JP2018020347A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減する摩擦攪拌接合方法を提供する。【解決手段】攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを用いて第一金属部材１０と第二金属部材２０とを接合する摩擦攪拌接合方法である。表面の高さが変化する第一金属部材１０および第二金属部材２０を突き合わせて、第一金属部材１０の端面１０ａと第二金属部材２０の表面とで形成される内隅Ｃ１を形成しつつ、高さが変化する突合せ部Ｊ１を形成する突合せ工程と、内隅Ｃ１に回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを挿入して、内隅Ｃ１に沿って摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴としている。【選択図】図４

Description

本発明は、摩擦攪拌接合方法に関する。

特許文献１には、金属部材同士が突き合わされた突合せ部に対して、小型の回転ツールで仮接合工程を行った後、大型の回転ツールで本接合工程を行う摩擦攪拌接合方法が記載されている。仮接合工程を行うことにより、本接合工程の際に、突合せ部の目開きを防ぐことができる。

特開２０１０−２７４３２０号公報

前記した摩擦攪拌接合方法の仮接合工程は、小型の回転ツールのショルダ部を数ミリ程度金属部材に押し込んで接合するというものである。この接合方法であると、ショルダ部を金属部材に押し込むため摩擦攪拌装置に作用する負荷が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減する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。

前記課題を解決するための第一の発明は、攪拌ピンを備えた本接合用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摩擦攪拌接合方法である。そして、表面の高さが変化する前記第一金属部材および前記第二金属部材を突き合わせて、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の表面とで形成される内隅を形成しつつ、高さが変化する突合せ部を形成する突合せ工程と、前記内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記内隅に沿って摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴としている。

前記課題を解決するための第二の発明は、攪拌ピンを備えた本接合用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摩擦攪拌接合方法である。そして、表面の高さが変化する前記第一金属部材の表面と、裏面の高さが変化する前記第二金属部材の裏面とを重ね合わせて、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される表内隅を形成しつつ、高さが変化する重合部を形成する重ね合せ工程と、前記表内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記表内隅に沿って摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴としている。
また、第二の発明の前記本接合工程において、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される裏内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記裏内隅に沿って摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

かかる摩擦攪拌接合方法によれば、内隅を接合する場合において、本接合用回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。

第一の発明の前記本接合工程の前に、前記内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
第二の発明の前記本接合工程の前に、前記表内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
第二の発明の前記本接合工程の前に、前記裏内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、攪拌ピンのみを金属部材に接触させた状態で突合せ部のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。また、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。

第一の発明の前記本接合工程の前に、前記内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
第二の発明の前記本接合工程の前に、前記表内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
第二の発明の前記本接合工程の前に、前記裏内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことが好ましい。
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、仮接合工程において、溶接で突合せ部のスポット仮付けを行うため、仮付けを摩擦攪拌にて行う場合より、摩擦攪拌装置に作用する負担を軽減できる。また、従来のように突合せ部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。

また、第一の発明および第二の発明の摩擦攪拌接合方法において、前記仮接合用回転ツールおよび前記本接合用回転ツールは同一の回転ツールであることが好ましい。かかる摩擦攪拌接合方法によれば、回転ツールの交換を行う必要が無いため作業効率を高めることができる。

本発明に係る摩擦攪拌接合方法によれば、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。

第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程前を示す斜視図である。 第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程後を示す斜視図である。 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。 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る。 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断面図である。 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断面図である。 第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程の変形例を示す断面図である。 第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の仮接合工程の変形例を示す斜視図である。 第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の突合せ工程前を示す斜視図である。 第二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。 第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程を示した図で、表内隅を本接合する工程の斜視図である。 第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の本接合工程を示した図で、裏内隅を本接合する工程の斜視図である。 第二実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の仮接合工程の変形例を示す斜視図である。

［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１〜図８を参照して詳細に説明する。第一実施形態では、厚さの異なる二つの金属板（第一金属部材と第二金属部材）を接合する。第一金属部材と第二金属部材とは、とともに表面に凸部を有しており、表面の高さが変化している。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、突合せ工程と、仮接合工程と、本接合工程と、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。

