JP5212163B2 - 摩擦攪拌用回転ツール及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌を行う摩擦攪拌用回転ツールに関する。また、この摩擦攪拌用回転ツールによって行う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、回転ツールを回転させつつ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。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。従来の回転ツールとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

特開２００３−２２５７７８号公報

従来の回転ツールの攪拌ピンを長くすれば、一度に大きな領域を摩擦攪拌できるため作業効率を向上させることができる。しかし、回転ツールは、高速で回転させながら金属部材内を移動させるため、攪拌ピンを長くすると攪拌ピンが折れる可能性がある。一方、攪拌ピンの大きさ（体積）を大きくすると、攪拌ピンが折れる可能性は低くなるが、金属部材へ圧入する際の摩擦抵抗が大きくなって作業効率が低下するという問題があった。

このような観点から本発明は、摩擦攪拌接合を好適に行うことができる摩擦攪拌用回転ツール及びこの摩擦攪拌用回転ツールを用いた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摩擦攪拌用回転ツールは、一対の金属部材同士の突合部を摩擦攪拌するために用いられる摩擦攪拌用回転ツールであって、前記金属部材よりも硬質の金属からなるショルダ部と、前記ショルダ部の下端面の中央に突設され先細りの円錐台状に形成された攪拌ピンと、前記攪拌ピンの外周面に螺旋状に刻設された攪拌翼と、を有し、前記攪拌ピンの最大外径に対する前記攪拌ピンの長さの比が、１．３３〜２．０３であることを特徴とする。

かかる構成によれば、攪拌ピンが折れにくく、かつ、金属部材の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。この比が１．３３よりも小さいと、摩擦攪拌装置への負荷が大きくなって不適切である。また、攪拌ピンが短くなり金属部材の深くまで摩擦攪拌を行うことが困難になる。一方、この比が２．０３よりも大きくなると攪拌ピンが折れやすい。

また、本発明に係る摩擦攪拌用回転ツールは、一対の金属部材同士の突合部を摩擦攪拌するために用いられる摩擦攪拌用回転ツールであって、前記金属部材よりも硬質の金属からなるショルダ部と、前記ショルダ部の下端面の中央に突設され先細りの円錐台状に形成された攪拌ピンと、前記攪拌ピンの外周面に螺旋状に刻設された攪拌翼と、を有し、前記攪拌ピンの最小外径に対する前記攪拌ピンの最大外径の比が、２．００〜２．６７であることを特徴とする。

かかる構成によれば、攪拌ピンを金属部材へ圧入する際の圧入抵抗をより小さくすることができるとともに、金属部材の深い位置まで摩擦攪拌を行うことができる。この比が２．００よりも小さくなると、攪拌ピンの最大径が小さ過ぎて、攪拌ピン先端の入熱量が不足して接合欠陥が発生する。また、金属部材に圧入する際の抵抗が大きくなり攪拌ピンを金属部材に圧入するのが困難になる。一方、この比が２．６７を超えると、攪拌ピンの最大径が大き過ぎてメタルが溢れ出して表面欠陥が発生する。また、攪拌ピンを深い位置まで圧入するのが困難になる。

また、本発明に係る摩擦攪拌用回転ツールは、一対の金属部材同士の突合部を摩擦攪拌するために用いられる摩擦攪拌用回転ツールであって、前記金属部材よりも硬質の金属からなるショルダ部と、前記ショルダ部の下端面の中央に突設され先細りの円錐台状に形成された攪拌ピンと、前記攪拌ピンの外周面に螺旋状に刻設された攪拌翼と、を有し、前記攪拌ピンの最大外径に対する前記ショルダ部の外径の比が、１．５６〜２．１４であることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記攪拌ピンの最大外径に対する前記ショルダ部の外径の比が、１．５６〜２．１４であることが好ましい。かかる構成によれば、攪拌ピンがより折れにくく、かつ、摩擦攪拌によって発生するバリを少なくすることができる。この比が１．５６よりも小さいと、ショルダ部からメタルが溢れ出して表面欠陥が発生する。一方、この比が２．１４よりも大きいと摩擦攪拌装置への負荷が大きくなって不適切である。

また、前記ショルダ部の下端面には、前記攪拌ピンの周囲を囲むように、平面視渦巻き状に突設された攪拌用突条体が形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、攪拌用突条体により流動化された金属が攪拌ピン側に流動するため摩擦攪拌効率を高めることができる。

また、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の摩擦攪拌用回転ツールを用いて行う接合方法であって、一対の金属部材同士の突合部に対して前記金属部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二の本接合工程と、を含み、前記第二の本接合工程において、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に前記摩擦攪拌用回転ツールの前記攪拌ピンを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、第一の本接合工程で形成された塑性化領域（表側塑性化領域）の深部が、第二の本接合工程において回転ツールの攪拌ピンによって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域の深部に接合欠陥などが形成されていたとしても、当該接合欠陥などを是正することが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。

また、前記第一の本接合工程では、前記金属部材の裏面側に冷却板を備えた状態で、前記金属部材の表面側から前記突合部に対して摩擦攪拌を行うことが好ましい。また、前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面側に冷却板を備えた状態で、前記金属部材の裏面側から前記突合部に対し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、入熱量を低下させることにより接合後の金属部材の歪みを小さくすることができる。

本発明に係る摩擦攪拌用回転ツールによれば、摩擦攪拌の作業性を高めることができる。また、本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌の作業性を高めるとともに、接合部の気密性及び水密性を高めることがでる。

第一の実施形態に係る金属部材、第一タブ材および第二タブ材の配置を説明するための図であって、（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）は仮接合用回転ツールを説明するための側面図、（ｂ）は本接合用回転ツールを説明するための側面図である。 （ａ）および（ｂ）は仮接合用回転ツールを開始位置に挿入する状況を説明するための模式的な側面図である。 第一の実施形態に係る第一タブ材接合工程、仮接合工程、第二タブ材接合工程を説明するための平面図である。 （ａ）は図４のIII−III断面図、（ｂ）および（ｃ）は第一の実施形態に係る第一の本接合工程を説明するための断面図である。 第一の実施形態に係る第一の補修工程において摩擦攪拌を行う領域を説明するための図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面図である。 第一の実施形態に係る第一の補修工程を説明するための平面図である。 第一の実施形態に係る第一の横断補修工程を説明するための平面図である。 図８のＶ−Ｖ断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は第一の実施形態に係る第二の本接合工程を説明するための断面図である。 （ａ）は第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールを示す側面図、（ｂ）は第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールを示す側面図である。 第二の実施形態で用いる摩擦攪拌用回転ツールを示した図であって、（ａ）は、側断面図、（ｂ）は、底面図である。 第二の実施形態に係る第一の本接合工程を示した斜視図である。

［ 第一の実施形態 ］
第一の実施形態では、図１に示すように、金属部材１，１を直線状に繋ぎ合せる場合を例示する。すなわち、第一の実施形態は、摩擦攪拌を利用した金属部材同士の接合方法であって、金属部材同士の突合部に対して仮接合としての摩擦攪拌を行った後に、仮接合された状態の突合部に対して本接合としての摩擦攪拌を行う接合方法を例示する。
まず、接合すべき金属部材１，１を詳細に説明するとともに、この金属部材１，１を接合する際に用いられる第一タブ材２と第二タブ材３を詳細に説明する。

金属部材１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。本実施形態では、一方の金属部材１および他方の金属部材１を、同一組成の金属材料で形成している。金属部材１，１の形状・寸法に特に制限はないが、少なくとも突合部Ｊ１における厚さ寸法を同一にすることが望ましい。

第一タブ材２および第二タブ材３は、金属部材１，１の突合部Ｊ１を挟むように配置されるものであって、それぞれ、金属部材１，１に添設され、金属部材１の側面１４側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）を覆い隠す。第一タブ材２および第二タブ材３の材質に特に制限はないが、本実施形態では、金属部材１と同一組成の金属材料で形成している。また、第一タブ材２および第二タブ材３の形状・寸法にも特に制限はないが、本実施形態では、その厚さ寸法を突合部Ｊ１における金属部材１の厚さ寸法と同一にしている。

次に、図２を参照して、仮接合に用いる仮接合用回転ツールＡおよび本接合に用いる本接合用回転ツールＢ（摩擦攪拌用回転ツールともいう）を詳細に説明する。

図２の（ａ）に示す仮接合用回転ツールＡは、工具鋼など金属部材１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Ａ１と、このショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ａ２とを備えて構成されている。仮接合用回転ツールＡの寸法・形状は、金属部材１の材質や厚さ等に応じて設定すればよいが、少なくとも、後記する第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢ（図２の（ｂ）参照）よりも小型にする。このようにすると、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行うことが可能となるので、仮接合時に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、仮接合用回転ツールＡの移動速度（送り速度）を本接合用回転ツールＢの移動速度よりも高速にすることも可能になるので、仮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Ａ１の下端面Ａ１１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Ａ１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、本接合用回転ツールＢのショルダ部Ｂ１の外径Ｙ_１よりも小さくなっている。

