JP2021045780A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支柱と蓋部材とを摩擦攪拌によって接合する際に、引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる接合方法を提供する。【解決手段】支柱段差部の段差側面１７ｂと孔部４の孔壁４ａとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成するとともに、支柱段差部の段差底面１７ａと蓋部材３の裏面３ｂとを重ね合わせて第二突合せ部Ｊ２を形成する載置工程と、先端側ピン及び基端側ピンを第一突合せ部Ｊ１に挿入し、先端側ピンの外周面を支柱段差部及び蓋部材３に接触させるとともに、基端側ピンの外周面を蓋部材３の表面３ａに接触させた状態で、摩擦攪拌を行った後、先端側ピンを傾斜台５０の傾斜面５０ｃに沿って昇るように移動させ、傾斜面５０ｃの上側で先端側ピンを引抜く本接合工程と、本接合工程の後に、傾斜台５０を除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図８

Description

本発明は、接合方法に関する。

金属部材同士を接合する技術として、摩擦攪拌接合が知られている。摩擦攪拌接合では、回転ツールに備えられた攪拌ピンを金属部材から引き抜く際に、引抜き穴が残ってしまうという課題がある。そこで、金属部材に引抜き穴が残らないようにする接合方法が知られている。例えば、特許文献１に係る接合方法では、攪拌ピンを移動させながら徐々に引き抜くことによって、引抜き痕を小さくする方法が開示されている。

特開２０１６−８７６４９号公報

しかし、特許文献１の接合方法では、回転ツールを徐々に引き抜く際に、塑性化領域に引抜き痕が残ってしまうという課題がある。

そこで本発明は、支柱と蓋部材とを摩擦攪拌によって接合する際に、引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる接合方法を提供することを課題とする。

このような観点から、本発明は、支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、前記支柱段差部に近接するとともに、前記支柱の先端の表面から突出する傾斜台を形成する準備工程と、前記支柱に前記蓋部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記先端側ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部及び前記蓋部材に接触させるとともに、前記基端側ピンの外周面を前記蓋部材の表面に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記先端側ピンを前記傾斜台の傾斜面に沿って昇るように移動させ、前記傾斜面の上側で前記先端側ピンを引抜く本接合工程と、前記本接合工程の後に、前記傾斜台を除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、前記蓋部材の孔部の孔壁に近接するとともに、前記蓋部材の表面から突出する傾斜台を形成する準備工程と、前記支柱に前記蓋部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、回転する前記先端側ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部及び前記蓋部材に接触させるとともに、前記基端側ピンの外周面を前記蓋部材の表面に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記先端側ピンを前記傾斜台の傾斜面に沿って昇るようにして移動させ、前記傾斜面の上側で前記先端側ピンを引抜く本接合工程と、前記本接合工程の後に、前記傾斜台を除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする。

係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合を行った後、第一突合せ部とは別の位置に設けられた傾斜台で攪拌ピンを引き抜くことができる。また、傾斜台は支柱又は蓋部材から切除することができる。これにより、引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる。また、かかる接合方法によれば、テーパー角度の大きい基端側ピンの外周面を蓋部材の表面に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、バリの発生を抑制することができる。

本発明に係る接合方法によれば、引抜き穴及び引抜き痕の発生を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る回転ツールを示す側面図である。 回転ツールの拡大断面図である。 回転ツールの第一変形例を示す断面図である。 回転ツールの第二変形例を示す断面図である。 回転ツールの第三変形例を示す断面図である。 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準備工程を示す支柱の上面図である。 第一実施形態に係る接合方法の載置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本接合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本接合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本接合工程を示す支柱の上面図である。 本発明の第二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。 第二実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す斜視図である。 第二実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す支柱の上面図である。 本発明の第三実施形態に係る接合方法の本接合工程を示す斜視図である。 本発明の第一変形例に係る斜視図である。 本発明の第二変形例に係る斜視図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。まずは、本実施形態に係る接合方法で用いる回転ツールについて説明する。回転ツールは、摩擦攪拌接合に用いられるツールである。図１に示すように、回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、基軸部Ｆ１と、基端側ピンＦ２と、先端側ピンＦ３とで主に構成されている。基軸部Ｆ１は、円柱状を呈し、摩擦攪拌装置の主軸に接続される部位である。

