[第一実施形態]
 第一実施形態に係る接合方法は、図1の(a)に 示すように、第一金属部材1a及び第二金属部� ��1bを突き合わせてなる被接合金属部材1の表� ��A及び裏面Bを摩擦攪拌により接合するとと� �に、被接合金属部材1の両側面に関しては、� ��1の(b)に示すように、凹溝Kを形成したうえ� �、当該凹溝Kに継手部材Uを配置するとともに 、凹溝Kと継手部材Uとの突合部を摩擦攪拌に� ��り接合することを特徴とするものである。
 まず、本実施形態に係る接合方法の被接合� ��属部材1を詳細に説明するとともに、この被 接合金属部材1を接合する際に用いられる第� �タブ材2と第二タブ材3を詳細に説明する。

 被接合金属部材1は、図2の(a)及び(b)に示す� �うに、本実施形態では、断面視矩形の第一� �属部材1a及び第二金属部材1bからなり、それ� ��れの端面を突き合わせることで突合部J1が� �成されている。第一金属部材1a及び第二金属 部材1bは、本実施形態では、同一組成の金属� ��料であって、例えば、アルミニウム、アル� ��ニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン� ��金、マグネシウム、マグネシウム合金など� ��擦攪拌可能な金属材料からなる。第一金属� ��材1a及び第二金属部材1b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� ��さ寸法を同一にすることが望ましい。
 なお、図1に示すように、被接合金属部材1� �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。ま� ��、本実施形態における上下左右前後は、図1 の矢印に従う。

 第一タブ材2および第二タブ材3は、図2の( a)及び(b)に示すように、被接合金属部材1の突 合部J1を挟むように配置されるものであって� ��それぞれ被接合金属部材1に添設され、第一 側面C及び第二側面Dに現れる第一金属部材1a� �第二金属部材1bの継ぎ目(境界線)を覆い隠す� ��第一タブ材2及び第二タブ材3の材質に特に� �限はないが、本実施形態では、被接合金属� �材1と同一組成の金属材料で形成している。� ��た、第一タブ材2及び第二タブ材3の形状・� �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における被接合金属 部材1の厚さ寸法と同一にしている。

 次に、図4を参照して、仮接合工程に用い る回転ツールF(以下、「仮接合用回転ツールF 」という。)及び本接合工程に用いる回転ツ� �ルG(以下、「本接合用回転ツールG」という� �)を詳細に説明する。

 図4の(a)に示す仮接合用回転ツールFは、� �具鋼など被接合金属部材1よりも硬質の金属� ��料からなり、円柱状を呈するショルダ部F1� �、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� �る。仮接合用回転ツールFの寸法・形状は、� ��接合金属部材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、後記する第一本 接合工程で用いる本接合用回転ツールG(図4の (b)参照)よりも小型にする。このようにする� �、本接合よりも小さな負荷で仮接合を行う� �とが可能となるので、仮接合時に摩擦攪拌� �置に掛かる負荷を低減することが可能とな� �、さらには、仮接合用回転ツールFの移動速� ��(送り速度)を本接合用回転ツールGの移動速� ��よりも高速にすることも可能になるので、� ��接合に要する作業時間やコストを低減する� ��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� �金属を押えて周囲への飛散を防止する役割� �担う部位であり、本実施形態では、凹面状� �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、本接合用回転ツール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� ��が形成されている。攪拌ピンF2の外径の大� �さに特に制限はないが、本実施形態では、� �大外径(上端径)X ₂ が本接合用回転ツール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 よりも小さい。攪拌ピンF2の長さL ₂ は、本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の長さ L ₁ (図4の(b)参照)よりも小さくすることが望まし い。

 図4の(b)に示す本接合用回転ツールGは、� �具鋼など被接合金属部材1よりも硬質の金属� ��料からなり、円柱状を呈するショルダ部G1� �、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� �る。

 ショルダ部G1の下端面G11は、仮接合用回� �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� ��が形成されている。

 以下、本実施形態に係る接合方法を詳細� ��説明する。本実施形態に係る接合方法は、( 1)第一準備工程、(2)第一予備工程、(3)第一本� ��合工程、(4)第二準備工程、(5)第二予備工程� ��(6)第二本接合工程、(7)タブ材切除工程、(8)� ��溝形成工程、(9)第一溶接補修工程、(10)第三 準備工程、(11)第一継手部材接合工程、(12)第� ��準備工程、(13)第二継手部材接合工程、(14)� �ブ材切除工程、(15)第二溶接補修工程、を含� ��ものである。

 なお、図1に示すように、(2)第一予備工程 及び(3)第一本接合工程は、表面Aにおいて実� �される工程であり、(5)第二予備工程及び(6)� �二本接合工程は、裏面Bにおいて実行される� ��程である。また、(8)凹溝形成工程及び(9)第� ��溶接補修工程は、第一側面C及び第二側面D� �おいて実行される工程である。また、(11)第� ��継手部材接合工程は、第一側面Cにおいて実 行される工程であり、(13)第二継手部材接合� �程は、第二側面Dにおいて実行される工程で� ��る。また、(15)第二溶接補修工程は、表面A� �び裏面Bにおいて実行される工程である。

(1)第一準備工程
 図2及び図3を参照して第一準備工程を説明� �る。第一準備工程は、被接合金属部材1の摩� ��攪拌の開始位置や終了位置が設けられる当� ��部材(第一タブ材2及び第二タブ材3)を準備す る工程である。第一準備工程は、本実施形態 では、第一金属部材1a及び第二金属部材1bを� �き合せる突合工程と、被接合金属部材1の突� ��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� �タブ材3を溶接により被接合金属部材1に仮接 合する仮溶接工程と、を具備している。

 (1-1)突合工程
 突合工程では、図2の(b)に示すように、第一 金属部材1aの端面11aに第二金属部材1bの端面11 bを密着させる。また、図3等に示すように、� ��一金属部材1aの表面12aと第二金属部材1bの表 面12bを面一にし、さらに、第一金属部材1aの� ��面13aと第二金属部材1bの裏面13bを面一にす� �。また、同様に、第一金属部材1aの第一側面 14aと第二金属部材1bの第一側面14bを面一にし� ��第一金属部材1aの第二側面15aと第二金属部� �1bの第二側面15bを面一にする。

 即ち、表面Aは、第一金属部材1aの表面12a� ��第二金属部材1bの表面12bで形成され、裏面B� ��、第一金属部材1aの裏面13aと第二金属部材1b の裏面13bで形成され、第一側面Cは、第一金� �部材1aの第一側面14aと第二金属部材1bの第一� ��面14bで形成され、第二側面Dは、第一金属部 材1aの第二側面15aと第二金属部材1bの第二側� �15bで形成される。

 (1-2)タブ材配置工程
 タブ材配置工程では、図2の(a)及び(b)に示す ように、突合部J1の第二側面D側に第一タブ材 2を配置して、その当接面21を第二側面Dに当� �させる。さらに、突合部J1の第一側面Cに第� �タブ材3を配置して、その当接面31を第一側� �Cに当接させる。このとき、図3の(b)に示すよ うに、第一タブ材2の表面22と第二タブ材3の� �面32を被接合金属部材1の表面Aと面一にする� ��ともに、第一タブ材2の裏面23と第二タブ材3 の裏面33を被接合金属部材1の裏面Bと面一に� �る。

 (1-3)仮溶接工程
 仮溶接工程では、図2の(a)及び(b)に示すよう に、被接合金属部材1と第一タブ材2とにより� ��成された入隅部2a,2bを溶接して被接合金属� �材1と第一タブ材2とを仮接合する。さらに、 被接合金属部材1と第二タブ材3とにより形成� ��れた入隅部3a,3bを溶接して被接合金属部材1� ��第二タブ材3とを仮接合する。
 なお、入隅部2a,2b及び3a,3b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。また、第一準備工程におい て、仮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 材配置工程を実行してもよい。

(2)第一予備工程
 第一予備工程は、第一本接合工程に先立っ� ��行われる工程であり、本実施形態では、表� ��A側において、被接合金属部材1と第一タブ� �2との突合部J2を接合する(2-1)第一タブ材接合 工程と、被接合金属部材1の突合部J1を仮接合 する(2-2)仮接合工程と、被接合金属部材1と第 二タブ材3との突合部J3を接合する(2-3)第二タ� ��材接合工程と、第一本接合工程における摩� ��攪拌の開始位置に下穴を形成する(2-4)下穴� �成工程とを具備している。

 第一予備工程では、図6に示すように、一の 仮接合用回転ツールFを一筆書きの移動軌跡(� ��ード)を形成するように移動させて、突合部 J2,J1,J3に対して連続して摩擦攪拌を行う。即� ��、摩擦攪拌の開始位置S _P1 に挿入した仮接合用回転ツールFの攪拌ピンF2 (図4の(a)参照)を途中で離脱させることなく終 了位置E _P1 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 _P1 を設け、第二タブ材3に終了位置E _P1 を設けているが、開始位置S _P1 と終了位置E _P1 の位置を限定する趣旨ではない。また、本実 施形態では、仮接合用回転ツールF及び本接� �用回転ツールGの回転方向は、全て右回転で� ��うものとする。このように、仮接合用回転� ��ールF及び本接合用回転ツールGの回転方向� �統一することで、作業手間を省略すること� �できる。

 本実施形態の第一予備工程における摩擦攪� ��の手順を図5及び図6を参照してより詳細に� �明する。
 まず、仮溶接工程を行った被接合金属部材1 を図示しない摩擦攪拌装置の架台に固定する 。そして、図5の(a)に示すように、第一タブ� �2の適所に設けた開始位置S _P1 の直上に仮接合用回転ツールFを位置させ、� �いて、仮接合用回転ツールFを右回転させつ� ��下降させて攪拌ピンF2を開始位置S _P1 に押し付ける。仮接合用回転ツールFの回転� �度は、攪拌ピンF2の寸法・形状、摩擦攪拌さ れる被接合金属部材1等の材質や肉厚等に応� �て設定されるものであるが、多くの場合、50 0~2000(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2の表面22に接触� �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、図5の(b)に示すよう� �、攪拌ピンF2が第一タブ材2に挿入される。

 攪拌ピンF2の全体が第一タブ材2に入り込� ��、かつ、ショルダ部F1の下端面F11の全面が� �一タブ材2の表面22に接触したら、図6に示す� ��うに、仮接合用回転ツールF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� ��させる。

