JP2018144043A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる接合方法を提供する。【解決手段】第一金属部材１と第二金属部材２とを接合する接合方法であって、第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する突合せ工程と、突合せ部Ｊ１の表面側に肉盛り溶接を施して表側溶接金属Ｇ１を形成する第一の肉盛溶接工程と、攪拌ピンＦ２を表側溶接金属Ｇ１に表面側から挿入し攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び表側溶接金属Ｇ１に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を相対移動させて表側溶接金属Ｇ１を押し込みながら突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する第一の摩擦攪拌工程と、第一の摩擦攪拌工程によってバリＶが形成された第一金属部材１及び第二金属部材２からバリＶを除去する第一のバリ除去工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３

Description

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。

特許文献１には、金属部材同士を突き合わせ、突合せ部を摩擦攪拌接合する技術が開示されている。当該従来技術は、第一金属部材の側面と第二金属部材の側面とを突き合わせた後、第一金属部材及び第二金属部材の表面側から回転ツールを挿入して突合せ部を摩擦攪拌接合するというものである。

特開２０１０−２０１４４１号公報

従来技術であると、回転ツールのショルダ部を第一金属部材及び第二金属部材の表面に接触させて摩擦攪拌を行うため、摩擦攪拌装置にかかる負荷が大きくなるという問題がある。

このような観点から、本発明は、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さく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。

このような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、前記突合せ部の表面側に肉盛り溶接を施して、表側溶接金属を形成する第一の肉盛溶接工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側溶接金属に表面側から挿入し、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表側溶接金属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表側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第一の摩擦攪拌工程と、前記第一の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第一のバリ除去工程と、を含むことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを、第一金属部材、第二金属部材及び表側溶接金属に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて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、表側溶接金属を押し込みながら突合せ部を摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を補うことができる。さらに、肉盛り溶接によって第一金属部材と第二金属部材とを仮接合することができる。これにより、摩擦攪拌工程の際に、金属部材同士が離間することや位置ずれを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。

また、前記第一の摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンの外周面に形成された螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて左回りの場合に前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて右回りの場合に前記回転ツールを左回転させることが好ましい。かかる接合方法によれば、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の先端側に導かれ、第一金属部材及び第二金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

また、前記第一の摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部の脇にタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材の表面において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程と、を含み、前記第一の摩擦攪拌工程では、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。かかる接合方法によれば、突合せ部で攪拌ピンの挿入を行わないため、攪拌ピンの挿入による接合欠陥を突合せ部に形成することがない。また、タブ材において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成することにより、攪拌ピンをタブ材に容易に挿入することができる。

また、前記肉盛り溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接であることが好ましい。

また、このような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、前記突合せ部の表面側に肉盛り溶接を施して、表側溶接金属を形成する第一の肉盛溶接工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側溶接金属に表面側から挿入し、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表側溶接金属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表側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第一の摩擦攪拌工程と、前記第一の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第一のバリ除去工程と、前記第一のバリ除去工程の後、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、前記突合せ部の裏面側に肉盛り溶接を施して、裏側溶接金属を形成する第二の肉盛溶接工程と、回転する前記攪拌ピンを前記裏側溶接金属に裏面側から挿入し、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裏側溶接金属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裏側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第二の摩擦攪拌工程と、前記第二の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第二のバリ除去工程と、を含み、前記第二の摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンを前記第一の摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に入り込ませつつ、摩擦攪拌を行うことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを、第一金属部材、第二金属部材及び表側溶接金属、又は、第一金属部材、第二金属部材及び裏側溶接金属に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて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、表側溶接金属や裏側溶接金属を押し込みながら突合せ部を摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を補うことができる。また、肉盛り溶接によって第一金属部材と第二金属部材とを仮接合することができる。これにより、摩擦攪拌工程の際に、金属部材同士が離間することや位置ずれを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。さらに、突合せ部の表裏両面側から摩擦攪拌接合を行って、表面側に形成された塑性化領域と裏面側に形成された塑性化領域とを重複させるため、突合せ部の気密性及び水密性を高めることができる。

また、前記第一の摩擦攪拌工程及び前記第二の摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンの外周面に形成された螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて左回りの場合に前記回転ツールを右回転させ、前記螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて右回りの場合に前記回転ツールを左回転させることが好ましい。かかる接合方法によれば、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の先端側に導かれ、第一金属部材及び第二金属部材の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

