JP6756215B2 - 接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状の金属部材同士の接合方法に関する。

特許文献１には、板状の第一金属部材と板状の第二金属部材とをＴ字状に突き合わせて接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材の裏面と第二金属部材の端面とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、第一金属部材の表面から回転ツールを押し込んで突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程とを行う。

特許第３９４７２７１号公報

従来技術は、第二金属部材を第一金属部材の凹溝に挿入する形態であるため、摩擦攪拌接合時に第二金属部材の長手方向に金属部材同士の位置がずれるという問題がある。また、摩擦攪拌接合時に、第一金属部材が第二金属部材に対して浮き上がるように離間すると、接合欠陥の原因になるおそれがある。また、従来技術であると、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって第一金属部材の表面側（回転ツールを挿入する面側）が凹となるように（第一金属部材の先端側が第二金属部材から離間するように）変形するおそれがある。

このような観点から、本発明は、摩擦攪拌接合中に金属部材同士の位置がずれること及び金属部材同士が離間することを防ぎ、さらには、金属部材の変形を是正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。

このような課題を解決するために本発明は、板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンを前記第一金属部材および前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

かかる方法によれば、溶接工程を行っているので、摩擦攪拌工程時における金属部材同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、金属部材の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材の裏面側及び第三金属部材の裏面側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。
また、かかる方法によれば、第一金属部材及び第三金属部材には凹溝が形成されているので、凹溝が形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。これにより、摩擦攪拌工程において、凹溝が形成されない場合に比べて攪拌ピンを挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、第一突合せ部及び第二突合せ部の摩擦攪拌接合を行うことができる。

また、前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材の表面から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材および前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することが好ましい。

これにより、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させているので、塑性化領域の幅を狭くすることができる。塑性化領域の幅を狭くすることができれば、第二金属部材の板厚が小さい場合に有利となる。また、回転ツールの攪拌ピンのみを金属部材に接触させることにより、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で深い位置まで摩擦攪拌できるため、第一金属部材および第三金属部材の板厚が大きい場合に有利となる。

また、前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定することが好ましい。

これにより、回転ツールのショルダ部を金属部材に押し込んでいるので、バリの発生を少なくすることができる。なお、ショルダ部の押し込み量を小さくすると、塑性化領域の溝が浅くなるので、第一金属部材および第三金属部材の表面をきれいに仕上げることができる。また、ショルダ部の直径を凹溝の幅よりも小さく形成するので、回転ツールの攪拌ピンによって塑性流動化した材料が、第一金属部材と第二金属部材との内隅および第三金属部材と第二金属部材との内隅から飛び出ることを防止することができる。

また、前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施すことが好ましい。また、前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行うことが好ましい。これにより、内隅を確実に接合することができる。

また、前記摩擦攪拌工程において、前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成することが好ましい。これにより、内隅に形成される溶接金属と架台とが接触するのを回避できるため、架台に金属部材を好適に配置することができる。

本発明に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合中に金属部材同士の位置がずれること及び金属部材同士が離間することを防ぎ、さらには、金属部材の変形を是正することができる。

本発明の第一実施形態に係る接合方法の突合せ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溶接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摩擦攪拌工程（架台への設置工程）を示す断面図である。 第一実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌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摩擦攪拌工程後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摩擦攪拌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突合せ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溶接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摩擦攪拌工程（架台への設置工程）を示す断面図である。 第三実施形態に係る接合方法の摩擦攪拌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］
本発明の第一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１に示すように、第一実施形態に係る接合方法では、第一金属部材１と第二金属部材２とをＴ字状に突き合わせて接合する。第一実施形態に係る接合方法は、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。なお、説明における「表面」とは、「裏面」に対する反対側の面という意味である。

第一金属部材１は、板状の金属部材である。第一金属部材１の材料は、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、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第一金属部材１の裏面１ａには、底面３ａと側壁３ｂ，３ｂとからなる断面矩形の凹溝３が形成されている。凹溝３は、第一金属部材１の延長方向に延設されている。第二金属部材２は、板状の金属部材である。第二金属部材２の板厚寸法は、第二金属部材２が凹溝３に嵌合するように、凹溝３の幅と同等または凹溝３の幅よりも小さく設定されている。第二金属部材２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材１と同等の材料であることが好ましい。