攪拌ピンＡ２は、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１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Ａ２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Ａ２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が本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２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Ｂ２の最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さい。攪拌ピンＡ２の長さＬ_Ａは、突合部Ｊ１（図１の（ａ）参照）における金属部材１の厚さｔ（図２の（ｂ）参照）の３〜１５％とすることが望ましいが、少なくとも、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ_１よりも小さくすることが望ましい。

図２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢは、工具鋼など金属部材１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Ｂ１と、このショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｂ２と、攪拌ピンＢ２の周面に螺旋状に刻設された攪拌翼Ｂ３とを備えて構成されている。

ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１は、仮接合用回転ツールＡと同様に、凹面状に成形されている。攪拌ピンＢ２は、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１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Ｂ２の周面には、螺旋状に刻設された攪拌翼Ｂ３が形成されている。攪拌ピンＢ２の長さＬ_１は、突合部Ｊ１（図１の（ａ）参照）における金属部材１の肉厚ｔ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_１／ｔ≦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。

攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２に対する攪拌ピンＢ２の長さＬ_１の比は、１．３３〜２．０３で構成することが望ましい。また、攪拌ピンＢ２の最小外径Ｙ_３に対する攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２の比は、２．００〜２．６７で構成することが望ましい。また、攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２に対するショルダ部Ｂ１の外径Ｙ_１の比が、１．５６〜２．１４で構成することが望ましい。

以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。本実施形態に係る接合方法は、（１）準備工程、（２）第一の予備工程、（３）第一の本接合工程、（４）第一の補修工程、（５）第一の横断補修工程、（６）第二の予備工程、（７）第二の本接合工程、（８）第二の補修工程、（９）第二の横断補修工程を含むものである。なお、第一の予備工程、第一の本接合工程、第一の補修工程および第一の横断補修工程は、金属部材１の表面１２側から実行される工程であり、第二の予備工程、第二の本接合工程、第二の補修工程および第二の横断補修工程は、金属部材１の裏面１３側から実行される工程である。

（１）準備工程 ：
図１を参照して準備工程を説明する。準備工程は、接合すべき金属部材１，１や摩擦攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当て部材（第一タブ材２および第二タブ材３）を準備する工程であり、本実施形態では、接合すべき金属部材１，１を突き合せる突合工程と、金属部材１，１の突合部Ｊ１の両側に第一タブ材２と第二タブ材３を配置するタブ材配置工程と、第一タブ材２と第二タブ材３を溶接により金属部材１，１に仮接合する溶接工程とを具備している。

突合工程では、図１の（ｃ）に示すように、一方の金属部材１の側面１１に他方の金属部材１の側面１１を密着させるとともに、一方の金属部材１の表面１２と他方の金属部材１の表面１２を面一にし、さらに、一方の金属部材１の裏面１３と他方の金属部材１の裏面１３を面一にする。

タブ材配置工程では、図１の（ｂ）に示すように、金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端側に第一タブ材２を配置してその当接面２１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させるとともに、突合部Ｊ１の他端側に第二タブ材３を配置してその当接面３１を金属部材１，１の側面１４，１４に当接させる。このとき、図１の（ｄ）に示すように、第一タブ材２の表面２２と第二タブ材３の表面３２を金属部材１の表面１２と面一にするとともに、第一タブ材２の裏面２３と第二タブ材３の裏面３３を金属部材１の裏面１３と面一にする。

溶接工程では、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、金属部材１と第一タブ材２とにより形成された入隅部２ａ，２ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の側面２４とにより形成された角部２ａ，２ａ）を溶接して金属部材１と第一タブ材２とを接合し、金属部材１と第二タブ材３とにより形成された入隅部３ａ，３ａ（すなわち、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の側面３４とにより形成された角部３ａ，３ａ）を溶接して金属部材１と第二タブ材３とを接合する。なお、入隅部２ａ，３ａの全長に亘って連続して溶接を施してもよいし、断続して溶接を施してもよい。

準備工程が終了したら、金属部材１，１、第一タブ材２および第二タブ材３を図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に載置し、クランプ等の図示せぬ治具を用いて移動不能に拘束する。なお、溶接工程を省略する場合には、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台上で、突合工程とタブ材配置工程を実行する。

（２）第一の予備工程 ：
第一の予備工程は、第一の本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、金属部材１，１と第一タブ材２との突合部Ｊ２を接合する第一タブ材接合工程と、金属部材１，１の突合部Ｊ１を仮接合する仮接合工程と、金属部材１，１と第二タブ材３との突合部Ｊ３を接合する第二タブ材接合工程と、第一の本接合工程における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具備している。

本実施形態の第一の予備工程では、図４に示すように、一の仮接合用回転ツールＡ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，Ｊ２，Ｊ３に対して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に挿入した仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２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、第一タブ材接合工程、仮接合工程および第二タブ材接合工程を連続して実行する。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｐを設け、第二タブ材３に終了位置Ｅ_Ｐを設けているが、開始位置Ｓ_Ｐと終了位置Ｅ_Ｐの位置を限定する趣旨ではない。

本実施形態の第一の予備工程における摩擦攪拌の手順を図３および図４を参照してより詳細に説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、第一タブ材２の適所に設けた開始位置Ｓ_Ｐの直上に仮接合用回転ツールＡを位置させ、続いて、仮接合用回転ツールＡを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＡ２を開始位置Ｓ_Ｐに押し付ける。仮接合用回転ツールＡの回転速度は、攪拌ピンＡ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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Ａ２が第一タブ材２の表面２２に接触すると、摩擦熱によって攪拌ピンＡ２の周囲にある金属が塑性流動化し、図３の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＡ２が第一タブ材２に挿入される。仮接合用回転ツールＡの挿入速度（下降速度）は、攪拌ピンＡ２の寸法・形状、開始位置Ｓ_Ｐが設けられる部材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、３０〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

攪拌ピンＡ２の全体が第一タブ材２に入り込み、かつ、ショルダ部Ａ１の下端面Ａ１１の全面が第一タブ材２の表面２２に接触したら、図４に示すように、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ第一タブ材接合工程の始点ｓ２に向けて相対移動させる。

仮接合用回転ツールＡの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＡ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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。仮接合用回転ツールＡの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速にする。なお、仮接合用回転ツールＡを移動させる際には、ショルダ部Ａ１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、仮接合用回転ツールＡの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。仮接合用回転ツールＡを移動させると、その攪拌ピンＡ２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Ａ２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する。

仮接合用回転ツールＡを相対移動させて第一タブ材接合工程の始点ｓ２まで連続して摩擦攪拌を行ったら、始点ｓ２で仮接合用回転ツールＡを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工程に移行する。

第一タブ材接合工程では、第一タブ材２と金属部材１，１との突合部Ｊ２に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、金属部材１，１と第一タブ材２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仮接合用回転ツールＡ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。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＡを途中で離脱させることなく第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２まで連続して摩擦攪拌を行う。

なお、仮接合用回転ツールＡを右回転させた場合には、仮接合用回転ツールＡ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、仮接合用回転ツールＡの進行方向の右側に金属部材１，１が位置するように第一タブ材接合工程の始点ｓ２と終点ｅ２の位置を設定することが望ましい。このようにすると、金属部材１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、仮接合用回転ツールＡを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールＡ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、仮接合用回転ツールＡの進行方向の左側に金属部材１，１が位置するように第一タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＡを右回転させた場合の終点ｅ２の位置に始点を設け、仮接合用回転ツールＡを右回転させた場合の始点ｓ２の位置に終点を設ければよい。

なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２が突合部Ｊ２に入り込むと、金属部材１と第一タブ材２を引き離そうとする力が作用するが、金属部材１と第一タブ材２により形成された入隅部２ａを溶接により仮接合しているので、金属部材１と第一タブ材２との間に目開きが発生することがない。

仮接合用回転ツールＡが第一タブ材接合工程の終点ｅ２に達したら、終点ｅ２で摩擦攪拌を終了させずに仮接合工程の始点ｓ１まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま仮接合工程に移行する。すなわち、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１まで仮接合用回転ツールＡを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ１で仮接合用回転ツールＡを離脱させることなく仮接合工程に移行する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２での仮接合用回転ツールＡの離脱作業が不要となり、さらに、仮接合工程の始点ｓ１での仮接合用回転ツールＡの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業の効率化・迅速化を図ることが可能となる。

