JP2020196022A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬度が高い金属部材同士を好適に接合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。【解決手段】第一金属部材１と第二金属部材２の端部同士の隙間に断面矩形の補助部材１０を挟み込み、突合せ部Ｊ１，Ｊ２を形成する突合せ工程と、回転する回転ツールＦを補助部材１０の表面１０ａ側から挿入するとともに、攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０に接触させ攪拌ピンＦ２の基端側を露出させつつ、攪拌ピンＦ２の少なくとも基端側の外周面を第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させた状態で、突合せ部Ｊ１，Ｊ２に沿って回転ツールＦを相対移動させて第一金属部材１と第二金属部材２とを補助部材１０を介して接合する接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法である。【選択図】図２

Description

本発明は、接合方法に関する。

例えば、特許文献１には、一対の板状の金属部材を、回転ツールを用いて摩擦攪拌接合する発明が開示されている。当該発明では、一対の金属部材の間に金属部材よりも軟質の補助部材を介設し、当該補助部材に回転ツールを挿入して摩擦攪拌を行うというものである。硬度の高い金属部材同士を摩擦攪拌接合すると、回転ツールの損傷が激しく、工具コストが増加するという問題がある。しかし、当該発明によれば、軟質の補助部材に回転ツールを挿入して摩擦攪拌を行うため、硬度の高い金属部材同士を好適に接合することができる。

特開２００７−８３２４２号公報

従来の接合方法では、回転ツールの攪拌ピンが円柱状を呈するため、補助部材への挿入が困難となるという問題があった。また、回転ツールのショルダ部を金属部材に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、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った。

このような観点から、本発明は、硬度が高い金属部材同士を好適に接合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。

前記課題を解決するために、本発明は、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて一対の金属部材を接合する接合方法であって、アルミニウム合金から形成された第一金属部材と、アルミニウム合金から形成された第二金属部材と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材よりも硬度が低いアルミニウム又はアルミニウム合金から形成された断面矩形の補助部材を準備する準備工程と、前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を向い合せて、前記端部同士の隙間に前記補助部材を挟み込み、前記第一金属部材の端面と前記補助部材の一方の側面とを突き合わせるとともに、前記第二金属部材の端面と前記補助部材の他方の側面とを突き合せて突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールを前記補助部材の表面側から挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを前記補助部材に接触させ前記攪拌ピンの基端側を露出させつつ、前記攪拌ピンの少なくとも基端側の外周面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と前記第二金属部材とを補助部材を介して接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いるため、補助部材に容易に挿入することができる。また、攪拌ピンのみを補助部材に挿入するため、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、第一金属部材及び第二金属部材よりも軟質の補助部材に回転ツールを挿入するため、回転ツールの寿命を長くすることができる。また、攪拌ピンと第一金属部材及び第二金属部材とを接触させることにより接合強度を高めることができる。

また、前記補助部材の裏面側に、浮き防止のための突起部を備え、前記突合せ工程では、前記突起部が前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に係止するように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせることが好ましい。

かかる接合方法によれば、補助部材の表面側への浮き上りを防ぐことができるため、より好適に接合することができる。

また、本発明は、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて一対の金属部材を接合する接合方法であって、アルミニウム合金から形成された第一金属部材と、アルミニウム合金から形成された第二金属部材と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材よりも硬度が低いアルミニウム又はアルミニウム合金から形成された断面矩形の補助部材を準備する準備工程と、前記第一金属部材の端部と前記第二金属部材の側面とを突き合せて、前記第一金属部材の端部と前記第二金属部材の側面との隙間に前記補助部材を挟み込み、前記第一金属部材の端面と前記補助部材の一方の側面とを突き合せるとともに、前記第二金属部材の側面と前記補助部材の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、回転する前記回転ツールを前記補助部材の表面側から挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを前記補助部材に接触させ前記攪拌ピンの基端側を露出させつつ、前記攪拌ピンの少なくとも基端側の外周面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と前記第二金属部材とを補助部材を介して接合する接合工程と、を含むことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いるため、補助部材に容易に挿入することができる。また、攪拌ピンのみを補助部材に挿入するため、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、第一金属部材及び第二金属部材よりも軟質の補助部材に回転ツールを挿入するため、回転ツールの寿命を長くすることができる。また、攪拌ピンと第一金属部材及び第二金属部材を接触させることにより接合強度を高めることができる。また、第一金属部材と第二金属部材とを垂直に接合することができる。

