JP4558173B2 - アルミニウム材の接合方法及びアルミニウム材接合製品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、アルミニウム材の接合方法及びアルミニウム材接合製品に係り、特に、摩擦撹拌接合手法を利用したアルミニウム材の改良された接合方法と、そのような改良された接合方法によって、アルミニウム材を接合せしめてなる新規なアルミニウム材接合製品に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、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中実の棒状アルミニウム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材を互いに突き合わせて、相対的に高速回転させ、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材の大きさによっては大きな装置が必要となり、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といった欠点を、有していた。
【０００３】
一方、近年では、摩擦熱を利用した固相接合法であって、接合時に生ずる接合部位の熱歪みを可及的に小さく抑え得る接合手法として知られ、従来より、板状のアルミニウム材を接合する際に多く採用される、所謂摩擦撹拌接合が、パイプ形状や中実の棒形状を呈するアルミニウム材の接合に際しても適用され始めてきている。
【０００４】
すなわち、上述の如き形状のアルミニウム材の二つを互いに突き合わせる一方、それら二つのアルミニウム材よりも硬い材質のピンが先端中心部に同心的に設けられてなる回転治具を高速回転せしめつつ、該ピンを、該二つのアルミニウム材の突合せ部に差し込んで、かかる突合せ部に沿って周方向に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や回転治具と二つのアルミニウム材との間に摩擦熱を発生せしめ、そしてその摩擦熱にて、突合せ部の周辺部位を塑性流動可能な状態と為し、更にピンの高速回転による撹拌作用にて二つのアルミニウム材の突合せ部の組織を入り交わらせ、以て二つのアルミニウム材を溶融させることなく、接合するのである。
【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材よりも十分に小さな回転治具だけが高速回転せしめられるため、アルミニウム材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材のそれぞれの突合せ部に対して、互いの突合せ方向にさ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材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が、悉く解消され得るのである。
【０００６】
ところが、かくの如き従来の摩擦撹拌接合手法においては、二つのアルミニウム材の突合せ部の接合終了後に、回転治具のピンを二つのアルミニウム材の接合部位から該ピンの軸方向に引き抜いた際に、そのピンの引抜跡としての凹部が接合部位に不可避的に形成されることとなるため、接合部位の接合強度が該凹部の形成部分で低くなり、その結果、接合製品における接合部位全体の接合強度の指標となる継手効率（継手母材となるアルミニウム材の引張りによる破断強度に対する接合部位の引張りによる破断強度の割合）が著しく低下するといった大きな問題が内在していたのである。
【０００７】
かかる状況下、特開２０００−４２７５９号公報には、パイプ状乃至は中実の棒状アルミニウム材を接合する、上述の如き従来の摩擦撹拌接合手法の改良法が明らかにされている。即ち、この改良法においては、二つのアルミニウム材の突合せ部の摩擦撹拌接合終了後に、回転治具のピンが、一方のアルミニウム材の軸心方向に沿って、該一方のアルミニウム材の他方のアルミニウム材との接合部位とは異なる部位に一体形成された捨肉部にまで移動せしめられ、その後、該ピンが、かかる捨肉部から引き抜かられるようになっており、それによって、二つのアルミニウム材の接合部位に、該ピンの引抜跡としての凹部が形成されることが回避され、以て接合部位における接合強度の信頼性の向上が図られているのである。
【０００８】
しかしながら、本発明者等が、前記公報に開示された摩擦撹拌接合手法によって、実際に、パイプ形状や中実の棒形状を呈するアルミニウム材の接合を行なったところ、かかる従来手法では、捨肉部を有するアルミニウム材として、展伸材に比べて生産効率の低い鋳物材しか利用出来ないため、アルミニウム材の準備工程における効率性が低下するといった不具合が生じ、また、形成された接合製品の設置に際しての省スペース化を図る上で、捨肉部を切削除去するための余分な工程を行なわなければならず、それらによって、目的とするアルミニウム材接合製品の生産性が低下してしまうことが、判明したのである。
【０００９】
【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、パイプ形状や中実の丸棒形状を呈するアルミニウム材を、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、効率的に接合することが出来、以て十分に大きな継手効率を有する接合製品が、安定して、生産性良く得られるアルミニウム材の接合方法を提供することにある。また、本発明にあっては、パイプ形状や中実の丸棒形状を呈するアルミニウム材が摩擦撹拌接合された製品であって、十分に大きな継手効率が確保され得るアルミニウム材接合製品を提供することを、第二の解決課題とするものである。
【００１０】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために中実の棒状アルミニウム材の先端部を段付き形状において構成し、その先端中央部の、周面が平滑な円柱状の突起に、パイプ状アルミニウム材の先端開口部を嵌合せしめて、それらパイプ状アルミニウム材と棒状アルミニウム材とを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるようにしたアルミニウム材の接合方法において、前記突合せ部の摩擦撹拌接合が終了した後、前記回転治具のピンを、前記突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、前記中実の棒状アルミニウム材の外周面上を相対移動せしめて、該棒状アルミニウム材の前記パイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位において、該棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とするアルミニウム材の接合方法を、その要旨とするものである。
【００１１】
要するに、本発明に従うアルミニウム材の接合方法は、先端部にピンが設けられた回転治具を用いて、互いに突き合わされたパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材の突合せ部を摩擦撹拌接合するものであり、特に、摩擦撹拌接合の終了後に、回転治具のピンを、中実の棒状アルミニウム材の外周面上におけるパイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位にまで相対移動させてから、該中実の棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたものなのである。
【００１２】
それ故、このような本発明手法においては、ピンの引抜き後に、その引抜跡からなる凹部が、中実の棒状アルミニウム材の接合部位とは異なる部位に必ず形成されることとなり、それによって、かかる凹部が接合部位に形成されて、該接合部位の接合強度が、該凹部の形成部分において部分的に低下したり、或いは該凹部が、中実の棒状アルミニウム材よりも強度の低いパイプ状アルミニウム材の外周面上に形成されて、かかるパイプ状アルミニウム材が、凹部形成部分において部分的に薄肉となり、その薄肉部において強度が著しく低下するようなことが有利に回避され得るのである。また、従来手法とは異なって、ピンが引き抜かれるアルミニウム材に対して、ピンの引抜跡を形成せしめるための捨肉部を何等設けるものでないため、そのような捨肉部の形成によって惹起されるアルミニウム材、ひいては目的とする接合製品の生産効率の低下が、極めて効果的に回避され得るのである。
【００１３】
しかも、かかる本発明手法においては、前記棒状アルミニウム材の外周面上でのピンの相対移動が、棒状アルミニウム材とパイプ状アルミニウム材との突合せ部に対するピンの相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って行なわれるようになっているところから、例えば、突合せ部の摩擦撹拌接合後に、回転治具のピンを、前記相対移動方向に対して直角な方向に相対移動させる場合、換言すれば、ピンを棒状アルミニウム材の軸心方向に沿って相対移動させる場合とは異なって、ピンが棒状アルミニウム材の外周面上を周方向に斜めに相対移動せしめられて、ピンが設けられる回転治具が、その先端部におけるピンの移動方向の前方側に位置する角部と、棒状アルミニウム材の外周面との間に常に所定の隙間を形成しつつ、相対移動せしめられることとなる。そのため、良好な接合状態が安定して、確保され得る。つまり、突合せ部の摩擦撹拌接合後に、ピンを棒状アルミニウム材の軸心方向に相対移動させる場合には、かかるピンの相対移動時に、棒状アルミニウム材の外周面と回転治具の先端角部との間に隙間が形成されず、そのために、回転治具の先端角部により、棒状アルミニウム材の接合部位が削り取られて、減肉せしめられ、そのような接合部位の減肉部分の接合強度が低下してしまうこととなるが、本発明手法では、そのような不具合が何等生じることがないのである。
【００１４】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、パイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、確実に効率的に接合することが出来るのであり、それによって、パイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とからなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、しかも生産性良く得ることが可能となるのである。
【００１５】
また、本発明にあっては、上述せる技術的課題を解決するために、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるようにしたアルミニウム材の接合方法において、前記突合せ部の摩擦撹拌接合が終了した後、前記回転治具のピンを、前記突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上を相対移動せしめて、該大径棒状アルミニウム材の小径棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位において、該大径棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とするアルミニウム材の接合方法をも、その要旨とするものである。
【００１６】
このような本発明に従うアルミニウム材の接合方法にあっても、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の突合せ部が、先端部にピンを有する回転治具を用いた摩擦撹拌接合によって接合される一方、その接合後に、ピンが、大径の棒状アルミニウム材の外周面上を、突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、小径棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位にまで相対移動せしめられ、その後、かかる大径棒状アルミニウム材から引き抜かれるようになっているのである。
【００１７】
それ故、かかる本発明手法においても、摩擦撹拌接合後におけるピンの相対移動や引抜きによって、ピンの引抜跡からなる凹部や、ピンが設けられる回転治具により削り取られて減肉された減肉部が、接合部位に形成されることが効果的に防止され得ると共に、かかる凹部が、大径棒状アルミニウム材よりも強度に劣る小径棒状アルミニウム材に形成されることも有利に回避され得る。しかも、接合されるべき棒状アルミニウム材には、ピンの引抜跡を形成せしめるための捨肉部は、何等形成されていないのである。
【００１８】
従って、本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、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、中実の異径棒状アルミニウム材からなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、且つ生産性良く得ることが可能となるのである。
【００１９】
