JP2019076950A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材に作用する負荷を低減しつつ、凹溝が形成されるのを防止できる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１と第二金属部材２とを接合する接合方法であって、準備工程と重ね突合せ工程と摩擦攪拌工程と、を含み、第一金属部材１の第一段差側面１５ｂを含む壁端部の表面には凸部１７が形成されており、摩擦攪拌工程では、第一金属部材１が回転ツールＦの進行方向左側に配置される場合、回転ツールＦを左回転させている。【選択図】図４

Description

本発明は、接合方法に関する。

金属部材同士を接合する方法として摩擦攪拌接合が知られている。摩擦攪拌接合で用いる回転ツールは、円柱状のショルダ部と、ショルダ部の下端面から突出した攪拌ピンとで構成されているものが多い。摩擦攪拌接合を行うに際しては、ショルダ部の下端面を接合する金属部材同士の突合部に数ミリ程度押し込みつつ、回転させた回転ツールを突合部に沿って移動させる。

しかし、前記摩擦攪拌接合方法では、ショルダ部によって金属部材に作用する荷重が大きくなるため、塑性流動化した金属材料が金属部材の裏面側に流出してしまう虞がある。また、ショルダ部を金属部材の表面に押し込むため、回転ツールの押圧荷重に耐えられるように金属部材の板厚を大きくする必要がある。このような問題を解決するために、近年では、たとえば特許文献１に示すように、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材の表面に押し込んで摩擦攪拌接合を行うことが行われている。

特開２０１５−１３１３２２号公報

しかし、攪拌ピンのみを金属部材に押し込んだ場合、回転ツール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フロー側に凹溝が形成される傾向があるといった問題があった。

このような観点から本発明は、金属部材に作用する負荷を低減しつつ、凹溝が形成されるのを防止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の第一の本発明は、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、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記表側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突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記第一金属部材の前記第一段差側面の上面には凸部が形成されており、前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールを左回転させ、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールを右回転させることを特徴とする。

かかる接合方法によれば、攪拌ピンのみを接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐことができる。また、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材及び第二金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、凸部が形成された側がフロー側となるように、回転ツールの移動方向と回転方向を設定しているので、フロー側の金属不足を解消できる。したがって、凹溝が形成されるのを防止することができる。

また、前記接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって右側に傾斜させ、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって左側に傾斜させることが好ましい。

かかる接合方法によれば、凸部によって形成された段差部分に傾斜した攪拌ピンを押し込むことができるので、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が分散され、バランスよく攪拌することができる。

また、前記課題を解決するための第二の本発明は、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、前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記表側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突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記第二金属部材の端部の上面には凸部が形成されており、前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールを右回転させ、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールを左回転させることを特徴とする。

かかる接合方法によれば、第一の本発明と同様に、攪拌ピンのみを接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部から流出するのを防ぐことができる。また、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材及び第二金属部材の薄肉化、軽量化を図ることができる。また、凸部が形成された側がフロー側となるように、回転ツールの移動方向と回転方向を設定しているので、フロー側の金属不足を解消できる。したがって、凹溝が形成されるのを防止することができる。

さらに、前記接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって左側に傾斜させ、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって右側に傾斜させることが好ましい。

かかる接合方法によれば、凸部によって形成された段差部分に傾斜した攪拌ピンを押し込むことができるので、第一金属部材及び第二金属部材に作用する負荷が分散され、バランスよく攪拌することができる。

また、前記接合方法において、前記摩擦攪拌工程では、攪拌ピンの先端に形成された平坦面が前記重合部の位置よりも深くなるよう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、重合部の周囲を確実に接合することができる。

また、前記接合方法において、前記準備工程では、前記第一金属部材および前記第二金属部材を、アルミニウム合金製の押出形材にて形成することが好ましい。

かかる接合方法によれば、第一金属部材および前記第二金属部材の軽量化を図れるとともに、成形精度を高めることができる。さらに、優れた美観も得られる。

本発明に係る接合方法によれば、金属部材に作用する負荷を低減しつつ、凹溝が形成されるのを防止することができる。

本発明の第一実施形態に係る接合方法の準備工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合方法の重ね突合せ工程を示す断面図である。 回転ツールを示す側面図である。 第一実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程の変形例を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合方法の上部裏側摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合方法の下部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合方法の重ね突合せ工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合方法の上部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合方法の下部表側摩擦攪拌工程を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の実施形態に係る接合方法について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る接合方法では、ダブルスキンパネルである第一金属部材１と、ダブルスキンパネルである第二金属部材２とを摩擦攪拌によって接合する。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。

