JP5023909B2

JP5023909B2 - 接合方法

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Publication number: JP5023909B2
Application number: JP2007240589A
Authority: JP
Inventors: 勇人佐藤; 久司堀; 知広河本; 一男青木
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2009066645A

Description

本発明は、摩擦攪拌を利用した金属部材の接合方法に関する。

金属部材同士を接合する方法として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦攪拌接合は、回転させた回転ツールを金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に攪拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。

ここで、回転ツールの攪拌ピンの長さに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、金属部材厚みに応じて攪拌ピンの長さを大きくすれば、突合部の深さ方向の全長に亘って隙間なく接合することが可能である。しかし、回転ツールは、金属部材内に攪拌ピンを埋没させて高速で回転しながら移動するため、攪拌ピンの長さを大きくすると、摩擦攪拌装置の駆動手段及び攪拌ピンに作用する負荷が増大し、装置の短寿命化を招来するという問題があった。

そこで、回転ツールの攪拌ピンに対して金属部材の肉厚が大きい場合には、厚みの異なる段部を備えた金属部材の間に継手部材を介して段階的に摩擦攪拌を行う接合方法が知られている。
従来の接合方法は、例えば、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本体部１０１の縁部に本体部１０１よりも肉厚の小さい段部１０２を備える第一金属部材１１０ａ及び第二金属部材１１０ｂを段部１０２同士で突き合わせる突合工程と、段部同士の突合部Ｊｄに対して摩擦攪拌を行う段部摩擦攪拌工程と、突合工程で形成された凹部１０３に継手部材Ｕを配置する継手部材配置工程と、第一金属部材１１０ａと継手部材Ｕとの突合部Ｊａ及び第二金属部材１１０ｂと継手部材Ｕとの突合部Ｊｂに対して摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程とを具備するものである。かかる接合方法によれば、金属部材の肉厚が大きい部材であっても金属部材同士を好適に接合することができる。

また、前記した従来の接合方法において、金属部材の側面間の気密性及び水密性を高める場合には、継手部材Ｕの下面と凹部１０３の底面との突合部Ｊｃを摩擦攪拌することが好ましい。即ち、図１３の（ｂ）に示すように、前記摩擦攪拌工程によって形成された塑性化領域Ｗの深さＷａを継手部材Ｕの厚みＵａよりも大きく設定するとともに、回転ツールＧを複数回往復させて突合部Ｊｃを全面に亘って摩擦攪拌する。これにより、金属部材の両側面間の水密性及び気密性を高めることができる。

特開２００４−３５８５３５号公報（図８参照）

かかる従来の接合方法によると、継手部材Ｕの底面積が大きいほど、回転ツールＧの移動距離が大きくなるため、作業が煩雑になるという問題があった。また、前記した摩擦攪拌工程で形成された塑性化領域Ｗの深さＷａよりも、継手部材Ｕの厚みＵａが大きい場合は、突合部Ｊａ，Ｊｂ，ｊｃに未塑性化領域が発生してしまうため、金属部材の両側面間の水密性及び気密性を高めることが困難であった。

このような観点から、本発明は、継手部材を介して金属部材同士を接合する方法であって、金属部材の側面間の気密性及び水密性を高め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本発明に係る接合方法は、二つの金属部材同士の突合部及び、前記金属部材同士の間に介設される継手部材と前記各金属部材との突合部に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う接合方法であって、本体部の端部に前記本体部よりも肉厚の小さい段部を備える二つの前記金属部材の前記段部同士を突き合わせ、前記本体部間に凹部を形成する突合工程と、前記段部同士の突合部に対して、表面及び裏面のいずれか一方から摩擦攪拌を行う第一段部本接合工程と、前記凹部に前記継手部材を挿入し、前記継手部材を前記両本体部に突き合せる継手部材配置工程と、一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して、表面から摩擦攪拌を行う第一表面本接合工程と、他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して、表面から摩擦攪拌を行う第二表面本接合工程と、一方の前記金属部材と前記継手部材との突合部、他方の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から摩擦攪拌を行う側面本接合工程と、を含み、前記第一段部本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させ、前記第一表面本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させ、前記第二表面本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させることを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材の側面に露出する突合部に対して、側面から摩擦攪拌を行って、それぞれの本接合工程で形成された塑性化領域を重複させることにより、突合部を隙間なく密閉することができる。これにより、被接合金属部材の気密性及び水密性を高めることができる。

また、本発明では、前記段部同士の突合部に対して、表面及び裏面のいずれか他方から摩擦攪拌を行う第二段部本接合工程を含み、前記第一段部本接合工程と前記第二段部本接合工程で形成された塑性化領域を重複させることが好ましい。

かかる接合方法によれば、段部同士の突合部が深さ方向の全長に亘って摩擦攪拌されるため、突合部を確実に密閉することができる。

また、本発明では、前記側面本接合工程は、前記段部同士の突合部の全長に亘って摩擦攪拌を行うことが好ましい。

かかる接合方法によれば、側面本接合工程において、段部同士の突合部の未塑性化領域に対して摩擦攪拌することにより、より確実に密閉することができる。

また、本発明では、前記第一表面本接合工程及び前記第二表面本接合工程によって形成された塑性化領域において、一方の側面から他方の側面に連通するトンネル状空洞欠陥が一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材に形成されている場合であって、前記側面本接合工程において、前記回転ツールを右回転させる場合は、その進行方向左側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定し、前記回転ツールを左回転させる場合は、その進行方向右側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定することが好ましい。

ここで、第一表面本接合工程及び第二表面本接合工程において、回転ツールを右回転させると進行方向左側に、左回転させると進行方向右側に、両側面間に連通するトンネル状の空洞欠陥が形成される慮りがある。かかる空洞欠陥は、金属部材の側面間の気密性及び水密性を低下させる要因となっていた。
しかし、本発明にかかる接合法によれば、トンネル状空洞欠陥が形成される位置に応じて、側面本接合工程における回転ツールの回転方向及び開始位置を設定することにより、トンネル状空洞欠陥を好適に密閉することができる。

また、本発明では、前記第一表面本接合工程及び前記第二表面本接合工程によって形成された塑性化領域において、一方の側面から他方の側面に連通するトンネル状空洞欠陥が前記継手部材にのみ形成されている場合であって、前記回転ツールを右回転させる場合は、その進行方向右側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定し、前記回転ツールを左回転させる場合は、その進行方向左側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定することが好ましい。