 仮接合用回転ツールFの移動速度(送り速� �)は、攪拌ピンF2の寸法・形状、摩擦攪拌さ� �る被接合金属部材1等の材質や肉厚等に応じ� ��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Fの移動時の回転速度は、挿� �時の回転速度と同じか、それよりも低速に� �る。なお、仮接合用回転ツールFを移動させ� ��際には、ショルダ部F1の軸線を鉛直線に対� �て進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させても� �いが、傾斜させずに鉛直にすると、仮接合� �回転ツールFの方向転換が容易となり、複雑� ��動きが可能となる。仮接合用回転ツールFを 移動させると、その攪拌ピンF2の周囲にある� ��属が順次塑性流動化するとともに、攪拌ピ� ��F2から離れた位置では、塑性流動化してい� �金属が再び硬化する。

 仮接合用回転ツールF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� ��拌を行ったら、始点s2で仮接合用回転ツー� �Fを離脱させずにそのまま第一タブ材接合工� ��に移行する。

 (2-1)第一タブ材接合工程
 第一タブ材接合工程では、第一タブ材2と被 接合金属部材1との突合部J2に対して摩擦攪拌 を行う。具体的には、被接合金属部材1と第� �タブ材2の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のル� �トを設定し、当該ルートに沿って仮接合用� �転ツールFを相対移動させることで、突合部J 2に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形� �では、仮接合用回転ツールFを途中で離脱さ� ��ることなく第一タブ材接合工程の始点s2か� �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Fを右回転させ た場合には、仮接合用回転ツールFの進行方� �の左側に微細な空洞欠陥が発生する虞があ� �ので、仮接合用回転ツールFの進行方向の右� ��に被接合金属部材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� �ることが望ましい。このようにすると、被� �合金属部材1側に空洞欠陥が発生し難くなる� ��で、高品質の接合体を得ることが可能とな� ��。

 ちなみに、仮接合用回転ツールFを左回転 させた場合には、仮接合用回転ツールFの進� �方向の右側に微細な空洞欠陥が発生する虞� �あるので、仮接合用回転ツールFの進行方向� ��左側に被接合金属部材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Fを右回転さ� �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F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Fの攪拌ピンF2� ��突合部J2に入り込むと、被接合金属部材1と� ��一タブ材2を引き離そうとする力が作用する が、被接合金属部材1と第一タブ材2により形� ��された入隅部2a,2b(図2参照)を溶接により仮� �合しているので、被接合金属部材1と第一タ� ��材2との間に目開きが発生することがない。

 (2-2)仮接合工程
 仮接合用回転ツールFが第二タブ材接合工程 の終点e2に達したら、終点e2で摩擦攪拌を終� �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。即ち、第一タブ材接合工程の終点e2から� ��接合工程の始点s1まで仮接合用回転ツールF� ��離脱させずに摩擦攪拌を継続し、さらに、� ��点s1で仮接合用回転ツールFを離脱させるこ� ��なく仮接合工程に移行する。このようにす� ��と、第一タブ材接合工程の終点e2での仮接� �用回転ツールFの離脱作業が不要となり、さ� ��に、仮接合工程の始点s1での仮接合用回転� �ールFの挿入作業が不要となることから、予� ��的な接合作業の効率化・迅速化を図ること� ��可能となる。

 本実施形態では、第一タブ材接合工程の� ��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� �転ツールFを第一タブ材接合工程の終点e2か� �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� �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、被接合� ��属部材1に空洞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。

 仮接合工程では、被接合金属部材1の突合 部J1(図6参照)に対して摩擦攪拌を行う。具体� ��には、被接合金属部材1の継ぎ目(境界線)上� ��摩擦攪拌のルートを設定し、当該ルートに� ��って仮接合用回転ツールF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� ��攪拌を行う。なお、本実施形態では、仮接� ��用回転ツールF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� �擦攪拌を行う。

 仮接合用回転ツールF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� �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。即ち、仮接合工程の終点e1か� ��第二タブ材接合工程の始点s3まで仮接合用� �転ツールF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Fを離� ��させることなく第二タブ材接合工程に移行� ��る。

 本実施形態では、仮接合工程の終点e1か� �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� �転ツールFを仮接合工程の終点e1から第二タ� �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� �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、被接合� ��属部材1に空洞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。

 (2-3)第二タブ材接合工程
 第二タブ材接合工程では、被接合金属部材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、被接合金属部材1と第� �タブ材3の継ぎ目(境界線)上に摩擦攪拌のル� �トを設定し、当該ルートに沿って仮接合用� �転ツールFを相対移動させることで、突合部J 3に対して摩擦攪拌を行う。なお、本実施形� �では、仮接合用回転ツールFを途中で離脱さ� ��ることなく第二タブ材接合工程の始点s3か� �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Fを右回転させ ているので、仮接合用回転ツールFの進行方� �の右側に被接合金属部材1が位置するように� ��二タブ材接合工程の始点s3と終点e3の位置を 設定する。

 また、仮接合用回転ツールFの攪拌ピンF2� ��突合部J3に入り込むと、被接合金属部材1と� ��二タブ材3を引き離そうとする力が作用する が、被接合金属部材1と第二タブ材3の入隅部3 a,3b(図2参照)を溶接により仮接合しているの� �、被接合金属部材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F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� �させずに、第二タブ材3に設けた終了位置E _P1 まで連続して摩擦攪拌を行う。なお、本実施 形態では、被接合金属部材1の表面A側に現れ� ��継ぎ目(境界線)の延長線上に終了位置E _P1 を設けている。ちなみに、終了位置E _P1 は、後記する第一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Fが終了位置E _P1 に達したら、仮接合用回転ツールFを回転さ� �つつ上昇させて攪拌ピンF2を終了位置E _P1 から離脱させる。

 以上、第一タブ材接合工程、仮接合工程及� ��第二タブ材接合工程について説明したが、
各接合工程における軌跡はあくまで例示であ って、他の形態であってもよい。また、第一 タブ材接合工程及び第二タブ材接合工程を省 略して、仮接合工程のみ行ってもよい。

 (2-4)下穴形成工程
 続いて、下穴形成工程を実行する。下穴形� ��工程は、図4の(b)に示すように、第一本接合 工程における摩擦攪拌の開始位置に下穴P1を� ��成する工程である。第一予備工程に係る下� ��形成工程においては、第二タブ材3の表面32� ��設定されたS _M1 に下穴P1を形成する。

 下穴P1は、本接合用回転ツールGの攪拌ピ� ��G2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Fの攪拌ピンF2(図4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� ��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� ��特に制限はないが、本実施形態では、円筒� ��としている。なお、本実施形態では、第二� ��ブ材3に下穴P1を形成しているが、下穴P1の� �置に特に制限はなく、第一タブ材2に形成し� ��もよいし、突合部J2,J3に形成してもよいが� �好適には、本実施形態の如く被接合金属部� �1の表面A側に現れる被接合金属部材1の継ぎ� �(境界線)の延長線上に形成することが望まし い。

 なお、本実施形態では、仮接合用回転ツー� ��Fの攪拌ピンF2(図4の(a)参照)の抜き穴H1を拡� �して下穴P1とする場合を例示したが、攪拌ピ ンF2の最大外径X ₂ が本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の最小外 径Y ₃ よりも大きく、かつ、攪拌ピンF2の最大外径X ₂ が攪拌ピンG2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F2の抜き穴H1� ��そのまま下穴P1としてもよい。

(3)第一本接合工程
 第一本接合工程は、被接合金属部材1の表面 A側における突合部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本接合工程で は、図4の(b)に示す本接合用回転ツールGを使� ��し、仮接合された状態の突合部J1に対して� �接合金属部材1の表面A側から摩擦攪拌を行う 。

 第一本接合工程では、図7の(a)~(c)に示すよ� �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。即ち、第一本接合工程では 、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。

 ここで、前記した第一予備工程を終了した� ��点では、仮接合用回転ツールFを備えた摩擦 攪拌装置は、第二タブ材3の終了位置E _P1 の直上(図6参照)に位置しているため、第一本 接合工程の開始位置をS _M1 にすると、本接合用回転ツールGを備えた摩� �攪拌装置を移動させることなく第一本接合� �程を行うことができ、作業を省略できる。
 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7の(a)~(c)を参照して第一本接合工程をよ� �詳細に説明する。
 まず、図7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Gを位置させ、� ��いて、本接合用回転ツールGを右回転させつ つ下降させて攪拌ピンG2の先端を下穴P1に挿� �する。攪拌ピンG2を下穴P1に入り込ませると� ��攪拌ピンG2の周面(側面)が下穴P1の穴壁に当� ��し、穴壁から金属が塑性流動化する。この� ��うな状態になると、塑性流動化した金属を� ��拌ピンG2の周面で押し退けながら、攪拌ピ� �G2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 なる。また、本接合用回転ツールGのショル� �部G1が第二タブ材3の表面32に当接する前に攪 拌ピンG2が下穴P1の穴壁に当接して摩擦熱が� �生するので、塑性流動化するまでの時間を� �縮することが可能となる。つまり、摩擦攪� �装置の負荷を低減することが可能となり、� �えて、本接合に要する作業時間を短縮する� �とが可能となる。

 攪拌ピンG2の全体が第二タブ材3に入り込� ��、かつ、ショルダ部G1の下端面G11の全面が� �二タブ材3の表面32に接触したら、図7の(b)に� ��すように、摩擦攪拌を行いながら被接合金� ��部材1の突合部J1の一端に向けて本接合用回� ��ツールGを相対移動させ、さらに、突合部J3� ��横切らせて突合部J1に突入させる。本接合� �回転ツールGを移動させると、その攪拌ピンG 2の周囲にある金属が順次塑性流動化すると� �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塑性化領 域(以下、「表面側塑性化領域W1」という。)� �形成される。なお、塑性化領域とは、回転� �ールの摩擦熱によって加熱されて現に塑性� �している状態と、回転ツールが通り過ぎて� �温に戻った状態の両方を含むこととする。

 本接合用回転ツールGの移動速度(送り速� �)は、攪拌ピンG2の寸法・形状、摩擦攪拌さ� �る被接合金属部材1等の材質や肉厚等に応じ� ��設定されるものであるが、多くの場合、30~3 00(mm/分)の範囲内において設定される。

 被接合金属部材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Gの� �囲に表面A側から水を供給するなどして冷却� ��ることが望ましい。なお、第一金属部材1a� �び第二金属部材1b間に冷却水が入り込むと、 接合面(端面11a,11b、図2の(b)参照)に酸化皮膜� �発生させる虞があるが、本実施形態におい� �は、仮接合工程を実行して被接合金属部材1� ��の目地を閉塞しているので、被接合金属部� ��1間に冷却水が入り込み難く、接合部の品質 を劣化させる虞がない。

