中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法
【課題】 接合欠陥が生じることのない中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法を提供する。
【解決手段】 ２つの中空状被接合材１、２の開口端部どうしを突き合わせ、両被接合材１、２の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材３を両被接合材１、２に跨るように配置した状態で、両被接合材１、２を摩擦攪拌接合する方法である。支持部材３の外周面における軸方向の中間部に環状外方突出部４を全周にわたって設ける。支持部材３の環状外方突出部４の両側にそれぞれ被接合材１、２の端部内に嵌め入れられかつ被接合材１、２を内側から支持する支持部５、６を設ける。支持部材３の両支持部５、６を両被接合材１、２内に嵌め入れて両被接合材１、２の端面を環状外方突出部４に当接させ、この状態で両被接合材１、２の突き合わせ端部および支持部材３を外周側から摩擦攪拌接合する。
【解決手段】 ２つの中空状被接合材１、２の開口端部どうしを突き合わせ、両被接合材１、２の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材３を両被接合材１、２に跨るように配置した状態で、両被接合材１、２を摩擦攪拌接合する方法である。支持部材３の外周面における軸方向の中間部に環状外方突出部４を全周にわたって設ける。支持部材３の環状外方突出部４の両側にそれぞれ被接合材１、２の端部内に嵌め入れられかつ被接合材１、２を内側から支持する支持部５、６を設ける。支持部材３の両支持部５、６を両被接合材１、２内に嵌め入れて両被接合材１、２の端面を環状外方突出部４に当接させ、この状態で両被接合材１、２の突き合わせ端部および支持部材３を外周側から摩擦攪拌接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種産業において利用される金属製品を製造するための中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
中空管や中空形材などのような中空材を、開口端部どうしを突き合わせて接合する場合、従来、ＭＩＧやＴＩＧなどのアーク溶接が適用されていた。しかしながら、JIS Ａ６０００系合金などの熱処理型合金をアーク溶接により接合すると、溶接時の入熱によって溶接熱影響部の強度低下や熱歪みが生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決した接合法として、近年、固相接合法である摩擦攪拌接合法が適用されるようになってきている。
【０００５】
たとえば、中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法として、２つの円筒状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように直接突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１記載の方法において、両被接合部材および支持部材の接合部を健全なものにするには、接合前の状態において、支持部材を両被接合材の突き合わせ端部内に圧入する必要がある。しかしながら、支持部材を両被接合材の突き合わせ端部内に圧入する場合、支持部材を両被接合材に対して適正な位置にずれることなく配置することが困難である。したがって、支持部材が両被接合材に対して位置ずれすることがあり、その結果接合部に接合欠陥が発生するおそれがある。
【特許文献１】特許第３２９７８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、接合欠陥が生じることのない中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)２つの中空状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材を外周側から摩擦攪拌接合する方法であって、
支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させ、この状態で両被接合材の突き合わせ端部および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合することを特徴とする中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１０】
2)環状外方突出部における支持部材の軸方向の幅をＷｍｍ、摩擦攪拌接合用工具のプローブ径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍの条件を満たす上記1)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１１】
3)両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を等しくし、支持部材の両支持部の外周長を等しくしておく上記1)または2)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１２】
4)支持部材における両支持部外周面からの環状外方突出部の突出高さをＨｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たす上記3)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１３】
5)支持部材の両支持部の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たす上記3)または4)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１４】
6)両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を異なったものとし、支持部材における環状外方突出部の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材を内側から支持する第１の支持部を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材を内側から支持する第２の支持部を設けておき、第１支持部の外周長を第２支持部の外周長よりも長くしておく上記1)または2)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１５】
7)支持部材における環状外方突出部の第１支持部外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部の第２支持部材外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たす上記6)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１６】
8)支持部材の第１支持部の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材の第２支持部の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たす上記6)または7)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１７】
9)支持部材の両支持部の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなった先細り部を形成しておく上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１８】
10)両被接合材および支持部材がそれぞれアルミニウムからなる上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１９】
11)両被接合材および支持部材がそれぞれJIS Ａ６０００系合金からなる上記10)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００２０】