基端側ピンＦ２は、基軸部Ｆ１に連続し、先端に向けて先細りになっている。基端側ピンＦ２は、円錐台形状を呈する。基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａは適宜設定すればよいが、例えば、１３５〜１６０°になっている。テーパー角度Ａが１３５°未満であるか、又は、１６０°を超えると摩擦攪拌後の接合表面粗さが大きくなる。テーパー角度Ａは、後記する先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂよりも大きくなっている。図２に示すように、基端側ピンＦ２の外周面には、階段状のピン段差部Ｆ２１が高さ方向の全体に亘って形成されている。ピン段差部Ｆ２１は、右回り又は左回りで螺旋状に形成されている。つまり、ピン段差部Ｆ２１は、平面視して螺旋状であり、側面視すると階段状になっている。本第一実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、ピン段差部Ｆ２１は基端側から先端側に向けて左回りに設定している。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、ピン段差部Ｆ２１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、ピン段差部Ｆ２１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。ピン段差部Ｆ２１は、段差底面Ｆ２１ａと、段差側面Ｆ２１ｂとで構成されている。隣り合うピン段差部Ｆ２１の各頂点Ｆ２１ｃ，Ｆ２１ｃの距離Ｘ１（水平方向距離）は、後記する段差角度Ｃ及び段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１に応じて適宜設定される。

段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１は適宜設定すればよいが、例えば、０．１〜０．４ｍｍで設定されている。高さＹ１が０．１ｍｍ未満であると接合表面粗さが大きくなる。一方、高さＹ１が０．４ｍｍを超えると接合表面粗さが大きくなる傾向があるとともに、有効段差部数（被接合金属部材と接触しているピン段差部Ｆ２１の数）も減少する。

段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとでなす段差角度Ｃは適宜設定すればよいが、例えば、８５〜１２０°で設定されている。段差底面Ｆ２１ａは、本実施形態では水平面と平行になっている。段差底面Ｆ２１ａは、ツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面に対して−５°〜１５°内の範囲で傾斜していてもよい（マイナスは水平面に対して下方、プラスは水平面に対して上方）。距離Ｘ１、段差側面Ｆ２１ｂの高さＹ１、段差角度Ｃ及び水平面に対する段差底面Ｆ２１ａの角度は、摩擦攪拌を行う際に、塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の内部に滞留して付着することなく外部に抜けるとともに、段差底面Ｆ２１ａで塑性流動材を押えて接合表面粗さを小さくすることができるように適宜設定する。

図１に示すように、先端側ピンＦ３は、基端側ピンＦ２に連続して形成されている。先端側ピンＦ３は円錐台形状を呈する。先端側ピンＦ３の先端は回転中心軸に対して垂直な平坦面Ｆ４になっている。先端側ピンＦ３のテーパー角度Ｂは、基端側ピンＦ２のテーパー角度Ａよりも小さくなっている。図２に示すように、先端側ピンＦ３の外周面には、螺旋溝Ｆ３１が刻設されている。螺旋溝Ｆ３１は、右回り、左回りのどちらでもよいが、本第一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けて左回りに刻設されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝Ｆ３１を基端側から先端側に向けて右回りに設定することが好ましい。これにより、螺旋溝Ｆ３１によって塑性流動材が先端側に導かれるため、被接合金属部材の外部に溢れ出る金属を低減することができる。螺旋溝Ｆ３１は、螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成されている。隣り合う螺旋溝Ｆ３１の頂点Ｆ３１ｃ，Ｆ３１ｃの距離（水平方向距離）を長さＸ２とする。螺旋側面Ｆ３１ｂの高さを高さＹ２とする。螺旋底面Ｆ３１ａと、螺旋側面Ｆ３１ｂとで構成される螺旋角度Ｄは例えば、４５〜９０°で形成されている。螺旋溝Ｆ３１は、被接合金属部材と接触することにより摩擦熱を上昇させるとともに、塑性流動材を先端側に導く役割を備えている。

