(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ状の第一の部材の端部外周部に段付き部を形成し、この段付き部の小径部に対して、パイプ状の第二の部材の端部を外嵌せしめて、それら第一及び第二の部材を突き合わせて嵌合せしめた後、その突合せ部に、回転工具の先端に同心的に設けたピンを、該回転工具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成するに際して、
前記第一の部材として、前記第二の部材よりも大なる外径を有し且つ肉厚が大となるものを用いると共に、前記回転工具の軸心が該第一及び第二の部材の軸心に対して直交するようにして、該回転工具の肩部が、前記第二の部材の外表面よりも部材内側に入り込まないように、前記摩擦攪拌接合を行ない、前記突合せ部に形成される接合部の外表面に、該第二の部材の外表面よりも低い窪みが形成されないようにしたことを特徴とするパイプ状部材の接合方法。
【請求項２】
パイプ状の第一の部材の端部外周部に段付き部を形成し、この段付き部の小径部に対して、パイプ状の第二の部材の端部を外嵌せしめて、それら第一及び第二の部材を突き合わせて嵌合せしめた後、その突合せ部に、回転工具の先端に同心的に設けたピンを、該回転工具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成するに際して、
前記第一の部材として、前記第二の部材よりも大なる外径を有し且つ肉厚が大となるものを用いると共に、該第一及び第二の部材の軸心に対して垂直となる該第一及び第二の部材の当接面に対し、前記回転工具の軸心が該第二の部材側に傾斜せしめられてなる形態において、該回転工具の肩部が、前記第二の部材の外表面よりも部材内側に入り込まないようにして、前記摩擦攪拌接合を行ない、前記突合せ部に形成される接合部の外表面に、該第二の部材の外表面よりも低い窪みが形成されないようにしたことを特徴とするパイプ状部材の接合方法。
【請求項３】
ロッド状の第一の部材の端部外周部に段付き部を形成し、この段付き部の小径部に対して、パイプ状の第二の部材の端部を外嵌せしめて、それら第一及び第二の部材を突き合わせて嵌合せしめた後、その突合せ部に、回転工具の先端に同心的に設けたピンを、該回転工具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成するに際して、
前記第一の部材として、前記第二の部材よりも大なる外径を有するものを用いると共に、前記回転工具の軸心が該第一及び第二の部材の軸心に対して直交するようにして、該回転工具の肩部が、前記第二の部材の外表面よりも部材内側に入り込まないように、前記摩擦攪拌接合を行ない、前記突合せ部に形成される接合部の外表面に、該第二の部材の外表面よりも低い窪みが形成されないようにしたことを特徴とするパイプ状部材の接合方法。
【請求項４】
ロッド状の第一の部材の端部外周部に段付き部を形成し、この段付き部の小径部に対して、パイプ状の第二の部材の端部を外嵌せしめて、それら第一及び第二の部材を突き合わせて嵌合せしめた後、その突合せ部に、回転工具の先端に同心的に設けたピンを、該回転工具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成するに際して、
前記第一の部材として、前記第二の部材よりも大なる外径を有するものを用いると共に、該第一及び第二の部材の軸心に対して垂直となる該第一及び第二の部材の当接面に対し、前記回転工具の軸心が該第二の部材側に傾斜せしめられてなる形態において、該回転工具の肩部が、前記第二の部材の外表面よりも部材内側に入り込まないようにして、前記摩擦攪拌接合を行ない、前記突合せ部に形成される接合部の外表面に、該第二の部材の外表面よりも低い窪みが形成されないようにしたことを特徴とするパイプ状部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、パイプ状部材の接合方法に係り、特に接合後において、優れた接合強度が確保され得るパイプ状部材の接合方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来より、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるパイプ状乃至はロッド状（中実の棒状）のアルミニウム部材を接合する方法の一つとして、摩擦圧接法が知られている。