第一金属部材１及び第二金属部材２はいずれも摩擦攪拌可能な金属で形成されている。本実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２は、アルミニウム合金製の押出形材にて構成されている。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、重ね突合せ工程と、摩擦攪拌工程とを行う。

準備工程は、第一金属部材１及び第二金属部材２を用意する工程である。第一金属部材１は、上基板１１と、下基板１２と、支持板１３とで主に構成されている。上基板１１の端部の表面１１ｂには、第一上部段差部１５が形成されている。第一上部段差部１５は、第一上部段差底面（第一段差底面）１５ａと、第一上部段差側面（第一段差側面）１５ｂとで構成されている。第一上部段差底面１５ａと、第一上部段差側面１５ｂとは垂直になっている。第一上部段差側面１５ｂを含む壁端部の表面（上面）には、上方に突出する凸部１７が形成されている。凸部１７は断面台形形状を呈しており、第一金属部材１の長手方向に延設されている。凸部１７の第二金属部材２側の側端面１７ｂは、凸部１７の上面に対して垂直に形成されており、第一上部段差側面１５ｂと面一である。凸部１７の大きさおよび形状は、摩擦攪拌接合を行った後に、凹溝が形成されず且つ塑性化領域Ｗ１の表面の凸が極力小さくなるか或いは平坦になる程度に設定されるのが好ましい。

下基板１２の端部の表面１２ｂには、第一下部段差部１６が形成されている。第一下部段差部１６は、第一下部段差底面（第一段差底面）１６ａと、第一下部段差側面（第一段差側面）１６ｂとで構成されている。第一下部段差底面１６ａと、第一下部段差側面１６ｂとは垂直になっている。第一下部段差側面１６ｂを含む壁端部の表面（下面）には、下方に突出する凸部１８が形成されている。凸部１８は断面台形形状を呈しており、第一金属部材１の長手方向に延設されている。凸部１８の第二金属部材２側の側端面１８ｂは、凸部１８の下面に対して垂直に形成されており、第一下部段差側面１６ｂと面一である。凸部１８の大きさおよび形状は、凸部１８と同様に、摩擦攪拌接合を行った後に、凹溝が形成されず且つ塑性化領域Ｗ１の表面の凸が極力小さくなるか或いは平坦になる程度に設定されるのが好ましい。

支持板１３は、上基板１１の裏面１１ｃと、下基板１２の裏面１２ｃとをそれぞれ垂直に連結する板状部材である。上基板１１と支持板１３との角部は円弧状になっている。また、下基板１２と支持板１３との角部も円弧状になっている。上基板１１、下基板１２および支持板１３で区画された空間が中空部１４となる。

第二金属部材２は、上基板２１と、下基板２２と、支持板２３とで主に構成されている。第二金属部材２は、例えば、押出し形材である。上基板２１の端部の裏面２１ｃには、第二上部段差部２５が形成されている。第二上部段差部２５は、第二上部段差底面（第二段差底面）２５ａと、第二上部段差側面（第二段差側面）２５ｂとで構成されている。第二上部段差底面２５ａと、第二上部段差側面２５ｂとは垂直になっている。

下基板２２の端部の裏面２２ｃには、第二下部段差部２６が形成されている。第二下部段差部２６は、第二下部段差底面（第二段差底面）２６ａと、第二下部段差側面（第二段差側面）２６ｂとで構成されている。第二下部段差底面２６ａと、第二下部段差側面２６ｂとは垂直になっている。支持板２３は、上基板２１の裏面２１ｃと、下基板２２の裏面２２ｃとをそれぞれ垂直に連結する板状部材である。上基板２１と支持板２３との角部は円弧状になっている。また、下基板２２と支持板２３との角部も円弧状になっている。上基板２１、下基板２２および支持板２３で区画された空間が中空部２４となる。

重ね突合せ工程は、図２に示すように、第一金属部材１の端部と第二金属部材２の端部とを突き合せて突合せ部Ｊ１，Ｊ２を形成する工程である。突合せ部Ｊ１は、上部重合部（重合部）Ｊ１ａと、上部表側突合せ部Ｊ１ｂと、上部裏側突合せ部Ｊ１ｃとで構成されている。上部重合部Ｊ１ａは、第一上部段差底面１５ａと、第二上部段差底面２５ａとが重ね合わされて形成されている。