12)両端が開口した複数の筒状被接合材を接合することにより形成された筒状体であり、隣り合う筒状被接合材どうしが、上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている筒状体。
【００２１】
13)胴と胴の少なくとも一端を閉鎖する閉鎖壁とからなり、かつ胴の長さ方向に分断した複数の容器構成部材を接合することにより形成された容器であって、隣り合う容器構成部材どうしが、上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【発明の効果】
【００２２】
上記1)の方法によれば、支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させるので、支持部材の両被接合材に対する位置ずれを簡単かつ確実に防止することができる。したがって、両被接合材および支持部材を欠陥が生じることなく接合することが可能になる。しかも、支持部材の両被接合材に対する位置ずれを防止することができるので、支持部材の長さを必要最小限にすることができる。
【００２３】
上記2)の方法によれば、両被接合材の接合部の接合強度の低下を防止することができる。
上記3)の方法によれば、相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長が等しい両被接合材を、欠陥が生じることなく接合することができる。
【００２４】
上記4)の方法によれば、接合部の肉厚減少を低減することができ、接合強度の低下を防止することができる。
【００２５】
上記5)の方法によれば、両被接合材および支持部材を組み合わせた際に、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と支持部材の両支持部の外周面との間に隙間が生じることを防止することができ、その結果接合部を欠陥のない健全なものにすることができる。
【００２６】
上記6)の方法によれば、相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長が異なっている両被接合材を、欠陥が生じることなく接合することができる。
【００２７】
上記7)の方法によれば、接合部の肉厚減少を低減することができ、接合強度の低下を防止することができる。
【００２８】
上記8)の方法によれば、両被接合材および支持部材を組み合わせた際に、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と支持部材の両支持部の外周面との間に隙間が生じることを防止することができ、その結果接合部を欠陥のない健全なものにすることができる。
【００２９】
上記9)の方法によれば、支持部材の両支持部の被接合材内への嵌入を比較的簡単に行うことができる。
【００３０】
上記11)の方法のように、両被接合材および支持部材がそれぞれ熱処理型合金であるJIS Ａ６０００系合金からなる場合であっても、両被接合材および支持部材に、熱影響に起因する強度低下や熱歪みの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３２】
実施形態１
この実施形態は図１〜図３に示すものである。
【００３３】
まず、両端が開口した円筒状である２つの被接合材(1)(2)と、円環状（短円筒状）の支持部材(3)とを用意する。両被接合材(1)(2)の肉厚および内径、すなわち内周長は全長にわたって等しくなっており、これにより両被接合材(1)(2)の突き合わせ端部の肉厚および内周長が等しくなっている。また、支持部材(3)の外周面における支持部材(3)の軸方向の中間部に、環状外方突出部(4)が全周にわたって一体に形成されている。支持部材(3)における環状外方突出部(4)の両側には、両被接合材(1)(2)の一方の開口端部内に嵌め入れられかつ両被接合材(1)(2)を内側から支持する支持部(5)(6)を形成しておく。支持部材(3)における両支持部(5)(6)の外周長は等しくなっている。また、各支持部(5)(6)の外周面の先端部は先端に向かって縮径されており、これにより各支持部(5)(6)の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなったテーパ状の先細り部(5a)(6a)を形成しておく。
【００３４】
ここで、支持部材(3)における両支持部(5)(6)外周面からの環状外方突出部(4)の突出高さをＨｍｍ、両被接合材(1)(2)の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たすことが好ましい（図２参照）。Ｔ＞Ｈの場合、接合部の肉厚が減少し、その結果接合強度が低下するおそれがある。Ｔ≦Ｈとすれば、接合部の肉厚減少を低減することができるが、１．２Ｔ＜Ｈとなっても効果はほとんど変わらない。したがって、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たすことが好ましい。また、支持部材(3)の両支持部(5)(6)の先細り部(5a)(6a)を除いた部分の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材(1)(2)の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たすことが好ましい。Ｌｂ＜Ｌｐの場合、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と両支持部の外周面との間に隙間が生じて健全な接合部が得られないことがあり、Ｌｂ＞１．０１Ｌｐの場合、支持部(5)(6)の被接合材(1)(2)内への嵌め入れが困難になることがあるからである。
【００３５】
両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれか、たとえばJIS Ａ６０００系合金により形成されている。両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は、押出加工、鍛造加工、切削加工などの適当な加工法によりつくられる。
【００３６】
ついで、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を、両被接合材(1)(2)の開口端部内に嵌め入れるとともに、両被接合材(1)(2)の端面を環状外方突出部(4)の両側面に当接させ、摩擦攪拌接合用工具(7)を用いて両被接合材(1)(2)および支持部材(3)を摩擦攪拌接合する。
【００３７】
摩擦攪拌接合用工具(7)は、先端部にテーパ部を介して小径部(8a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(8)と、回転子(8)の小径部(8a)の端面に小径部(8a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(8a)よりも小径であるピン状プローブ(9)とを備えている。回転子(8)およびプローブ(9)は、両被接合材(1)(2)よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【００３８】
ここで、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅をＷｍｍ、プローブ(9)の径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることが好ましい（図２参照）。Ｄ−Ｗ＜１．５ｍｍの場合、両被接合材(1)(2)と支持部材(3)との攪拌が不十分となり、これらの接合部の接合強度が低下するおそれがあるからである。Ｄ−Ｗの上限は、たとえば１０ｍｍ程度である。なお、プローブ(9)の長さは、両被接合材(1)(2)の開口端部の肉厚と等しいか、あるいはこの肉厚よりも長くしておくのがよい。