回転ツールＦは、適宜設計変更が可能である。図３は、本発明の回転ツールの第一変形例を示す側面図である。図３に示すように、第一変形例に係る回転ツールＦＡでは、ピン段差部Ｆ２１の段差底面Ｆ２１ａと段差側面Ｆ２１ｂとのなす段差角度Ｃが８５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは、水平面と平行である。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、段差角度Ｃは、摩擦攪拌中にピン段差部Ｆ２１内に塑性流動材が滞留して付着することなく外部に抜ける範囲で鋭角としてもよい。

図４は、本発明の回転ツールの第二変形例を示す側面図である。図４に示すように、第二変形例に係る回転ツールＦＢでは、ピン段差部Ｆ２１の段差角度Ｃが１１５°になっている。段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行になっている。このように、段差底面Ｆ２１ａは水平面と平行であるとともに、ピン段差部Ｆ２１として機能する範囲で段差角度Ｃが鈍角となってもよい。

図５は、本発明の回転ツールの第三変形例を示す側面図である。図５に示すように、第三変形例に係る回転ツールＦＣでは、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面に対して１０°上方に傾斜している。段差側面Ｆ２１ｂは、鉛直面と平行になっている。このように、摩擦攪拌中に塑性流動材を押さえることができる範囲で、段差底面Ｆ２１ａがツールの回転中心軸から外周方向に向かって水平面よりも上方に傾斜するように形成されていてもよい。上記の回転ツールの第一〜第三変形例によっても、下記の実施形態と同等の効果を奏することができる。

［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、図面を参照して詳細に説明する。図６に示すように、本実施形態の接合方法は、支柱１５と蓋部材３を接合するものであるが、ここでは、支柱１５を備えた本体２と、蓋部材３とを接合して中空容器を製造する場合を例示する。本発明は、支柱と蓋部材とを接合する接合方法であって、支柱の形状や蓋部材の形状、用途等は特に制限されるものではない。

本実施形態の接合方法は、本体２と、蓋部材３とを摩擦攪拌接合して中空容器１を製造するものである。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。
本実施形態に係る接合方法は、準備工程と、載置工程と、本接合工程と、傾斜台除去工程とを行う。準備工程は、本体２と蓋部材３とを準備する工程である。本体２は、底部１０と、周壁部１１と、複数の支柱１５と、で主に構成されている。本体２は、摩擦攪拌接合可能な金属で形成されており、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金等で形成されている。本体２は、本実施形態ではアルミニウム合金で形成されている。本体２は、例えば、ＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２（Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系）等のアルミニウム合金鋳造材で形成してもよい。

図６に示すように、底部１０は、平面視矩形を呈する板状部材である。周壁部１１は、底部１０の周縁部から矩形枠状に立ち上がる壁部である。周壁部１１の内周縁には周壁段差部１２が形成されている。周壁段差部１２は、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから立ち上がる段差側面１２ｂとで構成されている。図８に示すように、段差側面１２ｂは、段差底面１２ａから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。段差側面１２ｂの傾斜角度βは適宜設定すればよいが、例えば、鉛直面に対して３°〜３０°になっている。傾斜角度βは、図１に示す回転ツールＦの先端側ピンＦ３の傾斜角度αと同一となるように設定している。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。

図６に示すように、支柱１５は、底部１０から垂直に立ち上がっている。支柱１５の本数は特に制限がされないが、本実施形態では４本形成されている。また、支柱１５の形状は本実施形態では円柱状になっているが、角柱など他の形状であってもよい。支柱１５の先端には突出部１６が形成されている。突出部１６の形状は特に制限されないが、本実施形態では円錐台状になっている。突出部１６の傾斜台５０を除いた高さは、蓋部材３の板厚よりも小さくなっている。

突出部１６が形成されることにより、支柱１５の先端には支柱段差部１７が形成されている。支柱段差部１７は、段差底面１７ａと、段差底面１７ａから立ち上がる段差側面１７ｂとで構成されている。段差底面１７ａは、周壁段差部１２の段差底面１２ａと同じ高さ位置に形成されている。段差側面１７ｂの高さ寸法は、蓋部材３の板厚よりも小さくなっている。段差側面１７ｂは、先端に向かうにつれて先細りとなるように、かつ孔壁４ａから離間するように傾斜している。段差側面１７ｂの傾斜角度γは、適宜設定すればよいが、本実施形態では図１に示す回転ツールＦの先端側ピンＦ３の傾斜角度αと同一となるように設定している。