突合せ工程は、図１に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２とを正面視Ｔ字状に突き合わせる工程である。突合せ工程では、第一金属部材１の凹溝３に第二金属部材２を嵌め込み、凹溝３の底面３ａに第二金属部材２の端面２ｃを突き合わせる。第一金属部材１の凹溝３の底面３ａと第二金属部材２の端面２ｃとを突き合わせることにより突合せ部Ｊ（図２参照）が形成される。

溶接工程は、図２に示すように、各内隅に溶接を施して接合する工程である。溶接工程は、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第一側面２ａとで形成される第一内隅と、第一金属部材１の裏面１ａと第二金属部材２の第二側面２ｂとで形成される第二内隅に溶接を施す。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態に係る溶接工程では、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って溶接金属４，４を形成する。溶接工程では、本実施形態のように間をあけずに連続的に行ってもよいし、一の内隅に対する溶接金属４が間をあけて形成されるように断続的に行ってもよい。溶接工程後は、図２の矢印で示すように、熱収縮により第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように（第一金属部材１の先端側が第二金属部材２に近接するように）反って変形する。なお、溶接工程は、第一内隅及び第二内隅の少なくとも一方に行えばよいが、両方に溶接を行うことでバランス良く接合することができる。

摩擦攪拌工程は、図３〜図５に示すように、突合せ部Ｊに対して摩擦攪拌接合を行う工程である。図３に示すように、摩擦攪拌工程では、まず、架台５，５に第一金属部材１及び第二金属部材２を配置する。より詳しくは、摩擦攪拌工程では、離間して配置された架台５，５の間に第二金属部材２を挿入して、架台５，５に第一金属部材１の裏面１ａを当接させる。架台５，５は、いずれも直方体を呈する。架台５，５のうち、各内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。面取り部５ａの形状は、溶接金属４，４に当接しないように適宜形成すればよく、本実施形態ではＣ面取り形状になっている。

摩擦攪拌工程は、図４及び図５に示すように、第一金属部材１の表面１ｂから回転ツールＦを挿入して、突合せ部Ｊに沿って摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置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が形成されている。

攪拌ピンＦ２は、先細りになっており、攪拌ピンＦ２の長さは、第一金属部材１の凹溝３が形成された部分の板厚よりも大きくなっている。攪拌ピンＦ２の外周面には螺旋溝が形成されている。本実施形態では、回転ツールＦを右回転させるため、攪拌ピンＦ２の螺旋溝は、基端から先端に向かうにつれて左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左回りに形成されている。

なお、回転ツールＦを左回転させる場合は、螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右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右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、摩擦攪拌工程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、第一金属部材１の表面１ｂから溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

また、摩擦攪拌工程では、第一金属部材１に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、第一金属部材１と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で突合せ部Ｊをなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。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Ｗが形成される。

回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が突合せ部Ｊに達するように設定することが好ましい。つまり、回転ツールＦを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。攪拌ピンＦ２の先端が、突合せ部Ｊに達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材１のみに接触させる場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊの周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。

摩擦攪拌工程では、図４の矢印で示すように、第一金属部材１は摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって表面１ｂ側（第一金属部材１の先端側が第二金属部材２から離間するように）に変形する。これにより、溶接時の溶接熱による変形を是正することができ、図６に示すように第一金属部材１は平坦（略平坦も含む）になる。なお、摩擦攪拌工程が終了したら、第一金属部材１の表面１ｂに発生したバリを除去するバリ除去工程を行うことが好ましい。これにより、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。

以上説明した第一実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材１及び第二金属部材２同士の位置ずれや離間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の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材１の裏面１ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。

また、本実施形態の第一金属部材１には凹溝３が形成されているので、第一金属部材１の凹溝３が形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。したがって、本実施形態の摩擦攪拌工程では、凹溝３が形成されない場合に比べて攪拌ピンＧ２を挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部Ｊの摩擦攪拌接合を行うことができる。

