(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面の外形が非円形である２つの被接合材の端面どうしを当接させ、この当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で両被接合材を中心線の周りに回転させることによって両被接合材どうしを摩擦攪拌接合するのに用いられる摩擦攪拌接合装置であって、
外周面が円筒面となっており、かつ各被接合材が通される少なくとも１つのリング状保持具と、各保持具に各被接合材を着脱自在に固定する固定手段と、被接合材を挟んで摩擦攪拌接合用工具とは反対側に配置され、かつ保持具の外周面を回転自在に支持する支持手段とを備えている摩擦攪拌接合装置。
【請求項２】
リング状保持具が複数の構成部材からなる請求項１記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項３】
リング状保持具が、一端部において相互に枢着された２つの構成部材からなり、両構成部材の他端部どうしが着脱自在に固定されるようになっている請求項２記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項４】
リング状保持具が少なくとも２つの構成部材からなり、これらの構成部材の両端部どうしが着脱自在に固定されるようになっている請求項２記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項５】
固定手段が、保持具に周方向に間隔をおいて複数設けられており、かつ保持具の径方向に位置調節可能となっている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項６】
固定手段が、保持具に周方向に間隔をおいて形成され、かつ保持具を径方向に貫通しためねじ穴と、めねじ穴にねじ嵌められたおねじ軸と、おねじ軸における保持具の径方向内端に取り付けられた押さえ部材とよりなり、押さえ部材が被接合材の外周面に当接した際におねじ軸の径方向外端が保持具の外周面から外方に突出しないようになされている請求項５記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項７】
支持手段が、被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在である複数の支持ローラを備えている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項８】
各保持具が、それぞれ被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在である２つの支持ローラの対により回転自在に支持されている請求項７記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項９】
各保持具を挟んで支持手段とは反対側に配置され、かつ各保持具を支持手段に向かって押圧する押圧手段を備えている請求項１〜８のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１０】
各押圧手段が、押圧本体と、押圧本体に被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在に設けられ、かつ保持具の外周面に沿って転動する２つの押さえローラとを備えており、一方の押さえローラが支持手段に接近、離隔するように押圧本体に対して移動自在である可動押さえローラであり、可動押さえローラが圧縮コイルばねにより支持手段側に付勢されている請求項９記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１１】
各押圧手段の押圧本体に、ローラ取付部材が、被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに揺動自在となるように枢着されており、ローラ取付部材における被接合材の中心線の両側部分に押さえローラが取り付けられ、可動押さえローラが、ローラ取付部材を移動自在に貫通した可動吊持ロッドの端部に回転自在に取り付けられ、ローラ取付部材と可動押さえローラとの間に圧縮コイルばねが装着されている請求項１０記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちのいずれかに記載された摩擦攪拌接合装置を用いて断面の外形が非円形である２つの被接合材を摩擦攪拌接合する方法であって、各被接合材を各リング状保持具に通すとともに固定手段により保持具に固定すること、両被接合材の端面どうしを当接させて両保持具を支持手段により支持させること、両被接合材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ埋入するとともに、この状態で両被接合材を中心線の周りに回転させることによってプローブを上記当接部分の全周にわたって移動させることを含む摩擦攪拌接合方法。
【請求項１３】
