JP4014258B2 - 金属製パイプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム又はその合金等からなる金属製パイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アルミニウムの高力系合金（２０００系、７０００系、５０００系合金）からなるパイプは、一般にマンドレル押出方法によって製造されている。しかし、このマンドレル押出法は、歩留りや製造能率が低い、偏肉を生じ易い等の難点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、パイプを分割構成することとし、その各分割体を通常の押出方法により製造してから、各分割体の側縁部端面を突き合わせて、その端面同士をＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等の溶融溶接やろう付けによって、順次、接合していくことによりパイプを組立製作する方法が考えられる。
【０００４】
しかしながら、この方法では、隣接する分割体同士を精度良く位置決めしておくことが難く、端面同士がずれた状態で接合される虞がある。加えて、上記の溶融溶接やろう付けによる接合手段では、被加工物への入熱量が大きくなることから、接合部に熱歪みが生じたり、接合部が割れたりする等の問題が生じる。
【０００５】
もとより、上記の溶融溶接やろう付けによる接合手段により製作された金属製パイプは、接合部の剛性及び強度が低下する等、強度面に不安があった。
【０００６】
一方、近年開発された、接合予定部位に回転するプローブを挿入して接合する摩擦撹拌接合によって、各分割体の側縁部端面同士を接合することによりパイプを組立製作する方法も考えられる。この方法によれば、上記の溶融溶接やろう付けによる問題を解決することはできるものの、接合の際には、プローブを側縁部端面に挿入してそのプローブを回転させる回転子の肩部を側縁部外面に押し付けながら移動させなければならないので、プローブの挿入圧及び回転子の押付け圧によって突き合わせた側縁部同士が内方に押し込められてその突合せ部が開いてしまう問題が生じる。
【０００７】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、接合部に充分な剛性及び強度が付与され、かつ接合部にずれや熱歪みあるいは割れが発生したり、分割体の突合せ部が開いた状態で接合される等の接合不良が回避された接合状態の良好な金属製パイプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的において、この発明は、周壁が周方向に分割されてなり、かつその各分割体が押出形材からなる金属製パイプであって、隣接する分割体同士の隣接部において、一方の分割体の側縁部端面と他方の分割体の側縁部端面とが突合せ状となされて摩擦撹拌接合により接合されるとともに、一方の分割体の側縁部に、他方の分割体の側縁部内面を当接状態に受ける受け部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
これによれば、各分割体が押出形材からなることにより、このような分割体が能率的にかつコスト的有利に製造され、もって歩留りや製造能率の高い金属製パイプが得られる。
【００１０】
また、分割体相互の接合に入熱量が非常に小さい固相接合の一種である摩擦撹拌接合を利用するため、接合部に熱歪みや割れが発生することが回避され、また接合部は隣接する分割体の素地が撹拌混練されて均一に一体化した状態になり、かつ組成変形を生じないことから、接合部に充分な剛性及び強度が付与される。
【００１１】
しかも、一方の分割体の側縁部に、他方の分割体の側縁部内面を当接状態に受ける受け部が設けられているので、外圧に対する強度的信頼性が高くなる。
【００１２】
一方、製造過程においては、端面同士を突き合わせたときに、他方の分割体の側縁部内面がこの受け部によって当接状態に受けられて、突合せ状態が安定良く維持されるとともに、位置決めがなされる。そして、このような状態のままで端面同士が摩擦撹拌接合により接合されることで、接合部にずれが発生することが阻止される。また、接合時には、この受け部がプローブの挿入圧及び回転子の押付け圧に対抗して分割体の側縁部同士を内側からを受けるものとして機能し、プローブの挿入圧及び回転子の押付け圧による突合せ部の開きが阻止される。
【００１３】