上部表側突合せ部Ｊ１ｂは、第一上部段差側面１５ｂと、上基板２１の端面２１ａとが突き合わされて形成されている。上部表側突合せ部Ｊ１ｂの第一金属部材１側には、凸部１７が配置されている。上部裏側突合せ部Ｊ１ｃは、上基板１１の端面１１ａと第二上部段差側面２５ｂとが突き合わされて形成されている。

突合せ部Ｊ２は、下部重合部（重合部）Ｊ２ａと、下部表側突合せ部Ｊ２ｂと、下部裏側突合せ部Ｊ２ｃとで構成されている。下部重合部Ｊ２ａは、第一下部段差底面１６ａと、第二下部段差底面２６ａとが重ね合わされて形成されている。下部表側突合せ部Ｊ２ｂは、第一下部段差側面１６ｂと、下基板２２の端面２２ａとが突き合わされて形成されている。下部表側突合せ部Ｊ２ｂの第一金属部材１側には、凸部１８が配置されている。下部裏側突合せ部Ｊ２ｃは、下基板１２の端面１２ａと、第二下部段差側面２６ｂとが突き合わされて形成されている。このように、突合せ部Ｊ１，Ｊ２が断面視クランク形状となるように第一金属部材１と第二金属部材２とを突き合わせることにより、摩擦攪拌工程の際の位置ずれを防ぐことができる。

摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、突合せ部Ｊ１，Ｊ２に対して回転ツールＦを用いて摩擦攪拌接合を行う工程である。図３に示すように、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。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（図示省略）の回転軸に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈し、ボルトが締結されるネジ孔（図示省略）が形成されている。

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の先端には、回転中心軸Ｃに対して垂直であり、かつ、平坦な平坦面Ｆ３が形成されている。

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、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。

なお、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。回転ツールＦは、先端にスピンドルユニット等の回転駆動手段を備えたアームロボットに取り付けてもよい。このようにすると、回転軸の角度を容易に変更できるとともに、中空部Ｚ内のような狭隘な部分でも容易に作業を行うことができる。

本実施形態の摩擦攪拌工程では、上部表側摩擦攪拌工程と、上部裏側摩擦攪拌工程と、下部表側摩擦攪拌工程と、下部裏側摩擦攪拌工程とを行う。

上部表側摩擦攪拌工程は、図４に示すように、回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ１ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ１ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図４において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。上部表側摩擦攪拌工程では、凸部１７が形成された第一金属部材１が回転ツールＦの進行方向左側に配置されているので、回転ツールＦを左回転させている。さらに、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを、回転ツールＦの進行方向に向かって右側（第二金属部材２側）に傾斜させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよい。本実施形態では、攪拌ピンＦ２の先端面（平坦面Ｆ３）が上部重合部Ｊ１ａに近接するように設定する。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。

回転ツールＦの回転速度が速い場合では、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）に比べてフロー側（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）に凹溝が発生する傾向にある。そのため、本発明においては、凸部１７が形成された第一金属部材１側が、フロー側となるように回転ツールＦの回転速度、進行方向および回転方向等の接合条件を設定している。

つまり、上部表側摩擦攪拌工程では、回転ツールＦの回転速度を速く設定するとともに、回転ツールＦを、左回転させつつ、図４において紙面方向裏側に進行させる。これによって、凸部１７側がフロー側となり、フロー側の金属不足を解消することができる。また、回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、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。

回転ツールＦの挿入深さは、図４に示した深さに限定されるものではない。図５に示すように、攪拌ピンＦ２の先端に形成された平坦面Ｆ３が上部重合部Ｊ１ａの位置よりも深くなるように、設定してもよい。また、攪拌ピンＦ２が上部重合部Ｊ１ａに接触するように、回転ツールＦの挿入深さおよび傾斜角度を設定してもよい。

上部裏側摩擦攪拌工程は、図６に示すように、右回転させた回転ツールＦを上部裏側突合せ部Ｊ１ｃに挿入し、上部裏側突合せ部Ｊ１ｃに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図５において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよいが、本実施形態では平坦面Ｆ３を第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に接触させつつ、攪拌ピンＦ２の先端面（平坦面Ｆ３）が上部重合部Ｊ１ａに近接するように設定する。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。塑性化領域Ｗ２の先端部は、上部重合部Ｊ１ａを超えた部分に位置している。

