(57)【要約】【課題】特に薄肉なプレート部材同士を良好かつ経済的に接合することができ、しかも構成および工程の簡素化を図ることを可能にする。【解決手段】胴部材４２およびフランジ部材４４、４６の第１および第２突き合わせ部４８、５０が、第１および第２裏当て治具８８、９２に保持される。その際、第１および第２裏当て治具８８、９２に、第１および第２突き合わせ部４８、５０に対応して第１および第２緩衝部材９８、１１６が取り付けられる。第１および第２突き合わせ部４８、５０の内周面４８ｂ、５０ｂは、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａに密着状態で嵌合しており、前記第１および第２突き合わせ部４８、５０は、所望の形状に保持される。【選択図】図５
2006142384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プレート部材の端部と第２プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記突き合わせ部の他方の面を保持する裏当て治具に、前記突き合わせ部に対応して緩衝部材を取り付ける工程と、
前記第１および第２プレート部材を裏当て治具に保持させた状態で、前記プローブを前記突き合わせ部の一方の面から挿入し、かつ該プローブの先端を前記緩衝部材から離間した位置に維持しながら、該突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合を行う工程と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
第１プレート部材の端部と第２プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
前記第１および第プレート部材を配置して前記突き合わせ部の他方の面を保持し、摩擦撹拌接合が行われた後に前記突き合わせ部の他方の面から離脱される裏当て治具を備え、
前記裏当て治具は、前記突き合わせ部の他方の面に対応して凹状部を設けるとともに、
前記凹状部には、前記摩擦撹拌接合が行われた後に、前記突き合わせ部の他方の面から離脱される緩衝部材が取り付けられることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１プレート部材の端部と第２プレート部材の端部とを突き合わせた突き合わせ部の一方の面に、回転するプローブを押し付けながら、前記プローブを前記突き合わせ部に沿って相対的に移動させることにより、前記突き合わせ部を接合する摩擦撹拌接合方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ワーク（物体）に回転するプローブを挿入する際に発生する摩擦熱を利用して、２つのワークを固相接合する摩擦撹拌溶接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ ：以下、ＦＳＷともいう）が知られている。上記の接合によると、ワークの接合部分は、母材に対して８０％程度の強度を維持することができ、結晶の粗大化も防止することが可能になる。
【０００３】
例えば、ワークとしてアルミニウム材を用い、従来のスポット溶接や電子ビームによる溶接を行うと、このアルミニウム材に過剰な熱が付与されてしまう。このため、材料の劣化や粗大化による強度低下が惹起されるおそれがある。
【０００４】
これに対して、ＦＳＷでは、アルミニウム材のように比較的融点の低い金属材料（アルミニウムでは、６００℃〜６６０℃程度）を用いても、５００℃程度で接合が行われるため、熱による劣化が防止される。従って、ＦＳＷによる場合は、アルミニウム材の他、マグネシウムやチタン、高分子等の他の材料にも適用することが可能である。
【０００５】
上記のＦＳＷをアルミニウム材に適用する例として、電車のような大型部材のアルミニウムフレームが挙げられる。この種の大型部材は、接合の強度を重視しており、アルミニウム材の厚さは、通常、５ｍｍ以上に設定されている。一方、ガスタービンエンジン部材のように、強度の向上とともに軽量化を図ることが望まれている部材では、厚さを大きくすることができない。このため、例えば、１．２ｍｍ程度の薄板状のアルミニウム材を用い、ガスタービンエンジンの外枠を構成している。
【０００６】
しかしながら、薄板状のアルミニウム材の両端部を突き合わせた突き合わせ部を、ＦＳＷで接合して比較的大径な円筒部材を形成する際、このアルミニウム材が薄肉であるために真円度を得ることができないという問題がある。
【０００７】
さらに、２つの円筒部材の端部同士を突き合わせた突き合わせ部を、ＦＳＷにより接合する際、各端部の円周長さが同一寸法にならないおそれがある。従って、この状態で、円筒部材をＦＳＷにより接合すると、接合部の最終部位で位相差が発生し、例えば、波形に変形する、所謂、皺が惹起されるという問題がある。