なお、このような本発明に従うアルミニウム材の接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記回転治具のピンの前記突合せ部に対する周方向への相対移動が、該突合せ部に沿って３６０〜４５０°の範囲で行なわれる一方、該突合せ部の摩擦撹拌接合終了後における、前記棒状アルミニウム材の外周面上での該ピンの相対移動が、該ピンの該突合せ部に対する相対移動方向に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行なわれることとなる。
【００２０】
かくの如き本発明手法によれば、摩擦撹拌接合の途中と終了後に、接合部位に対して、過剰な軟化（可塑化）による悪影響が及ぼされることが有利に回避されるばかりでなく、摩擦撹拌接合後のピンの相対移動時に、接合部位が回転治具の先端角部にて削り取られることが、より効果的に防止され得、それによって、十分に大きな継手効率を有する接合製品が、更に一層に確実に且つ安定して得られることとなるのである。
【００２１】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材の接合方法の有利な別の態様の一つによれば、前記突合せ部の摩擦撹拌接合終了後に、前記回転治具のピンが、前記棒状アルミニウム材の外周面上において、該回転治具における前記先端部の全体が該棒状アルミニウム材の前記接合部位に接触しない位置にまで相対移動せしめられ、その後、該ピンが該棒状アルミニウム材から引き抜かれることとなる。このようにすれば、摩擦熱の影響によって接合部位よりも強度が低下せしめられた接合部位の周辺部に、ピンの引抜跡からなる凹部が形成されることが有利に回避され得るのであり、それによって、かかる凹部の形成に起因する該周辺部の強度の更なる低下が効果的に防止され得、以て、より十分に大きな継手効率を有する接合製品をより一層安定的に得ることが可能となるのである。
【００２２】
そして、本発明にあっては、前述せる第二の課題の解決のために、中実の棒状アルミニウム材の先端部を段付き形状において構成し、その先端中央部の、周面が平滑な円柱状の突起に、パイプ状アルミニウム材の先端開口部を嵌合せしめて、それらパイプ状アルミニウム材と棒状アルミニウム材とを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめて、構成したアルミニウム材接合製品において、前記中実の棒状アルミニウム材の外周面上における前記パイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位に、前記回転治具のピンを引抜いた形跡を示す引抜跡と、該棒状アルミニウム材の周方向への該接合部位の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、該接合部位から該引抜跡に向かって該ピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡とが形成されていると共に、前記回転治具のピンの前記突合せ部に対する周方向への相対移動が、該突合せ部に沿って３６０〜４５０°の範囲で行なわれている一方、該突合せ部の摩擦撹拌接合終了後における、前記棒状アルミニウム材の外周面上での該ピンの相対移動が、該ピンの該突合せ部に対する相対移動方向に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行なわれていることを特徴とするアルミニウム材接合製品を、その要旨とするものである。
【００２３】
すなわち、このような本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、摩擦撹拌接合法を利用した突合せ接合によって形成されてなるもので、特に、中実の棒状アルミニウム材の外周面上における接合部位とは異なる部位に、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との突合せ部の摩擦撹拌接合に際して、該突合せ部に差し込まれるピンの引抜跡としての凹部が形成されて、構成されており、それ故に、接合部位や、棒状アルミニウム材よりも強度に劣るパイプ状アルミニウム材に、ピンの引抜跡としての凹部が形成されてなるものに比して、優れた強度が確保され得るのである。
【００２４】
しかも、かかるアルミニウム材接合製品にあっては、接合部位から引抜跡に向かってピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡が、中実の棒状アルミニウム材の外周面上に、接合部位の周方向への延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成されているところから、製造過程において、棒状アルミニウム材とパイプ状アルミニウム材との摩擦撹拌接合後にピンを引き抜くために、該ピンが棒状アルミニウム材の外周面上を周方向に斜めに相対移動せしめられて、ピンが設けられる回転治具が、その先端部におけるピンの相対移動方向の前方側に位置する角部と、棒状アルミニウム材の外周面との間に常に所定の隙間を形成しつつ、移動せしめられるようになっており、それによって、かかる回転治具の相対移動時に、その先端角部により、棒状アルミニウム材の接合部位が削り取られて、減肉せしめられるようなことが回避され得るようなっているのであり、それ故に、そのような減肉部が、接合部位には何等形成されてはいないのである。
【００２５】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得ており、それによって、十分に大きな継手効率が確保され得るのである。
【００２６】
また、本発明にあっては、前記第二の課題を解決するために、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめて、構成したアルミニウム材接合製品において、前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上における、小径の棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位に、前記回転治具のピンを引抜いた形跡を示す引抜跡と、該大径棒状アルミニウム材の周方向への該接合部位の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、該接合部位から該引抜跡に向かって該ピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡とが形成されていることを特徴とするアルミニウム材接合製品をもまた、その要旨とするものである。
【００２７】
このような本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっても、互いに径の異なるアルミニウム材の二つが摩擦撹拌接合法にて接合されて成っていると共に、優れた強度を有する大径棒状アルミニウム材の外周面上における接合部位とは異なる部位に、ピンの引抜跡としての凹部が形成され、更に、かかる外周面上に、接合部位から引抜跡に向かってピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡が、接合部位の周方向への延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成されている。
【００２８】
従って、かかる本発明に従うアルミニウム材接合製品においては、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得ており、それによって、十分に大きな継手効率が確保され得ているのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
ところで、本発明に従うアルミニウム材の接合方法は、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との接合、及び互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の接合に際して、それぞれ適用されるものであり、また、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品は、そのようなアルミニウム材の接合方法によって有利に製造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アルミニウム材や、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品を与えるアルミニウム材の材質は、特に限定されるものではない。即ち、本発明では、それらのアルミニウム材として、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材が、適宜に選択されて、用いられるのであるが、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る。従って、本発明においては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）の熱処理型合金からなるアルミニウム材等が、有利に用いられるものの、それら熱処理型合金以外の非熱処理型合金からなるアルミニウム材も、適宜に用いられ得るのである。
【００３０】
そして、そのような材質からなるパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とを用いて、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品を得る際には、先ず、図１に示されるように、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とを、それぞれの端面同士において同軸的に突き合わせた状態下で、位置固定に保持せしめる一方、それら接合されるべき二つのアルミニウム材１０，１２の突合せ部１４から所定距離隔てた位置において、回転治具１６を高速回転させる。
【００３１】
なお、ここでは、棒状アルミニウム材１２として、先端面の中央部に、パイプ状アルミニウム材１０の内孔内に嵌合可能な嵌合突起１８が一体形成されたものが、有利に用いられている。つまり、この嵌合突起１８をパイプ状アルミニウム材１０内に挿入せしめることによって、パイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２の突合せ状態下で、それら二つのアルミニウム材１０，１２が、確実且つ簡単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。
【００３２】
また、回転治具１６としては、アルミニウム製の板材同士を摩擦撹拌接合する際等において一般に用いられるものと同様なものが使用される。即ち、ここで用いられる回転治具１６は、先端部に、所定高さを有するピン２０が同心的に一体形成されると共に、該先端部が、平坦な端面を備えたショルダ部２２とされている。そして、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、ピン２０と一体で、軸心回りに高速回転せしめられるようになっている。
【００３３】
次いで、高速回転せしめられる回転治具１６を、図１に示される位置から、同軸的に突き合わされたパイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２との突合せ部１４に向かって移動させることにより、かかる突合せ部１４に、該回転治具１６のピン２０を押し付けて、図２に示されるように、回転治具１６のショルダ部２２が突合せ部１４の周辺部に接触するまで、該ピン２０を突合せ部１４に差し込む（突き刺す）。
【００３４】
これによって、ピン２０と突合せ部１４との間や、ショルダ部２０と突合せ部１４の周辺部との間で摩擦熱を発生させて、それら突合せ部１４とその周辺部を可塑化（軟化）せしめ、更に、ピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、突合せ部１４を形成するパイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２のそれぞれの端部部位の組織を入り混じり合せ、以て、突合せ部１４におけるピン２０の差込部分を摩擦撹拌接合する。
【００３５】
このとき、回転治具１６が、それら二つのアルミニウム材１０，１２よりも硬い材料を用いて形成されているため、ピン２０やショルダ部２２が殆ど消耗することがない。また、棒状アルミニウム材１２の嵌合突起１８がパイプ状アルミニウム材１０の内孔内に挿入位置せしめられているため、回転治具１６の突合せ部１４に対する押付け力によって、パイプ状アルミニウム材１０の端部が変形せしめられることも、有利に阻止される。なお、嵌合突起１８を何等有しない棒状アルミニウム材１０を用いる場合には、例えば、かかる嵌合突起１８の代わりに、適当な中子をパイプ状アルミニウム材１０の端部の内孔内に挿入すれば、回転治具１６の押付け力による該パイプ状アルミニウム材１０の端部の変形を回避することが出来る。
【００３６】
引き続き、図３に示されるように、突合せ部１４に差し込んだピン２０を、回転治具１６と共に一体に高速回転させながら、突合せ部１４に沿って、周方向に移動させる。そして、このピン２０の突合せ部１４に沿った周方向への移動に伴って、突合せ部１４を周方向に向かって徐々に摩擦撹拌接合してゆくことにより、パイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２とに跨がる接合部位２４を、突合せ部１４に沿って周方向に延びるように形成する。
