JP2002346767A - 長さ方向に外径の異なる棒状材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた強度的信頼性を有する、長さ方向に外
径の異なる棒状材、及びこれを簡単に製造可能な棒状材
の製造方法を提供すること。 【解決手段】 棒状材A1は、所定長さを有する複数個の
筒状構成片10、20、30が長さ方向に一列に並んだ状態で
継ぎ合わされてなるものである。隣接する２個の第１及
び第２構成片10、20において、第１構成片10の端部の外
径は第２構成片20の端部の外径よりも大寸である。且
つ、第１構成片10の端部と第２構成片20の端部とが両構
成片の外周面に段差を生じる態様で突き合わされてい
る。そして、この突合せ状態で、突合せ部３が摩擦撹拌
接合によって接合されることにより（接合部Ｗ）、突合
せ部３の外周面がテーパ面状に形成されるとともに、第
１構成片10と第２構成片20とが一体化されて継ぎ合わさ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、長さ方向に外径
の異なる棒状材及びその製造方法に関し、詳述すれば、
例えば、支柱等のポールとしてあるいは流体輸送用の管
として好適に用いられる、長さ方向に外径の異なる金属
製棒状材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、長さ方向に外径の異なる支柱等
のポールは、次のように製造されている。すなわち、所
定長さを有し且つ外径の異なる複数個の構成片を準備
し、これらを一列に並べるとともに、互いに隣接する構
成片の端部同士を溶融溶接（ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、
レーザビーム溶接等）によって接合して両者を継ぎ合わ
せることにより、製造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では、接合手段として溶融溶接が採用され
ているので、溶接肉盛り部の表面が凹凸に形成されてし
まい外観体裁が低下するという難点があった。この難点
を解消するため、従来、溶接肉盛り部に対して切削加工
等の仕上げ加工を施す必要があり、このため製造コスト
が高く付いていた。更には、溶融溶接によれば、溶接部
やその近傍において疲労強度が低下するという難点があ
った。

【０００４】この発明は、上述した技術背景に鑑みてな
されたもので、その目的は、優れた疲労強度等の強度的
信頼性を有するとともに良好な外観体裁を有する、長さ
方向に外径の異なる棒状材、及びこれを簡単に製造可能
な棒状材の製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係る棒状材は、所定長さを有する
複数個の構成片が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合
わされてなる、長さ方向に外径の異なる棒状材であっ
て、隣接する２個の第１及び第２構成片において、第１
構成片の端部の外径は第２構成片の端部の外径よりも大
寸であり、且つ、第１構成片の端部と第２構成片の端部
とが両構成片の外周面に段差を生じる態様で突き合わさ
れた状態で、該突合せ部が摩擦撹拌接合によって接合さ
れることにより、突合せ部の外周面がテーパ面状に形成
されていることを特徴としている。

【０００６】この請求項１の発明では、隣接する２個の
第１及び第２構成片において、第１構成片の端部の外径
が第２構成片の端部の外径よりも大寸であることによ
り、棒状材に外径の異なる部位が形成されるようにな
る。

【０００７】また、第１構成片の端部と第２構成片の端
部とが両構成片の外周面に段差を生じる態様で突き合わ
された状態で、該突合せ部をもし仮に溶融溶接によって
接合したとすると、接合された突合せ部に応力集中が生
じるという不具合が発生する。これに対して、この請求
項１の発明では、接合手段として摩擦撹拌接合を採用し
ている。この摩擦撹拌接合によって突合せ部を接合する
ことにより、突合せ部の外周面がテーパ面状に形成され
るようになる。このため、接合された突合せ部に生じる
ことのある応力集中を緩和し得るようになって、棒状材
の強度的信頼性が向上するようになる。さらに、上述し
たように突合せ部の外周面がテーパ面状に形成されるこ
とから、段差が目立ち難くなり、この結果、全体の外観
体裁が良好になる。

【０００８】また、摩擦撹拌接合は、接合部の表面を滑
らかに形成することが可能であることから、摩擦撹拌接
合によって突合せ部を接合することにより、必ずしも接
合部に対して仕上げ加工を行う必要がなくなるか、ある
いは仕上げ加工が軽度ですむようになる。