また、前記第一の摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部の脇にタブ材を配置するタブ材配置工程と、前記タブ材の表裏両面において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程と、を含み、前記第一の摩擦攪拌工程及び前記第二の摩擦攪拌工程では、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入することが好ましい。かかる接合方法によれば、突合せ部で攪拌ピンの挿入を行わないため、攪拌ピンの挿入による接合欠陥を突合せ部に形成することがない。また、タブ材において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成することにより、攪拌ピンをタブ材に容易に挿入することができる。

また、前記肉盛り溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接であることが好ましい。

本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌装置にかかる負荷を小さくすることができる。

実施形態に係る第一金属部材、第二金属部材、第一タブ材及び第二タブ材の配置を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 実施形態に係る第一の予備工程を示す斜視図である。 実施形態に係る第一の摩擦攪拌工程を示す断面図であり、（ａ）は開始位置を示し、（ｂ）は金属部材内における摩擦攪拌時を示す拡大断面図である。 （ａ）は図３（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、（ｂ）は実施形態に係る第一のバリ除去工程後を示す断面図である。 実施形態に係る第二の摩擦攪拌工程を示す断面図であり、（ａ）は開始位置を示し、（ｂ）は金属部材内における摩擦攪拌時を示す拡大断面図である。

本発明の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、本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とを直線状に突き合わせて摩擦攪拌により接合する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、第一の予備工程と、第一の摩擦攪拌工程と、第一のバリ除去工程と、第二の予備工程と、第二の摩擦攪拌工程と、第二のバリ除去工程とを行う。なお、説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を意味する。

図１（ａ）に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２は、いずれも板状を呈する。第一金属部材１及び第二金属部材２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及び第二金属部材２の板厚寸法は適宜設定すればよい。第一金属部材１及び第二金属部材２は、同じ材料であることが好ましい。

第一タブ材３及び第二タブ材４は、いずれも板状を呈する。第一タブ材３及び第二タブ材４は、第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を板幅方向両側から挟むように配置される。第一タブ材３及び第二タブ材４は、第一金属部材１及び第二金属部材２にそれぞれ添設され、第一金属部材１及び第二金属部材２の側面１４，２４側に現れる継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材３及び第二タブ材４の材質に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と同じ材料で形成されている。第一タブ材３及び第二タブ材４の板厚寸法も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の板厚寸法と同一である。

＜準備工程＞
準備工程は、第一金属部材１、第二金属部材２、第一タブ材３及び第二タブ材４を準備する工程である。本実施形態の準備工程は、突合工程と、タブ材配置工程とを含んでいる。

突合工程は、図１（ｂ）に示すように、第一金属部材１の側面１１と第二金属部材２の側面２１とを突き合わせて突合せ部Ｊ１を形成する工程である。突合工程では、図１（ｃ）に示すように、第一金属部材１の表面１２と第二金属部材２の表面２２とを面一にするとともに、第一金属部材１の裏面１３と第二金属部材２の裏面２３とを面一にする。

タブ材配置工程は、図１（ｂ）に示すように、突合せ部Ｊ１の両脇に第一タブ材３と第二タブ材４とを配置する工程である。タブ材配置工程では、突合せ部Ｊ１の一端側に第一タブ材３を配置して、第一金属部材１の側面１４及び第二金属部材２の側面２４に第一タブ材３の当接面３１を突き合わせて突合せ部Ｊ２を形成する。また、タブ材配置工程では、突合せ部Ｊ１の他端側に第二タブ材４を配置して、第一金属部材１の側面１４及び第二金属部材２の側面２４に第二タブ材４の当接面４１を突き合わせて突合せ部Ｊ３を形成する。タブ材配置工程では、図１（ｄ）に示すように、第一タブ材３の表面３２と第二タブ材４の表面４２と第一金属部材１の表面１２と第二金属部材２の表面２２とを面一にする。また、タブ材配置工程では、第一タブ材３の裏面３３と第二タブ材４の裏面４３と第一金属部材１の裏面１３と第二金属部材２の裏面２３とを面一にする。

＜第一の予備工程＞
図２に示す第一の予備工程は、第一の摩擦攪拌工程の前に行われる工程である。本実施形態の第一の予備工程は、第一タブ材表側接合工程と、第二タブ材表側接合工程と、第一の肉盛溶接工程と、第一の下穴形成工程とを含んでいる。