【００３９】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(7)を回転させながら、両被接合材(1)(2)の突き合わせ部分における周方向の１個所に、両被接合材(1)(2)に跨るようにプローブ(9)を埋入するとともに、工具(7)における小径部(8a)とプローブ(9)との間の肩部(8b)を、両被接合材(1)(2)の外周面に押し付ける。このとき、プローブ(9)の中心を環状外方突出部(4)の幅方向の中心に一致させる。すると、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることから、プローブ(9)は環状外方突出部(4)を含んで両被接合材(1)(2)に跨るように埋入され、肩部(8b)は両被接合材(1)(2)の外周面に押し付けられる。肩部(8b)の両被接合材(1)(2)への押し付けにより、接合開始時および接合途中に生じることのある軟化部の肉の飛散を防止して良好な接合状態を得ることができるとともに、両被接合材(1)(2)と肩部(8b)との摺動によって摩擦熱をさらに発生させてプローブ(9)と両被接合材(1)(2)および支持部材(3)との接触部およびその近傍の軟化を促進することができ、しかも接合部の表面へのバリ等の凹凸の発生を防止することができる。
【００４０】
ついで、両被接合材(1)(2)と摩擦攪拌接合用工具(7)とを相対的に移動させることによって、プローブ(9)を上記突き合わせ部分の周方向に移動させる。
【００４１】
すると、プローブ(9)の回転により発生する摩擦熱と、両被接合材(1)(2)と肩部(8b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記突き合わせ部分の近傍において両被接合材(1)(2)および支持部材(3)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(9)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(9)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(9)の移動に伴って繰り返されることにより、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が接合されていく。このとき、支持部材(3)の環状外方突出部(4)は両被接合材(1)(2)と完全に一体的に接合され、両支持部(5)(6)における環状外方突出部(4)寄りの部分も両被接合材(1)(2)に接合される（図３参照）。
【００４２】
そして、プローブ(9)が上記突き合わせ部分の全周にわたって移動したときに両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が全周にわたって接合される。ついで、両被接合材(1)(2)の当接部分の終端部に配置した当て部材（図示略）までプローブ(9)を移動させ、ここでプローブ(9)を引き抜く。こうして、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が摩擦攪拌接合される。
【００４３】
上記実施形態１においては、両被接合材(1)(2)の内周長および肉厚は全長にわたって等しくなっているが、これに限定されるものではなく、互いに突き合わせられる開口端部の内周長および肉厚が等しくなっていればよい。
【００４４】
次に、実施形態１の方法の具体的実験例について、参考例とともに説明する。
【００４５】
実験例１〜７
JIS Ａ６０６１−Ｔ６からなる２つの被接合材(1)(2)を用意した。両被接合材(1)(2)は、外径２００ｍｍ、内径１９０ｍｍ、肉厚５ｍｍである。また、JIS Ａ６０６１−Ｔ６からなる支持部材(3)を用意した。支持部材(3)は、両支持部(5)(6)の先細り部(5a)(6a)を除いた部分の外径１９０ｍｍ、内径１６０ｍｍ、環状外方突出部(4)の外径２００ｍｍ、環状外方突出部(4)の支持部(5)(6)外周面からの突出高さＨ５ｍｍである。さらに、摩擦攪拌接合用工具(7)として、回転子(8)の小径部(8a)端面における肩部(8b)の直径：１５ｍｍ、プローブ(9)径：５ｍｍ、プローブ(9)長：５ｍｍのものを用意した。
【００４６】
そして、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅を種々変更して、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)を実施形態１に述べた方法により摩擦攪拌接合した。
【００４７】
参考例
支持部材として環状外方突出部が設けられていないものを使用し、両被接合材(1)(2)の端面どうしを直接当接させるとともに、支持部材の長さ方向の中央部が両被接合材の端面どうしの当接部に位置するように配置した他は、上記実験例１〜７と同様にして両被接合材(1)(2)および支持部材を摩擦攪拌接合した。
【００４８】
その後、実験例１〜７と参考例とにより得られた両被接合材(1)(2)および支持部材(3)の接合体の接合部から試験片を作成して引張試験を行い、接合部の引張強度を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１における引張強さは、参考例の引張強さを１．０として算出した。
【表１】
【００４９】
表１に示す結果から、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅Ｗｍｍとプローブの径Ｄｍｍとの関係は、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることが好ましいことがわかる。
【００５０】
図４は実施形態１の方法を用いて製造される容器を示す。
【００５１】
図４において、容器(10)は、円筒状胴(11)と胴(11)の少なくとも一端開口を閉鎖する閉鎖壁(12)とよりなり、両端が開口したアルミニウム押出管からなりかつ胴(11)の大部分を構成する第１容器構成部材(13)と、第１容器構成部材(13)の少なくとも一端部に接合されて胴(11)の一部分および閉鎖壁(12)を構成するアルミニウム製第２容器構成部材(14)とにより形成されている。第２容器構成部材(14)は、鍛造または切削により形成されたものである。
【００５２】
第１容器構成部材(13)は、胴(11)の大部分を構成する円筒状部(15)を有している。第２容器構成部材(14)は、胴(11)の一部分を構成する短円筒状部(16)と短円筒状部(16)の一端を閉鎖し、かつ閉鎖壁(12)を構成するドーム状部(17)を有している。
【００５３】
第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の肉厚および内周長は、第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の開口側端部の肉厚および内周長と等しくなっている。第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の端部と、第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の端部とは次のようにして接合されている。すなわち、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を、第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の開口端部内および第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の開口端部内に嵌め入れるとともに、円筒状部(15)および短円筒状部(16)の端面を環状外方突出部(4)の両側面に当接させた状態で、両容器構成部材(11)(12)および支持部材(3)が、実施形態１と同様な方法により摩擦攪拌接合されている。
【００５４】
実施形態２
この実施形態は図５および図６に示すものである。
【００５５】
この実施形態の場合、円筒状の２つの被接合材(20)(21)における相互に突き合わせる端部の外周長が等しく、かつ両被接合材(20)(21)の突き合わせ端部の外周面は同一円筒面上に位置しているが、両被接合材(20)(21)の突き合わせ端部の肉厚および内周長は異なったものとなっている点、ならびに支持部材(3)における環状外方突出部(4)の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材(20)を内側から支持する第１の支持部(5)を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材(21)を内側から支持する第２の支持部(6)を設けておき、第１支持部(5)の外周長を第２支持部(6)の外周長よりも長くしておく点が実施形態１と異なっている。