この摩擦圧接法は、接合されるべきアルミニウム部材を互いに突き合わせて、相対的に高速回転せしめ、それらの突合せ面に発生する摩擦熱で、それぞれの突合せ部を軟化、溶融させて、圧接せしめる方法であり、アルミニウムやアルミニウム合金材料の溶接手法として一般に採用されるＴＩＧやＭＩＧ等による溶接手法とは異なって、不活性ガス等を使用する必要がない等の利点があるものの、接合されるべきアルミニウム部材のうちの一方を高速で回転させるために、回転せしめられるアルミニウム部材の大きさによっては、大きな装置が必要となると共に、アルミニウム部材を固定するために、パイプの形状が限定されて、異なる径断面を有するアルミニウム部材同士を接合することは、困難であったのである。また、それぞれの突合せ部の溶融部分に対して、互いの突合せ方向に圧力を掛けて、かかる溶融部分をバリとして排出させるため、接合されるべきアルミニウム部材のそれぞれの長さが、接合の前後で不定量に変化してしまい、それ故に、所望の長さの接合製品を安定して得ることが困難となる等といった欠点を有していた。
【０００３】
そのため、近年では、アルミニウム部材自体を回転せしめるのではなく、それ以外の第三の部材（工具）を用いて、アルミニウム部材を接合せしめる手法、所謂摩擦攪拌接合法が注目され、パイプ状やロッド状を呈するアルミニウム部材の接合に際しても適用され始めてきている。
【０００４】
かかる摩擦撹拌接合法は、摩擦熱を利用した固相接合法であって、入熱が少なく、接合時に生ずる接合部位の軟化や熱歪みの程度を可及的に少なく抑え得る接合手法として知られており、例えば、図１（ａ）に示されるように、接合されるべき二つのアルミニウム部材２，４を互いに突き合わせる一方、それら二つのアルミニウム部材２，４よりも硬い材質のピン６が先端中心部に同心的に設けられてなる回転工具８を高速回転せしめつつ、該ピン６を、該二つのアルミニウム部材２，４の突合せ部１０に圧入し、かかる突合せ部１０に沿って相対移動せしめることにより、それら回転せしめられるピン６や回転工具８と二つのアルミニウム部材との間に摩擦熱を発生せしめ、そしてその摩擦熱にて、突合せ部１０の周辺部位を塑性流動可能な状態と為し、更にピン６の高速回転による撹拌作用にて二つのアルミニウム部材２，４の突合せ部１０の組織を入り交わらせ、以て二つのアルミニウム部材２，４を溶融させることなく、接合するものである。
【０００５】
このような摩擦撹拌接合法によれば、接合されるべき二つのアルミニウム部材２，４よりも充分に小さな回転工具８だけが高速回転せしめられるため、アルミニウム部材２，４の大きさに拘わらず、装置全体の大きさを比較的に小さく為すことが出来、また二つのアルミニウム部材２，４のそれぞれの突合せ部１０に対して、互いの突合せ方向に、それほど大きな圧力が掛けられるものでないところから、接合時に生ずるバリにより、接合の前後で、二つのアルミニウム部材２，４の長さが不定量に変化するようなことも殆どないのであり、以て上述の摩擦圧接法の実施時に生ずる問題も、悉く解消され得ることとなる。
【０００６】
ところが、かくの如き従来の摩擦撹拌接合手法にて、図１（ａ）に示される如きパイプ状のアルミニウム部材２を、同一の外径を有するパイプ状のアルミニウム部材乃至はロッド状のアルミニウム部材４に対して接合するに際しては、一般に、図１（ｂ）に示されるように、回転工具８は、進行方向（図中、矢印イにて示される方向）に対して、所定の角度（α）をもって後傾する形態において、相対的に移動せしめられることとなるところから、接合後において、図２に示されるように、二つのアルミニウム部材２，４が互いに攪拌されてなる接合部（攪拌部）１４の表面に、後傾した回転工具８の肩部１２、特にエッジ部がアルミニウム部材２，４の外表面に食い込むことによって惹起される窪み１６が、周方向に亘って必然的に形成されてしまい、元々、比較的に薄肉であるパイプ状のアルミニウム部材２が、かかる接合部１４において、薄肉のパイプ状アルミニウム部材２の肉厚よりも実質的に薄肉となり、これによって、破断強度乃至は引張強度や疲労強度（曲げ強度）等が低下して、接合強度が低下し、その結果、継手効率が低下するといった大きな問題があった。