かかる接合法によれば、トンネル状欠陥が形成される位置に応じて、側面本接合工程における回転ツールの回転方向及び開始位置を設定することにより、トンネル状空洞欠陥を好適に密閉することができる。

本発明に係る接合方法によれば、継手部材を介して金属部材同士を接合する場合において、金属部材の側面間の気密性及び水密性を高めることができる。

［第一実施形態］
本発明に係る接合方法の最良の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る接合方法を示した全体斜視図である。第一実施形態に係る接合方法は、図１に示すように、第一金属部材１０ａと、第二金属部材１０ｂと、第一金属部材１０ａと第二金属部材１０ｂの間に介設される継手部材２０とを有する被接合金属部材Ｈの表面Ａ、裏面Ｂ、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄのそれぞれに露出する突合部に対して摩擦攪拌接合を行うものである。以下、各工程について詳細に説明する。

本実施形態に係る接合方法は、（１）突合工程、（２）第一段部仮接合工程、（３）第一段部本接合工程、（４）継手部材配置工程、（５）表面仮接合工程、（６）表面本接合工程、（７）第二段部本接合工程、（８）側面本接合工程を含むものである。

まず、図２に示すように、２つの金属部材である第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂ、第一金属部材１０ａと第二金属部材１０ｂの間に介設される継手部材２０について説明する。
第一金属部材１０ａ、第二金属部材１０ｂ及び継手部材２０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、マグネシウム合金など摩擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属部材１０ａ、第二金属部材１０ｂ及び継手部材２０は、本実施形態では同一組成の金属材料で形成している。

第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂは、略同等の形状からなる部材であって、肉厚部分である本体部Ｑと、本体部Ｑの端部に肉薄に形成された段部Ｒとを備えて構成されている。以下の説明においては、本体部Ｑの側面１１，１４のうち、段部Ｒの表面１６から立ち上がる側面１１を「立上側面１１」と称し、その他の側面１４を「露出側面１４」と称することとする。また、段部Ｒの側面１５，１８（図２の（ｄ）参照）のうち、他の段部Ｒに突き合わされる側面１５を「突合側面１５」と称し、その他の側面１８を「露出側面１８」と称することとする。本体部Ｑの立上側面１１は、本実施形態では、段部Ｒの表面１６から垂直に立ち上がっており（図２の（ｃ）参照）、かつ、段部Ｒの突合側面１５と平行である（図２の（ｂ）参照）。

段部Ｒは、本体部Ｑよりも肉厚の小さい部位であり、本体部Ｑの表面１２を面削若しくは切除することにより形成される。図２の（ｃ）に示すように、段部Ｒの表面１６は、本体部Ｑの表面１２から一段下がったところに位置しているが、段部Ｒの裏面１７は、本体部Ｑの裏面１３と面一になっている。また、段部Ｒの突合側面１５は、段部Ｒの表面１６に対して垂直になっている。段部Ｒの奥行き寸法（本体部Ｑの立上側面１１から段部Ｒの突合側面１５までの距離）は、後記する大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）のショルダ部Ｇ１の半径（＝Ｙ_１／２）よりも大きくなっている。段部Ｒの肉厚ｔ_Ｂの大きさに特に制限はないが、本実施形態では、本体部Ｑの肉厚ｔ_Ａの２／３に設定されている。
なお、第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂを単に金属部材１０ともいう。

（１）突合工程
突合工程は、図２に示すように、第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂの段部Ｒ，Ｒ同士を突き合せ、本体部Ｑ，Ｑ間に凹部１００を形成する工程である。突合工程では、第一金属部材１０ａの段部Ｒの突合側面１５に第二金属部材１０ｂの段部Ｒの突合側面１５を密着させるとともに、第一金属部材１０ａの段部Ｒの表面（上面）１６と第二金属部材１０ｂの段部Ｒの表面（上面）１６を面一にし、さらに、第一金属部材１０ａの段部Ｒの裏面１７と第二金属部材１０ｂの段部Ｒの裏面１７を面一にする。第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂの段部Ｒ同士を突き合わせることにより、突合部Ｊ２０が形成されている。
なお、段部Ｒ，Ｒ同士を突き合せると、一方の本体部Ｑの立上側面１１と他方の本体部Ｑの立上側面１１とが、後記する大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）のショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも大きな間隔をあけて対向することになる。

（２）第一段部仮接合工程
第一段部仮接合工程では、図４に示すように、段部Ｒと一方のタブ材３０との突合部Ｊ１０、段部Ｒ，Ｒ同士の突合部Ｊ２０及び段部Ｒと他方のタブ材４０との突合部Ｊ３０を表面側から仮接合する。

タブ材３０，４０は、突合部Ｊ２０を挟むように配置されるものであり、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれ、段部Ｒ，Ｒの露出側面１８，１８を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材３０，４０は、段部Ｒ，Ｒの露出側面１８，１８だけでなく、本体部Ｑ，Ｑの露出側面１４，１４にも突き合わされる。タブ材３０，４０は、それぞれ、段部Ｒの厚さ寸法と同一の厚さ寸法を備えていて（図２の（ｄ）参照）、段部Ｒの表面１６及び裏面１７と面一になるように配置され、かかる状態で溶接により本体部Ｑ，Ｑの露出側面１４，１４に接合される。タブ材３０，４０の材質に特に制限はないが、本実施形態では金属部材１０と同一組成の金属材料で形成している。

まず、図３を参照して、小型の回転ツールＦ（以下、「小型回転ツールＦ」という。）及び小型回転ツールＦよりも比較的大型の回転ツールＧ（以下、「大型回転ツールＧ」という。）を詳細に説明する。

図３の（ａ）に示す小型回転ツールＦは、工具鋼など金属部材１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｆ１と、このショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｆ２とを備えて構成されている。小型回転ツールＦの寸法・形状は、金属部材１０の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、大型回転ツールＧ（図３の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、大型回転ツールＧを用いる場合よりも小さな負荷で摩擦攪拌接合を行うことが可能となるので、摩擦攪拌装置に掛かる負荷を低減することが可能となり、さらには、小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）を大型回転ツールＧの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、摩擦攪拌接合に要する作業時間やコストを低減することが可能となる。

ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、凹面状に成形されている。ショルダ部Ｆ１の外径Ｘ_１の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、大型回転ツールＧのショルダ部Ｇ１の外径Ｙ_１よりも小さくなっている。

