の継手部材配置工程では、第二側面Ｄ側に配置された第二継手部材５０の内側面（図１１（ｂ）における下面）と凹溝３０の底面（各接合端部１１，２１及び各第一継手部材４０，４０の側面（図１１（ｂ）における上面））とを密着させる。また、第一側面Ｃ側に配置された第二継手部材５０の内側面（図１１（ｂ）における上面）と凹溝３０の底面（各接合端部１１，２１及び各第一継手部材４０，４０の側面（図１１（ｂ）における下面））とを密着させる。さらに、各第二継手部材５０，５０の前後両端面と各凹溝３０，３０の両側面とをそれぞれ密着させる。なお、第二継手部材５０の各面と凹溝３０の各面との間には若干の隙間を空けてもよい。
また、各第二継手部材５０，５０の一方の側面（図１１（ｂ）における右側面）と被接合金属部材１の表面Ａとをそれぞれ面一にし、さらに、各第二継手部材５０，５０の他方の側面（図１１（ｂ）における左側面）と被接合金属部材１の裏面Ｂとをそれぞれ面一にする。

ここで、図１０（ｂ）に示すように、第一継手部材４０の側面に形成された抜き穴Ｑ２は、充填用金属部材Ｒ１によって埋められており、第一継手部材４０と第二継手部材５０との突合部Ｊ６，Ｊ７の内部に、抜き穴Ｑ２による空洞部が形成されないため、第一金属部材１０と第二金属部材２０との接合部Ｊにおける気密性及び水密性が向上している。

（１５）第五の準備工程
図１２（ａ）を参照して第五の準備工程を説明する。第五の準備工程は、第五の本接工程において第一側面Ｃ側及び第二側面Ｄ側の摩擦撹拌接合を行うときに、摩擦撹拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第三タブ材４及び第四タブ材５）を準備する工程である。第五の準備工程は、被接合金属部材１の接合部Ｊの両側に第三タブ材４と第四タブ材５を配置する（１５−１）タブ材配置工程と、第三タブ材４と第四タブ材５を溶接により被接合金属部材１に仮接合する（１５−２）溶接工程と、を具備するものである。

（１５−１）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図１２（ａ）に示すように、第二の継手部材配置工程を終えた被接合金属部材１の接合部Ｊを挟むように、接合部Ｊの表面Ａ側に第三タブ材４を配置し、接合部Ｊの裏面Ｂ側に第四タブ材５を配置する。第三タブ材４及び第四タブ材５は被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成された直方体の部材であり、その厚さ寸法を被接合金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。

（１５−２）溶接工程
溶接工程では、図１２（ａ）に示すように、被接合金属部材１と第三タブ材４及び第四タブ材とにより形成された各入隅部を溶接して仮接合する。このとき、第三タブ材４及び第四タブ材５の側面（図１２（ａ）における上面）と、第二継手部材５０の側面（図１２（ａ）における上面）とを面一にする。

（１６）第五の本接合工程
図１２（ａ）を参照して第五の本接合工程を説明する。第五の本接合工程は、被接合金属部材１と第二継手部材５０との第二側面Ｄ側における突合部Ｊ８，Ｊ９を接合する（１６−１）第一の継手部材接合工程と、被接合金属部材１の第一側面Ｃ側を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する（１６−２）再設置工程と、被接合金属部材１と第二継手部材５０との第一側面Ｃ（図１１（ｂ）参照）側における突合部を接合する（１６−３）第二の継手部材接合工程と、を具備するものである。なお、第五の本接合工程で実施される摩擦攪拌接合は、第一から第四の各本接合工程で実施された摩擦攪拌接合と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。

（１６−１）第一の継手部材接合工程
第一の接合工程では、図１２（ａ）に示すように、表面Ａ側の第三タブ材４に設定された開始位置Ｓ_Ｍ５に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入し、この本接合用回転ツールＧを、第一金属部材１０と第二継手部材５０との継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、裏面Ｂ側の第四タブ材５に設定された終了位置Ｅ_Ｍ５まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ８に塑性化領域Ｗ９が形成される。さらに、同様にして、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を、第二金属部材２０と第二継手部材５０との継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、開始位置Ｓ_Ｍ６から終了位置Ｅ_Ｍ６まで移動させることで、突合部Ｊ９に塑性化領域Ｗ１０が形成される。