【０００７】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、摩擦撹拌接合手法を利用して、パイプ状若しくはロッド状の部材とパイプ状の部材とを、優れた接合強度をもって、効率的に接合することが出来、以て継手効率を極めて高度に確保することが出来る、パイプ状部材の接合方法を提供することにある。
【０００８】
【解決手段】
そして、本発明は、上述の如き課題を解決するために、パイプ状若しくはロッド状の第一の部材に対して、パイプ状の第二の部材の端面を突き合わせて嵌合せしめ、その突合せ部に、回転工具の先端に同心的に設けたピンを、該回転工具と共に一体的に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成するに際して、前記第一の部材として、前記第二の部材よりも大なる外径を有し且つ肉厚が大となるものを用いると共に、前記回転工具の肩部が、前記第二の部材の外表面よりも部材内側に入り込まないようにして、前記摩擦攪拌接合を行ない、前記突合せ部に形成される接合部の外表面に、該第二の部材の外表面よりも低い窪みが形成されないようにしたことを特徴とするパイプ状部材の接合方法を、その要旨とするものである。
【０００９】
すなわち、このような本発明に従うパイプ状部材の接合方法は、接合すべきパイプ状の部材（第二の部材）の端面を、かかるパイプ状部材よりも外径と肉厚が大きなパイプ状若しくはロッド状の部材（第一の部材）に対して突き合わせて嵌合せしめ、そして、その突合せ部を、先端にピンが設けられた回転工具にて、その肩部が、薄肉である第二のパイプ状部材の外表面よりも部材内側に入り込まないようにして、摩擦攪拌接合を行なっているところから、厚肉である第一の部材よりも強度に劣る第二の部材の外表面に、周方向に亘って、部材内側に入り込むような窪みが形成されることがなく、従って、第二の部材が、かかる窪み形成部分において、部分的に薄肉となり、その薄肉部分において破断強度や疲労強度が低下するようなことが有利に抑制され得るのである。このため、パイプ状若しくはロッド状の第一の部材とパイプ状の第二の部材とを優れた破断強度や疲労強度をもって、確実に且つ効率的に接合することが出来るのであり、それによって、極めて高度な継手効率を有する接合製品を有利に得ることが可能となるのである。
【００１０】
なお、このような本発明に従うパイプ状部材の接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記回転工具の軸心が前記第一及び第二の部材の軸心に対して直交するようにして、前記摩擦攪拌接合が行なわれることとなる。このような本発明手法に従えば、回転工具の肩部が薄肉の第二の部材の外表面に接触するようなことが効果的に回避され得、従って、第二の部材の肩部との接触部分が塑性流動化して、該外表面に窪みが形成され、以て、第二の部材が薄肉化してしまうようなことが、極めて効果的に防止され得るのであり、これにより、本発明の目的がより一層有利に達成され得ることとなる。
【００１１】
また、かかる本発明に従うパイプ状部材の接合方法の有利な別の態様の一つによれば、前記第一及び第二の部材の軸心に対して垂直となる該第一及び第二の部材の当接面に対し、前記回転工具の軸心が該第二の部材側に傾斜せしめられてなる形態において、前記摩擦攪拌接合が行なわれる。このような本発明手法に従えば、接合後において、第一の部材の接合端部が、滑らかな傾斜面形態と為され得、これによって、より一層優れた接合品質が確保され得るのである。
【００１２】
加えて、本発明における好ましい別の態様の一つによれば、前記第一の部材の端部外周部に段付き部が形成され、該段付き部の小径部に前記第二の部材の端部が外嵌せしめられて、それら第一及び第二の部材が突き合わされることが望ましい。このような構成を採用することによって、回転工具の押圧力乃至は押付け力によって、第二の部材の端部が変形せしめられるようなことが有利に阻止され得るのであり、従って、かかる第二の部材の端部の内孔内に、中子の如き裏当て治具を設置する手数も何等必要とされ得ないのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ところで、かくの如き本発明に従うパイプ状部材の接合方法は、所定のパイプ状の部材を、パイプ状若しくはロッド状の部材に対して接合するに際して、適用されるものであるが、かかる本発明手法に従って接合される部材の材質としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるアルミニウム製部材や、銅若しくは銅合金からなる銅製部材等の金属製部材が、適宜に選択されて、用いられるのである。