また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。

また、本実施形態の架台５，５は、内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材１及び第二金属部材２を架台５に配置するときに、溶接金属４と架台５とが干渉して第一金属部材１及び第二金属部材２が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属４，４と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。

また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材１及び第二金属部材２（又は第一金属部材１のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行っているので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、回転ツールＦは、第一金属部材１の板厚が大きい場合に特に有利である。また、回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２の板厚が薄い場合にも有利である。

［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７に示すように、第二実施形態に係る接合方法では、回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。第二実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。突合せ工程及び溶接工程は、第一実施形態と同一であるため説明を省略する。

回転ツールＧは、例えば工具鋼で形成されており、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１から垂下する攪拌ピンＧ２とで構成されている。攪拌ピンＧ２の外周面には、螺旋溝が刻設されている。摩擦攪拌工程では、回転ツールＧを第一金属部材１の表面１ｂに挿入しつつ突合せ部Ｊに沿って移動させる。また、摩擦攪拌工程では、ショルダ部Ｇ１の下端面を第一金属部材１に数ミリ程度押し込んで摩擦攪拌を行う。攪拌ピンＧ２の挿入深さは、突合せ部Ｊが摩擦攪拌接合可能であれば特に制限されないが、本実施形態のように攪拌ピンＧ２の先端が突合せ部Ｊに達するように設定することが好ましい。つまり、回転ツールＧを第一金属部材１及び第二金属部材２に接触させて摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

攪拌ピンＧ２の先端が、突合せ部Ｊに達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＧ２が第一金属部材１のみと接触する場合は、第一金属部材１と攪拌ピンＧ２との摩擦熱によって突合せ部Ｊの周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材１と第二金属部材２とが接合するようにする。なお、ショルダ部Ｇ１の外径（直径）は、適宜設定してよいが、凹溝３の幅よりも小さく形成されているのがよい。

以上説明した第二実施形態に係る接合方法によれば、第一実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、ショルダ部Ｇ１を第一金属部材１の表面１ｂに押し込んでいるので塑性流動材がショルダ部Ｇ１で押さえられ、バリを少なくすることができる。また、回転ツールＧの押し込み量を小さくすると、塑性化領域Ｗによって表面１ｂに発生する溝を小さくすることができるため、表面処理等が容易になり、第一金属部材１の表面１ｂをきれいに仕上げることができる。また、ショルダ部Ｇ１の外径（直径）を凹溝３の幅よりも小さく形成するので、回転ツールＧの攪拌ピンＧ２によって塑性流動化した材料が、第一金属部材１と第二金属部材２との内隅から飛び出ることを防止することができる。

［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。第三実施形態に係る接合方法では、突合せ工程と、溶接工程と、摩擦攪拌工程とを行う。図８及び図９に示すように、第三実施形態に係る接合方法では、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を正面視Ｔ字状に突き合わせて接合する点で第一実施形態と相違する。

第一金属部材２１及び第三金属部材２３は、板状の金属部材である。第一金属部材２１及び第三金属部材２３の材料は、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、マグネシウム合金等の摩擦攪拌可能な金属から適宜選択される。第一金属部材２１の裏面２１ａ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａには、底面２１ｄ及び側壁２１ｅからなる凹部２１ｆを有する。また、第三金属部材２３の裏面２３ａ側の角部は、正面視矩形状に切り欠かれている。つまり、第三金属部材２３の裏面２３ａには、底面２３ｄ及び側壁２３ｅからなる凹部２３ｆを有する。後記するように、第一金属部材２１と第三金属部材２３とを突き合わせることで、凹部２１ｆ及び凹部２３ｆによって凹溝２４が形成される。なお、凹部２１ｆと凹部２３ｆとは、同等の寸法であることが好ましい。つまり、第一金属部材２１と第三金属部材２３とを突き合わされた状態において、第一金属部材２１の底面２１ｄと第三金属部材２３の底面２３ｄとが面一になることが好ましい。

第二金属部材２２は、板状の金属部材である。第二金属部材２２の板厚寸法は、第二金属部材２２が凹溝２４に嵌合するように、凹溝２４の幅と同等または凹溝２４の幅よりも小さく設定されている。第二金属部材２２の材料は、前記した摩擦攪拌可能な金属から適宜選択すればよいが、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と同等の材料であることが好ましい。