【０００８】
この他、ＦＳＷによる接合時には、薄板状のアルミニウム材に１ｔ〜２ｔ単位の押し付け力が付与される。このため、アルミニウム材を確実に保持し得ないと、接合部にはＦＳＷによって凹凸が発生するという問題がある。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１のアルミニウム部材の接合方法では、図１２に示すように、アルミニウムの中空管（プレート部材）１ａ、１ｂの突き合わせ部２の内部に、この中空管１ａ、１ｂと同一材料の裏当て３が配置されている。この裏当て３と突き合わせ部２の内面との間には、所定の隙間Ｃが形成されている。
【００１０】
このような構成において、プローブ４を高速回転させながら突き合わせ部２および裏当て３にプローブ先端４ａを挿入し、前記プローブ４を前記突き合わせ部２に沿って移動させる。これにより、周回する突き合わせ部２の全周に摩擦撹拌接合が行われる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２２６７５９号公報（段落［００１８］、［００１９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特許文献１では、裏当て３は中空管１ａ、１ｂの補強材としてこの中空管１ａ、１ｂの内面に接合されている。しかしながら、このように裏当て３が接合された中空管１ａ、１ｂは、例えば、ガスタービンエンジンの外枠として使用することができない。このため、中空管１ａ、１ｂを接合した後、この中空管１ａ、１ｂの内面から裏当て３を剥離しなければならず、特に薄肉な中空管１ａ、１ｂでは、前記裏当て３の剥離処理によって歪みが発生するという問題が指摘されている。しかも、裏当て３は、剥離により破損するおそれがあり、これによって繰り返し利用することができず、経済的ではないという問題がある。
【００１３】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、特に薄肉なプレート部材同士を良好かつ経済的に接合することができ、しかも構成および工程の簡素化を図ることが可能な摩擦撹拌接合方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る摩擦撹拌接合方法および摩擦撹拌接合装置では、突き合わせ部の他方の面を保持する裏当て治具に、前記突き合わせ部に対応して緩衝部材が取り付けられる。次いで、第１および第２プレート部材が裏当て治具に保持された状態で、プローブを突き合わせ部の一方の面から挿入し、かつ前記プローブの先端を緩衝部材から離間した位置に維持しながら、前記突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合が行われる。
【００１５】
このため、第１および第２プレート部材は、裏当て治具に張り付くことがなく、前記裏当て治具は、前記第１および第２プレート部材から剥離されることによる破損のおそれがない。これによって、裏当て治具は、繰り返し利用することができ、経済的である。しかも、第１および第２プレート部材は、緩衝部材に接合されることがなく、前記緩衝部材の離脱処理が容易に遂行される。
【００１６】
また、摩擦撹拌接合が行われた後、突き合わせ部の他方の面に緩衝部材が圧着した状態で、前記突き合わせ部から裏当て治具のみが離脱される。次に、突き合わせ部の他方の面から緩衝部材が離脱される。このため、第１および第２プレート部材には、裏当て治具が離脱される際に残留歪みが発生することがない。
【００１７】
さらに、裏当て治具と突き合わせ部の他方の面とを密着状態にすることにより、第１および第２プレート部材の端部同士を同一の長さに規制する。従って、特に薄肉でかつ比較的大径な突き合わせ部であっても、プローブの挿入によって変形や皺等による位相差が発生することがなく、前記突き合わせ部の真円度を良好に維持することができ、寸法精度が向上する。しかも、突き合わせ部のずれを阻止して正確な位置出しが可能になり、摩擦撹拌接合処理が効率的に遂行される。
【００１８】
さらにまた、裏当て治具は、真円形状の外周面を有しており、この外周面に密着する第１および第２プレート部材の端部同士を同一の円周長さに規制する。これにより、簡単かつ経済的な構成および工程で、第１および第２プレート部材は、真円度を確実に維持して突き合わせ部全周を良好に接合される。
【００１９】
その際、裏当て治具は、複数に分割されて径方向に進退自在な分割治具を備えるとともに、緩衝部材は、それぞれの分割治具に形成された各凹状部に一体的に嵌合自在なリング状に構成される。このため、摩擦撹拌接合後に、裏当て治具を緩衝部材から容易かつ迅速に離脱させることができる。
【００２０】
