JP6766385B2 - 接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌で接合する接合方法に関する。

例えば、特許文献１には、大きさが異なる第一金属部材と第二金属部材とを摩擦攪拌接合する接合方法が開示されている。当該接合方法では、第一金属部材と第二金属部材とを突き合わせる突合せ工程と、第一金属部材と第二金属部材との内隅に三角柱状の補助部材を配置する工程と、補助部材の上から回転ツールの攪拌ピンを挿入し、攪拌ピンのみを第一金属部材、第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うというものである。

特開２０１５−２２３６０７号公報

従来の接合方法であると、内隅に補助部材を配置し、攪拌ピンを第一金属部材、第二金属部材及び補助部材に接触させた状態で突合せ部に対して摩擦攪拌を行うため、接合部（内隅）が金属不足になるのを防ぐことができる。しかし、摩擦攪拌工程後に内隅にバリが多く発生するため、バリを除去する作業が煩雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、接合部が金属不足になるのを防ぐとともに、バリを容易に除去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、攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する接合方法であって、一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、他方の前記金属部材の周方向に亘って、前記金属部材同士の内隅に補助部材を配置する配置工程と、回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士及び前記補助部材に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、前記補助部材を一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材の少なくとも一方から除去する除去工程と、を含み、前記配置工程では、前記補助部材の端面を一方の前記金属部材の表面に当接させつつ、前記補助部材を他方の前記金属部材に面接触させることを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材同士に加え、補助部材も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部の金属不足を防ぐことができる。また、除去工程によって、補助部材の一端部を一方の金属部材から離間する方向に折り曲げて、補助部材に形成されたバリを補助部材ごと除去することで、内隅への攪拌ピンの挿入により生じたバリを容易に除去することができる。
また、前記配置工程では、幅方向にスリットが形成された前記補助部材を配置することが好ましい。
また、前記配置工程では、一方の前記金属部材、他方の前記金属部材及び前記補助部材を治具を用いて架台に移動不能に拘束することが好ましい。
さらに、前記除去工程では、前記補助部材を一方の前記金属部材又は他方の前記金属部材から離間する方向に折り曲げて除去することが好ましい。

また、前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌で発生するバリが前記補助部材に形成されるように、接合条件を設定することが好ましい。かかる接合方法によれば、バリが補助部材に集約されるため、バリをより容易に除去することができる。

また、前記金属部材は、いずれも板状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材は、板状を呈し、他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせることが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うことが好ましい。
また、一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることが好ましい。

かかる接合方法によれば、様々な形状の金属部材同士を接合することができる。

本発明に係る接合方法によれば、接合部が金属不足になるのを防ぐとともに、バリを容易に除去することができる。

本発明の第一実施形態に係る接合方法の準備工程及び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配置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の終了位置を示す斜視図である。 第一実施形態に係る接合方法の除去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除去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準備工程及び突合せ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配置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摩擦攪拌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摩擦攪拌工程を示す断面図である。 第二実施形態に係る接合方法の除去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準備工程及び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配置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配置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配置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。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。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。

準備工程は、図１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はいずれも直方体（板状）を呈する。第一金属部材１は、第二金属部材２よりも大きくなっている。特許請求の範囲の「突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材」とは、金属部材同士の突き合わされる面の形状が異なる場合と、本実施形態のように第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材２の裏面２ｃのように突き合わされる面の大きさが異なる場合（相似の場合）も含む意味である。

第一金属部材１及び第二金属部材２の材料は、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、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から適宜選択すればよい。

補助部材１０は、中央に矩形の中空部１１を備えた金属製の薄板の枠状部材である。補助部材１０は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態では第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料になっている。補助部材１０の一部には幅方向に亘って連続するスリット１０ｄが形成されている。

突合せ工程は、第一金属部材１と第二金属部材２を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の表面１ｂの中央部と、第二金属部材２の裏面２ｃとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ１が形成される。また、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材２の４つの側面２ｄとで内隅が形成される。さらに、第一金属部材１の表面１ｂには、第二金属部材２で覆われない枠状の露出部が形成される。