【００３７】
なお、ここでのピン２０の突合せ部１４に沿った移動は、該突合せ部１４を全周にわたって摩擦撹拌接合するために、突合せ部１４に沿って１周以上、換言すれば、突合せ部１４に沿って、少なくとも３６０°行われることとなるが、そのようなピン２０の突合せ部１４に沿った移動が５／４周を越えた場合、つまり、４５０°を越えて行われると、かかるピン２０の移動によって形成される接合部位２４に対して、ピン２０や前記ショルダ部２２との間で生ずる摩擦熱による可塑化（軟化）の悪影響が広がって、かかる接合部位２４の接合強度が極端に低下する。そのため、ピン２０の突合せ部１４に沿った周方向への移動は、３６０〜４５０°の範囲内で行われることが望ましいのである。また、接合部位２４の接合強度をより十分に確保する上においては、ピン２０の突合せ部１４に対する相対移動が、３６０〜４００°の範囲内で行われることが、より好ましい。なお、ピン２０を突合せ部１４に沿って移動させる代わりに、或いはそれと共に、互いに突き合わされた二つのアルミニウム材１０，１２を軸心回りに一体回転せしめて、それら二つのアルミニウム材１０，１２とピン２０とを、突合せ部１４に沿って相対移動させるようにしても良いのである。
【００３８】
そして、上述の如く、ピン２０を突合せ部１４に沿って周方向に相対移動せしめることにより、突合せ部１４を全周にわたって摩擦撹拌接合せしめて、接合部位２４を突合せ部１４に沿って全周に形成した後、突合せ部１４からピン２０を引き抜くのであるが、ここでは、その前に、ピン２０が、接合部位２４の終端部から棒状アルミニウム材１２側に向かって周方向に斜めに移動せしめられることとなる。
【００３９】
つまり、図４に示されるように、ピン２０を、突合せ部１４に沿った移動方向（図４において矢印アにて示される方向）に対して鋭角な角度をもって交わる方向（図４において矢印イにて示される方向）に沿って、棒状アルミニウム材１２の外周面上を移動せしめ、その後、かかる棒状アルミニウム材１２の外周面上から回転治具１６を離隔せしめることにより、ピン２０を、棒状アルミニウム材１２の接合部位２４とは異なる部位において、該棒状アルミニウム材１２から引き抜くのである。
【００４０】
なお、ここでのピン２０の移動は、有利には、ピン２０の突合せ部１４に沿った移動方向（図４において矢印アにて示される方向）に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行われることとなる。即ち、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動方向とかかる摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動方向との交角（図４においてθ1 にて示される角）の大きさが５〜７０°とされていることが、望ましいのである。
【００４１】
何故なら、かかる交角：θ1 が５°未満である場合、ピン２０が、棒状アルミニウム材１２の接合部位２４とは異なる部位から引き抜かれるように為すために、ピン２０を、接合部位２４の終端部から、周方向に長い距離を移動させなければならなくなり、そうすると、摩擦撹拌接合終了からピン２０を引き抜くまでに余分な時間が掛かって、目的とするアルミニウム材接合製品を得る上での生産性（接合効率）や経済性が低下するばかりでなく、回転治具１６との接触時間の延長に伴う入熱の増大により、接合部位２４に対して過剰な可塑化（軟化）による悪影響を及ぼす恐れが生じることとなるからである。また、かかる交角：θ1 が７０°を越える場合には、ピン２０の移動時において、回転治具１６のショルダ部２２と接合部位２４との間に形成される隙間が極端に小さくなり、そのため、かかるショルダ部２２にて接合部位２４の表面が削り取られて、該接合部位２４に減肉部分が生じ、その結果、そのような減肉部分において、接合部位２４の接合強度が著しく低下してしまうことがあるからである。
【００４２】
また、この突合せ部１４の摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動は、棒状アルミニウム材１２の外周面上において、ショルダ部２２が、接合部位２４に接触しない位置に達するまで継続せしめられることが、望ましいのである。このようにすれば、高速回転せしめられる回転治具１６のショルダ部２２との接触により生ずる摩擦熱の影響によって接合部位２４よりも強度が低下せしめられた接合部位２４の周辺部において、ピン２０が引き抜かれることが有利に回避されるため、後述する如き凹所形態を呈するピン２０の引抜跡３０が、かかる接合部位２４の周辺部に形成されて、該周辺部の強度の更なる低下が惹起されるようなことが効果的に阻止されることとなるからである。
【００４３】
なお、このような突合せ部１４の摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動に際しても、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動と同様に、ピン２０を棒状アルミニウム材１２の外周面上において移動させる代わりに、或いはそれと共に、棒状アルミニウム材１２（アルミニウム材接合製品２６）を軸心回りに一体回転せしめて、該棒状アルミニウム材１２をピン２０に対して相対移動させるようにしても良いのである。
【００４４】
かくして、突合せ部１４の摩擦撹拌接合の終了後に、ピン２０を、棒状アルミニウム材１２の外周面上における接合部位２４とは異なる部位にまで移動させてから引き抜くことによって、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とが同軸上に突き合わされた状態で一体的に接合された、目的とするアルミニウム材接合製品２６を得るのである。そして、図４からも明らかなように、かかるアルミニウム材接合製品２６にあっては、外周面上に、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とに跨る接合部位２４が、全周にわたって周方向に連続して延びるように形成されると共に、その接合部位２４の終端部から棒状アルミニウム材１２の外周面上を前記ピン２０が移動した形跡を示す移動跡２８が、該棒状アルミニウム材１２の外周面上を、接合部位２４の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成され、更に、パイプ状アルミニウム材１０よりも強度に優れた棒状アルミニウム材１２の外周面における接合部位２４とは異なる部位において、移動跡２８の末端に、ピン２０が引き抜かれた形跡を示す引抜跡３０が、ピン２０の形状に対応した凹所形態をもって形成されることとなるのである。
【００４５】
それ故、本実施形態では、最終的に得られるアルミニウム材接合製品２６において、凹所形態を有するピン２０の引抜跡３０の形成による接合強度の低下や、ピン２０の移動に伴う減肉部の発生等のない堅牢な接合部位２４が形成され、しかもかかるピン２０の引抜跡３０の形成に起因するパイプ状アルミニウム材１０の強度の低下等も回避され得るのであり、従って、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有するアルミニウム材接合製品２６が、極めて安定的に且つ効率的に得られることとなるのである。
【００４６】
なお、本実施形態では、互いに同一の外径を有するパイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とを用いてアルミニウム材接合製品２６が形成されていたが、目的とするアルミニウム材接合製品を、小径のパイプ状アルミニウム材とそれよりも径の大きな中実の棒状アルミニウム材を用いて形成したり、或いは大径のパイプ状アルミニウム材とそれよりも径の小さな中実の棒状アルミニウム材を用いて形成することも、可能である。但し、それら異径のパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とを用いる場合には、それらの突合せ部に差し込まれたピン２０の撹拌作用が健全に実施されて、十分な接合強度を有する接合部位が形成され得るように為す上で、それら異径のパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との径の差が１０ｍｍ以内とされていることが、望ましい。
【００４７】
次に、図５〜図７には、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士を摩擦撹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。そこにおいて、３２は、中実の小径棒状アルミニウム材であり、また３４は、中実の大径棒状アルミニウム材である。そして、図５からも明らかなように、それら二つの棒状アルミニウム材３２，３４は、先ず、それぞれの端面同士において同軸的に突き合わされた状態下で、位置固定に保持せしめられる一方、それら二つの棒状アルミニウム材３２，３４の突合せ部３６から所定距離隔てた位置において、前記実施形態で用いられるものと同様な構造の回転治具１６が、高速回転せしめられることとなる。なお、ここで用いられる異径の棒状アルミニウム材３２，３４としては、十分な接合強度を有する接合部位を得る上で、互いの径の差が１０ｍｍ以内とされていることが、望ましい。
【００４８】
次いで、図６に示されるように、前記実施形態と同様にして、回転治具１６のピン２０を、高速回転下で、小径及び大径棒状アルミニウム材３２，３４の突合せ部３６に差し込み、該突合せ部３６に沿って周方向に移動させることにより、突合せ部３６を周方向に向かって徐々に摩擦撹拌接合する。ここでも、前記実施形態に示される如き理由から、ピン２０が、有利には、突合せ部３６に沿って３６０〜４５０°の範囲で移動せしめられることとなる。なお、ここでは、回転治具１６として、ピン２０の長さが所定寸法長くされている以外、前記実施形態で用いられる回転治具１６と同様な構造を有するものが用いられている。
【００４９】
そして、図７に示されるように、突合せ部３６を全周にわたって摩擦撹拌接合して、接合部位２４を突合せ部３６に沿って全周に形成した後、ピン２０を、突合せ部３６に沿った移動方向（図７において矢印ウにて示される方向）に対して鋭角な角度をもって交わる方向（図７において矢印エにて示される方向）に沿って、大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を移動せしめ、その後、該ピン２０を、大径棒状アルミニウム材３４の接合部位２４とは異なる部位から引き抜くのである。
【００５０】
なお、ここでのピン２０の移動も、前記実施形態と同様な理由から、大径棒状アルミニウム材３４の外周面上において、ショルダ部２２が、接合部位２４に接触しない位置に達するまで継続せしめられることが、望ましいのであり、また有利には、ピン２０の突合せ部３６に沿った移動方向（図７において矢印ウにて示される方向）に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行われることとなる。即ち、突合せ部３６の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動方向とかかる摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動方向との交角（図７においてθ2 にて示される角）の大きさが５〜７０°とされていることが、好ましいのである。
【００５１】
かくして、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材３２，３４が摩擦撹拌接合されてなる目的とするアルミニウム材接合製品３８を得るのである。そして、この接合製品３８にあっては、図７からも明らかなように、外周面上に、中実の小径棒状アルミニウム材３２と中実の大径棒状アルミニウム材３４とに跨る接合部位２４が、全周にわたって周方向に連続して延びるように形成されると共に、その接合部位２４の終端部から大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を前記ピン２０が移動した形跡を示す移動跡２８が、該大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を、接合部位２４の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成され、更に、小径棒状アルミニウム材３２よりも強度に優れた大径棒状アルミニウム材３４の外周面における接合部位２４とは異なる部位において、移動跡２８の末端に、ピン２０が引き抜かれた形跡を示す引抜跡３０が、ピン２０の形状に対応した凹所形態をもって形成されることとなるのである。
【００５２】
それ故、本実施形態にあっても、最終的に得られるアルミニウム材接合製品３８において、凹所形態を有するピン２０の引抜跡３０の形成による接合強度の低下や、ピン２０の移動に伴う減肉部の発生等のない堅牢な接合部位２４が形成され、しかもかかるピン２０の引抜跡３０の形成に起因するパイプ状アルミニウム材１０の強度の低下等も回避され得るのであり、従って、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有するアルミニウム材接合製品３８が、極めて安定的に且つ効率的に得られることとなるのである。