また、第１および第２プレート部材を裏当て治具に対し相対的に膨張させた状態で、前記裏当て治具に前記第１および第２プレート部材が配置される。例えば、第１および第２プレート部材が加熱されると、この第１および第２プレート部材が熱膨張して内周径が拡大する。従って、第１および第２プレート部材は、裏当て治具に容易に外装されるとともに、冷却されることにより収縮して前記裏当て治具の外周面に確実に密着する。
【００２１】
さらに、第１および第２プレート部材は、プローブの挿入方向と略直交する方向から加圧力が付与された状態で、突き合わせ部に沿って摩擦撹拌接合される。これにより、第１および第２プレート部材の端部同士を確実に圧着することができ、突き合わせ部を高品質に接合することが可能になる。
【００２２】
さらにまた、第１および第２プレート部材は、厚さが２ｍｍ以下に設定されており、薄肉なプレート部材であっても、摩擦撹拌接合が良好に遂行される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る摩擦撹拌接合方法および装置では、突き合わせ部の他方の面を保持する裏当て治具に、前記突き合わせ部の他方の面に対応して緩衝部材が取り付けられるため、第１および第２プレート部材は、摩擦撹拌接合される際に前記裏当て治具に張り付くことがない。従って、裏当て治具は、第１および第２プレート部材から剥離することによる破損のおそれがない。これにより、裏当て治具を繰り返し利用することができ、経済的である。
【００２４】
しかも、第１および第２プレート部材は、緩衝部材に接合されることがなく、前記緩衝部材の離脱処理が容易に遂行されるとともに、特に薄肉な第１および第２プレート部材であっても、残留歪みが発生することを有効に阻止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法が実施されるファンダクト１０を組み込む航空機用ガスタービンエンジン１２の概略構成説明図である。
【００２６】
ガスタービンエンジン１２はファン１４を備え、このファン１４は、高速で回転して外部から空気を吸引し、この空気を圧縮して後方に圧送する。ファン１４の近傍には、コアダクト１６とファンダクト１０とによってファンバイパス通路１８が形成され、このファンバイパス通路１８を通って後方に噴射される空気を介し、図示しない機体に推力を生じさせる。
【００２７】
ファン１４は、低圧圧縮機２０を構成しており、この低圧圧縮機２０で圧縮された空気は、後段の高圧圧縮機２２に送られる。この高圧圧縮機２２で圧縮された空気は、さらに後段の燃焼室２４に送られる。この燃焼室２４は燃料ノズル２６を備え、この燃料ノズル２６から前記燃焼室２４に燃料が圧送される。燃焼室２４では、高圧圧縮機２２から圧送された圧縮空気と、燃料ノズル２６から噴霧された燃料とを混合した混合気が、エンジン始動時に点火されて燃焼する。
【００２８】
混合気が燃焼することによって高温高圧ガスが発生し、この高温高圧ガスは、高圧タービン２８に送られてこの高圧タービン２８を高速回転させる。この高圧タービン２８は、ファン１４のロータ１４ａを回転させる一方、高温高圧ガスは、前記高圧タービン２８を回転駆動した後、低圧タービン３０に送られる。低圧タービン３０は、低圧圧縮機２０のロータ１４ａおよびファン１４を回転させる。
【００２９】
ガスタービンエンジン１２の外部下面には、スタータおよび発電機を組み込むスタータジェネレータ３２が、アクセサリギアボックス３４を介して取り付けられる。
【００３０】
図２は、ファンダクト１０を構成するダクト構造体４０の説明図である。このダクト構造体４０は、薄板状、例えば、厚さが２ｍｍ以下のアルミニウム材を略円筒形状に成形した胴部材（第１プレート部材）４２と、薄板状のアルミニウム材を略円筒形状に成形したフランジ部材（第２プレート部材）４４、４６とを備える。胴部材４２の端部４２ａ、４２ｂと、フランジ部材４４、４６の端部４４ａ、４６ａとを突き合わせた第１および第２突き合わせ部４８、５０は、その外周面（一方の面）４８ａ、５０ａに摩擦撹拌接合が行われ、前記胴部材４２と前記フランジ部材４４、４６とが接合される。
【００３１】
図３は、上記のダクト構造体４０を摩擦撹拌接合する本発明の第１の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置６０の一部分解斜視図であり、図４は、前記摩擦撹拌接合装置６０の断面説明図であり、図５は、前記摩擦撹拌接合装置６０の一部拡大説明図である。
【００３２】
この摩擦撹拌接合装置６０は、回転テーブル６２に固定されて回転されるとともに、予め仮接合された胴部材４２とフランジ部材４４、４６とを一体的に保持する台部材６４を備える。台部材６４の上部には、略円盤状の支持ベース６６が固着され、この支持ベース６６の中央部には、鉛直方向（矢印Ａ方向）に延在して支柱６８が立設される。支柱６８の先端には、加圧機構７０を構成するねじ部７２が形成される。