本実施形態では、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートを第一タブ材２に設定し、仮接合用回転ツールＡを第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させる際の移動軌跡を第一タブ材２に形成する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、金属部材１，１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。

なお、第一タブ材接合工程における摩擦攪拌のルートと、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る摩擦攪拌のルートのうち第一タブ材接合工程における摩擦攪拌のルートに平行な部分との離隔距離ｄ_２は、仮接合用回転ツールＡのショルダ部Ａ１の外径Ｘ_１（図２の（ａ）参照）以上確保する。すなわち、仮接合用回転ツールＡを第一タブ材接合工程の始点ｓ２から終点ｅ２に移動させた際に形成された移動軌跡と、仮接合用回転ツールＡを第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に移動させた際に形成された移動軌跡との離隔距離ｄ_２を、仮接合用回転ツールＡのショルダ部Ａ１の外径Ｘ_１以上確保する。このようにすると、第一タブ材接合工程の終点ｅ２から仮接合工程の始点ｓ１に至る工程中において、仮接合用回転ツールＡの金属部材１側に接合欠陥が発生したとしても、当該接合欠陥が金属部材１に及び難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。

仮接合工程では、金属部材１，１の突合部Ｊ１（図１の（ａ）参照）に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、金属部材１，１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仮接合用回転ツールＡを相対移動させることで、突合部Ｊ１の全長に亘って連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＡを途中で離脱させることなく仮接合工程の始点ｓ１から終点ｅ１まで連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、仮接合工程中における仮接合用回転ツールＡの離脱作業が一切不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。

仮接合用回転ツールＡが仮接合工程の終点ｅ１に達したら、終点ｅ１で摩擦攪拌を終了させずに第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで連続して摩擦攪拌を行い、そのまま第二タブ材接合工程に移行する。すなわち、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３まで仮接合用回転ツールＡを離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、始点ｓ３で仮接合用回転ツールＡを離脱させることなく第二タブ材接合工程に移行する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１での仮接合用回転ツールＡの離脱作業が不要となり、さらに、第二タブ材接合工程の始点ｓ３での仮接合用回転ツールＡの挿入作業が不要となることから、予備的な接合作業のより一層の効率化・迅速化を図ることが可能となる。

本実施形態では、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦攪拌のルートを第二タブ材３に設定し、仮接合用回転ツールＡを仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させる際の移動軌跡を第二タブ材３に形成する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、金属部材１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。

なお、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る摩擦攪拌のルートのうち後記する第二タブ材接合工程における摩擦攪拌のルートに平行な部分と、第二タブ材接合工程における摩擦攪拌のルートとの離隔距離ｄ_３は、仮接合用回転ツールＡのショルダ部Ａ１の外径Ｘ_１（図２の（ａ）参照）以上確保する。すなわち、仮接合用回転ツールＡを仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に移動させた際に形成された移動軌跡と、仮接合用回転ツールＡを第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３に移動させた際に形成された移動軌跡との離隔距離ｄ_３を、仮接合用回転ツールＡのショルダ部Ａ１の外径Ｘ_１以上確保する。このようにすると、仮接合工程の終点ｅ１から第二タブ材接合工程の始点ｓ３に至る工程中において、仮接合用回転ツールＡの金属部材１側に接合欠陥が発生したとしても、当該接合欠陥が金属部材１に及び難くなるので、高品質の接合体を得ることが可能となる。

第二タブ材接合工程では、金属部材１，１と第二タブ材３との突合部Ｊ３に対して摩擦攪拌を行う。具体的には、金属部材１，１と第二タブ材３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仮接合用回転ツールＡ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。なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＡを途中で離脱させることなく第二タブ材接合工程の始点ｓ３から終点ｅ３まで連続して摩擦攪拌を行う。

なお、仮接合用回転ツールＡを右回転させているので、仮接合用回転ツールＡの進行方向の右側に金属部材１，１が位置するように第二タブ材接合工程の始点ｓ３と終点ｅ３の位置を設定する。このようにすると、金属部材１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、仮接合用回転ツールＡを左回転させた場合には、仮接合用回転ツールＡの進行方向の左側に金属部材１，１が位置するように第二タブ材接合工程の始点と終点の位置を設定することが望ましい。具体的には、図示は省略するが、仮接合用回転ツールＡを右回転させた場合の終点ｅ３の位置に始点を設け、仮接合用回転ツールＡを右回転させた場合の始点ｓ３の位置に終点を設ければよい。

なお、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）が突合部Ｊ３に入り込むと、金属部材１と第二タブ材３を引き離そうとする力が作用するが、金属部材１と第二タブ材３の入隅部３ａを溶接により仮接合しているので、金属部材１と第二タブ材３との間に目開きが発生することがない。

仮接合用回転ツールＡが第二タブ材接合工程の終点ｅ３に達したら、終点ｅ３で摩擦攪拌を終了させずに、第二タブ材３に設けた終了位置Ｅ_Ｐまで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、金属部材１の表面１２側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）の延長線上に終了位置Ｅ_Ｐを設けている。ちなみに、終了位置Ｅ_Ｐは、後記する第一の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１でもある。

仮接合用回転ツールＡが終了位置Ｅ_Ｐに達したら、仮接合用回転ツールＡを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を終了位置Ｅ_Ｐから離脱させる。

なお、仮接合用回転ツールＡの離脱速度（上昇速度）は、攪拌ピンＡ２の寸法・形状、終了位置Ｅ_Ｐが設けられる部材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、３０〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。また、仮接合用回転ツールＡの離脱時の回転速度は、移動時の回転速度と同じか、それよりも高速にする。

続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形成工程は、図２の（ｂ）に示すように、第一の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１に下穴Ｐ１を形成する工程である。すなわち、下穴形成工程は、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の挿入予定位置に下穴Ｐ１を形成する工程である。

下穴Ｐ１は、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の挿入抵抗（圧入抵抗）を低減する目的で設けられるものであり、本実施形態では、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）を離脱させたときに形成される抜き穴Ｈ１を図示せぬドリルなどで拡径することで形成される。抜き穴Ｈ１を利用すれば、下穴Ｐ１の形成工程を簡略化することが可能となるので、作業時間を短縮することが可能となる。下穴Ｐ１の形態に特に制限はないが、本実施形態では、円筒状としている。なお、本実施形態では、第二タブ材３に下穴Ｐ１を形成しているが、下穴Ｐ１の位置に特に制限はなく、第一タブ材２に形成してもよいし、突合部Ｊ２，Ｊ３に形成してもよいが、好適には、本実施形態の如く金属部材１の表面１２側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）の延長線上に形成することが望ましい。

下穴Ｐ１の最大穴径Ｚ_１は、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の最大外径（上端径）Ｙ_２よりも小さくなっているが、好適には、攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２の５０〜９０％とすることが望ましい。なお、下穴Ｐ１の最大穴径Ｚ_１が攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２の５０％を下回ると、攪拌ピンＢ２の圧入抵抗の低減度合いが低下する虞があり、また、下穴Ｐの最大穴径Ｚ_１が攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２の９０％を上回ると、攪拌ピンＢ２による摩擦熱の発生量が少なくなって塑性流動化する領域が小さくなり、入熱量が減少するので、本接合用回転ツールＢを移動させる際の負荷が大きくなり、欠陥が発生し易くなる。

なお、下穴Ｐ１の深さＺ_２が必要以上に大きいと、下穴Ｐ１の加工に要する時間が長くなるので、下穴Ｐ１の深さＺ_２は、攪拌ピンＢ２の長さＬ_１よりも小さくしておくことが望ましいが、下穴Ｐ１の深さＺ_２が攪拌ピンＢ２の長さＬ_１の７０％を下回ると、圧入抵抗の低減度合いが低下する虞があり、また、下穴Ｐ１の深さＺ_２が攪拌ピンＢ２の長さＬ_１の９０％を上回ると、攪拌ピンＢ２による摩擦熱の発生量が少なくなって塑性流動化する領域が小さくなり、入熱量が減少するので、本接合用回転ツールＢを移動させる際の負荷が大きくなり、欠陥が発生し易くなる。したがって、下穴Ｐの深さＺ_２は、攪拌ピンＢ２の長さＬ_１の７０〜９０％とすることが望ましい。