そして、その中でも、接合部位の組織変化によって、接合強度の低下が惹起されないものが、強度維持の上で有利に用いられ得るのであり、アルミニウム製部材としては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）のアルミニウム部材等を例示することが出来る。
【００１４】
そして、そのような材質の中でも、アルミニウム合金からなる二つのアルミニウム部材を摩擦攪拌接合して、目的とする接合製品を形成せしめるに際しては、先ず、図３に示されるように、第一の部材たるロッド状アルミニウム部材２０と第二の部材たるパイプ状アルミニウム部材２２とを、それぞれの端面同士において、同軸的に突き合わせて嵌合せしめた状態下で、それら二つのアルミニウム部材２０，２２が周方向及び軸方向に相対的に移動することがないように、拘束し、保持せしめるのである。
【００１５】
なお、かかる中実の棒形状を呈するロッド状アルミニウム部材２０としては、本発明に従って、それに接合されるパイプ状アルミニウム部材２２に比して、大きな外径を有するものが用いられており、それ故、当然のことながら、その肉厚は、パイプ状アルミニウム部材２２よりも厚いものとなっている。また、その先端外周部は段付き部とされ、端面中央部に位置するように、パイプ状アルミニウム部材２２の内孔内に嵌合可能な小径円柱状の嵌合突起２４が、同心的に一体形成されている。そして、この嵌合突起２４を、パイプ状アルミニウム部材２２内に、それらパイプ状アルミニウム部材２２とロッド状アルミニウム部材２０の端面同士が突き合わされるまで、嵌挿せしめることによって、それら二つのアルミニウム部材２０，２２が、容易に同軸的に組み付けられるようになっているのである。また、突き合わされたアルミニウム部材２０，２２の突合せ部２６には、それらの外径差に基づくところの段差部２８が、全周に亘って、周方向に連続して延びるように、形成されている。
【００１６】
一方、摩擦攪拌接合操作に用いられる回転工具３０としては、軸回りに回転せしめられるロッド状本体の先端部に、所定高さを有するピン３２が同心的に設けられている、従来と同様なものが使用され、また、接合されるべきアルミニウム部材２０，２２の材質よりも硬い材料にて形成されており、そのため、それら回転工具３０やピン３２が高速回転せしめられて、二つのアルミニウム部材２０，２２の突合せ部２６に差し込まれたり、段差部２８に回転工具３０の先端部たる肩部（ショルダ部）３４が接触せしめられても、殆ど損耗することのない非消費型の部材とされているのである。なお、これら回転工具３０やピン３２の軸心回りの高速回転は、回転工具３０の基部側において、図示しない、従来と同様な回転駆動装置に取り付けられていることによって、容易に実現され得るようになっているのである。
【００１７】
そして、摩擦攪拌接合操作においては、そのような回転工具３０をピン３２と一体的に高速回転させて、図３に示されるように、同軸的に突き合わされたロッド状アルミニウム部材２０とパイプ状アルミニウム部材２２との突合せ部２６に向かって、下降するように、移動させることにより、かかる突合せ部２６に、該回転工具３０のピン３２を押し付けて、回転工具３０の肩部３４が段差部２８に当接するまで、該ピン３２を突合せ部２６に差し込むようにするのである。これにより、突合せ部２６とピン３２及び回転工具３０の肩部３４との接触面において摩擦熱を発生させて、その周囲を可塑化せしめると共に、ピン３２の高速回転に伴う攪拌作用にて、突合せ部２６を形成するロッド状アルミニウム部材２０とパイプ状アルミニウム部材２２のそれぞれの端部部位の組織を入り交じり合わせ、更に、かかるピン３２及び回転工具３０を突合せ部２６に沿って相対的に移動せしめることにより、二つのアルミニウム部材２０，２２を、その突合せ部２６において、摩擦攪拌接合せしめるのである。
【００１８】