【０００９】また、摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に
入り、接合に伴う熱歪み等の変形が極めて小さく、更に
は、接合材料の結晶を微細化し得て疲労強度を向上させ
得るようになるという利点を有していることから、この
摩擦撹拌接合によって突合せ部が接合されることによ
り、接合に伴う変形が防止又は抑制されるとともに、疲
労強度が向上するようになる。この結果、棒状材の強度
的信頼性が更に向上するようになる。

【００１０】請求項２の発明に係る棒状材は、所定長さ
を有する複数個の構成片が長さ方向に一列に並んだ状態
で継ぎ合わされてなる、長さ方向に外径の異なる棒状材
であって、隣接する２個の第１及び第２構成片におい
て、第１構成片の端部の外径は第２構成片の端部の外径
よりも大寸であり、且つ、第１構成片の端部の端面に形
成された凹部内に第２構成片の端部が嵌合された状態
で、第１構成片の端部が第２構成片に摩擦撹拌接合によ
って接合されることにより、第１構成片の端部の外周面
がテーパ面状に形成されていることを特徴としている。

【００１１】この請求項２の発明は、上記請求項１の発
明と同様の作用を奏し得る。更には、第１構成片の端部
の端面に形成された凹部内に、第２構成片の端部が嵌合
されることにより、これら両構成片が互いに強固に連結
されるようになり、この結果、棒状材の機械的強度が向
上するようになる。

【００１２】請求項３の発明に係る棒状材の製造方法
は、所定長さを有する複数個の構成片が長さ方向に一列
に並んだ状態で継ぎ合わされてなる、長さ方向に外径の
異なる棒状材の製造方法であって、隣接する２個の構成
片として、端部の外径が大寸の第１構成片と、端部の外
径が小寸の第２構成片とを準備するとともに、径大の回
転子と、該回転子の端面に突出して設けられた径小のプ
ローブとを有する摩擦撹拌接合用の接合工具を準備し、
第１構成片の端部と第２構成片の端部とを両構成片の外
周面に段差を生じる態様で突き合わせ、接合工具の回転
軸線を第２構成片側に両構成片に対して相対的に傾斜さ
せるとともに、突合せ部中に接合工具の回転しているプ
ローブを埋入し、且つ、接合工具の回転している回転子
の端面を第１構成片の端部の角部に押し付けた状態で、
プローブを突合せ部に沿って両構成片に対して相対的に
移動させることにより、突合せ部を接合することを特徴
としている。

【００１３】この請求項３の発明は、上記請求項１の発
明に係る棒状材を簡単に製造できるようになる。

【００１４】すなわち、第１構成片の端部と第２構成片
の端部とを、両構成片の外周面に段差を生じる態様で突
き合わせるとともに、該突合せ部を接合することによ
り、第１構成片と第２構成片とが継ぎ合わされ、この結
果、長さ方向に外径の異なる棒状材が製造されるように
なる。

【００１５】また、第１構成片の端部と第２構成片の端
部とが両構成片の外周面に段差を生じる態様で突き合わ
された状態で、該突合せ部をもし仮に溶融溶接によって
接合したとすると、接合された突合せ部に応力集中が生
じるという不具合が発生する。これに対して、この請求
項３の発明では、接合手段として摩擦撹拌接合を採用し
ている。そして、摩擦撹拌接合用の接合工具の回転軸
線、回転子及びプローブを所定の状態に配置して、プロ
ーブを突合せ部に沿って両構成片に対して相対的に移動
させることにより、該突合せ部がその外周面がテーパ面
状に形成されるように接合されるようになる。この結
果、接合された突合せ部に生じることのある応力集中が
緩和されるようになり、もって棒状材の強度的信頼性が
向上するようになる。さらに、上述したように突合せ部
の外周面がテーパ面状に形成されることから、段差が目
立ち難くなり、この結果、全体の外観体裁が良好にな
る。

【００１６】また、摩擦撹拌接合は、接合部の表面を滑
らかに形成することが可能であることから、摩擦撹拌接
合によって突合せ部を接合することにより、必ずしも接
合部に対して仕上げ加工を行う必要がなくなるか、ある
いは仕上げ加工が軽度で済むようになる。

【００１７】また、摩擦撹拌接合は、固相接合の範疇に
入り、接合に伴う熱歪み等の変形が極めて小さく、更に
は、接合材料の結晶を微細化し得て疲労強度を向上させ
得るようになるという利点を有していることから、この
摩擦撹拌接合によって突合せ部を接合することにより、
接合に伴う変形が防止又は抑制されるとともに、疲労強
度が向上するようになる。この結果、棒状材の強度的信
頼性が更に向上するようになる。