配置工程は、図２に示すように、内隅に補助部材１０を配置する工程である。配置工程では、補助部材１０の中空部１１に第二金属部材２を挿通させ、第一金属部材１の表面１ｂに補助部材１０を配置する。補助部材１０の平面形状は、第一金属部材１の露出部と同じ形状になっている。つまり、第二金属部材２に補助部材１０の中空部１１を通すと第一金属部材１の表面１ｂの露出部に隙間なく配置される。補助部材１０の内周縁は、第二金属部材２の側面２ｄに接触するか、若しくは側面２ｄと微細な隙間をあけて対向する。補助部材１０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程後の塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。また、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０を治具（図示省略）を用いて架台に移動不能に拘束する。

摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。接合用回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されている。接合用回転ツールＦは、特許請求の範囲の「回転ツール」に相当する。接合用回転ツールＦは、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、摩擦攪拌装置の回転軸（図示省略）に連結される部位である。連結部Ｆ１は円柱状を呈している。

攪拌ピンＦ２は、連結部Ｆ１から垂下しており、連結部Ｆ１と同軸になっている。攪拌ピンＦ２は連結部Ｆ１から離間するにつれて先細りになっている。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、接合用回転ツールＦを右回転させるため、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、接合用回転ツール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、被接合金属部材（第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。螺旋溝は省略してもよい。

接合用回転ツールＦは、マシニングセンタ等の摩擦攪拌装置に取り付けてもよいが、例えば、先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたアームロボットに取り付けてもよい。アームロボットに接合用回転ツールＦを取り付けることにより接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃの傾斜角度を容易に変更することができる。

摩擦攪拌工程では、図３に示すように、まず、補助部材１０の表面１０ｂに設定した開始位置Ｓｐに右回転させた接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、内隅に向けて相対移動させる。そして、攪拌ピンＦ２が内隅に達したら図４に示すように、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃを第二金属部材２に対して外側に傾斜させる。そして、傾斜させた状態で接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に亘って相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。

摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に右回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ相対移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。

本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。接合用回転ツールＦの回転方向及び進行方向は前記したものに限定されるものではなく適宜設定すればよい。例えば、接合用回転ツールＦの進行方向右側に補助部材１０を配置しつつ、接合用回転ツールＦを左回転させてもよい。もしくは、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材１０を配置し、接合用回転ツールＦを左右いずれかに回転させてもよい。接合用回転ツールＦの回転方向等の条件と補助部材１０との好ましい位置関係については後記する。

攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とが接触するように設定すればよい。図５に示すように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に一周させて、塑性化領域Ｗをオーバーラップさせたら、補助部材１０の表面１０ｂに設定された終了位置Ｅｐで接合用回転ツールＦを離脱させる。なお、この際に、接合用回転ツールＦの抜き穴が形成されるが、当該抜き穴に肉盛溶接を行って補修してもよい。もしくは、抜き穴が形成されないように接合用回転ツールＦを相対移動させながら徐々に引き抜いてもよい。

除去工程は、図６に示すように、補助部材１０を第一金属部材１から除去する工程である。補助部材１０は、スリット１０ｄ（図５参照）を境にして補助部材１０の端部をめくり上げるとともに、図７に示すように、第一金属部材１の表面１ｂから離間する方向に補助部材１０を折り曲げて、第一金属部材１から補助部材１０を除去する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材１０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって補助部材１０にバリＶが形成されるが、除去工程において補助部材１０ごと取り除くことができる。これにより、バリＶを除去する作業を容易に行うことができる。補助部材１０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材１０を取り除くことができる。また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させるため、回転ツールのショルダ部を接触させる場合に比べて摩擦攪拌装置に作用する負荷を低減することができる。また、接合用回転ツールＦの攪拌ピン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に接触させた状態で摩擦攪拌を行うため、突合せ部Ｊ１の深い位置まで攪拌ピンを挿入することができる。これにより、第一金属部材１と第二金属部材２とを好適に接合することができる。