 被接合金属部材1の突合部J1では、被接合金� ��部材1の継ぎ目上(仮接合工程における移動� �跡上)に摩擦攪拌のルートを設定し、当該ル� ��トに沿って本接合用回転ツールGを相対移動 させることで、突合部J1の一端から他端まで� ��続して摩擦攪拌を行う。突合部J1の他端ま� �本接合用回転ツールGを相対移動させたら、� ��擦攪拌を行いながら突合部J2を横切らせ、� �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、被接合金属部材1の 表面A側に現れる被接合金属部材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Gの移動距離を最小限に� �えることができるので、第一本接合工程を� �率よく行うことが可能となり、さらには、� �接合用回転ツールGの磨耗量を低減すること� ��可能となる。

 本接合用回転ツールGが終了位置E _M1 に達したら、図7の(c)に示すように、本接合� �回転ツールGを回転させつつ上昇させて攪拌� ��ンG2を終了位置E _M1 (図7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G2を上方に離脱させると、� ��拌ピンG2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Gの攪拌ピンG2を終了位� ��E _M1 から離脱させる際の本接合用回転ツールGの� �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G2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G2の離脱作業を迅速に行う� ��とが可能となる。

 なお、本実施形態においては、第一本接� ��工程の前に、第一予備工程を行ったが、第� ��予備工程を省略して、第一準備工程の直後� ��第一本接合工程を行ってもよい。

(4)第二準備工程
 第二準備工程は、第二予備工程に先だって� ��われる準備工程である。本実施形態では、� ��接合金属部材1の裏面B側を上方に向けて、� �示しない摩擦攪拌装置に再度設置する被接� �部材設置工程を具備するものである。

 (4-1)被接合部材設置工程
 被接合部材設置工程では、第一本接合工程� ��終えた被接合金属部材1の拘束を解いた後、 被接合金属部材1の表裏を逆にして、裏面B側� ��上方に向け、摩擦攪拌装置の架台に再度設� ��する。本実施形態では、図1に示す前後軸回 りに被接合金属部材1を半回転させて、被接� �金属部材1の表裏を逆にする。
 ここで、図8の(a)は、本実施形態に係る第二 準備工程の被接合部材設置工程後において、 突合部J1から第一金属部材1a側を臨む断面図� �ある。図8の(a)に示すように、被接合部材設� ��工程では、被接合金属部材1の上面が裏面B� �なるとともに、突合部J1側から第一金属部材 1aを臨むと、被接合金属部材1の左側に第二タ ブ材3、右側に第一タブ材2が位置する。
 なお、摩擦攪拌装置によっては、被接合金� ��部材1の拘束を解かずに表裏を回転させても よい。
(5)第二予備工程
 第二予備工程は、第二本接合工程に先だっ� ��行われる工程であり、裏面B側において、被 接合金属部材1と第二タブ材3との突合部J3を� �合する(5-1)第二タブ材接合工程と、被接合金 属部材1の突合部J1を仮接合する(5-2)仮接合工� ��と、被接合金属部材1と第一タブ材2との突� �部J2を接合する(5-3)第一タブ材接合工程と、� ��二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置� ��下穴を形成する(5-4)下穴形成工程とを具備� �ている。なお、(5-1)第二タブ材接合工程、(5- 2)仮接合工程及び(5-3)第一タブ材接合工程に� �いては、仮接合用回転ツールFを用いる。

 (5-1)第二タブ材接合工程、(5-2)仮接合工程及 び(5-3)第一タブ材接合工程
 (5-1)第二タブ材接合工程、(5-2)仮接合工程及 び(5-3)第一タブ材接合工程は、前記した第一� ��備工程に係る(2-3)第二タブ材接合工程、(2-2) 仮接合工程及び(2-1)第一タブ材接合工程と略� ��等の工程である。図8の(b)に示すように、一 の仮接合用回転ツールFを一筆書きの移動軌� �(ビード)を形成するように移動させて、突合 部J3,J1,J2の順で連続して摩擦攪拌を行う。即� ��、摩擦攪拌の開始位置S _P2 に挿入した仮接合用回転ツールFの攪拌ピンF2 (図4の(a)参照)を途中で離脱させることなく終 了位置E _P2 まで移動させ、(5-1)第二タブ材接合工程、(5-2 )仮接合工程及び(5-3)第一タブ材接合工程、を 連続して実行する。なお、終了位置E _P2 は、後に行う第二本接合工程の開始位置S _M2 となる。

 ここで、第一予備工程では、図6に示すよう に、第一タブ材2側から、(2-1)第一タブ材接合 工程、(2-2)仮接合工程及び(2-3)第二タブ材接� �工程を順次行った。一方、第二予備工程で� �、突合部J1から第一金属部材1a側を臨むと、� ��二タブ材3が被接合金属部材1の左側に位置� �るとともに、第一本接合工程を終えた時点� �、本接合用回転ツールGを備えた摩擦攪拌装� ��が第二タブ材3の上方に位置しているため、 第二タブ材3側から(5-1)第二タブ材接合工程、 (5-2)仮接合工程及び(5-3)第一タブ材接合工程� �順次行う。このようにすると、仮接合用回� �ツールFを備えた摩擦攪拌装置の移動距離が� ��さくて済むため、作業を省力化できる。
 なお、(5-1)第二タブ材接合工程、(5-2)仮接合 工程及び(5-3)第一タブ材接合工程の詳細な説� ��は、第一予備工程と略同等であるため省略� ��る。

 (5-4)下穴形成工程
 下穴形成工程は、図9の(a)に示すように、第 二本接合工程における摩擦攪拌の開始位置S _M2 に下穴P2を形成する工程である。即ち、下穴� ��成工程は、本接合用回転ツールGの攪拌ピン G2の挿入予定位置に下穴P2を形成する工程で� �る。これにより、本接合用回転ツールGの攪� ��ピンG2の挿入抵抗(圧入抵抗)を低減すること ができる。
 なお、(5-4)下穴形成工程は、第一予備工程� �係る(2-4)下穴形成工程と略同等であるため、 詳細な説明は省略する。

(6)第二本接合工程
 第二本接合工程は、被接合金属部材1の裏面 B側における突合部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本接合工程で は、本接合用回転ツールGを使用し、仮接合� �れた状態の突合部J1に対して被接合金属部材 1の裏面B側から摩擦攪拌を行う。

 第二本接合工程は、図9の(a)及び(b)に示すよ うに、第一タブ材2の裏面23に設定された開始 位置S _M2 に本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2を挿入(� �入)し、挿入した攪拌ピンG2を途中で離脱さ� �ることなく終了位置E _M2 まで移動させる。第二本接合工程では、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。本接合用回転 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� ��していた金属が再び硬化して塑性化領域(以 下、「裏面側塑性化領域W2」という。)が形成 される。

 ここで、第二予備工程を終了した時点では� ��仮接合用回転ツールFを備えた摩擦攪拌装置 は、第一タブ材2の終了位置E _P2 の直上(図8の(b)参照)に位置しているため、第 二本接合工程の開始位置S _M2 を第一タブ材2の上方に設定すると、本接合� �回転ツールGを備えた摩擦攪拌装置を移動さ� ��ることなく第二本接合工程を行うことがで� ��、作業を省略できる。
 なお、第二本接合工程については、第一本� ��合工程と略同等であるため、詳細な説明は� ��略する。なお、本実施形態においては、第� ��予備工程を行ったが、第二予備工程を省略� ��て、第一本接合工程の直後に第二本接合工� ��を行ってもよい。

(7)タブ材切除工程
 タブ材切除工程では、第一タブ材2及び第二 タブ材3を被接合金属部材1から切除する工程� ��ある。本実施形態では、第二本接合工程を� ��えた被接合金属部材1を摩擦攪拌装置の架台 から一旦外し、図示しない切削器具を用いて 突合部J2,J3に沿って第一タブ材2及び第二タブ 材3を切除する。

 図10は、タブ材切除工程を行った後の被� �合金属部材1を示した斜視図である。図10に� �すように、表面側塑性化領域W1及び裏面側塑 性化領域W2は、第一側面C側から第二側面D側� �亘って連続して形成されている。一方、対� �する表面側塑性化領域W1と裏面側塑性化領域 W2との間には、第一側面C側から第二側面D側� �亘って連続する微細な未塑性化領域jが形成� ��れている。

 ここで、表面側塑性化領域W1及び裏面側塑� �化領域W2には、本接合用回転ツールGの進行� �向(矢印V ₁ ,V ₂ 参照)左側、即ち、第二金属部材1bに、第一側 面C側から第二側面D側に亘って連続するトン� ��ル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ が発生しているものとする。トンネル状空洞 欠陥R ₁ ,R ₂ は、摩擦攪拌接合を行うとバリが発生してメ タルが不足することによって形成されるトン ネル状の空洞欠陥である。

 また、図10に示すように、表面側塑性化領� �W1及び裏面側塑性化領域W2の両端には、酸化� ��膜Z ₁ ~Z ₄ が巻き込まれているものとする。酸化皮膜Z ₁ ~Z ₄ は、第一側面C、第二側面D、第一タブ材2及び 第二タブ材3に形成された酸化皮膜を被接合� �属部材1の内部に巻き込むことにより形成さ� ��るものである。例えば、酸化皮膜Z ₁ は、本接合用回転ツールGを右回転させてい� �ため、第二側面D及び第一タブ材2に形成され た酸化皮膜を巻き込むことにより、裏面側塑 性化領域W2に係る第二金属部材1b側に形成さ� �やすい。

(8)凹溝形成工程
 凹溝形成工程は、図11に示すように、第一� �面C及び第二側面Dにおいて、突合部J1に沿っ� ��凹溝Kを形成する工程である。凹溝Kは、後� �する継手部材配置工程において、継手部材U� ��配置させるための凹状の溝である。凹溝Kは 、本実施形態においては公知のエンドミル等 を用いて、一定の幅k ₁ 、深さk ₂ で裏面Bから表面Aに亘って連続して形成され� ��いる。

 凹溝Kを設けることで、後記する継手部材接 合工程を行う際に、継手部材Uを配置させる� �とができるとともに、酸化皮膜Z ₁ ~Z ₄ (図10参照)を取り除くことができる。即ち、� �溝Kの幅k ₁ 及び深さk ₂ は、酸化皮膜Z ₁ ~Z ₄ の大きさ(範囲)に応じて適宜設定すればよい� ��凹溝Kは、本実施形態においては、断面視矩 形に形成したがこれに限定されるものではな く他の形状であってもよい。凹溝Kの断面形� �は、継手部材Uが略隙間なく嵌合するように� ��継手部材Uの断面形状と略同等であることが 好ましい。

(9)第一溶接補修工程
 図12は、凹溝形成工程後の第一側面C側の平� ��図である。第一溶接補修工程は、図12に示� �ように、凹溝Kの底面kbに露出する未塑性化� �域jを溶接によって補修を行う工程である。� ��た、本実施形態のように、底面kbにトンネ� �状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ が露出する場合には、当該トンネル状空洞欠 陥の補修を行うことが好ましい。