【００１８】請求項４の発明に係る棒状材の製造方法
は、所定長さを有する複数個の構成片が長さ方向に一列
に並んだ状態で継ぎ合わされてなる、長さ方向に外径の
異なる棒状材の製造方法であって、隣接する２個の構成
片として、端部の外径が大寸の第１構成片と、端部の外
径が小寸の第２構成片とを準備するとともに、径大の回
転子と、該回転子の端面に突出して設けられた径小のプ
ローブとを有する摩擦撹拌接合用の接合工具を準備し、
第１構成片の端部の端面に形成された凹部内に、第２構
成片の端部を嵌合させることにより、両構成片の外周面
に段差を生じさせ、接合工具の回転軸線を第２構成片側
に両構成片に対して相対的に傾斜させるとともに、嵌合
部中に接合工具の回転しているプローブを埋入し、且
つ、接合工具の回転している回転子の端面を第１構成片
の端部の角部に押し付けた状態で、プローブを嵌合部に
沿って両構成片に対して相対的に移動させることによ
り、第１構成片の端部を第２構成片に接合することを特
徴としている。

【００１９】この請求項４の発明は、上記請求項３の発
明と同様の作用を奏し得る。更には、第１構成片の端部
の端面に形成された凹部内に第２構成片の端部が嵌合さ
れることにより、これら両構成片が互いに強固に連結さ
れるようになり、この結果、製造される棒状材の機械的
強度が向上するようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。

【００２１】図１〜図３は、この発明（請求項１、３）
の第１実施形態を示している。図１（イ）において、
（A1）はこの第１実施形態に係る棒状材である。

【００２２】この棒状材（A1）は、長さ方向に貫通した
中空部（２）を有する横断面円形状の棒状中空材からな
る。そして、この棒状材（A1）が所定長さに３個に分割
構成されるとともに、これら３個の構成片（10）（20）
（30）が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合わされて
製造されている。これら３個の構成片（10）（20）（3
0）は、いずれも、所定長さを有する円筒状のものであ
って、アルミニウム又はその合金製であり、例えばＡ６
０６１製のものである。これら３個の構成片（10）（2
0）（30）を説明の便宜上、基端から先端に向かって順
に、第１構成片（10）、第２構成片（20）及び第３構成
片（30）とする。

【００２３】図２（イ）及び（ロ）に示すように、第１
構成片（10）は長さ方向に均一な内径及び外径を有する
ものである。また同じく、第２構成片（20）は長さ方向
に均一な内径及び外径を有しており、また第３構成片
（30）も長さ方向に均一な内径及び外径を有している。
更に、第１構成片（10）の端部の外径は第２構成片（2
0）の端部の外径よりも大寸であり、また第２構成片（2
0）の端部の外径は第３構成片（30）の端部の外径より
も大寸である。更に、これら第１〜第３構成片（10）
（20）（30）の内径は互いに同寸に設定されている。ま
た、第１構成片（10）の肉厚は第２構成片（20）の肉厚
よりも厚く形成されており、更に第２構成片（20）の肉
厚は第３構成片（30）の肉厚よりも厚くに形成されてい
る。

【００２４】そして、この棒状材（A1）では、図１及び
図２に示すように、第１構成片（10）の端部と第２構成
片（20）の端部とが同軸上に突き合わされており（３は
突合せ部）、このため、この突合せ状態において、第１
構成片（10）の内周面と第２構成片（20）の内周面とは
面一に連なっており、且つ、両構成片（10）（20）の外
周面に両者の外径寸法差に対応した段差を生じている。
（５）は段部を示しており、（5a）はこの段部（５）の
すみ部を示している。そして、この突合せ部（３）が摩
擦撹拌接合により周方向に全周に亘って接合されること
により（Ｗは接合部）、第１構成片（10）と第１構成片
（20）とが一体化されて継ぎ合わされている。

【００２５】これと同じく、第２構成片（20）の端部と
第３構成片（30）の端部とが同軸上に突き合わされてお
り（３は突合せ部）、このため、両構成片（20）（30）
の突合せ状態において、第２構成片（20）の内周面と第
３構成片（30）の内周面とは面一に連なっており、且
つ、両構成片（20）（30）の外周面に両者の外径寸法差
に対応した段差を生じている。そして、この突合せ部
（３）が摩擦撹拌接合によって周方向に全周に亘って接
合されることにより（Ｗは接合部）、第２構成片（20）
と第３構成片（30）とが一体化されて継ぎ合わされてい
る。

