WO2012093680A1 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Abstract

　摩擦攪拌接合方法は、第１被接合部材（１１）の薄肉部（１１ａ）と第２被接合部材（１２）の厚肉部（１２ａ）とを突き合わせて、これらの突き合わせ箇所（Ｐ）の部分に、回転ツール（６）の先端に設けたピン（６ａ）を回転しながら押圧することで発生した摩擦熱で、突き合わせ箇所（Ｐ）の部分を塑性流動させて第１、第２被接合部材（１１、１２）同士を接合する。この場合、ピン（６ａ）の接合開始部は、突き合わせ線（Ｐ）上の位置とし、続いてピン（６ａ）の接合中心線（Ｅ）を、突き合わせ線（Ｆ）に対して厚肉部（１２ａ）側へ向かわせ、第２被接合部材（１２）に沿って相対移動させるようにした。

Description

摩擦攪拌接合方法

　本発明は、互いに接合しようとする被接合部材の被接合箇所を攪拌して摩擦熱により被接合箇所の母材組織を塑性流動させ、その冷却後に母材組織を一体化させて接合を行う摩擦攪拌接合方法に関する

　従来の摩擦攪拌接合方法としては、２つの被接合部材を突き合わせて、この突き合わせた部分に、先端にピンを設けた回転ツールを回転させながら押圧することにより発生した摩擦熱で、被接合箇所の母材組織を塑性流動させ、その冷却後に母材組織を一体化させて接合を行うようにした方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　また、他の従来の摩擦攪拌接合方法としては、薄肉のアルミニウム合金板と厚肉のアルミニウム合金板を、これらの被接合側表面の高さが同じになるようにして定盤上で突き合わせ、その被接合箇所から厚肉側へ少しオフセットした位置で回転ツールの先端に設けたピンおよび回転ツールのショルダ部をアルミニウム合金板に押圧しながら回転させ、発生した摩擦熱でその押圧箇所やその近辺部分を塑性流動させて両アルミニウム合金板を接合するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０－１４９１３４号公報 特開２００２－２２４８５８号公報

　しかしながら、上記従来の前者の摩擦攪拌接合方法にあっては、被接合部材の一方が薄肉の円筒部材で、他方が厚肉の円柱部材である場合の接合にあっては、それらの厚さの相違により熱容量が異なる結果、上記従来技術の方法のように突き合わせ箇所に沿って円周を描きながら摩擦攪拌接合を行うと、熱容量が小さい薄肉の円筒部材の方が厚肉の円柱部材に比べて熱変形が大きく、その結果、接合開始点から例えば３１５°の位置付近で大きく膨らみ、接合不良が生じてしまい、この結果、接合部の強度が低下してしまうといった問題があった。

一方、上記従来の後者の摩擦攪拌接合方法にあっては、ピンを突き合わせ箇所より厚肉のアルミニウム合金板側へオフセットした位置で押圧・回転させるので、この結果発生する摩擦熱は厚肉のアルミニウム合金板側でより多く発生し、熱容量が小さい薄肉のアルミニウム合金板では少なくなるので、薄肉のアルミニウム合金板の変形を小さく抑えることが可能となる。
　しかしながら、上記方法を用いて、薄肉の被接合部材と厚肉の被接合部材とを突き合わせ、この突き合わせ箇所からオフセットした位置で摩擦撹拌接合を実施する場合には、接合箇所のどの部分も厚肉側に偏ってしまい、全体の結合強度が劣化してしまうという問題があった。また、たとえばタンク容器のように、漏れがあっては困るものにあっては、ピンの接合終点位置が少なくとも接合開始位置まで戻ってくる摩擦撹拌接合を行う必要があり、接合終点部の外周部分に繰り返し加圧による応力集中が生じてしまって、接合終了時の部分の接合強度が低下してしまうといった問題があった。

　本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、被接合箇所の接合強度が低下するのを防止することができるようにした摩擦攪拌接合方法を提供することにある。

　この目的のため、請求項１に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　第１被接合部材の薄肉部と第２被接合部材の厚肉部とを突き合わせて、該突き合わせ箇所の部分に、回転ツールの先端に設けたピンを回転しながら押圧することで発生した摩擦熱で、前記突き合わせ箇所の部分を塑性流動させて前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合するようにした摩擦攪拌接合方法であって、
　ピンを、この接合中心線が突き合わせ箇所に対して厚肉部を有する第２被接合部材側へオフセットさせた位置で、両被接合部材の周りに沿って移動させるようにした、
　ことを特徴とする。