 前記したように、本実施形態においては、� ��溝Kの底面kbには、表面側塑性化領域W1と裏� �側塑性化領域W2の間に未塑性化領域jが露出� �ている。また、底面kbには、表面側塑性化領 域W1にトンネル状空洞欠陥R ₁ が、裏面側塑性化領域W2にトンネル状空洞欠� ��R ₂ がそれぞれ露出している。
 そのため、未塑性化領域jの全長に亘って溶 接を行い溶接金属T ₁ によって隙間を密閉する。また、トンネル状 空洞欠陥R ₁ ,R ₂ に溶接を行って、溶接金属T ₂ によって空隙を密閉する。このように、底面 kbに露出する隙間(空隙)を予め埋めることに� �り、第一側面C及び第二側面D間の気密性及び 水密性をより高めることができる。

 第一溶接補修工程における溶接の種類は� ��わないが、例えば、MIG溶接、TIG溶接などに� ��って肉盛溶接を行った後に、凹溝Kの底面kb� ��ら突出した肉盛部を切除して、底面kbを平� �にすることが好ましい。底面kbを平滑にする ことにより、後記する継手部材Uを凹溝Kに配� ��した際に、継手部材Uと凹溝Kの底面kbと隙間 を小さくすることができる。

 なお、表面側塑性化領域W1及び裏面側塑� �化領域W2の内部には、底面kbに露出しない空� ��欠陥が形成されている可能性があるため、� ��面側塑性化領域W1及び裏面側塑性化領域W2の 全面に予備的に溶接補修を行ってもよい。

(10)第三準備工程
 第三準備工程は、第一継手部材接合工程に� ��だって行われる工程である。第三準備工程� ��、本実施形態では、凹溝Kに第一継手部材U(U 1)を配置する(10-1)第一継手部材配置工程と、� ��接合金属部材1の両側面に第一タブ材2及び� �二タブ材3を配置する(10-2)タブ材配置工程と� ��第一タブ材2と第二タブ材3を溶接により被� �合金属部材1に仮接合する(10-3)仮溶接工程と� ��タブ材を配置した被接合金属部材1を摩擦攪 拌装置の架台に設置する(10-4)被接合金属部材 設置工程と、を具備するものである。

 (10-1)第一継手部材配置工程
 第一継手部材配置工程は、図13及び図14に示 すように、第一側面Cに形成された凹溝Kに第� ��継手部材U1を配置する工程である。以下、� �一継手部材U1の構成について詳細に説明する 。

 図13に示すように、第一継手部材U1は、断面 視長方形からなる板状部材であって、長手方 向に係る両端面は表面A及び裏面Bと面一にな� ��ように形成されている。図14の(a)に示すよ� �に、第一継手部材U1の幅u ₁ は、凹溝Kの幅k ₁ と略同等に形成されており、第一継手部材U1� ��厚みu ₂ は、凹溝Kの厚みk ₂ と略同等に形成されている。また、第一継手 部材U1の側面uc,udは、凹溝Kの壁面kc,kdと突き� �わせて配置されている。

 即ち、図14の(a)及び(b)に示すように、第� �継手部材U1の上面uaは、第一側面Cと面一に形 成されるとともに、第一継手部材U1の側面uc� �凹溝Kの壁面kcとで第一突合部J4が形成されて いる。また、第一継手部材U1の側面udと凹溝K� ��壁面kdとで第二突合部J5が形成されている。 つまり、第一突合部J4は、第一継手部材U1と� �一金属部材1aとで形成される部分をいう。ま た、第二突合部J5は、第一継手部材U1と第二� �属部材1bとで形成される部分をいう。また、 第一継手部材U1の下面ubと、凹溝Kの底面kbと� �境界部J6が形成されている。また、第一継手 部材U1の上面uaにおいて、長手方向の中心線� �含む部分を中央部J7とする。

 なお、第一継手部材U1は、本実施形態で� �、被接合金属部材1と同等の金属部材からな� ��が、これに限定されるものではなく、例え� ��、アルミニウム、アルミニウム合金、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� ��料であってもよい。

 (10-2)タブ材配置工程
 タブ材配置工程では、図15の(a)に示すよう� �、表面Aにおける表面側塑性化領域W1に沿っ� �第一タブ材2を配置して、その当接面21を表� �Aに当接させる。さらに、裏面Bにおける裏面 側塑性化領域W2に沿って第二タブ材3を配置し て、その当接面31を裏面Bに当接させる。
 なお、具体的な図示はしないが、第一タブ� ��2及び第二タブ材3の表面と被接合金属部材1� ��第一側面Cは面一に形成されている。また、 第一タブ材2及び第二タブ材3の裏面と被接合� ��属部材1の第二側面Dは面一に形成されてい� �。第一タブ材2及び第二タブ材3を被接合金属 部材1に添設させることで、回転ツールの開� �位置(挿入位置)を容易に設定することができ 、迅速に摩擦攪拌接合を行うことができる。

 (10-3)仮溶接工程
 仮溶接工程は、図15の(a)に示すように、被� �合金属部材1と第一タブ材2とにより形成され た入隅部2a,2bを溶接して被接合金属部材1と第 一タブ材2とを仮接合する。さらに、被接合� �属部材1と第二タブ材3とにより形成された入 隅部3a,3bを溶接して被接合金属部材1と第二タ ブ材3とを仮接合する。

 (10-4)被接合金属部材設置工程
 被接合金属部材設置工程においては、図15� �(a)に示すように、第一側面Cが上面に位置し� ��かつ、平面視して第一タブ材2が左側に位置 するように、図示せぬ摩擦攪拌装置の架台に 設置する。

 なお、第三準備工程において、本実施形� ��においては、前記したように行ったが、例� ��ば、被接合金属部材設置工程の後に、第一� ��手部材配置工程を行ってもよい。

 (11)第一継手部材接合工程
 第一継手部材接合工程は、図15及び図16に示 すように、第一側面Cに配置された第一継手� �材U1に、摩擦攪拌接合を行う工程である。第 一継手部材接合工程は、本実施形態において は、第一突合部J4に沿って摩擦攪拌接合を行� ��(11-1)第一突合部接合工程と、中央部J7に沿� �て摩擦攪拌接合を行う(11-2)中央部接合工程� �、第二突合部J5に沿って摩擦攪拌接合を行う (11-3)第二突合部接合工程と、を具備するもの である。

 第一継手部材接合工程は、開始位置から� ��了位置まで回転ツールを離脱させることな� ��、一筆書きの要領で摩擦攪拌接合を行うも� ��である。なお、第一継手部材接合工程にお� ��ては、比較的小回りの効く仮接合用回転ツ� ��ルFを用いる。本実施形態においては、仮接 合用回転ツールFを右回転させて摩擦攪拌接� �を行うものとする。

 (11-1)第一突合部接合工程
 第一突合部接合工程は、第一タブ材2の表面 に形成された開始位置S _M3 から第一突合部J4に沿って折り返し点f ₂ まで連続して摩擦攪拌接合を行うものである 。開始位置S _M3 に仮接合用回転ツールFを押圧した後、第一� �合部接合工程の始点f ₁ に向けて仮接合用回転ツールFを相対移動さ� �る。そして、始点f ₁ で離脱させることなくそのまま突合部J8を横� ��して、折り返し地点f ₂ まで移動させる。第一突合部接合工程におい て形成された塑性化領域を、第一側面側塑性 化領域w ₁ とする。

 ここで、図15の(b)に示すように、第一側面� �塑性化領域w ₁ の深さwaと、第一継手部材U1の厚みu ₂ とは、wa>u ₂ となるように設定するのが好ましい。これに より、第一突合部J4の厚さ方向の全長に亘っ� ��摩擦攪拌接合を行うことができる。

 なお、仮接合用回転ツールFの埋設深さpは� �攪拌ピンF2の長さL ₂ と、仮接合用回転ツールFの押込み量q(第一側 面Cからショルダ部F1の下面までの距離)とを� �いてp=L ₂ +qで表される。例えば、埋設深さpと、第一継 手部材U1の厚みu ₂ との関係が、p≧u ₂ となるように設定すれば、より確実に摩擦攪 拌接合を行うことができる。

 また、図15の(b)に示すように、仮接合用回� �ツールFのショルダ部F1の外径X ₁ と、第一継手部材U1の幅u ₁ との関係は、3×X ₁ >u ₁ となるように設定されることが好ましい。こ のように設定することで、第一継手部材U1の� ��面uaの全面を摩擦攪拌接合することができ� �。

 折り返し地点f ₂ は、本実施形態においては、第一継手部材U1� ��に設定する。即ち、折り返し地点f ₂ は、平面視して裏面側塑性化領域W2内に位置� ��るとともに、裏面Bから折り返し地点f ₂ までの距離d ₁ と、仮接合用回転ツールFのショルダ部F1の外 径X ₁ (図4の(a)参照)との関係が、X ₁ /2<d ₁ となる位置に設定するのが好ましい。折り返 し地点f ₂ をこのように設定することで、仮接合用回転 ツールFが裏面Bにかからないようにすること� ��できる。これにより、裏面Bに形成されてい る酸化皮膜を第一継手部材U1側に巻き込まな� ��ため、気密性及び水密性の高い被接合金属� ��材1を形成することができる。

 また、本実施形態においては、折り返し地� ��f ₂ を被接合金属部材1内に設けたが、これに限� �されるものではなく、第二タブ材3に設けて� ��よい。

 (11-2)中央部接合工程
 中央部接合工程は、中央部接合工程の始点f ₃ から中央部J7に沿って中央部接合工程の折り� ��し地点f ₄ まで連続して摩擦攪拌接合を行うものである 。即ち、第一突合部接合工程終了後、仮接合 用回転ツールFを離脱させることなく裏面Bと� ��平行に移動させて、折り返し地点f ₂ から始点f ₃ まで摩擦攪拌接合を行う。そして、始点f ₃ に到達したら、中央部J7(突合部J1)に沿って摩 擦攪拌接合を行う。これにより、第一継手部 材U1の中央部分において、摩擦攪拌接合を行� ��ことができる。

 また、図15の(b)に示すように、中央部接合� �程において形成される第一側面側塑性化領� �w ₂ の深さwaは、第一継手部材Uの厚みu ₂ よりも大きくなるように設定する。さらに、 中央部接合工程の始点f ₃ を、平面視して裏面側塑性化領域W2内に、折� ��返し点f ₄ を、平面視して表面側塑性化領域W1内に設定� ��る。これにより、未塑性化領域jの全長に亘 って摩擦攪拌接合を行うことができるため、 より確実に隙間を密閉することができる。