なお、本実施形態においては、かくの如き摩擦攪拌接合に際して、回転工具３０は、図４に示されるように、その軸心：ａが、ロッド状アルミニウム部材２０とパイプ状アルミニウム部材２２の軸心：ｂ，ｃに対して直交（θ1 ）した状態において、そして、周方向（接合進行方向）への相対的な移動をより円滑にすべく、図５に示されるように、回転工具３０の軸心：ａが、軸心：ｂ，ｃを含む垂直面：ｄに対して所定の角度：θ2 を為すように、傾斜せしめられた状態において、位置が固定されるのである。また、そのような位置固定的な、高速回転せしめられる回転工具３０に対して、相対移動不能に拘束された二つのアルミニウム部材２０，２２が軸心回り（図５において矢印ロにて示される方向）に一体回転せしめられることにより、全体として、回転工具３０が、進行方向（図５において矢印ハにて示される方向）において所定の角度：θ2 をもって後傾する形態において、突合せ部２６に沿って、周方向に相対的に移動せしめられるようになっている。
【００１９】
また、ここにおいて、回転工具３０の傾斜角度（θ2 ）としては、従来と同様な角度が採用され得るのであるが、本発明にあっては、特に、回転工具３０の肩部３４が、小径且つ薄肉であるパイプ状アルミニウム部材２２の外表面３６に接触して部材内側に入り込んで窪みが形成されることのないような角度が、適宜に設定されることとなる。
【００２０】
而して、上述せる如くして、摩擦攪拌接合操作が行なわれることにより、ロッド状アルミニウム部材２０とパイプ状アルミニウム部材２２との突合せ部２６には、図６及び図７に示されるように、それら二つのアルミニウム部材２０，２２に跨る接合部（攪拌接合部）３８が、全周に亘って、周方向に連続的に延びるように形成せしめられ、目的とする接合製品が得られるのである。また、そのような接合部３８の形成過程において、パイプ状アルミニウム材２２の端部と突合せ部２６における段差部２８とが塑性流動して交じり合う際に、塑性流動化せしめられた段差部２８が、回転工具３０の肩部３４にて、押し付けられ、均されることによって、接合部３８の外表面４０が、回転工具３０の肩部３４に対応した平面形態とされると共に、かかる接合部３８の外表面４０が、パイプ状アルミニウム部材２２の外表面３６よりも外径方向に高く、且つ、ロッド状アルミニウム部材２０の外表面４２よりも低くされ、以て、かかる接合部３８とその両側のアルミニウム部材２０，２２にて、階段状の段差部が形成されるようになっているのである。
【００２１】
このように、本実施形態では、突合せ部２６を、ピン３２が設けられた回転工具３０にて摩擦攪拌接合せしめる際において、回転工具３０の肩部３４が、ロッド状アルミニウム部材２０に比して小径・薄肉であるパイプ状アルミニウム部材２２の外表面３６よりも径方向内方に、つまり、部材内側に入り込まないようにしているところから、ロッド状アルミニウム部材２０よりも強度に劣るパイプ状アルミニウム部材２２の外表面３６に、周方向に亘って窪みが形成されるようなことが、効果的に防止されるのである。そのため、パイプ状アルミニウム部材２２が、接合部３８において、部分的に薄肉となり、その薄肉部分において破断強度や疲労強度が低下するようなことが有利に抑制され得るのであり、以て、優れた継手効率を有する接合製品を、極めて有利に形成せしめることが出来るのである。
【００２２】
また、本実施形態においては、回転工具３０の軸心：ａと、ロッド状アルミニウム部材２０の軸心：ｂ（パイプ状アルミニウム部材２２の軸心：ｃ）との為す角：θ1 が、直角となるようにして、摩擦攪拌接合が行なわれているところから、かかる角：θ1 が鋭角となる形態において実施される場合に比して、回転工具３０の肩部３４が、パイプ状アルミニウム部材２２の外表面３６に接触するようなことが、より一層効果的に回避され得ているのである。
【００２３】
加えて、ロッド状アルミニウム部材２０の嵌合突起２４がパイプ状アルミニウム部材２２の内孔内に挿入位置せしめられた状態において、摩擦攪拌接合が行なわれているところから、回転工具３０の突合せ部２６に対する押圧力によって、パイプ状アルミニウム部材２２の端部が変形せしめられることも、有利に阻止され得ているのである。
【００２４】
ところで、本発明手法は、上述した実施形態に限定して解釈されるものでは決してなく、図８及び図９には、互いに径及び肉厚の異なるパイプ状アルミニウム同士を摩擦攪拌接合するに際して、本発明手法を適用した別の実施形態が示されている。なお、それら図８及び図９においては、上述の実施形態と同一の構造とされた部材及び部位については、図中、それぞれ、上述の実施形態と同一の符号を付与することにより、その詳細な説明は、省略した。