突合せ工程は、図１に示すように、厚さの異なる第一金属部材１０と第二金属部材２０とを突き合わせる工程である。第一金属部材１０および第二金属部材２０は、アルミニウム合金製の板状部材からなる。第一金属部材１０および第二金属部材２０の材料は、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１０は、直方体を呈する本体部１１と、本体部１１の上に形成され断面台形状を呈する凸部１２とで構成されている。凸部１２は、本体部１１の中間に配置されている。凸部１２の上部表面１２ａは、本体部１１の表面１１ａ，１１ｂよりも上方に位置している。凸部１２の第一傾斜表面１２ｂは、台形の斜辺部に相当する部分であって本体部１１の表面１１ａと凸部１２の上部表面１２ａとを連結している。また、凸部１２の第二表面１２ｃは、台形の斜辺部に相当する部分であって本体部１１の表面１１ｂと凸部１２の上部表面１２ａとを連結している。

第二金属部材２０は、直方体を呈する本体部２１と、本体部２１の上に形成され断面台形状を呈する凸部２２とで構成されている。凸部２２は、本体部２１の中間に配置されている。第二金属部材２０の本体部２１の厚さは、第一金属部材１０の本体部１１の厚さより薄い。凸部２２の形状は、凸部１２と同等である。凸部２２の上部表面２２ａは、本体部２１の表面２１ａ，２１ｂよりも上方に位置している。凸部２２の第一傾斜表面２２ｂは、台形の斜辺部に相当する部分であって本体部２１の表面２１ａと凸部２２の上部表面２２ａとを連結している。また、凸部２２の第二表面２２ｃは、台形の斜辺部に相当する部分であって本体部２１の表面２１ｂと凸部２２の上部表面２２ａとを連結している。

突合せ工程では、図２に示すように、第一金属部材１０の端面１０ａと第二金属部材２０の端面２０ａとを突き合わせる。このとき、第一金属部材１０の裏面（下面）１０ｃと第二金属部材２０の裏面（下面）２０ｃとを面一とするので、第一金属部材１０の本体部１１の各表面（上面）１１ａ，１１ｂが、第二金属部材２０の本体部２１の各表面（上面）２１ａ，２１ｂより上方に位置している。また、第一金属部材１０の凸部１２の各表面（上面）１２ａ，１２ｂ，１２ｃが、対応する第二金属部材２０の凸部２２の各表面（上面）２２ａ，２２ｂ，２２ｃよりそれぞれ上方に位置している。また、第一金属部材１０の側面１０ｄと第二金属部材２０の側面２０ｄとを面一とする。

突合せ工程によって端面１０ａ，２０ａが面接触して突合せ部Ｊ１が形成される。突合せ部Ｊ１はその高さ位置が変化するように形成される。突合せ部Ｊ１の端部（第二金属部材２０の厚さ方向上端部）には、第一金属部材１０の端面１０ａと第二金属部材２０の各表面２１ａ，２２ｂ，２２ａ，２２ｃ，２１ｂとによって内隅Ｃ１が形成される。
内隅Ｃ１は、摩擦攪拌の始点（挿入位置）の高さ（標高）を基準高さとすると、始点から終点に至るまでに基準高さと高さの異なる区間が存在している。本実施形態では、内隅Ｃ１は、第一平部Ｃａと、第一傾斜部Ｃｂと、第二平部Ｃｃと、第二傾斜部Ｃｄと、第三平部Ｃｅとで構成されている。挿入位置は、第一平部Ｃａにある。

また、突合せ工程では、タブ材Ｔ，Ｔを内隅Ｃ１の延在方向の両端に配置する。タブ材Ｔの表面Ｔａは、第二金属部材２の表面２１ａ，２１ｂと面一にする。また、タブ材Ｔの裏面Ｔｂは、第一金属部材１の裏面１０ｃおよび第二金属部材２の裏面２０ｃと面一にする。

仮接合工程は、図３に示すように、回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）を用いて内隅Ｃ１に対して仮接合を行う工程である。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。回転ツールＦは、連結部Ｆ１と攪拌ピンＦ２とを備えている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈する。

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から延在しており、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。第一実施形態では、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。

なお、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１０および第二金属部材２０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

