(57)【要約】      （修正有）【課題】接合屑の発生を抑制できる摩擦撹拌接合方法、筒状体の製造方法及び筒状体、中空体の製造方法及び中空体の提供。【解決手段】段部５と薄肉被接合部材２との重ね代をＬ、回転体４の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、摩擦撹拌接合時に段部５の先端部と薄肉被接合部材２の厚み方向他方面との隅部に凸部１０を形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが異なる厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の厚み方向一方面に、互いに衝合した当接部分を形成し、
前記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の厚み方向一方面に前記薄肉被接合部材を重ねて配置し、
回転体を回転させて前記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する方法において、
前記段部と前記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、前記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、
前記摩擦撹拌接合時に前記段部の先端部と前記薄肉被接合部材の厚み方向他方面との隅部に凸部を形成したことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の摩擦撹拌接合方法において、
前記段部を厚み方向他方側から支持部材で支持したことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項３】
厚みが異なる筒状の厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の外周面に、互いに衝合した当接部分を形成し、
前記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の外側に前記薄肉被接合部材を重ねて配置し、
回転体を回転させて前記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対回転移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する筒状体の製造方法において、
前記段部と前記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、前記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、
前記摩擦撹拌接合時に前記段部の先端部と前記薄肉被接合部材の内周面との隅部に凸部を形成したことを特徴とする筒状体の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法により製造されることを特徴とする筒状体。
【請求項５】
側壁の厚みが異なる有底筒状の厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の外周面に、互いに衝合した当接部分を形成し、
前記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の外側に前記薄肉被接合部材を重ねて配置し、
回転体を回転させて前記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する中空体の製造方法において、
前記段部と前記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、前記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、
前記摩擦撹拌接合時に前記段部の先端部と前記薄肉被接合部材の内周面との隅部に凸部を形成したことを特徴とする中空体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法により製造されることを特徴とする中空体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合方法、筒状体の製造方法及び筒状体、中空体の製造方法及び中空体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、摩擦撹拌接合方法、筒状体の製造方法及び筒状体、中空体の製造方法及び中空体として特許文献１の記載の技術が知られている。
この発明によれば、厚みが異なる厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の厚み方向一方面に、互いに衝合した当接部分を形成し、厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の厚み方向一方面に薄肉被接合部材を重ねて配置している。
そして、回転体を回転させて当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合している。