蓋部材３は、本体２の開口部を封止する板状部材である。蓋部材３は、周壁段差部１２に載置される大きさになっている。蓋部材３の板厚は、段差側面１２ｂの高さよりも大きくなっている。蓋部材３には、支柱１５と対応する位置に孔部４が形成されている。孔部４は突出部１６が嵌め合わされるように形成されている。蓋部材３は、本体２と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。本実施形態では、蓋部材３はアルミニウム合金で形成されている。蓋部材３は、例えば、ＪＩＳ Ａ１０５０，Ａ１１００，Ａ６０６３等のアルミニウム合金展伸材で形成してもよい。

図６及び図７に示すように、各支柱１５の突出部１６の先端面１６ａには、支柱段差部１７に近接するように傾斜台５０が形成されている。傾斜台５０は、傾斜台側面５０ａ、傾斜台側面５０ｂと、傾斜面５０ｃとで構成されている。傾斜台側面５０ａ，５０ｂは、先端面１６ａから垂直に立ち上がり、これにより先端面１６ａから突出している。傾斜台側面５０ａは、本接合工程の際に、回転ツールＦと干渉しないように、先端面１６ａの外周縁から内側に離間する位置に形成されている。傾斜面５０ｃは、平面視円弧状を呈し、周方向に進むにつれて徐々に上方に傾斜する面になっている。傾斜台５０は、回転ツールＦを傾斜面５０ｃに沿って上昇させて後記する終了位置Ｅｐまで移動させた場合に、突出部１６の先端面１６ａに回転ツールＦによる引抜き穴及び引抜き痕が残らない程度の厚さ（高さ）を有することが好ましい。すなわち、傾斜台５０は、傾斜面５０ｃの下端から上端に向かうにつれて厚みを増していくが、少なくとも先端側ピンＦ３が傾斜台５０に挿入される深さよりも厚みを有する部位を持つ形状であることが好ましい。

載置工程は、図８に示すように、本体２に蓋部材３を載置する工程である。載置工程では、段差底面１２ａに蓋部材３の裏面３ｂを載置する。段差側面１２ｂと蓋部材３の外周側面３ｃとが突き合わされて突合せ部Ｊ１１が形成される。また、段差底面１２ａと、蓋部材３の裏面３ｂとが突き合わされて突合せ部Ｊ１２が形成される。

また、載置工程によって孔部４の孔壁４ａと支柱段差部１７の段差側面１７ｂとが突き合わされて第一突合せ部Ｊ１が形成される。第一突合せ部Ｊ１は、孔壁４ａと支柱段差部１７の段差側面１７ｂとが断面略Ｖ字状の隙間をあけて突き合わされる場合を含み得る。さらに、蓋部材３の裏面３ｂと支柱段差部１７の段差底面１７ａとが突き合わされて第二突合せ部Ｊ２が形成される。

本接合工程は、図９及び図１０に示すように、回転ツールＦを用いて、突合せ部Ｊ１１及び第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。本接合工程では、突合せ部Ｊ１１については、回転させた回転ツールＦの先端側ピンＦ３を挿入し、先端側ピンＦ３の外周面を本体２と蓋部材３とに接触させ、基端側ピンＦ２の外周面を蓋部材３に接触させて、突合せ部Ｊ１１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う（図示省略）。

また、本接合工程では、図９及び図１０に示すように、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う。本接合工程では、開始位置Ｓｐから突出部１６を一周させて中間点Ｓ１までの本工程と、中間点Ｓ１から終了位置Ｅｐまでの離脱工程とを行う。

本工程では、蓋部材３の表面３ａに設定した開始位置Ｓｐに右回転した先端側ピンＦ３を挿入し、突出部１６に対して左回りに移動させる。本工程では、先端側ピンＦ３の先端を段差底面１７ａに接触させるとともに、基端側ピンＦ２の外周面を蓋部材３の表面３ａに接触させる。また、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１７ｂにわずかに接触させる。そして、この状態を保ったまま回転ツールＦを移動させ、塑性流動化した金属を第一突合せ部Ｊ１の隙間に流入させつつ、第一突合せ部Ｊ１に沿って一周させる。回転ツールＦの移動軌跡には摩擦攪拌された金属が硬化することにより塑性化領域Ｗ１が形成される。