【００５３】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、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、それらの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。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的構成以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、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ることが理解されるべきである。
【００５４】
［実施例１］
先ず、３０ｍｍの外径と４ｍｍの厚さとを有するパイプ状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、該パイプ状アルミニウム材と同一の材質からなり、一端面に、２２ｍｍと３０ｍｍの長さを有する嵌合突起が一体形成された、外径が３０ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００５５】
次いで、それら準備されたパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、該丸棒状アルミニウム材の嵌合突起をパイプ状アルミニウム材の内孔内に挿入せしめつつ、互いに同軸上で突き合わせた後、図２に示される如き形態において、先端部にピンが設けられた回転治具を高速回転させつつ、かかる回転治具のピンを二つのアルミニウム材の突合せ部に差し込んで、その突合せ部に沿って周方向に移動させることにより、それらパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、中実の丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、該丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。
【００５６】
なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１０ｍｍの先端部の端面に、直径が３ｍｍで、高さが４．５ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００５７】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たるパイプ状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従ってそれぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは２０２ＭＰａで、パイプ状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は６６％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を十分に越える値となった。なお、パイプ状アルミニウム材の耐力は２７２ＭＰａで、伸びは１７％であった。また、アルミニウム材接合製品の破断位置は、接合部位の周辺部であった。
【００５８】
［実施例２］
先ず、３０ｍｍの外径と４ｍｍの厚さとを有するパイプ状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、該パイプ状アルミニウム材と同一の材質からなり、一端面に、２２ｍｍと２０ｍｍの長さを有する嵌合突起が一体形成された、外径が３２ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００５９】
次いで、準備された二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、該丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１０ｍｍの先端部の端面に、直径が３ｍｍで、高さが６．５ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００６０】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たるパイプ状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは２４２ＭＰａで、パイプ状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は８１％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％よりも著しく高い値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置も、接合部位の周辺部であった。
【００６１】
［実施例３］
先ず、外径が２０ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、この丸棒状アルミニウム材と同一の材質からなるものの、外径が２４ｍｍであるの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００６２】
次いで、準備された二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、大径丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、この大径丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１２ｍｍの先端部の端面に、直径が４ｍｍで、高さが１０ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００６３】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１９７ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は６５％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を十分に越える値となった。なお、小径丸棒状アルミニウム材の耐力は２７２ＭＰａで、伸びは１７％であった。また、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部であった。
［比較例１］
また、比較のために、前記実施例１において用いられたパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とをそれぞれ準備し、それら二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、それと同一の条件で摩擦撹拌接合した後、ピンを接合部位の終端部から軸方向に引き抜いて、該接合部位にピンの引抜跡が設けられたアルミニウム材接合製品を得た。
【００６４】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１７５ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は５７％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を下回る値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部を含む接合部位と母材との境界部分であった。
【００６５】
［比較例２］
さらに、比較のために、前記実施例３において用いられた互いに径の異なる中実の丸棒状アルミニウム材をそれぞれ準備し、それら二つのアルミニウム材を前記実施例３と同様にして、それと同一の条件で摩擦撹拌接合した後、ピンを接合部位の終端部から軸方向に引き抜いて、該接合部位にピンの引抜跡が設けられたアルミニウム材接合製品を得た。
【００６６】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１５２ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は５０％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を大きく下回る値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部であった。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、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、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とからなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、且つ生産性良く得ることが可能となるのである。
【００６８】
また、本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得るのであり、それによって、十分に大きな継手効率が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】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム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材を突き合わせた状態を示している。
【図２】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム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材を突合せ部に回転治具のピンを差し込んだ状態を示している。
【図３】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材を摩擦撹拌接合する工程の更に別の例を示す説明図であって、回転治具のピンを突合せ部に沿って移動せしめて、周方向に延びる接合部位を形成した状態を示している。
【図４】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材を摩擦撹拌接合する工程の他の例を示す説明図であって、回転治具のピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を形成した状態を示している。
【図５】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム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１に対応する図である。
【図６】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士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、図２に対応する図である。
【図７】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士を摩擦撹拌接合する工程の他の例を示す説明図であって、図４に対応する図である。
【符号の説明】
１０ パイプ状アルミニウム材 １２ 丸棒状アルミニウム材
１４，３６ 突合せ部 １６ 回転治具
１８ 嵌合突起 ２０ ピン
２２ ショルダ部 ２６，３８ アルミニウム材接合製品
２８ 移動跡 ３０ 引抜跡
３２ 小径棒状アルミニウム材 ３４ 大径棒状アルミニウム材
【技術分野】
本発明は、アルミニウム材の接合方法及びアルミニウム材接合製品に係り、特に、摩擦撹拌接合手法を利用したアルミニウム材の改良された接合方法と、そのような改良された接合方法によって、アルミニウム材を接合せしめてなる新規なアルミニウム材接合製品に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、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中実の棒状アルミニウム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材を互いに突き合わせて、相対的に高速回転させ、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材の大きさによっては大きな装置が必要となり、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といった欠点を、有していた。
【０００３】
一方、近年では、摩擦熱を利用した固相接合法であって、接合時に生ずる接合部位の熱歪みを可及的に小さく抑え得る接合手法として知られ、従来より、板状のアルミニウム材を接合する際に多く採用される、所謂摩擦撹拌接合が、パイプ形状や中実の棒形状を呈するアルミニウム材の接合に際しても適用され始めてきている。