【００３３】
加圧機構７０は加圧板７４を備え、この加圧板７４は、略円盤状を有するとともに、中央部に支柱６８を挿入する孔部７６が形成される。加圧板７４は、支持ベース６６上に配置される胴部材４２およびフランジ部材４４、４６を後述するプローブ１４４（図５参照）の挿入方向（矢印Ｂ方向）と略直交する矢印Ａ方向から加圧力を付与する機能を有する。
【００３４】
加圧板７４の中央部分には、押圧ブロック７７が係合するとともに、ねじ部７２に螺合するナット部材７８が前記押圧ブロック７７を介して加圧板７４を矢印Ａ方向に加圧する。ねじ部７２の先端には、吊り下げ用ボルト７９が螺着される。加圧板７４には、等角度間隔離間して複数の開口部８０と、前記開口部８０よりも小径な複数の開口部８２とが形成される。
【００３５】
支持ベース６６には、支柱６８を中心に周回するリング部８６が矢印Ａ方向に膨出して形成される。リング部８６の外周には、第１裏当て治具８８が着脱自在に設けられるとともに、前記リング部８６に固定されるロッド９０を介して第２裏当て治具９２が取り付けられる。
【００３６】
第１裏当て治具８８は、例えば、鉄系材料で形成された複数、例えば、４つの分割治具９４ａ〜９４ｄを備えており、全体として略リング状を有する。分割治具９４ａ〜９４ｄは、アクチュエータ、例えば、シリンダ９６ａ〜９６ｄに連結されて半径方向に個別に進退可能に構成される。この第１裏当て治具８８の外周面８８ａは、真円形状に設定されるとともに、胴部材４２とフランジ部材４４との第１突き合わせ部４８の内周面（他方の面）４８ｂに対応して周回する凹状部９７が設けられる。凹状部９７には、第１突き合わせ部４８に摩擦撹拌接合が行われた後、前記第１突き合わせ部４８の内周面４８ｂから離脱される第１緩衝部材９８が取り付けられる。この第１緩衝部材９８は、例えば、鉄系材料あるいはアルミニウム製のリング材で構成されるとともに、厚さが凹状部９７の深さと同一寸法、例えば、略１ｍｍ程度の厚さに設定される。
【００３７】
リング部８６の上面には、所定の角度間隔ずつ離間してねじ穴１００が形成され、前記ねじ穴１００には、各ロッド９０が一方の端部に設けられるねじ部１０２が螺合する。ロッド９０の他方の端部には、ねじ穴１０４が形成され、第２裏当て治具９２を構成する取り付け板１０６からボルト１０８がねじ込まれることにより、前記取り付け板１０６がロッド９０に固定される。
【００３８】
第２裏当て治具９２は、例えば、鉄系材料で形成された複数の分割治具、例えば、４つの分割治具１１０ａ〜１１０ｄを備えており、全体として略リング状を有する。分割治具１１０ａ〜１１０ｄは、アクチュエータ、例えば、シリンダ１１２ａ〜１１２ｄに連結されて取り付け板１０６上を半径方向に個別に進退可能に構成される。
【００３９】
この第２裏当て治具９２の外周面９２ａは、全体として真円状に構成されるとともに、胴部材４２とフランジ部材４４との第２突き合わせ部５０の内周面（他方の面）５０ｂに対応して周回する凹状部１１４が設けられる。凹状部１１４には、第２突き合わせ部５０に摩擦撹拌接合が行われた後、前記第２突き合わせ部５０の内周面５０ｂから離脱される第２緩衝部材１１６が取り付けられる。この第２緩衝部材１１６は、例えば、鉄系材料あるいはアルミニウム製のリング材で構成されるとともに、厚さが凹状部１１４の深さと同一寸法、例えば、略１ｍｍ程度の厚さに設定される。
【００４０】
第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａは、ダクト構造体４０のスプリングバックを考慮して、前記ダクト構造体４０を最終的に設計寸法に維持する必要があり、前記第１および第２裏当て治具８８、９２が拡径した際の前記外周面８８ａ、９２ａの最大外径寸法は、加熱前の第１および第２突き合わせ部４８、５０の内径よりも大きい。
【００４１】
第１突き合わせ部４８の外周面４８ａには、前記第１突き合わせ部４８を保持する第１クランプ治具１１７が配置されるとともに、第２突き合わせ部５０の外周面５０ａには、前記第２突き合わせ部５０を保持する第２クランプ治具１１８が配置される。
【００４２】
図３に示すように、第１クランプ治具１１７は、角材をリング状に成形してベルト状に構成する。第１クランプ治具１１７の一方の端面には、ねじ穴１１９が形成されるとともに、他方の端面には、孔部１２０が形成される。ボルト１２２が孔部１２０を通ってねじ穴１１９にねじ込まれることにより、第１クランプ治具１１７は、径方向の寸法が縮小されて第１突き合わせ部４８の外周面４８ａを締め付ける。
【００４３】