ここで、段差側面１７ｂに対する先端側ピンＦ３の外周面の接触代をオフセット量Ｎとする。本実施形態のように、先端側ピンＦ３の外周面を段差側面１７ｂに接触させ、かつ、回転ツールＦの平坦面Ｆ４を段差底面１７ａに接触させる場合は、オフセット量Ｎを、０＜Ｎ≦０．５ｍｍの間で設定し、好ましくは０＜Ｎ≦０．２５ｍｍの間で設定する。

図１１に示すように、回転ツールＦを突出部１６の廻りに一周させたら開始位置Ｓｐを通過させて、塑性化領域Ｗ１の始端と終端とをオーバーラップさせる。回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したら、そのまま離脱工程に移行する。

離脱工程では、中間点Ｓ１から終了位置Ｅｐまで、傾斜台５０の傾斜面５０ｃに沿って、徐々に回転ツールＦを上昇させながら回転ツールＦを移動させる。より詳しくは、傾斜台５０に回転ツールＦが達したら、先端側ピンＦ３と突出部１６とを徐々に離間させながら、傾斜面５０ｃに沿って回転ツールＦを移動させる。

回転ツールＦが終了位置Ｅｐに達したら、回転ツールＦを上方に引き抜いて離脱させる。本工程及び離脱工程では、先端側ピンＦ３及び基端側ピンＦ２の挿入深さは一定としてもよいし、可変させてもよい。

傾斜台除去工程は、傾斜台５０を除去する工程である。傾斜台除去工程では、例えば、切削加工、研削加工により先端面１６ａを基準として傾斜台５０をすべて除去する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、回転ツールＦの終了位置Ｅｐを傾斜台５０に設定するとともに、当該傾斜台５０を切除する。これにより、支柱１５及び蓋部材３に引抜き穴及び引抜き痕が残存しない摩擦攪拌接合が可能となる。また、これにより支柱１５及び蓋部材３の表面３ａには引抜き穴及び引抜き痕が残存しないため、きれいに仕上げることができる。

また、回転ツールＦは傾斜台５０の傾斜面５０ｃに沿って上昇させるため、終了位置Ｅｐまで回転ツールＦを移動させると、回転ツールＦと先端面１６ａとを離間させることができる。これにより、回転ツールＦを離脱させた際に生じる引抜き穴は、先端面１６ａには残存せず、傾斜台５０のみに残存させることができる。

また、本実施形態の本体２を、例えば、ダイキャストで一体成形することにより、傾斜台５０を容易に成形することができる。また、傾斜台５０の傾斜面５０ｃに沿って一定の挿入深さで上昇させればよいため、回転ツールＦの回転速度を変更するなどの煩雑な作業を省略することができる。

また、本実施形態では、本接合工程において、基端側ピンＦ２の外周面と蓋部材３の表面３ａとを接触させ、塑性流動材を押さえながら摩擦攪拌を行うため、バリの発生を抑制することができる。また、基端側ピンＦ２の外周面で塑性流動材を押えることができるため、接合表面（蓋部材３の表面３ａ）に形成される段差凹溝を小さくすることができるとともに、段差凹溝の脇に形成される膨出部を無くすか若しくは小さくすることができる。また、基端側ピンＦ２の階段状のピン段差部Ｆ２１は浅く、かつ、出口が広いため、塑性流動材を段差底面Ｆ２１ａで押えつつ塑性流動材がピン段差部Ｆ２１の外部に抜けやすくなっている。そのため、基端側ピンＦ２で塑性流動材を押えても基端側ピンＦ２の外周面に塑性流動材が付着し難い。よって、接合表面粗さを小さくすることができるとともに、接合品質を好適に安定させることができる。

［第二実施形態］
第二実施形態では、第一実施形態の本体２と、蓋部材３とに代えて、図１２〜１４に示すように、本体２Ａと、蓋部材３Ａとを用いることが異なる。本体２及び蓋部材３と本体２Ａ及び蓋部材３Ａと共通の部材等については第一実施形態と共通の符号を用い、詳細な説明は省略する。