第一タブ材表側接合工程は、突合せ部Ｊ２の表面側に肉盛り溶接を施して、第一金属部材１及び第二金属部材２に第一タブ材３を仮接合する工程である。第一タブ材表側接合工程では、突合せ部Ｊ２に沿って溶接によるスポット仮接合を行う。第一タブ材表側接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ２に断続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ２の表面側には、第一金属部材１の表面１２及び第二金属部材２の表面２２よりも突出する溶接金属Ｇ３が点状に断続的に形成される。

第二タブ材表側接合工程は、突合せ部Ｊ３の表面側に肉盛り溶接を施して、第一金属部材１及び第二金属部材２に第二タブ材４を仮接合する工程である。第二タブ材表側接合工程では、突合せ部Ｊ３に沿って溶接によるスポット仮接合を行う。第二タブ材表側接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ３に断続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ３の表面側には、第一金属部材１の表面１２及び第二金属部材２の表面２２よりも突出する溶接金属Ｇ４が点状に断続的に形成される。第一タブ材表側接合工程及び第二タブ材表側接合工程では、肉盛溶接でスポット仮接合を行うことにより各金属部材の熱歪みを防ぐことができるとともに、短時間で仮接合することができる。なお、突合せ部Ｊ２，Ｊ３の全長に亘って連続的に肉盛溶接を施してもよい。

第一の肉盛溶接工程は、突合せ部Ｊ１の表面側に肉盛り溶接を施して、溶接金属Ｇ１を形成する工程である。第一の肉盛溶接工程では、突合せ部Ｊ１の全長に亘って肉盛溶接を行う。第一の肉盛溶接工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ１に連続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ１の表面側には、第一金属部材１の表面１２及び第二金属部材２の表面２２よりも突出する溶接金属Ｇ１（以下「表側溶接金属Ｇ１」と呼ぶ場合がある）が連続的に形成される。なお、突合せ部Ｊ１の全長に亘って連続的に肉盛溶接を施すのが好ましいが、突合せ部Ｊ１に断続的に肉盛溶接を施してもよい。後記するように塑性流動化された金属の一部は接合用回転ツールＦの外周部からバリＶ（図４（ａ）参照）となって排出されるため、その分を考慮して表側溶接金属Ｇ１の体積（厚み）を設定することが好ましい。

第一の下穴形成工程は、第二タブ材４の表面４２において第一の摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ１に下穴Ｐ１を形成する工程である。下穴Ｐ１を設けることで、接合用回転ツールＦを第二タブ材４に押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。

＜第一の摩擦攪拌工程＞
第一の摩擦攪拌工程は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、回転する接合用回転ツールＦを表側溶接金属Ｇ１に表面側から挿入し、表側溶接金属Ｇ１を押し込みながら突合せ部Ｊ１を表面側から摩擦攪拌接合する工程である。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、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。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の長さは、第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚よりも大きくなっている。攪拌ピンＦ２の外周面には、螺旋溝Ｆ３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Ｆ３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、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３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Ｆ３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Ｆ３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や第二金属部材２）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

第一の摩擦攪拌工程では、図３（ａ）に示すように、開始位置Ｓ１である下穴Ｐ１に右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入する。第一の摩擦攪拌工程では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び表側溶接金属Ｇ１に接触させた状態で、第二タブ材４に設定された開始位置Ｓ１から第一タブ材３に設定された終了位置Ｅ１に向けて突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。また、第一の摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。

第一の摩擦攪拌工程では、回転する攪拌ピンＦ２の螺旋溝Ｆ３で進行方向前側に位置する表側溶接金属Ｇ１を押し込みながら突合せ部Ｊ１の摩擦攪拌を行う。本実施形態では、表側溶接金属Ｇ１を攪拌ピンＦ２によって押し込むことができる。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、表側塑性化領域Ｗ１が形成される。表側塑性化領域Ｗ１には、表側溶接金属Ｇ１が混入する。

図４（ａ）に示すように、塑性流動化された金属の一部は攪拌ピンＦ２の外周部からバリＶとなって排出され、第一金属部材１の表面１２及び第二金属部材２の表面２２にバリＶが形成される。接合用回転ツールＦが第一タブ材３に設定した終了位置Ｅ１に達したら、接合用回転ツールＦを第一タブ材３から離脱させる。離脱箇所には、接合用回転ツールＦの抜け穴Ｐ３（図５（ａ）参照）が残存する。なお、本実施形態では、第二タブ材４に摩擦攪拌の開始位置Ｓ１を設け、第一タブ材３に終了位置Ｅ１を設けているが、開始位置Ｓ１と終了位置Ｅ１の位置を限定する趣旨ではない。