また、下穴Ｐ１の容積が必要以上に大きいと、塑性流動化する領域が小さくなって攪拌ピンＢ２を圧入する際の圧入抵抗が増加する虞があるので、下穴Ｐ１の容積を攪拌ピンＢ２の体積よりも小さくしておくことが望ましいが、下穴Ｐ１の容積が攪拌ピンＢ２の体積の４０％を下回ると、圧入抵抗の低減度合いが低下する虞があり、また、下穴Ｐ１の容積が攪拌ピンＢ２の体積の８０％を上回ると、攪拌ピンＢ２による摩擦熱の発生量が少なくなって塑性流動化する領域が小さくなり、入熱量が減少するので、本接合用回転ツールＢを移動させる際の負荷が大きくなり、欠陥が発生し易くなる。したがって、下穴Ｐ１の容積は、攪拌ピンＢ２の体積の４０〜８０％とすることが望ましい。

なお、本実施形態では、仮接合用回転ツールＡの攪拌ピンＡ２（図２の（ａ）参照）の抜き穴Ｈ１を拡径して下穴Ｐ１とする場合を例示したが、攪拌ピンＡ２の最大外径Ｘ_２が本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の最小外径Ｙ_３よりも大きく、かつ、攪拌ピンＡ２の最大外径Ｘ_２が攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２よりも小さい（Ｙ_３＜Ｘ_２＜Ｙ_２）場合などにおいては、攪拌ピンＡ２の抜き穴Ｈ１をそのまま下穴Ｐ１としてもよい。

（３）第一の本接合工程 ：
第一の本接合工程は、金属部材１，１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第一の本接合工程では、図２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢを使用し、仮接合された状態の突合部Ｊ１に対して金属部材１の表面１２側から摩擦攪拌を行う。

第一の本接合工程では、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、開始位置Ｓ_Ｍ１に形成した下穴Ｐ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＢ２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。すなわち、第一の本接合工程では、下穴Ｐ１から摩擦攪拌を開始し、終了位置Ｅ_Ｍ１まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形態では、第二タブ材３に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１を設け、第一タブ材２に終了位置Ｅ_Ｍ１を設けているが、開始位置Ｓ_Ｍ１と終了位置Ｅ_Ｍ１の位置を限定する趣旨ではない。

図５の（ａ）〜（ｃ）を参照して第一の本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図５の（ａ）に示すように、下穴Ｐ１（開始位置Ｓ_Ｍ１）の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を下穴Ｐ１に挿入する。攪拌ピンＢ２を下穴Ｐ１に入り込ませると、攪拌ピンＢ２の周面（側面）が下穴Ｐ１の穴壁に当接し、穴壁から金属が塑性流動化する。このような状態になると、塑性流動化した金属を攪拌ピンＢ２の周面で押し退けながら、攪拌ピンＢ２が圧入されることになるので、圧入初期段階における圧入抵抗を低減することが可能となり、また、本接合用回転ツールＢのショルダ部Ｂ１が第二タブ材３の表面３２に当接する前に攪拌ピンＢ２が下穴Ｐ１の穴壁に当接して摩擦熱が発生するので、塑性流動化するまでの時間を短縮することができ、摩擦攪拌装置の負荷を低減することが可能となり、加えて、本接合に要する作業時間を短縮することが可能となる。

摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を挿入する際の本接合用回転ツールＢの回転速度（挿入時の回転速度）は、攪拌ピンＢ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであり、多くの場合、７０〜７００（ｒｐｍ）の範囲内において設定されるが、開始位置Ｓ_Ｍ１から摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｍ１に向かって本接合用回転ツールＢを移動させる際の本接合用回転ツールＢの回転速度（移動時の回転速度）よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、挿入時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、金属を塑性流動化させるまでに要する時間が短くなるので、開始位置Ｓ_Ｍ１における攪拌ピンＢ２の挿入作業を迅速に行うことが可能となる。

なお、本接合用回転ツールＢの挿入時の回転速度が、移動時の回転速度の３．０倍よりも大きくなると、金属への入熱量が大きくなり、金属の温度が必要以上に上昇してしまい、また、挿入時の回転速度が、移動時の回転速度の１．５倍よりも小さくなると、作業時間の短縮効果が小さくなってしまうので、本接合用回転ツールＢの挿入時の回転速度は、移動時の回転速度よりも１．５〜３．０倍高速にすることが望ましい。

本接合用回転ツールＢの挿入速度（下降速度）は、攪拌ピンＢ２の寸法・形状、開始位置Ｓ_Ｍ１が設けられる部材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、５〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

攪拌ピンＢ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が第二タブ材３の表面３２に接触したら、図５の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端に向けて本接合用回転ツールＢを相対移動させ、さらに、突合部Ｊ３を横切らせて突合部Ｊ１に突入させる。本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２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Ｂ２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塑性化領域Ｗ１（以下、「表側塑性化領域Ｗ１」という。）が形成される。

本接合用回転ツールＢの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＢ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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。なお、本接合用回転ツールＢを移動させる際には、ショルダ部Ｂ１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、本接合用回転ツールＢの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。

金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールＢの周囲に表面１２側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。なお、金属部材１，１間に冷却水が入り込むと、接合面（側面１１）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、仮接合工程を実行して金属部材１，１間の目地を閉塞しているので、金属部材１，１間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。

金属部材１，１の突合部Ｊ１では、金属部材１，１の継ぎ目上（仮接合工程における移動軌跡上）に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールＢを相対移動させることで、突合部Ｊ１の一端から他端まで連続して摩擦攪拌を行う。突合部Ｊ１の他端まで本接合用回転ツールＢを相対移動させたら、摩擦攪拌を行いながら突合部Ｊ２を横切らせ、そのまま終了位置Ｅ_Ｍ１に向けて相対移動させる。

なお、本実施形態では、金属部材１の表面１２側に現れる金属部材１，１の継ぎ目（境界線）の延長線上に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１を設定しているので、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートが一直線にすることができる。摩擦攪拌のルートを一直線にすると、本接合用回転ツールＢの移動距離を最小限に抑えることができるので、第一の本接合工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、本接合用回転ツールＢの磨耗量を低減することが可能となる。

本接合用回転ツールＢが終了位置Ｅ_Ｍ１に達したら、図５の（ｃ）に示すように、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置Ｅ_Ｍ１（図５の（ｂ）参照）から離脱させる。なお、終了位置Ｅ_Ｍ１において攪拌ピンＢ２を上方に離脱させると、攪拌ピンＢ２と略同形の抜き穴Ｑ１が不可避的に形成されることになるが、本実施形態では、そのまま残置する。

本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を終了位置Ｅ_Ｍ１から離脱させる際の本接合用回転ツールＢの回転速度（離脱時の回転速度）は、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。このようにすると、離脱時の回転速度を移動時の回転速度と同じにした場合に比べて、攪拌ピンＢ２の離脱抵抗が小さくなるので、終了位置Ｅ_Ｍ１における攪拌ピンＢ２の離脱作業を迅速に行うことが可能となる。

なお、本接合用回転ツールＢの離脱時の回転速度が、移動時の回転速度の３．０倍よりも大きくなると、金属への入熱量が大きくなり、金属の温度が必要以上に上昇してしまい、また、離脱時の回転速度が、移動時の回転速度の１．５倍よりも小さくなると、作業時間の短縮効果が小さくなってしまうので、本接合用回転ツールＢの離脱時の回転速度は、移動時の回転速度よりも１．５〜３．０倍高速にすることが望ましい。

本接合用回転ツールＢの離脱速度（上昇速度）は、攪拌ピンＢ２の寸法・形状、開始位置Ｓ_Ｍ１が設けられる部材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、５〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

（４）第一の補修工程 ：
第一の補修工程は、第一の本接合工程により金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。

本実施形態に係る第一の補修工程では、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、表側塑性化領域Ｗ１のうち、少なくとも、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。

第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢの進行方向に沿って形成される虞のあるトンネル欠陥を分断することを目的として行われるものである。本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にトンネル欠陥が発生する虞があり、左回転させた場合には進行方向の右側にトンネル欠陥が発生する虞があるので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第一の補修領域Ｒ１を設定するとよい。

第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ２を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｍ１を第一タブ材２に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の右側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第二の補修領域Ｒ２を設定するとよい。なお、金属部材１と第一タブ材２の継ぎ目から第二の補修領域Ｒ２の金属部材１側の縁辺までの距離ｄ_４は、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２よりも大きくすることが望ましい。