図３乃至図５に示すように、支持ベース６６の外周縁部には、ボルト１２４を介して複数本のロッド１２６が固定される。各ロッド１２６は、矢印Ａ方向に延在しており、その端部にねじ込まれるボルト１２８を介して取り付け板１３０が設けられる。この取り付け板１３０は、略リング形状に構成され、ボルト１３２を介して前記取り付け板１３０に第２クランプ治具１１８が固定される。第２クランプ治具１１８は、略リング状に構成され、第２突き合わせ部５０の外周面５０ａを締め付け保持する。
【００４４】
図５に示すように、第１突き合わせ部４８を接合する接合機１４０は、回転工具１４２を備える。この回転工具１４２の先端には、その先端面から所定の長さだけ突出するプローブ１４４が設けられる。このプローブ１４４は、第１突き合わせ部４８に挿入されるプローブ先端部１１４ａの長さが前記第１突き合わせ部４８の肉厚よりも短尺に設定される。なお、第２突き合わせ部５０は、上記の接合機１４０により接合してもよく、あるいは個別の接合機を用いて接合作業を行ってもよい。
【００４５】
このように構成される摩擦撹拌接合装置６０の動作について、第１の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法との関連で、図６に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００４６】
まず、円筒形状を有する胴部材４２およびフランジ部材４４、４６が作製される（ステップＳ１）。具体的には、図２に示すように、胴部材４２を構成する薄板状のアルミニウム材を略円筒形状に成形し、その両端部を突き合わせた突き合わせ部４２ｃに沿って摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）が行われ、前記突き合わせ部４２ｃが接合される。このため、胴部材４２が得られる。
【００４７】
同様に、フランジ部材４４、４６を構成する薄板状のアルミニウム材が略円筒形状に成形された後、それぞれの突き合わせ部４４ｃ、４６ｃが摩擦撹拌接合より接合される。従って、フランジ部材４４、４６が得られる。
【００４８】
なお、上記の摩擦撹拌接合時には、図示しないプローブは、円筒形状の中心から所定距離だけオフセットして配置されており、接合面の切断を有効に阻止している。
【００４９】
次いで、胴部材４２の端部４２ａ、４２ｂにフランジ部材４４、４６の端部４４ａ、４６ａを突き合わせた状態で、第１および第２突き合わせ部４８、５０には、所定の個所にアルミニウムテープ（図示せず）が貼り付けられる。このため、胴部材４２の両側にフランジ部材４４、４６が仮接合される（ステップＳ２）。この仮接合された胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、図示しない加熱炉内に配置されて所定の温度に加熱される（ステップＳ３）。所定温度に加熱された胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、台部材６４にセットされる（ステップＳ４）。
【００５０】
具体的には、図３乃至図５に示すように、台部材６４を構成する支持ベース６６上には、リング部８６を周回して第１裏当て治具８８を構成する分割治具９４ａ〜９４ｄが半径内方向に配置されている。従って、第１裏当て治具８８は、外周面８８ａが最小直径に維持されており、この外周面８８ａの凹状部９７に対応して第１緩衝部材９８が配置された状態で、シリンダ９６ａ〜９６ｄが駆動される。このため、分割治具９４ａ〜９４ｄは、半径外方向に移動して第１裏当て治具８８の外周面８８ａが拡径し、この外周面８８ａにより第１緩衝部材９８が押圧保持される。
【００５１】
一方、リング部８６に形成されたねじ穴１００には、ロッド９０のねじ部１０２が螺着される。ロッド９０上に第２裏当て治具９２を構成する取り付け板１０６が配置され、前記ロッド９０のねじ穴１０４に前記取り付け板１０６の孔部を通ってボルト１０８が螺着される。これにより、各ロッド９０には、取り付け板１０６が固定されるとともに、分割治具１１０ａ〜１１０ｄが半径内方向に配置されている。
【００５２】
この状態で、第２裏当て治具９２の外周面９２ａに第２緩衝部材１１６が配置され、シリンダ１１２ａ〜１１２ｄが駆動されて分割治具１１０ａ〜１１０ｄが半径外方向に移動する。従って、外周面９２ａが拡径してこの外周面９２ａにより第２緩衝部材１１６が押圧保持される。
【００５３】
そこで、所定温度に加熱された胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、第１および第２裏当て治具８８、９２に外装される。この場合、胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、所定の温度に加熱されており、熱膨張によって内周径が拡大している。このため、胴部材４２およびフランジ部材４４、４６の第１および第２突き合わせ部４８、５０は、第１および第２裏当て治具８８、９２に配置された第１および第２緩衝部材９８、１１６に容易に外装される。