攪拌ピンＦ２は、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＦ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＦ２の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、最大外径（上端径）Ｘ_２が大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも小さく、かつ、最小外径（下端径）Ｘ_３が攪拌ピンＧ２の最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さくなっている。また、攪拌ピンＦ２の長さＬ_Ａも、大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂよりも小さくなっている。

図３の（ｂ）に示す大型回転ツールＧは、工具鋼など金属部材１０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部Ｇ１と、このショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｇ２とを備えて構成されている。

ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１は、小型回転ツールＦと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＧ２は、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、攪拌ピンＧ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼が形成されている。攪拌ピンＧ２の長さＬ_Ｂは、段部Ｒの肉厚ｔ_Ｂ（図２の（ｃ）参照）の１／２以上３／４以下となるように設定することが望ましく、より好適には、１．０１≦２Ｌ_Ｂ／ｔ_Ｂ≦１．１０という関係を満たすように設定することが望ましい。

第一段部仮接合工程では、図４に示すように、一の小型回転ツールＦを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、突合部Ｊ１０，Ｊ２０，Ｊ３０に対して表面１６側から連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｐに挿入した小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｐまで移動させる。
なお、第一弾部仮接合工程は、第一実施形態にいては図４に示すような軌跡となったが、これに限定されるものではなく、他の軌跡であってもよい。

（３）第一段部本接合工程
第一段部本接合工程では、大型回転ツールＧを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ２０に対して段部Ｒの表面１６側から摩擦攪拌を行う。具体的には、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、開始位置Ｓ_Ｍ１に大型回転ツールＧの攪拌ピンＧ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＧ２を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｍ１まで移動させる。

大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して第一段部塑性化領域Ｗ１が形成されることになる。この第一段部塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修したい場合には、必要に応じて、第一段部塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行ってもよい。

前記した第一段部仮接合工程や第一段部本接合工程が終了したら、摩擦攪拌で発生したバリを除去するとともに、段部Ｒの表面１６（凹部１００の底面）を面削して平滑にする。なお、本実施形態においては、段部Ｒの表面１６側から第一段部仮接合工程及び第一段部本接合工程を行ったが、段部Ｒの裏面１７側から行ってもよい。

（４）継手部材配置工程
継手部材配置工程は、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹部１００に継手部材２０を挿入し、継手部材２０を両本体部Ｑ，Ｑに突き合せるとともに、継手部材２０を挟むように一対のタブ材１，２を配置し、各タブ材１，２を継手部材２０に突き合せる工程である。

なお、以下の説明においては、継手部材２０の側面２１，２２のうち、凹部１００の側面（すなわち、本体部Ｑの立上側面１１）に対峙する側面２１を「突合側面２１」と称し、その他の側面２２を「露出側面２２」と称することとする。また、タブ材１，２を区別する場合には、タブ材１を「第一タブ材１」と称し、タブ材２を「第二タブ材２」と称することとする。

継手部材２０は、凹部１００の底面（すなわち、段部Ｒの表面１６）に載置されるものである。本実施形態に係る継手部材２０は、凹部１００と実質的に同一の平面形状（本実施形態では、長方形）を具備する板状部材からなり、凹部１００に挿入すると、突合側面２１が本体部Ｑの立上側面１１に当接し（図７の（ａ）及び（ｂ）参照）、露出側面２２が本体部Ｑの露出側面１４及び段部Ｒの露出側面１８（図２の（ａ）参照）と面一になる。継手部材２０の肉厚の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、凹部１００の深さと同一に設定されており、継手部材２０を凹部１００に挿入すると、継手部材２０の表面（上面）２３と本体部Ｑの表面（上面）１２とが面一になる（図７の（ｂ）参照）。なお、継手部材２０の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材１０と同一組成の金属材料で形成している。

タブ材１，２は、それぞれ、継手部材２０の露出側面２２側に現れる本体部Ｑ，Ｑと継手部材２０の継ぎ目（境界線）を覆い隠すことができる寸法・形状を備えている。本実施形態に係るタブ材１，２は、継手部材２０の露出側面２２だけでなく、本体部Ｑ，Ｑの露出側面１４，１４にも突き合わされる。

また、タブ材１，２は、図６の（ｂ）に示すように、それぞれ、本体部Ｑの表面１２及び継手部材２０の表面２３と面一になるように設置される。なお、本実施形態では、第一タブ材１は、段部Ｒ，Ｒを接合する際に使用したタブ材３０の表面（上面）に載置されるとともに、溶接により本体部Ｑ，Ｑの露出側面１４，１４に接合される。同様に、第二タブ材２は、段部Ｒ，Ｒを接合する際に使用したタブ材４０の表面（上面）に載置されるとともに、溶接により本体部Ｑ，Ｑの露出側面１４，１４に接合される。
なお、第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂに継手部材２０を配置して形成された部材を以下、被接合金属部材Ｈともいう。また、図１に示すように、被接合金属部材Ｈの表面を表面Ａ、裏面を裏面Ｂ、一方の側面を第一側面Ｃ、他方の側面を第二側面Ｄとする。

（５）表面仮接合工程
表面仮接合工程では、被接合金属部材Ｈの表面Ａに露出する突合部に対して、表面Ａ側から予備的に摩擦攪拌を行う。表面仮接合工程は、図８に示すように、小型回転ツールＦを用いて、第一タブ材１と継手部材２０との突合部Ｊ１（第四交点ｃ４〜第一交点ｃ１）、第一金属部材１０ａの本体部Ｑと継手部材２０との突合部Ｊ２（第一交点ｃ１〜第二交点ｃ２）、第二タブ材２と継手部材２０との突合部Ｊ３（第二交点ｃ２〜第三交点ｃ３）及び第二金属部材１０ｂの本体部Ｑと継手部材２０との突合部Ｊ４（第三交点ｃ３〜第四交点ｃ４）に対して摩擦攪拌を行う工程である。

表面仮接合工程では、摩擦攪拌の開始位置Ｓ_P及び終了位置Ｅ_Pを第一タブ材１に設け、開始位置Ｓ_Pに挿入した小型回転ツールＦを途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Pまで相対移動させる。つまり、継手仮接合工程では、一の小型回転ツールＦを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、突合部Ｊ１〜Ｊ４に対して連続して摩擦攪拌を行う。