第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌は、本接合用回転ツールＢが突合部Ｊ３を横切る際に表側塑性化領域Ｗ１に巻き込まれた酸化皮膜（金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１に形成されていた酸化皮膜）を分断することを目的として行われるものである。本実施形態の如く本接合工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ１を第二タブ材３に設けた場合、本接合用回転ツールＢを右回転させた場合にはその進行方向の左側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高く、左回転させた場合には進行方向の右側にある表側塑性化領域Ｗ１の上部に酸化皮膜が巻き込まれている可能性が高いので、本接合用回転ツールＢを右回転させた本実施形態においては、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１のうち、平面視して進行方向の左側に位置する表側塑性化領域Ｗ１の上部を少なくとも含むように第三の補修領域Ｒ３を設定するとよい。なお、金属部材１と第二タブ材３の継ぎ目から第三の補修領域Ｒ３の金属部材１側の縁辺までの距離ｄ_５は、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の最大外径Ｙ_２よりも大きくすることが望ましい。

本実施形態に係る第一の補修工程では、本接合用回転ツールＢよりも小型の補修用回転ツールＣを用いて摩擦攪拌を行う。このようにすると、塑性化領域が必要以上に広がることを防止することが可能となる。

補修用回転ツールＣは、仮接合用回転ツールＡと同様に、工具鋼など金属部材１よりも硬質の金属材料からなり、図６の（ｂ）に示すように、円柱状を呈するショルダ部Ｃ１と、このショルダ部Ｃ１の下端面に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｃ２とを備えて構成されている。

攪拌ピンＣ２は、ショルダ部Ｃ１の下端面から垂下しており、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Ｃ２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。図２の（ｂ）に示す本接合用回転ツールＢによる接合欠陥は、攪拌ピンＢ２の上端から１／３までの範囲に形成されることが多いので、補修用回転ツールＣの攪拌ピンＣ２の長さは、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ_１（図２の（ｂ）参照）の１／３以上とすることが望ましいが、１／２よりも大きくなると、塑性化領域が必要以上に広がる虞があるので、１／２以下とすることが望ましい。なお、攪拌ピンＣ２の最大外径（上端径）および最小外径（下端径）の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、それぞれ、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の最大外径（上端径）Ｙ_２および最小外径（下端径）Ｙ_３よりも小さくなっている。

第一の補修工程では、一の補修領域に対する摩擦攪拌が終了する度に補修用回転ツールＣを離脱させてもよいし、補修領域ごとに形態の異なる補修用回転ツールＣを使用してもよいが、本実施形態では、図７に示すように、一の補修用回転ツールＣ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、第一の補修領域Ｒ１、第二の補修領域Ｒ２および第三の補修領域Ｒ３に対して連続して摩擦攪拌を行う。すなわち、本実施形態に係る第一の補修工程では、摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｒに挿入した補修用回転ツールＣの攪拌ピンＣ２（図６の（ｂ）参照）を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｒまで移動させる。なお、本実施形態では、第一タブ材２に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｒを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置Ｅ_Ｒを設け、第二の補修領域Ｒ２、第一の補修領域Ｒ１、第三の補修領域Ｒ３の順序で摩擦攪拌を行う場合を例示するが、開始位置Ｓ_Ｒと終了位置Ｅ_Ｒの位置や摩擦攪拌の順序を限定する趣旨ではない。

第一の補修工程における摩擦攪拌の手順を、図７を参照してより詳細に説明する。
まず、第一タブ材２の適所に設けた開始位置Ｓ_Ｒに補修用回転ツールＣの攪拌ピンＣ２（図６の（ｂ）参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行う。

なお、補修用回転ツールＣを開始位置Ｓ_Ｒに挿入する際の回転速度および挿入速度（下降速度）は、攪拌ピンＣ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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、回転速度は３００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定され、挿入速度は３０〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

また、補修用回転ツールＣの移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＣ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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。補修用回転ツールＣの移動時の回転速度は、挿入時の回転速度と同じか、それよりも低速にする。

第二の補修領域Ｒ２に対して摩擦攪拌を行うと、金属部材１の側面１４と第一タブ材２の当接面２１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第一タブ材２に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＣで摩擦攪拌できる領域に比して第二の補修領域Ｒ２が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＣを何度かＵターンさせればよい。

第二の補修領域Ｒ２に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＣを離脱させずにそのまま第一の補修領域Ｒ１に移動させ、前記した第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿って連続して摩擦攪拌を行う。このようにすると、本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿ってトンネル欠陥が連続して形成された場合であっても、これを確実に分断することが可能となるので、接合欠陥が発生し難くなる。

第一の補修領域Ｒ１に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＣを離脱させずにそのまま第三の補修領域Ｒ３に移動させ、第三の補修領域Ｒ３に対して摩擦攪拌を行う。このようにすると、金属部材１の側面１４と第二タブ材３の当接面３１にある酸化皮膜が表側塑性化領域Ｗ１（図６の（ｂ）参照）に巻き込まれた場合であっても、当該酸化皮膜を分断することが可能となるので、第二タブ材３に隣接する表側塑性化領域Ｗ１においても接合欠陥が発生し難くなる。なお、補修用回転ツールＣで摩擦攪拌できる領域に比して第三の補修領域Ｒ３が大きい場合には、摩擦攪拌のルートをずらしつつ補修用回転ツールＣを何度かＵターンさせればよい。

第三の補修領域Ｒ３に対する摩擦攪拌が終了したら、補修用回転ツールＣを終了位置Ｅ_Ｒに移動させ、補修用回転ツールＣを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＣ２（図６の（ｂ）参照）を終了位置Ｅ_Ｒから離脱させる。

なお、補修用回転ツールＣを終了位置Ｅ_Ｒから離脱させる際の回転速度および離脱速度（上昇速度）は、攪拌ピンＣ２の寸法・形状、摩擦攪拌される金属部材１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、回転速度は３００〜２０００（ｒｐｍ）の範囲内において設定され、離脱速度は３０〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。補修用回転ツールＣの離脱時の回転速度は、移動時の回転速度と同じか、それよりも高速にする。

（５）第一の横断補修工程 ：
第一の横断補修工程も、第一の本接合工程により金属部材１に形成された表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う工程であり、表側塑性化領域Ｗ１に含まれている可能性があるトンネル欠陥を分断する目的で行われるものである。

本実施形態に係る第一の横断補修工程では、図８に示すように、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように横断用回転ツールＤを移動させることで、表側塑性化領域Ｗ１に対して摩擦攪拌を行う。すなわち、第一の横断補修工程では、表側塑性化領域Ｗ１を複数回横断するように摩擦攪拌のルートを設定する。このようにすると、表側塑性化領域Ｗ１に沿ってトンネル欠陥が形成されていたとしても、当該トンネル欠陥を充分な確実性をもって分断することが可能となる。

第一の横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１に形成される複数の塑性化領域（以下、「再塑性化領域」という。）Ｗ３，Ｗ３，…が第一の本接合工程における摩擦攪拌のルート（すなわち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において互いに離間するように設定する。

第一の横断補修工程における摩擦攪拌のルートには、表側塑性化領域Ｗ１を横切る複数の交差ルートＦ１と、隣り合う交差ルートＦ１，Ｆ１の同側の端部同士を繋ぐ移行ルートＦ２とが設けられている。すなわち、第一の横断補修工程における摩擦攪拌のルートは、表側塑性化領域Ｗ１の側方から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第一の交差ルートＦ１と、この交差ルートＦ１の終点ｅ１０から始まって第一の本接合工程における摩擦攪拌のルート（金属部材１，１の継ぎ目）に沿うように設定される移行ルートＦ２と、この移行ルートＦ２の終点ｓ１０から始まって表側塑性化領域Ｗ１を挟んで反対側に向かうように設定される第二の交差ルートＦ１と、を少なくとも備えている。

交差ルートＦ１は、表側塑性化領域Ｗ１を横切るように設定された摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートと直交している。交差ルートＦ１の始点ｓ１０と終点ｅ１０は、表側塑性化領域Ｗ１の側方に位置しており、表側塑性化領域Ｗ１を挟んで対向している。

交差ルートＦ１の始点ｓ１０と終点ｅ１０の位置は、横断用回転ツールＤの全体が表側塑性化領域Ｗ１から抜け出るような位置に設定することが望ましいが、表側塑性化領域Ｗ１から必要以上に離れた位置に設定すると、横断用回転ツールＤの移動距離が増大してしまうので、本実施形態では、始点ｓ１０から表側塑性化領域Ｗ１の側縁までの距離および表側塑性化領域Ｗ１の側縁から終点ｅ１０までの距離が、横断用回転ツールＤのショルダ部Ｄ２の外径Ｘ_４（図９参照）の半分と等しくなるような位置に設定しており、交差ルートＦ１の長さ（始点ｓ１０から終点ｅ１０までの距離）は、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ_６に、ショルダ部Ｄ２の外径Ｘ_４を加えた値と等しくなる。ちなみに、横断用回転ツールＤにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ_９は、ショルダ部Ｄ２の外径Ｘ_４と略等しくなるので、交差ルートＦ１の長さは、表側塑性化領域Ｗ１の幅寸法ｄ_６に、横断用回転ツールＤにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ_９を加えた値と略等しくなる。