【００２５】
すなわち、図８に示される如き、外径、内径及び肉厚の異なるパイプ状アルミニウム部材同士を摩擦攪拌接合するには、先ず、上記の実施形態と同様にして、二つの第一及び第二のパイプ状アルミニウム部材５０，５２を、それぞれの端面同士において同軸的に突き合わせて嵌合せしめた状態下で、それら二つの部材５０，５２が、周方向及び軸方向に、相対的に移動することがないように拘束し、保持せしめられるのである。
【００２６】
なお、ここにおいて、第一のパイプ状アルミニウム部材５０は、第二のパイプ状アルミニウム部材５２より大きな外径且つ小さな内径を有し、以て、肉厚が、第二のパイプ状アルミニウム部材５２に比して、充分に大きくなっており、その先端面には、外周部に設けた段付き部によって、第二のパイプ状アルミニウム部材５２の内孔内に嵌合可能な小径円筒状の嵌合突起５４が、同心的に一体形成されている。そして、この嵌合突起５４を第二のパイプ状アルミニウム部材５２内に、それら第一と第二の部材５０，５２の端面同士が突き合わされるまで、挿入せしめることによって、それら二つの部材５０，５２が、容易に同軸的に位置せしめられるようになっているのである。また、突き合わされた二つの部材５０，５２の突合せ部５６には、上記実施形態と同様に、それらの外径差に基づくところの段差部５８が、全周に亘って、周方向に連続して延びるように形成されることとなる。
【００２７】
そして、上記した実施形態と同様に、高速回転せしめられた回転工具３０のピン３２を、二つの部材５０，５２の突合せ部５６に差し込み、それら二つの部材５０，５２を軸心回りに一体回転せしめることにより、該回転工具３０を突合せ部５６に沿って周方向に相対的に移動せしめて、かかる突合せ部５６を周方向に亘って、摩擦攪拌接合し、目的とする接合製品得を形成するのであるが、本実施形態にあっては、図８に示されるように、回転工具３０の軸心：ａ’が、二つの部材５０，５２の軸心に対して垂直な突合せ面（二つの部材５０，５２の当接面）から、第二のパイプ状アルミニウム部材５２の方向に、傾斜角度：θ3 だけ、傾斜せしめられた形態において、摩擦攪拌接合が行なわれているのである。
【００２８】
具体的には、回転工具３０のピン３２が、第一のパイプ状アルミニウム部材５０の突合せ端面と、第二のパイプ状アルミニウム部材５２の外表面６０とで形成される角部６２に、傾斜角度：θ3 をもって斜めに差し込まれ、その傾斜を保持した状態において、周方向に亘って、摩擦攪拌接合が行なわれるのであり、この際においても、回転工具３０の肩部３４が、薄肉側の第二のパイプ状アルミニウム部材５２の外表面に対して、何等接触することがないように、回転工具３０の傾斜角度が調整されつつ、回転工具３０とピン３２とが、角部６２に沿って、移動せしめられることとなる。これによって、図９に示されるように、接合部６４の外表面６６に、第二のパイプ状アルミニウム部材５２の外表面６０よりも径方向内方に凹陥するような窪みが形成されて、第二のパイプ状アルミニウム部材５２が薄肉化されるようなことが極めて効果的に防止され得、以て、優れた接合強度と継手効率が有利に実現され得る接合製品が得られるのである。しかも、そのような接合部６４の形成過程において、可塑化された突合せ部５６の肉部の逃げが回転工具３０の肩部３４にて抑制されるようになるところから、接合部６４の外表面６６は、回転工具３０の傾斜角度：θ3 に応じた角度を有する、滑らかな傾斜面形態とされ得るのであり、これによって、より一層優れた接合品質が確保され得ることとなるのである。
【００２９】
さらに、本実施形態においては、第一のパイプ状アルミニウム部材５０の円筒状嵌合突起５４が第二のパイプ状アルミニウム部材５２の内孔内に挿入位置せしめられた状態において、摩擦攪拌接合が行なわれているところから、回転工具３０の突合せ部２６に対する押圧力によって、パイプ状アルミニウム部材２２の端部が変形せしめられることも、有利に阻止され得、それら二つのパイプ状アルミニウム部材５０，５２の端部の内孔内に、中子の如き裏当て治具を設置する手数も何等必要とされないのである。
【００３０】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００３１】