下部表側摩擦攪拌工程は、図７に示すように、回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ２ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ２ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。図８において、回転ツールＦは手前側から奥側へ移動させている。下部表側摩擦攪拌工程では、凸部１８が形成された第一金属部材１が回転ツールＦの進行方向右側に配置されているので、回転ツールＦを右回転させている。さらに、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを、回転ツールＦの進行方向に向かって左側（第二金属部材２側）に傾斜させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよい。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。

下部裏側摩擦攪拌工程は、上部裏側摩擦攪拌工程と同じ要領で行うため、図示および詳細な説明は省略する。以上の工程によって第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。また、摩擦攪拌工程によって発生するバリを除去するバリ除去工程を行ってもよい。

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及び第二金属部材２に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなり、塑性流動材が突合せ部Ｊ１，Ｊ２から流出するのを防ぐことができる。具体的には、上部表側摩擦攪拌工程を行う際に、塑性流動材が上部裏側突合せ部Ｊ１ｃから流出するのを防ぐことができる。

また、摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材１及び第二金属部材２に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の薄肉化、軽量化を図ることができる。つまり、上基板１１，２１、下基板１２，２２及び支持板１３，２３の板厚を薄くすることができる。また、塑性化領域Ｗ１，Ｗ２の幅を小さくすることができるため、上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａの幅を小さくすることができる。

さらに、摩擦攪拌工程を行う際に、凸部１７，１８が形成された側（本実施形態では第一金属部材１側）がフロー側となるように、回転ツールの移動方向と回転方向を設定しているので、フロー側の金属不足を解消できる。したがって、塑性化領域Ｗ１の表面に凹溝が形成されるのを防止することができる。

また、摩擦攪拌工程において、図５に示すように、攪拌ピンＦ２の先端面（平坦面Ｆ３）を上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａよりも深く挿入するようにすれば、上部重合部Ｊ１ａ及び下部重合部Ｊ２ａの周囲も確実に接合することができる。例えば、上部表側摩擦攪拌工程においては、上部重合部Ｊ１ａ及び上部表側突合せ部Ｊ１ｂの両方を摩擦攪拌接合できるため、接合強度を高めることができる。

さらに、本実施形態では、第一金属部材１および第二金属部材２を、アルミニウム合金製の押出形材にて形成しているので、第一金属部材１および第二金属部材２の軽量化を図れるとともに、成形精度を高めることができる。さらに、優れた美観を得ることもできる。また、第一金属部材１および第二金属部材２を、アルミニウム合金製の押出形材にて形成することで、凸部１７，１８を一体的に形成できる。したがって、凸部を別部材で形成した場合と比較して、成形工程と固定工程が不要になるので、製造手間を削減できる。

［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、図面を用いて詳細に説明する。図８に示すように、本実施形態に係る接合方法では、第一実施形態では、第一金属部材１に形成されていた凸部１７，１８が第二金属部材２に形成されている。なお、凸部１７，１８を除いた第一金属部材１および第二金属部材２の構成は、第一実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

準備工程で形成する第二金属部材２の上基板２１の端部の表面（上面）２１ｂには、上方に突出する凸部１７が形成されている。凸部１７は断面台形形状を呈している。凸部１７の第一金属部材１側の側端面１７ｂは、凸部１７の上面に対して垂直に形成されており、上基板２１の端面２１ａと面一である。

下基板２２の端部の表面（下面）２２ｂには、下方に突出する凸部１８が形成されている。凸部１８は断面台形形状を呈している。凸部１８の第一金属部材１側の側端面１８ｂは、凸部１８の下面に対して垂直に形成されており、下基板２２の端面２２ａと面一である。

なお、第一金属部材１の上基板１１の第一上部段差側面１５ｂを含む壁端部の表面は、上基板１１の他の部分の表面１１ｂと面一になっている。つまり、第一金属部材１の上基板１１の表面１１ｂは平坦になっている。また、第一金属部材１の下基板１２の第一下部段差側面１６ｂを含む壁端部の表面は、下基板１２の他の部分の表面１２ｂと面一になっている。つまり、第一金属部材１の下基板１２の表面１２ｂは平坦になっている。

前記構成の第一金属部材１と第二金属部材２における重ね突合せ工程は、第一実施形態と同様である。なお、本実施形態では、凸部１７，１８の配置位置が第二金属部材側となっている。