（１６−２）再設置工程
再設置工程は、第一の接合工程を終えた被接合金属部材１を前後軸回りに半回転させ、第一側面Ｃ側（図１１（ｂ）参照）を上方に向けた状態で摩擦撹拌装置の架台に再度設置する工程である。

（１６−３）第二の継手部材接合工程
第二の継手部材接合工程は、被接合金属部材１と第二継手部材５０との第一側面Ｃ側（図１１参照）における突合部を接合する工程であり、前記した第一の継手部材接合工程と略同等であるため、その説明は省略する。

（１７）第二のタブ材切除工程
第二のタブ材切除工程では、図１２（ａ）に示す被接合金属部材１から第三タブ材４及び第四タブ材５を切除する工程であり、被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台から一旦外し、図示しない切削器具を用いて第三タブ材４及び第四タブ材５を切除する。

（１８）第六の準備工程
図１２（ｂ）を参照して第六の準備工程を説明する。第六の準備工程は、第六の本接工程において表面Ａ側及び裏面Ｂ側（図１１（ｂ）参照）の摩擦撹拌接合を行うときに、摩擦撹拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第五タブ材６及び第六タブ材７）を準備する工程である。第六の準備工程は、被接合金属部材１の接合部Ｊの両側に第五タブ材６と第六タブ材７を配置する（１８−１）タブ材配置工程と、第五タブ材６と第六タブ材７を溶接により被接合金属部材１に仮接合する（１８−２）溶接工程と、を具備するものである。

（１８−１）タブ材配置工程
タブ材配置工程では、図１２（ｂ）に示すように、第五の本接合工程を終えた被接合金属部材１の接合部Ｊを挟むように、接合部Ｊの第一側面Ｃ側に第五タブ材６を配置し、接合部Ｊの第二側面Ｄ側に第六タブ材７を配置する。第五タブ材６及び第六タブ材７は被接合金属部材１と同一組成の金属材料で形成された直方体の部材であり、その厚さ寸法を被接合金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。

（１８−２）溶接工程
溶接工程では、図１２（ｂ）に示すように、被接合金属部材１と第五タブ材６及び第六タブ材とにより形成された各入隅部を溶接して仮接合する。このとき、第五タブ材６及び第六タブ材７の表面及び裏面と、被接合金属部材１の表面Ａ及び裏面Ｂとをそれぞれ面一にする。

（１９）第六の本接合工程
図１２（ｂ）を参照して第六の本接合工程を説明する。第六の本接合工程は、被接合金属部材１と第一継手部材４０及び第二継手部材５０との表面Ａ側における突合部Ｊ１０，Ｊ１１を接合する（１９−１）第一の継手部材接合工程と、第一継手部材４０と第二継手部材５０との表面Ａにおける突合部Ｊ６，Ｊ７を接合する（１９−２）第二の継手部材接合工程と、被接合金属部材１の裏面Ｂ側（図１１（ｂ）参照）を上方に向けて、図示しない摩擦撹拌装置に再度設置する（１９−３）再設置工程と、被接合金属部材１と第一継手部材４０及び第二継手部材５０との裏面Ｂ側における突合部を接合する（１９−４）第三の継手部材接合工程と、第一継手部材４０と第二継手部材５０との裏面Ｂ側における突合部を接合する（１９−５）第四の継手部材接合工程と、を具備するものである。なお、第六の本接合工程で実施される摩擦攪拌接合は、第一から第五の各本接合工程で実施された摩擦攪拌接合と略同等であるため、その詳細な説明は省略する。

（１９−１）第一の継手部材接合工程
第一の継手部材接合工程では、図１２（ｂ）に示すように、第一側面Ｃ側の第五タブ材６に設定された開始位置Ｓ_Ｍ７に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入する。そして、本接合用回転ツールＧを、第一金属部材１０と第一継手部材４０及び各第二継手部材５０，５０との継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って、第二側面Ｄ側の第六タブ材７に設定された終了位置Ｅ_Ｍ７まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ１０に塑性化領域Ｗ１１が形成される。さらに、同様にして、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を開始位置Ｓ_Ｍ８から終了位置Ｅ_Ｍ８まで移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ１１に塑性化領域Ｗ１２を形成する。