また、図４に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌工程では進行方向右側に補助部材１０を配置するとともに接合用回転ツールＦを右回転させるため、補助部材１０側がＲｅ側となる。Ｒｅ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが減算される側である。一方、Ｒｅ側の反対側がＡｄ側となる。Ａｄ側とは、接合用回転ツールＦの外周における接線速度の大きさから送り速度の大きさが加算される側である。

例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が遅い場合では、塑性化領域ＷのＲｅ側に比べてＡｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇しやすくなるため、Ａｄ側にバリＶが多く発生する傾向にある。一方、例えば、接合用回転ツールＦの回転速度が速い場合、Ａｄ側の方が塑性流動材の温度が上昇するものの、回転速度が速い分、Ｒｅ側にバリＶが発生する傾向にある。

本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、Ｒｅ側即ち補助部材１０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材１０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、補助部材１０に形成されたバリＶは、補助部材１０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。

上記したように、摩擦攪拌工程の際に、接合用回転ツールＦの進行方向のどちら側にバリＶが発生するかは接合条件によって異なる。当該接合条件とは、接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向、移動速度（送り速度）、攪拌ピンＦ２の傾斜角度（テーパー角度）、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材１０の材料、各部材の厚さ等の各要素とこれらの要素の組み合わせで決定される。接合条件に応じて、バリＶが発生する側又はバリＶが多く発生する側に補助部材１０を配置するようにすれば、バリ除去工程を容易に行うことができるため好ましい。

また、補助部材１０にスリット１０ｄを設けているため、除去工程の際に、スリット１０ｄを起点に補助部材１０を容易に除去することができる。また、摩擦攪拌工程において、塑性化領域Ｗの始端と終端とをオーバーラップさせることにより接合強度を高めることができる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第二実施形態では、図８に示すように、補助部材２０を第二金属部材２側に沿って配置する点で第一実施形態と主に相違する。本実施形態に係る説明では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

準備工程は、図８に示すように、第一金属部材１と第二金属部材２と４つの補助部材２０とを用意する工程である。補助部材２０は、第一金属部材１及び第二金属部材２と同じ材料からなる板状部材である。補助部材２０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の後の塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材２０の高さは、第二金属部材２の側面２ｄの高さと略同等になっている。また、補助部材２０の長さは、側面２ｄの長さと略同等になっている。なお、補助部材２０は、本実施形態では４つの板状部材で構成しているが、一体形成された枠状部材としてもよい。

突合せ工程は、第一実施形態と同等であるため説明を省略する。配置工程は、内隅に補助部材２０を配置する工程である。図８及び図９に示すように、配置工程では、第二金属部材２の４つの側面２ｄに、４つの補助部材２０をそれぞれ配置する。つまり、配置工程では、第二金属部材２の側面２ｄと補助部材２０の側面２０ｂとを面接触させ、第二金属部材２の外側周面を補助部材２０で覆う。補助部材２０の端面は、第一金属部材１の表面１ｂに当接させる。

摩擦攪拌工程は、図１０及び図１１に示すように、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材２との突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌によって接合する工程である。まず、第一金属部材１の表面１ｂに設定した開始位置Ｓｐに左回転させた接合用回転ツールＦの攪拌ピンＦ２を挿入し、内隅に向けて相対移動させる。そして、攪拌ピンＦ２が内隅に達したら図１１に示すように、接合用回転ツールＦの回転中心軸Ｆｃを外側に傾斜させる。そして、傾斜させた状態で接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に亘って相対移動させて突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する。接合用回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗが形成される。

摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１に左回転させた攪拌ピンＦ２のみを挿入し、被接合金属部材と連結部Ｆ１とは離間させつつ相対移動させる。言い換えると、攪拌ピンＦ２の基端部は露出させた状態で摩擦攪拌接合を行う。そして、第一金属部材１、第二金属部材２及び補助部材２０と攪拌ピンＦ２とを接触させた状態で突合せ部Ｊ１に沿って接合用回転ツールＦを相対移動させる。