また、各分割体は、互いに同形同寸に形成されていることが、各分割体を能率良く組み付けることができ、かつ一種類の成形間隙を有する押出ダイスで各分割体を製造することができる点で、望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１及び図２は、この発明に係る金属製パイプの一つの実施形態を示すものである。この実施形態の金属製パイプ（Ｐ１）は、アルミニウム又はその合金からなり、図１に示すように角筒状に形成されたものであって、その周壁を構成する一対の対向側壁部が幅方向中間部において分割されているものである。（１０）（１０）は、その分割体である。これら分割体（１０）（１０）は、互いに同形同寸に形成された断面コ字状の押出形材からなる。
【００１６】
そして、このパイプ（Ｐ１）は、隣接する分割体（１０）（１０）同士の隣接部において、一方の分割体（１０）の側縁部（１１）の端面（１１ａ）と、他方の分割体（１０）の側縁部（１１）の端面（１１ａ）とが突き合わされるとともに、後述する摩擦撹拌接合によって端面（１１ａ）（１１ａ）同士が接合されることにより、分割体（１０）（１０）同士が互いに一体化されて、角筒状に形成されたものである。また、分割体（１０）（１０）同士の隣接部において、一方の分割体（１０）の側縁部（１１）には、他方の分割体（１０）の側縁部（１１）の内面を当接状態に受ける受け部（１２）が設けられている。
【００１７】
以下、この実施形態のパイプ（Ｐ１）を、その製造方法に即して説明する。
【００１８】
まず、図２に示すように、前記の２個の分割体（１０）（１０）を、対応する側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）同士を突き合わせる態様にして組み付ける。各分割体（１０）（１０）は、前述したように互いに同形同寸に形成されているから、能率良く組み付けることができる。また、この突合せ状態において、一方の分割体（１０）の側縁部（１１）に設けられた受け部（１２）によって他方の分割体（１０）の側縁部（１１）内面が当接状態に受けられるので、突合せ状態を安定良く維持することができるし、位置決めも容易に行われる。
【００１９】
各分割体（１０）（１０）は、所定断面形状の成形間隙を有するソリッド・ダイスを装備した押出機を用い、これにビレットを装填して押出成形し、そして、得られた押出材を所定長さに切断することで、容易に製作することができる。而して、各分割体（１０）（１０）は、互いに同形同寸に形成されているから、一種類の成形間隙を有するダイスで押出成形することができ、製造能率が極めて良い。
【００２０】
次いで、各分割体（１０）（１０）の側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）同士を摩擦撹拌接合によって接合する。この摩擦撹拌接合について説明すると、次のとおりである。すなわち、図２（ｉｉ）に示すように、径大の円柱状回転子（２１）の端部軸線（Ｑ）上に、各分割体（１０）（１０）より硬質の径小のピン状プローブ（２２）が突出して一体に設けられた接合装置（２０）を用い、回転子（２１）を高速で回転させつつ、プローブ（２２）を側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）の境界部分に外面から挿入する。挿入は、プローブ（２２）の先端が側縁部（１１）（１１）の内面に到達するまで行い、また回転子（２１）のプローブ側平坦面からなる肩部（２１ａ）が側縁部（１１）（１１）外面に当接するまで行う。そして、図１に示すように、プローブ挿入状態のまま、側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）に沿って、プローブ（２２）を進行方向と逆方向に僅かに傾けて回転子（２１）の肩部（２１ａ）の進行方向側の部分を僅かに浮かせた状態で、回転子（２１）の肩部（２１ａ）を側縁部（１１）（１１）外面に押し付けながら、相対的に移動させる。プローブ（２２）の回転により発生する摩擦熱、あるいは更に回転子（２１）の肩部（２１ａ）と側縁部（１１）（１１）の外面との摺動に伴い発生する摩擦熱により、プローブ（２２）との接触部分近傍において各分割体（１０）（１０）は軟化し、且つ撹拌されるとともに、プローブ（２２）の移動に伴って、軟化撹拌部分がプローブ（２２）の進行圧力を受けてプローブの通過溝を受けるようにプローブ（２２）の進行方向後方へと回り込む態様で塑性流動したのち、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（２２）の移動に伴って順次繰り返されていき、最終的に各分割体（１０）（１０）が側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）において接合一体化される。図１に示す（１３）は、分割体（１０）（１０）同士の接合部である。