【０００４】
すなわち、上述の如き形状のアルミニウム材の二つを互いに突き合わせる一方、それら二つのアルミニウム材よりも硬い材質のピンが先端中心部に同心的に設けられてなる回転治具を高速回転せしめつつ、該ピンを、該二つのアルミニウム材の突合せ部に差し込んで、かかる突合せ部に沿って周方向に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や回転治具と二つのアルミニウム材との間に摩擦熱を発生せしめ、そしてその摩擦熱にて、突合せ部の周辺部位を塑性流動可能な状態と為し、更にピンの高速回転による撹拌作用にて二つのアルミニウム材の突合せ部の組織を入り交わらせ、以て二つのアルミニウム材を溶融させることなく、接合するのである。
【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材よりも十分に小さな回転治具だけが高速回転せしめられるため、アルミニウム材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材のそれぞれの突合せ部に対して、互いの突合せ方向にさ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材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が、悉く解消され得るのである。
【０００６】
ところが、かくの如き従来の摩擦撹拌接合手法においては、二つのアルミニウム材の突合せ部の接合終了後に、回転治具のピンを二つのアルミニウム材の接合部位から該ピンの軸方向に引き抜いた際に、そのピンの引抜跡としての凹部が接合部位に不可避的に形成されることとなるため、接合部位の接合強度が該凹部の形成部分で低くなり、その結果、接合製品における接合部位全体の接合強度の指標となる継手効率（継手母材となるアルミニウム材の引張りによる破断強度に対する接合部位の引張りによる破断強度の割合）が著しく低下するといった大きな問題が内在していたのである。
【０００７】
かかる状況下、特開２０００−４２７５９号公報には、パイプ状乃至は中実の棒状アルミニウム材を接合する、上述の如き従来の摩擦撹拌接合手法の改良法が明らかにされている。即ち、この改良法においては、二つのアルミニウム材の突合せ部の摩擦撹拌接合終了後に、回転治具のピンが、一方のアルミニウム材の軸心方向に沿って、該一方のアルミニウム材の他方のアルミニウム材との接合部位とは異なる部位に一体形成された捨肉部にまで移動せしめられ、その後、該ピンが、かかる捨肉部から引き抜かられるようになっており、それによって、二つのアルミニウム材の接合部位に、該ピンの引抜跡としての凹部が形成されることが回避され、以て接合部位における接合強度の信頼性の向上が図られているのである。
【０００８】
しかしながら、本発明者等が、前記公報に開示された摩擦撹拌接合手法によって、実際に、パイプ形状や中実の棒形状を呈するアルミニウム材の接合を行なったところ、かかる従来手法では、捨肉部を有するアルミニウム材として、展伸材に比べて生産効率の低い鋳物材しか利用出来ないため、アルミニウム材の準備工程における効率性が低下するといった不具合が生じ、また、形成された接合製品の設置に際しての省スペース化を図る上で、捨肉部を切削除去するための余分な工程を行なわなければならず、それらによって、目的とするアルミニウム材接合製品の生産性が低下してしまうことが、判明したのである。
【０００９】
【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、パイプ形状や中実の丸棒形状を呈するアルミニウム材を、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、効率的に接合することが出来、以て十分に大きな継手効率を有する接合製品が、安定して、生産性良く得られるアルミニウム材の接合方法を提供することにある。また、本発明にあっては、パイプ形状や中実の丸棒形状を呈するアルミニウム材が摩擦撹拌接合された製品であって、十分に大きな継手効率が確保され得るアルミニウム材接合製品を提供することを、第二の解決課題とするものである。
【００１０】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために中実の棒状アルミニウム材の先端部を段付き形状において構成し、その先端中央部の、周面が平滑な円柱状の突起に、パイプ状アルミニウム材の先端開口部を嵌合せしめて、それらパイプ状アルミニウム材と棒状アルミニウム材とを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるようにしたアルミニウム材の接合方法において、前記突合せ部の摩擦撹拌接合が終了した後、前記回転治具のピンを、前記突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、前記中実の棒状アルミニウム材の外周面上を相対移動せしめて、該棒状アルミニウム材の前記パイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位において、該棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とするアルミニウム材の接合方法を、その要旨とするものである。
【００１１】
要するに、本発明に従うアルミニウム材の接合方法は、先端部にピンが設けられた回転治具を用いて、互いに突き合わされたパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材の突合せ部を摩擦撹拌接合するものであり、特に、摩擦撹拌接合の終了後に、回転治具のピンを、中実の棒状アルミニウム材の外周面上におけるパイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位にまで相対移動させてから、該中実の棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたものなのである。
【００１２】
それ故、このような本発明手法においては、ピンの引抜き後に、その引抜跡からなる凹部が、中実の棒状アルミニウム材の接合部位とは異なる部位に必ず形成されることとなり、それによって、かかる凹部が接合部位に形成されて、該接合部位の接合強度が、該凹部の形成部分において部分的に低下したり、或いは該凹部が、中実の棒状アルミニウム材よりも強度の低いパイプ状アルミニウム材の外周面上に形成されて、かかるパイプ状アルミニウム材が、凹部形成部分において部分的に薄肉となり、その薄肉部において強度が著しく低下するようなことが有利に回避され得るのである。また、従来手法とは異なって、ピンが引き抜かれるアルミニウム材に対して、ピンの引抜跡を形成せしめるための捨肉部を何等設けるものでないため、そのような捨肉部の形成によって惹起されるアルミニウム材、ひいては目的とする接合製品の生産効率の低下が、極めて効果的に回避され得るのである。
【００１３】
しかも、かかる本発明手法においては、前記棒状アルミニウム材の外周面上でのピンの相対移動が、棒状アルミニウム材とパイプ状アルミニウム材との突合せ部に対するピンの相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って行なわれるようになっているところから、例えば、突合せ部の摩擦撹拌接合後に、回転治具のピンを、前記相対移動方向に対して直角な方向に相対移動させる場合、換言すれば、ピンを棒状アルミニウム材の軸心方向に沿って相対移動させる場合とは異なって、ピンが棒状アルミニウム材の外周面上を周方向に斜めに相対移動せしめられて、ピンが設けられる回転治具が、その先端部におけるピンの移動方向の前方側に位置する角部と、棒状アルミニウム材の外周面との間に常に所定の隙間を形成しつつ、相対移動せしめられることとなる。そのため、良好な接合状態が安定して、確保され得る。つまり、突合せ部の摩擦撹拌接合後に、ピンを棒状アルミニウム材の軸心方向に相対移動させる場合には、かかるピンの相対移動時に、棒状アルミニウム材の外周面と回転治具の先端角部との間に隙間が形成されず、そのために、回転治具の先端角部により、棒状アルミニウム材の接合部位が削り取られて、減肉せしめられ、そのような接合部位の減肉部分の接合強度が低下してしまうこととなるが、本発明手法では、そのような不具合が何等生じることがないのである。
【００１４】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、パイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、確実に効率的に接合することが出来るのであり、それによって、パイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とからなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、しかも生産性良く得ることが可能となるのである。
【００１５】
また、本発明にあっては、上述せる技術的課題を解決するために、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるようにしたアルミニウム材の接合方法において、前記突合せ部の摩擦撹拌接合が終了した後、前記回転治具のピンを、前記突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上を相対移動せしめて、該大径棒状アルミニウム材の小径棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位において、該大径棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とするアルミニウム材の接合方法をも、その要旨とするものである。
【００１６】
このような本発明に従うアルミニウム材の接合方法にあっても、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の突合せ部が、先端部にピンを有する回転治具を用いた摩擦撹拌接合によって接合される一方、その接合後に、ピンが、大径の棒状アルミニウム材の外周面上を、突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、小径棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位にまで相対移動せしめられ、その後、かかる大径棒状アルミニウム材から引き抜かれるようになっているのである。
【００１７】
それ故、かかる本発明手法においても、摩擦撹拌接合後におけるピンの相対移動や引抜きによって、ピンの引抜跡からなる凹部や、ピンが設けられる回転治具により削り取られて減肉された減肉部が、接合部位に形成されることが効果的に防止され得ると共に、かかる凹部が、大径棒状アルミニウム材よりも強度に劣る小径棒状アルミニウム材に形成されることも有利に回避され得る。しかも、接合されるべき棒状アルミニウム材には、ピンの引抜跡を形成せしめるための捨肉部は、何等形成されていないのである。
【００１８】
従って、本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、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、中実の異径棒状アルミニウム材からなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、且つ生産性良く得ることが可能となるのである。
【００１９】
なお、このような本発明に従うアルミニウム材の接合方法の好ましい態様の一つによれば、前記回転治具のピンの前記突合せ部に対する周方向への相対移動が、該突合せ部に沿って３６０〜４５０°の範囲で行なわれる一方、該突合せ部の摩擦撹拌接合終了後における、前記棒状アルミニウム材の外周面上での該ピンの相対移動が、該ピンの該突合せ部に対する相対移動方向に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行なわれることとなる。
【００２０】
かくの如き本発明手法によれば、摩擦撹拌接合の途中と終了後に、接合部位に対して、過剰な軟化（可塑化）による悪影響が及ぼされることが有利に回避されるばかりでなく、摩擦撹拌接合後のピンの相対移動時に、接合部位が回転治具の先端角部にて削り取られることが、より効果的に防止され得、それによって、十分に大きな継手効率を有する接合製品が、更に一層に確実に且つ安定して得られることとなるのである。
【００２１】
また、かかる本発明に従うアルミニウム材の接合方法の有利な別の態様の一つによれば、前記突合せ部の摩擦撹拌接合終了後に、前記回転治具のピンが、前記棒状アルミニウム材の外周面上において、該回転治具における前記先端部の全体が該棒状アルミニウム材の前記接合部位に接触しない位置にまで相対移動せしめられ、その後、該ピンが該棒状アルミニウム材から引き抜かれることとなる。このようにすれば、摩擦熱の影響によって接合部位よりも強度が低下せしめられた接合部位の周辺部に、ピンの引抜跡からなる凹部が形成されることが有利に回避され得るのであり、それによって、かかる凹部の形成に起因する該周辺部の強度の更なる低下が効果的に防止され得、以て、より十分に大きな継手効率を有する接合製品をより一層安定的に得ることが可能となるのである。