本実施形態では、接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材２０が位置するように接合用回転ツールＦの進行方向を設定する。また、接合用回転ツールＦの回転速度は、Ｒｅ側にバリＶが発生する程度に高速回転させる。攪拌ピンＦ２の挿入深さは、攪拌ピンＦ２と突合せ部Ｊ１とが接触するように設定すればよい。図１０に示すように、接合用回転ツールＦを第二金属部材２の周囲に一周させて、塑性化領域Ｗをオーバーラップさせたら、第一金属部材１の表面１ｂに設定された終了位置Ｅｐで接合用回転ツールＦを離脱させる。

除去工程は、図１２に示すように、４つの補助部材２０を第二金属部材２から除去する工程である。除去工程では、第二金属部材２の側面２ｄから離間する方向に補助部材２０を折り曲げて、第二金属部材２から補助部材２０をそれぞれ除去する。

以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、第一金属部材１と第二金属部材２とが接合されるとともに、第一金属部材１及び第二金属部材２に加え、補助部材２０も同時に摩擦攪拌接合することにより、接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、摩擦攪拌工程によって補助部材２０にバリＶが形成されるが、除去工程において補助部材２０ごと取り除くことができる。これにより、バリＶを除去する作業を容易に行うことができる。補助部材２０は除去装置等を用いてもよいが、本実施形態では手作業で容易に補助部材２０を取り除くことができる。また、本実施形態では、攪拌ピンＦ２のみを被接合金属部材に接触させるため、回転ツールのショルダ部を接触させる場合に比べて摩擦攪拌装置に作用する負荷を低減することができる。

また、図１１に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌工程では接合用回転ツールＦの進行方向左側に補助部材２０を配置するとともに、接合用回転ツールＦを左回転させるため、補助部材２０側がＲｅ側となる。本実施形態では、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定しているため、Ｒｅ側即ち補助部材２０側にバリＶが発生する。つまり、本実施形態ではバリＶが補助部材２０側に多く形成されるように接合用回転ツールＦの回転速度、回転方向及び進行方向等を設定している。これにより、補助部材２０に形成されたバリＶは、補助部材２０ごと除去されるため、バリ除去工程をより容易に行うことができる。また、接合用回転ツールＦの回転速度を速く設定することにより、接合用回転ツールＦの移動速度（送り速度）を高めることができる。これにより、接合サイクルを短くすることができる。また、本実施形態の配置工程ように、第二金属部材２の側面２ｄに沿うようにして、内隅に補助部材２０を配置してもよい。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る接合方法について説明する。本実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第三実施形態では、図１３に示すように、第二金属部材３が円柱状を呈する点で第一実施形態と主に相違する。

準備工程は、図１３に示すように、第一金属部材１と第二金属部材３と補助部材３０とを用意する工程である。第二金属部材３は、円柱状を呈する金属部材である。第二金属部材３の材料は、第一金属部材１と同等である。

補助部材３０は、薄板状を呈し、かつ、円筒状を呈する金属部材である。補助部材３０の材料は、第一金属部材１と同等である。補助部材３０の内径は、第二金属部材３の外径と略同等になっている。補助部材３０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の際に、塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材３０の一部には、高さ方向に連続するスリット３０ｄが形成されている。

突合せ工程は、第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材３の端面３ｃとを突き合わせる工程である。第一金属部材１の表面１ｂと第二金属部材３の端面３ｃとを突き合わせることにより、突合せ部Ｊ２が形成される。突合せ部Ｊ２の平面形状は円形となる。突合せ工程によって、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材３の外周面３ｄとで内隅が形成される。

配置工程は、図１４に示すように、内隅に補助部材３０を配置する工程である。配置工程では、補助部材３０の端面を第一金属部材１の表面１ｂに当接させつつ、補助部材３０の側面３０ｂを第二金属部材３の外周面３ｄに面接触させる。