 本実施形態においては、中央部接合工程の� ��り返し地点f ₄ は、第一継手部材U1内に設定する。即ち、折� ��返し地点f ₄ は、平面視して表面側塑性化領域W1内に設定� ��るとともに、表面Aから折り返し点f ₄ までの距離d ₂ と、仮接合用回転ツールFのショルダ部F1の外 径X ₁ (図4の(a)参照)との関係がX ₁ /2<d ₂ となるように設定するのが好ましい。折り返 し地点f ₄ をこのように設定することで、仮接合用回転 ツールFが表面Aにかからないようにすること� ��できる。これにより、表面Aに形成されてい る酸化皮膜を第一継手部材U1側に巻き込まな� ��ため、気密性及び水密性の高い被接合金属� ��材1を形成することができる。

 (11-3)第二突合部接合工程
 第二突合部接合工程は、第二突合部の始点f ₅ から第二突合部J5に沿って終了位置E _M3 まで連続して摩擦攪拌接合を行うものである 。即ち、中央部接合工程終了後、仮接合用回 転ツールFを離脱させることなく表面Aと略平� ��に移動して折り返し地点f ₄ から始点f ₅ まで摩擦攪拌接合を行うものである。始点f ₅ に到達したら第二突合部J5に沿って摩擦攪拌� ��合を行う。そして、第二突合部接合工程の� ��点f ₆ に達したら、そのまま突合部J9を横断して終� ��位置E _M3 まで移動させ、仮接合用回転ツールFを第二� �ブ材3から離脱させる。

 図15の(b)に示すように、第二突合部接合工� �において形成される第一側面側塑性化領域w ₃ の深さwaは、第一継手部材の厚みu ₂ よりも大きくなるように形成されている。こ れにより、第二突合部J5の厚み方向の全長に� ��って摩擦攪拌接合を行うことができる。

 前記した第一継手部材接合工程は、平面視� ��ると図16のようなビードが形成される。即� �、第一継手部材U1は、第一継手部材U1の両端� ��一部を残して第一側面側塑性化領域w ₁ ~w ₃ によって覆われている。また、図15の(b)に示� ��ように、第一継手部材U1の全断面が第一側� �側塑性化領域w ₁ ~w ₃ で摩擦攪拌されている。

 第一継手部材接合工程では、本実施形態の� ��うに、凹溝Kの底面kbと第一継手部材Uの下面 ubで形成される境界部J6が、全面に亘って摩� �攪拌接合されていることが好ましい。これ� �より、凹溝Kの底面kbは、表面側塑性化領域W1 、裏面側塑性化領域W2及び第一側面側塑性化� ��域w ₁ ~w ₃ によって摩擦攪拌されるため、突合部J1を隙� ��なく確実に密閉することができる。

 なお、図14の(b)に示すように、凹溝Kの幅k ₁ と、裏面側塑性化領域W2の幅nとは、k ₁ <nとなるように形成されるのが好ましい。� ��れにより、第一継手部材U1の幅u ₁ を小さく設定することができるため、作業効 率を高めることができる。
 即ち、本実施形態においては、第一継手部� ��U1の幅u ₁ と仮接合用回転ツールFのショルダ部F1の外径 X ₁ の関係から、3通り(一往復半)で摩擦攪拌接合 を行ったが、これに限定されるものではない 。第一継手部材Uの幅u ₁ とショルダ部の外径X ₁ との長さを近接させた場合には、1通り又は2� ��りであってもよい。
 一方、第一継手部材Uの幅u ₁ とショルダ部の外径X ₁ との長さの差を大きくした場合には、4通り� �上であってもよい。また、必ずしも直線状� �ビードでなくてもよく、ジグザグに摩擦攪� �接合を行ってもよい。

 (12)第四準備工程
 第四準備工程は、第二継手部材接合工程に� ��だって行われる工程である。第四準備工程� ��、本実施形態では、凹溝Kに第二継手部材U(U 2)を配置する(12-1)第二継手部材配置工程と、� ��二継手部材U2が配置された被接合金属部材1� ��摩擦攪拌装置に設置する(12-2)被接合金属部� ��設置工程と、具備するものである。第四準� ��工程は、第三準備工程と略同等であるため� ��簡単に説明する。

 (12-1)第二継手部材配置工程
 まず、第一継手部材接合工程が終了したら� ��図示しない摩擦攪拌装置の架台に固定され� ��被接合金属部材1を外し、第二側面D側を上� �に向けて、第二側面Dに形成された凹溝Kに第 二継手部材U2を配置する。

 (12-2)被接合金属部材設置工程
 そして、図17に示すように、被接合金属部� �1を平面視した場合に、左側に第二タブ材3が 配置され、右側に第一タブ材2が配置される� �うに、被接合金属部材1を図示しない摩擦攪� ��装置に設置する。
 なお、(12-2)被接合金属部材設置工程を行っ� ��後に、(12-1)第二継手部材配置工程を行って� ��よい。

 (13)第二継手部材接合工程
 第二継手部材接合工程は、図17に示すよう� �、第二側面Dに配置された第二継手部材U2に� �摩擦攪拌接合を行う工程である。第二継手� �材接合工程は、本実施形態においては、第2� ��合部J5’に摩擦攪拌接合を行う(13-1)第二突� �部接合工程と、中央部J7’に摩擦攪拌接合を 行う(13-2)中央部接合工程と、第一突合部J4’� ��摩擦攪拌接合を行う(13-3)第一突合部接合工� ��と、を具備するものである。

 第二継手部材接合工程は、図17に示すよう� �、第一タブ材2の表面に設定された開始位置S _M4 から、第二タブ材3の表面に設定された終了� �置E _M4 まで仮接合用回転ツールFを離脱させること� �く、一筆書きの要領で摩擦攪拌接合を行う� �のである。
 第一継手部材接合工程が終了した時点にお� ��て、図示しない摩擦攪拌装置は、被接合金� ��部材1を平面視した場合に、被接合金属部材 1の右側に配置される。そのため、第二継手� �材接合工程の開始位置S _M4 は、第二タブ材3の表面に設定するのが好ま� �い。これにより、摩擦攪拌装置の動きを省� �して作業効率を高めることができる。

 (13-1)第二突合部接合工程、(13-2)中央部接合� ��程及び(13-3)第一突合部接合工程は、それぞ� ��前記した(11-3)第二突合部接合工程、(11-2)中� ��部接合工程及び(11-1)第一突合部接合工程を� ��対側から摩擦攪拌したものであるため、詳� ��な説明を省略する。なお、第二継手部材接� ��工程によって形成される塑性化領域をそれ� ��れ第二側面側塑性化領域w ₁ ’~w ₃ ’とする。

 (14)タブ材切除工程
 タブ材切除工程では、第一タブ材2及び第二 タブ材3を被接合金属部材1から切除する工程� ��ある。本実施形態では、第二継手部材接合� ��程を終えた被接合金属部材1を摩擦攪拌装置 の架台から外し、図示しない切削器具を用い て第一タブ材2と被接合金属部材1との突合部J 8及び第二タブ材3と被接合金属部材1との突合 部J9に沿って第一タブ材2及び第二タブ材3を� �除する。

 (14)第二溶接補修工程
 第二溶接補修工程は、第一継手部材接合工� ��及び第二継手部材接合工程で形成された第� ��側面側塑性化領域w ₁ 及びw ₃ 並びに第二側面側塑性化領域w ₁ ’及びw ₃ ’において形成されるトンネル状空洞欠陥及 び酸化皮膜に対して、溶接によって補修を行 う工程である。
 即ち、図18に示すように、第一側面側塑性� �領域w ₁ の表面Aには、表面Aから裏面B側に連続するト ンネル状空洞欠陥r ₁ が形成される慮りがある。したがって、トン ネル状空洞欠陥r ₁ に溶接を行うことにより、トンネル状空洞欠 陥r ₁ を溶接金属T ₃ で密閉して表面A及び裏面B間を分断すること� ��できる。

 また、表面Aに係る第一側面側塑性化領域w ₁ には、仮接合用回転ツールFが表面Aを横断す� ��ことによって酸化皮膜z ₁ が形成される慮りがある。したがって、酸化 皮膜z ₁ に溶接を行うことにより、酸化皮膜z ₁ の空隙を溶接金属T ₄ で密閉する。
 このように、第一側面側塑性化領域w ₁ によって、表面Aに露出するトンネル状空洞� �陥r ₁ 及び酸化皮膜z ₁ を溶接により密閉することで、より気密性及 び水密性の高い被接合金属部材1を形成する� �とができる。なお、第一側面側塑性化領域w ₃ 、第二側面側塑性化領域w ₁ ’、第二側面側塑性化領域w ₃ ’においても、トンネル状空洞欠陥や酸化皮 膜が形成される可能性がある。このような場 合には、それぞれ第一側面側塑性化領域w ₁ と同様に第二溶接補修工程を行う。

 さらに、図18に示すように、第一継手部� �U1のうち、突合部J5及び境界部J6に溶接を行� �て、第二突合部J5及び境界部J6の隙間を密閉� ��てもよい。これにより、より一層気密性及� ��水密性の高い被接合金属部材1を形成するこ とができる。

 以上説明したように、本実施形態にかかる� ��合方法によれば、被接合金属部材1の第一側 面C及び第二側面Dに凹溝Kを形成することによ り、被接合金属部材1の側面に巻き込む可能� �のある酸化皮膜Z ₁ ~Z ₄ を取り除くことができる。また、第一側面C� �び第二側面Dに形成された凹溝Kに露出する未 塑性化領域j、空洞欠陥R ₁ 及びR ₂ に継手部材Uを配置するとともに、継手部材U� ��凹溝Kとの第一突合部J4、中央部J7及び第二� �合部J5を摩擦攪拌接合することにより、未塑 性化領域j、空洞欠陥R ₁ 及びR ₂ を密閉することができる。これにより、被接 合金属部材1の両側面間の気密性及び水密性� �向上させて質の高い製品を製造することが� �きる。

 また、本実施形態においては、継手部材Uの 両端面と表面A及び裏面Bとを面一にしている� ��め、凹溝Kの底面kbに露出するトンネル状空� ��欠陥R ₁ ,R ₂ を確実に分断することができるとともに、被 接合金属部材1の表面A及び裏面Bを平坦に形成 することができる。また、継手部材Uを介し� �摩擦攪拌接合を行うことにより、突合部J1の 接合強度を高めることができる。

 以上、本発明の実施形態について説明し� ��が、本発明は上記した形態に限定されるも� ��ではなく適宜変更が可能である。例えば、� ��実施形態においては、第一側面C及び第二側 面Dの両側面に継手部材接合工程を行ったが� �どちらか一方の側面に継手部材接合工程を� �うだけでもよい。また、工程順序はあくま� �例示であって、適宜順序を変更して接合を� �ってもよい。