【００２２】
そして、本発明にあっては、前述せる第二の課題の解決のために、中実の棒状アルミニウム材の先端部を段付き形状において構成し、その先端中央部の、周面が平滑な円柱状の突起に、パイプ状アルミニウム材の先端開口部を嵌合せしめて、それらパイプ状アルミニウム材と棒状アルミニウム材とを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめて、構成したアルミニウム材接合製品において、前記中実の棒状アルミニウム材の外周面上における前記パイプ状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位に、前記回転治具のピンを引抜いた形跡を示す引抜跡と、該棒状アルミニウム材の周方向への該接合部位の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、該接合部位から該引抜跡に向かって該ピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡とが形成されていると共に、前記回転治具のピンの前記突合せ部に対する周方向への相対移動が、該突合せ部に沿って３６０〜４５０°の範囲で行なわれている一方、該突合せ部の摩擦撹拌接合終了後における、前記棒状アルミニウム材の外周面上での該ピンの相対移動が、該ピンの該突合せ部に対する相対移動方向に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行なわれていることを特徴とするアルミニウム材接合製品を、その要旨とするものである。
【００２３】
すなわち、このような本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、摩擦撹拌接合法を利用した突合せ接合によって形成されてなるもので、特に、中実の棒状アルミニウム材の外周面上における接合部位とは異なる部位に、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との突合せ部の摩擦撹拌接合に際して、該突合せ部に差し込まれるピンの引抜跡としての凹部が形成されて、構成されており、それ故に、接合部位や、棒状アルミニウム材よりも強度に劣るパイプ状アルミニウム材に、ピンの引抜跡としての凹部が形成されてなるものに比して、優れた強度が確保され得るのである。
【００２４】
しかも、かかるアルミニウム材接合製品にあっては、接合部位から引抜跡に向かってピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡が、中実の棒状アルミニウム材の外周面上に、接合部位の周方向への延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成されているところから、製造過程において、棒状アルミニウム材とパイプ状アルミニウム材との摩擦撹拌接合後にピンを引き抜くために、該ピンが棒状アルミニウム材の外周面上を周方向に斜めに相対移動せしめられて、ピンが設けられる回転治具が、その先端部におけるピンの相対移動方向の前方側に位置する角部と、棒状アルミニウム材の外周面との間に常に所定の隙間を形成しつつ、移動せしめられるようになっており、それによって、かかる回転治具の相対移動時に、その先端角部により、棒状アルミニウム材の接合部位が削り取られて、減肉せしめられるようなことが回避され得るようなっているのであり、それ故に、そのような減肉部が、接合部位には何等形成されてはいないのである。
【００２５】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得ており、それによって、十分に大きな継手効率が確保され得るのである。
【００２６】
また、本発明にあっては、前記第二の課題を解決するために、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめて、構成したアルミニウム材接合製品において、前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上における、小径の棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位に、前記回転治具のピンを引抜いた形跡を示す引抜跡と、該大径棒状アルミニウム材の周方向への該接合部位の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、該接合部位から該引抜跡に向かって該ピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡とが形成されていることを特徴とするアルミニウム材接合製品をもまた、その要旨とするものである。
【００２７】
このような本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっても、互いに径の異なるアルミニウム材の二つが摩擦撹拌接合法にて接合されて成っていると共に、優れた強度を有する大径棒状アルミニウム材の外周面上における接合部位とは異なる部位に、ピンの引抜跡としての凹部が形成され、更に、かかる外周面上に、接合部位から引抜跡に向かってピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡が、接合部位の周方向への延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成されている。
【００２８】
従って、かかる本発明に従うアルミニウム材接合製品においては、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得ており、それによって、十分に大きな継手効率が確保され得ているのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
ところで、本発明に従うアルミニウム材の接合方法は、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との接合、及び互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の接合に際して、それぞれ適用されるものであり、また、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品は、そのようなアルミニウム材の接合方法によって有利に製造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アルミニウム材や、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品を与えるアルミニウム材の材質は、特に限定されるものではない。即ち、本発明では、それらのアルミニウム材として、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材が、適宜に選択されて、用いられるのであるが、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る。従って、本発明においては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）の熱処理型合金からなるアルミニウム材等が、有利に用いられるものの、それら熱処理型合金以外の非熱処理型合金からなるアルミニウム材も、適宜に用いられ得るのである。
【００３０】
そして、そのような材質からなるパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とを用いて、本発明に従う構造を有するアルミニウム材接合製品を得る際には、先ず、図１に示されるように、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とを、それぞれの端面同士において同軸的に突き合わせた状態下で、位置固定に保持せしめる一方、それら接合されるべき二つのアルミニウム材１０，１２の突合せ部１４から所定距離隔てた位置において、回転治具１６を高速回転させる。
【００３１】
なお、ここでは、棒状アルミニウム材１２として、先端面の中央部に、パイプ状アルミニウム材１０の内孔内に嵌合可能な嵌合突起１８が一体形成されたものが、有利に用いられている。つまり、この嵌合突起１８をパイプ状アルミニウム材１０内に挿入せしめることによって、パイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２の突合せ状態下で、それら二つのアルミニウム材１０，１２が、確実且つ簡単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。
【００３２】
また、回転治具１６としては、アルミニウム製の板材同士を摩擦撹拌接合する際等において一般に用いられるものと同様なものが使用される。即ち、ここで用いられる回転治具１６は、先端部に、所定高さを有するピン２０が同心的に一体形成されると共に、該先端部が、平坦な端面を備えたショルダ部２２とされている。そして、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、ピン２０と一体で、軸心回りに高速回転せしめられるようになっている。
【００３３】
次いで、高速回転せしめられる回転治具１６を、図１に示される位置から、同軸的に突き合わされたパイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２との突合せ部１４に向かって移動させることにより、かかる突合せ部１４に、該回転治具１６のピン２０を押し付けて、図２に示されるように、回転治具１６のショルダ部２２が突合せ部１４の周辺部に接触するまで、該ピン２０を突合せ部１４に差し込む（突き刺す）。
【００３４】
これによって、ピン２０と突合せ部１４との間や、ショルダ部２０と突合せ部１４の周辺部との間で摩擦熱を発生させて、それら突合せ部１４とその周辺部を可塑化（軟化）せしめ、更に、ピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、突合せ部１４を形成するパイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２のそれぞれの端部部位の組織を入り混じり合せ、以て、突合せ部１４におけるピン２０の差込部分を摩擦撹拌接合する。
【００３５】
このとき、回転治具１６が、それら二つのアルミニウム材１０，１２よりも硬い材料を用いて形成されているため、ピン２０やショルダ部２２が殆ど消耗することがない。また、棒状アルミニウム材１２の嵌合突起１８がパイプ状アルミニウム材１０の内孔内に挿入位置せしめられているため、回転治具１６の突合せ部１４に対する押付け力によって、パイプ状アルミニウム材１０の端部が変形せしめられることも、有利に阻止される。なお、嵌合突起１８を何等有しない棒状アルミニウム材１０を用いる場合には、例えば、かかる嵌合突起１８の代わりに、適当な中子をパイプ状アルミニウム材１０の端部の内孔内に挿入すれば、回転治具１６の押付け力による該パイプ状アルミニウム材１０の端部の変形を回避することが出来る。
【００３６】
引き続き、図３に示されるように、突合せ部１４に差し込んだピン２０を、回転治具１６と共に一体に高速回転させながら、突合せ部１４に沿って、周方向に移動させる。そして、このピン２０の突合せ部１４に沿った周方向への移動に伴って、突合せ部１４を周方向に向かって徐々に摩擦撹拌接合してゆくことにより、パイプ状アルミニウム材１０と棒状アルミニウム材１２とに跨がる接合部位２４を、突合せ部１４に沿って周方向に延びるように形成する。
【００３７】
なお、ここでのピン２０の突合せ部１４に沿った移動は、該突合せ部１４を全周にわたって摩擦撹拌接合するために、突合せ部１４に沿って１周以上、換言すれば、突合せ部１４に沿って、少なくとも３６０°行われることとなるが、そのようなピン２０の突合せ部１４に沿った移動が５／４周を越えた場合、つまり、４５０°を越えて行われると、かかるピン２０の移動によって形成される接合部位２４に対して、ピン２０や前記ショルダ部２２との間で生ずる摩擦熱による可塑化（軟化）の悪影響が広がって、かかる接合部位２４の接合強度が極端に低下する。そのため、ピン２０の突合せ部１４に沿った周方向への移動は、３６０〜４５０°の範囲内で行われることが望ましいのである。また、接合部位２４の接合強度をより十分に確保する上においては、ピン２０の突合せ部１４に対する相対移動が、３６０〜４００°の範囲内で行われることが、より好ましい。なお、ピン２０を突合せ部１４に沿って移動させる代わりに、或いはそれと共に、互いに突き合わされた二つのアルミニウム材１０，１２を軸心回りに一体回転せしめて、それら二つのアルミニウム材１０，１２とピン２０とを、突合せ部１４に沿って相対移動させるようにしても良いのである。
【００３８】
そして、上述の如く、ピン２０を突合せ部１４に沿って周方向に相対移動せしめることにより、突合せ部１４を全周にわたって摩擦撹拌接合せしめて、接合部位２４を突合せ部１４に沿って全周に形成した後、突合せ部１４からピン２０を引き抜くのであるが、ここでは、その前に、ピン２０が、接合部位２４の終端部から棒状アルミニウム材１２側に向かって周方向に斜めに移動せしめられることとなる。