図１２に示すように、底部１０は、平面視矩形を呈する板状部材である。周壁部１１は、底部１０の周縁部から矩形枠状に立ち上がる壁部である。周壁部１１の内周縁には周壁段差部１２が形成されている。周壁段差部１２は、段差底面１２ａと、段差底面１２ａから立ち上がる段差側面１２ｂとで構成されている。段差側面１２ｂは、第一実施形態と同様に段差底面１２ａから開口部に向かって外側に広がるように傾斜している。底部１０及び周壁部１１で凹部１３が形成されている。

図１２に示すように、支柱１５Ａは、底部１０から垂直に立ち上がっている。支柱１５Ａの本数は特に制限がされないが、本実施形態では２本形成されている。また、支柱１５Ａの形状は上面視矩形状の角柱状を呈する。支柱１５Ａの先端には上面視矩形状の突出部１６Ａが形成されている。突出部１６Ａの高さは、蓋部材３Ａの板厚よりも小さくなっている。

突出部１６Ａが形成されることにより、支柱１５Ａの先端には支柱段差部１７Ａが形成されている。支柱段差部１７Ａは、段差底面１７ａＡと、段差底面１７ａＡから立ち上がる段差側面１７ｂＡとで構成されている。段差底面１７ａＡは、周壁段差部１２の段差底面１２ａと同じ高さ位置に形成されている。段差側面１７ｂＡの高さ寸法は、蓋部材３Ａの板厚よりも小さくなっている。段差側面１７ｂＡは、先端に向かうにつれて先細りとなるように、孔壁４ａＡから離間するように傾斜している。

蓋部材３Ａは、本体２Ａの開口部を封止する板状部材である。蓋部材３Ａは、周壁段差部１２に載置される大きさになっている。蓋部材３Ａの板厚は、段差側面１２ｂの高さよりも大きくなっている。蓋部材３Ａには、支柱１５Ａと対応する位置に上面視で矩形状の孔部４Ａが形成されている。孔部４Ａは突出部１６Ａが嵌め合わされるように形成されている。

図１３に示すように、各支柱１５Ａの突出部１６Ａの先端面１６ａＡには、傾斜台５０Ａが形成されている。傾斜台５０Ａは、傾斜台側面５０ａＡ、５０ｂＡ及び傾斜面５０ｃＡで構成されている。傾斜台側面５０ａＡ，５０ｂＡは、先端面１６ａＡから垂直に立ち上がる面である。傾斜面５０ｃＡの端部は、先端面１６ａＡの外周縁に接している。傾斜台側面５０ａＡ，５０ｂＡは、本接合工程の本工程において、移動する回転ツールＦと干渉しない位置に形成されている。なお、傾斜面５０ｃＡの端部と、先端面１６ａＡの外周縁とは、本接合工程の本工程において移動する回転ツールＦと干渉しないように離間してもよい。

準備工程、載置工程、傾斜台除去工程は、第一実施形態と同様に行う。本接合工程も、第一実施形態と概ね同様である。つまり、本接合工程では図１３に示すように、回転ツールＦを用いて第一突合せ部Ｊ１Ａを摩擦攪拌接合する。図１３に矢印で示したように、蓋部材３Ａの表面３ａ（図１３において図示せず）に右回転した先端側ピンＦ３及び基端側ピンＦ２を挿入し、突出部１６Ａに対して左回りに移動させる。回転ツールＦの深さの条件等は第一実施形態と同様である。

より詳しくは、図１４に示すように、本接合工程では、開始位置Ｓｐから突出部１６Ａを一周させて中間点Ｓ１までの本工程と、中間点Ｓ１から終了位置ＥＰ１までの離脱工程とを行う。本工程では、開始位置Ｓｐに右回転させた回転ツールＦを挿入し、突出部１６Ａに対して左回りに移動させる。回転ツールＦを一周させたらそのまま移動させて、塑性化領域Ｗ１をオーバーラップさせる。回転ツールＦが中間点Ｓ１に達したら、回転ツールＦを抜かずに離脱工程に移行する。