【００５４】
さらに、胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、冷却されることによって内周径が収縮し、第１および第２突き合わせ部４８、５０の内周面４８ｂ、５０ｂは、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａ、すなわち、第１および第２緩衝部材９８、１１６に密着した状態で確実に嵌合する（図５参照）。第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａの最大外径寸法が、加熱前の第１および第２突き合わせ部４８、５０の内周面４８ｂ、５０ｂの内径寸法よりも大きいからである。
【００５５】
ここで、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａは、真円形状を有しており、この外周面８８ａ、９２ａの凹状部９７、１１４に嵌合する第１および第２緩衝部材９８、１１６に密着する端部４２ａ、４４ａおよび端部４２ｂ、４６ａは、それぞれ同一の円周長さに規制されるとともに、真円形状に維持される。
【００５６】
次に、第２裏当て治具９２上に加圧板７４が配置され、押圧ブロック７７がねじ部７２に外装された後、ナット部材７８が前記ねじ部７２にねじ込まれる。これにより、押圧ブロック７７を介して加圧板７４が加圧され、胴部材４２およびフランジ部材４４、４６は、矢印Ａ方向に締め付け荷重が付与される。この結果、第１および第２突き合わせ部４８、５０には、隙間が生じない状態で押圧保持される（ステップＳ５）。そして、ステップＳ６に進み、第１および第２突き合わせ部４８、５０に貼り付けられているアルミニウムテープ（図示せず）が除去され、表面の洗浄が行われる。
【００５７】
さらに、ステップＳ７において、第１クランプ治具１１７が装着される。この第１クランプ治具１１７は、ベルト状に構成されており、胴部材４２の外周を端部４２ａ側に沿って周回している。そこで、孔部１２０にボルト１２２を挿入し、このボルト１２２をねじ穴１１９にねじ込むことにより、第１クランプ治具１１７の内周径が縮小する。従って、第１クランプ治具１１７は、胴部材４２の外周面を締め付け保持する。
【００５８】
次いで、台部材６４は、回転テーブル６２にねじ止めによって固定される（ステップＳ８）。この状態で、図７に示すように、接合機１４０を構成する回転工具１４２が高速で回転しながら、第１突き合わせ部４８に向かって（矢印Ｂ方向）移動する。このため、高速回転するプローブ１４４は、プローブ先端１４４ａが第１突き合わせ部４８に挿入され、摩擦熱によって前記第１突き合わせ部４８が溶接される（図８参照）。その際、回転テーブル６２が回転しており、高速回転するプローブ１４４は、第１突き合わせ部４８に沿って相対的に移動し、この第１突き合わせ部４８の全周にわたり接合作業が遂行される（ステップＳ９）。
【００５９】
第１突き合わせ部４８の接合作業が終了すると、回転テーブル６２が停止されるとともに、接合機１４０がこの第１突き合わせ部４８から離間する。さらに、第１クランプ治具１１７が取り外される一方、第２クランプ治具１１８が取り付けられる（ステップＳ１０）。第１クランプ治具１１７は、ボルト１２２をねじ穴１１９から離脱することにより、内周径が拡大して胴部材４２から取り外される。
【００６０】
一方、支持ベース６６の外周縁部には、ボルト１２４を介して複数のロッド１２６が取り付けられ、前記ロッド１２６の先端部には、ボルト１２８を介して取り付け板１３０が取り付けられる。この取り付け板１３０には、ボルト１３２を介して第２クランプ治具１１８が装着され、この第２クランプ治具１１８が胴部材４２の端部４２ｂ側の外周面を締め付け保持する。
【００６１】
この状態で、図９に示すように、例えば、接合機１４０が第２突き合わせ部５０に対応して配置され、回転工具１４２と一体的にプローブ１４４が回転しながら、このプローブ１４４のプローブ先端１４４ａが前記第２突き合わせ部５０の外周面５０ａに挿入される。この第２突き合わせ部５０は、回転テーブル６２の回転作用下に接合機１４０に対して回転しており、前記第２突き合わせ部５０の全周にわたって摩擦撹拌接合が行われる（ステップＳ１１）。
【００６２】
上記のように、第１および第２突き合わせ部４８、５０が接合されて接合品であるダクト構造体４０が得られた後、このダクト構造体４０は、第１および第２裏当て治具８８、９２とともに、台部材６４から取り外される（ステップＳ１２）。具体的には、第１裏当て治具８８を構成する分割治具９４ａ〜９４ｄは、シリンダ９６ａ〜９６ｄの駆動によって半径内方向に移動し、外周面８８ａが第１緩衝部材９８から離間する（図８中、二点鎖線参照）。一方、第２裏当て治具９２を構成する分割治具１１０ａ〜１１０ｄは、シリンダ１１２ａ〜１１２ｄの作用下に半径内方向に移動し、外周面９２ａが第２緩衝部材１１６から離間する。