摩擦攪拌接合用工具のプローブの軸線と、当該軸線が被接合材の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分とのなす角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ請求項１２記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１４】
摩擦攪拌接合用工具におけるプローブの軸線の角度を変化させることにより、上記角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ請求項１３記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１５】
両被接合材をその横断面内において移動させることにより、上記角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ請求項１３または１４記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】
請求項１０または１１に記載された摩擦攪拌接合装置を用いて断面の外形が非円形である２つの被接合材を摩擦攪拌接合する方法であって、圧縮コイルばねの変形量を検出し、この変形量に基づいて押さえローラによる保持具の押圧力を制御する請求項１２〜１５のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項１７】
請求項１２〜１６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、かつ断面の外形が非円形である少なくとも２つの被接合材からなる接合体。
【請求項１８】
被接合材の断面の外形が多角形状である請求項１７記載の接合体。
【請求項１９】
被接合材の断面の外形がだ円形である請求項１７記載の接合体。
【請求項２０】
被接合材が筒状である請求項１７〜１９のうちのいずれかに記載の接合体。
【請求項２１】
筒状の胴と胴の少なくとも一端開口を閉鎖する閉鎖板とよりなる容器であって、胴の長さ方向に分断したような形状となされかつ断面の外形が非円形である少なくとも２つの被接合材が、請求項１２〜１６のうちのいずれかの方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【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断面の外形が非円形である金属製品を製造するための摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固相接合方法である摩擦攪拌接合方法が、ＴＩＧやＭＩＧなどの溶融溶接法に比較して熱歪みによる変形や割れが生じにくく、しかも接合強度が増大するという利点があるため、広く適用されるようになってきている。
【０００３】
ところで、摩擦攪拌接合方法は、２つの被接合材どうしを当接させ、この当接部分に摩擦攪拌接合用工具の回転子先端のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で回転子の小径部とプローブとの間の肩部を両被接合材に押し付けながら、両接合部材とプローブとを相対的に移動させることによってプローブを上記当接部分に沿って移動させるものである。したがって、摩擦攪拌接合時に、上記肩部の押し付け圧による両被接合材の撓みを防止するために、両被接合材を摩擦攪拌接合用工具の反端側から支持する必要がある。
【０００４】
断面の外形が円形である被接合材どうしの摩擦攪拌接合時における被接合材の撓みを防止しうる摩擦攪拌接合装置として、本出願人は、先に、被接合材を挟んで摩擦攪拌接合用工具とは反対側に配置され、かつ両被接合材にまたがる１対の支持ローラを備えたものを提案した（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の装置は、断面の外形が非円形である被接合材どうしの摩擦攪拌接合には適用できない。適用するためには、１対の支持ローラを被接合材の回転に伴って３次元的に移動させ、両ローラを常に被接合材に接触させる必要があるが、このような支持ローラの移動は非常に困難である。
【特許文献１】特許第３２９０６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決し、断面の外形が非円形である被接合材どうしを、簡単にかつ撓みが発生することなく摩擦攪拌接合することができる摩擦攪拌接合装置および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】
【０００７】
1)断面の外形が非円形である２つの被接合材の端面どうしを当接させ、この当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で両被接合材を中心線の周りに回転させることによって両被接合材どうしを摩擦攪拌接合するのに用いられる摩擦攪拌接合装置であって、