 また、例えば図19に示すように、継手部材U� ��の幅u ₁ と仮接合用回転ツールFのショルダ部F1の外径 X ₁ との関係によっては、第一突合部J4及び第二� ��合部J5の2通りのみに摩擦攪拌接合を行って� ��よい。これにより、工程を減らすことがで� ��るため、より迅速に接合することができる� ��

 また、本実施形態においては、第一タブ� ��2及び第二タブ材3を用いたが、これらの当� �部材を用いずに摩擦攪拌接合を行ってもよ� �。

[第二実施形態]
 次に、本発明の第二実施形態について説明� ��る。
 第二実施形態に係る接合方法は、図20に示� �ように、第一金属部材1a及び第二金属部材1b� ��突き合わせてなる被接合金属部材1の表面A� �び裏面Bを摩擦攪拌により接合するとともに� ��被接合金属部材1の両側面に関しては、補修 部材201~203を挿入した後、当該補修部材201~203� ��沿って摩擦攪拌により接合することを特徴� ��する。
 第二実施形態に係る接合方法の第一金属部� ��1a、第二金属部材1b、被接合金属部材1、第� �タブ材2及び第二タブ材3は、第一実施形態と 略同等であるため、説明を省略する。

 以下、本実施形態に係る接合方法を詳細� ��説明する。本実施形態に係る接合方法は、( 1)第一準備工程、(2)第一予備工程、(3)第一本� ��合工程、(4)第二準備工程、(5)第二予備工程� ��(6)第二本接合工程、(7)タブ材切除工程、(8)� ��修部材挿入工程、(9)第一側面本接合工程、( 10)第二側面本接合工程、を含むものである。 なお、(1)第一準備工程から(7)タブ材切除工程 までは、第一実施形態と略同等であるため、 詳細な説明を省略する。

(8)補修部材挿入工程
 補修部材挿入工程は、図21に示すように、� �接合金属部材1の側面に対して各補修部材を� ��入する工程である。補修部材挿入工程は、� ��実施形態においては、トンネル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ に対して溝穴212,213を形成する溝穴形成工程� �、未塑性化領域jに対して凹部211を形成する� ��部形成工程と、溝穴212,213及び凹部211に各補 修部材を挿入する補修部材挿入工程と、を含 む。

 溝穴形成工程では、図22に示すように、第� �側面C及び第二側面D(図示省略)に現れるトン� ��ル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ の周囲を、公知のエンドミル等で切削して所 定の深さで溝穴212,213を形成する。溝穴212,213� ��、本実施形態においては略同等の大きさか� ��なる。溝穴212,213は、円柱状に形成されてい るが、その形状が限定されるものではない。
 なお、トンネル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ が第一側面C及び第二側面Dに現れていない(露 出していない)場合であっても、空洞欠陥が� �在している場合があるため、第一側面C及び� ��二側面Dに係る表面側塑性化領域W1及び裏面� ��塑性化領域W2の第二金属部材1b側の適所に溝 穴212,213を形成してもよい。

 凹部形成工程は、図21及び図22に示すように 、第一側面C及び第二側面Dに現れる未塑性化� ��域jの周囲を公知のエンドミル等で切削して 凹部211を形成する工程である。凹部211は、本 実施形態においては、平面視長円状を呈し、 所定の深さで形成されている。凹部211の形状 については限定されるものではないが、未塑 性化領域jの全長に連続して形成されるとと� �に、凹部211と表面側塑性化領域W1及び裏面側 塑性化領域W2とが重複するように形成するこ� ��が好ましい。なお、本実施形態においては� ��凹部211の深さと、溝穴212,213の深さは同等に 形成している。
 なお、図22の(b)に示すように、突合部J1から トンネル状空洞欠陥R ₁ の中心までの距離と、突合部J1から凹部211の� ��辺である長辺211aまでの距離は略同等となる ように形成するのが好ましい。これにより、 後記する側面本接合工程において、摩擦攪拌 のルートを一直線上に形成することができる 。

 補修部材挿入工程では、図22に示すように� �溝穴212,213に第一空洞部補修部材202、第二空� ��部補修部材203を挿入するとともに、凹部211� ��凹部補修部材201を挿入する。第一空洞部補� ��部材202及び第二空洞部補修部材203は、被接� ��金属部材1と同等の組成からなり、溝穴212,21 3の形状と略同等の形状に形成されている。� �れにより、第一空洞部補修部材202、第二空� �部補修部材203は、溝穴212,213にほぼ隙間なく� ��置される。
 また、凹部補修部材201は、被接合金属部材1 と同等の組成からなり、凹部211の形状と略同 等に形成されている。これにより、凹部補修 部材201は、凹部211にほぼ隙間なく配置される 。

 なお、凹部補修部材201、第一空洞部補修� ��材202及び第二空洞部補修部材203は、その表� ��と第一側面Cとが面一になるように形成して いるが、これに限定されずに、各部材の厚み を大きくして、各部材が第一側面Cから突出� �るように形成してもよい。また、説明にお� �ては、第一側面Cを例にしたが、第二側面Dに おいても同様に溝穴形成工程、凹部形成工程 及び補修部材挿入工程を行う。

(9)第一側面本接合工程
 第一側面本接合工程では、図23に示すよう� �、第一側面Cに対して仮接合用回転ツールFを 用いて摩擦攪拌を行う。第一側面本接合工程 は、被接合金属部材1に一対のタブ材を配置� �るタブ材配置工程と、第二空洞部補修部材20 3に対して摩擦攪拌を行う第二空洞部補修部� �摩擦攪拌工程と、凹部補修部材201と被接合� �属部材1との突合部J2に対して摩擦攪拌を行� �凹部補修部材摩擦攪拌工程と、第一空洞部� �修部材202に対して摩擦攪拌を行う第一空洞� �補修部材摩擦攪拌工程と、を含む。

 タブ材配置工程では、被接合金属部材1の 裏面Bに第一タブ材4を配置し、表面Aに第二タ ブ材5を配置する。第一タブ材4及び第二タブ� ��5の両端面は、被接合金属部材1の第一側面C� ��び第二側面D(図示省略)と面一に形成されて� ��る。また、被接合金属部材1と第一タブ材4� �び第二タブ材5とを溶接により仮接合する。

 第二空洞部補修部材摩擦攪拌工程は、図23� �(a)に示すように、第二空洞部補修部材203に� �して摩擦攪拌を行う。本実施形態において� �、第一タブ材4に設定された開始位置S _M3 に仮接合用回転ツールFを挿入し、攪拌ピンF2 の全体が第一タブ材4に入り込み、かつ、シ� �ルダ部F1の下端面F11の全面が第一タブ材4の� �面に接触したら、被接合金属部材1側に向け� ��相対移動させ、さらに、突合部J4を横切ら� �て第二空洞部補修部材203上を移動させる。
 ここで、図23の(b)に示すように、第一側面� �接合工程で形成される第一側面側塑性化領� �W3は、第二空洞部補修部材203が第一側面側塑 性化領域W3の内部に全て含まれるように形成� ��れるのが好ましい。これにより、第二空洞� ��補修部材203と溝穴213の底面及び側面との突� ��部(突き合わせ面)が全て摩擦攪拌され、ト� �ネル状空洞欠陥R ₂ を確実に密閉することができる。

 仮接合用回転ツールFが、第二空洞部補修 部材203を通過したら、そのまま凹部補修部材 摩擦攪拌工程に移行する。凹部補修部材摩擦 攪拌工程は、凹部補修部材201の外周に沿って 連続的に摩擦攪拌を行う。即ち、第二金属部 材1bと凹部補修部材201との突合部J20a、第一金 属部材1aと凹部補修部材201との突合部J20bに沿 って仮接合用回転ツールFを相対移動させて� �擦攪拌を行う。第一側面側塑性化領域W3の深 さは、凹部211の深さよりも大きく形成してい るため、突合部J20の深さ方向の全長を摩擦攪 拌することができる。

 図23の(c)に示すように、仮接合用回転ツー� �Fを凹部補修部材201の外周に沿って一周させ� ��、突合部J20a及び突合部J20bに対する摩擦攪� �を終えたら、仮接合用回転ツールFを離脱さ� ��ずに、そのまま再度突合部J20aに沿って摩擦 攪拌を行い、第一空洞部補修部材202上を移動 させて第一空洞部補修部材摩擦攪拌工程に移 行する。具体的な図示はしないが、第一側面 本接合工程で形成される第一側面側塑性化領 域W3は、第一空洞部補修部材202が全て含むよ� ��に形成されるのが好ましい。即ち、第一空� ��部補修部材202と溝穴212の底面及び側面との� ��合部が摩擦攪拌されることが好ましい。こ� ��により、トンネル状空洞欠陥R ₁ の端部を確実に密閉することができる。
 そして、仮接合用回転ツールFが第一空洞部 補修部材202上を通過したら、そのまま突合部 J5を横切って第二タブ材5に設定された終了位 置E _M3 で仮接合用回転ツールFを離脱させる。

 なお、本実施形態においては、凹部補修� ��材201の外周のみに摩擦攪拌を行ったが、こ� ��に限定されるものではなく、凹部補修部材2 01の全面に摩擦攪拌を行ってもよい。この際� ��凹部211の底面と凹部補修部材201との突合部� ��全て摩擦攪拌されることが好ましい。これ� ��より、水密性及び気密性をより高めること� ��できる。

 また、第一空洞部補修部材摩擦攪拌工程、� ��二空洞部補修部材摩擦攪拌工程では、第一� ��洞部補修部材202及び第二空洞部補修部材203� ��直径を、第一側面側塑性化領域W3の幅(仮接� ��用回転ツールFのショルダ部F1の外径X ₁ と略同等)よりも小さく形成したため、第一� �洞部補修部材202及び第二空洞部補修部材203� �を仮接合用回転ツールFで通過させて摩擦攪� ��を行った。しかし、回転ツールのショルダ� ��外径よりも、第一空洞部補修部材202及び第� ��空洞部補修部材203の直径が大きい場合には� ��第一空洞部補修部材202及び第二空洞部補修� ��材203の外周に沿って回転ツールを移動させ� ��摩擦攪拌を行ってもよい。また、このよう� ��場合には、回転ツールを往復させるなどし� ��第一空洞部補修部材202及び第二空洞部補修� ��材203の全面に亘って摩擦攪拌を行ってもよ� ��。

(9)第二側面本接合工程
 第二側面本接合工程では、具体的な図示は� ��ないが、第二側面Dに対して仮接合用回転ツ ールFを用いて摩擦攪拌を行う。第二側面本� �合工程で形成された塑性化領域を以下、第� �側面側塑性化領域(図示省略)とする。第二側 面本接合工程は、第二側面Dに摩擦攪拌を行� �ことを除いては第一側面本接合工程と略同� �であるから、詳細な説明は省略する。なお� �本実施形態においては、側面本接合工程と� �て、被接合金属部材1の両側面から第一側面� ��接合工程及び第二側面本接合工程を行った� ��、どちらか一方のみに行うだけでもよい。� ��た、本実施形態に係る側面本接合工程にお� ��ては、仮接合用回転ツールFを用いたが、他 の大きさの回転ツールを用いても構わない。