【特許文献１】特開２００５−３２４２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の発明にあっては、摩擦撹拌接合時において、両被接合部材の接合面に接合屑（所謂バリ）が発生してしまうという問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、摩擦撹拌接合方法、筒状体の製造方法及び筒状体、中空体の製造方法及び中空体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載の発明では、厚みが異なる厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の厚み方向一方面に、互いに衝合した当接部分を形成し、上記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の厚み方向一方面に上記薄肉被接合部材を重ねて配置し、回転体を回転させて上記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する方法において、上記段部と上記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、上記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、上記摩擦撹拌接合時に上記段部の先端部と上記薄肉被接合部材の厚み方向他方面との隅部に凸部を形成したことを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の発明では、厚みが異なる筒状の厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の外周面に、互いに衝合した当接部分を形成し、上記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の外側に上記薄肉被接合部材を重ねて配置し、回転体を回転させて上記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対回転移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する筒状体の製造方法において、上記段部と上記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、上記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、上記摩擦撹拌接合時に上記段部の先端部と上記薄肉被接合部材の内周面との隅部に凸部を形成したことを特徴としている。
【０００６】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の製造方法により製造されることを特徴とする筒状体としている。
【０００７】
請求項５記載の発明では、側壁の厚みが異なる有底筒状の厚肉被接合部材と薄肉被接合部材の外周面に、互いに衝合した当接部分を形成し、上記厚肉被接合部材の当接部分側端部に段付き形状の段部を一体形成すると共に、この段部の外側に上記薄肉被接合部材を重ねて配置し、回転体を回転させて上記当接部分に埋入した後、これら両者を当接部分に沿って相対移動させることにより、該当接部分を摩擦撹拌接合する中空体の製造方法において、上記段部と前記薄肉被接合部材との重ね代をＬ、上記回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、上記摩擦撹拌接合時に上記段部の先端部と前記薄肉被接合部材の内周面との隅部に凸部を形成したことを特徴としている。
【０００８】
請求項６記載の発明では、請求項５記載の製造方法により製造されることを特徴とする中空体としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、段部と薄肉被接合部材との重ね代をＬ、回転体の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとしている。
これにより、摩擦撹拌接合時に段部の先端部と薄肉被接合部材の厚み方向他方面との隅部に凸部を形成でき、接合屑の発生を抑制できる摩擦撹拌接合方法、筒状体の製造方法及び筒状体、中空体の製造方法及び中空体を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の摩擦撹拌接合方法の肉被接合部材及び薄肉被接合部材、支持部材、及び回転体の配置を説明する斜視図、図２は同側断面図、図３〜６は実施例１の摩擦撹拌接合方法を説明する図である。
【００１２】
先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、実施例１の摩擦撹拌接合方法では、厚肉被接合部材１及び薄肉被接合部材２と、支持部材３と、回転体４とが備えられている。
【００１３】
厚肉被接合部材１は、金属製で薄肉被接合部材２に比べて肉厚の平板状に形成される他、その端部１ａには段付き形状の段部５が該厚肉被接合部材１の長手方向に亘って一体形成されている。
【００１４】
