JP6777020B2

JP6777020B2 - 接合方法

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Publication number: JP6777020B2
Application number: JP2017118653A
Authority: JP
Inventors: 堀　久司; 久司堀; 伸城瀬尾
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: JP2019000880A

Description

本発明は、金属部材同士を摩擦攪拌接合する接合方法に関する。

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。摩擦攪拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合せ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せ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。

例えば、特許文献１に係る接合方法は、断面Ｌ字状に突き合わされた金属部材同士の内隅に肉盛溶接を行った後、金属部材同士の外隅から摩擦攪拌接合を行うというものである。

特開２０１０−２８４７０４号公報

しかし、従来の摩擦攪拌接合方法であると、金属部材同士の内隅に肉盛溶接を行うため、当該内隅にコンタミネーションが発生するという問題がある。

このような観点から、本発明は、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐとともに、水密性及び気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ために本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材同士の内隅に溶接を行わないためコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。また、第一突合せ部に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。また、攪拌ピンのみを挿入するため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、かかる接合方法によれば、第一金属部材及び第二金属部材を仮止めできるため、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程での目開きを防ぐことができる。

また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールを挿入し、前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールを挿入し、前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材同士の内隅に溶接を行わないためコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。また、第一突合せ部に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。また、攪拌ピンのみを挿入する場合には、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、ショルダ部を接触させた状態で摩擦攪拌接合を行う場合には、バリの発生を抑制することができる。また、かかる接合方法によれば、第一金属部材及び第二金属部材を仮止めできるため、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程での目開きを防ぐことができる。

また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一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に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。
また、本発明は、端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一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に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、前記第一金属部材の表面側から前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする。

かかる接合方法によれば、金属部材同士の内隅に溶接を行わないためコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。また、第一突合せ部に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。また、外隅摩擦攪拌工程及び第一突合せ部摩擦攪拌工程では、ショルダ部を接触させた状態で摩擦攪拌接合を行うことにより、バリの発生を抑制することができる。また、かかる接合方法によれば、第一金属部材及び第二金属部材を仮止めできるため、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程での目開きを防ぐことができる。

本発明に係る接合方法によれば、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐとともに、水密性及び気密性を高めることができる。

第一実施形態に係る準備工程及び突合せ工程を示す断面図である。第一実施形態に係るタブ材配置工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。第一実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。第二実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第二実施形態に係る第一突合せ部摩擦攪拌工程を示す断面図である。第三実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す斜視図である。第三実施形態に係る外隅摩擦攪拌工程を示す断面図である。外隅仮接合工程を示す斜視図である。内隅仮接合工程を示す斜視図である。

［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Ｌ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、準備工程と、突合せ工程と、タブ材配置工程と、第一突合せ部摩擦攪拌工程と、外隅摩擦攪拌工程と、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。

準備工程は、図１に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２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、板状の金属部材である。第一金属部材１及び第二金属部材２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の端部の裏面１ｃには、段差部１１が形成されている。段差部１１は、段差底面１１ａと、段差底面１１ａから垂直に立ち上がる段差側面１１ｂとで構成されている。段差底面１１ａの幅寸法は、第二金属部材２の板厚寸法と同一になっている。

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Ｌ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の段差底面１１ａに第二金属部材２の端面２ａを突き合わせて第一突合せ部Ｊ１を形成するとともに、段差側面１１ｂに第二金属部材２の第一側面２ｂを突き合わせて第二突合せ部Ｊ２を形成する。第一金属部材１の端面１ａと第二金属部材２の第二側面２ｃとは面一になる。第一金属部材１の裏面１ｃと、第二金属部材２の第一側面２ｂとで内隅が形成される。

タブ材配置工程は、図２に示すように、第一金属部材１及び第二金属部材２の両端にタブ材Ｔ，Ｔを配置する工程である（図２では一つのみ描画）。タブ材Ｔは、第一金属部材１と同じ材料からなる板状の金属部材である。タブ材Ｔの板厚寸法は、第一金属部材１の板厚寸法と同じである。タブ材配置工程では、タブ材Ｔの側面を第一金属部材１の側面１ｄに突き合わせて当該突合せ部を溶接で接合する。タブ材Ｔの表面Ｔａと、第一金属部材１の表面１ｂとを面一にするとともに、タブ材Ｔの裏面Ｔｂと第一金属部材１の裏面１ｃとを面一にする。また、タブ材Ｔの側面Ｔｃと第一金属部材１の端面１ａとを面一にする。

第一突合せ部摩擦攪拌工程は、図３及び図４に示すように、第一回転ツールＦを第一金属部材１の表面１ｂから挿入し、第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第一回転ツールＦは、連結部Ｆ１と、攪拌ピンＦ２とで構成されており、例えば工具鋼で形成されている。連結部Ｆ１は、図示しない摩擦攪拌装置に取り付けられる部位であって、円柱状を呈する。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、第一回転ツール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。