外周面が円筒面となっており、かつ各被接合材が通される少なくとも１つのリング状保持具と、各保持具に各被接合材を着脱自在に固定する固定手段と、被接合材を挟んで摩擦攪拌接合用工具とは反対側に配置され、かつ保持具の外周面を回転自在に支持する支持手段とを備えている摩擦攪拌接合装置。
【０００８】
2)リング状保持具が複数の構成部材からなる上記1)記載の摩擦攪拌接合装置。
【０００９】
3)リング状保持具が、一端部において相互に枢着された２つの構成部材からなり、両構成部材の他端部どうしが着脱自在に固定されるようになっている上記2)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１０】
4)リング状保持具が少なくとも２つの構成部材からなり、これらの構成部材の両端部どうしが着脱自在に固定されるようになっている上記2)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１１】
5)固定手段が、保持具に周方向に間隔をおいて複数設けられており、かつ保持具の径方向に位置調節可能となっている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１２】
6)固定手段が、保持具に周方向に間隔をおいて形成され、かつ保持具を径方向に貫通しためねじ穴と、めねじ穴にねじ嵌められたおねじ軸と、おねじ軸における保持具の径方向内端に取り付けられた押さえ部材とよりなり、押さえ部材が被接合材の外周面に当接した際におねじ軸の径方向外端が保持具の外周面から外方に突出しないようになされている上記5)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１３】
7)支持手段が、被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在である複数の支持ローラを備えている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１４】
8)各保持具が、それぞれ被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在である２つの支持ローラの対により回転自在に支持されている上記7)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１５】
9)各保持具を挟んで支持手段とは反対側に配置され、かつ各保持具を支持手段に向かって押圧する押圧手段を備えている上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１６】
10)各押圧手段が、押圧本体と、押圧本体に被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに回転自在に設けられ、かつ保持具の外周面に沿って転動する２つの押さえローラとを備えており、一方の押さえローラが支持手段に接近、離隔するように押圧本体に対して移動自在である可動押さえローラであり、可動押さえローラが圧縮コイルばねにより支持手段側に付勢されている上記9)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１７】
11)各押圧手段の押圧本体に、ローラ取付部材が、被接合材の長さ方向にのびる軸線の周りに揺動自在となるように枢着されており、ローラ取付部材における被接合材の中心線の両側部分に押さえローラが取り付けられ、可動押さえローラが、ローラ取付部材を移動自在に貫通した可動吊持ロッドの端部に回転自在に取り付けられ、ローラ取付部材と可動押さえローラとの間に圧縮コイルばねが装着されている上記10)記載の摩擦攪拌接合装置。
【００１８】
12)上記1)〜11)のうちのいずれかに記載された摩擦攪拌接合装置を用いて断面の外形が非円形である２つの被接合材を摩擦攪拌接合する方法であって、各被接合材を各リング状保持具に通すとともに固定手段により保持具に固定すること、両被接合材の端面どうしを当接させて両保持具を支持手段により支持させること、両被接合材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを回転させつつ埋入するとともに、この状態で両被接合材を中心線の周りに回転させることによってプローブを上記当接部分の全周にわたって移動させることを含む摩擦攪拌接合方法。
【００１９】
13)摩擦攪拌接合用工具のプローブの軸線と、当該軸線が被接合材の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分とのなす角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ上記12)記載の摩擦攪拌接合方法。
【００２０】
14)摩擦攪拌接合用工具におけるプローブの軸線の角度を変化させることにより、上記角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ上記13)記載の摩擦攪拌接合方法。
【００２１】