薄肉被接合部材２は、金属製で厚肉被接合部材１よりも肉薄に形成される他、その端部２ａは段部５の上面に重ねられて重ね継手となるように組み合わされている。
これによって、両被接合部材1,2の上面に互いに衝合する当接部分６が該両被接合部材1,2の長手方向に亘って形成されている。
【００１５】
また、段部５とその周辺を含む下面には、支持部材３が該段部５の長手方向に亘って当接され、これにより、段部５が下方から支持されている。
【００１６】
回転体４は、略円柱状のショルダ部７と、該ショルダ部７の下端部に結合され、該ショルダ部７に比べて小径な略円柱状のプローブ部８とが備えられている。
また、ショルダ部７の下端外周部には、公知の特開２００３−２９０９３７号公報のものと同様に、下方へ行くに連れて縮径した傾斜面で構成された材料ならし部７ａが形成されている。
一方、ショルダ部７の上端部は、図示しないスピンドルを介して図示しない回転用モータの回転軸に連結されている。
これにより、回転体４は、回転用モータの駆動動作によって軸周り方向に回転可能に設けられている。
また、回転体４（回転用モータやスピンドル共）の上端側は、ショルダ部７（プローブ部８）の向きや位置を自在に変位可能な図示しない産業用ロボットアームの一端部に配設されている。
なお、回転用モータ及び産業用ロボットアームの駆動動作は、これらと電気的に接続された図示しないコントロールユニットで制御されている。
【００１７】
そして、段部５と薄肉被接合部材２との重ね代をＬ、回転体４の半径（ショルダ部７の半径）をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとなるように設定されている。
【００１８】
次に、作用を説明する。
[摩擦撹拌接合について]
両被接合部材1,2の当接部分６を接合するには、先ず、図１、２に示すように、コントロールユニットからの指令信号により、産業用ロボットアームが駆動して、回転体４のプローブ部８を当接部分６の接合開始位置の真上に配置させる。
【００１９】
次に、コントロールユニットからの指令信号により、回転用モータが回転駆動して、回転体４を図１中矢印Ｘ１方向に回転させる。
【００２０】
次に、図３に示すように、コントロールユニットからの指令信号により、産業用ロボットアームが駆動して回転体４を下降させて、プローブ部８を当接部分６に摺接させる。
この摺接に伴って摩擦熱が発生し、当接部分６におけるプローブ部８の摺接箇所近傍が軟化して塑性流動しながら広がる。
【００２１】
次に、図４に示すように、コントロールユニットからの指令信号により、産業用ロボットアームが駆動して回転体４をさらに下降させると、プローブ部８及びショルダ部７（材料ならし部７ａ共）が当接部分６の塑性流動域（図中破線ハッチングで図示）に挿入される。
このプローブ部８及びショルダ部７が挿入によって、塑性流動域が、なお一層撹拌されて広がると同時に、段部５の先端部５ａと薄肉被接合部材２の下面との隅部９（図２、３参照）に、該隅部９周辺部位の余肉が変形して突出した凸部１０が形成される。
【００２２】
次に、図５に示すように、コントロールユニットからの指令信号により、産業用ロボットアームが駆動して回転体４を矢印Ｘ１方向に回転させつつ、当接部分６に沿って矢印方向Ｘ２へ接合すべき所定長さに亘って移動させる。
この回転体４が通過した当接部分６は、自然冷却（または強制冷却）により冷却硬化して固相接合し、この結果、当接部分６を所定長さに亘って接合できる。
また、凸部１０も所定長さに亘って形成される。
【００２３】
その後、図６に示すように、コントロールユニットからの指令信号により、産業用ロボットアームが駆動して回転体４を被接合部材1,2から上昇させた後、初期位置に復帰させる。
なお、回転体４を進行方向とは逆の方向に所定角度だけ傾倒した状態で移動させることで、スムーズな移動を可能にすることもできる。
また、実施例１では、回転体４を当接部分６に対して進行方向に移動させているが、これら両者は相対移動すれば良い。
【００２４】
[接合屑について]
実施例１では、前述したように、段部５と薄肉被接合部材２との重ね代をＬ、回転体４の半径（ショルダ部７の半径）をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとなるように設定している。
そして、摩擦撹拌接合時において、段部５の先端部と薄肉被接合部材２の下面との隅部９に、該隅部９周辺部位の余肉が変形して突出した凸部１０を形成している。
これにより、塑性流動域の流動した当接部分６が接合面に隆起して接合屑（所謂バリ）になるのを防止でき、接合屑の発生を抑制できる。
なお、Ｌ>Ｄとした場合には、隅部９の周辺部位の余肉を所望のように逃がすことができないため、凸部１０を形成できず、接合屑が発生してしまう。
【００２５】
[凸部の成形性について]
実施例１では、段部５を下方から支持部材３で支持しているため、段部５が下方に垂れて変形する虞がなく、これにより段部５の素材や厚みに依らず、安定して凸部１０を形成できる。
【００２６】
[材料ならし部について]
実施例１では、ショルダ部７に材料ならし部７ａが形成されているため、公知の特開２００３−２９０９３７と同様に、材料ならし部７ａと薄肉被接合部材２の上面とを非常に接近させることができ、接合屑の発生をなお一層抑制できる。