仮接合工程では、回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを突合せ部Ｊ１の端部の内隅Ｃ１に接触させてスポット仮付けを行う。仮接合工程では、所定の間隔をあけて攪拌ピンＦ２のみを突合せ部Ｊ１に浅く押し込んでいく。このとき、攪拌ピンＦ２が第一金属部材１０の端面１０ａの上部に干渉しないように、回転ツールＦを傾斜させる。回転ツールＦは、連結部Ｆ１が第二金属部材２０側になるように傾斜させる。攪拌ピンＦ２の押し込み跡には、溶接痕Ｗ０が形成される。
回転ツールＦは、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を備えたアームロボット（図示せず）に取り付けられることが好ましい。これにより、回転ツールＦの回転中心軸を容易に傾けることができるため、容易に内隅Ｃ１のスポット仮付けを行うことができる。
また、仮接合工程では、第一金属部材１０とタブ材Ｔとの突合せ部、および第二金属部材２０とタブ材Ｔとの突合せ部に対してもスポット仮付けを行い、タブ材Ｔと第一金属部材１０および第二金属部材２０とを仮接合する。

本接合工程は、図４に示すように、回転ツールＦ（本接合用回転ツール）を用いて突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ1に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。本接合工程では、一方のタブ材Ｔに設定した開始位置Ｓｐに右回転させた回転ツールＦを挿入した後、突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ１に沿って回転ツールＦを相対移動させる。本接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１０および第二金属部材２０に接触させ、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。
タブ材Ｔ上では、回転ツールＦの回転中心軸がタブ材Ｔの表面Ｔａに直交した状態で回転ツールＦを移動させる。回転ツールＦが内隅Ｃ１の近傍まで移動すると、回転ツールＦを第二金属部材２０側（表面が低い金属部材側）に傾斜させる。回転ツールＦの回転中心軸の傾斜角度は、第一金属部材１０の表面１０ｂと第二金属部材２０の表面２０ｂとの段差の高さ寸法に応じて適宜設定される。図５に示すように、本実施形態では、回転ツールＦの回転中心軸が、第二金属部材２０の表面２ｂに対して６０°程度傾斜しており、攪拌ピンＦ２の先端部が、第一金属部材１０と第二金属部材２０との突合せ面（第一金属部材１０の端面１０ａと第二金属部材２０の端面２０ａとの当接面）から離れすぎないようになっている。
回転ツールＦが内隅Ｃ１から離反して他方のタブ材Ｔ上に移動すると、回転ツールＦの回転中心軸をタブ材Ｔの表面Ｔａに直交する状態に戻す。回転ツールＦが他方のタブ材Ｔに設定した終了位置に達したら、タブ材Ｔから回転ツールＦを離脱させる。以上の工程によって、回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。

第一実施形態に係る本接合工程では、図６に示すように、突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ１に対する攪拌ピンＦ２の挿入深さをほぼ一定に保ちつつ、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１０および第二金属部材２０に接触させた状態で摩擦攪拌を行う。第一実施形態に係る本接合工程では、第一金属部材１０と第二金属部材２０とを固定された架台（図示省略）に対して回転ツールＦを上下動させることにより摩擦攪拌を行う。

これにより、第一平部Ｃａの塑性化領域Ｗ１の深さＺａ、第一傾斜部Ｃｂの塑性化領域Ｗ１の深さＺｂ（第一傾斜表面２２ｂと直交する線上における塑性化領域Ｗ１の深さ）および第二平部Ｃｃの塑性化領域Ｗ１の深さＺｃをほぼ同等にすることができる。攪拌ピンＦ２の「挿入深さ」とは、回転ツールＦの回転中心軸上における第二金属部材２０の表面から攪拌ピンＦ２の先端までの距離を意味する。

なお、第一実施形態に係る本接合工程では、架台（図示省略）に対して回転ツールＦを上下動させたが、回転ツールＦの高さ位置を固定して、架台を上下動させることにより摩擦攪拌を行ってもよい。

以上説明した第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法によれば、図３に示すように、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１０と第二金属部材２０に接触させた状態で突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ１のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。
また、従来のように突合せ部Ｊ１の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。本実施形態に係る仮接合工程は、突合せ部Ｊ１の全長が長い場合等においては特に有効である。
さらに、図６に示すように、本接合工程においても攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１０と第二金属部材２０に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減した状態で、突合せ部Ｊ１の深い位置を接合することができる。