15)両被接合材をその横断面内において移動させることにより、上記角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つ上記13)または14)記載の摩擦攪拌接合方法。
【００２２】
16)上記10)または11)に記載された摩擦攪拌接合装置を用いて断面の外形が非円形である２つの被接合材を摩擦攪拌接合する方法であって、圧縮コイルばねの変形量を検出し、この変形量に基づいて押さえローラによる保持具の押圧力を制御する上記12)〜15)のうちのいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
【００２３】
17)上記12)〜16)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、かつ断面の外形が非円形である少なくとも２つの被接合材からなる接合体。
【００２４】
18)被接合材の断面の外形が多角形状である上記17)記載の接合体。
【００２５】
19)被接合材の断面の外形がだ円形である上記17)記載の接合体。
【００２６】
20)被接合材が筒状である上記17)〜19)のうちのいずれかに記載の接合体。
【００２７】
21)筒状の胴と胴の少なくとも一端開口を閉鎖する閉鎖板とよりなる容器であって、胴の長さ方向に分断したような形状となされかつ断面の外形が非円形である少なくとも２つの被接合材が、上記12)〜16)のうちのいずれかの方法により摩擦攪拌接合されている容器。
【発明の効果】
【００２８】
上記1)の摩擦攪拌接合装置によれば、断面の外形が非円形である被接合材どうしの摩擦攪拌接合時には、少なくとも１つの被接合材をリング状保持具に通すとともに固定手段により保持具に固定し、さらに両被接合材の端面どうしを当接させて両保持具を支持手段により支持させることにより、両被接合材を中心線の周りに簡単に回転自在に支持することができる。したがって、両被接合材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具の回転子先端のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で回転子の小径部とプローブとの間の肩部を両被接合材に押し付けながら、両接合部材を中心線の周りに回転させることによりプローブを上記当接部分の全周にわたって移動させる際に、被接合材の撓みを防止することができる。
【００２９】
上記2)〜5)の摩擦攪拌接合装置によれば、各被接合材の保持具への固定を比較的簡単に行うことができる。
【００３０】
上記6)の摩擦攪拌接合装置によれば、固定手段の構成が簡単なものになる。また、押さえ部材が被接合材の外周面に当接した際におねじ軸の径方向外端が保持具の外周面から外方に突出しないようになされているので、支持手段による保持具の支持の際に支障を来さない。
【００３１】
上記7)および8)の摩擦攪拌接合装置によれば、両被接合材を中心線の周りに簡単に回転自在に支持することができる。したがって、両被接合材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具の回転子先端のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で回転子の小径部とプローブとの間の肩部を両被接合材に押し付けながら、両接合部材を中心線の周りに回転させることによりプローブを上記当接部分の全周にわたって移動させる際に、被接合材の撓みを防止することができる。
【００３２】
上記9)の摩擦攪拌接合装置によれば、押圧手段により保持具を支持手段に向かって押圧することができ、その結果被接合材の中心線と、被接合材を回転させる装置の中心線との位置ずれを確実に防止することができる。したがって、被接合材どうしの接合を確実に行うことができる。
【００３３】
上記10)および11)の摩擦攪拌接合装置によれば、圧縮コイルばねの変形量を検出し、この変形量に基づいて押さえローラによる保持具の押圧力を制御することができ、その結果自動制御により、被接合材の中心線と、被接合材を回転させる装置の中心線との位置ずれを確実に防止することができる。
【００３４】
上記12)の摩擦攪拌接合方法によれば、断面の外形が非円形である被接合材どうしの摩擦攪拌接合時に、両被接合材を中心線の周りに簡単に回転自在に支持することができる。したがって、両被接合材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具の回転子先端のプローブを回転させつつ埋入し、この状態で回転子の小径部とプローブとの間の肩部を両被接合材に押し付けながら、両接合部材を中心線の周りに回転させることによりプローブを上記当接部分の全周にわたって移動させる際に、被接合材の撓みを防止することができる。
【００３５】
上記13)〜15)の摩擦攪拌接合方法によれば、接合部における内部欠陥の発生および減肉の発生を抑制することができ、その結果接合部の強度の著しい低下を防止することが可能になる。
【００３６】