突合せ工程では、第一金属部材２１の凹部２１ｆが形成された側の端面２１ｃと第三金属部材２３の凹部２３ｆが形成された側の端面２３ｃとを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成する。第一金属部材２１及び第三金属部材２３が突き合わされた状態で、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ（第一突合せ部Ｊ１周辺）には、断面矩形の凹溝２４が形成される。凹溝２４は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の延長方向に延設される。
また、突合せ工程では、第一突合せ部Ｊ１に第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２（図９参照）を形成する。つまり、第一金属部材２１の裏面２１ａ及び第三金属部材２３の裏面２３ａに形成される凹溝２４に対して、第二金属部材２２の端面２２ｃを突き合わせる。

溶接工程は、図９に示すように、各内隅に溶接を施して接合する工程である。溶接工程は、第一金属部材２１の裏面２１ａと第二金属部材２２の第一側面２２ａとの第一内隅に溶接を施す工程である。また、溶接工程は、第三金属部材２３の裏面２３ａと第二金属部材２２の第二側面２２ｂとの第二内隅に溶接を施す工程である。溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態に係る溶接工程では、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の肉盛溶接を行って溶接金属４，４を形成する。溶接工程では、本実施形態のように間をあけずに連続的に行ってもよいし、一の内隅に対する溶接金属４が間をあけて形成されるように断続的に行ってもよい。溶接工程後は、図９の矢印で示すように、熱収縮により第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように（第一金属部材２１及び第三金属部材２３の先端側が第二金属部材２２に近接するように）反って変形する。

摩擦攪拌工程は、図１０〜図１２に示すように、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合する工程である。摩擦攪拌工程では、まず、図１０に示すように、第一実施形態と同じ要領で架台５，５に溶接金属４，４で接合された第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を配置する。

摩擦攪拌工程は、図１１及び図１２に示すように、第一金属部材２１の表面２１ｂ側及び第三金属部材２３の表面２３ｂ側から回転ツールＦを挿入して、第一突合せ部Ｊ１に沿って摩擦攪拌接合する工程である。回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されており、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置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が形成されている。摩擦攪拌工程では、第一金属部材２１及び第三金属部材２３に回転した攪拌ピンＦ２のみを挿入し、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と連結部Ｆ１とは離間させつつ移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で第一突合せ部Ｊ１をなぞるようにして摩擦攪拌接合を行う。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Ｗが形成される。

回転ツールＦの挿入深さは、攪拌ピンＦ２の先端が第二突合せ部Ｊ２に達するように設定することが好ましい。つまり、攪拌ピンＦ２を第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
攪拌ピンＦ２の先端が、第二突合せ部Ｊ２に達しないように設定する場合、つまり、攪拌ピンＦ２が第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみと接触する場合は、第一金属部材２１及び第三金属部材２３と攪拌ピンＦ２との摩擦熱によって第二突合せ部Ｊ２の周囲の金属が塑性流動化して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３とが接合するようにする。

また、摩擦攪拌工程では、図１１の矢印で示すように、第一金属部材２１及び第三金属部材２３は摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって表面２１ｂ，２３ｂ側（第一金属部材２１及び第三金属部材２３の先端側が第二金属部材２２から離間するように）に変形する。これにより、溶接時の溶接熱による変形を是正することができ、第一金属部材２１及び第三金属部材２３は平坦（略平坦も含む）になる。なお、摩擦攪拌工程が終了したら、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂに発生したバリを除去するバリ除去工程を行うことが好ましい。これにより、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の表面２１ｂ，２３ｂをきれいに仕上げることができる。

なお、第三実施形態の突合せ工程および溶接工程に対して、第二実施形態の摩擦攪拌工程を行うこともできる。つまり、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を正面視Ｔ字状に突き合わせて内隅を溶接した後で、円柱状のショルダ部Ｇ１を有する回転ツールＧを用いて、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌接合してもよい。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、内隅に溶接を行っているので、摩擦攪拌工程時における第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３同士の位置ずれや離間を防ぐことができる。これにより、第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３の位置ずれや離間に伴う接合不良の発生を防ぐことができる。また、溶接時の溶接熱によって第一金属部材２１及び第三金属部材２３の裏面２１ａ，２３ａ側が凹となるように変形するが、摩擦攪拌接合時の摩擦熱によって当該変形を是正することができる。