離脱工程では、中間点Ｓ１から終了位置Ｅｐまで、傾斜台５０Ａの傾斜面５０ｃＡに沿って、徐々に回転ツールＦを上昇させながら回転ツールＦを移動させる。より詳しくは、傾斜台５０Ａに回転ツールＦが達したら、先端側ピンＦ３及び基端側ピンＦ２と突出部１６Ａとを徐々に離間させながら、傾斜面５０ｃに沿って回転ツールＦを移動させる。回転ツールＦが終了位置Ｅｐに達したら、回転ツールＦを上方に引き抜いて離脱させる。本工程及び離脱工程では、先端側ピンＦ３及び基端側ピンＦ２の挿入深さは一定としてもよいし、可変させてもよい。

以上説明した第二実施形態の接合方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第二実施形態のように、傾斜台５０Ａを平面視矩形としてもよい。これにより、回転ツールＦの移動ルートを単純化することができる。

［第三実施形態］
図１５に示すように、第三実施形態が第一実施形態と異なるのは、傾斜台５０Ｄを先端面１６ａに設けるのではなく、蓋部材３Ｄの表面３ａ上に設けていることである。すなわち、蓋部材３Ｄにおける孔部の孔壁（前記の孔部４の孔壁４ａに相当）に近接するとともに、蓋部材３Ｄの表面３ａから突出する傾斜台５０Ｄを形成する。また、第一実施形態と共通の部材等については第一実施形態と共通の符号を用い、詳細な説明は省略する。

傾斜台５０Ｄは、傾斜台側面５０ａＤ，５０ｂＤ及び傾斜面５０ｃＤで構成されている。傾斜台５０Ｄの傾斜面５０ｃＤの下端部は第一突合せ部Ｊ１Ｄに臨んでいる。傾斜台５０Ｄは、本接合工程の本工程の際に、移動する回転ツールＦと干渉しない位置に形成することが好ましい。

図１５に示すように、本実施形態に係る本接合工程では、開始位置Ｓｐに回転ツールＦを挿入し、第一突合せ部Ｊ１Ｄに沿って一周以上させた後、回転ツールＦを傾斜台５０Ｄの傾斜面５０ｃＤに沿って上昇させて、終了位置Ｅｐで回転ツールＦを離脱させる。傾斜台除去工程では、例えば、切削加工により蓋部材３Ｄの表面３ａを基準として傾斜台５０Ｄをすべて除去する。

以上説明した第三実施形態の接合方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。本実施形態のように、傾斜台５０Ｄは蓋部材３Ｄの表面３ａに設けてもよい。

［第一変形例］
傾斜台の形状は、前記した実施形態以外も採用することができる。第一変形例の支柱１５Ｂは、図１６に示すように三角柱状を呈している。支柱１５Ｂの先端には三角形状（三角推台状）の突出部１６Ｂが形成されている。突出部１６Ｂが形成されることにより、支柱１５Ｂの先端には支柱段差部１７Ｂが形成されている。支柱段差部１７Ｂは、段差底面１７ａＢと、段差底面１７ａＢから立ち上がる段差側面１７ｂＢとで構成されている。

突出部１６Ｂ上には傾斜台５０Ｂが形成されている。傾斜台５０Ｂは、突出部１６Ｂの外周縁を下端とする傾斜面５０ｃＢが形成されている。傾斜面５０ｃＢは、突出部１６Ｂの形状に沿って形成されている。なお、第三実施形態のように、傾斜台５０Ｂを蓋部材の表面上に形成するようにしてもよい。

［第二変形例］
第二変形例の支柱１５Ｃは、図１７に示すように四角柱状を呈している。支柱１５Ｃの先端には四角形状（四角推台形状）の突出部１６Ｃが形成されている。突出部１６Ｃが形成されることにより、支柱１５Ｃの先端には支柱段差部１７Ｃが形成されている。支柱段差部１７Ｃは、段差底面１７ａＣと、段差底面１７ａＣから立ち上がる段差側面１７ｂＣとで構成されている。

突出部１６Ｃ上には傾斜台５０Ｃが形成されている。傾斜台５０Ｃは四角錐形状を呈する。傾斜台５０Ｃの傾斜面５０ｃＣの下端は、突出部１６Ｃの突出面１６ａＣに臨んでいる。なお、第三実施形態のように、傾斜台５０Ｃを蓋部材の表面上に形成するようにしてもよい。