上記16)の摩擦攪拌接合方法によれば、圧縮コイルばねの変形量を検出し、この変形量に基づいて押さえローラによる保持具の押圧力を制御することができ、その結果自動制御により、被接合材の中心線と、被接合材を回転させる装置の中心線との位置ずれを確実に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】
【００３７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、「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。また、図１の左右を左右といい、図２の上下を上下といい、図２の右側を前、左側を後というものとする。
【００３８】
図１および図２はこの発明による摩擦攪拌接合装置の全体構成を示し、図３はその要部の構成を示す。また、図４および図５は、図１〜図３に示す装置を用いて行う摩擦攪拌接合方法を示す。
【００３９】
図１および図２において、摩擦攪拌接合装置は、断面の外形が非円形である２つの金属製被接合材、ここでは横断面だ円形のアルミニウム製筒状被接合材(1)どうしを摩擦攪拌するものであって、摩擦攪拌接合用工具(2)と、摩擦攪拌接合用工具(2)の左右両側に配置されかつ各被接合材(1)を保持する２つのリング状保持具(3)と、各保持具(3)に被接合材(1)を着脱自在に固定する固定手段と、被接合材(1)を挟んで摩擦攪拌接合用工具(2)とは反対側（下側）に配置され、かつ保持具(3)の外周面を回転自在に支持する支持手段とを備えている。
【００４０】
なお、この明細書および特許請求の範囲において、「だ円形」という語には、数学で定義されるだ円の他に、だ円に近似した形状、たとえば長円形も含むものとする。
【００４１】
各被接合材(1)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により形成されている。両被接合材(1)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。
【００４２】
摩擦攪拌接合用工具(2)は、先端部にテーパ部を介して小径部(4a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(4)と、回転子(4)の小径部(4a)の端面に小径部(4a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(4a)よりも小径であるピン状プローブ(5)とを備えている。回転子(4)およびプローブ(5)は、両被接合材(1)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。
【００４３】
各保持具(3)の外周面は円筒面であり、各被接合材(1)は各保持具(3)に通された状態で保持されるようになっている。各保持具(3)は、ピン(6)により一端部において相互に枢着されて開閉自在となされた２つの略半円形構成部材(7)からなり（図３参照）、両構成部材(7)の他端部どうしが、着脱自在に固定されるようになっている。両構成部材(7)の他端部どうしの着脱自在の固定は、たとえばねじ、ピン、フックなどの公知の適当な手段により行われる。但し、両構成部材(7)の先端部どうしを固定した状態では、これらの手段は保持具(3)の外周面よりも径方向外方に突出しないようにしておく。なお、保持具(3)は、上述したものに代えて、２つの略半円形構成部材(7)の両端部どうしが、たとえばねじ、ピン、フックなどの公知の適当な手段により着脱自在に固定されたものであってもよい。この場合も、両構成部材(7)の両端部どうしを固定した状態では、これらの手段は保持具(3)の外周面よりも径方向外方に突出しないようにしておく。
【００４４】
被接合材(1)を保持具(3)に固定する固定手段は、保持具(3)の各構成部材(7)に周方向に間隔をおきかつ構成部材(7)を径方向に貫通した複数、ここでは２つのめねじ穴(8)と、各めねじ穴(8)にねじ嵌められて保持具(3)の径方向に移動自在となされたおねじ軸(9)と、おねじ軸(9)における保持具(3)の径方向内端に取り付けられた押さえ部材(11)とよりなる。押さえ部材(11)は、おねじ軸(9)に固定された金属製基板(11a)と、基板(11a)に固定されかつ被接合材(1)の外周面に接触する接触部材(11b)とよりなる。接触部材(11b)は、被接合材(1)の外周面に密着するとともに、被接合材(1)の外周面に傷が付くのを防止することができ、しかも断面の外形が異なった被接合材の場合にも利用することができるように、合成樹脂や合成ゴムなどの被接合材(1)よりも柔らかくかつ弾性変形しうる材料からなるものを用いることが好ましい。そして、すべてのおねじ軸(9)を保持具(3)の径方向内方に移動させて押さえ部材(11)の接触部材(11b)を被接合材(1)の外周面に押し付けることにより、被接合材(1)が保持具(3)に固定される。被接合材(1)を保持具(3)に固定した状態では、おねじ軸(9)の外端が保持具(3)の外周面から外方に突出しないようになされている。
【００４５】