【００６３】
そこで、吊り下げ用ボルト７９およびナット部材７８がねじ部７２から離脱されて押圧ブロック７７が取り外されるとともに、加圧板７４が支柱６８から取り外される。そして、ダクト構造体４０は、第１および第２緩衝部材９８、１１６を内周面に保持した状態で、支持ベース６６から取り出される。次に、図１０に示すように、第１および第２緩衝部材９８、１１６は、ダクト構造体４０の内周面から除去される（ステップＳ１３）。
【００６４】
このように、第１の実施形態では、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａに、第１および第２突き合わせ部４８、５０に対応して凹状部９７、１１４が形成され、この凹状部９７、１１４に第１および第２緩衝部材９８、１１６が装着される。このため、第１および第２突き合わせ部４８、５０の内周面４８ｂ、５０ｂに第１および第２緩衝部材９８、１１６が密着した状態で、前記第１および第２突き合わせ部４８、５０の外周面４８ａ、５０ａに摩擦撹拌接合が行われる。
【００６５】
その際、高速回転するプローブ１４４のプローブ先端１４４ａが第１および第２突き合わせ部４８、５０の外周面４８ａ、５０ａに挿入されるとともに、前記プローブ先端１４４ａが第１および第２緩衝部材９８、１１６から離間した位置に維持されている（図８参照）。従って、第１および第２突き合わせ部４８、５０は、第１および第２裏当て治具８８、９２に張り付くことがなく、前記第１および第２裏当て治具８８、９２は、ダクト構造体４０から剥離されることによる破損のおそれがない。これによって、第１および第２裏当て治具８８、９２は、繰り返し利用することができ、経済的であるという効果が得られる。
【００６６】
しかも、第１および第２突き合わせ部４８、５０は、第１および第２緩衝部材９８、１１６に接合されることがなく、前記第１および第２緩衝部材９８、１１６の離脱処理が容易に遂行される。さらに、ダクト構造体４０には、第１および第２緩衝部材９８、１１６の剥離による残留歪みが発生することがない。
【００６７】
特に、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａが真円状に構成されており、第１および第２突き合わせ部４８、５０の内周面４８ｂ、５０ｂは、前記外周面８８ａ、９２ａに密着して真円形状が維持される。しかも、それぞれの端部４２ａ、４４ａの内周長さおよび端部４２ｂ、４６ａの円周長さが同一の長さに規制される。
【００６８】
このため、厚さが２ｍｍ以下の薄肉でかつ比較的大径な第１および第２突き合わせ部４８、５０であっても、変形や皺等による位相差が発生することがなく、前記第１および第２突き合わせ部４８、５０の真円度を良好に維持することができ、寸法精度が向上する。これにより、簡単かつ経済的な工程で、第１および第２突き合わせ部４８、５０の摩擦撹拌接合作業が効率的に遂行されるという効果が得られる。
【００６９】
さらに、第１および第２突き合わせ部４８、５０は、第１および第２緩衝部材９８、１１６を介して第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａに密着状態で嵌合する。このため、第１および第２突き合わせ部４８、５０のずれを阻止して正確な位置出しが可能になり、摩擦撹拌接合処理が効率的に遂行される。その際、第１および第２突き合わせ部４８、５０は、所定温度に加熱されることによって熱膨張により内周径を拡大させた状態で、第１および第２裏当て治具８８、９２に嵌合している。従って、第１および第２裏当て治具８８、９２の外周面８８ａ、９２ａに対し、第１および第２突き合わせ部４８、５０を容易かつ確実に密着させることができる。
【００７０】
さらにまた、胴部材４２とフランジ部材４４、４６とは、加圧機構７０を介してプローブ１４４の挿入方向（矢印Ｂ方向）と略直交する方向（矢印Ａ方向）から加圧力が付与される。これにより、第１および第２突き合わせ部４８、５０に隙間が発生することがなく、確実に圧着することができ、高品質な接合処理が遂行されるとともに、加圧機構７０の構成が容易に簡素化する。
【００７１】
なお、上記した第１の実施形態では、図示しないアルミニウムテープで仮接合された胴部材４２と、フランジ部材４４、４６とを、加熱炉内で所定温度に加熱することにより、内周径を拡径させて第１および第２裏当て治具８８、９２に装着しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１および第２裏当て治具８８、９２を冷却して該第１および第２裏当て治具８８、９２の外径寸法を縮小させてもよい。
【００７２】