なお、公知の特開２００１−２０５４５４号公報のものと同様に回転体４の材料ならし部７ａの内側を窪んだ形状に形成しても良い。
この際、この発明では接合屑の発生を抑制できるため、材料ならし部７ａの半径方向幅を２ｍｍよりも小さい値に設定しても構わない。
また、材料ならし部７ａを省略することもでき、この場合、従来の発明に比べて、回転体４の形状の簡素化を図ることができる。
【００２７】
次に、実施例１の効果を請求項１、２に対応する（１）、（２）と共に記載する。
（１）厚みが異なる厚肉被接合部材１と薄肉被接合部材２の上面に、互いに衝合した当接部分６を形成し、厚肉被接合部材１の端部１ａに段付き形状の段部５を一体形成すると共に、この段部５の上面に薄肉被接合部材２を重ねて配置し、回転体４を回転させて当接部分６に埋入した後、これら両者を当接部分６に沿って相対移動させることにより、該当接部分６を摩擦撹拌接合する方法において、段部５と薄肉被接合部材２との重ね代をＬ、回転体４の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、摩擦撹拌接合時に段部５の先端部と薄肉被接合部材２の下面との隅部９に凸部１０を形成した。
これにより、接合屑の発生を抑制できる。
【００２８】
（２）段部５を厚み方向他方側から支持部材３で支持した。
これにより、段部５が下方に垂れて変形する虞がなく、段部５の素材や厚みに依らず、安定して凸部１０を形成でき、凸部１０の成形性が良い。
【実施例２】
【００２９】
以下、実施例２を説明する。
実施例２において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
【００３０】
図７〜９は、実施例２の筒状体の製造方法を説明する図である。
【００３１】
図７、８に示すように、実施例２では、実施例１で説明した厚肉被接合部材１及び薄肉被接合部材２を厚みの異なる円筒状の厚肉被接合部材２０及び薄肉被接合部材２１とし、両被接合部材1,2の外周上に当接部分２２を形成している。
【００３２】
そして、図９に示すように、回転体４を当接部分２２の全周に亘って移動させながら摩擦撹拌接合することにより、円筒状の筒状体２３を形成しているという点が実施例１と異なる。
【００３３】
なお、実施例２では、段部５（厚肉被接合部材１）の厚みを実施例１に比べて幾分肉厚に形成することで支持部材３を省略可能にしている。
或いは、段部５（厚肉被接合部材１）の素材を超硬なものにして支持部材３を省略しても良い。
また、実施例２では、両被接合部材1,2をそれぞれ円筒状としているが、多角形断面や楕円形断面の筒状にしても良く、この限りではない。
さらに、実施例２では回転体４を当接部分２２に対して移動させているが、これら両者は相対回転移動すれば良い。
【００３４】
次に、実施例２の効果を請求項３、４に対応する（３）と共に記載する。
（３）厚みが異なる厚肉被接合部材２０及び薄肉被接合部材２１の外周面に、互いに衝合した当接部分２２を形成し、厚肉被接合部材２１の当接部分２２側端部に段付き形状の段部５を一体形成すると共に、この段部５の外側に薄肉被接合部材２１を重ねて配置し、回転体４を回転させて当接部分２２に埋入した後、これら両者を当接部分２２に沿って相対回転移動させることにより、該当接部分２２を摩擦撹拌接合する筒状体２３の製造方法において、段部５と薄肉被接合部材２１との重ね代をＬ、回転体４の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、摩擦撹拌接合時に段部５の先端部と薄肉被接合部材２１の厚み方向他方面との隅部９に凸部１０を形成した。
これにより、（１）の作用・効果に加えて、接合屑の発生を抑制しつつ、それぞれ円筒状の両被接合部材20,21を摩擦撹拌接合して筒状体２３を得ることができる。
【実施例３】
【００３５】
以下、実施例３を説明する。
実施例３において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
【００３６】
図１０〜１２は、実施例３の中空体の製造方法を説明する図、図１３は従来の中空体の製造方法を説明する拡大断面図、図１４は実施例３の中空体の製造方法を説明する拡大断面図である。
である。
【００３７】
図１０、１１に示すように、実施例２では、実施例１で説明した厚肉被接合部材１及び薄肉被接合部材２を側壁の厚みが異なる有底円筒状の厚肉被接合部材３０及び薄肉被接合部材３１とし、両被接合部材1,2の外周上に当接部分３２を形成している。
【００３８】
そして、図１２に示すように、回転体４を当接部分２２の全周に亘って移動させながら摩擦撹拌接合することにより、中空体３３を形成しているという点が実施例１と異なる。
【００３９】
なお、実施例３では、段部５（厚肉被接合部材１）の厚みを幾分肉厚に形成することで支持部材３を省略可能にしている。
或いは、段部５（厚肉被接合部材１）の素材を超硬なものにして支持部材３を省略しても良い。
また、実施例３では、両被接合部材1,2をそれぞれ有底円筒状としているが、有底の多角形筒状や楕円形筒状に形成しても良く、この限りではない。
さらに、実施例３では回転体４を当接部分３２に対して移動させているが、これら両者は相対回転移動すれば良い。