まず、表面仮接合工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
第一タブ材１の適所に設けた開始位置Ｓ_Pの直上に小型回転ツールＦを位置させ、続いて、小型回転ツールＦを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を開始位置Ｓ_Ｐに押し付ける。小型回転ツールＦの回転速度は、攪拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１０等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、５００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定される。

攪拌ピンＦ２が第一タブ材１の表面に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＦ２の周囲にある金属が塑性流動化し、攪拌ピンＦ２が第一タブ材１に挿入される。攪拌ピンＦ２の全体が第一タブ材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｆ１の下端面Ｆ１１（図３の（ａ）参照）の全面が第一タブ材１の表面に接触したら、小型回転ツールＦを回転させつつ突合部Ｊ１の中央部（第一交点ｃ１と第四交点ｃ４との中間）に設けた仮接合起点ｐ１に向けて相対移動させる。

小型回転ツールＦの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＦ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１０等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、１００〜１０００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。なお、小型回転ツールＦを移動させる際には、ショルダ部Ｆ１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいが、傾斜させずに鉛直にすると、小型回転ツールＦの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。

小型回転ツールＦを相対移動させて仮接合起点ｐ１まで連続して摩擦攪拌を行ったら、仮接合起点ｐ１で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１の一端である第一交点ｃ１に向けて相対移動させ、突合部Ｊ１の一部に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第一タブ材１と継手部材２０の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。

なお、小型回転ツールＦの攪拌ピンＦ２が突合部Ｊ１に入り込むと、第一タブ材１と継手部材２０を引き離そうとする力が作用するが、第一タブ材１を本体部Ｑに溶接しているので、第一タブ材１と金属部材１０との間に目開きが発生することがない。

第一交点ｃ１まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第一交点ｃ１で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材１と第一金属部材１０ａの本体部Ｑとの突合部Ｊ５に設けた第一中間点ｍ１に向けて相対移動させ、突合部Ｊ５に対して摩擦攪拌を行う。

第一中間点ｍ１まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第一中間点ｍ１で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材１に突入させ、第一タブ材１に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ２の一端でもある第一交点ｃ１まで相対移動させる。つまり、小型回転ツールＦを第一中間点ｍ１から第一交点ｃ１に戻すための摩擦攪拌のルートを第一タブ材１に設定する。このようにすると、第一中間点ｍ１から第一交点ｃ１に小型回転ツールＦを戻す際に、金属部材１０や継手部材２０に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。

第一交点ｃ１に小型回転ツールＦを戻したら、第一交点ｃ１で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ２に突入させ、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ２の他端である第二交点ｃ２まで相対移動させる。つまり、第一交点ｃ１に小型回転ツールＦを戻したら、一方の金属部材１０の本体部Ｑと継手部材２０の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。

第二交点ｃ２まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第二交点ｃ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材２に突入させ、第二タブ材２に対して摩擦攪拌を行いつつ、第二タブ材２と第一金属部材１０ａの本体部Ｑとの突合部Ｊ６に設けた第二中間点ｍ２まで相対移動させる。つまり、第二交点ｃ２から第二中間点ｍ２に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材２に設定する。

第二中間点ｍ２まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第二中間点ｍ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ３の一端でもある第二交点ｃ２に向けて相対移動させ、突合部Ｊ６に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第二タブ材２と本体部Ｑとの継ぎ目（境界線）上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ６に対しても摩擦攪拌を行う。

第二交点ｃ２まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第二交点ｃ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ３の他端である第三交点ｃ３に向けて相対移動させ、突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第二交点ｃ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第二交点ｃ２で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材２と本体部Ｑとの継ぎ目（境界線）上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。

第三交点ｃ３まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第三交点ｃ３で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材２と第二金属部材１０ｂの本体部Ｑとの突合部Ｊ７に設けた第三中間点ｍ３に向けて相対移動させ、突合部Ｊ７に対して摩擦攪拌を行う。つまり、突合部Ｊ３の他端である第三交点ｃ３まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第三交点ｃ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材２と本体部Ｑとの継ぎ目（境界線）上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ７に対しても摩擦攪拌を行う。

第三中間点ｍ３まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第三中間点ｍ３で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第二タブ材２に突入させ、第二タブ材２に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ４の一端でもある第三交点ｃ３まで相対移動させる。つまり、小型回転ツールＦを第三中間点ｍ３から第三交点ｃ３に戻すための摩擦攪拌のルートを第二タブ材２に設定する。

第三交点ｃ３に小型回転ツールＦを戻したら、第三交点ｃ３で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ４に突入させ、突合部Ｊ４に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ４の他端である第四交点ｃ４まで相対移動させる。つまり、第三交点ｃ３に小型回転ツールＦを戻したら、他方の金属部材１０の本体部Ｑと継手部材２０の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ４に対して摩擦攪拌を行う。

第四交点ｃ４まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第四交点ｃ４で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材１に突入させ、第一タブ材１に対して摩擦攪拌を行いつつ、第一タブ材１と他方の金属部材１０の本体部Ｑとの突合部Ｊ８に設けた第四中間点ｍ４まで相対移動させる。つまり、第四交点ｃ４から第四中間点ｍ４に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材１に設定する。

第四中間点ｍ４まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第四中間点ｍ４で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ４の他端でもある第四交点ｃ４に向けて相対移動させ、突合部Ｊ８に対して摩擦攪拌を行う。つまり、第一タブ材１と本体部Ｑとの継ぎ目（境界線）上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ８に対しても摩擦攪拌を行う。

第四中間点ｍ４から第四交点ｃ４まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、第四交点ｃ４で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま突合部Ｊ１の中間に設けた仮接合終点ｐ２に向けて相対移動させ、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。つまり、突合部Ｊ１の他端である第四交点ｃ４まで連続して摩擦攪拌を行ったら、第四交点ｃ４で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材２と本体部Ｑとの継ぎ目（境界線）上に設けた摩擦攪拌のルートに沿って小型回転ツールＦを相対移動させることで、突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う。

仮接合終点ｐ２まで小型回転ツールＦを相対移動させたら、仮接合終点ｐ２で小型回転ツールＦを離脱させずにそのまま第一タブ材１に突入させ、第一タブ材１に対して摩擦攪拌を行いつつ摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Pまで相対移動させる。