隣り合う交差ルートＦ１，Ｆ１の離隔距離ｄ_７は、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルート（すなわち、表側塑性化領域Ｗ１の中央線）上において再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３，…が互いに離間するような大きさに設定する。なお、隣り合う再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の離間距離ｄ_８は、再塑性化領域Ｗ３の幅寸法ｄ_９以上、より好適には幅寸法ｄ_９の２倍以上確保することが望ましい。

移行ルートＦ２は、一の交差ルートＦ１の終点ｅ１０からこの交差ルートＦ１よりも摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｃ側に位置する他の交差ルートＦ１の始点ｓ１０に至る摩擦攪拌のルートであり、本実施形態では、表側塑性化領域Ｗ１の右側あるいは左側に設けられていて、かつ、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートと平行になっている。

移行ルートＦ２は、移行ルートＦ２に沿って横断用回転ツールＤを移動させることで形成される塑性化領域Ｗ４が表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触するような位置に設定することが望ましい。なお、本実施形態では、前記したように、移行ルートＦ２の始点である交差ルートＦ１の終点ｅ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離および移行ルートＦ２の終点である交差ルートＦ１の始点ｓ１０と表側塑性化領域Ｗ１の側縁との距離が、それぞれ横断用回転ツールＤにより形成される塑性化領域の幅寸法ｄ_９の半分と等しくなっているので、塑性化領域Ｗ４は、必然的に、表側塑性化領域Ｗ１の側縁に接触することになる。

第一の横断補修工程における摩擦攪拌の手順を詳細に説明する。
なお、本実施形態では、前記した補修用回転ツールＣ（図６参照）を横断用回転ツールＤとして使用することとし、その詳細な説明は省略する。また、横断用回転ツールＤの回転速度、挿入速度、移動速度、離脱速度なども補修用回転ツールＣの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、一の横断用回転ツールＤを、一筆書きの移動軌跡（ビード）を形成するようにジグザグ状に移動させることで、摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｃから終了位置Ｅ_Ｃまで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_Ｃに挿入した横断用回転ツールＤの攪拌ピンＤ２（図９参照）を途中で離脱させることなく終了位置Ｅ_Ｃまで移動させる。なお、表側塑性化領域Ｗ１を横断する度に、横断用回転ツールＤを離脱させても差し支えない。また、本実施形態では、金属部材１に摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｃを設けるとともに、第二タブ材３に終了位置Ｅ_Ｃを設けた場合を例示するが、開始位置Ｓ_Ｃと終了位置Ｅ_Ｃの位置を限定する趣旨ではない。

第一の横断補修工程における摩擦攪拌の手順をより詳細に説明する。
第一の横断補修工程では、まず、金属部材１の適所に設けた開始位置Ｓ_Ｃに横断用回転ツールＤの攪拌ピンＤ２（図９参照）を挿入（圧入）して摩擦攪拌を開始し、一つ目の交差ルートＦ１に沿って連続して摩擦攪拌を行う。

交差ルートＦ１に沿って横断用回転ツールＤを移動させると、表側塑性化領域Ｗ１の上部にある金属が再び摩擦攪拌されることになるので（図９参照）、前記した第一の補修工程で分断しきれなかったトンネル欠陥や第一の補修工程における摩擦攪拌のルートから外れた位置に形成されていたトンネル欠陥などを充分な確実性をもって分断することができる。

横断用回転ツールＤが一つ目の交差ルートＦ１の終点ｅ１０に達したら、横断用回転ツールＤの移動方向を本接合工程における摩擦攪拌のルートに沿う方向に変更し、移行ルートＦ２に沿って移動させるとともに、横断用回転ツールＤを終点ｅ１０で離脱させずにそのまま移行ルートＦ２に沿って移動させ、表側塑性化領域Ｗ１の側方にある金属に対して連続して摩擦攪拌を行う。本実施形態では、移行ルートＦ２が、第一の本接合工程における摩擦攪拌のルートと平行になっているので、移行ルートＦ２を傾斜させる場合に比べて、移行ルートＦ２の距離が短くなる。

横断用回転ツールＤが二つ目の交差ルートＦ１の始点ｓ１０に達したら、横断用回転ツールＤの移動方向を表側塑性化領域Ｗ１に交差する方向に変更するとともに、横断用回転ツールＤを離脱させずにそのまま二つ目の交差ルートＦ１に沿って移動させ、表側塑性化領域Ｗ１に対して連続して摩擦攪拌を行う。

以上のような過程を繰り返し、横断用回転ツールＤが最後の交差ルートＦ１の終点ｅ１０に達したら、横断用回転ツールＤを終了位置Ｅ_Ｃに移動させ、横断用回転ツールＤを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＤ２（図９参照）を終了位置Ｅ_Ｃから離脱させる。

このように、複数の再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３，…を第一の本接合工程における摩擦攪拌のルート上において互いに離間させれば、表側塑性化領域Ｗ１の全体に再塑性化領域を形成する場合に比べて、横断用回転ツールＤの横断回数や方向転換の回数が少なくなり、その結果、第一の横断補修工程における摩擦攪拌のルートの総延長が短くなるので、横断用回転ツールＤの動きに無駄がなくなり、ひいては、トンネル欠陥を効率よく分断することが可能となる。特に本実施形態では、隣り合う再塑性化領域Ｗ３，Ｗ３の離間距離ｄ_８を、再塑性化領域Ｗ３の幅寸法ｄ_９以上としているので、横断用回転ツールＤの動きにより一層無駄がなくなる。

なお、補修用回転ツールＣとは異なる回転ツールを横断用回転ツールＤとしても差し支えないが、この場合でも、図２に示す本接合用回転ツールＢよりも小型であることが望ましい。また、本接合用回転ツールＢによるトンネル欠陥は、その攪拌ピンの上端から１／３までの範囲に形成されることが多いので、横断用回転ツールＤの攪拌ピンの長さは、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２（図２参照）の長さＬ_１の１／３以上とすることが望ましいが、１／２よりも大きくなると、塑性化領域が必要以上に広がる虞があるので、１／２以下とすることが望ましい。

第一の横断補修工程が終了したら、第一の予備工程、第一の本接合工程、第一の補修工程および第一の横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、図１０の（ａ）に示すように、金属部材１，１を裏返し、裏面１３を上にする。

（６）第二の予備工程 ：
第二の予備工程は、第二の本接合工程に先立って行われる工程であり、本実施形態では、第二の本接合工程における摩擦攪拌の開始位置Ｓ_Ｍ２に下穴Ｐ２を形成する下穴形成工程を具備している。なお、第二の予備工程の中に、前記した第一タブ材接合工程、仮接合工程および第二タブ材接合工程を含ませてもよい。

（７）第二の本接合工程 ：
第二の本接合工程は、金属部材１，１の突合部Ｊ１を本格的に接合する工程である。本実施形態に係る第二の本接合工程では、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢを使用して、突合部Ｊ１に対して金属部材１の裏面１３側から摩擦攪拌を行う。

第二の本接合工程では、第二タブ材３に設けた下穴Ｐ２（開始位置Ｓ_Ｍ２）に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を挿入（圧入）し、挿入した攪拌ピンＢ２を途中で離脱させることなく第一タブ材２に設けた終了位置Ｅ_Ｍ２まで移動させる。すなわち、第二の本接合工程では、下穴Ｐ２から摩擦攪拌を開始し、終了位置Ｅ_Ｍ２まで連続して摩擦攪拌を行う。

図１０の（ａ）〜（ｃ）を参照して第二の本接合工程をより詳細に説明する。
まず、図１０の（ａ）に示すように、下穴Ｐ２の直上に本接合用回転ツールＢを位置させ、続いて、本接合用回転ツールＢを右回転させつつ下降させて攪拌ピンＢ２の先端を下穴Ｐ２に挿入する。なお、本接合用回転ツールＢの挿入時の回転速度は、前記した第一の本接合工程の場合と同様に、本接合用回転ツールＢの移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。