摩擦攪拌工程は、具体的な図示は省略するが、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材３との突合せ部Ｊ２を摩擦攪拌によって接合する工程である。摩擦攪拌工程の接合条件は、第二実施形態と同じ要領で、補助部材３０にバリが発生するように設定する。摩擦攪拌工程については、第二実施形態の摩擦攪拌工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。

除去工程は、具体的な図示は省略するが、補助部材３０を第二金属部材３から除去する工程である。除去工程では、補助部材３０の上端部を第二金属部材３から離間する方向に折り曲げて、第二金属部材３から補助部材３０を除去する。また、除去工程では、スリット３０ｄの部分を起点としてめくるようにすると補助部材３０を除去しやすい。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によれば、第二実施形態に係る接合方法と略同等の効果を得ることができる。また、本実施形態に係る接合方法によれば、板状を呈する第一金属部材１と円柱状を呈する第二金属部材３とを接合することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材３に加え、補助部材３０を同時に摩擦攪拌することにより接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、本実施形態に係る除去工程によれば、スリット３０ｄを起点として、補助部材３０を容易に除去することができる。

なお、第三実施形態にかかる接合方法では、例えば、第二金属部材を断面多角形からなる柱状部材としてもよい。また、第一金属部材１の高さ方向に貫通する貫通孔を設けてもよい。この場合の突合せ工程では、第一金属部材１の貫通孔を第二金属部材で覆うように突き合わせる。

［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る接合方法について説明する。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、配置工程と、摩擦攪拌工程と、除去工程と、を行う。第四実施形態では、図１５に示すように、第二金属部材４が円筒状を呈する点で第一実施形態と相違する。

準備工程は、図１５に示すように、第一金属部材１と第二金属部材４と補助部材４０とを用意する工程である。第一金属部材１の中央には、高さ方向に貫通する貫通孔１ｅが形成されている。第二金属部材４は、円筒状を呈する金属部材である。補助部材４０の材料は、第一金属部材と同等である。第二金属部材４の中空部は、貫通孔１ｅと連通するようになっている。

補助部材４０は、中空部４１を備えた板状の金属部材である。補助部材４０の材料は、第一金属部材１と同等である。中空部４１の内径は、第二金属部材４の外径と略同等になっている。補助部材４０の板厚は、後記する摩擦攪拌工程の際に、塑性化領域Ｗが金属不足にならない程度に適宜設定する。補助部材４０には、幅方向に連続するスリット４０ｄが形成されている。

突合せ工程は、図１５に示すように、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の端面４ｃとを突き合わせる工程である。第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の端面４ｃとを突き合わせることにより、突合せ部Ｊ３が形成される。突合せ部Ｊ３の平面形状はリング状になる。突合せ工程によって、第一金属部材１の表面１ｂと、第二金属部材４の外周面４ｄとで内隅が形成される。

配置工程は、図１６に示すように、内隅に補助部材４０を配置する工程である。配置工程では、補助部材４０の裏面４０ｃを第一金属部材１の表面１ｂに面接触させる。

摩擦攪拌工程は、具体的な図示は省略するが、接合用回転ツールＦを用いて第一金属部材１と第二金属部材４との突合せ部Ｊ３を摩擦攪拌によって接合する工程である。摩擦攪拌工程の接合条件は、第一実施形態と同じ要領で、補助部材４０にバリが発生するように設定する。摩擦攪拌工程については、第一実施形態の摩擦攪拌工程と略同等であるため、詳細な説明は省略する。

除去工程は、具体的な図示は省略するが、補助部材４０を第一金属部材１から除去する工程である。除去工程では、補助部材４０を第一金属部材１から離間する方向に折り曲げて、第一金属部材１から補助部材４０を除去する。また、除去工程では、スリット４０ｄの部分を起点にめくるようにすると除去しやすい。