【００５６】
ここで、支持部材(3)における環状外方突出部(4)の第１支持部(5)外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材(20)の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部(4)の第２支持部(6)外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、実施形態１の場合と同様に、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たすことが好ましい（図５参照）。また、支持部材(3)の第１支持部(5)の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材(20)の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材(3)の第２支持部(6)の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材(21)の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、実施形態１の場合と同様に、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たすことが好ましい。
【００５７】
そして、実施形態１の方法と同様に、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を両被接合材(20)(21)内に嵌め入れるとともに、両被接合材(20)(21)の端面を支持部材(3)の環状外方突出部(4)の両面に当接させた状態で、両被接合材(20)(21)および支持部材(3)を摩擦攪拌接合する。なお、摩擦攪拌接合用工具(7)のプローブ(9)の径Ｄと、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅Ｗとの関係は実施形態１の場合と同じである。
【００５８】
上記実施形態１および２においては、両被接合材は両端が開口した筒状であるが、これに限定されず、この発明は、一端が開口するとともに他端が閉鎖された筒状の２つの被接合材の開口端部どうしの接合、および両端が開口した筒状の被接合材と一端が開口するとともに他端が閉鎖された筒状の被接合材との開口端部どうしの接合にも適用可能である。さらに、被接合材は円筒状に限らず、その横断面形状はだ円形等適宜変形可能である。この場合、支持部材の横断面形状も被接合材の横断面形状に合わせて適宜変更される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施形態１の方法を示す分解斜視図である。
【図２】この発明の実施形態１の方法を示し、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を支持部材の環状外方突出部の両面に当接させた状態の部分拡大断面図である。
【図３】この発明の実施形態１の方法により接合した両被接合材および支持部材の接合部を示す部分拡大断面図である。
【図４】この発明の実施形態１の方法により製造された容器を示す縦断面図である。
【図５】この発明の実施形態２の方法を示し、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を支持部材の環状外方突出部の両面に当接させた状態の部分拡大断面図である。
【図６】この発明の実施形態２の方法により接合した両被接合材および支持部材の接合部を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
(1)(2)(20)(21)：被接合材
(3)：支持部材
(4)：環状外方突出部
(5)(6)：支持部
(5a)(6a)：先細り部
(7)：摩擦攪拌接合用工具
(9)：プローブ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種産業において利用される金属製品を製造するための中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
中空管や中空形材などのような中空材を、開口端部どうしを突き合わせて接合する場合、従来、ＭＩＧやＴＩＧなどのアーク溶接が適用されていた。しかしながら、JIS Ａ６０００系合金などの熱処理型合金をアーク溶接により接合すると、溶接時の入熱によって溶接熱影響部の強度低下や熱歪みが生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決した接合法として、近年、固相接合法である摩擦攪拌接合法が適用されるようになってきている。
【０００５】
たとえば、中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法として、２つの円筒状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように直接突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１記載の方法において、両被接合部材および支持部材の接合部を健全なものにするには、接合前の状態において、支持部材を両被接合材の突き合わせ端部内に圧入する必要がある。しかしながら、支持部材を両被接合材の突き合わせ端部内に圧入する場合、支持部材を両被接合材に対して適正な位置にずれることなく配置することが困難である。したがって、支持部材が両被接合材に対して位置ずれすることがあり、その結果接合部に接合欠陥が発生するおそれがある。
【特許文献１】特許第３２９７８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、接合欠陥が生じることのない中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)２つの中空状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材を外周側から摩擦攪拌接合する方法であって、
支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させ、この状態で両被接合材の突き合わせ端部および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合することを特徴とする中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１０】
2)環状外方突出部における支持部材の軸方向の幅をＷｍｍ、摩擦攪拌接合用工具のプローブ径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍの条件を満たす上記1)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１１】
3)両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を等しくし、支持部材の両支持部の外周長を等しくしておく上記1)または2)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１２】
4)支持部材における両支持部外周面からの環状外方突出部の突出高さをＨｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たす上記3)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１３】
5)支持部材の両支持部の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たす上記3)または4)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１４】