また、前記補助部材の裏面側に、浮き防止のための突起部を備え、前記突合せ工程では、前記突起部が前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に係止するように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせるこが好ましい。

かかる接合方法によれば、補助部材の表面側への浮き上りを防ぐことができるため、より好適に接合することができる。

本発明に係る接合方法によれば、硬度が高い金属部材同士を好適に接合することができる。

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斜視図である。 第一実施形態に係る接合方法の突合せ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接合工程を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る接合方法の準備工程を示す斜視図である。 第三実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 第三実施形態に係る接合方法の接合工程を示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る接合方法の準備工程を示す斜視図である。 第四実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す断面図である。 第四実施形態に係る接合方法の接合工程を示す断面図である。 本発明の第五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。 第五実施形態に係る接合方法の突合せ工程を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。第一実施形態に係る接合方法は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程とを行う。図１に示すように、本実施形態では、第一金属部材１と第二金属部材２とを摩擦攪拌接合する。以下の説明における「表面」とは、「裏面」の反対側の面を言う。

図１に示すように、準備工程は、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を用意する工程である。第一金属部材１及び第二金属部材２は、板状の金属部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２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、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いる。第一金属部材１及び第二金属部材２は、本実施形態では、ＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材を用いている。

第一金属部材１は、端部に形成された端面１ａ、表面１ｂ及び裏面１ｃを備えている。端面１ａは、表面１ｂおよび裏面１ｃに対して垂直になっている。第二金属部材２は、端部に形成された端面２ａ、表面２ｂ及び裏面２ｃを備えている。端面２ａは、表面２ｂおよび裏面２ｃに対して垂直になっている。第一金属部材１及び第二金属部材２の板厚は同一である。

補助部材１０は、第一金属部材１と第二金属部材２との間に介設される部材である。補助部材１０は、第一金属部材１よりも硬度の低い金属で形成されている。補助部材１０は、例えば、ＪＩＳ Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成されている。補助部材１０は、断面矩形を呈する長尺の部材にて構成されている。

補助部材１０は、表面１０ａと、側面１０ｂ，１０ｃと、裏面１０ｄを備えている。側面１０ｂ，１０ｃは、表面１０ａおよび裏面１０ｄと垂直になっている。側面１０ｂ，１０ｃは互いに平行になっている。

突合せ工程は、図２に示すように、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を突き合わせつつ架台Ｋに固定する工程である。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との間に補助部材１０を配置する。第一金属部材１の端面１ａと、補助部材１０の側面１０ｂとが概ね面接触するように突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成される。第二金属部材２の端面２ａと、補助部材１０の側面１０ｃとが概ね面接触するように突き合わされて突合せ部Ｊ２が形成される。補助部材１０の表面１０ａは、第一金属部材１の表面１ｂ及び第二金属部材２の表面２ｂと面一になる。補助部材１０の裏面１０ｄは、第一金属部材１の裏面１ｃ及び第二金属部材２の裏面２ｃと面一になる。

ここで、図２に示すように回転ツールＦは、基部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。基部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸に接続される部位である。攪拌ピンＦ２は、基部Ｆ１から垂下し、先細りとなっている。攪拌ピンＦ２の先端には、回転中心軸に対して直交する平坦面Ｆ３が形成されている。平坦面Ｆ３は、補助部材１０の表面１０ａの幅寸法よりも小さい直寸法で形成されている。攪拌ピンＦ２の上端部の直径寸法は、補助部材１０の表面１０ａの幅寸法よりも大きい。

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を右回転させるため、基端側から先端側に向かうにつれて螺旋溝が左回りで形成されている。なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、基端側から先端側に向かうにつれて螺旋溝が右回りで形成されている。このようにすると、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて先端側に移動するため、バリの発生を抑制することができる。

接合工程は、図３に示すように、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とを摩擦攪拌接合する工程である。接合工程では、右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を補助部材１０の表面１０ａの幅方向中央に挿入して、補助部材１０の長手方向に沿って相対移動させる。このとき、攪拌ピンＦ２の下端部の外周面は、第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の端面２ａに接触させず、攪拌ピンＦ２の上端部の外周面は、第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の端面２ａに接触させた状態である。攪拌ピンＦ２の上端部の外周面は、第一金属部材１の端面１ａの上端部及び第二金属部材２の端面２ａの上端部とで、上端に向かうに連れて接触代が大きくなるように接触している。