例えば、上記の実施形態では、互いに突き合わされた二つのアルミニウム部材２０，２２，５０，５２を軸心回りに一体回転せしめて、回転工具３０を突合せ部２６，５６に沿って相対移動せしめていたが、アルミニウム部材２０，２２，５０，５２を固定して、回転工具３０を突合せ部２６，５６に沿って周方向に移動せしめるようにしても、或いは、アルミニウム部材２０，２２，５０，５２を軸心回りに一体回転せしめつつ、回転工具３０を周方向に移動せしめるようにしても良いのである。
【００３２】
また、上記した本実施形態では、外径及び肉厚の大きなロッド状若しくはパイプ状アルミニウム部材２０，５０と、外径及び肉厚の小さなパイプ状アルミニウム部材２２，５２とが用いられて、目的とする接合製品が形成されていたが、それらの突合される部材同士の外径差は、特に制限されるものではないものの、接合部３８，６４の外表面４０，６６に、薄肉の第二の部材２２，５２の外表面３６，６０よりも低い窪みが出来ないように、また、突合せ部２６，５６に差し込まれたピン３２の撹拌作用が健全に実施され得るように、適宜に設定されることとなる。
【００３３】
かくして、本発明手法にて形成された接合製品は、そのまま、或いは、時効処理にて硬化せしめられたり等した後、アーム用部材やサブフレーム用部材等の自動車用部品等として、有利に用いられることとなるのである。
【００３４】
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００３５】
【実施例】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。
【００３６】
実施例  １
先ず、第一の部材として、外径が３２ｍｍのロッド状アルミニウム部材（６Ｎ０１−Ｔ１材）を準備する一方、第二の部材として、３０ｍｍの外径と４ｍｍの厚さとを有するパイプ状アルミニウム部材（６Ｎ０１−Ｔ１材）を準備した。なお、第一の部材の一端面には、第二の部材の内径と略同様な直径を有する１０ｍｍ長さの円柱状嵌合突起が一体的に形成されていた。
【００３７】
次いで、それら準備された二つのロッド状アルミニウム部材とパイプ状アルミニウム部材とを、該ロッド状アルミニウム部材の嵌合突起をパイプ状アルミニウム部材の内孔内に挿嵌せしめつつ、互いに同軸上で突き合わせた後、それら二つのアルミニウム部材が突合せ部において相対的に移動しないように拘束し、図８に示される如き形態において、先端にピンが設けられた回転工具を高速回転させつつ、かかる回転工具のピンを、回転工具の軸心が二つのアルミニウム部材の軸心に対して垂直となる当接面に対し、パイプ状アルミニウム部材側に傾斜するように、即ち、図８におけるθ3 が５°となるようにして、二つのアルミニウム部材の突合せ部に差し込んで、それら二つのアルミニウム部材を、その軸心回りに一体的に回転せしめることにより、回転工具を該突合せ部に沿って周方向に移動させることにより、それらロッド状アルミニウム部材とパイプ状アルミニウム部材とを摩擦撹拌接合した。
【００３８】
なお、かかる摩擦撹拌接合には、回転工具として、ピン直径：３ｍｍ、ピン高さ：４．５ｍｍのピンが同心的に設けられた、回転工具肩径：１０ｍｍであるものを用いると共に、回転数：１０００ｒｐｍ、外周での接合速度１２０ｍｍ／分、及び、回転工具が進行方向において後傾する傾斜角度（θ2 ）：３°の条件を採用した。
【００３９】
そして、かかる摩擦攪拌接合によって得られた接合製品に対して、１８５℃、８時間の条件にて、時効処理を行なった。
【００４０】
そして、上述せる如くして得られた接合製品と、それの母材の一方である薄肉側のパイプ状アルミニウム部材とを、それぞれ、ＪＩＳ−Ｚ−３１１１−１９７０の「３．試験方法」に準拠して、軸方向に引張することにより、引張試験を実施した。その結果、接合製品の破断は、パイプ状アルミニウム部材側の母材で生じ、その破断強度（引張強度）はパイプ状アルミニウム部材と同じであり、かかるパイプ状アルミニウム部材を基準とした継手効率［＝（接合品の破断強度）／（母材の破断強度）×１００］は１００％であった。また、接合部（ビード）は略平滑で、その接合部断面の組織観察を実施したところ、パイプ状アルミニウム部材の外表面より低い窪み等の欠陥の発生はなく、健全な接合状態であることを確認した。加えて、常法に従って、接合製品とパイプ状アルミニウム部材の疲労試験を行なったところ、接合製品の疲労強度は、パイプ状アルミニウム部材の疲労強度と略同じであった。