次に、上部表側摩擦攪拌工程では、図９に示すように、回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ１ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ１ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。回転ツールＦは、図９中、手前側から奥側へ移動させている。上部表側摩擦攪拌工程では、第一金属部材１が左側に配置されることで、凸部１７が形成された第二金属部材２が回転ツールＦの進行方向右側に配置されているので、回転ツールＦを右回転させている。さらに、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを、回転ツールＦの進行方向に向かって左側（第一金属部材１側）に傾斜させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよい。本実施形態では、第一実施形態と同様に、攪拌ピンＦ２の先端面（平坦面Ｆ３）が上部重合部Ｊ１ａに近接するように設定する。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。

下部表側摩擦攪拌工程では、図１０に示すように、回転させた回転ツールＦを上部表側突合せ部Ｊ２ｂに挿入し、上部表側突合せ部Ｊ２ｂに沿って回転ツールＦを相対移動させる。回転ツールＦは、図１０中、手前側から奥側へ移動させている。下部表側摩擦攪拌工程では、第一金属部材１が右側に配置されることで、凸部１８が形成された第二金属部材２が回転ツールＦの進行方向左側に配置されているので、回転ツールＦを左回転させている。さらに、回転ツールＦの回転中心軸Ｃを、回転ツールＦの進行方向に向かって右側（第一金属部材１側）に傾斜させている。回転ツールＦの挿入深さは適宜設定すればよい。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。

なお、上部裏側摩擦攪拌工程および下部裏側摩擦攪拌工程は、第一実施形態と同じ要領で行うため、図示および詳細な説明は省略する。以上の工程によって第一金属部材１と第二金属部材２とが接合される。また、摩擦攪拌工程によって発生するバリを除去するバリ除去工程を行ってもよい。

以上説明した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、塑性流動材が突合せ部Ｊ１，Ｊ２から流出するの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に作用する負荷が小さくなるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の薄肉化、軽量化を図ることができる。さらに、凹溝が形成されやすいフロー側の金属不足を解消できる。したがって、欠陥である凹溝が形成されるのを防止することができる。

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、前記実施形態では、第一金属部材１及び第二金属部材２は、アルミニウム合金製の押出形材にて構成されているがこれに限定されるものではない。第一金属部材１及び第二金属部材２は、例えば、アルミニウム合金の他に、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形成してもよい。

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
１７ 凸部
１８ 凸部
Ｃ 回転中心軸
Ｆ 回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｆ３ 平坦面（先端面）
Ｊ１ 突合せ部
Ｊ１ａ 上部重合部
Ｊ１ｂ 上部表側突合せ部
Ｊ１ｃ 上部裏側突合せ部
Ｊ２ 突合せ部
Ｊ２ａ 下部重合部
Ｊ２ｂ 下部表側突合せ部
Ｊ２ｃ 下部裏側突合せ部
Ｗ１ 塑性化領域

Claims (6)

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、
   前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
   前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
   回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記表側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突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
   前記第一金属部材の前記第一段差側面を含む壁端部の表面には凸部が形成されており、
   前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールを左回転させ、
   前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールを右回転させる
   ことを特徴とする接合方法。
2. 前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって右側に傾斜させ、
   前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって左側に傾斜させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 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、
   前記第一金属部材の端部の表面に第一段差底面及び第一段差側面を形成するとともに、前記第二金属部材の端部の裏面に第二段差底面及び第二段差側面を形成する準備工程と、
   前記第一段差底面と前記第二段差底面とを重ね合わせて重合部を形成するとともに、前記第一段差側面と前記第二金属部材の端面とを突き合わせて表側突合せ部を形成し、さらに、前記第二段差側面と前記第一金属部材の端面とを突き合わせて裏側突合せ部を形成する重ね突合せ工程と、
   回転する前記攪拌ピンを前記表側突合せ部から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で前記表側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突合せ部及び前記重合部を接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
   前記第二金属部材の端部の表面には凸部が形成されており、
   前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールを右回転させ、
   前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールを左回転させる
   ことを特徴とする接合方法。
4. 前記摩擦攪拌工程では、前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向左側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって左側に傾斜させ、
   前記第一金属部材が前記回転ツールの進行方向右側に配置される場合、前記回転ツールの回転中心軸を前記回転ツールの進行方向に向かって右側に傾斜させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
5. 前記摩擦攪拌工程では、攪拌ピンの先端に形成された平坦面が前記重合部の位置よりも深くなるように前記攪拌ピンを挿入する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
6. 前記準備工程では、前記第一金属部材および前記第二金属部材を、アルミニウム合金製の押出形材にて形成する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の接合方法。

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