支持手段は、両保持具(3)の下側にそれぞれ前後方向に間隔をおいて配置された左右方向に長い２つの支持ローラ(12)からなる左右２つのローラ対(13)によって構成されている。各支持ローラ(12)は、ベース(14)に固定された支持部材(15)に、左右方向にのびる軸線の周りに回転自在に取り付けられている。全ての支持ローラ(12)は同形、同寸であり、左側ローラ対(13)の前後の支持ローラ(12)と、右側ローラ対(13)の前後の支持ローラ(12)とは、それぞれ前後方向に関して同一位置にある。また、各ローラ対(13)における前後の支持ローラ(12)の軸線間の間隔は、各保持具(3)の外径よりも小さくなっている。なお、支持手段としては、両保持具(3)に跨るように左右方向に長く、かつ両保持具(3)を同時に回転自在に支持しうる前後２つの支持ローラからなるものを用いてもよい。また、２つの支持ローラに限らず、軸線が保持具(3)の中心軸線と同一垂直面内に配置された１つの支持ローラや。保持具(3)と滑り接触する支持部材を用いてもよい。
【００４６】
各保持具(3)を挟んで左右のローラ対(13)とは反対側に、各保持具(3)を左右のローラ対(13)に向かって押圧する押圧装置(16)（押圧手段）が配置されている。各押圧装置(16)は、図示しない駆動手段により上下動させられる押圧本体(17)と、前後方向に長くかつ左右方向にのびる軸線の周りに揺動しうるように押圧本体(17)に枢着されたローラ取付部材(18)と、ローラ取付部材(18)の前後両端部にそれぞれ設けられ、かつ左右方向にのびる軸線の周りに回転自在であるとともに保持具(3)の外周面に沿って転動する２つの押さえローラ(19)(21)とを備えている。両押さえローラ(19)(21)は、ローラ取付部材(18)の揺動中心から等距離の位置にある。
【００４７】
押圧本体(17)には下方に突出したブラケット(17a)が設けられており、ローラ取付部材(18)の前後方向（長さ方向）の中央部が、ピン(22)によりブラケット(17a)に枢着されている。前側の押さえローラ(19)は、支持ローラ(12)に対して接近、離隔しうる可動押さえローラ(19)であり、ローラ取付部材(18)を上下方向に移動自在に貫通した可動吊持ロッド(23)の下端に取り付けられている。ローラ取付部材(18)と可動押さえローラ(19)との間において、可動吊持ロッド(23)の周囲に圧縮コイルばね(24)が装着されており、これにより可動押さえローラ(19)は、常に支持ローラ(12)側に付勢されている。なお、可動吊持ロッド(23)の上端部には、可動吊持ロッド(23)の下方への抜けを防止するストッパ(25)が設けられている。後側の押さえローラ(21)は固定押さえローラ(21)であり、ローラ取付部材(18)の後端部に垂下状に固定された固定吊持ロッド(26)の下端に取り付けられている。両押さえローラ(19)(21)間の前後方向の間隔は、各支持ローラ(12)対の支持ローラ(12)間の前後方向の間隔と等しくなっている。
【００４８】
以下、上記摩擦攪拌接合装置を用いて両被接合材(1)を摩擦攪拌接合する方法について説明する。
【００４９】
まず、図３に示すように、各保持具(3)の両構成部材(7)を開き、両構成部材(7)間に被接合材(1)を配置した後両構成部材(7)を閉じ、その先端部どうしを固定する。ついで、おねじ軸(9)を回すことにより保持具(3)の径方向内方に移動させ、押さえ部材(11)の接触部材(11b)を被接合材(1)の外周面に押し付けることによって、各被接合材(1)を各保持具(3)に固定する。ついで、両被接合材(1)の端面どうしを当接させるとともに、各保持具(3)を各ローラ対(13)の２つの支持ローラ(12)に回転自在に支持させる。ついで、押圧装置(16)の押圧本体(17)を下降させ、各押圧装置(16)の両押さえローラ(19)(21)により各保持具(3)を各ローラ対(13)の支持ローラ(12)に向かって押圧する（図１および図２参照）。
【００５０】
この状態で、摩擦攪拌接合用工具(2)の回転子(4)を回転させながら、両被接合材(1)の当接部分における周方向の１箇所に、プローブ(5)を埋入するとともに、工具(2)における小径部(4a)とプローブ(5)との間の肩部(4b)を、被接合材(1)の外周面に押し付ける（図４参照）。肩部(4b)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)と肩部(4b)との摺動によって摩擦熱をさらに発生させてプローブ(5)と両被接合材(1)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。
【００５１】