6)両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を異なったものとし、支持部材における環状外方突出部の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材を内側から支持する第１の支持部を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材を内側から支持する第２の支持部を設けておき、第１支持部の外周長を第２支持部の外周長よりも長くしておく上記1)または2)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１５】
7)支持部材における環状外方突出部の第１支持部外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部の第２支持部材外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たす上記6)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１６】
8)支持部材の第１支持部の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材の第２支持部の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たす上記6)または7)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１７】
9)支持部材の両支持部の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなった先細り部を形成しておく上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１８】
10)両被接合材および支持部材がそれぞれアルミニウムからなる上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００１９】
11)両被接合材および支持部材がそれぞれJIS Ａ６０００系合金からなる上記10)記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【００２０】
12)両端が開口した複数の筒状被接合材を接合することにより形成された筒状体であり、隣り合う筒状被接合材どうしが、上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている筒状体。
【００２１】
13)胴と胴の少なくとも一端を閉鎖する閉鎖壁とからなり、かつ胴の長さ方向に分断した複数の容器構成部材を接合することにより形成された容器であって、隣り合う容器構成部材どうしが、上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【発明の効果】
【００２２】
上記1)の方法によれば、支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させるので、支持部材の両被接合材に対する位置ずれを簡単かつ確実に防止することができる。したがって、両被接合材および支持部材を欠陥が生じることなく接合することが可能になる。しかも、支持部材の両被接合材に対する位置ずれを防止することができるので、支持部材の長さを必要最小限にすることができる。
【００２３】
上記2)の方法によれば、両被接合材の接合部の接合強度の低下を防止することができる。
上記3)の方法によれば、相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長が等しい両被接合材を、欠陥が生じることなく接合することができる。
【００２４】
上記4)の方法によれば、接合部の肉厚減少を低減することができ、接合強度の低下を防止することができる。
【００２５】
上記5)の方法によれば、両被接合材および支持部材を組み合わせた際に、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と支持部材の両支持部の外周面との間に隙間が生じることを防止することができ、その結果接合部を欠陥のない健全なものにすることができる。
【００２６】
上記6)の方法によれば、相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長が異なっている両被接合材を、欠陥が生じることなく接合することができる。
【００２７】
上記7)の方法によれば、接合部の肉厚減少を低減することができ、接合強度の低下を防止することができる。
【００２８】
上記8)の方法によれば、両被接合材および支持部材を組み合わせた際に、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と支持部材の両支持部の外周面との間に隙間が生じることを防止することができ、その結果接合部を欠陥のない健全なものにすることができる。
【００２９】
上記9)の方法によれば、支持部材の両支持部の被接合材内への嵌入を比較的簡単に行うことができる。
【００３０】
上記11)の方法のように、両被接合材および支持部材がそれぞれ熱処理型合金であるJIS Ａ６０００系合金からなる場合であっても、両被接合材および支持部材に、熱影響に起因する強度低下や熱歪みの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３２】
実施形態１
この実施形態は図１〜図３に示すものである。
【００３３】
まず、両端が開口した円筒状である２つの被接合材(1)(2)と、円環状（短円筒状）の支持部材(3)とを用意する。両被接合材(1)(2)の肉厚および内径、すなわち内周長は全長にわたって等しくなっており、これにより両被接合材(1)(2)の突き合わせ端部の肉厚および内周長が等しくなっている。また、支持部材(3)の外周面における支持部材(3)の軸方向の中間部に、環状外方突出部(4)が全周にわたって一体に形成されている。支持部材(3)における環状外方突出部(4)の両側には、両被接合材(1)(2)の一方の開口端部内に嵌め入れられかつ両被接合材(1)(2)を内側から支持する支持部(5)(6)を形成しておく。支持部材(3)における両支持部(5)(6)の外周長は等しくなっている。また、各支持部(5)(6)の外周面の先端部は先端に向かって縮径されており、これにより各支持部(5)(6)の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなったテーパ状の先細り部(5a)(6a)を形成しておく。
【００３４】
ここで、支持部材(3)における両支持部(5)(6)外周面からの環状外方突出部(4)の突出高さをＨｍｍ、両被接合材(1)(2)の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たすことが好ましい（図２参照）。Ｔ＞Ｈの場合、接合部の肉厚が減少し、その結果接合強度が低下するおそれがある。Ｔ≦Ｈとすれば、接合部の肉厚減少を低減することができるが、１．２Ｔ＜Ｈとなっても効果はほとんど変わらない。したがって、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たすことが好ましい。また、支持部材(3)の両支持部(5)(6)の先細り部(5a)(6a)を除いた部分の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材(1)(2)の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たすことが好ましい。Ｌｂ＜Ｌｐの場合、両被接合材の突き合わせ端部の内周面と両支持部の外周面との間に隙間が生じて健全な接合部が得られないことがあり、Ｌｂ＞１．０１Ｌｐの場合、支持部(5)(6)の被接合材(1)(2)内への嵌め入れが困難になることがあるからである。
【００３５】