接合工程では、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、攪拌ピンＦ２の基端側は、第一金属部材１及び第二金属部材２から露出した状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、架台Ｋに接触しない範囲で深い位置まで挿入する。回転ツールＦを補助部材１０に沿って相対移動させ、終了位置に達したら回転ツールＦを補助部材１０から離脱させる。以上により、突合せ部Ｊ１，Ｊ２が一の工程で同時に摩擦攪拌接合される。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。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、先細りの攪拌ピンＦ２を備えた回転ツールＦを用いるため、補助部材１０の表面１０ａに容易に挿入することができる。また、攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０に挿入し、攪拌ピンＦ２の基端側は露出させた状態で摩擦攪拌するため、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、第一金属部材１及び第二金属部材２よりも軟質の補助部材１０に回転ツールＦを挿入するため、回転ツールＦの寿命を長くすることができる。また、攪拌ピンＦ２の上端部のみを第一金属部材１及び第二金属部材２と接触させるに留めるため、第一金属部材１及び第二金属部材２の硬質の金属が補助部材１０側に多く混入するのを防ぐことができるため、より接合強度を高めることができる。

また、攪拌ピンＦ２は先細りの形状であるため、攪拌ピンＦ２と第一金属部材１及び第二金属部材２とが大きく接触するのを防ぐことができる。

［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説明する。図４は、本発明の第二実施形態に係る接合方法の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は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程とを行う。第二実施形態では、補助部材１０Ａの形状が第一実施形態と主に相違する。本実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

図４に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２は第一実施形態と同一である。補助部材１０Ａは、断面矩形形状の本体部１１と、本体部１１の裏面（底部）１０ｄから下方に突出する突起部１２を備えている。突起部１２は、本体部１１の裏面（底部）１０ｄよりも幅広となる断面矩形（横長の長方形）状を呈する。突起部１２は、補助部材１０Ａの長手方向の全長に渡って形成されている。なお、突起部１２は、補助部材１０Ａの長手方向に沿って断続的に形成してもよい。架台Ｋには、突起部１２が挿入される断面矩形の凹部Ｋ１が形成されている。

突合せ工程では、第一金属部材１と、第二金属部材２と、補助部材１０Ａとを突き合わせて架台Ｋに固定する。突合せ工程では、まず、補助部材１０Ａの突起部１２を凹部Ｋ１に挿入する。例えば、架台Ｋの手前側又は奥側の凹部Ｋ１の開口部から突起部１２を挿入する。

次に、第一金属部材１及び第二金属部材２を補助部材１０の両側から突き合わせる。突起部１２は、第一金属部材１の裏面１ｃ及び第二金属部材２の裏面２ｃにそれぞれ係止される。第一金属部材１の端面１ａと、補助部材１０の側面１０ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ１が形成される。第二金属部材２の端面２ａと、補助部材１０の側面１０ｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ２が形成される。

接合工程では、回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ１，Ｊ２に対して摩擦攪拌接合を行う。本実施形態では、第一実施形態と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。なお、接合工程が終了したら、突起部１２を切除する切除工程を行ってもよいし、突起部１２をそのまま残してもよい。

以上説明した第二実施形態によ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。例えば、摩擦攪拌接合の接合長が長くなると、それに伴って補助部材１０も長く形成する。このような場合に摩擦攪拌接合を行うと、補助部材１０が上方に浮き上がってしまうという問題がある。しかし、第二実施形態によれば、補助部材１０に突起部１２を設けているため、補助部材１０の浮き上がりを防ぐことができる。これにより、第一金属部材１及び第二金属部材２に対する補助部材１０の位置ずれを防ぐことができるため、より好適に摩擦攪拌接合することができる。

なお、本実施形態では、突起部１２が第一金属部材１及び第二金属部材２の両方に係止するように設定したが、補助部材１０Ａが浮き上がらないように、第一金属部材１及び第二金属部材２のいずれか一方に係止させるようにしてもよい。

［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５は、本発明の第三実施形態に係る接合方法の準備工程を示す斜視図である。第三実施形態では、図５に示すように、第一金属部材１Ｂと第二金属部材２Ｂとを直交させて接合する点で他の実施形態と相違する。

第三実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、接合工程とを行う。準備工程では、第一金属部材１Ｂ、第二金属部材２Ｂ及び補助部材１０Ｂを用意する。第一金属部材１Ｂは、板状を呈し、端面１Ｂａ、側面１Ｂｂ，１Ｂｃを備えている。側面１Ｂｂ，１Ｂｃは上下方向に広がり、端面１Ｂａは、側面１Ｂｂ，１Ｂｃに対して垂直になっている。第二金属部材２Ｂは、板状を呈し、端面２Ｂａ、側面２Ｂｂ，２Ｂｃ（図５中、上下の面）を備えている。端面２Ｂａは上下方向に広がり、側面２Ｂｂ，２Ｂｃは水平になっている。第一金属部材１Ｂと第二金属部材２ＢとはＬ字状に突き合わされる。