【００３９】
つまり、図４に示されるように、ピン２０を、突合せ部１４に沿った移動方向（図４において矢印アにて示される方向）に対して鋭角な角度をもって交わる方向（図４において矢印イにて示される方向）に沿って、棒状アルミニウム材１２の外周面上を移動せしめ、その後、かかる棒状アルミニウム材１２の外周面上から回転治具１６を離隔せしめることにより、ピン２０を、棒状アルミニウム材１２の接合部位２４とは異なる部位において、該棒状アルミニウム材１２から引き抜くのである。
【００４０】
なお、ここでのピン２０の移動は、有利には、ピン２０の突合せ部１４に沿った移動方向（図４において矢印アにて示される方向）に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行われることとなる。即ち、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動方向とかかる摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動方向との交角（図４においてθ1 にて示される角）の大きさが５〜７０°とされていることが、望ましいのである。
【００４１】
何故なら、かかる交角：θ1 が５°未満である場合、ピン２０が、棒状アルミニウム材１２の接合部位２４とは異なる部位から引き抜かれるように為すために、ピン２０を、接合部位２４の終端部から、周方向に長い距離を移動させなければならなくなり、そうすると、摩擦撹拌接合終了からピン２０を引き抜くまでに余分な時間が掛かって、目的とするアルミニウム材接合製品を得る上での生産性（接合効率）や経済性が低下するばかりでなく、回転治具１６との接触時間の延長に伴う入熱の増大により、接合部位２４に対して過剰な可塑化（軟化）による悪影響を及ぼす恐れが生じることとなるからである。また、かかる交角：θ1 が７０°を越える場合には、ピン２０の移動時において、回転治具１６のショルダ部２２と接合部位２４との間に形成される隙間が極端に小さくなり、そのため、かかるショルダ部２２にて接合部位２４の表面が削り取られて、該接合部位２４に減肉部分が生じ、その結果、そのような減肉部分において、接合部位２４の接合強度が著しく低下してしまうことがあるからである。
【００４２】
また、この突合せ部１４の摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動は、棒状アルミニウム材１２の外周面上において、ショルダ部２２が、接合部位２４に接触しない位置に達するまで継続せしめられることが、望ましいのである。このようにすれば、高速回転せしめられる回転治具１６のショルダ部２２との接触により生ずる摩擦熱の影響によって接合部位２４よりも強度が低下せしめられた接合部位２４の周辺部において、ピン２０が引き抜かれることが有利に回避されるため、後述する如き凹所形態を呈するピン２０の引抜跡３０が、かかる接合部位２４の周辺部に形成されて、該周辺部の強度の更なる低下が惹起されるようなことが効果的に阻止されることとなるからである。
【００４３】
なお、このような突合せ部１４の摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動に際しても、突合せ部１４の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動と同様に、ピン２０を棒状アルミニウム材１２の外周面上において移動させる代わりに、或いはそれと共に、棒状アルミニウム材１２（アルミニウム材接合製品２６）を軸心回りに一体回転せしめて、該棒状アルミニウム材１２をピン２０に対して相対移動させるようにしても良いのである。
【００４４】
かくして、突合せ部１４の摩擦撹拌接合の終了後に、ピン２０を、棒状アルミニウム材１２の外周面上における接合部位２４とは異なる部位にまで移動させてから引き抜くことによって、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とが同軸上に突き合わされた状態で一体的に接合された、目的とするアルミニウム材接合製品２６を得るのである。そして、図４からも明らかなように、かかるアルミニウム材接合製品２６にあっては、外周面上に、パイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とに跨る接合部位２４が、全周にわたって周方向に連続して延びるように形成されると共に、その接合部位２４の終端部から棒状アルミニウム材１２の外周面上を前記ピン２０が移動した形跡を示す移動跡２８が、該棒状アルミニウム材１２の外周面上を、接合部位２４の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成され、更に、パイプ状アルミニウム材１０よりも強度に優れた棒状アルミニウム材１２の外周面における接合部位２４とは異なる部位において、移動跡２８の末端に、ピン２０が引き抜かれた形跡を示す引抜跡３０が、ピン２０の形状に対応した凹所形態をもって形成されることとなるのである。
【００４５】
それ故、本実施形態では、最終的に得られるアルミニウム材接合製品２６において、凹所形態を有するピン２０の引抜跡３０の形成による接合強度の低下や、ピン２０の移動に伴う減肉部の発生等のない堅牢な接合部位２４が形成され、しかもかかるピン２０の引抜跡３０の形成に起因するパイプ状アルミニウム材１０の強度の低下等も回避され得るのであり、従って、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有するアルミニウム材接合製品２６が、極めて安定的に且つ効率的に得られることとなるのである。
【００４６】
なお、本実施形態では、互いに同一の外径を有するパイプ状アルミニウム材１０と中実の棒状アルミニウム材１２とを用いてアルミニウム材接合製品２６が形成されていたが、目的とするアルミニウム材接合製品を、小径のパイプ状アルミニウム材とそれよりも径の大きな中実の棒状アルミニウム材を用いて形成したり、或いは大径のパイプ状アルミニウム材とそれよりも径の小さな中実の棒状アルミニウム材を用いて形成することも、可能である。但し、それら異径のパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とを用いる場合には、それらの突合せ部に差し込まれたピン２０の撹拌作用が健全に実施されて、十分な接合強度を有する接合部位が形成され得るように為す上で、それら異径のパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材との径の差が１０ｍｍ以内とされていることが、望ましい。
【００４７】
次に、図５〜図７には、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士を摩擦撹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。そこにおいて、３２は、中実の小径棒状アルミニウム材であり、また３４は、中実の大径棒状アルミニウム材である。そして、図５からも明らかなように、それら二つの棒状アルミニウム材３２，３４は、先ず、それぞれの端面同士において同軸的に突き合わされた状態下で、位置固定に保持せしめられる一方、それら二つの棒状アルミニウム材３２，３４の突合せ部３６から所定距離隔てた位置において、前記実施形態で用いられるものと同様な構造の回転治具１６が、高速回転せしめられることとなる。なお、ここで用いられる異径の棒状アルミニウム材３２，３４としては、十分な接合強度を有する接合部位を得る上で、互いの径の差が１０ｍｍ以内とされていることが、望ましい。
【００４８】
次いで、図６に示されるように、前記実施形態と同様にして、回転治具１６のピン２０を、高速回転下で、小径及び大径棒状アルミニウム材３２，３４の突合せ部３６に差し込み、該突合せ部３６に沿って周方向に移動させることにより、突合せ部３６を周方向に向かって徐々に摩擦撹拌接合する。ここでも、前記実施形態に示される如き理由から、ピン２０が、有利には、突合せ部３６に沿って３６０〜４５０°の範囲で移動せしめられることとなる。なお、ここでは、回転治具１６として、ピン２０の長さが所定寸法長くされている以外、前記実施形態で用いられる回転治具１６と同様な構造を有するものが用いられている。
【００４９】
そして、図７に示されるように、突合せ部３６を全周にわたって摩擦撹拌接合して、接合部位２４を突合せ部３６に沿って全周に形成した後、ピン２０を、突合せ部３６に沿った移動方向（図７において矢印ウにて示される方向）に対して鋭角な角度をもって交わる方向（図７において矢印エにて示される方向）に沿って、大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を移動せしめ、その後、該ピン２０を、大径棒状アルミニウム材３４の接合部位２４とは異なる部位から引き抜くのである。
【００５０】
なお、ここでのピン２０の移動も、前記実施形態と同様な理由から、大径棒状アルミニウム材３４の外周面上において、ショルダ部２２が、接合部位２４に接触しない位置に達するまで継続せしめられることが、望ましいのであり、また有利には、ピン２０の突合せ部３６に沿った移動方向（図７において矢印ウにて示される方向）に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行われることとなる。即ち、突合せ部３６の摩擦撹拌接合時におけるピン２０の移動方向とかかる摩擦撹拌接合終了後におけるピン２０の移動方向との交角（図７においてθ2 にて示される角）の大きさが５〜７０°とされていることが、好ましいのである。
【００５１】
かくして、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材３２，３４が摩擦撹拌接合されてなる目的とするアルミニウム材接合製品３８を得るのである。そして、この接合製品３８にあっては、図７からも明らかなように、外周面上に、中実の小径棒状アルミニウム材３２と中実の大径棒状アルミニウム材３４とに跨る接合部位２４が、全周にわたって周方向に連続して延びるように形成されると共に、その接合部位２４の終端部から大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を前記ピン２０が移動した形跡を示す移動跡２８が、該大径棒状アルミニウム材３４の外周面上を、接合部位２４の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って延びるように形成され、更に、小径棒状アルミニウム材３２よりも強度に優れた大径棒状アルミニウム材３４の外周面における接合部位２４とは異なる部位において、移動跡２８の末端に、ピン２０が引き抜かれた形跡を示す引抜跡３０が、ピン２０の形状に対応した凹所形態をもって形成されることとなるのである。
【００５２】
それ故、本実施形態にあっても、最終的に得られるアルミニウム材接合製品３８において、凹所形態を有するピン２０の引抜跡３０の形成による接合強度の低下や、ピン２０の移動に伴う減肉部の発生等のない堅牢な接合部位２４が形成され、しかもかかるピン２０の引抜跡３０の形成に起因するパイプ状アルミニウム材１０の強度の低下等も回避され得るのであり、従って、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有するアルミニウム材接合製品３８が、極めて安定的に且つ効率的に得られることとなるのである。
【００５３】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、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、それらの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。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的構成以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、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ることが理解されるべきである。
【００５４】
［実施例１］
先ず、３０ｍｍの外径と４ｍｍの厚さとを有するパイプ状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、該パイプ状アルミニウム材と同一の材質からなり、一端面に、２２ｍｍと３０ｍｍの長さを有する嵌合突起が一体形成された、外径が３０ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００５５】
次いで、それら準備されたパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、該丸棒状アルミニウム材の嵌合突起をパイプ状アルミニウム材の内孔内に挿入せしめつつ、互いに同軸上で突き合わせた後、図２に示される如き形態において、先端部にピンが設けられた回転治具を高速回転させつつ、かかる回転治具のピンを二つのアルミニウム材の突合せ部に差し込んで、その突合せ部に沿って周方向に移動させることにより、それらパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、中実の丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、該丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。