両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれか、たとえばJIS Ａ６０００系合金により形成されている。両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。両被接合材(1)(2)および支持部材(3)は、押出加工、鍛造加工、切削加工などの適当な加工法によりつくられる。
【００３６】
ついで、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を、両被接合材(1)(2)の開口端部内に嵌め入れるとともに、両被接合材(1)(2)の端面を環状外方突出部(4)の両側面に当接させ、摩擦攪拌接合用工具(7)を用いて両被接合材(1)(2)および支持部材(3)を摩擦攪拌接合する。
【００３７】
摩擦攪拌接合用工具(7)は、先端部にテーパ部を介して小径部(8a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(8)と、回転子(8)の小径部(8a)の端面に小径部(8a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(8a)よりも小径であるピン状プローブ(9)とを備えている。回転子(8)およびプローブ(9)は、両被接合材(1)(2)よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【００３８】
ここで、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅をＷｍｍ、プローブ(9)の径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることが好ましい（図２参照）。Ｄ−Ｗ＜１．５ｍｍの場合、両被接合材(1)(2)と支持部材(3)との攪拌が不十分となり、これらの接合部の接合強度が低下するおそれがあるからである。Ｄ−Ｗの上限は、たとえば１０ｍｍ程度である。なお、プローブ(9)の長さは、両被接合材(1)(2)の開口端部の肉厚と等しいか、あるいはこの肉厚よりも長くしておくのがよい。
【００３９】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(7)を回転させながら、両被接合材(1)(2)の突き合わせ部分における周方向の１個所に、両被接合材(1)(2)に跨るようにプローブ(9)を埋入するとともに、工具(7)における小径部(8a)とプローブ(9)との間の肩部(8b)を、両被接合材(1)(2)の外周面に押し付ける。このとき、プローブ(9)の中心を環状外方突出部(4)の幅方向の中心に一致させる。すると、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることから、プローブ(9)は環状外方突出部(4)を含んで両被接合材(1)(2)に跨るように埋入され、肩部(8b)は両被接合材(1)(2)の外周面に押し付けられる。肩部(8b)の両被接合材(1)(2)への押し付けにより、接合開始時および接合途中に生じることのある軟化部の肉の飛散を防止して良好な接合状態を得ることができるとともに、両被接合材(1)(2)と肩部(8b)との摺動によって摩擦熱をさらに発生させてプローブ(9)と両被接合材(1)(2)および支持部材(3)との接触部およびその近傍の軟化を促進することができ、しかも接合部の表面へのバリ等の凹凸の発生を防止することができる。
【００４０】
ついで、両被接合材(1)(2)と摩擦攪拌接合用工具(7)とを相対的に移動させることによって、プローブ(9)を上記突き合わせ部分の周方向に移動させる。
【００４１】
すると、プローブ(9)の回転により発生する摩擦熱と、両被接合材(1)(2)と肩部(8b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記突き合わせ部分の近傍において両被接合材(1)(2)および支持部材(3)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(9)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(9)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(9)の移動に伴って繰り返されることにより、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が接合されていく。このとき、支持部材(3)の環状外方突出部(4)は両被接合材(1)(2)と完全に一体的に接合され、両支持部(5)(6)における環状外方突出部(4)寄りの部分も両被接合材(1)(2)に接合される（図３参照）。
【００４２】
そして、プローブ(9)が上記突き合わせ部分の全周にわたって移動したときに両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が全周にわたって接合される。ついで、両被接合材(1)(2)の当接部分の終端部に配置した当て部材（図示略）までプローブ(9)を移動させ、ここでプローブ(9)を引き抜く。こうして、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)が摩擦攪拌接合される。
【００４３】
上記実施形態１においては、両被接合材(1)(2)の内周長および肉厚は全長にわたって等しくなっているが、これに限定されるものではなく、互いに突き合わせられる開口端部の内周長および肉厚が等しくなっていればよい。
【００４４】
次に、実施形態１の方法の具体的実験例について、参考例とともに説明する。
【００４５】
実験例１〜７
JIS Ａ６０６１−Ｔ６からなる２つの被接合材(1)(2)を用意した。両被接合材(1)(2)は、外径２００ｍｍ、内径１９０ｍｍ、肉厚５ｍｍである。また、JIS Ａ６０６１−Ｔ６からなる支持部材(3)を用意した。支持部材(3)は、両支持部(5)(6)の先細り部(5a)(6a)を除いた部分の外径１９０ｍｍ、内径１６０ｍｍ、環状外方突出部(4)の外径２００ｍｍ、環状外方突出部(4)の支持部(5)(6)外周面からの突出高さＨ５ｍｍである。さらに、摩擦攪拌接合用工具(7)として、回転子(8)の小径部(8a)端面における肩部(8b)の直径：１５ｍｍ、プローブ(9)径：５ｍｍ、プローブ(9)長：５ｍｍのものを用意した。
【００４６】
そして、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅を種々変更して、両被接合材(1)(2)および支持部材(3)を実施形態１に述べた方法により摩擦攪拌接合した。
【００４７】
参考例
支持部材として環状外方突出部が設けられていないものを使用し、両被接合材(1)(2)の端面どうしを直接当接させるとともに、支持部材の長さ方向の中央部が両被接合材の端面どうしの当接部に位置するように配置した他は、上記実験例１〜７と同様にして両被接合材(1)(2)および支持部材を摩擦攪拌接合した。
【００４８】
その後、実験例１〜７と参考例とにより得られた両被接合材(1)(2)および支持部材(3)の接合体の接合部から試験片を作成して引張試験を行い、接合部の引張強度を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１における引張強さは、参考例の引張強さを１．０として算出した。
【表１】
【００４９】
表１に示す結果から、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅Ｗｍｍとプローブの径Ｄｍｍとの関係は、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍであることが好ましいことがわかる。
【００５０】
図４は実施形態１の方法を用いて製造される容器を示す。
【００５１】
図４において、容器(10)は、円筒状胴(11)と胴(11)の少なくとも一端開口を閉鎖する閉鎖壁(12)とよりなり、両端が開口したアルミニウム押出管からなりかつ胴(11)の大部分を構成する第１容器構成部材(13)と、第１容器構成部材(13)の少なくとも一端部に接合されて胴(11)の一部分および閉鎖壁(12)を構成するアルミニウム製第２容器構成部材(14)とにより形成されている。第２容器構成部材(14)は、鍛造または切削により形成されたものである。