【００２６】次に、第１構成片（10）の端部と第２構成
片（20）の端部との突合せ部（３）を接合した摩擦撹拌
接合の接合方法について、図３（イ）及び（ロ）を参照
して説明する。

【００２７】同図において、（40）は摩擦撹拌接合用の
接合工具である、この接合工具（40）は、径大の円柱状
回転子（41）と、該回転子（41）の端面（41a）の回転
中心部に回転軸線（Ｐ）上に沿って突出して一体に設け
られた径小のピン状プローブ（42）と、を有している。
回転子（41）及びプローブ（42）はともに、両構成片
（10）（20）よりも硬質で且つ接合時に発生する摩擦熱
に耐え得る耐熱材料から形成されている。また、プロー
ブ（42）の外周面には、摩擦熱にて軟化した両構成片
（10）（20）の肉を撹拌するための撹拌用凸部（図示せ
ず）が形成されている。

【００２８】さらに、円柱状の中子（７）が中空部
（２）内に第１構成片（10）と第２構成片（20）とに跨
って嵌入されている。

【００２９】上記接合工具（40）を用い、回転子（41）
及びプローブ（42）を回転軸線（Ｐ）を中心に回転させ
る。そして、接合工具（40）の回転子（41）の回転軸線
（Ｐ）を、突合せ状に配置された両構成片（10）（20）
のうち第２構成片（20）側に該両構成片（10）（20）に
対して相対的に傾斜させる。そして、この傾斜状態で、
回転しているプローブ（42）を両構成片（10）（20）の
突合せ部（３）中に外周面側から埋入し、更に、回転し
ている回転子（41）の端面（41a）を、突合せ部（３）
から外周面側に突出している第１構成片（10）の端部の
角部（10a）に押し付ける。そして、この状態のまま
で、プローブ（42）を突合せ部（３）に沿って周方向に
移動させて両構成片（10）（20）の周囲を一回りさせ
る。

【００３０】なお、この発明では、突合せ部（３）中に
埋入されたプローブ（42）を移動させるのではなく、該
プローブ（42）の位置を固定しておき、突合せ部（３）
がプローブ（42）を順次通過するように両構成片（10）
（20）をその軸線を中心に一回転させても良い。また、
プローブ（42）を突合せ部（３）中に埋入した後で、接
合工具（40）の回転軸線（Ｐ）を第２構成片（20）側に
傾斜させても良い。また、この傾斜状態は、接合工具
（40）を動かすことにより実現しても良いし、両構成片
（10）（20）を動かすことにより実現しても良い。

【００３１】このプローブ（42）の移動に伴い、突合せ
部（３）がプローブ埋入位置にてプローブ（42）により
順次接合されていく。

【００３２】すなわち、プローブ（42）の回転により発
生する摩擦熱と、回転子（41）の端面（41a）と第１構
成片（10）の端部の角部（10a）との摺動に伴い発生す
る摩擦熱とによって、両構成片（10）（20）がプローブ
埋入位置近傍において軟化するとともに、第１構成片
（10）の角部（10a）が回転子（41）の端面（41a）から
の押付け力を受けてその外周面がテーパ面になるように
塑性変形されて当該角部（10a）の肉が段部（５）のす
み部（5a）内に充填される。

【００３３】このように第１構成片（10）の角部（10
a）が塑性変形されてその肉が段部（５）のすみ部（5
a）内に充填されながら、摩擦熱にて軟化した両構成片
（10）（20）の肉が、プローブ（42）の回転力を受けて
撹拌混合されるとともにプローブ（42）の進行圧を受け
てプローブ（42）の通過溝を埋めるように塑性流動した
のち、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象
がプローブ（42）の移動に伴ってプローブ埋入位置にて
順次繰り返されていき、最終的に突合せ部（５）が全周
に亘って接合され、もって両構成片（10）（20）が一体
化されて継ぎ合わされる。

【００３４】第２構成片（20）の端部と第３構成片（3
0）の端部との突合せ部（５）についても、上記した摩
擦撹拌接合と同じ接合方法で接合され、重複する説明を
省略する。