以上本発明の実施形態及び変形例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、前記した実施形態及び変形例では支柱段差部の段差側面を傾斜させたが、段差底面に対して垂直でもよい。

また、蓋部材３の表面３ａと突出部１６の先端面１６ａとを面一に形成し、本接合工程において、回転ツールＦの基端側ピンＦ３の外周面と、蓋部材３の表面３ａ及び突出部１６の先端面１６ａとを接触させた状態で摩擦攪拌を行ってもよい。

また、上記実施形態では、傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを本体２，２Ａ又は蓋部材３Ｄと一体形成する場合を例示したが、本体２，２Ａ又は蓋部材３Ｄを形成した後に本体２，２Ａ又は蓋部材３Ｄに傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを後付けすることで、傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを有する本体２，２Ａ又は蓋部材３Ｄを準備するようにしてもよい。例えば、別に形成した傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを本体２，２Ａに配置することで、本体２，２Ａに傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを設けることができる。このとき、本体２，２Ａに配置した傾斜台５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを溶接により仮付けすることが好ましい。同様に、傾斜台５０Ｄを蓋部材３Ｄの表面３ａ上に突出して形成する場合、蓋部材３Ｄを形成した後に傾斜台５０Ｄを後付けすることで、傾斜台５０Ｄを有する蓋部材３Ｄを準備するようにしてもよい。このとき、蓋部材３Ｄに配置した傾斜台５０Ｄを溶接により仮付けすることが好ましい。

１ 中空容器
２ 本体
３ 蓋部材
３ａ 表面
３ｂ 裏面
４，４Ａ 孔部
４ａ，４ａＡ 孔壁
１７ａ，１７ａＡ，１７ａＢ，１７ａＣ 段差底面
１７ｂ，１７ｂＡ，１７ｂＢ，１７ｂＣ 段差側面
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 支柱
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 支柱段差部
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ 傾斜台
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｆ 回転ツール
Ｆ２ 基端側ピン
Ｆ３ 先端側ピン

Claims (2)

1. 支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
   摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
   前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、前記支柱段差部に近接するとともに、前記支柱の先端の表面から突出する傾斜台を形成する準備工程と、
   前記支柱に前記蓋部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
   回転する前記先端側ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部及び前記蓋部材に接触させるとともに、前記基端側ピンの外周面を前記蓋部材の表面に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記先端側ピンを前記傾斜台の傾斜面に沿って昇るように移動させ、前記傾斜面の上側で前記先端側ピンを引抜く本接合工程と、
   前記本接合工程の後に、前記傾斜台を除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
2. 支柱と、前記支柱の先端が挿入される孔部を有する蓋部材とを摩擦攪拌で接合する接合方法であって、
   摩擦攪拌で用いる回転ツールは、基端側ピンと、先端側ピンとを備え、前記基端側ピンのテーパー角度は、前記先端側ピンのテーパー角度よりも大きく、前記基端側ピンの外周面には階段状の段差部が形成されており、
   前記支柱の先端に段差底面と、当該段差底面から立ち上がる段差側面と、を有する支柱段差部を形成し、前記蓋部材の孔部の孔壁に近接するとともに、前記蓋部材の表面から突出する傾斜台を形成する準備工程と、
   前記支柱に前記蓋部材を載置することにより、前記支柱段差部の段差側面と前記孔部の孔壁とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記支柱段差部の段差底面と前記蓋部材の裏面とを重ね合わせて第二突合せ部を形成する載置工程と、
   回転する前記先端側ピンを前記第一突合せ部に挿入し、前記先端側ピンの外周面を前記支柱段差部及び前記蓋部材に接触させるとともに、前記基端側ピンの外周面を前記蓋部材の表面に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って前記回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行った後、前記先端側ピンを前記傾斜台の傾斜面に沿って昇るようにして移動させ、前記傾斜面の上側で前記先端側ピンを引抜く本接合工程と、
   前記本接合工程の後に、前記傾斜台を除去する傾斜台除去工程と、を含むことを特徴とする接合方法。

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