攪拌ピンＢ２の全体が第二タブ材３に入り込み、かつ、ショルダ部Ｂ１の下端面Ｂ１１の全面が第二タブ材３の表面に接触したら、図１０の（ｂ）に示すように、摩擦攪拌を行いながら本接合用回転ツールＢを金属部材１，１の突合部Ｊの一端に向けて相対移動させる。本接合用回転ツールＢを移動させると、その攪拌ピンＢ２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Ｂ２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塑性化領域Ｗ２（以下、「裏側塑性化領域Ｗ２」という。）が形成される。本実施形態においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程において同一の本接合用回転ツールＢを用いているので、裏側塑性化領域Ｗ２の断面積は、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と同等になる。なお、第一の本接合工程の場合と同様に、本接合用回転ツールＢを移動させる際には、ショルダ部Ｂ１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、本接合用回転ツールＢの方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。また、金属部材１への入熱量が過大になる虞がある場合には、本接合用回転ツールＢの周囲に裏面１３側から水を供給するなどして冷却することが望ましい。

金属部材１，１の突合部Ｊ１の一端に到達したら、金属部材１，１の継ぎ目に沿って本接合用回転ツールＢを相対移動させて突合部Ｊ１の他端まで連続して摩擦攪拌を行い、さらに、摩擦攪拌を行いながら終了位置Ｅ_Ｍ２まで相対移動させる。

突合部Ｊ１に対して摩擦攪拌を行う際には、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１に本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を入り込ませつつ摩擦攪拌を行う。このようにすると、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、攪拌ピンＢ２によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。なお、本実施形態では、本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ_１が、１．０１≦２Ｌ_１／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定されているので（図２の（ｂ）参照）、金属部材１，１の継ぎ目に沿って本接合用回転ツールＢを移動させるだけで、表側塑性化領域Ｗ１に攪拌ピンＢ２が確実に入り込むことになる。

本接合用回転ツールＢが終了位置Ｅ_Ｍ２に達したら、本接合用回転ツールＢを回転させつつ上昇させて攪拌ピンＢ２を終了位置Ｅ_Ｍ２から離脱させる（図１０の（ｃ）参照）。本接合用回転ツールＢの離脱時の回転速度は、前記した第一の本接合工程の場合と同様に、移動時の回転速度よりも高速にすることが望ましい。

なお、第一の本接合工程で残置された抜き穴Ｑ１と第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動ルートとが重なると、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に流れ込み、接合欠陥が発生する虞があるので、抜き穴Ｑ１から離れた位置に第二の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｍ２（抜き穴Ｑ２）を設けるとともに、抜き穴Ｑ１を避けるように第二の本接合工程における摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに沿って本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２を移動させることが望ましい。

また、第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２が第一の本接合工程の抜き穴Ｑ１を通過しない場合であっても、その離隔距離が小さい場合には、塑性流動化した金属が抜き穴Ｑ１に押し出され、接合欠陥が発生する虞があるので、より好適には、第一の本接合工程における摩擦攪拌の終了位置Ｅ_Ｍ１と、第二の本接合工程における本接合用回転ツールＢの移動軌跡（本実施形態では終了位置Ｅ_Ｍ２）との平面視での最短距離ｄ_１を、本接合用回転ツールＢのショルダ部Ｂ１の外径以上にすることが望ましい。

なお、本実施形態の如く第一の本接合工程で使用した本接合用回転ツールＢを使用して第二の本接合工程を行えば、作業効率が向上してコストの削減を図ることが可能になり、さらには、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積とが同等になるので、接合部の品質が均質になるが、第一の本接合工程と第二の本接合工程とで異なる形態の本接合用回転ツールを用いても差し支えない。

第一の本接合工程と第二の本接合工程とで異なる形態の本接合用回転ツールを用いる場合には、例えば図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、第一の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢの攪拌ピンＢ２の長さＬ_１と第二の本接合工程で用いる本接合用回転ツールＢ’の攪拌ピンＢ２’の長さＬ_２の和を、突合部Ｊ１における金属部材１の肉厚ｔ以上に設定することが望ましい。なお、攪拌ピンＢ２，Ｂ２’の長さＬ_１，Ｌ_２が、それぞれ肉厚ｔ未満であることは言うまでもない。このようにすれば、第一の本接合工程で形成された表側塑性化領域Ｗ１の深部が、第二の本接合工程で使用する本接合用回転ツールＢ’の攪拌ピンＢ２’によって再び摩擦攪拌されることになるので、表側塑性化領域Ｗ１の深部に接合欠陥が連続的に形成されていたとしても、当該接合欠陥を分断して不連続にすることが可能となり、ひいては、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。

なお、より好適には、図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、本接合用回転ツールＢ，Ｂ’の攪拌ピンＢ２，Ｂ２’の長さＬ_１，Ｌ_２を、それぞれ、突合部Ｊ１における金属部材１の肉厚ｔの１／２以上に設定することが望ましく、さらには、肉厚ｔの３／４以下に設定することが望ましい。攪拌ピンＢ２，Ｂ２’の長さＬ_１，Ｌ_２を、肉厚ｔの１／２以上に設定すると、表側塑性化領域Ｗ１と裏側塑性化領域Ｗ２とが金属部材１の肉厚方向の中央部において重複するとともに、表側塑性化領域Ｗ１の断面積と裏側塑性化領域Ｗ２の断面積との差が小さくなるので、接合部の品質が均質になり、攪拌ピンＢ２，Ｂ２’の長さＬ_１，Ｌ_２を、肉厚ｔの３／４以下に設定すると、摩擦攪拌を行う際に裏当材が不要となるので、作業効率を向上させることが可能となる。

より好適には、攪拌ピンＢ２，Ｂ２’の長さＬ_１，Ｌ_２を、１．０１≦（Ｌ_１＋Ｌ_２）／ｔ≦１．１０という関係を満たすように設定するとよい。（Ｌ_１＋Ｌ_２）／ｔを１．０１以上にしておけば、金属部材１に寸法公差等があったとしても、第二の本接合工程において、攪拌ピンＢ２’を確実に表側塑性化領域Ｗ１に入り込ませることが可能となる。また、（Ｌ_１＋Ｌ_２）／ｔを１．１０よりも大きくすると、各回転ツールが必要以上に大きくなって摩擦攪拌装置に掛かる負荷が大きくなるが、（Ｌ_１＋Ｌ_２）／ｔを１．１０以下にしておけば、摩擦攪拌装置に掛かる負荷が小さいものとなる。

（８）第二の補修工程 ：
第二の補修工程は、第二の本接合工程により金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２に含まれている可能性がある接合欠陥を補修する目的で行われるものである。第二の補修工程は、金属部材１の裏面１３側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一の補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

（９）第二の横断補修工程 ：
第二の横断補修工程は、第二の本接合工程により金属部材１に形成された裏側塑性化領域Ｗ２に対して摩擦攪拌を行う工程であり、裏側塑性化領域Ｗ２に含まれている可能性があるトンネル欠陥を分断する目的で行われるものである。第二の横断補修工程は、金属部材１の裏面１３側から摩擦攪拌を行うという点以外は、前記した第一の横断補修工程と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

第二の横断補修工程が終了したら、第二の予備工程、第二の本接合工程、第二の補修工程および第二の横断補修工程における摩擦攪拌で発生したバリを除去し、さらに、第一タブ材２および第二タブ材３を切除する。

以上のような（１）〜（９）の工程を経ることで、肉厚が４０（ｍｍ）を超えるような極厚の金属部材１，１を接合する場合であっても、接合部における気密性や水密性を向上させることが可能となる。

［ 第二の実施形態 ］
第二の実施形態では、第一の本接合工程および第二の本接合工程を行う際に、回転ツールとして図１２に示す本接合用回転ツールＫ（摩擦攪拌用回転ツールＫともいう）を用いるとともに、金属部材１，１の下側に冷却板を備えた状態で摩擦攪拌を行う場合を例示する。
なお、第二の実施形態は、摩擦攪拌用回転ツールＫおよび冷却板４０を用いる点を除いては第一の実施形態および第二の実施形態と同等であるため、重複する部分については説明を省略する。

まず、第二の実施形態で用いる摩擦攪拌用回転ツールＫの構成について説明する。図１２は、第二の実施形態で用いる摩擦攪拌用回転ツールを示した図であって、（ａ）は、側断面図、（ｂ）は、底面図である。

摩擦攪拌用回転ツールＫは、図１２の（ａ）に示すように、工具鋼など金属部材１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Ｋ１と、このショルダ部Ｋ１の下端面Ｋ１１に突設された攪拌ピン（プローブ）Ｋ２と、下端面Ｋ１１に突設された攪拌用突条体Ｋ３と、攪拌ピンＫ２の周面に刻設された攪拌翼Ｋ４を備えて構成されている。