【００３５】而して、こうして得られた棒状材（A1）に
おいて、第１構成片（10）と第２構成片（20）との突合
せ部（３）並びに第２構成片（20）と第３構成片（30）
との突合せ部（３）は、いずれも、摩擦撹拌接合によっ
て接合されたものなので、接合に伴う熱歪み等の変形が
殆ど発生しておらず、且つ疲労強度が向上している。そ
の上、第１構成片（10）と第２構成片（20）との突合せ
部（３）において、擦撹拌接合の際に第１構成片（10）
の端部の角部（10a）が塑性変形されることで当該角部
（10a）の肉が段部（５）のすみ部（5a）内に充填され
ており、このため、接合された突合せ部（３）の外周面
が第１構成片（10）の外周面と第２構成片（20）の外周
面とに跨ったテーパ面状に形成されている。同じく、第
２構成片（20）と第３構成片（30）との突合せ部（３）
の外周面もこれと同様に形成されている。したがって、
こうして製造された棒状材（A1）は、接合された突合せ
部（３）に生じることのある応力集中を緩和できるもの
となっており、すなわち極めて高い強度的信頼性を有す
るものとなっている。

【００３６】その上、上述したように、接合された突合
せ部（３）の外周面がテーパ面状に形成されていること
から、こうして製造された棒状材（A1）は、段差が目立
ち難くなっており、全体の外観体裁が良好である。

【００３７】さらに、接合工具（40）の回転子（41）の
端面（41a）が第１構成片（10）の端部の角部（10a）に
押し付けられることにより、接合部（Ｗ）の表面が滑ら
かに形成されるようになるから、この接合部（Ｗ）に対
して大掛かりな仕上げ加工を施す必要がなく、簡単な仕
上げ加工を施すだけで良いか、あるいは全く仕上げ加工
を施す必要がなくなり、この結果、製造作業能率が向上
して製造コストが引き下げられるようになる。

【００３８】しかも、摩擦撹拌接合の際には、中空部
（２）内に中子（７）が隣接する２個の構成片に跨って
嵌入されているため、突合せ部（５）はこの中子（７）
によって内周面から受けられた状態になっており、この
ため、極めて良好な接合部（Ｗ）が形成されている。更
には、プローブ（42）の埋入に伴う構成片の周壁部の凹
みや、回転子（41）の端面（41a）からの押付け圧によ
る構成片の周壁部の凹みについてもその発生が防止され
ている。

【００３９】さらに、こうして製造された棒状材（A1）
は、基端から先端に進むにつれて肉厚が段階的に薄肉に
形成されているから、該棒状材（A1）を例えば支柱等の
ポールとして用いる場合には、安定良くポールを立設す
ることができる。

【００４０】その上、こうして製造された棒状材（A1）
は、隣接する２個の構成片の内周面同士が面一に連なっ
ているものであるから、該棒状材（A1）を例えば水道管
やガス管等の流体輸送用管として用いる場合であって
も、流体が中空部（２）内をスムーズに流通し得るもの
となっている。

【００４１】図４〜図６はこの発明（請求項２、４）の
第２実施形態を示している。図４（イ）及び（ロ）にお
いて、（A2）はこの第２実施形態に係る棒状材である。
なお、図４〜図６には、上記第１実施形態の棒状材（A
1）に対応する要素に同一符号が付されており、以下、
この棒状材（A2）の構成を、上記第１実施形態の棒状材
（A1）の構成と相異する点を中心に説明する。

【００４２】この第２実施形態の棒状材（A2）におい
て、該棒状材（A2）を構成する３個の構成片（10）（2
0）（30）の肉厚は互いに同寸に設定されている。さら
に、第１構成片（10）の端部の外径は第２構成片（20）
の端部の外径よりも大寸であり、また第２構成片（20）
の端部の外径は第３構成片（30）の端部の外径よりも大
寸である。また、第１構成片（10）の端部の内径は第２
構成片（20）の端部の内径よりも大寸であり、また第２
構成片（20）の端部の内径は第３構成片（30）の端部の
内径よりも大寸である。