また、第一実施形態では、図５に示すように、回転ツールＦの頭部を段差の下側となる第二金属部材２０側に傾斜させているので、塑性化領域Ｗ１を攪拌ピンＦ２の周囲にバランスよく形成することができる。また、回転ツールＦの回転中心軸の傾斜角度を段差の高さ寸法に応じて設定している。つまり、攪拌ピンＦ２の先端部が、第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ面から離れすぎないように傾斜角度を設定している。これによって、突合せ面の広い範囲に亘って塑性化領域Ｗ１が形成されるので、接合強度を高めることができる。

また、第一実施形態では、仮接合工程を行う回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）と、本接合工程を行う回転ツールＦ（本接合用回転ツール）は同一の回転ツールを用いている。これにより、各工程で回転ツールの交換を行う必要が無いため作業効率を高めることができる。

また、本接合工程では、図６に示すように、高さが変化する突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ１に対する攪拌ピンＦ２の挿入深さをほぼ一定に保ちつつ摩擦攪拌を行っているため、接合部の接合強度をほぼ一定に保つことができる。

以上本発明の第一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、仮接合用回転ツール又は本接合用回転ツールに、ショルダ部および攪拌ピンを備えた回転ツールを用いてもよい。また、仮接合工程と、本接合工程とで異なる回転ツールを用いてもよい。
また、本接合工程は、第一金属部材１０の表面および第二金属部材２０の表面側からのみ行ったが、裏面側からも行ってもよい。このとき、表面に形成された塑性化領域Ｗ１と裏面側に形成された塑性化領域（図示せず）とが重複するようにすれば突合せ部Ｊ１の接合強度を高めることができる。

図７は、第一実施形態に係る摩擦攪拌接合方法の変形例の本接合工程を示す断面図である。図７に示すように、変形例では、本接合工程を行う際に、回転ツールＦの回転軸を内隅線（内隅Ｃ１に沿って延在する線）に対して垂直に挿入しつつ摩擦攪拌を行う。変形例の本接合工程では、第一平部Ｃａ、第二平部Ｃｃおよび第三平部Ｃｅにおいては、第一実施形態と同様に、回転ツールＦを第二金属部材２０側（表面が低い金属部材側）に傾斜させる。つまり、回転ツールＦを第二金属部材２０側から見た側面視（図７の状態）で、回転ツールＦを第二金属部材２０の表面２１ａに対して直立させる。

一方、第一傾斜部Ｃｂ及び第二傾斜部Ｃｄにおいては、回転ツールＦを第二金属部材２０側（表面が低い金属部材側）に傾斜させるとともに、回転ツールＦを第二金属部２０側から見た側面視でも傾斜させる。具体的には、回転ツールＦを第二金属部材２０側から見た側面視で、回転ツールＦを第二金属部材２０の凸部２２の各表面２２ｂ，２２ｃの傾斜面と第一金属部材１０の端面とで構成される各内隅線に対してそれぞれ直立させる。以上の状態で、摩擦攪拌を行う。

変形例を行う場合は、例えば、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を備えたロボットアームに回転ツールＦを取り付けて摩擦攪拌を行うことが好ましい。このような摩擦攪拌装置によれば、鉛直軸に対する回転ツールＦの回転中心軸の角度を容易に変更することができる。これにより、突合せ部Ｊ１の高さが変化する場合においても、摩擦攪拌中に鉛直軸に対する回転ツールＦの回転中心軸の角度を変更することで、各内隅線に対して回転ツールＦを常に垂直にした状態で連続して摩擦攪拌を行うことができる。

前記した変形例であっても、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、回転ツールＦを各内隅線に対して垂直に挿入することができるため、傾斜面であっても突合せ部Ｊ１の内隅Ｃ１の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。
なお、接合面が曲面である場合は、第二金属部材２０側から見て、各内隅線に対する垂直面（各内隅線の接線に対する法線）と回転ツールＦの回転中心軸とを重ね合わせつつ摩擦攪拌を行えばよい。