ついで、両被接合材(1)を図示しない適当な手段により中心線の周りに回転させることによって、プローブ(5)を上記当接部分の周方向に移動させる。このとき、摩擦攪拌接合用工具(2)を移動することにより、および／または両被接合材(1)をその横断面内において移動させることにより、プローブ(5)を両被接合材(1)の断面の外形に沿って上記当接部分の周方向に移動させる。すると、プローブ(5)の回転により発生する摩擦熱と、両被接合材(1)と肩部(4b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記当接部分の近傍において両被接合材(1)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(5)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(5)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(5)の移動に伴って繰り返されることにより、両被接合材(1)どうしが接合されていく。このとき、摩擦攪拌接合用工具(2)を適当な手段により上下動させることにより、プローブ(5)の被接合材(1)への埋入深さを一定に保つとともに、肩部(4b)の被接合材(1)への押し付け力を一定に保つようにする。
【００５２】
ここで、図５に示すように、摩擦攪拌接合用工具(2)を移動することにより、および／または両被接合材(1)をその横断面内において移動させることにより、摩擦攪拌接合用工具(2)のプローブ(5)の軸線(X)と、当該軸線(X)が被接合材(1)の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分(Y)とのなす角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つようにする。
【００５３】
また、押圧装置(16)の圧縮コイルばね(24)の変形量を検出し、この変形量に基づいて押圧本体(17)を上下動させ、両押さえローラ(19)(21)による保持具(3)の押圧力を制御する。
【００５４】
そして、プローブ(5)が上記当接部分の全周にわたって移動して埋入位置に戻ったときに両被接合材(1)どうしが全周にわたって接合される。ついで、プローブ(5)が埋入位置に戻った後、好ましくは埋入位置を通過した後に、両被接合材(1)の当接部分に配置した当て部材（図示略）までプローブ(5)を移動させ、ここでプローブ(5)を引き抜く。こうして、両被接合材(1)が摩擦攪拌接合される。
【００５５】
上記において、両被接合材(1)がそれぞれ保持具(3)に保持されているが、これに限定されるものではなく、一方の被接合材(1)の長さが短い場合、短い被接合材(1)は図示しないチャックなどにより保持し、他方の長い被接合材(1)だけを保持具(3)により保持しておいてもよい。
【００５６】
次に、摩擦攪拌接合用工具(2)のプローブ(5)の軸線(X)と、当該軸線(X)が被接合材(1)の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分(Y)とのなす角度θを、９０度＜θ≦１０５度に保つことが好ましいことを確認するために行った試験について述べる。
【００５７】
被接合材(1)として、JIS Ａ６０６１−Ｔ６からなる横断面だ円形の筒状のものを用意した。被接合材(1)の断面の外形は長径１５０ｍｍ、短径１０５ｍｍのだ円形であり、肉厚は３ｍｍである。また、摩擦攪拌接合用工具(2)として、回転子(4)の小径部(4a)外径：１２ｍｍ、プローブ(5)径：４ｍｍ、プローブ(5)長：３ｍｍのものを用意した。そして、上述した摩擦攪拌接合装置を使用し、摩擦攪拌接合用工具(2)のプローブ(5)の軸線(X)と、当該軸線(X)が被接合材(1)の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分(Y)とのなす角度θを種々変更して、２つの被接合材(1)を上述した方法により摩擦攪拌接合した。
【００５８】
ついで、被接合材(1)どうし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。また、接合前の材料から試験片を作成して引張試験を行い、母材の引張強度を測定した。ついで、継手効率(%)＝（接合部の引張強度／母材の引張強度）×１００という式により継手効率を求めた。
【００５９】
各角度θにおける継手効率を表１に示す。
【表１】
0004705802.tif 000002
【００６０】
表１中、○は継手効率が７５％以上の場合を示し、×は継手効率が７５％未満の場合を示す。
【００６１】
表１に示す結果から、上記角度θが９０度＜θ≦１０５の場合に、接合部の強度の著しい低下を防止することが可能になることが分かる。
【００６２】
図６は、断面の外形が多角形状、ここでは五角形状の被接合材(30)どうしを摩擦攪拌接合する方法を示す。なお、被接合材(30)の外周面の稜線部に丸みがつけられている。断面の外形が五角形状の被接合材(30)どうしの摩擦攪拌接合も、断面の外形がだ円形である被接合材(1)の場合と全く同様に行うことが可能である。この場合にも、接合の際には、摩擦攪拌接合用工具(2)を移動することにより、および／または両被接合材(30)をその横断面内において移動させることにより、摩擦攪拌接合用工具(2)のプローブ(5)の軸線(X)と、当該軸線(X)が被接合材(30)の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分(Y)とのなす角度θを９０度＜θ≦１０５度に保つようにする。また、押圧装置(16)の圧縮コイルばね(24)の変形量を検出し、この変形量に基づいて押圧本体(17)を上下動させ、両押さえローラ(19)(21)による保持具(3)の押圧力を制御する。