また、それぞれ４分割された分割治具９４ａ〜９４ｄ、１１０ａ〜１１０ｄを用いているが、分割数は種々選択可能である。さらに、シリンダ９６ａ〜９６ｄ、１１２ａ〜１１２ｄに代替して電磁ソレノイド等の駆動源を用いてもよい。さらにまた、分割治具９４ａ〜９４ｄ（および／または分割治具１１０ａ〜１１０ｄ）を単一の駆動源を介して一体的に進退させることもできる。
【００７３】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置１６０の一部斜視図である。なお、第１の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
摩擦撹拌接合装置１６０は、第１および第２裏当て治具１６２、１６４を備える。第１裏当て治具１６２は、例えば、鉄系材料で形成された複数の分割治具、例えば、４つの分割治具９４ａ〜９４ｄと、前記分割治具９４ａ〜９４ｄの内側に配置されて該分割治具９４ａ〜９４ｄを拡径させる第１リング部材１６６とを備える。第２裏当て治具１６４は、第１裏当て治具１６２と同様に、例えば、鉄系材料で形成された複数の分割治具、例えば、４つの分割治具１１０ａ〜１１０ｄと、前記分割治具１１０ａ〜１１０ｄの内側に配置されて該分割治具１１０ａ〜１１０ｄを拡径させる第２リング部材１６８とを備える。
【００７５】
このように構成される摩擦撹拌接合装置１６０では、第１裏当て治具１６２を構成する分割治具９４ａ〜９４ｄの外周に第１緩衝部材９８が配置された状態で、この分割治具９４ａ〜９４ｄの内側に第１リング部材１６６が挿入される。これにより、分割治具９４ａ〜９４ｄが拡径して前記分割治具９４ａ〜９４ｄの外周に第１リング部材１６６が密着保持される。同様に、第２リング部材１６８が第２裏当て治具１６４を構成する分割治具１１０ａ〜１１０ｄの内側に挿入されることによって、前記分割治具１１０ａ〜１１０ｄの外周には、第２緩衝部材１１６が密着保持される。
【００７６】
従って、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、構成が一層簡素化するという利点がある。なお、第１および第２リング部材１６６、１６８に代替して楔部材等を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る摩擦撹拌接合方法が実施されるファンダクトを組み込む航空機用ガスタービンエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記ファンダクトを構成するダクト構造体の説明図である。
【図３】前記ダクト構造体を接合する摩擦撹拌接合装置の一部分解斜視図である。
【図４】前記摩擦撹拌接合装置の断面説明図である。
【図５】図４に示す前記摩擦撹拌接合装置の一部拡大説明図である。
【図６】前記摩擦撹拌接合方法のフローチャートである。
【図７】第１突き合わせ部を接合する際の動作説明図である。
【図８】前記第１突き合わせ部を接合する際の断面説明図である。
【図９】第２突き合わせ部を接合する際の動作説明図である。
【図１０】前記第１突き合わせ部から第１緩衝部材を分離するための動作説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の一部斜視図である。
【図１２】特許文献１のアルミニウム部材の接合方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…ファンダクト                １２…ガスタービンエンジン
１４…ファン                      ４０…ダクト構造体
４２…胴部材                      ４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４６ａ…端部
４４、４６…フランジ部
４２ｃ、４４ｃ、４６ｃ、４８、５０…突き合わせ部
４８ａ、５０ａ、８８ａ、９２ａ…外周面
４８ｂ、５０ｂ…内周面            ６０、１６０…摩擦撹拌接合装置
６２…回転テーブル                ６４…台部材
６６…支持ベース                  ６８…支柱
７０…加圧機構                    ７２…ねじ部
７４…加圧板                      ７７…押圧ブロック
８８、９２、１６２、１６４…裏当て治具
９０…ロッド                      １０６、１３０…取り付け板
１１７、１１８…クランプ治具      １４０…接合機
１４４…プローブ                  １６６、１６８…リング部材
【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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