また、第一実施形態の仮接合工程では、図３に示すように、回転ツールＦを用いて内隅Ｃ１に対して仮接合を行っているが、図８に示すように、内隅Ｃ１に対して溶接で仮接合を行ってもよい。このとき、溶接の種類は特に制限されないが、例えば、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で行うことができる。そして、溶接トーチＨを内隅Ｃ１に近接させつつ、所定の間隔をあけてスポット仮付けを行う。このようにして、スポット仮付けを行った部分には、溶接痕Ｗ０が形成される。

また、第一実施形態では、図２に示すように、厚さの異なる第一金属部材１０と第二金属部材２０とを突き合わせて内隅Ｃ１を形成したが、厚さが等しい第一金属部材の端部と第二金属部材の端部とをオフセットして突き合わせることで、内隅を形成してもよい。

［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、図９〜図１３を参照して詳細に説明する。第二実施形態では、重ね合わされた二つの金属板（第一金属部材と第二金属部材）を接合する。本実施形態に係る摩擦攪拌接合方法では、重ね合せ工程と、仮接合工程と、本接合工程と、を行う。

重ね合せ工程は、図１０に示すように、第一金属部材１１０と第二金属部材１２０とを重ね合わせる工程である。第一金属部材１１０および第二金属部材１２０は、アルミニウム合金製の板状部材からなる。第一金属部材１１０および第二金属部材１２０の材料は、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の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。
第二実施形態では、第一金属部材１１０の厚さ寸法は、第二金属部材１２０の厚さ寸法と同じである。なお、第一金属部材１１０の厚さ寸法と第二金属部材１２０の厚さ寸法は異なっていてもよい。

第一金属部材１１０の表面１１０ｂの中間部１１１は、図９に示すように、凸状に高さが変化しているとともに、第一金属部材１１０の裏面１１０ｃの中間部１１１は、凹状に高さが変化している。第一金属部材１１０の中間部１１１は正面視で台形状に形成されている。
第二金属部材１２０の表面１２０ｂの中間部１２１は、凸状に高さが変化しているとともに、第二金属部材１２０の裏面１２０ｃの中間部１２１は、凹状に高さが変化している。第二金属部材１２０の中間部１２１は正面視で台形状に形成されている。
第一金属部材１１０の中間部１１１と、第二金属部材１２０の中間部１２１とは、同じ形状である。

重ね合せ工程では、図１０に示すように、第一金属部材１１０の表面１１０ｂと、第二金属部材１２０の裏面１２０ｃとを重ね合わせて重合部Ｋ１を形成する。
重合部Ｋ１には、第一金属部材１１０の表面１１０ｂと第二金属部材１２０の端面１２０ａとによって表内隅Ｃ１０が形成されている。表内隅Ｃ１０は、第一金属部材１１０の表面１１０ｂに交差する第二金属部材１２０の端面１２０ａの下端縁に沿って延在している。
また、重合部Ｋ１には、第一金属部材１１０の端面１１０ａと第二金属部材１２０の裏面１２０ｃとによって裏内隅Ｃ２０が形成されている。裏内隅Ｃ２０は、第二金属部材１２０の裏面１２０ｃに交差する第一金属部材１１０の端面１１０ａの上端縁に沿って延在している。重合部Ｋ１は、表面側および裏面側において、その高さ位置が変化するように形成される。

仮接合工程は、回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）を用いて表内隅Ｃ１０に対して仮接合を行う工程である。回転ツールＦは、第一実施形態と同様のものであって、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を備えたアームロボット（図示せず）に取り付けられている。

仮接合工程では、回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを表内隅Ｃ１０に接触させてスポット仮付けを行う。仮接合工程では、所定の間隔をあけて攪拌ピンＦ２のみを重合部Ｋ１に浅く押し込んでいく。このとき、連結部Ｆ１が第一金属部材１１０側になるように回転ツールＦを傾斜させる。攪拌ピンＦ２の押し込み跡には、溶接痕Ｗ０が形成される。