【００５６】
なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１０ｍｍの先端部の端面に、直径が３ｍｍで、高さが４．５ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００５７】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たるパイプ状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従ってそれぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは２０２ＭＰａで、パイプ状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は６６％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を十分に越える値となった。なお、パイプ状アルミニウム材の耐力は２７２ＭＰａで、伸びは１７％であった。また、アルミニウム材接合製品の破断位置は、接合部位の周辺部であった。
【００５８】
［実施例２］
先ず、３０ｍｍの外径と４ｍｍの厚さとを有するパイプ状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、該パイプ状アルミニウム材と同一の材質からなり、一端面に、２２ｍｍと２０ｍｍの長さを有する嵌合突起が一体形成された、外径が３２ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００５９】
次いで、準備された二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、該丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１０ｍｍの先端部の端面に、直径が３ｍｍで、高さが６．５ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００６０】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たるパイプ状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは２４２ＭＰａで、パイプ状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は８１％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％よりも著しく高い値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置も、接合部位の周辺部であった。
【００６１】
［実施例３］
先ず、外径が２０ｍｍの中実の丸棒状アルミニウム材（６０６１−Ｔ６材）と、この丸棒状アルミニウム材と同一の材質からなるものの、外径が２４ｍｍであるの中実の丸棒状アルミニウム材とを準備した。
【００６２】
次いで、準備された二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、摩擦撹拌接合した。そして、この摩擦撹拌接合の終了後に、ピンを、突合せ部に沿った移動方向に対して４５°の角度で、大径丸棒状アルミニウム材側に向かって周方向に斜めに移動させ、この大径丸棒状アルミニウム材の外周面上において、接合部位における幅方向の中心から軸心方向に３０ｍｍ離隔せしめられた部位からピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を得た。なお、ここでの摩擦撹拌接合は、直径が１２ｍｍの先端部の端面に、直径が４ｍｍで、高さが１０ｍｍのピンが同心的に設けられてなる構造を有する回転治具を、１０００ｒｐｍの回転数で回転させつつ、外周で１２０ｍｍ／分の速度で、周方向に４００°移動させて、接合せしめる条件で行なった。
【００６３】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１９７ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は６５％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を十分に越える値となった。なお、小径丸棒状アルミニウム材の耐力は２７２ＭＰａで、伸びは１７％であった。また、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部であった。
［比較例１］
また、比較のために、前記実施例１において用いられたパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とをそれぞれ準備し、それら二つのアルミニウム材を前記実施例１と同様にして、それと同一の条件で摩擦撹拌接合した後、ピンを接合部位の終端部から軸方向に引き抜いて、該接合部位にピンの引抜跡が設けられたアルミニウム材接合製品を得た。
【００６４】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１７５ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は５７％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を下回る値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部を含む接合部位と母材との境界部分であった。
【００６５】
［比較例２］
さらに、比較のために、前記実施例３において用いられた互いに径の異なる中実の丸棒状アルミニウム材をそれぞれ準備し、それら二つのアルミニウム材を前記実施例３と同様にして、それと同一の条件で摩擦撹拌接合した後、ピンを接合部位の終端部から軸方向に引き抜いて、該接合部位にピンの引抜跡が設けられたアルミニウム材接合製品を得た。
【００６６】
そして、かくして得られたアルミニウム材接合製品と、それの母材の一方たる小径丸棒状アルミニウム材とに対する軸方向への引張試験を、従来法に従って、それぞれ行なった。その結果、アルミニウム材接合製品の引張強さは１５２ＭＰａで、小径丸棒状アルミニウム材の引張強さは３０４ＭＰａであった。また、これらの測定値を基に算出したアルミニウム材接合製品の継手効率は５０％であり、一般的な突合せ継手の強度の指標となる６０％を大きく下回る値となった。なお、このアルミニウム材接合製品の破断位置は、ピンの引抜き部であった。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従うアルミニウム材の接合方法によれば、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とを、摩擦撹拌接合により、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保しつつ、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、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の丸棒状アルミニウム材とからなり、従来の摩擦撹拌接合では到底得られない程の大きな継手効率を有する接合製品を、極めて安定的に、且つ生産性良く得ることが可能となるのである。
【００６８】
また、本発明に従うアルミニウム材接合製品にあっては、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士、或いはパイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材とが、接合部位の全域において優れた接合強度をもって、しかも接合部位以外の部位の強度も十分に確保せしめられつつ、確実に接合され得るのであり、それによって、十分に大きな継手効率が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】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム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材を突き合わせた状態を示している。
【図２】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム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材を突合せ部に回転治具のピンを差し込んだ状態を示している。
【図３】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材を摩擦撹拌接合する工程の更に別の例を示す説明図であって、回転治具のピンを突合せ部に沿って移動せしめて、周方向に延びる接合部位を形成した状態を示している。
【図４】 本発明手法に従って、パイプ状アルミニウム材と中実の棒状アルミニウム材を摩擦撹拌接合する工程の他の例を示す説明図であって、回転治具のピンを引き抜いて、目的とするアルミニウム材接合製品を形成した状態を示している。
【図５】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム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１に対応する図である。
【図６】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士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、図２に対応する図である。
【図７】 本発明手法に従って、互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材同士を摩擦撹拌接合する工程の他の例を示す説明図であって、図４に対応する図である。
【符号の説明】
１０ パイプ状アルミニウム材 １２ 丸棒状アルミニウム材
１４，３６ 突合せ部 １６ 回転治具
１８ 嵌合突起 ２０ ピン
２２ ショルダ部 ２６，３８ アルミニウム材接合製品
２８ 移動跡 ３０ 引抜跡
３２ 小径棒状アルミニウム材 ３４ 大径棒状アルミニウム材
Claims (4)
- 互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめるようにしたアルミニウム材の接合方法において、
前記突合せ部の摩擦撹拌接合が終了した後、前記回転治具のピンを、前記突合せ部に対する相対移動方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上を相対移動せしめて、該大径棒状アルミニウム材の小径棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位において、該大径棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とするアルミニウム材の接合方法。 - 前記回転治具のピンの前記突合せ部に対する周方向への相対移動を、該突合せ部に沿って３６０〜４５０°の範囲で行なう一方、該突合せ部の摩擦撹拌接合終了後における、前記棒状アルミニウム材の外周面上での該ピンの相対移動を、該ピンの該突合せ部に対する相対移動方向に対して５〜７０°の角度をもって交わる方向に沿って行なうようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム材の接合方法。
- 前記突合せ部の摩擦撹拌接合終了後に、前記回転治具のピンを、前記棒状アルミニウム材の外周面上において、該回転治具における前記先端部の全体が該棒状アルミニウム材の前記接合部位に接触しない位置にまで相対移動せしめ、その後、該ピンを該棒状アルミニウム材から引き抜くようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム材の接合方法。
- 互いに径の異なる中実の棒状アルミニウム材の二つを突き合わせ、その突合せ部に対して、回転治具の先端部に同心的に設けたピンを、該回転治具と共に一体に回転させつつ差し込んで、周方向に相対移動させることにより、かかる突合せ部を摩擦撹拌接合せしめて、構成したアルミニウム材接合製品において、
前記径の異なる中実の棒状アルミニウム材のうち、大径の棒状アルミニウム材の外周面上における、小径の棒状アルミニウム材との接合部位とは異なる部位に、前記回転治具のピンを引抜いた形跡を示す引抜跡と、該大径棒状アルミニウム材の周方向への該接合部位の延出方向に対して鋭角な角度をもって交わる方向に沿って、該接合部位から該引抜跡に向かって該ピンを相対移動せしめた形跡を示す移動跡とが形成されていることを特徴とするアルミニウム材接合製品。
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