【００４３】そして、この棒状材（A2）では、図４及び
図５に示すように、第１構成片（10）の端部の端面に形
成された凹部としての、該第１構成片（10）の端部の開
口部内に、第２構成片（20）の端部が同軸上に略ぴった
り嵌合されており（４は嵌合部）、このため、この嵌合
状態において、両構成片（10）（20）の外周面には両者
の外径寸法差に対応した段差を生じている。（５）は段
部を示しており、（5a）はこの段部（５）のすみ部を示
している。そして、この嵌合部（４）において第１構成
片（10）の端部が第２構成片（20）に摩擦撹拌接合によ
って周方向に全周に亘って接合されており、これによ
り、第１構成片（10）と第２構成片（20）とが一体化さ
れて継ぎ合わされている。

【００４４】これと同じく、第２構成片（20）の端部の
端面に形成された凹部としての、該第２構成片（20）の
端部の開口部内に、第３構成片（30）の端部が同軸上に
略ぴったり嵌合されており、このため、この嵌合状態に
おいて、両構成片（20）（30）の外周面には両者の外径
寸法差に対応した段差を生じている。そして、この嵌合
部（４）において第２構成片（20）の端部が第３構成片
（30）に摩擦撹拌接合によって周方向に全周に亘って接
合されており、これにより、第２構成片（20）と第３構
成片（30）とが一体化されて継ぎ合わされいる。

【００４５】次に、第１構成片（10）の端部を第２構成
片（20）に接合した摩擦撹拌接合の接合方法について、
図６（イ）及び（ロ）を参照して説明する。

【００４６】上記第１実施形態で示された接合工具（4
0）を用い、回転子（41）及びプローブ（42）を回転軸
線（Ｐ）を中心に回転させる。そして、接合工具（40）
の回転子（41）の回転軸線（Ｐ）を、両構成片（10）
（20）のうち第２構成片（20）側に該両構成片（10）
（20）に対して相対的に傾斜させる。そして、この傾斜
状態で、回転しているプローブ（42）を、互いに嵌合さ
れた両構成片（10）（20）の嵌合部（４）中に埋入し、
更に、回転している回転子（41）の端面（41a）を、突
合せ部（３）から外周面側に突出している第１構成片
（10）の端部の角部（10a）に押し付ける。そして、こ
の状態のままで、プローブ（42）を嵌合部（４）に沿っ
て周方向に移動させて両構成片（10）（20）の周囲を一
回りさせる。

【００４７】このプローブ（42）の移動に伴い、第１構
成片（10）の端部が第２構成片（20）にプローブ埋入位
置にてプローブ（42）により順次接合されていく。

【００４８】すなわち、プローブ（42）の回転により発
生する摩擦熱と、回転子（41）の端面（41a）と第１構
成片（10）の端部の角部（10a）との摺動に伴い発生す
る摩擦熱とによって、両構成片（10）（20）がプローブ
埋入位置近傍において軟化するとともに、第１構成片
（10）の角部（10a）が回転子（41）の端面（41a）から
の押付け力を受けてその外周面がテーパ面になるように
塑性変形されて当該角部（10a）の肉が段部（５）のす
み部（5a）内に充填される。

【００４９】このように第１構成片（10）の角部（10
a）が塑性変形されてその肉が段部（５）のすみ部（5
a）内に充填されながら、摩擦熱にて軟化した両構成片
（10）（20）の肉が、プローブ（42）の回転力を受けて
撹拌混合されるとともにプローブ（42）の進行圧を受け
てプローブ（42）の通過溝を埋めるように塑性流動した
のち、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。この現象
がプローブ（42）の移動に伴ってプローブ埋入位置にて
順次繰り返されていき、最終的に第１構成片（10）の端
部が第２構成片（20）に全周に亘って接合され、もって
両構成片（10）（20）が一体化されて継ぎ合わされる。

【００５０】また、第２構成片（20）の端部が第３構成
片（30）に、上記した摩擦撹拌接合と同じ接合方法で接
合され、重複する説明を省略する。

【００５１】而して、こうして得られた棒状材（A2）に
おいて、第１構成片（10）の端部が第２構成片（20）に
摩擦撹拌接合によって接合されるとともに、第２構成片
（20）の端部が第３構成片（30）に同じく摩擦撹拌接合
によって接合されたものなので、接合に伴う熱歪み等の
変形が殆ど発生しておらず、且つ疲労強度が向上してい
る。その上、第１構成片（10）と第２構成片（20）との
嵌合部（４）において、摩擦撹拌接合の際に第１構成片
（10）の端部の角部（10a）が塑性変形されることで当
該角（10a）の肉が段部（５）のすみ部（5a）内に充填
されており、このため、接合された当該端部の外周面が
第１構成片（10）の外周面と第２構成片（20）の外周面
とに跨ったテーパ面状に形成されている。同じく、第２
構成片（20）と第３構成片（30）との嵌合部（４）にお
いてもこれと同様に形成されている。したがって、この
うして製造された棒状材（A2）は、接合された嵌合部
（４）に生じることのある応力集中を緩和し得るものと
なっており、すなわち極めて高い強度的信頼性を有して
いる。