本接合工程は、図１１および図１２に示すように、回転ツールＦ（本接合用回転ツール）を用いて、重合部Ｋ１の表内隅Ｃ１０および裏内隅Ｃ２０に対して本接合を行う工程である。
第二実施形態では、図１１に示すように、最初に表内隅Ｃ１０の本接合を行う。表内隅Ｃ１０の一方の端部に、回転させた回転ツールＦを挿入し、その回転ツールＦを表内隅Ｃ１０に沿って相対移動させる。本接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１１０および第二金属部材１２０に接触させ、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。このとき、回転ツールＦを第一金属部材１１０側（下側の金属部材側）に傾斜させることで、攪拌ピンＦ２の先端部が、第一金属部材１１０と第二金属部材１２０との重合面（第一金属部材１１０の表面１１０ｂと第二金属部材１２０の裏面１２０ｃとの当接面）から離れすぎないようにする。このようにして、表内隅Ｃ１０の一方の端部から他方の端部に回転ツールＦを移動させると、回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。

その後、図１２に示すように、第一金属部材１１０および第二金属部材１２０を上下反転させて、裏内隅Ｃ２０に対して本接合を行う。ここでは、裏内隅Ｃ２０の一方の端部に、回転させた回転ツールＦを挿入し、回転ツールＦを第二金属部材１２０側（下側の金属部材側）に傾斜させた状態で、裏内隅Ｃ２０の一方の端部から他方の端部に回転ツールＦを移動させる。途中の回転ツールＦの傾斜角度や挿入深さは、表内隅Ｃ１０の本接合と同等である。そして、回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ２が形成される。
なお、重合部Ｋ１の重ね代を短くしつつ、表内隅Ｃ１０（図１１参照）に形成された塑性化領域Ｗ１の底部と、裏内隅Ｃ２０に形成された塑性化領域Ｗ２の底部とを重複させてもよい。これにより、接合強度をより一層高めることができる。

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、図１０に示すように、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１１０および第二金属部材１２０に接触させた状態で重合部Ｋ１の表内隅Ｃ１０のスポット仮付けを行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減することができる。
また、従来のように重合部の全長に対して仮接合を行う場合に比べて工程時間を短くすることができる。本実施形態の仮接合工程は、重合部Ｋ１の表内隅Ｃ１０の全長が長い場合等においては特に有効である。
さらに、本接合工程においても、図１１および図１２に示すように、攪拌ピンのみを第一金属部材１１０および第二金属部材１２０に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、摩擦攪拌装置に作用する負荷を軽減した状態で、重合部Ｋ１の奥深い位置を接合することができる。

第二実施形態では、表内隅Ｃ１０を本接合するときに、回転ツールＦの頭部を段差の底側となる第一金属部材１１０の表面１１０ｂ側に傾斜させている。また、裏内隅Ｃ２０を本接合するときに、回転ツールＦの頭部を段差の底側となる第二金属部材１１０の裏面１２０ｃ側に傾斜させている。これにより、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２を攪拌ピンＦ２の周囲にバランスよく形成することができる。
さらに、回転ツールＦの回転中心軸の傾斜角度を回転ツールＦの形状に応じて設定しているので、攪拌ピンＦ２の先端部が、第一金属部材１１０と第二金属部材１２０との重合面から離れすぎない。これによって、重合面の広い範囲に亘って塑性化領域Ｗ１，Ｗ２が形成されるので、接合強度を高めることができる。

第二実施形態では、仮接合工程を行う回転ツールＦ（仮接合用回転ツール）と、本接合工程を行う回転ツール（本接合用回転ツール）は同一の回転ツールを用いている。これにより、各工程で回転ツールの交換を行う必要が無いため作業効率を高めることができる。

以上本発明の第二実施形態について説明したが、第一実施形態と同様に、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、仮接合用回転ツールまたは本接合用回転ツールに、ショルダ部および攪拌ピンを備えた回転ツールを用いてもよい。また、仮接合工程と、本接合工程とで異なる回転ツールを用いてもよい。
また、第二実施形態で、第一実施形態と同様に、図１１および図１２に示す表内隅Ｃ１０および裏内隅Ｃ２０の両端にタブ材を設け、このタブ材に本接合工程の開始位置および終了位置を設定してもよい。

さらに、第一実施形態の本接合工程の変形例と同様に、摩擦攪拌中に内隅線に対する回転ツールＦの回転中心軸の角度を変更することで、内隅線に対して回転ツールＦを常に垂直にした状態で連続して摩擦攪拌を行ってもよい。この構成では、回転ツールＦを内隅線に対して垂直に挿入することができるため、傾斜面であっても重合部Ｋ１の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。