補助部材１０Ｂは、断面矩形形状の本体部１１Ｂと、本体部１１Ｂの裏面（Ｌ字の入隅（内隅）側の面）１０Ｂｄから上方に突出する突起部１２Ｂとを備えている。本体部１１Ｂは、表面１０Ｂａ、側面１０Ｂｂ，１０Ｂｃ（図５中、上下の面）及び裏面１０Ｂｄを備えている。突起部１２Ｂは、本体部１１の裏面１０Ｂｄよりも上方に幅広となる断面矩形（縦長の長方形）状を呈する。突起部１２は、補助部材１０Ｂの長手方向の全長に渡って形成されている。なお、突起部１２は、補助部材１０Ａの長手方向に沿って断続的に形成してもよい。

突合せ工程は、図６に示すように、第一金属部材１Ｂと第二金属部材２Ｂとの間に補助部材１０Ｂを介設し、第一金属部材１Ｂと第二金属部材２Ｂとを垂直（Ｌ字状）に突き合わせる工程である。本実施形態では、第一金属部材１Ｂ及び第二金属部材２Ｂの入隅（内隅）側に架台Ｋ２を配置して、両者を付き合わせる。架台Ｋ２には、突起部１２Ｂが挿入される断面矩形の凹部Ｋ２ａが形成されている。凹部Ｋ２ａは、補助部材１０Ｂの長手方向に延設されている。突合せ工程では、まず、補助部材１０Ａの突起部１２を凹部Ｋ２ａに挿入する。

次に、第一金属部材１及び第二金属部材２を補助部材１０の両側からＬ字状に突き合わせる。突起部１２Ｂは、第一金属部材１の側面１Ｂｂに係止される。第一金属部材１Ｂの端面１Ｂａと、補助部材１０Ｂの側面１０Ｂｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ３が形成される。第二金属部材２Ｂの側面２Ｂｂと補助部材１０Ｂの側面１０Ｂｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ４が形成される。第一金属部材１Ｂと第二金属部材２Ｂとは垂直になっている。

接合工程は、図６及び図７に示すように、回転ツールＦを用いて突合せ部Ｊ３，Ｊ４を摩擦攪拌接合する工程である。接合工程では、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２のみを補助部材１０Ｂの表面１０Ｂａに挿入し、攪拌ピンＦ２の基端側の一部を露出させた状態で補助部材１０Ｂに沿って相対移動させて突合せ部Ｊ３，Ｊ４に対して摩擦攪拌接合を行う。

また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２の回転中心軸Ｚを水平にしつつ、攪拌ピンＦ２を補助部材１０Ｂの表面１０ａＢの幅方向中央に挿入して、補助部材１０Ｂの長手方向に沿って相対移動させる。このとき、攪拌ピンＦ２の先端部の外周面は、第一金属部材１Ｂの端面１Ｂａ及び第二金属部材２の側面２Ｂｂに接触させず、攪拌ピンＦ２の基端部の外周面は、第一金属部材１Ｂの端面１Ｂａ及び第二金属部材２Ｂの側面２Ｂｂに接触させた状態となっている。攪拌ピンＦ２の基端部の外周面は、第一金属部材１Ｂの端面１Ｂａ及び第二金属部材２Ｂの側面２Ｂｂとで、基端側に向かうに連れて接触代が大きくなるように接触している。

接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１Ｂ、第二金属部材２Ｂ及び補助部材１０Ｂに接触させ、攪拌ピンＦ２の基端側は、第一金属部材１Ｂ及び第二金属部材２Ｂから露出した状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、架台Ｋ２に接触しない範囲で深い位置まで挿入する。回転ツールＦを補助部材１０Ｂに沿って相対移動させ、終了位置に達したら回転ツールＦを補助部材１０から離脱させる。以上により、突合せ部Ｊ３，Ｊ４が一の工程で同時に摩擦攪拌接合される。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、接合工程が終了したら、突起部１２Ｂを切除する切除工程を行ってもよいし、突起部１２Ｂをそのまま残してもよい。また、本実施形態において、突起部１２Ｂを省略した補助部材を用いてもよい。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によっても、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、本実施形態では、第一金属部材１Ｂと、第二金属部材２Ｂとを垂直に接合することができる。さらに、補助部材１０Ｂの浮き上がりを防ぐことができるので、第一金属部材１Ｂ及び第二金属部材２Ｂに対する補助部材１０Ｂの位置ずれを防ぐことができるため、より好適に摩擦攪拌接合することができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る接合方法について説明する。図８は、本発明の第四実施形態に係る接合方法の準備工程を示す斜視図である。第四実施形態では、図８に示すように、第一金属部材１Ｃと第二金属部材２Ｃとを重ね合わせつつ突き合わせる点で他の実施形態と相違する。