小型回転ツールＦが終了位置Ｅ_ｐに達したら、小型回転ツールＦを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＦ２（図３の（ａ）参照）を終了位置Ｅ_Pから離脱させる。

なお、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の左側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、タブ材１，２と継手部材２０との突合部Ｊ１，Ｊ３及びタブ材１，２と本体部Ｑとの突合部Ｊ５〜Ｊ８に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型回転ツールＦの進行方向の左側にタブ材１，２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。つまり、小型回転ツールＦを右回転させた場合には、小型回転ツールＦが継手部材２０の外縁に沿って右回りに移動するように仮接合起点ｐ１から仮接合終点ｐ２に至る摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。このようにすると、継手部材２０側に接合欠陥が発生し難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。

ちなみに、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦの進行方向の右側に微細な接合欠陥が発生する虞があるので、タブ材１，２と継手部材２０との突合部Ｊ１，Ｊ３及びタブ材１，２と本体部Ｑとの突合部Ｊ５〜Ｊ８に沿って摩擦攪拌を行う際には、小型回転ツールＦの進行方向の右側にタブ材１，２が位置するように摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。つまり、小型回転ツールＦを左回転させた場合には、小型回転ツールＦが継手部材２０の外縁（外周）に沿って左回りに移動するように仮接合起点ｐ１から仮接合終点ｐ２に至る摩擦攪拌のルートを設定することが望ましい。

なお、本実施形態においては、表面仮接合工程のルートを前記したように設定したが、このルートに限定されるものではない。また、必ずしも一筆書きの要領で摩擦攪拌しなければならないものではない。

（６）表面本接合工程
表面本接合工程では、被接合金属部材Ｈの表面Ａに露出する突合部に対して、表面Ａ側から本格的に摩擦攪拌を行う。即ち、表面本接合工程は、小型回転ツールＦよりも大型の大型回転ツールＧを用いて、突合部Ｊ２，Ｊ４に対して摩擦攪拌を行う工程である。本実施形態においては、突合部Ｊ２に対して行う摩擦攪拌を第一表面本接合工程、突合部Ｊ４に対して行う摩擦攪拌を第二表面本接合工程とする。

表面本接合工程では、図９に示すように、摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ２及び終了位置Ｅ_Ｍ２を第一タブ材１に設け、開始位置Ｓ_Ｍ２に挿入した大型回転ツールＧを途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｍ２まで相対移動させる。つまり、表面本接合工程では、一の大型回転ツールＧを一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するように移動させて、第一表面本接合工程及び第二表面本接合工程を連続して行う。

表面本接合工程をより詳細に説明する。表面本接合工程では、まず、開始位置Ｓ_Ｍ２に形成した図示せぬ下穴の直上に大型回転ツールＧを位置させ、続いて、大型回転ツールＧを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＧ２（図３の（ｂ）参照）の先端を図示せぬ下穴に挿入する。

攪拌ピンＧ２の全体が第一タブ材１に入り込み、かつ、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１１（図３の（ｂ）参照）の全面が第一タブ材１の表面に接触したら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２の一端（第一交点ｃ１）に向けて大型回転ツールＧを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ２に突入し、第一表面本接合工程を行う。大型回転ツールＧを移動させると、その攪拌ピンＧ２の周囲にある金属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピンＧ２から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して第一表面塑性化領域Ｗ２が形成される。

大型回転ツールＧの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＧ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１０等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、３０〜３００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

金属部材１０及び継手部材２０への入熱量が過大になる虞がある場合には、大型回転ツールＧの周囲に水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、突合部Ｊ２等に冷却水が入り込むと、接合面に酸化皮膜を発生させる虞があるが、本実施形態においては、表面仮接合工程を実行して金属部材１０（本体部Ｑ）と継手部材２０の目地を閉塞しているので、突合部Ｊ２等に冷却水が入り込み難く、したがって、接合部の品質を劣化させる虞がない。

突合部Ｊ２に大型回転ツールＧを突入させたら、本体部Ｑと継手部材２０の継ぎ目上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ２の一端（第一交点ｃ１）から他端（第二交点ｃ２）まで連続して摩擦攪拌を行う。

突合部Ｊ２の他端（第二交点ｃ２）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、大型回転ツールＧを離脱させずにそのまま第二タブ材２に突入させ、第二タブ材２に対して摩擦攪拌を行いつつ、突合部Ｊ４の一端（第三交点ｃ３）まで相対移動させる。つまり、第二交点ｃ２から第三交点ｃ３に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材２に設定する。

突合部Ｊ４の一端（第三交点ｃ３）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、第三交点ｃ３で大型回転ツールＧを離脱させずにそのまま突合部Ｊ４に突入させ、突合部Ｊ４に対して摩擦攪拌を行いつつ突合部Ｊ４の他端である第四交点ｃ４まで相対移動させる。つまり、突合部Ｊ４の一端まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、他方の金属部材１０の本体部Ｑと継手部材２０の継ぎ目（境界線）上に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って大型回転ツールＧを相対移動させることで、突合部Ｊ４に対して第二表面本接合工程を行う。

突合部Ｊ４の他端（第四交点ｃ４）まで大型回転ツールＧを相対移動させたら、大型回転ツールＧを離脱させずにそのまま第一タブ材１に突入させ、第一タブ材１に対して摩擦攪拌を行いつつ終了位置Ｅ_Ｍ２まで相対移動させる。

なお、表面本接合工程においては、開始位置Ｓ_Ｍ２から終了位置Ｅ_Ｍ２まで大型回転ツールＧを右回転させて、一筆書きの要領で摩擦攪拌を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、大型回転ツールＧを左回転させてもよいし、一筆書きの要領ではなく、第一タブ材１又は第二タブ材２のどちらか一方で大型回転ツールＧを一旦離脱させて、突合部Ｊ２又はＪ４のそれぞれの摩擦攪拌を行ってもよい。

（７）第二段部本接合工程
第二段部本接合工程では、段部Ｒ，Ｒの突合部Ｊ２０を被接合金属部材Ｈの裏面Ｂ側（裏面１７側（図７の（ｂ）参照））から摩擦攪拌を行う。図１０に示すように、前記した表面本接合工程が終了したら、被接合金属部材Ｈを図示しない摩擦攪拌装置の拘束から解いて、被接合金属部材Ｈの裏面Ｂが上方にくるように、再度設置する。