なお、第一回転ツール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。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）の外部に溢れ出る金属の量を少なくすることができる。

第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図３に示すように、タブ材Ｔの表面Ｔａに設定された開始位置Ｓｐに右回転させた第一回転ツールＦを挿入し、段差部１１（第二金属部材２）に沿って第一回転ツールＦを相対移動させる。図４に示すように、第一回転ツールＦの挿入深さは、本実施形態では、攪拌ピンＦ２が第一金属部材１及び第二金属部材２に接触するように設定している。第一回転ツールＦの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成されている。なお、攪拌ピンＦ２は、第一金属部材１のみと接触するように挿入深さを設定してもよい。この場合は、攪拌ピンＦ２と第一金属部材１との摩擦熱によって第一突合せ部Ｊ１周りが塑性流動化して接合される。

なお、第一回転ツールＦは、先端にスピンドルユニット等の駆動手段を備えたロボットアームに取り付けることが好ましい。これにより、後記する外隅摩擦攪拌工程を行う際に、第一回転ツールＦの回転中心軸を容易に傾斜させることができる。

外隅摩擦攪拌工程は、図５に示すように、外隅から攪拌ピンＦ２を挿入して第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。外隅とは、内隅の反対側を意味し、本実施形態では、第一金属部材１の表面１ｂ、端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃとで構成されている。外隅摩擦攪拌工程では、タブ材Ｔの側面Ｔｃに設定された開始位置Ｓｐに右回転させた第一回転ツールＦを挿入し、図５の手前側から奥側に向けて第一突合せ部Ｊ１に沿って第一回転ツールＦを相対移動させる。第一回転ツールＦの移動軌跡には、塑性化領域Ｗ２が形成される。図６に示すように、攪拌ピンＦ２の挿入深さは、適宜設定すればよいが、例えば、塑性化領域Ｗ１と塑性化領域Ｗ２とが重なるように設定してもよい。外隅摩擦攪拌工程が終了したらタブ材Ｔを切除する。

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及び第二金属部材２の内隅からは溶接を行わず、外隅から摩擦攪拌接合を行うため、金属部材同士の内隅にコンタミネーションが発生するのを防ぐことができる。また、第一突合せ部Ｊ１に対して、二方向から摩擦攪拌接合を行うため、水密性及び気密性を高めることができる。

また、攪拌ピンＦ２のみを挿入するため、摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、段差部１１を設けることにより、突合せ工程において、第一金属部材１と第二金属部材２との位置ずれを防ぐことができる。なお、本実施形態では、第一突合せ部攪拌工程の後に、外隅摩擦攪拌工程を行ったが、外隅摩擦攪拌工程の後に、第一突合せ部攪拌工程を行ってもよい。

［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。第二実施形態に係る接合方法では、第一回転ツールＦと、図７に示す第二回転ツールＧを用いる点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第二実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、タブ材配置工程と、第一突合せ部摩擦攪拌工程と、外隅摩擦攪拌工程と、を行う。準備工程、突合せ工程及びタブ材配置工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。

第一突合せ部摩擦攪拌工程は、第二回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。第二回転ツールＧは、図７及び図８に示すように、円柱状のショルダ部Ｇ１と、ショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａから垂下する攪拌ピンＧ２とを備えて構成されている。第一突合せ部摩擦攪拌工程では、図７に示すように、タブ材Ｔの表面Ｔａに設定した開始位置Ｓｐから右回転させた第二回転ツールＧを挿入し、第一突合せ部Ｊ１（第二金属部材２）に沿ってショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを第一金属部材１の表面１ｂに接触させながら相対移動させる。

第二回転ツールＧの挿入深さは、適宜設定すればよいが、本実施形態では、攪拌ピンＧ２が第一金属部材１及び第二金属部材２に接触するように設定する。なお、攪拌ピンＧ２が、第一金属部材１のみと接触するように挿入深さを設定してもよい。この場合は、攪拌ピンＧ２と第一金属部材１との摩擦熱によって、第一突合せ部Ｊ１周りの金属が塑性流動化して接合される。外隅摩擦攪拌工程は、第一実施形態と同様に、第一回転ツールＦを第一金属部材の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃから挿入して、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。

以上説明した第二実施形態に係る接合方法によっても第一実施形態と略同様の効果を得ることができる。また、第二回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を第一金属部材１の表面１ｂに接触させることにより、バリの発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、第一突合せ部攪拌工程の後に外隅摩擦攪拌工程を行ったが、外隅摩擦攪拌工程の後に第一突合せ部攪拌工程を行ってもよい。

［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、用いる回転ツールが第二実施形態と相違する。第三実施形態では、第二施形態と相違する部分を中心に説明する。

第三実施形態に係る接合方法では、準備工程と、突合せ工程と、タブ材配置工程と、外隅摩擦攪拌工程と、第一突合せ部摩擦攪拌工程と、を行う。準備工程、突合せ工程及びタブ材配置工程は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。