＜第一のバリ除去工程＞
第一のバリ除去工程は、図４（ｂ）に示すように、第一の摩擦攪拌工程によってバリＶが形成された第一金属部材１の表面１２及び第二金属部材２の表面２２からバリＶを除去する工程である。より詳しくは、第一のバリ除去工程では、表側溶接金属Ｇ１が混入した第一金属部材１及び第二金属部材２からバリＶを除去する。第一のバリ除去工程では、切削工具等を用いて除去する。

＜第二の予備工程＞
第二の予備工程は、第一の摩擦攪拌工程の後で、第二の摩擦攪拌工程の開始前に行われる工程である。本実施形態の第二の予備工程は、裏返し工程と、第一タブ材裏側接合工程と、第二タブ材裏側接合工程と、第二の肉盛溶接工程と、第二の下穴形成工程とを含んでいる。

裏返し工程は、図５（ａ）に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の表裏を逆にする工程である。裏返し工程では、第一タブ材３と第二タブ材４の位置を図３（ａ）に示す第一の摩擦攪拌工程とは左右逆にしている。

第一タブ材裏側接合工程は、突合せ部Ｊ２の裏面側に肉盛り溶接を施して、第一金属部材１及び第二金属部材２に第一タブ材３を仮接合する工程である。第一タブ材裏側接合工程では、突合せ部Ｊ２に沿って溶接によるスポット仮接合を行う。第一タブ材裏側接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ２に断続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ２の裏面側には、第一金属部材１の裏面１３及び第二金属部材２の裏面２３よりも突出する溶接金属Ｇ５が点状に断続的に形成される。

第二タブ材裏側接合工程は、突合せ部Ｊ３の裏面側に肉盛り溶接を施して、第一金属部材１及び第二金属部材２に第二タブ材４を仮接合する工程である。第二タブ材裏側接合工程では、突合せ部Ｊ３に沿って溶接によるスポット仮接合を行う。第二タブ材裏側接合工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ３に断続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ３の裏面側には、第一金属部材１の裏面１３及び第二金属部材２の裏面２３よりも突出する溶接金属Ｇ６が点状に断続的に形成される。第一タブ材裏側接合工程及び第二タブ材裏側接合工程では、肉盛溶接でスポット仮接合を行うことにより各金属部材の熱歪みを防ぐことができるとともに、短時間で仮接合することができる。なお、突合せ部Ｊ２，Ｊ３の全長に亘って連続的に肉盛溶接を施してもよい。第一タブ材裏側接合工程及び第二タブ材裏側接合工程は、省略してもよい。

第二の肉盛溶接工程は、図５（ａ）に示すように、突合せ部Ｊ１の裏面側に肉盛り溶接を施して、溶接金属Ｇ２を形成する工程である。第二の肉盛溶接工程では、突合せ部Ｊ１の全長に亘って肉盛溶接を行う。第二の肉盛溶接工程では、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接等によって突合せ部Ｊ１に連続的に肉盛溶接を行う。これにより、突合せ部Ｊ１の裏面側には、第一金属部材１の裏面１３及び第二金属部材２の裏面２３よりも突出する溶接金属Ｇ２（以下「裏側溶接金属Ｇ２」と呼ぶ場合がある）が連続的に形成される。なお、突合せ部Ｊ１の全長に亘って連続的に肉盛溶接を施すのが好ましいが、突合せ部Ｊ１に断続的に肉盛溶接を施してもよい。塑性流動化された金属の一部は接合用回転ツールＦの外周部からバリＶ（図５（ｂ）参照）となって排出されるため、その分を考慮して裏側溶接金属Ｇ２の体積（厚み）を設定することが好ましい。

第二の下穴形成工程は、第二タブ材４の裏面４３において第二の摩擦攪拌工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ２に下穴Ｐ２を形成する工程である。下穴Ｐ２を設けることで、接合用回転ツールＦを第二タブ材４に押し込む際の圧入抵抗を低減することができる。

＜第二の摩擦攪拌工程＞
第二の摩擦攪拌工程は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、回転する接合用回転ツールＦを裏側溶接金属Ｇ２に裏面側から挿入し、裏側溶接金属Ｇ２を押し込みながら突合せ部Ｊ１を裏面側から摩擦攪拌接合する工程である。第二の摩擦攪拌工程では、第一の摩擦攪拌工程と同様の接合用回転ツールＦを使用する。本実施形態では、第一の摩擦攪拌工程と同様に接合用回転ツールＦを右回転させる。なお、接合用回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３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。