【００４１】
比較例  １
また、比較のために、第二の部材として、上記した実施例１と同様なパイプ状アルミニウム部材（６Ｎ０１−Ｔ１材）を準備する一方、第一の部材として、該パイプ状アルミニウム部材と同一外径を有する、外径：３０ｍｍのロッド状アルミニウム部材（６Ｎ０１−Ｔ１材）を準備した。なお、かかる第一の部材の一端面には、第二の部材の内径と略同様な直径を有する１０ｍｍ長さの円柱状嵌合突起が一体的に形成されていた。
【００４２】
そして、それら二つのアルミニウム部材を、前記実施例１と同様にして、それと同一の条件で摩擦撹拌接合した（但し、回転工具の軸心が二つのアルミニウム部材の軸心に対して直交するようにした）。その後、１８５℃、８時間の条件で時効処理を行なって、接合製品を作製した。
【００４３】
そして、得られた接合製品を、ＪＩＳ−Ｚ−３１１１−１９７０の「３．試験方法」に準拠して、軸方向に引張することにより、引張試験を実施した。その結果、接合製品の破断は、接合部で生じ、パイプ状アルミニウム部材を基準とした継手効率は９２％であった。また、その接合部断面の組織観察を実施したところ、接合部には、窪みが生じており、かかる窪み部分から破断が生じていることが認められた。加えて、常法に従って、接合製品の疲労試験を行なったところ、１０6 回付近で、母材の約１０％程度の疲労強度しかなかった。
【００４４】
かかる実施例１及び比較例１の結果から明らかなように、本発明手法にて形成された接合製品にあっては、比較例のものに比して、破断強度及び疲労強度に優れ、接合による強度の低下が極めて効果的に回避され、母材と同様な強度が確保されていることが分かるのである。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従うパイプ状部材の接合方法によれば、パイプ状の部材が、パイプ状若しくはロッド状の部材に対して、優れた接合強度をもって、効率的に且つ確実に接合されるのであり、以て極めて高度な継手効率は確保され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の手法にて、同一外径を有するロッド状アルミニウム部材とパイプ状アルミニウム部材を摩擦撹拌接合する工程の一例を示す説明図であって、（ａ）は、それら二つのアルミニウム部材を突き合わせた状態の断面説明図であり、（ｂ）は、（ａ）における右側側面説明図である。
【図２】従来の手法にて得られる接合製品における接合部の形態を示す部分拡大断面説明図である。
【図３】本発明手法に従って、ロッド状アルミニウム部材とパイプ状アルミニウム部材を摩擦撹拌接合する工程の一例を示す説明図であって、それら二つのアルミニウム部材を突き合わせた状態を示している。
【図４】本発明手法に従って、ロッド状アルミニウム部材とパイプ状アルミニウム部材を摩擦撹拌接合する工程の別の例を示す説明図であって、それら二つのアルミニウム部材を突合せ部に回転工具のピンを差し込んだ状態を示している。
【図５】図４における右側側面説明図である。
【図６】本発明手法にて得られる接合製品における接合部の形態を示す部分拡大断面説明図である。
【図７】本発明手法にて得られる接合製品における接合部周辺の形態を示す正面説明図である。
【図８】本発明手法に従って、互いに径及び肉厚の異なるパイプ状アルミニウム部材同士を摩擦撹拌接合する工程の一例を示す説明図であって、図４に対応する図である。
【図９】本発明手法にて得られる接合製品における接合部の別の形態を示す部分拡大断面説明図であって、図６に対応する図である。
【符号の説明】
２０，５０  第一の部材        ２２，５２  第二の部材
２４，５４  嵌合突起          ２６，５６  突合せ部
２８，５８  段差部            ３０  回転工具
３２  ピン                    ３４  肩部
３６，６０  第二の部材の外表面
３８，６４  接合部            ４０，６６  接合部の外表面
【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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