第二段部本接合工程は、第一タブ材１に設定した開始位置Ｓ_Ｍ２から、第二タブ材２に設定した終了位置Ｅ_Ｍ２まで突合部Ｊ２０に沿って大型回転ツールＧを離脱させることなく摩擦攪拌を行う工程である。第二段部本接合工程によって、被接合金属部材Ｈの裏面Ｂには、第二段部塑性化領域Ｗ４が形成されている。図１に示すように、第二段部塑性化領域Ｗ４は、第一段部塑性化領域Ｗ１と重複している。これにより、第一金属部材１０ａの段部Ｒと第二金属部材１０ｂの段部Ｒが突き合わされた突合部Ｊ２０が深さ方向の全長に亘って密閉される。即ち、被接合金属部材Ｈの側面間の気密性及び水密性を高めることができる。

なお、第二段部本接合工程は、本実施形態においては、表面本接合の後に行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、第一段部本接合工程の後に行ってもよい。

（８）側面本接合工程
側面本接合工程では、図１１の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｈの第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ側に露出する突合部に対して摩擦攪拌を行う。即ち、側面本接合工程は、第一側面Ｃを摩擦攪拌する第一側面本接合工程、第二側面Ｄを摩擦攪拌する第二側面本接合工程を含むものである。

タブ材５０は、図１１の（ａ）に示すように、被接合金属部材Ｈの表面Ａに当接して配置されており、継手部材２０の幅よりも大きく形成されている。被接合金属部材Ｈとタブ材５０の入り隅部は、摩擦攪拌の際の目開きを防止するために、溶接接合されている。タブ材５０の表面（上面）及び裏面（下面）は、被接合金属部材Ｈの第一側面Ｃ及び第二側面Ｄ（図１参照）とそれぞれ面一となるように形成されている。

第一側面本接合工程では、タブ材５０の表面に設定された開始位置Ｓ_Ｍ３から、第一側面Ｃに露出する突合部に沿って小型回転ツールＦを相対移動させて、終了位置Ｅ_Ｍ３まで摩擦攪拌を行う。本実施形態においては、小型回転ツールＦを右回転させて第一側面本接合工程を行う。小型回転ツールＦをＳ_Ｍ３に押圧した後、第一側面本接合工程の始点ｋ１まで移動させたら、小型回転ツールＦを離脱させることなく突合部Ｊ２に沿って移動させる。この際、小型回転ツールＦが第一表面塑性化領域Ｗ２上を摩擦攪拌することになるため、第一側面本接合工程によって摩擦攪拌された側面塑性化領域Ｗ５と第一表面塑性化領域Ｗ２とを重複させることができる。

小型回転ツールＦが角点ｋ２に達したら、継手部材２０の下面と第一金属部材１０ａの段部Ｒの表面１６との突合部Ｊ１０、及び、継手部材２０の下面と第二金属部材１０ｂの段部Ｒの表面１６との突合部Ｊ１１に沿って摩擦攪拌を行う。この際、小型回転ツールＦが第一段部塑性化領域Ｗ１上を摩擦攪拌することになるため、第一側面本接合工程によって摩擦攪拌された側面塑性化領域Ｗ５と第一段部塑性化領域Ｗ１とを重複させることができる。

小型回転ツールＦが角部ｋ３に達したら、突合部Ｊ４に沿って摩擦攪拌を行う。そして、小型回転ツールＦが終点ｋ４に達したら、そのまま終了位置Ｅ_Ｍ３まで小型回転ツールＦを移動させ、タブ材５０から小型回転ツールＦを離脱させる。この際、小型回転ツールＦが第二表面塑性化領域Ｗ３上を摩擦攪拌することになるため、第一側面本接合工程によって摩擦攪拌された側面塑性化領域Ｗ５と第二表面塑性化領域Ｗ３とを重複させることができる。
なお、開始位置Ｓ_Ｍ３及び終了位置Ｅ_Ｍ３は、図１１の（ａ）に示すように、突合部Ｊ２又はＪ４の延長線上に設定されるのが好ましい。これにより、最短距離で小型回転ツールＦを移動させることができる。

第一側面本接合工程によれば、第一側面Ｃに露出する突合部に対して、一筆書きの要領で摩擦攪拌することができるため、効率よく作業を行うことができる。
ここで、前記した表面本接合工程においては、被接合金属部材Ｈと第一タブ材１及び第二タブ材２との間に形成されている酸化被膜を被接合金属部材Ｈの内部に巻き込む可能性がある。かかる酸化被膜は、被接合金属部材Ｈの気密性及び水密性を低下させる一因となるという問題があった。しかし、第一側面本接合工程によれば、第一表面塑性化領域Ｗ２及び第二表面塑性化領域Ｗ３において、第一側面Ｃに露出する酸化被膜を密閉することができるため、より確実に気密性及び水密性を高めることができる。

なお、酸化被膜は、図１に示すように、第一表面塑性化領域Ｗ２及び第二表面塑性化領域Ｗ３の表面Ａにも露出する可能性がある。このような場合には、かかる酸化被膜を密閉するために、摩擦攪拌や溶接により補修を行ってもよい。また、本実施形態においては、第一側面本接合工程は、比較的小回りのきく小型回転ツールＦを用いたが、大型回転ツールＧを用いてもよい。

第二側面本接合工程は、具体的な図示はしないが、被接合金属部材Ｈの第二側面Ｄに露出する突合部に対して一筆書きの要領で摩擦攪拌を行う工程である。第二側面本接合工程は、第一側面本接合工程と略同等の工程であるため、詳細な説明は省略する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、被接合金属部材Ｈの第一側面Ｃ及び第二側面Ｄに露出する突合部に対して、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄから一筆書きの要領で摩擦攪拌を行うことにより、容易に突合部を摩擦攪拌接合することができる。
また、図１に示すように、第一段部塑性化領域Ｗ１及び第二段部塑性化領域Ｗ４を重複させるとともに、第一表面塑性化領域Ｗ２と側面塑性化領域Ｗ５、第二表面塑性化領域Ｗ３と側面塑性化領域Ｗ５とを重複させることにより、被接合金属部材Ｈの側面に露出する突合部を確実に密閉することができる。これにより、被接合金属部材Ｈの両側面間の気密性及び水密性を高めることができる。