また、本実施形態の第一金属部材２１及び第三金属部材２３には凹溝２４が形成されているので、凹溝２４が形成されている部分の板厚は、他の部分の板厚よりも薄い。したがって、本実施形態の摩擦攪拌工程では、凹溝２４が形成されない場合に比べて攪拌ピンＦ２を挿入する深さを浅くすることができるので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、第一突合せ部Ｊ１及び第二突合せ部Ｊ２の摩擦攪拌接合を行うことができる。

また、溶接工程における溶接の種類は特に制限されないが、本実施形態のようにレーザー溶接、ＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接を行うことで、内隅を容易にかつ確実に溶接することができる。

また、本実施形態の架台５，５は、内隅に対向する部位に面取り部５ａ，５ａが形成されている。第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３を架台５，５に配置するときに、溶接金属４，４と架台５とが干渉して第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３が架台５から浮き上がってしまうおそれがあるが、本実施形態によれば、溶接金属４，４と架台５とが干渉するのを防ぐことができる。

また、本実施形態の摩擦攪拌工程では、回転ツールＦを用いて、攪拌ピンＦ２のみを第一金属部材２１、第二金属部材２２及び第三金属部材２３（又は第一金属部材２１及び第三金属部材２３のみ）に接触させた状態で摩擦攪拌接合を行っているので、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、深い位置まで摩擦攪拌接合を行うことができる。したがって、回転ツールＦは、第一金属部材２１及び第三金属部材２３の板厚が大きい場合に特に有利である。また、回転ツールＦは、ショルダ部を押し込む場合と比べて塑性化領域Ｗの幅を小さくできるため、第二金属部材２２の板厚が薄い場合にも有利である。

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。

１，２１ 第一金属部材
１ａ，２１ａ 裏面
１ｂ，２１ｂ 表面
２，２２ 第二金属部材
２ａ，２２ａ 第一側面
２ｂ，２２ｂ 第二側面
２３ 第三金属部材
２３ａ 裏面
２３ｂ 表面
３，２４ 凹溝
４ 溶接金属
５ 架台
５ａ 面取り部
Ｊ 突合せ部
Ｊ１ 第一突合せ部
Ｊ２ 第二突合せ部
Ｆ 回転ツール
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｇ 回転ツール
Ｇ１ ショルダ部
Ｇ２ 攪拌ピン

Claims (7)

1. 板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第一金属部材の端面と板状を呈し裏面側の角部を切り欠いた第三金属部材の端面とを突き合わせて凹溝を有する第一突合せ部を形成するとともに、前記凹溝に板状の第二金属部材の端面を挿入して端面を前記凹溝の底面に突き合わせて第二突合せ部を形成する突合せ工程と、
   前記第一金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施すとともに、前記第三金属部材の裏面と前記第二金属部材の側面とで形成される内隅に対して溶接を施す溶接工程と、
   前記第一金属部材の表面側及び前記第三金属部材の表面側から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記回転ツールを前記凹溝に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
   前記摩擦攪拌工程において、前記攪拌ピンを前記第一金属部材および前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
2. 前記摩擦攪拌工程において、前記回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材及び前記第三金属部材の表面から挿入し、前記攪拌ピンのみを前記第一金属部材および前記第三金属部材のみ、又は前記第一金属部材、前記第三金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部及び前記第二突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部と前記ショルダ部から垂下する攪拌ピンとを有し、前記ショルダ部の直径を前記凹溝の幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
4. 前記溶接工程では、前記内隅に１パスで連続して肉盛溶接を施す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。
5. 前記溶接工程では、前記内隅に間をあけて断続的に肉盛溶接を施す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。
6. 前記溶接工程では、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を行う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。
7. 前記摩擦攪拌工程において、
   前記第二金属部材の両側に一対の架台を配置し、
   前記架台のうち、前記内隅に対向する部位に面取り部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の接合方法。

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