攪拌ピンＫ２は、ショルダ部Ｋ１の下端面Ｋ１１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。攪拌ピンＫ２の周面には、攪拌効果を高めるために螺旋状に刻設された攪拌翼Ｋ４が形成されている。攪拌ピンＫ２の長さＬ_１は、攪拌ピンＫ２の最大外径Ｙ_２、最小外径Ｙ_３およびショルダ部Ｋ１の外径Ｙ_１に応じて適宜設定すればよい。

平坦に形成されたショルダ部Ｋ１の下端面Ｋ１１には、攪拌用突条体Ｋ３が突設されている。攪拌用突条体Ｋ３は、図１２の（ｂ）に示すように、攪拌ピンＫ２の周囲を取り囲むように下端面Ｋ１１に渦巻き状に形成されている。攪拌用突条体Ｋ３を備えることで、塑性流動化された金属が攪拌ピンＫ２側に流動するため、摩擦攪拌の効率を高めることができる。なお、攪拌用突条体Ｋ３の長さや巻回数等は適宜設定すればよい。

冷却板４０は、図１３に示すように、金属部材からなる板状のベース部材４１と、ベース部材４１の内部を貫通する流路４２と、流路４２に挿通された熱媒体用管４３とを有する。熱媒体用管４３は、ベース部材４１の内部に直線状に配設されている。

第二の実施形態に係る第一の本接合工程又は第二の本接合工程では、冷却板４０の熱媒体用管４３の真上に金属部材１，１の突合部Ｊ１が位置するように、冷却板４０の上に金属部材１，１を配置する。そして、熱媒体用管４３に熱媒体（例えば冷却水）を流入しつつ、摩擦攪拌用回転ツールＫを用いて開始位置Ｓ_Ｍ１から終了位置Ｅ_Ｍ１まで突合部Ｊ１に沿って摩擦攪拌接合を行う。

第二の実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合時における金属部材１，１への入熱量を低減することができるため、摩擦攪拌接合後の金属部材１，１に発生する歪みを抑制することができる。また、本実施形態では、突合部Ｊ１の形状と熱媒体が流れる熱媒体用管４３との平面形状が略同等に形成されているとともに、熱媒体用管４３の真上に突合部Ｊ１が位置するように配置したため、冷却効率を高めることができる。なお、本実施形態では、流路４２に熱媒体用管４３を挿通させたが、熱媒体用管４３を用いずに熱媒体を流路４２に直接流入させてもよい。この場合、突合部Ｊ１と流路４２の平面形状は同等に形成することが好ましい。

また、第二の実施形態に係る摩擦攪拌用回転ツールＫは、下端面Ｋ１１に攪拌用突条体Ｋ３が突設されているため、塑性流動化した金属を攪拌ピンの中央部分に寄せ集めつつ摩擦攪拌を行うことができる。これにより、摩擦攪拌の効率を高めるとともに、接合欠陥の発生を抑制することができる。また、摩擦攪拌用回転ツールＫは、攪拌ピンＫ２の基端部分が太く、先端側が先細りに形成されているため、攪拌ピンＫ２の折れを防ぐとともに、攪拌ピンＫ２を金属部材へ圧入する際の圧入抵抗を小さくすることができる。また、攪拌ピンＫ２の外周面に攪拌翼Ｋ４が刻設されているため、より効率よく摩擦攪拌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、前記した実施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。

前記した第一の実施形態に係る接合方法の具体的な接合条件を表１〜表２に例示する。表１は、金属部材１、第一タブ材２および第二タブ材３の合金の種類、肉厚、各回転ツールの寸法、下穴の寸法を示すものであり、表２は、前記した各工程における各回転ツールの回転速度、挿入速度、移動速度を示すものである。なお、本実施例においては、第一の本接合工程と第二の本接合工程の接合条件を同一にするとともに、第一の補修工程と第二の補修工程の接合条件を同一にしている。また、表１中、「ＪＩＳ ５０５２−Ｏ」とは、日本工業規格に規定されたアルミニウム合金の種類を示す記号であり、Ｍｇを２．２〜２．８％含むアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金）であって焼きなまししたアルミニウム合金であることを意味している。また、「Ｃ１０２０」とは、日本工業規格に規定された銅（銅合金）の種類を示す記号であり、高純度無酸素銅（Ｃｕ９９．９６％以上）であることを意味している。

第二の実施形態に係る摩擦攪拌用回転ツールＫの各要素の条件（寸法）を表３に示す。表３は、摩擦攪拌用回転ツールＫと同等の構成からなるツールＩ〜ツールＩＶにおいて、ピン（攪拌ピン）長さ、ピンの最大径、ピンの最小径及びショルダ径の各寸法、各寸法の割合及び回転数・接合速度を示す。表３に記載した各ツールＩ〜ツールＩＶを用いて、一対のアルミニウム合金（５０５２アルミニウム合金）に対して摩擦攪拌接合を行い各ツールＩ〜ツールＩＶにおける各ツールの状況について観察した。

ピンの長さ／ピン最大径の値が２．０３を超えると、ピンが破損した。一方、ピンの長さ／ピン最大径の値が１．３３未満であると、摩擦攪拌装置への負荷が大きくなるため不適切であるとともに、深い位置まで摩擦攪拌を行うことができない。

ピン最大径／ピン最小径の値が２．６７を超えると、ピン最大径が大き過ぎてメタルが溢れだし、表面欠陥が発生した。一方、ピン最大径／ピン最小径の値が２．００未満であると、ピン最大径が小さ過ぎて、ピン先端の入熱が不足して接合欠陥が発生した。

ショルダ径／ピン最大径の値が２．１４を超えると、表面欠陥の発生は防げるが、摩擦攪拌装置への負荷が大きくなり不適切であった。一方、ショルダ径／ピン最大径の値が１．５６未満であると、ショルダ部からメタルが溢れ出して表面欠陥が発生した。

１ 金属部材
２ 第一タブ材
３ 第二タブ材
Ｊ１〜Ｊ３ 突合部
Ａ 仮接合用回転ツール
Ａ１ ショルダ部
Ａ２ 攪拌ピン
Ｂ 本接合用回転ツール（摩擦攪拌用回転ツール）
Ｂ１ ショルダ部
Ｂ２ 攪拌ピン
Ｃ 補修用回転ツール
Ｄ 横断用回転ツール
Ｇ 肉盛部
Ｋ 本接合用回転ツール（摩擦攪拌用回転ツール）
Ｋ１ ショルダ部
Ｋ２ 攪拌ピン
Ｋ３ 攪拌用突条体
Ｋ４ 攪拌翼
Ｐ１ 下穴
Ｗ１，Ｗ２ 塑性化領域
Ｗ３ 再塑性化領域

Claims (7)

1. 一対の金属部材同士の突合部を摩擦攪拌するために用いられる摩擦攪拌用回転ツールであって、
   前記金属部材よりも硬質の金属からなるショルダ部と、
   前記ショルダ部の下端面の中央に突設され先細りの円錐台状に形成された攪拌ピンと、
   前記攪拌ピンの外周面に螺旋状に刻設された攪拌翼と、を有し、
   前記攪拌ピンの最大外径に対する前記攪拌ピンの長さの比が、１．３３〜２．０３であることを特徴とする摩擦攪拌用回転ツール。
2. 前記攪拌ピンの最小外径に対する前記攪拌ピンの最大外径の比が、２．００〜２．６７であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌用回転ツール。
3. 前記攪拌ピンの最大外径に対する前記ショルダ部の外径の比が、１．５６〜２．１４であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌用回転ツール。
4. 前記ショルダ部の下端面には、前記攪拌ピンの周囲を囲むように、平面視渦巻き状に突設された攪拌用突条体が形成されてい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摩擦攪拌用回転ツール。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の摩擦攪拌用回転ツールを用いて行う接合方法であって、
   一対の金属部材同士の突合部に対して前記金属部材の表面側から摩擦攪拌を行う第一の本接合工程と、
   前記突合部に対して前記金属部材の裏面側から摩擦攪拌を行う第二の本接合工程と、を含み、
   前記第二の本接合工程において、前記第一の本接合工程で形成された塑性化領域に前記摩擦攪拌用回転ツールの前記攪拌ピンを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. 前記第一の本接合工程では、前記金属部材の裏面側に冷却板を備えた状態で、前記金属部材の表面側から前記突合部に対して摩擦攪拌を行うことを特徴とする請求項５に記載の接合方法。
7. 前記第二の本接合工程では、前記金属部材の表面側に冷却板を備えた状態で、前記金属部材の裏面側から前記突合部に対して摩擦攪拌を行う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。

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