【００５２】
第１容器構成部材(13)は、胴(11)の大部分を構成する円筒状部(15)を有している。第２容器構成部材(14)は、胴(11)の一部分を構成する短円筒状部(16)と短円筒状部(16)の一端を閉鎖し、かつ閉鎖壁(12)を構成するドーム状部(17)を有している。
【００５３】
第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の肉厚および内周長は、第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の開口側端部の肉厚および内周長と等しくなっている。第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の端部と、第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の端部とは次のようにして接合されている。すなわち、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を、第１容器構成部材(13)の円筒状部(15)の開口端部内および第２容器構成部材(14)の短円筒状部(16)の開口端部内に嵌め入れるとともに、円筒状部(15)および短円筒状部(16)の端面を環状外方突出部(4)の両側面に当接させた状態で、両容器構成部材(11)(12)および支持部材(3)が、実施形態１と同様な方法により摩擦攪拌接合されている。
【００５４】
実施形態２
この実施形態は図５および図６に示すものである。
【００５５】
この実施形態の場合、円筒状の２つの被接合材(20)(21)における相互に突き合わせる端部の外周長が等しく、かつ両被接合材(20)(21)の突き合わせ端部の外周面は同一円筒面上に位置しているが、両被接合材(20)(21)の突き合わせ端部の肉厚および内周長は異なったものとなっている点、ならびに支持部材(3)における環状外方突出部(4)の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材(20)を内側から支持する第１の支持部(5)を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材(21)を内側から支持する第２の支持部(6)を設けておき、第１支持部(5)の外周長を第２支持部(6)の外周長よりも長くしておく点が実施形態１と異なっている。
【００５６】
ここで、支持部材(3)における環状外方突出部(4)の第１支持部(5)外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材(20)の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部(4)の第２支持部(6)外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、実施形態１の場合と同様に、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たすことが好ましい（図５参照）。また、支持部材(3)の第１支持部(5)の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材(20)の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材(3)の第２支持部(6)の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材(21)の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、実施形態１の場合と同様に、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たすことが好ましい。
【００５７】
そして、実施形態１の方法と同様に、支持部材(3)の両支持部(5)(6)を両被接合材(20)(21)内に嵌め入れるとともに、両被接合材(20)(21)の端面を支持部材(3)の環状外方突出部(4)の両面に当接させた状態で、両被接合材(20)(21)および支持部材(3)を摩擦攪拌接合する。なお、摩擦攪拌接合用工具(7)のプローブ(9)の径Ｄと、環状外方突出部(4)における支持部材(3)の軸方向の幅Ｗとの関係は実施形態１の場合と同じである。
【００５８】
上記実施形態１および２においては、両被接合材は両端が開口した筒状であるが、これに限定されず、この発明は、一端が開口するとともに他端が閉鎖された筒状の２つの被接合材の開口端部どうしの接合、および両端が開口した筒状の被接合材と一端が開口するとともに他端が閉鎖された筒状の被接合材との開口端部どうしの接合にも適用可能である。さらに、被接合材は円筒状に限らず、その横断面形状はだ円形等適宜変形可能である。この場合、支持部材の横断面形状も被接合材の横断面形状に合わせて適宜変更される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施形態１の方法を示す分解斜視図である。
【図２】この発明の実施形態１の方法を示し、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を支持部材の環状外方突出部の両面に当接させた状態の部分拡大断面図である。
【図３】この発明の実施形態１の方法により接合した両被接合材および支持部材の接合部を示す部分拡大断面図である。
【図４】この発明の実施形態１の方法により製造された容器を示す縦断面図である。
【図５】この発明の実施形態２の方法を示し、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を支持部材の環状外方突出部の両面に当接させた状態の部分拡大断面図である。
【図６】この発明の実施形態２の方法により接合した両被接合材および支持部材の接合部を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
(1)(2)(20)(21)：被接合材
(3)：支持部材
(4)：環状外方突出部
(5)(6)：支持部
(5a)(6a)：先細り部
(7)：摩擦攪拌接合用工具
(9)：プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの中空状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材を外周側から摩擦攪拌接合する方法であって、
支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させ、この状態で両被接合材の突き合わせ端部および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合することを特徴とする中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
環状外方突出部における支持部材の軸方向の幅をＷｍｍ、摩擦攪拌接合用工具のプローブ径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍの条件を満たす請求項１記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を等しくし、支持部材の両支持部の外周長を等しくしておく請求項１または２記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
支持部材における両支持部外周面からの環状外方突出部の突出高さをＨｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たす請求項３記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