外隅摩擦攪拌工程では、第二回転ツールＧを用いて第一突合せ部Ｊ１を摩擦攪拌接合する工程である。外隅摩擦攪拌工程では、図９及び図１０に示すように、右回転させた第二回転ツールＧをタブ材Ｔの側面Ｔｃに設定された開始位置Ｓｐに挿入し、第一突合せ部Ｊ１に沿ってショルダ部Ｇ１の下端面Ｇ１ａを第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃに接触させながら相対移動させる。第二回転ツールＧの移動軌跡には塑性化領域Ｗ１が形成される。第一突合せ部摩擦攪拌工程は、第一実施形態と同様に、第一回転ツールＦを第一金属部材１の表面１ｂから挿入して、第一突合せ部Ｊ１に対して摩擦攪拌接合を行う工程である。

以上説明した第三実施形態に係る接合方法によっても第二実施形態と同様の効果を得ることができる。また、外隅摩擦攪拌工程において、第二回転ツールＧのショルダ部Ｇ１を第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃに接触させることにより、バリの発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、外隅摩擦攪拌工程の後に第一突合せ部攪拌工程を行ったが、第一突合せ部攪拌工程の後に外隅摩擦攪拌工程を行ってもよい。

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。例えば、図１１に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程又は外隅摩擦攪拌工程の前に、外隅仮接合工程を行ってもよい。外隅仮接合工程では、第一回転ツールＦ（第二回転ツールＧでも可能）を第一金属部材１の端面１ａ及び第二金属部材２の第二側面２ｃから挿入し、攪拌ピンＦ２を浅く挿入して第一突合せ部Ｊ１にスポットで仮接合を行う。第一突合せ部Ｊ１には点状の塑性化領域Ｗ０が形成される。

また、例えば、図１２に示すように、第一突合せ部摩擦攪拌工程又は外隅摩擦攪拌工程の前に、内隅仮接合工程を行ってもよい。内隅仮接合工程では、第一回転ツールＦを第一金属部材１の裏面１ｃと第二金属部材２の第一側面２ｂとで形成される内隅から挿入し、攪拌ピンＦ２を浅く挿入して第二突合せ部Ｊ２にスポットで仮接合を行う。第二突合せ部（内隅）には点状の塑性化領域Ｗ０が形成される。

外隅仮接合工程及び内隅仮接合工程によれば、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程を行う際に、第一金属部材１と第二金属部材２の目開きを防ぐことができる。また、スポットで仮接合を行うことで接合サイクルを短くすることができる。なお、外隅仮接合工程は、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接等の溶接で行ってもよい。また、第一突合せ部摩擦攪拌工程及び外隅摩擦攪拌工程に加えて、第一回転ツールＦを第一金属部材１の裏面１ｃと第二金属部材２の第一側面２ｂとで形成される内隅から挿入し、攪拌ピンＦ２を深く挿入して第二突合せ部Ｊ２に連続して摩擦攪拌接合を行う内隅接合工程を行ってもよい。

１第一金属部材
１ｂ表面
１ｃ裏面
２第二金属部材
２ｂ第一側面
２ｃ第二側面
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
Ｗ１塑性化領域
Ｗ２塑性化領域

Claims

端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールを挿入し、前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールを挿入し、前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から第一回転ツールの攪拌ピンのみを挿入し、前記第一回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第一回転ツールの攪拌ピンのみを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一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に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の端面及び前記第二金属部材の第二側面側から前記第一突合せ部に対してスポット仮付けを行う外隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。
端部の裏面に段差部が形成された板状の第一金属部材を用意するとともに、板状の第二金属部材を用意する準備工程と、
前記第一金属部材の前記段差部の段差底面と、前記第二金属部材の端面とを突き合わせて第一突合せ部を形成するとともに、前記段差部の段差側面と、前記第二金属部材の第一側面とを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端面及び前記第二金属部材の第二側面側からショルダ部及び攪拌ピンを備えた第二回転ツールの攪拌ピンを挿入し、前記ショルダ部を前記第一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に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する外隅摩擦攪拌工程と、
前記第一金属部材の表面側から前記第二回転ツールのショルダ部を前記第一金属部材の表面に接触させた状態で、前記第二回転ツールを前記段差部に沿って相対移動させて、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合する第一突合せ部摩擦攪拌工程と、
前記外隅摩擦攪拌工程又は前記第一突合せ部摩擦攪拌工程を行う前に、前記第一金属部材の裏面及び前記第二金属部材の第一側面で形成される内隅から前記第二突合せ部に対してスポット仮付けを行う内隅仮接合工程と、を含み、
前記第一突合せ部摩擦攪拌工程では、前記第二回転ツールの攪拌ピンを前記第一金属部材のみ、又は前記第一金属部材及び前記第二金属部材に接触させた状態で、前記第一突合せ部を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合方法。