ここで、被接合金属部材Ｈに露出する突合部Ｊ２，Ｊ４を摩擦攪拌すると、第一側面Ｃから第二側面Ｄに連通するトンネル状の空洞欠陥（以下、トンネル状空洞欠陥とする）が形成される可能性がある。かかるトンネル状空洞欠陥は、被接合金属部材Ｈの気密性及び水密性を低下させる要因となるものであるが、本実施形態に係る接合工程によれば、これらの欠陥を好適に密閉することができる。トンネル状空洞欠陥は、回転ツールの回転方向、進行方向によって形成される箇所が異なるものであるため、各工程における回転ツールの回転方向、進行方向には様々な組合せがある。以下、その組合せについて詳細に説明する。

即ち、摩擦攪拌接合において、回転ツール右回転させながら移動させる場合、空洞欠陥は、進行方向左側に形成される慮りがある。一方、回転ツールを左回転させる場合、空洞欠陥は、進行方向右側に形成される慮りがある。この性質に鑑みると、トンネル状空洞欠陥を好適に埋め合わせるには、以下の第一パターン、第二パターンに分けられる。

図１２は、側面本接合工程の接合方法を示した模式斜視図であって、（ａ）は、第一パターン、（ｂ）は第二パターンを示した図である。なお、図の説明において、第一側面Ｃから図示しない第二側面Ｄ側に向けた方向を進行方向Ｎ_１とし、進行方向Ｎ_１の反対方向を進行方向Ｎ_２とする。

＜第一パターン＞
第一パターンは、図１２の（ａ）に示すように、第一表面塑性化領域Ｗ２及び第二表面塑性化領域Ｗ３に形成されるトンネル状空洞欠陥９０（９０ａ，９０ｂ）が、第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂに形成される形態である。
即ち、第一側面Ｃにおいて、第一金属部材１０ａにトンネル状空洞欠陥９０ａが、形成されるのは、（1-1）回転ツールを進行方向Ｎ１で右回転に設定する場合、（1-2）進行方向Ｎ２で左回転に設定する場合である。
一方、第一側面Ｃにおいて、第二金属部材１０ｂにトンネル状空洞欠陥９０ｂが、形成されるのは、（1-3）進行方向Ｎ_２で右回転に設定する場合、（1-4）進行方向Ｎ_１で左回転に設定する場合、である。したがって、表面本接合工程において、第一パターンの形態となるのは、前記した４通りの方法がある。

次に、第一パターンの場合の、側面本接合工程について説明する。
図１２の（ａ）に示すように、タブ材５０の一端面には、突合部Ｊ２又は突合部Ｊ４の延長線上の一点であるＯ_１又はＯ_２のいずれか一方に開始位置が設定される。
側面本接合工程の開始位置をＯ_１に設定する場合、回転ツールを右回転させて摩擦攪拌することが好ましい。即ち、開始位置をＯ_１に設定し、かつ、回転ツールを右回転に設定して側面本接合工程を行うと、進行方向右側は確実に摩擦攪拌されるため、トンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂを確実に密閉することができる。

一方、側面本接合工程の開始位置をＯ_２に設定する場合、回転ツールを左回転させることが好ましい。即ち、開始位置をＯ_２に設定し、かつ、回転ツールを左回転に設定して側面本接合工程を行うと、進行方向左側は、確実に摩擦攪拌されるため、トンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂを確実に密閉することができる。

以上説明したように第一パターンにおいて、側面本接合工程でトンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂを好適に密閉するには、２通りの方法がある。したがって、第一パターンにおいて、表面本接合工程を考慮すると、全部で８通りの接合方法でトンネル状空洞欠陥９０を好適に密閉することができる。

次に、第二パターンについて説明する。第二パターンは、図１２の（ｂ）に示すように、第一表面塑性化領域Ｗ２及び第二表面塑性化領域Ｗ３に形成されるトンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂが継手部材２０の内部に形成される形態である。
即ち、第一側面Ｃにおいて、継手部材２０にトンネル状空洞欠陥９０ａが形成されるのは、（2-1）突合部Ｊ２において、回転ツールを進行方向Ｎ_１で左回転に設定する場合、（2-2）突合部Ｊ２において、回転ツールを進行方向Ｎ_２で右回転に設定する場合、である。
一方、第一側面Ｃにおいて、継手部材２０にトンネル状空洞欠陥９０ｂが、形成されるのは、（2-3）突合部Ｊ４において、回転ツールを進行方向Ｎ_１で右回転に設定する場合、（2-4）突合部Ｊ４において、回転ツールを進行方向Ｎ_２で左回転に設定する場合、である。したがって、表面本接合工程において、第二パターンの形態となるのは、前記した４通りの方法がある。

次に、第二パターンの場合の、側面本接合工程について説明する。
図１２の（ｂ）に示すように、タブ材５０の一端面には、突合部Ｊ２又は突合部Ｊ４の延長線上の一点であるＯ_１又はＯ_２のいずれか一方に開始位置が設定される。
側面本接合工程の開始位置をＯ_１に設定する場合、回転ツールを左回転させて摩擦攪拌することが好ましい。即ち、開始位置をＯ_１に設定し、かつ、回転ツールを左回転に設定して側面本接合工程を行うと、進行方向左側は確実に密閉されるため、トンネル状空洞欠陥９０ａを確実に密閉することができる。

一方、側面本接合工程の開始位置をＯ_２に設定する場合、回転ツールを右回転させることが好ましい。即ち、開始位置をＯ_２に設定し、かつ、回転ツールを右回転に設定して側面本接合工程を行うと、進行方向右側は、確実に摩擦攪拌されるため、トンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂを確実に密閉することができる。

以上説明したように第二パターンにおいて、側面本接合工程でトンネル状空洞欠陥９０ａ，９０ｂを好適に密閉するには、２通りの方法がある。したがって、第二パターンにおいて、表面本接合工程を考慮すると、全部で８通りの接合方法でトンネル状空洞欠陥９０を好適に密閉することができる。

［第二実施形態］
図１１の（ｂ）は、第二実施形態を示した第一側面Ｃ側から見た側面図である。第二実施形態に係る被接合金属部材Ｈは、第一金属部材１０ａ及び第二金属部材１０ｂの段部Ｒの高さが大きい点において第一実施形態と相違する。即ち、段部Ｒ同士の突合部Ｊ２０の高さが大きい場合は、第一段部塑性化領域Ｗ１と第二段部塑性化領域Ｗ４とを重複させることが困難となる。このような場合は、側面本接合工程において、突合部Ｊ２０を摩擦攪拌することが好ましい。