第四実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、接合工程とを行う。準備工程では、第一金属部材１Ｃ、第二金属部材２Ｃ及び補助部材１０Ｃを用意する。第一金属部材１Ｃは、板状を呈し、端面１Ｃａ、表面１Ｃｂ及び裏面１Ｃｃを備えている。端面１Ｃａは、表面１Ｃｂ及び裏面１Ｃｃに対して垂直になっている。

第二金属部材２Ｃは、板厚部と板薄部からなる段差部を備えた形状になっている。第二金属部材２Ｃは、第一端面２Ｃａ、第一表面２Ｃｂ、第二端面２Ｃｃ、第二表面２Ｃｄ及び裏面２Ｃｅとを有する。第一端面２Ｃａは、第一表面２Ｃｂに対して垂直になっている。第二端面２Ｃｃは、第二表面２Ｃｄ及び裏面２Ｃｅに対して垂直になっている。

補助部材１０Ｃは、断面矩形の長尺の部材にて構成されている。補助部材１０Ｃは、表面１０Ｃａと、側面１０Ｃｂ，１０Ｃｃと、裏面１０Ｃｄを備えている。側面１０Ｃｂ，１０Ｃｃは、表面１０Ｃａおよび裏面１０Ｃｄと垂直になっている。側面１０Ｃｂ，１０Ｃｃは互いに平行になっている。

突合せ工程は、図９に示すように、第一金属部材１Ｃと第二金属部材２Ｃとを重ね合わせつつ、補助部材１０Ｃを介設して突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一金属部材１Ｃの裏面１Ｃｃと、第二金属部材２Ｃの第二表面２Ｃｄとが重ね合わされて突合せ部Ｊ７が形成される。また、補助部材１０Ｃの側面１０Ｃｂと第一金属部材１Ｃの端面１Ｃａとが突き合わされて突合せ部Ｊ５が形成される。また、補助部材１０Ｃの側面１０Ｃｃと第二金属部材２Ｃの第一端面２Ｃａとが突き合わされて突合せ部Ｊ６が形成される。

接合工程は、図１０に示すように、回転ツールＦを用いて第一金属部材１Ｃと第二金属部材２Ｃを摩擦攪拌接合する工程である。接合工程では、右回転させた回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を補助部材１０Ｃの表面１０Ｃａの幅方向中央に挿入する。接合工程では、本実施形態では攪拌ピンＦ２の下端部の外周面は、第一金属部材１Ｃの端面１Ｃａ及び第二金属部材２Ｃの第一端面２Ｃａに接触させず、攪拌ピンＦ２の上端部の外周面は、第一金属部材１Ｃの端面１Ｃａ及び第二金属部材２Ｃの第一端面２Ｃａに接触させた状態で、攪拌ピンＦ２を補助部材１０Ｃに沿って相対移動させる。

接合工程では、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１Ｃ、第二金属部材２Ｃ及び補助部材１０Ｃに接触させ、攪拌ピンＦ２の基端側は、第一金属部材１Ｃ及び第二金属部材２Ｃから露出した状態で摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＦ２の平坦面Ｆ３は、第二金属部材２の第二表面２Ｃｄに接触しない範囲で深い位置まで挿入する。回転ツールＦを補助部材１０Ｃに沿って相対移動させ、終了位置に達したら回転ツールＦを補助部材１０Ｃから離脱させる。以上により、突合せ部Ｊ５，Ｊ６が一の工程で同時に摩擦攪拌接合される。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。

以上説明した第四実施形態によ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。

［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る接合方法について説明する。図１１は、本発明の第五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。第五実施形態に係る接合方法は、準備工程と、突合せ工程と、接合工程とを行う。第五実施形態では、補助部材１０ＣＡの形状が第四実施形態と主に相違する。本実施形態では、第四実施形態と相違する部分を中心に説明する。