【００４０】
ここで、従来のようにＬ>Ｄとして中空体３３を形成した場合には、図１３に示すように、薄肉被接合部材３１における回転体４のショルダ部７の端部が当接する付近から接合屑が排出されて削り取られることにより、大きな段部３４が形成される。
この段部３４付近における薄肉被接合部材３１の厚みＨ１は小さくなってしまうため、部位３５の位置に応力が集中して中空体３３の耐久性が低下してしまうという問題点があった。
なお、この問題は中空体３３の内部に圧力が掛かる場合には特に顕著となり中空体３３の耐圧性が低下してしまう。
【００４１】
これに対し、実施例３では、図１４に示すように、凸部１０と共に部位３６付近が緩やかに下方へ突出することによって、上述の大きな段部３４が形成されるのを防止できる上、材料ならし部７ａによって滑らかな傾斜状の接続部３７を形成できる。
これにより、薄肉被接合部材３１の厚みが小さくならず、特定部位への応力集中を回避でき、耐久性及び耐圧性を向上できる。
なお、部位３５付近における応力集中の回避効果は実施例１及び実施例２でも同様に得ることができる。
【００４２】
次に、実施例３の効果を請求項５、６に対応する（４）と共に記載する。
（４）側壁の厚みが異なる有底筒状の厚肉被接合部材３０及び薄肉被接合部材３１の外周面に、互いに衝合した当接部分３２を形成し、厚肉被接合部材３０の当接部分３２側端部に段付き形状の段部５を一体形成すると共に、この段部５の外側に薄肉被接合部材３１を重ねて配置し、回転体４を回転させて当接部分６に埋入した後、これら両者を当接部分３２に沿って相対回転移動させることにより、該当接部分３２を摩擦撹拌接合する中空体３３の製造方法において、段部５と薄肉被接合部材３１との重ね代をＬ、回転体４の半径をＤとした場合に、Ｌ≦Ｄとし、摩擦撹拌接合時に段部５の先端部と薄肉被接合部材３１の厚み方向他方面との隅部９に凸部１０を形成した。
これにより、接合屑の発生を抑制しつつ、それぞれ有底筒状の両被接合部材30,31を摩擦撹拌接合して中空体３３を得ることができる。
【００４３】
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１では、回転体４の当接部分６に沿う移動方向（図１の矢印Ｘ２方向）と該回転体４の回転方向（図１の矢印Ｘ１方向）前方とが一致する進行側に薄肉被接合部材２を配置しているが、必ずしもこの限りではない。
即ち、接合屑の発生位置や形状は、回転体の傾斜方向、傾斜角度、回転動作（正転、逆転、または正転と逆転の交互回転等）、移動方向（直線状、曲線状）、及び移動動作（往復動）、当接部分の状態（平坦、曲面）等の各種条件によって変わるため、接合屑の発生を抑制するために薄肉被接合部材２の配置方向や回転体の動作の最適な組み合わせを単に特定したものは、全てこの発明の範疇となる。
【００４４】
また、実施例２、３において、段部５の外周面と薄肉被接合部材２１（３１）の内周面を螺合させて、当接部分２２（３２）を同様に摩擦撹拌接合しても良い。
この場合、両被接合部材20,21（30,31）を互いに螺合させて位置決めできるため、これら両者を位置決めして仮固定するための治具を省略できる上、安定した摩擦撹拌接合と堅固な固定が可能となる。
加えて、中空体３３とした場合には、両被接合部材20,21（30,31）の螺合により内部の密閉度（耐圧性）を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の摩擦撹拌接合方法の肉被接合部材及び薄肉被接合部材、支持部材、及び回転体の配置を説明する斜視図である。
【図２】実施例１の摩擦撹拌接合方法の肉被接合部材及び薄肉被接合部材、支持部材、及び回転体の配置を説明する側断面図である。
【図３】実施例１の摩擦撹拌接合方法を説明する図である。
【図４】実施例１の摩擦撹拌接合方法を説明する図である。
【図５】実施例１の摩擦撹拌接合方法を説明する図である。
【図６】実施例１の摩擦撹拌接合方法を説明する図である。
【図７】実施例２の筒状体の製造方法を説明する図である。
【図８】実施例２の筒状体の製造方法を説明する図である。
【図９】実施例２の筒状体の製造方法を説明する図である。
【図１０】実施例３の中空体の製造方法を説明する図である。
【図１１】実施例３の中空体の製造方法を説明する図である。
【図１２】実施例３の中空体の製造方法を説明する図である。
【図１３】従来の中空体の製造方法を説明する拡大断面図である。
【図１４】実施例３の中空体の製造方法を説明する拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、２０、３０  厚肉被接合部材
１ａ、２ａ  端部
２、２１、３１  薄肉被接合部材
３  支持部材
４  回転体
５  段部
６、２２、３２  当接部分
７  ショルダ部
７ａ  材料ならし部
８  プローブ部
９  隅部
１０  凸部
２３  筒状体
３３  中空体
３４  段部
３５  部位
３６  部位
３７  接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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