即ち、図１１の（ｂ）に示すように、第二実施形態に係る接合方法の側面本接合工程は、突合部Ｊ２０を摩擦攪拌する工程をさらに含むことを特徴とする。
第二実施形態に係る側面本接合工程は、被接合金属部材Ｈの表面Ａに当接させるタブ材５０に加えて、裏面Ｂ側に当接させるタブ材６０を配置する。タブ材６０の表面（上面）及び裏面（下面）は、被接合金属部材Ｈの第一側面Ｃ及び第二側面Ｄと面一になるように形成されている。

第二実施形態に係る側面本接合工程は、開始位置を第一タブ材５０のＳ_Ｍ３に設定したのち、小型回転ツールＦを右回転させつつ、突合部Ｊ２及びＪ１０に沿って移動させる。そして、小型回転ツールＦが第一金属部材１０ａ、第二金属部材１０ｂ及び継手部材２０が当接される当接点ｋ５に達したら、突合部Ｊ２０に沿って摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ２０の全長に亘って摩擦攪拌を行ったら、小型回転ツールＦを離脱させずに、タブ材６０に設定された折り返し点ｋ６まで移動させる。
そして、小型回転ツールＦを離脱させずに、再度突合部Ｊ２０に突入させ、当接点ｋ５まで小型回転ツールＦを移動させ、続けて突合部Ｊ１１、突合部Ｊ４を摩擦攪拌し、終了位置Ｅ_Ｍ３まで移動させる。

かかる本発明の第二実施形態によれば、段部Ｒの高さが大きく、第一段部塑性化領域Ｗ１と第二段部塑性化領域Ｗ４とを重複させることができない場合であっても、側面塑性化領域Ｗ５と第一段部塑性化領域Ｗ１及び第二段部塑性化領域Ｗ４とを重複させることにより、突合部Ｊ２０を全長に亘って密閉することができる。これにより、被接合金属部材Ｈの側面間の水密性及び気密性を高めることができる。また、一筆書きの要領で摩擦攪拌接合を行うことができるので、効率よく作業を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更が可能である。
例えば、側面本接合工程は第一実施形態においては、第一側面Ｃ及び第二側面Ｄの両面において摩擦攪拌したが、どちらか一方に行うだけでもよい。また、本実施形態においては、一対の金属部材同士を平面視直線状となるように突き合わせたが、例えば、平面視Ｌ字状に付き合せてもよい。

第一実施形態に係る接合方法を示した全体斜視図である。第一実施形態に係る突合工程を示した図であって、（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。（ａ）は小型回転ツールを示した側面図、（ｂ）は大型回転ツールを示した側面図である。第一実施形態に係る第一段部仮接合工程を示した平面図である。（ａ）及び（ｂ）は第一実施形態に係る第一段部本接合工程を示した断面図（図４のIII−III断面図）である。（ａ）及び（ｂ）は第一実施形態に係る継手部材配置工程を示した斜視図である。（ａ）は図６の（ｂ）の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。第一実施形態に係る表面仮接合工程を示した平面図である。第一実施形態に係る表面本接合工程を示した平面図である。第一実施形態に係る第二段部本接合工程を示した平面図である。（ａ）は、第一実施形態に係る側面本接合工程を示した平面図、（ｂ）は、第二実施形態に係る側面本接合工程を示した平面図である。側面本接合工程の接合方法を示した模式斜視図であって、（ａ）は、第一パターン、（ｂ）は第二パターンを示した図である。（ａ）は、従来の接合方法を示した分解斜視図、（ｂ）は、従来の接合方法を示した側断面図である。

符号の説明

１，２タブ材
１０金属部材
１０ａ第一金属部材
１０ｂ第二金属部材
２０継手部材
１００凹部
Ｊ１〜Ｊ１１突合部
Ａ表面
Ｂ裏面
Ｃ第一側面
Ｄ第二側面
Ｆ小型回転ツール
Ｇ大型回転ツール
Ｈ被接合金属部材
Ｗ１〜Ｗ５塑性化領域

Claims

二つの金属部材同士の突合部及び、前記金属部材同士の間に介設される継手部材と前記各金属部材との突合部に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌接合を行う接合方法であって、
本体部の端部に前記本体部よりも肉厚の小さい段部を備える二つの前記金属部材の前記段部同士を突き合わせ、前記本体部間に凹部を形成する突合工程と、
前記段部同士の突合部に対して、表面及び裏面のいずれか一方から摩擦攪拌を行う第一段部本接合工程と、
前記凹部に前記継手部材を挿入し、前記継手部材を前記両本体部に突き合せる継手部材配置工程と、
一方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して、表面から摩擦攪拌を行う第一表面本接合工程と、
他方の前記金属部材の前記本体部と前記継手部材との突合部に対して、表面から摩擦攪拌を行う第二表面本接合工程と、
一方の前記金属部材と前記継手部材との突合部、他方の前記金属部材と前記継手部材との突合部に対して側面から摩擦攪拌を行う側面本接合工程と、を含み、
前記第一段部本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させ、
前記第一表面本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させ、
前記第二表面本接合工程及び前記側面本接合工程で形成された塑性化領域を重複させることを特徴とする接合方法。
前記段部同士の突合部に対して、表面及び裏面のいずれか他方から摩擦攪拌を行う第二段部本接合工程を含み、
前記第一段部本接合工程と前記第二段部本接合工程で形成された塑性化領域を重複させることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
前記側面本接合工程では、前記段部同士の突合部の全長に亘って摩擦攪拌を行う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。
前記第一表面本接合工程及び前記第二表面本接合工程によって形成された塑性化領域において、一方の側面から他方の側面に連通するトンネル状空洞欠陥が一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材に形成されている場合であって、
前記側面本接合工程において、
前記回転ツールを右回転させる場合は、その進行方向左側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定し、
前記回転ツールを左回転させる場合は、その進行方向右側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定す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。
前記第一表面本接合工程及び前記第二表面本接合工程によって形成された塑性化領域において、一方の側面から他方の側面に連通するトンネル状空洞欠陥が前記継手部材にのみ形成されている場合であって、
前記回転ツールを右回転させる場合は、その進行方向右側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定し、
前記回転ツールを左回転させる場合は、その進行方向左側に前記継手部材が位置するように、前記側面本接合工程に係る開始位置を設定す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。