（１９−２）第二の継手部材接合工程
第二の継手部材接合工程は、図１２（ｂ）に示すように、第一金属部材１０に設定された開始位置Ｓ_Ｍ９に本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２（図３（ｂ）参照）を挿入し、この本接合用回転ツールＧを、第一継手部材４０と第二継手部材５０との継ぎ目上に設定された摩擦撹拌のルートに沿って移動させて摩擦攪拌を行うことで、突合部Ｊ６に塑性化領域Ｗ１３が形成される。なお、本接合用回転ツールＧが突合部Ｊ６を通過した後は、本接合用回転ツールＧを第二側面Ｄ側に向けて移動させ、第六タブ材７に設定された終了位置Ｅ_Ｍ９まで移動させる。さらに、同様にして、本接合用回転ツールＧの撹拌ピンＧ２を開始位置Ｓ_Ｍ１０から終了位置Ｅ_Ｍ１０まで連続して移動させることで、突合部Ｊ７に塑性化領域Ｗ１４を形成する。

（１９−３）再設置工程
再設置工程では、第二の継手部材接合工程を終えた被接合金属部材１を前後軸回りに半回転させ、裏面Ｂ側（図１１（ｂ）参照）を上方に向けた状態で摩擦撹拌装置の架台に再度設置する。

（１９−４）第三の継手部材接合工程
第三の継手部材接合工程は、被接合金属部材１と第一継手部材４０及び第二継手部材５０との裏面Ｂ側（図１１（ｂ）参照）における突合部を接合する工程であり、前記した第一の継手部材接合工程と略同等であるため、その説明は省略する。

（１９−５）第四の継手部材接合工程
第四の継手部材接合工程は、第一継手部材４０と第二継手部材５０との裏面Ｂ側（図１１（ｂ）参照）における突合部を接合する工程であり、前記した第二の継手部材接合工程と略同等であるため、その説明は省略する。

なお、本実施形態では第五の本接合工程と第六の本接合工程を二つの工程を分けているが、タブ材を用いずに摩擦撹拌接合を行う場合には、第五の本接合工程の接合作業と第六の本接合工程の接合作業とを連続して行うことができ、第五の本接合工程の接合作業と第六の本接合工程とを一つの工程としてもよい。

（２０）第三のタブ材切除工程
第三のタブ材切除工程は、図１２（ｂ）に示す被接合金属部材１から第五タブ材６及び第六タブ材７を切除する工程である。第三のタブ材切除工程では、第六の本接合工程を終えた被接合金属部材１を摩擦撹拌装置の架台から一旦外し、図示しない切削器具を用いて第五タブ材６及び第六タブ材７を切除する。これにより、図１３に示すように、第一金属部材１０と第二金属部材２０とが接合部Ｊで接合された被接合金属部材１が形成される。

以上説明した本実施形態の接合方法によれば、図１３に示すように、第一金属部材１０の接合端部１１と第二金属部材２０の接合端部２１との突合部Ｊ１が摩擦攪拌により接合された後に、各接合端部１１，２１の周囲に配置された第一継手部材４０，４０及び第二継手部材５０，５０が被接合金属部材１に摩擦攪拌により接合されており、被接合金属部材１の断面中心位置から肉厚方向において二重に摩擦攪拌が行われているため、第一金属部材１０と第二金属部材２０との接合部Ｊにおける気密性及び水密性を向上させることができる。

なお、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。例えば、本実施形態の摩擦撹拌装置は、被接合金属部材の上方から摩擦撹拌を行うものであったが、これに限定されるものではなく、被接合金属部材の周囲を本接合用回転ツールが移動しながら摩擦撹拌を行ってもよい。また、第一金属部材１０及び第二金属部材２０は中空の部材であってもよい。