【００５２】その上、上述したように、接合された第１
構成片（10）の端部の外周面がテーパ面状に形成されて
いることから、こうして製造された棒状材（A2）は、段
差が目立ち難くなっており、全体の外観体裁が良好であ
る。

【００５３】さらに、接合部（Ｗ）の表面が滑らかに形
成されるから、この接合部（Ｗ）に対して大掛かりな仕
上げ加工を施す必要がなく、簡単な仕上げ加工を施すだ
けで良いか、あるいは全く仕上げ加工を施す必要がなく
なるため、製造作業能率が向上して製造コストが引き下
げられるようになる。

【００５４】加えて、第１構成片（10）と第２構成片
（20）との嵌合部（４）並びに第２構成片（20）と第３
構成片（30）との嵌合部（４）は、いずれも、２重壁に
形成されているため、極めて高い機械的強度を有してい
る。

【００５５】以上、この発明の実施形態について説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、様々に設定変更可能である。

【００５６】例えば、上記第１及び第２実施形態の棒状
材（A1）（A2）は、いずれも横断面円形状のものである
が、この発明に係る棒状材は、この他に、横断面四角形
状等の多角形状のものであっても良い。

【００５７】また、上記第１及び第２実施形態の棒状材
（A1）（A2）は、いずれも中空のものであるが、この発
明に係る棒状材は、この他に、中実のものであっても良
い。

【００５８】

【発明の効果】上述の次第で、請求項１の発明によれ
ば、第１構成片の端部と第２構成片の端部とが両構成片
の外周面に段差を生じる態様で突き合わされた状態で、
該突合せ部が摩擦撹拌接合によって接合されることによ
り、突合せ部の外周面がテーパ面状に形成されているか
ら、突合せ部において生じることのある応力集中を緩和
できるようになるし、段差が目立ち難くなって全体の外
観体裁が向上するようになり、このため、優れた強度的
信頼性を有するとともに優れた外観体裁を有する棒状材
を提供することができる。

【００５９】その上、摩擦撹拌接合によって突合せ部が
接合されるから、接合に伴う熱歪み等の変形を防止する
ことができるし、疲労強度を向上させることができる。
更には、必ずしも接合部に対して仕上げ加工を施す必要
がなくなるか、あるいは仕上げ加工が軽度ですむように
なり、このため、製造作業能率が向上して製造コストを
引き下げることができる。

【００６０】請求項２の発明は、上記請求項１の発明と
同様の効果を奏し得る。更には、この請求項２の発明に
よれば、第１構成片の端部の端面に形成された凹部内に
第２構成片の端部が嵌合されることにより、これら両構
成片が互いに強固に連結されるようなるため、優れた機
械的強度を有する棒状材を提供することができる。

【００６１】請求項３の発明は、上記請求項１の発明に
係る棒状材を簡単に製造できるようになる。

【００６２】請求項４の発明は、上記請求項２の発明に
係る棒状材を簡単に製造できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る棒状材を示す図
で、（イ）は斜視図、（ロ）は縦断面図である。