【００６３】
図７は、上述した摩擦攪拌接合装置を用いて被接合材が接合されてなる金属製品の一具体例を示し。ここでは複数の容器構成部材が接合されてなる容器である。
【００６４】
図７において、容器(40)は、断面の外形がだ円形である筒状の胴(41)と胴(41)の少なくとも一端開口を閉鎖する閉鎖板(42)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(41)を構成する第１容器構成部材(43)と、第１容器構成部材(43)の少なくとも一端部に接合されて閉鎖板(42)を構成するアルミニウム製第２容器構成部材(44)とにより形成されている。第２容器構成部材(44)は、鍛造または切削により形成されたものである。
【００６５】
第１容器構成部材(43)は、胴(41)を構成する横断面だ円形の周壁部(45)を有している。第２容器構成部材(44)は、閉鎖板(42)を構成する一端が開口したドーム状の周壁部(46)を有している。周壁部(46)の開口側端部はだ円形である。
【００６６】
第１容器構成部材(43)および第２容器構成部材(44)は、それぞれ、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により形成されている。これらの容器構成部材(43)(44)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。
【００６７】
第１容器構成部材(43)の周壁部(45)の少なくとも一端部と、第２容器構成部材(44)の周壁部(46)の開口端部とは相互に当接させられており、これらの容器構成部材(43)(44)は、両者の当接部において全周にわたって摩擦攪拌接合されている。
【００６８】
容器(40)は、上述した摩擦攪拌接合装置を使用して、第１容器構成部材(43)と第２容器構成部材(44)とを接合することにより製造される。
【００６９】
すなわち、図１の一方の被接合材(1)の代わりに第１容器構成部材(43)を一方の保持具(3)に固定し、同じく他方の被接合材(1)の代わりに第２容器構成部材(44)を他方の保持具(3)に固定し、上述したのと全く同様な方法で両容器構成部材(43)(44)の周壁部(45)(46)どうしを接合する（図８参照）。こうして、容器(40)が製造される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明による摩擦攪拌接合装置を示す斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】保持具の両構成部材を開いた状態を示す図である。
【図４】両被接合材に跨って摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】両被接合材を摩擦攪拌接合する方法において、摩擦攪拌接合用工具のプローブの軸線と、当該軸線が被接合材の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分とのなす角度を示す断面図である。
【図６】断面の外形が多角形状の被接合材どうしを摩擦攪拌接合する方法において、摩擦攪拌接合用工具のプローブの軸線と、当該軸線が被接合材の外周面と交わる点での接線における接合方向前方の部分とのなす角度を示す断面図である。
【図７】摩擦攪拌接合装置を用いて複数の容器構成部材が接合されてなる容器を示す縦断面図である。
【図８】この発明による摩擦攪拌接合装置を、図７の容器の製造に適用した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
(1)(30)：被接合材
(2)：摩擦攪拌接合用工具
(3)：保持具
(5)：プローブ
(7)：構成部材
(8)：めねじ穴
(9)：おねじ軸
(11)：押さえ部材
(12)：支持ローラ
(13)：ローラ対
(16)：押圧装置（押圧手段）
(17)：押圧本体
(18)：ローラ取付部材
(19)：可動押さえローラ
(21)：固定押さえローラ
(23)：可動吊持ロッド
(24)：圧縮コイルばね
(40)：容器
(41)：胴
(42)：閉鎖板
(43)：第１容器構成部材
(44)：第２容器構成部材
【図１】
0004705802.tif 000003
【図２】
0004705802.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004705802.tif 000007
【図６】
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【図７】
0004705802.tif 000009
【図８】
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