本実施形態の第一の準備工程を示した図で、（ａ）は突合工程の斜視図、（ｂ）はタブ材配置工程の斜視図である。 本実施形態の回転ツールを示した図で、（ａ）は仮接合用回転ツールの側面図、（ｂ）は本接合用回転ツールの側面図である。 本実施形態の仮接合用回転ツールの使用状態を示した図で、（ａ）は仮接合用回転ツールを第二タブ材に当接させたときの側面図、（ｂ）は仮接合用回転ツールを第二タブ材に押し込んだときの側面図である。 本実施形態の第一の予備工程における第二タブ材接合工程、仮接合工程及び第一タブ材接合工程を示した平面図である。 本実施形態の第一の本接合工程を図４のI−I矢視方向で示した断面図で、（ａ）は開始位置、（ｂ）は中間部分、（ｃ）は終了位置の摩擦撹拌接合を示した図である。 本実施形態の第二の本接合工程を示した断面図で、（ａ）は開始位置、（ｂ）は中間部分の摩擦撹拌接合を示した図である。 本実施形態の第一のタブ材切除工程を示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。 本実施形態の第一の継手部材配置工程を示した斜視図である。 本実施形態の第三の本接合工程を示した図で、（ａ）は接合端部接合工程の平面図、（ｂ）は（ａ）のII−II矢視方向の断面図、（ｃ）は第一継手部材接合工程の平面図である。 本実施形態の第四の本接合工程を示した図で、（ａ）は接合端部接合工程の平面図、（ｂ）は（ａ）のIII−III矢視方向の断面図、（ｃ）は第一継手部材接合工程の平面図である。 本実施形態の第二の継手部材配置工程を示した図で、（ａ）は第二継手部材を配置する前の斜視図、（ｂ）は第二継手部材を配置した後の斜視図である。 本実施形態の第五及び第六の本接合工程を示した図で、（ａ）は第五の本接合工程の平面図、（ｂ）は第六の本接合工程の平面図である。 本実施形態の接合方法によって接合された被接合金属部材を示した斜視図である。 従来の接合方法を示した図で、（ａ）は接続板を配置する前の断面図、（ｂ）は接続板を配置した後の断面図である。

符号の説明

１ 被接合金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
４ 第三タブ材
５ 第四タブ材
６ 第五タブ材
７ 第六タブ材
１０ 第一金属部材
１１ 接合端部
２０ 第二金属部材
２１ 接合端部
３０ 凹溝
４０ 第一継手部材
５０ 第二継手部材
Ａ 表面
Ｂ 裏面
Ｃ 第一側面
Ｄ 第二側面
Ｆ 仮接合用回転ツール
Ｆ２ 撹拌ピン
Ｇ 本接合用回転ツール
Ｇ２ 撹拌ピン
Ｊ 接合部
Ｊ１〜Ｊ１１ 突合部
Ｒ１ 充填用金属部材
Ｗ１〜Ｗ１４ 塑性化領域

Claims (5)

1. 第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせてなる被接合金属部材に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う接合方法であって、
   前記第一金属部材及び前記第二金属部材には、それぞれ前記被接合金属部材の表面及び裏面よりも内方にオフセットされた接合端部が形成されており、
   前記第一金属部材の接合端部と前記第二金属部材の接合端部との突合部に対して、前記被接合金属部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、
   前記第一金属部材の接合端部と前記第二金属部材の接合端部との突合部に対して、前記被接合金属部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二の本接合工程と、
   前記各接合端部の両側の縁部をそれぞれ切除することで、前記被接合金属部材の全周に亘って凹溝を形成する切除工程と、
   前記被接合金属部材の表面側及び裏面側から前記各接合端部を挟むように、二体の第一継手部材を前記凹溝内に挿入する第一の継手部材配置工程と、
   前記第一金属部材の接合端部と前記第二金属部材の接合端部との突合部に対して、前記被接合金属部材の一方の側面側から摩擦攪拌を行う第三の本接合工程と、
   前記第一金属部材の接合端部と前記第二金属部材の接合端部との突合部に対して、前記被接合金属部材の他方の側面側から摩擦攪拌を行う第四の本接合工程と、
   前記被接合金属部材の両側面側から前記各接合端部及び前記各第一継手部材を挟むように、二体の第二継手部材を前記凹溝内に挿入する第二の継手部材配置工程と、
   前記被接合金属部材と前記第一継手部材及び前記第二継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行うとともに、前記第一継手部材と前記第二継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う第五の本接合工程と、を含んでいることを特徴とする接合方法。
2. 前記第三の本接合工程及び前記第四の本接合工程において、
   一方の前記第一継手部材に摩擦攪拌の開始位置を設定し、他方の前記第一継手部材に摩擦攪拌の終了位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第三の本接合工程及び前記第四の本接合工程において、
   前記第一金属部材の接合端部と前記第二金属部材の接合端部との突合部に対して摩擦攪拌を行うとともに、前記各接合端部と前記第一継手部材との突合部に対して摩擦攪拌を行う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。
4. 前記第三の本接合工程及び前記第四の本接合工程において、
   前記回転ツールを前記接合端部又は前記第一継手部材から離脱させたときに形成された抜き穴に対して、充填用金属部材を充填することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合方法。
5. 前記第一から第五の各本接合工程のうち少なくとも一の本接合工程を行う前に、
   前記突合部を仮接合する仮接合工程を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。

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