 以上説明した接合方法によれば、被接合金� ��部材1の側面に形成された凹部211に凹部補修 部材201を挿入するため、未塑性化領域jを塞� �ことができる。また、溝穴212,213に第一空洞� ��補修部材202及び第二空洞部補修部材203をそ� ��ぞれ挿入するため、空洞欠陥R ₁ ,R ₂ の端部を塞ぐことができる。そして、側面本 接合工程で凹部補修部材201、第一空洞部補修 部材202及び第二空洞部補修部材203と被接合金 属部材1との突合部を摩擦攪拌するため、被� �合金属部材1の気密性及び水密性を高めるこ� ��ができる。また、凹部211は、表面側塑性化� ��域W1及び裏面側塑性化領域W2と重複している ため、第一側面側塑性化領域W3と表面側塑性� ��領域W1及び裏面側塑性化領域W2と重複させる ことができる。これにより、未塑性化領域j(� ��8参照)が全て密閉されるため、気密性及び� �密性をより高めることができる。
 また、第一側面本接合工程及び第二側面本� ��合工程においては、一旦挿入した仮接合用� ��転ツールFを途中で離脱させることなく、一 筆書きの要領で摩擦攪拌を行うため、作業性 を高めることができる。

 ここで、トンネル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ を摩擦攪拌する際に、仮に各補修部材を用い ないと、トンネル状空洞欠陥R ₁ ,R ₂ に充填するためのメタルが不足するため、第 一側面側塑性化領域W3の表面に不可避的に形� ��される溝が大きくなる慮りがあった。しか� ��、本実施形態のように第一空洞部補修部材2 02及び第二空洞部補修部材203を挿入すること� ��、メタル不足を補うことができる。

 以上、本発明の実施形態について説明し� ��が、本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範� ��に置いて、適宜変更が可能である。なお、� ��下の説明においては、第二実施形態と同一� ��説明は省略する。

[第三実施形態]
 次に、本発明の第三実施形態について説明� ��る。
 第二実施形態においては、凹部211、溝穴212� ��び溝穴213に凹部補修部材201、第一空洞部補� ��部材202及び第二空洞部補修部材203を挿入し� ��が、第三実施形態のように、凹部211、溝穴2 12,213に例えば溶接を行う溶接金属充填工程を 行ってもよい。
 溶接金属充填工程は、具体的な図示はしな� ��が、第三実施形態においては、トンネル状� ��洞欠陥に対して溝穴を形成する溝穴形成工� ��と、未塑性化領域に対して凹部を形成する� ��部形成工程と、溝穴及び凹部に溶接金属を� ��填する溶接金属充填工程と、を含む。溝穴� ��成工程及び凹部形成工程は、第二実施形態� ��略同等であるため、説明を省略する。

 溶接金属充填工程では、例えばTIG溶接又はM IG溶接などの肉盛溶接を行って、凹部211、溝� ��212,213(図22参照)に溶接金属を充填すればよ� �。また、側面本接合工程で、凹部211、溝穴21 2,213と前記溶接金属との界面を全て摩擦攪拌� ��ることにより、被接合金属部材1の気密性及 び水密性を高めることができる。また、溶接 金属を押し込みながら摩擦攪拌するため、よ り気密性及び水密性を高めることができる。
 なお、第二実施形態の場合、肉盛溶接を行� ��て、第一側面C(第二側面D)よりも突出した溶 接金属を切削して第一側面C(第二側面D)を平� �に形成するのが好ましい。また、第二実施� �態に係る補修部材挿入工程と第三実施形態� �係る溶接金属充填工程とを組み合わせて接� �を行ってもよい。

 また、例えば、凹部形成工程の前に、第一� ��面C及び第二側面Dにおいて、仮接合用回転� �ールFを用いて突合部J1やタブ材と被接合金� �部材1との突合部に対して仮接合を行っても� ��い。また、被接合金属部材1の厚みが薄く、 表面側塑性化領域W1と裏面側塑性化領域W2と� �重複する場合は、凹部211及び凹部補修部材20 1は用いなくてもよい。
 また、表面側塑性化領域W1と裏面側塑性化� �域W2に酸化皮膜が形成されている場合は、溶 接によって当該酸化皮膜を密閉するなどして 被接合金属部材1の水密性及び気密性を高め� �ことが好ましい。
 また、本実施形態においては、回転ツール� ��右回転させた場合を例にして説明したが、� ��転ツールを左回転させた場合には、回転ツ� ��ルの進行方向右側にトンネル状空洞欠陥が� ��成される可能性がある。つまり、回転ツー� ��の回転方向及び進行方向によって摩擦攪拌� ��行う領域を適宜設定すればよい。また、本� ��施形態においては、トンネル状空洞欠陥の� ��辺を切削して溝穴を形成したが、これに限� ��されるものではなく、トンネル状空洞欠陥� ��そのまま空洞部補修部材を挿入してもよい� ��

[第四実施形態]
 次に、本発明の第四実施形態について説明� ��る。
 第四実施形態の接合構造物の製造方法は、� ��24に示すように、第一金属部材1aの端面と第 二金属部材1bの端面とを突き合わせてなる接� ��構造物1Aの製造方法であって、接合構造物1A の表面A及び裏面Bから摩擦攪拌接合を行った� ��に、第一側面C及び第二側面Dから擦攪拌接� �を行うものである。

 本実施形態の接合構造物の製造方法は、(1)� ��一準備工程、(2)第一予備工程、(3)第一本接� ��工程、(4)第二準備工程、(5)第二予備工程、( 6)第二本接合工程、(7)タブ材切除工程、(8)第� ��本接合工程、(9)第一補修工程、(10)第四本接 合工程、(11)第二補修工程を含むものである� �
 なお、(1)第一準備工程から(7)タブ材切除工� ��までは、第一金属部材1aと第二金属部材1bの 配置位置以外は第一実施形態と略同等である ため、詳細な説明を省略する。即ち、第四実 施形態においては、図24に示すように、前側� ��第二金属部材1bを配置し、後側に第一金属� �材1aを配置している。

 ここで、図25は、第四実施形態の第二本� �合工程を終了した後に、タブ材を除去した� �態の接合構造物を示した斜視図である。図25 に示すように、第四実施形態に係る(7)タブ材 切除工程終了後には、表面A側に形成された� �面側塑性化領域W1と、裏面B側に形成された� �面側塑性化領域W2とに、本接合用回転ツール Gの進行方向V1,V2に沿って、第一側面Cから第� �側面Dに亘って連続するトンネル状の空洞欠� ��R1,R2が発生しているものとする。この空洞� �陥R1,R2は、摩擦攪拌接合を行うと、バリの多 発によって突合部J1の隙間を埋めるための充� ��メタルが不足することで形成されるもので� ��る。

 なお、第二本接合工程が終了した後に、� ��合構造物1Aの両側面C,Dに露出している各空� �欠陥R1,R2の開口端部に、TIG溶接又はMIG溶接等 の肉盛溶接を行うことで、各空洞欠陥R1,R2の� ��口端部を閉塞して気密性及び水密性を向上� ��せることが望ましい。

(8)第三本接合工程
 第三本接合工程は、図27に示すように、第� �金属部材1aと第二金属部材1bとの突合部J1に� �して、接合構造物1Aの第一側面Cから摩擦攪� �接合を行う工程である。
 第三本接合工程は、突合部J1を仮接合する� �接合工程と、第一回転ツールの挿入予定位� �に予め下穴を形成する下穴形成工程と、突� �部J1に対して第一側面Cから摩擦攪拌を行う� �接合工程と、を含むものである。

 第三本接合工程では、第二本接合工程が� ��了したら、接合構造物1Aを図示せぬ摩擦攪� �装置から一旦取り外し、第一側面Cを上方に� ��けて再度固定した状態で、仮接合工程、下� ��形成工程、本接合工程を行う。

 仮接合工程では、図26に示すように、仮接� �用回転ツールFを、第一金属部材1aの側面14a� �設定された摩擦攪拌の開始位置P5から終了位 置P6まで、コの字状の移動軌跡を形成するよ� ��に移動させて、第一金属部材1aと第二金属� �材1bとの突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。� ��体的には、開始位置P5から表面側塑性化領� �W1の一部、第一金属部材1aと第二金属部材1b� �の継ぎ目、裏面側塑性化領域W2の一部を通過 して、終了位置P6まで移動させる。
 その後、仮接合用回転ツールFが終了位置P6� ��達したら、仮接合用回転ツールFを回転させ つつ上昇させて攪拌ピンF2を終了位置P6から� �脱させる。

 下穴形成工程は、図28(a)に示すように、� �接合用回転ツールGの挿入予定位置に予め下� ��Q3を形成する工程である。下穴形成工程で� �、仮接合用回転ツールFの攪拌ピンF2を終了� �置P6から離脱したときに形成される抜き穴を ドリルなどで拡径することで、第一金属部材 1aの側面14aに設定された終了位置P6に下穴Q3を 形成する。この下穴Q3は、本接合用回転ツー� ��Gの攪拌ピンG2の圧入抵抗を低減する目的で� ��けられるものである。なお、本実施形態の� ��接合工程における摩擦攪拌の終了位置P6は� �後記する本接合工程における摩擦攪拌の開� �位置P7となる。

 本接合工程は、図27に示すように、接合構� �物1Aの第一側面Cに露出する突合部J1に摩擦攪 拌を行う工程である。
 まず、図28(a)に示すように、第一金属部材1a の側面14aの開始位置P7に形成された下穴Q3内� �本接合用回転ツールGの攪拌ピンG2の先端を� �入して、本接合用回転ツールGによって摩擦� ��拌を行う。そして、図27に示すように、本� �合用回転ツールGを、第一金属部材1aの側面14 aに設定された開始位置P7から終了位置P8まで� ��コの字状の移動軌跡を形成するように移動� ��せて、第一金属部材1aと第二金属部材1bとの 突合部J1に対して摩擦攪拌を行う。

 具体的には、開始位置P7から裏面B側の裏� ��側塑性化領域W2の端部、第一金属部材1aと第 二金属部材1bとの継ぎ目、表面A側の表面側塑 性化領域W1の端部を通過して、終了位置P8ま� �移動させることで、コの字状の第一側面側� �性化領域W3が第一側面Cに形成される。この� �一側面側塑性化領域W3によって表面A側の表� �側塑性化領域W1と裏面B側の裏面側塑性化領� �W2との間の未塑性化領域が閉塞される。