支持部材の両支持部の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たす請求項３または４記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を異なったものとし、支持部材における環状外方突出部の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材を内側から支持する第１の支持部を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材を内側から支持する第２の支持部を設けておき、第１支持部の外周長を第２支持部の外周長よりも長くしておく請求項１または２記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
支持部材における環状外方突出部の第１支持部外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部の第２支持部材外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たす請求項６記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
支持部材の第１支持部の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材の第２支持部の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たす請求項６または７記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
支持部材の両支持部の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなった先細り部を形成しておく請求項１〜８のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
両被接合材および支持部材がそれぞれアルミニウムからなる請求項１〜９のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
両被接合材および支持部材がそれぞれJIS Ａ６０００系合金からなる請求項１０記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
両端が開口した複数の筒状被接合材を接合することにより形成された筒状体であり、隣り合う筒状被接合材どうしが、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている筒状体。
【請求項１３】
胴と胴の少なくとも一端を閉鎖する閉鎖壁とからなり、かつ胴の長さ方向に分断した複数の容器構成部材を接合することにより形成された容器であって、隣り合う容器構成部材どうしが、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【請求項１】
２つの中空状被接合材の開口端部どうしを、外周面が同一面内に位置するように突き合わせ、両被接合材の突き合わせ端部を内側から支持する環状の支持部材を両被接合材に跨るように配置した状態で、両被接合材を外周側から摩擦攪拌接合する方法であって、
支持部材の外周面における軸方向の中間部に、環状外方突出部を全周にわたって設けておき、支持部材における環状外方突出部の両側にそれぞれ被接合材の突き合わせ端部内に嵌め入れられかつ被接合材を内側から支持する支持部を設けておき、支持部材の両支持部を両被接合材内に嵌め入れるとともに、両被接合材の端面を環状外方突出部に当接させ、この状態で両被接合材の突き合わせ端部および支持部材を外周側から摩擦攪拌接合することを特徴とする中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
環状外方突出部における支持部材の軸方向の幅をＷｍｍ、摩擦攪拌接合用工具のプローブ径をＤｍｍとした場合、Ｄ−Ｗ≧１．５ｍｍの条件を満たす請求項１記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を等しくし、支持部材の両支持部の外周長を等しくしておく請求項１または２記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
支持部材における両支持部外周面からの環状外方突出部の突出高さをＨｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の肉厚をＴｍｍとした場合、Ｔ≦Ｈ≦１．２Ｔの条件を満たす請求項３記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
支持部材の両支持部の外周長をＬｂｍｍ、両被接合材の突き合わせ端部の内周長をＬｐｍｍとした場合、Ｌｐ≦Ｌｂ≦１．０１Ｌｐの条件を満たす請求項３または４記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
両被接合材における相互に突き合わせる端部の肉厚および内周長を異なったものとし、支持部材における環状外方突出部の片側に、薄肉突き合わせ端部を有する第１の被接合材を内側から支持する第１の支持部を設けるとともに、同他側に厚肉突き合わせ端部を有する第２の被接合材を内側から支持する第２の支持部を設けておき、第１支持部の外周長を第２支持部の外周長よりも長くしておく請求項１または２記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
支持部材における環状外方突出部の第１支持部外周面からの突出高さをＨ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の肉厚をＴ１ｍｍ、環状外方突出部の第２支持部材外周面からの突出高さをＨ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の肉厚をＴ２ｍｍとした場合、Ｔ１≦Ｈ１≦１．２Ｔ１およびＴ２≦Ｈ２≦１．２Ｔ２の条件を満たす請求項６記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項８】
支持部材の第１支持部の外周長をＬｂ１ｍｍ、第１被接合材の薄肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ１ｍｍ、支持部材の第２支持部の外周長をＬｂ２ｍｍ、第２被接合材の厚肉突き合わせ端部の内周長をＬｐ２ｍｍとした場合、Ｌｐ１≦Ｌｂ１≦１．０１Ｌｐ１およびＬｐ２≦Ｌｂ２≦１．０１Ｌｐ２の条件を満たす請求項６または７記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】
支持部材の両支持部の先端部に、外周長が先端に向かって徐々に短くなった先細り部を形成しておく請求項１〜８のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１０】
両被接合材および支持部材がそれぞれアルミニウムからなる請求項１〜９のうちのいずれかに記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】
両被接合材および支持部材がそれぞれJIS Ａ６０００系合金からなる請求項１０記載の中空状被接合材の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】
両端が開口した複数の筒状被接合材を接合することにより形成された筒状体であり、隣り合う筒状被接合材どうしが、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている筒状体。
【請求項１３】
胴と胴の少なくとも一端を閉鎖する閉鎖壁とからなり、かつ胴の長さ方向に分断した複数の容器構成部材を接合することにより形成された容器であって、隣り合う容器構成部材どうしが、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−６１９８３（Ｐ２００６−６１９８３Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１８２０３（Ｐ２００５−２１８２０３）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]