【００２１】
このような摩擦撹拌接合によれば、固相接合であるため、分割体（１０）の材質に制限を受けない、接合時に発生する熱量が少ない、熱歪みによる変形が少ない、接合部（１３）に割れが生じない、接合部（１２）の剛性及び強度が低下しない等の利点がある。而して、一方の分割体（１０）の側縁部（１１）には、受け部（１２）が設けられているので、プローブ（２２）の挿入圧及び回転子（２１）の押付け圧による突合せ部の開きが阻止された状態で、分割体（１０）（１０）同士が側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）において接合される。
【００２２】
以上のように分割体（１０）（１０）の側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）同士を順次、接合することにより、この実施形態のパイプ（Ｐ１）が組立製作される。
【００２３】
得られたパイプ（Ｐ１）は、分割体（１０）（１０）相互の接合時の熱歪み、割れが少く、また分割体（１０）（１０）同士が精度良く位置決めされるとともに、プローブ（２２）の挿入圧及び回転子（２１）の押付け圧による突合せ部の開きが阻止された状態で、分割体（１０）（１０）同士が接合されているので、接合状態の極めて良好なものとなっている。更に、分割体（１０）（１０）同士の隣接部において、一方の分割体（１０）の側縁部（１１）に設けられた受け部（１２）が他方の分割体（１０）の側縁部内面を当接状態に受けていることから、外圧に強い構造となっている。
【００２４】
図３（ｉ）は、この発明のもう一つの実施形態を示すものである。同図には、上記実施形態の金属製パイプ（Ｐ１）と同一の構成要素に同一符号が付されており、以下、この実施形態の金属製パイプ（Ｐ２）の構成を簡単に説明する。
【００２５】
この金属製パイプ（Ｐ２）を構成する２個の分割体（１０）（１０）は、断面Ｌ字状の押出形材からなり、互いに同形同寸に形成されている。そして、上記の摩擦撹拌接合によって、分割体（１０）（１０）同士が側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）において接合される。得られたパイプ（Ｐ２）は、角筒状に形成され、上記実施形態と同様の作用により、接合状態の極めて良好なものとなる。
【００２６】
図３（ｉｉ）は、この発明の更にもう一つの実施形態を示すものである。同図には、上記実施形態の金属製パイプ（Ｐ１）と同一の構成要素に同一符号が付されており、以下、この実施形態の金属製パイプ（Ｐ３）の構成を簡単に説明する。
【００２７】
この金属製パイプ（Ｐ３）を構成する２個の分割体（１０）（１０）は、断面Ｃ字状の押出形材からなり、互いに同形同寸に形成されている。そして、上記の摩擦撹拌接合によって、分割体（１０）（１０）同士が側縁部端面（１１ａ）（１１ａ）において接合される。得られたパイプ（Ｐ３）は、円筒状に形成され、上記実施形態と同様の作用により、接合状態の極めて良好なものとなる。
【００２８】
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、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、これら実施形態では、２つに分割された金属製パイプを示しているが、３つ以上に分割された金属製パイプであっても良い。
【００２９】
【発明の効果】
この発明に係る金属製パイプは、上記のような構成であるから、次のような効果を奏する。
【００３０】
隣接する分割体同士の隣接部において、一方の分割体の側縁部端面と他方の分割体の側縁部端面とが突合せ状となされて摩擦撹拌接合により接合されているので、接合部の剛性及び強度が大きく、しかも一方の分割体の側縁部に、他方の分割体の側縁部内面を当接状態に受ける受け部が設けられているので、外圧に対する強度的信頼性が高い金属製パイプを提供することができる。
【００３１】
また、各分割体が押出形材からなるので、このような分割体を能率的にかつコスト的有利に製造しうるものとなり、もって歩留りや製造能率の高い金属製パイプを提供することができる。