第二実施形態の本接合工程では、表内隅Ｃ１０および裏内隅Ｃ２０に対して本接合しているが、表内隅Ｃ１０のみに本接合を行ってもよい。
また、第二実施形態の仮接合工程では、表内隅Ｃ１０のみに対して仮接合を行っているが、裏内隅Ｃ２０（図１２参照）に対しても仮接合を行ってもよい。また、裏内隅Ｃ２０のみに対して仮接合を行ってもよい。

第二実施形態の仮接合工程では、図１０に示すように、回転ツールＦを用いて表内隅Ｃ１０に対して仮接合を行っているが、図１３に示すように、第一実施形態と同様に、溶接トーチＨを用いて表内隅Ｃ１０にスポット仮付けを行ってもよい。このように、表内隅Ｃ１０に対してＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接やレーザー溶接で仮接合を行ってもよい。

第二実施形態では、図９に示すように、第一金属部材１１０の表面１１０ｂおよび裏面１１０ｃの高さが変化するとともに、第二金属部材１２０の表面１２０ｂおよび裏面１２０ｃの高さが変化しているが、第一金属部材１１０は表面１１０ｂの高さのみが変化し、第二金属部材１２０は裏面１２０ｃの高さのみが変化するように形成してもよい。

１０ 第一金属部材（第一実施形態）
１０ａ 端面
１０ｂ 表面
１０ｃ 裏面
２０ 第二金属部材（第一実施形態）
２０ａ 端面
２０ｂ 表面
２０ｃ 裏面
１１０ 第一金属部材（第二実施形態）
１１０ａ 端面
１１０ｂ 表面
１１０ｃ 裏面
１２０ 第二金属部材（第二実施形態）
１２０ａ 端面
１２０ｂ 表面
１２０ｃ 裏面
Ｃ１ 内隅
Ｃ１０ 表内隅
Ｃ２０ 裏内隅
Ｆ 回転ツール（仮接合用回転ツール、本接合用回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｋ１ 重合部
Ｔ タブ材
Ｗ０ 塑性化領域
Ｗ１ 塑性化領域
Ｗ２ 塑性化領域

Claims (11)

1. 攪拌ピンを備えた本接合用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摩擦攪拌接合方法であって、
   表面の高さが変化する前記第一金属部材および前記第二金属部材を突き合わせて、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の表面とで形成される内隅を形成しつつ、高さが変化する突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記内隅に沿って摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
2. 前記本接合工程の前に、前記内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
3. 前記本接合工程の前に、前記内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
4. 前記仮接合用回転ツールおよび前記本接合用回転ツールは同一の回転ツールであることを特徴とする請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法。
5. 攪拌ピンを備えた本接合用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摩擦攪拌接合方法であって、
   表面の高さが変化する前記第一金属部材の表面と、裏面の高さが変化する前記第二金属部材の裏面とを重ね合わせて、前記第一金属部材の表面と前記第二金属部材の端面とで形成される表内隅を形成しつつ、高さが変化する重合部を形成する重ね合せ工程と、
   前記表内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記表内隅に沿って摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、を含むことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
6. 前記本接合工程の前に、前記表内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。
7. 前記本接合工程の前に、前記表内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。
8. 前記本接合工程において、前記第一金属部材の端面と前記第二金属部材の裏面とで形成される裏内隅に前記本接合用回転ツールの前記攪拌ピンのみを挿入して、前記裏内隅に沿って摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。
9. 前記本接合工程の前に、前記裏内隅に仮接合用回転ツールの攪拌ピンのみを挿入してスポットで摩擦攪拌接合を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の摩擦攪拌接合方法。
10. 前記本接合工程の前に、前記裏内隅にＭＩＧ、ＴＩＧまたはレーザーによるスポット溶接を行う仮接合工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の摩擦攪拌接合方法。
11. 前記仮接合用回転ツール及び前記本接合用回転ツールは同一の回転ツールであることを特徴とする請求項６または請求項９に記載の摩擦攪拌接合方法。

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