【図２】同棒状材を接合前の状態で示す図で、（イ）は
斜視図、（ロ）は縦断面図である。

【図３】同棒状材を接合途中の状態で示す図で、（イ）
は斜視図、（ロ）は（イ）中のIII−III線断面図であ
る。

【図４】この発明の第２実施形態に係る棒状材を示す図
で、（イ）は斜視図、（ロ）は縦断面図である。

【図５】同棒状材を接合前の状態で示す図で、（イ）は
斜視図、（ロ）は縦断面図である。

【図６】同棒状材を接合途中の状態で示す図で、（イ）
は斜視図、（ロ）は（イ）中のVI−VI線断面図である。

【符号の説明】

A1、A2…棒状材 ３…突合せ部 ４…嵌合部 ５…段部 5a…すみ部 10…第１構成片 20…第２構成片 30…第３構成片 40…摩擦撹拌接合用の接合工具 41…回転子 42…プローブ Ｐ…回転軸線 Ｗ…接合部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定長さを有する複数個の構成片（10、
   20、30）が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合わされ
   てなる、長さ方向に外径の異なる棒状材（A1）であっ
   て、 隣接する２個の第１及び第２構成片（10、20）におい
   て、第１構成片（10）の端部の外径は第２構成片（20）
   の端部の外径よりも大寸であり、且つ、第１構成片（1
   0）の端部と第２構成片（20）の端部とが両構成片の外
   周面に段差を生じる態様で突き合わされた状態で、該突
   合せ部（３）が摩擦撹拌接合によって接合されることに
   より、突合せ部の外周面がテーパ面状に形成されている
   ことを特徴とする、長さ方向に外径の異なる棒状材。
2. 【請求項２】 所定長さを有する複数個の構成片（10、
   20、30）が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合わされ
   てなる、長さ方向に外径の異なる棒状材（A2）であっ
   て、 隣接する２個の第１及び第２構成片（10、20）におい
   て、第１構成片（10）の端部の外径は第２構成片（20）
   の端部の外径よりも大寸であり、且つ、第１構成片（1
   0）の端部の端面に形成された凹部内に第２構成片（2
   0）の端部が嵌合された状態で、第１構成片（10）の端
   部が第２構成片（20）に摩擦撹拌接合によって接合され
   ることにより、第１構成片（10）の端部の外周面がテー
   パ面状に形成されていることを特徴とする、長さ方向に
   外径の異なる棒状材。
3. 【請求項３】 所定長さを有する複数個の構成片（10、
   20、30）が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合わされ
   てなる、長さ方向に外径の異なる棒状材（A1）の製造方
   法であって、 隣接する２個の構成片（10、20）として、端部の外径が
   大寸の第１構成片（10）と、端部の外径が小寸の第２構
   成片（20）とを準備するとともに、 径大の回転子（41）と、該回転子の端面（41a）に突出
   して設けられた径小のプローブ（42）とを有する摩擦撹
   拌接合用の接合工具（40）を準備し、 第１構成片（10）の端部と第２構成片（20）の端部とを
   両構成片の外周面に段差を生じる態様で突き合わせ、 接合工具の回転軸線（Ｐ）を第２構成片（20）側に両構
   成片に対して相対的に傾斜させるとともに、突合せ部
   （３）中に接合工具の回転しているプローブ（42）を埋
   入し、且つ、接合工具の回転している回転子の端面（41
   a）を第１構成片（10）の端部の角部（10a）に押し付け
   た状態で、 プローブ（42）を突合せ部（３）に沿って両構成片に対
   して相対的に移動させることにより、突合せ部（３）を
   接合することを特徴とする、長さ方向に外径の異なる棒
   状材の製造方法。
4. 【請求項４】 所定長さを有する複数個の構成片（10、
   20、30）が長さ方向に一列に並んだ状態で継ぎ合わされ
   てなる、長さ方向に外径の異なる棒状材（A2）の製造方
   法であって、 隣接する２個の構成片（10、20）として、端部の外径が
   大寸の第１構成片（10）と、端部の外径が小寸の第２構
   成片（20）とを準備するとともに、 径大の回転子（41）と、該回転子の端面（41a）に突出
   して設けられた径小のプローブ（42）とを有する摩擦撹
   拌接合用の接合工具（40）を準備し、 第１構成片（10）の端部の端面に形成された凹部内に第
   ２構成片（20）の端部を嵌合させることにより、両構成
   片の外周面に段差を生じさせ、 接合工具の回転軸線（Ｐ）を第２構成片（20）側に両構
   成片に対して相対的に傾斜させるとともに、嵌合部
   （４）中に接合工具の回転しているプローブ（42）を埋
   入し、且つ、接合工具の回転している回転子の端面（41
   a）を第１構成片（10）の端部の角部（10a）に押し付け
   た状態で、 プローブ（42）を嵌合部（４）に沿って両構成片に対し
   て相対的に移動させることにより、第１構成片（10）の
   端部を第２構成片（20）に接合することを特徴とする、
   長さ方向に外径の異なる棒状材の製造方法。