第二の摩擦攪拌工程では、図５（ａ）に示すように、開始位置Ｓ２である下穴Ｐ２に右回転させた攪拌ピンＦ２を挿入する。第二の摩擦攪拌工程では、図５（ａ）（ｂ）に示すように、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１、第二金属部材２及び裏側溶接金属Ｇ２に接触させた状態で、第二タブ材４に設定された開始位置Ｓ２から第一タブ材３に設定された終了位置Ｅ２に向けて突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。また、第二の摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌を行う。なお、第二の摩擦攪拌工程の開始位置Ｓ２（下穴Ｐ２）が第一の摩擦攪拌工程で残存した接合用回転ツールＦの抜け穴Ｐ３の上方に位置していないのは、第二の摩擦攪拌工程で塑性流動化した金属が抜け穴Ｐ３から移動するのを防ぐためである。

第二の摩擦攪拌工程では、回転する攪拌ピンＦ２の螺旋溝Ｆ３で進行方向前側に位置する裏側溶接金属Ｇ２を押し込みながら突合せ部Ｊ１の摩擦攪拌を行う。本実施形態では、裏側溶接金属Ｇ２を攪拌ピンＦ２によって押し込むことができる。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、裏側塑性化領域Ｗ２が形成される。裏側塑性化領域Ｗ２には、裏側溶接金属Ｇ２が混入する。第二の摩擦攪拌工程では、接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２の先端を表側塑性化領域Ｗ１に入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。これにより、表側塑性化領域Ｗ１と裏側塑性化領域Ｗ２の先端側同士が重複する。

図５（ｂ）に示すように、塑性流動化された金属の一部は攪拌ピンＦ２の外周部からバリＶとなって排出され、第一金属部材１の裏面１３及び第二金属部材２の裏面２３にバリＶが形成される。接合用回転ツールＦが第一タブ材３に設定した終了位置Ｅ２に達したら、接合用回転ツールＦを第一タブ材３から離脱させる。離脱箇所には、接合用回転ツールＦの抜け穴（図示略）が残存する。なお、本実施形態では、第二タブ材４に摩擦攪拌の開始位置Ｓ２を設け、第一タブ材３に終了位置Ｅ２を設けているが、開始位置Ｓ２と終了位置Ｅ２の位置を限定する趣旨ではない。

＜第二のバリ除去工程＞
図示は省略するが、第二のバリ除去工程は、第二の摩擦攪拌工程によってバリＶが形成された第一金属部材１の裏面１３及び第二金属部材２の裏面２３からバリＶを除去する工程である。より詳しくは、第二のバリ除去工程では、裏側溶接金属Ｇ２が混入した第一金属部材１及び第二金属部材２からバリＶを除去する。第二のバリ除去工程では、切削工具等を用いて除去する。以上の工程により、第一金属部材１と第二金属部材２とが直線状に接合される。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、攪拌ピンＦ２のみを、第一金属部材１、第二金属部材２及び表側溶接金属Ｇ１、又は、第一金属部材１、第二金属部材２及び裏側溶接金属Ｇ２に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うため、従来技術に比べて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、表側溶接金属Ｇ１や裏側溶接金属Ｇ２を押し込みながら突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合することにより、接合部（表側塑性化領域Ｗ１や裏側塑性化領域Ｗ２）の金属不足を補うことができる。
さらに、突合せ部Ｊ１の表裏両面側から摩擦攪拌接合を行って、表側塑性化領域Ｗ１と裏側塑性化領域Ｗ２とを重複させるため、突合せ部Ｊ１の気密性及び水密性を高めることができる。

また、肉盛り溶接によって第一金属部材１と第二金属部材２とを仮接合することができる。これにより、摩擦攪拌工程の際に、第一金属部材１と第二金属部材２が離間することや位置ずれを防ぐことができるため、接合精度を高めることができる。

また、バリＶを除去するため、第一金属部材１の表面１２と裏面１３及び第二金属部材２の表面２２と裏面２３をきれいに仕上げることができる。

また、第一の摩擦攪拌工程及び第二の摩擦攪拌工程では、攪拌ピンＦ２の螺旋溝Ｆ３の周回方向に応じて接合用回転ツールＦの回転方向を設定することで、摩擦攪拌の際に塑性流動化した金属が螺旋溝Ｆ３によって攪拌ピンＦ２の先端側に導かれ、第一金属部材１及び第二金属部材２の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