【００３２】
また、製造過程においては、隣接する分割体の側縁部端面同士を突き合わせたときに、一方の分割体の側縁部に設けられた受け部によって他方の分割体の側縁部内面が当接状態に受けられるので、突合せ状態を安定良く維持することができるし、容易にかつ精度良く位置決めを行うことができる。そして、このような状態のままで端面同士を接合するので、接合部にずれが発生することを阻止することができる。また、接合時には、この受け部がプローブの挿入圧及び回転子の押付け圧に対抗して分割体の側縁部同士を内側からを受けるものとして機能し、プローブの挿入圧及び回転子の押付け圧による突合せ部の開きを阻止することができる。この結果、接合部にずれや熱歪みあるいは割れが発生したり、分割体の突合せ部が開いた状態で接合される等といった接合不良が回避された接合状態の良好な金属製パイプを提供することができる。
【００３３】
また、各分割体は、互いに同形同寸に形成されている場合には、各分割体を能率良く組み付けることができるし、一種類の成形間隙を有する押出ダイスで各分割体を製造することができるので、製造能率を一段と向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る金属製パイプの一つの実施形態を示すものであって、隣接する分割体同士を接合する途中の状態を示す斜視図である。
【図２】（ｉ）は各分割体を分離して示す断面図、（ｉｉ）は分割体同士を組み付けた状態を示す断面図である。
【図３】（ｉ）はこの発明に係る金属製パイプのもう一の実施形態を示す、図２（ｉｉ）に対応する断面図、（ｉｉ）はこの発明に係る金属製パイプの更にもう一つの実施形態を示す、図２（ｉｉ）に対応する断面図である。
【符号の説明】
１０…分割体
１１…側縁部
１１ａ…端面
１２…受け部
２０…接合装置
２２…プローブ

Claims (8)

1. 周壁が周方向に分割されてなり、かつその各分割体（10）が押出形材からなる金属製パイプであって、
   隣接する分割体同士の隣接部において、一方の分割体の側縁部端面（11a）と他方の分割体の側縁部端面（11a）とが突合せ状となされて摩擦撹拌接合により接合されるとともに、側縁部端面（ 11a ）（ 11a ）同士が接合された状態において、一方の分割体の側縁部（ 11 ）に一体に設けられた受け部（ 12 ）によって他方の分割体の側縁部（ 11 ）内面が当接状態に受けられており、
   かつ、各分割体（ 10 ）は互いに同形同寸に形成されていることを特徴とする金属製パイプ。
2. 金属製パイプは角筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面コ字状である請求項１記載の金属製パイプ。
3. 金属製パイプは角筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面Ｌ字状である請求項１記載の金属製パイプ。
4. 金属製パイプは丸筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面Ｃ字状である請求項１記載の金属製パイプ。
5. 周壁が周方向に分割されてなり、かつこれらの分割体から組立製作される金属製パイプの製造方法であって、
   各分割体（ 10 ）は押出形材からなるとともに、互いに同形同寸に形成されており、
   隣接する２個の分割体を、一方の分割体の側縁部端面（ 11a ）と他方の分割体の側縁部端面（ 11a ）とを突き合わせる態様にして組み付けるとともに、一方の分割体の側縁部（ 11 ）に一体に設けられた受け部（ 12 ）によって他方の分割体の側縁部（ 11 ）内面を当接状態に受け、この状態で、側縁部端面（ 11a ）（ 11a ）同士を摩擦撹拌接合により接合することを特徴とする金属製パイプの製造方法。
6. 金属製パイプは角筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面コ字状である請求項５記載の金属製パイプの製造方法。
7. 金属製パイプは角筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面Ｌ字状である請求項５記載の金属製パイプの製造方法。
8. 金属製パイプは丸筒状であり、
   各分割体（ 10 ）は断面Ｃ字状である請求項５記載の金属製パイプの製造方法。

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