図１１に示すように、第一金属部材１Ｃは第四実施形態と同一である。第二金属部材２Ｃの第二表面２Ｃｄには、凹溝部１５が形成されている。凹溝部１５は断面矩形状に形成されている。

補助部材１０ＣＡは、断面矩形状の本体部１１と、本体部１１の裏面（底部）１０Ｃｄから突出する突起部１２とを備えている。突起部１２は、本体部１１の裏面（底部）１０Ｃｄよりも幅広となる断面矩形（横長の長方形）状を呈する。突起部１２は、補助部材１０Ｃの長手方向の全長に渡って形成されている。なお、突起部１２は、補助部材１０ＣＡの長手方向に沿って断続的に形成してもよい。突起部１２は、第二金属部材２Ｃの凹溝部１５に挿入される。

突合せ工程では、第一金属部材１Ｃと、第二金属部材２Ｃと、補助部材１０ＣＡとを突き合わせて架台Ｋに固定する。突合せ工程では、まず、補助部材１０ＣＡの突起部１２を凹溝部１５に挿入する。例えば、凹溝部１５の手前側又は奥側の開口部から突起部１２を挿入する。次に、第四実施形態と同じ要領で、各部材を突き合わせて突合せ部Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７を形成する。接合工程は、第四実施形態と同一である。

以上説明した第五実施形態によっても、第四実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、突起部１２を備えることにより、補助部材１０ＣＡの浮き上がりを防ぐことができる。

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で適宜設計変更が可能である。例えば、第二〜第五実施形態に係る接合工程でも、攪拌ピンＦ２の上端部（基端部）の外周面と、第一金属部材及び第二金属部材は接触させたが、これに限定されるものではない。塑性化領域が第一金属部材及び第二金属部材に到達するようにすれば、回転ツールＦの攪拌ピンＦ２と第一金属部材及び第二金属部材とを接触させずに摩擦攪拌接合を行ってもよい。

１ 第一金属部材
１ａ 端面
２ 第二金属部材
２ａ 端面
１０ 補助部材
１２ 突起部
Ｊ１ 突合せ部
Ｊ２ 突合せ部
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 攪拌ピン

Claims (4)

1. 先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて一対の金属部材を接合する接合方法であって、
   アルミニウム合金から形成された第一金属部材と、アルミニウム合金から形成された第二金属部材と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材よりも硬度が低いアルミニウム又はアルミニウム合金から形成された断面矩形の補助部材を準備する準備工程と、
   前記第一金属部材と前記第二金属部材の端部同士を向い合せて、前記端部同士の隙間に前記補助部材を挟み込み、前記第一金属部材の端面と前記補助部材の一方の側面とを突き合わせるとともに、前記第二金属部材の端面と前記補助部材の他方の側面とを突き合せて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールを前記補助部材の表面側から挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを前記補助部材に接触させ前記攪拌ピンの基端側を露出させつつ、前記攪拌ピンの少なくとも基端側の外周面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と前記第二金属部材とを補助部材を介して接合する接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
2. 前記補助部材の裏面側に、浮き防止のための突起部を備え、
   前記突合せ工程では、前記突起部が前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に係止するように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 先細りの攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて一対の金属部材を接合する接合方法であって、
   アルミニウム合金から形成された第一金属部材と、アルミニウム合金から形成された第二金属部材と、前記第一金属部材及び前記第二金属部材よりも硬度が低いアルミニウム又はアルミニウム合金から形成された断面矩形の補助部材を準備する準備工程と、
   前記第一金属部材の端部と前記第二金属部材の側面とを突き合せて、前記第一金属部材の端部と前記第二金属部材の側面との隙間に前記補助部材を挟み込み、前記第一金属部材の端面と前記補助部材の一方の側面とを突き合せるとともに、前記第二金属部材の側面と前記補助部材の他方の側面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   回転する前記回転ツールを前記補助部材の表面側から挿入するとともに、前記攪拌ピンのみを前記補助部材に接触させ前記攪拌ピンの基端側を露出させつつ、前記攪拌ピンの少なくとも基端側の外周面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と前記第二金属部材とを補助部材を介して接合する接合工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
4. 前記補助部材の裏面側に、浮き防止のための突起部を備え、
   前記突合せ工程では、前記突起部が前記第一金属部材及び前記第二金属部材の少なくとも一方に係止するように前記第一金属部材と前記第二金属部材とを突き合わせることを特徴とする請求項３に記載の接合方法。

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