また、第二タブ材４の表面４２や裏面４３において摩擦攪拌の開始位置Ｓ１，Ｓ２に下穴Ｐ１，Ｐ２を形成し、第一の摩擦攪拌工程及び第二の摩擦攪拌工程では、下穴Ｐ１，Ｐ２に攪拌ピンＦ２を挿入した。これにより、突合せ部Ｊ１で攪拌ピンＦ２の挿入を行わないため、攪拌ピンＦ２の挿入による接合欠陥を突合せ部Ｊ１に形成することがない。
また、第二タブ材４の表面４２や裏面４３において摩擦攪拌の開始位置Ｓ１，Ｓ２に下穴Ｐ１，Ｐ２を形成することにより、攪拌ピンＦ２を第二タブ材４に容易に挿入することができる。

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、突合せ部Ｊ１を表裏両面側から摩擦攪拌接合したが、突合せ部Ｊ１を表面側のみから摩擦攪拌接合してもよい、すなわち、第二の予備工程、第二の摩擦攪拌工程及び第二のバリ除去工程を省略してもよい。
本実施形態では、第一タブ材３及び第二タブ材４を使用したが、これらを使用しなくてもよい。このようにすると、タブ材配置工程、第一タブ材表側接合工程、第二タブ材表側接合工程、第一の下穴形成工程、第一タブ材裏側接合工程、第二タブ材裏側接合工程、第二の下穴形成工程を省略することができる。

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
３ 第一タブ材
４ 第二タブ材
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｆ３ 螺旋溝
Ｊ１ 突合せ部
Ｗ１ 表側塑性化領域
Ｗ２ 裏側塑性化領域
Ｇ１ 表側溶接金属
Ｇ２ 裏側溶接金属
Ｐ１，Ｐ２ 下穴
Ｓ１，Ｓ２ 開始位置
Ｖ バリ

Claims (8)

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、
   前記突合せ部の表面側に肉盛り溶接を施して、表側溶接金属を形成する第一の肉盛溶接工程と、
   回転する前記攪拌ピンを前記表側溶接金属に表面側から挿入し、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表側溶接金属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表側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第一の摩擦攪拌工程と、
   前記第一の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第一のバリ除去工程と、
   を含むことを特徴とする接合方法。
2. 前記第一の摩擦攪拌工程では、
   前記攪拌ピンの外周面に形成された螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて左回りの場合に前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて右回りの場合に前記回転ツールを左回転させることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第一の摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部の脇にタブ材を配置するタブ材配置工程と、
   前記タブ材の表面において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程と、を含み、
   前記第一の摩擦攪拌工程では、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入する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. 前記肉盛り溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接であ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。
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、
   前記突合せ部の表面側に肉盛り溶接を施して、表側溶接金属を形成する第一の肉盛溶接工程と、
   回転する前記攪拌ピンを前記表側溶接金属に表面側から挿入し、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表側溶接金属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表側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第一の摩擦攪拌工程と、
   前記第一の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第一のバリ除去工程と、
   前記第一のバリ除去工程の後、前記第一金属部材及び前記第二金属部材を裏返す裏返し工程と、
   前記突合せ部の裏面側に肉盛り溶接を施して、裏側溶接金属を形成する第二の肉盛溶接工程と、
   回転する前記攪拌ピンを前記裏側溶接金属に裏面側から挿入し、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裏側溶接金属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裏側溶接金属を押し込みながら前記突合せ部を摩擦攪拌接合する第二の摩擦攪拌工程と、
   前記第二の摩擦攪拌工程によってバリが形成された前記第一金属部材及び前記第二金属部材からバリを除去する第二のバリ除去工程と、
   を含み、
   前記第二の摩擦攪拌工程では、前記攪拌ピンを前記第一の摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域に入り込ませつつ、摩擦攪拌を行うことを特徴とする接合方法。
6. 前記第一の摩擦攪拌工程及び前記第二の摩擦攪拌工程では、
   前記攪拌ピンの外周面に形成された螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて左回りの場合に前記回転ツールを右回転させ、
   前記螺旋溝が基端から先端に向かうにつれて右回りの場合に前記回転ツールを左回転させることを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
7. 前記第一の摩擦攪拌工程の前に、前記突合せ部の脇にタブ材を配置するタブ材配置工程と、
   前記タブ材の表裏両面において摩擦攪拌の開始位置に下穴を形成する下穴形成工程と、を含み、
   前記第一の摩擦攪拌工程及び前記第二の摩擦攪拌工程では、前記下穴に前記攪拌ピンを挿入することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の接合方法。
8. 前記肉盛り溶接は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接又はレーザー溶接であ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。

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