 ここで、第一側面Cに形成された第一側面 側塑性化領域W3では、本接合用回転ツールGの 進行方向V3に沿ってトンネル状の空洞欠陥R3� �発生しているものとする。本実施形態のよ� �に、本接合用回転ツールGを右回転させた場� ��には、本接合用回転ツールGの進行方向V3の� ��側に空洞欠陥R3が形成される。すなわち、� �実施形態では、コの字状の移動軌跡の溝内� �に空洞欠陥R3が対応するように設定されてお り、コの字状に形成された第一側面側塑性化 領域W3の溝内側に空洞欠陥R3が形成されてい� �。

 本接合用回転ツールGが終了位置P8に達し� ��ら、本接合用回転ツールGを回転させつつ上 昇させて攪拌ピンG2を終了位置P8から離脱さ� �る。このように、終了位置P8で攪拌ピンG2を� ��方に離脱させると、図28(b)に示すように、� �了位置P8に攪拌ピンG2と略同形の抜き穴Q4が� �成される。

(9)第一補修工程
 第一補修工程は、第三本接合工程において� ��一金属部材1aの側面14aに形成された抜き穴Q4 に充填用金属部材hを充填する充填用金属部� �挿入工程と(図28(b)参照)、接合構造物1Aと充� �用金属部材hの突合部J4に対して第一側面Cか� ��摩擦攪拌を行う補修接合工程と(図29参照)、 補修接合工程において充填用金属部材hの表� �に形成された抜き穴Q5に溶接金属Tを充填す� �補修溶接工程と(図30参照)、を含むものであ� ��。

 充填用金属部材挿入工程は、図28(b)に示� �ように、第三本接合工程において本接合用� �転ツールG(図28(a)参照)を離脱したときに、第 一金属部材1aの側面14aに形成された抜き穴Q4� �、抜き穴Q4と同形の充填用金属部材hを挿入� �て、抜き穴Q4を埋める工程である。本実施形 態では、接合構造物1Aと同一組成の金属材料� ��充填用金属部材hを形成しているが、摩擦攪 拌可能な金属材料であればよい。

 補修接合工程は、図29に示すように、接合� �造物1Aと充填用金属部材hとの突合部J4に対し て、仮接合用回転ツールF(図4(a)参照)を用い� �摩擦攪拌を行うものである。
 補修接合工程では、接合構造物1Aと充填用� �属部材hとの継ぎ目上に設定された摩擦攪拌� ��開始位置P9に、仮接合用回転ツールF(図4(a)� �照)の攪拌ピンF2を入り込ませ、接合構造物1A と充填用金属部材hとの継ぎ目に沿って、仮� �合用回転ツールFを移動させることで、突合� ��J4の全周に亘って摩擦攪拌を行う。
 なお、補修接合工程における摩擦攪拌接合� ��、前記した各接合工程で行われた摩擦攪拌� ��合と略同等であるため、その詳細な説明は� ��略する。

 本実施形態では、突合部J4の全周に亘っ� �摩擦攪拌を行った後に、仮接合用回転ツー� �F(図4(a)参照)を、充填用金属部材hの表面の中 心位置に設定された摩擦攪拌の終了位置P10(� �三本接合工程における摩擦攪拌の終了位置P8 )まで移動させ、仮接合用回転ツールFを終了� ��置P10から離脱させる。このように、終了位� ��P10で攪拌ピンF2を上方に離脱させると、終� �位置P10に攪拌ピンF2と略同形の抜き穴Q5が形� ��される(図30参照)。

 ここで、本実施形態では、接合構造物1A� �充填用金属部材hとの突合部J4を摩擦攪拌す� �ために、仮接合工程で使用した仮接合用回� �ツールFを用いているが、接合構造物1Aと充� �用金属部材hとの継ぎ目に沿って、円周状に� ��拌ピンを移動させることができる大きさで� ��れば、他の回転ツールを用いてもよい。

 補修溶接工程では、図30に示すように、� �填金属部材hの表面に形成された抜き穴Q5内� �MIG溶接等の肉盛溶接を行うことで、抜き穴Q5 内に溶接金属Tを充填する。

 なお、補修溶接工程は、MIG溶接に限定する� ��のではなく、他の公知の溶接を行ってもよ� ��。また、溶接材料は、接合構造物1Aと異な� �ていてもよいが、本実施形態では同一の材� �を用いている。
 また、補修溶接工程では、抜き穴Q5に溶接� �属Tを充填した後に、第一金属部材1aの側面14 aよりも盛り上がっている部分の溶接金属Tを� ��除することが望ましい。

(10)第四本接合工程
 第四本接合工程は、図31に示すように、第� �金属部材1aと第二金属部材1bとの突合部J1に� �して、接合構造物1Aの第二側面Dから摩擦攪� �接合を行う工程である。
 第四本接合工程は、突合部J1を仮接合する� �接合工程と、本接合用回転ツールG(図4(b)参� �)の挿入予定位置に予め下穴を形成する下穴� ��成工程と、突合部J1に対して摩擦攪拌を行� �本接合工程と、を含むものである。
 第四本接合工程では、第一補修工程が終了� ��たら、接合構造物1Aを図示せぬ摩擦攪拌装� �から一旦取り外し、第二側面Dを上方に向け� ��再度固定した状態で、仮接合工程、下穴形� ��工程、本接合工程を行う。第四本接合工程� ��おける各工程は、第三本接合工程の各工程� ��同等であるため、その説明は省略する。な� ��、第四本接合工程で形成された塑性化領域� ��第二側面側塑性化領域W4とする。

(11)第二補修工程
 第二補修工程は、図31に示すように、第四� �接合工程において第一金属部材1aの側面15aに 形成された抜き穴Q6に充填用金属部材hを充填 する充填用金属部材挿入工程と、接合構造物 1Aと充填用金属部材hとの突合部J5に対して摩� ��攪拌を行う補修接合工程と、補修接合工程� ��おいて充填用金属部材hの表面に形成された 抜き穴Q7に溶接金属Tを充填する補修溶接工程 と、を含むものである。なお、第二補修工程 における各工程は、第一補修工程の各工程と 同等であるため、その説明は省略する。

 以上のような各工程により、図24に示す� �うに、第一金属部材1aの端面と第二金属部材 1bの端面とが接合された接合構造物1Aが形成� �れる。

 本実施形態の接合構造物の製造方法によ� ��ば、図30に示すように、第一補修工程及び� �二補修工程において仮接合用回転ツールFの� ��き穴Q4,Q6に充填用金属部材hを充填すること� ��、第三本接合工程及び第四本接合工程にお� ��て摩擦攪拌の終了位置に形成された抜き穴Q 4,Q6が埋まるため、抜き穴Q4,Q6による接合箇所 の強度低下を防ぐことができる。つまり、第 三本接合工程及び第四本接合工程では接合構 造物1Aに摩擦攪拌の終了位置を設けることが� ��きる。これにより、第三本接合工程及び第� ��本接合工程では摩擦攪拌の終了位置を設定� ��るためのタブ材を省略することができるた� ��、接合作業における工数を少なくすること� ��できる。

 また、第一補修工程及び第二補修工程に� ��いて仮接合用回転ツールFを離脱したときに 形成される抜き穴Q5,Q7に溶接金属Tを充填して 埋めることで、抜き穴Q5,Q7による接合箇所の� ��度低下を防ぐことができるとともに、接合� ��所を平坦に仕上げることができる。

 また、図1に示すように、接合構造物1Aの� ��側面C,Dにおいて突合部J1に形成される第一� �面側塑性化領域W3、第二側面側塑性化領域W4� ��一部を、第一本接合工程及び第二本接合工� ��で形成された表面側塑性化領域W1、裏面側� �性化領域W2に重複させることで、接合構造物 1Aの両側面C,Dにおいて第一金属部材1aと第二� �属部材1bとの継ぎ目が確実に塞がれるため、 金属部材1a,1b同士の接合部における気密性及� ��水密性を向上させることができる。

 また、各接合工程の前に、第一金属部材1 aと第二金属部材1bとの突合部J1に対して仮接� ��を行うことで、突合部J1に回転ツールGを押� ��込むことによる突合部J1の目開きを防ぐこ� �ができ、各接合工程を好適に行うことがで� �る。

 また、各接合工程では、本接合用回転ツ� ��ルGの挿入予定位置に予め下穴を形成するこ とで、回転ツールGを接合構造物1Aに押し込む 際の圧入抵抗を低減することができる。これ により、摩擦攪拌接合の精度を高めることが できるとともに、迅速に接合作業を行うこと ができる。

 また、図27及び図31に示すように、第三本 接合工程及び第四本接合工程では、本接合用 回転ツールGを摩擦攪拌の開始位置から突合� �J1を通過して終了位置までコの字状の軌跡で 移動させるときに、本接合用回転ツールGの� �行方向左側がコの字状の移動軌跡の溝内側� �対応するように設定している。この構成で� �、コの字状に形成された第一側面側塑性化� �域W3の溝内側に空洞欠陥が形成されることに なり、コの字状の第一側面側塑性化領域W3の� ��側に空洞欠陥が形成された場合と比較して� ��空洞欠陥の距離が短くなるため、金属部材1 a,1b同士の接合部における気密性及び水密性� �向上させることができる。

 以上、本発明の実施形態について説明した� ��、本発明は前記実施形態に限定されること� ��く、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設� ��変更が可能である。
 例えば、本実施形態の製造方法において、� ��一本接合工程で表面Aに形成された表面側塑 性化領域W1と、第二本接合工程で裏面Bに形成 された裏面側塑性化領域W2とを重複させても� ��い。この構成では、接合構造物1Aの奥まで� �性化されるため、第一金属部材1aと第二金属 部材1bとの接合部における気密性及び水密性� ��向上させることができる。

 また、第三本接合工程では、接合構造物1 Aの第一側面Cに形成された第一側面側塑性化� ��域W3と、接合構造物1Aの第二側面Dに形成さ� �た第二側面側塑性化領域W4とを重複させても よい。この構成では、接合構造物1Aの奥まで� ��性化されるため、第一金属部材1aと第二金� �部材1bとの接合部における気密性及び水密性 を向上させることができる。

 また、図27に示すように、本実施形態で� �、本接合用回転ツールGを右回転させている� ��め、本接合用回転ツールGの進行方向左側が コの字状の移動軌跡の溝内側に対応するよう に設定しているが、図32に示すように、本接� ��用回転ツールGを左回転させた場合には、空 洞欠陥R4は進行方向V4の右側に形成されるた� �、本接合用回転ツールGの進行方向右側がコ� ��字状の移動軌跡の溝内側に対応するように� ��定する。このように、本接合用回転ツールG を左回転させた場合であっても、コの字状に 形成された第一側面側塑性化領域W3の溝内側� ��空洞欠陥R4を形成することができる。