以上説明した第四実施形態に係る接合方法によれば、第三実施形態に係る接合方法と略同等の効果を得ることができる。また、本実施形態に係る接合方法によれば、板状を呈する第一金属部材１と円筒状を呈する第二金属部材４とを接合することができる。また、第一金属部材１及び第二金属部材４に加え、補助部材４０を同時に摩擦攪拌することにより接合部（塑性化領域Ｗ）の金属不足を防ぐことができる。また、本実施形態に係る除去工程によれば、スリット４０ｄを起点として、補助部材４０を容易に除去することができる。

なお、第四実施形態にかかる接合方法では、第二金属部材４を円筒状としたが、例えば、他の断面を呈する筒状部材としてもよい。また、第一金属部材１の貫通孔１ｅを設けないようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、接合用回転ツールＦに対して片側にのみ補助部材を配置したが、接合用回転ツールＦの両側に補助部材を配置してもよい。この場合の除去工程では、接合用回転ツールＦの両側に配置された補助部材を除去する。つまり、本発明の除去工程では、第一金属部材１及び第二金属部材２の少なくとも一方から補助部材を除去すればよい。また、第一実施形態及び第二実施形態の配置工程では、第一金属部材１の表面１ｂ（露出部）の全部又は第二金属部材２の側面２ｄの全部を補助部材１０，２０でそれぞれ覆うようにしているが、少なくとも一部を覆うようにしてもよい。

１ 第一金属部材
２ 第二金属部材
１０ 補助部材
Ｆ 接合用回転ツール（回転ツール）
Ｆ１ 連結部
Ｆ２ 攪拌ピン
Ｊ１ 突合せ部
Ｖ バリ
Ｗ 塑性化領域

Claims (11)

1. 攪拌ピンを備えた回転ツールを用いて、突き合わされる面の形状が互いに異なる二つの金属部材を接合する接合方法であって、
   一方の前記金属部材と他方の前記金属部材とを突き合わせて突合せ部を形成する突合せ工程と、
   他方の前記金属部材の周方向に亘って、前記金属部材同士の内隅に薄板状の補助部材を配置する配置工程と、
   回転した前記攪拌ピンを前記内隅に挿入し、前記攪拌ピンのみを前記金属部材同士及び前記補助部材に接触させた状態で、他方の前記金属部材の周方向に亘って前記突合せ部の摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工程と、
   前記補助部材を一方の前記金属部材及び他方の前記金属部材の少なくとも一方から除去する除去工程と、を含み、
   前記配置工程では、前記補助部材の端面を一方の前記金属部材の表面に当接させつつ、前記補助部材を他方の前記金属部材に面接触させることを特徴とする接合方法。
2. 前記除去工程では、前記補助部材を一方の前記金属部材又は他方の前記金属部材から離間する方向に折り曲げて除去することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記配置工程では、幅方向にスリットが形成された前記補助部材を配置する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。
4. 前記配置工程では、一方の前記金属部材、他方の前記金属部材及び前記補助部材を治具を用いて架台に移動不能に拘束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。
5. 前記摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌で発生するバリが前記補助部材に形成されるように、接合条件を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接合方法。
6. 前記金属部材は、いずれも板状を呈し、
   前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを突き合わせる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. 一方の前記金属部材は、板状を呈し、
   他方の前記金属部材は、円柱状を呈し、
   前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせる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。
8. 一方の前記金属部材は、板状を呈し、
   他方の前記金属部材は、筒状を呈し、
   前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせる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。
9. 一方の前記金属部材は、板状を呈し、
   他方の前記金属部材は、円筒状を呈し、
   前記突合せ工程では、一方の前記金属部材の表面と他方の金属部材の端面とを突き合わせる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。
10. 一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、
    前記突合せ工程では、前記貫通孔を他方の前記金属部材で覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の接合方法。
11. 一方の前記金属部材に貫通孔が形成されており、
    前記突合せ工程では、前記貫通孔と他方の前記金属部材の中空部とを連通させることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の接合方法。

Images