　請求項２に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法において、
　前記第１被接合体は円筒体であり、
　前記第２被接合体は円柱体であり、
　前記ピンは、この接合中心線が前記突き合わせ箇所に対して前記厚肉部を有する円柱体側へオフセットした位置で、前記円柱体の円周に沿って移動させるようにした、
　ことを特徴とする。

　請求項３に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法において、
　ピンのオフセット量δは、０＜δ＜ピンの直径×０．５　の範囲である、
　ことを特徴とする。

　請求項４に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　第１被接合部材の薄肉部と第２被接合部材の厚肉部とを突き合わせて、この突き合わせ箇所の部分に、回転ツールの先端に設けたピンを回転しながら押圧することで発生した摩擦熱で、突き合わせ箇所の部分を塑性流動させて第１被接合部材と第２被接合部材とを接合するようにした摩擦攪拌接合方法において、
　ピンを、この接合中心線が薄肉部と厚肉部の突き合わせ線上にある位置から接合を開始し、続いてピンの接合中心線を、突き合わせ線に対し、ピンによる薄肉部と厚肉部の溶解部がオーバーラップしていく範囲内で、接合開始部から薄肉部側を通って厚肉部側へ向かうようにピンを蛇行させて接合開始部に向かわせた後、ピンの接合終了部を接合開始部又はこの近傍を通り過ぎた位置であって、この位置における接合終了部が先に接合開始部から蛇行させたピンの位置より厚肉部側にある位置とした、
　ことを特徴とする。

　請求項５に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法において、
　第２被接合部材の厚肉部が、第１被接合部の薄肉部を係合可能な段差を有するようにした、
　ことを特徴とする。

　請求項６に記載の本発明による摩擦攪拌接合方法は、
　請求項４又は５に記載の摩擦攪拌接合方法において、
　第１被接合部材および第２被接合部材が円筒状部材である、
　ことを特徴とする。

　請求項１に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、ピンが熱容量の大きい厚肉の円柱体側へオフセットした位置で回転しながら移動されるので、被接合部材の一方が薄肉部を有し、他方が厚肉部を有する場合であっても、被接合箇所の熱膨張や応力集中を抑えて、強固な接合を確保することができる。

　請求項２に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、薄肉部を有する円筒体と厚肉部を有する円柱体とを接合する際に、薄肉部が熱変形で大きく変形するのを防止でき、したがって、接合箇所の強度の低下を抑えることができる。

　請求項３に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、ピンの大きさによって最適な大きさのオフセット量の範囲を特定することで、これにより良好な接合特性を得ることができる。

　請求項４に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、接合開始点から接合終了点の間を蛇行させながらピンを相対移動させるようにしたので、一部の薄肉部側にも厚肉部側より溶融部が寄ることとなって、厚肉部との結合強度を向上させることができる。また、この場合、薄肉部の一部にしか溶融部が偏らないので、応力集中による薄肉部の変形を抑えて漏れを防止することができる。また、接合終了点を、接合開始部又はこの近傍を通り過ぎた位置であって、この位置における接合終了部が先に接合開始部から蛇行させたピンの位置より厚肉部側にある位置としたので、この部分を繰り返し摩擦攪拌接合しても強度的に弱くなるのを抑制できる。

　請求項５に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、第２被接合部材の突き合わせ箇所を厚肉部の段差にかつ第１被接合部材の薄肉部を係合させた状態でこの部分を摩擦接合するようにしたので、強度を高くすることができ、また、摩擦熱による歪みも抑えることができる。さらに、被接合部材がいずれも薄肉であっても、突き合わせ箇所の一方を段差付き厚肉部とすることで、強度が高く歪みも抑えて薄肉の被接合部材同士を摩擦攪拌接合できる。

　請求項６に記載の本発明の摩擦攪拌接合方法にあっては、第１被接合部材および第２被接合部材を円筒状部材としたので、容易にタンク等を形成することが可能となる。

本発明の実施例１の摩擦攪拌接合方法が用いられる摩擦攪拌接合装置と、この装置による被接合部材の摩擦攪拌接合前の状態を示す平面図である。 図１のＳ２－Ｓ２線において拡大した一部断面図である。 図１の摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌接合状態を示す平面図である。 図３のＳ４－Ｓ４線において拡大した一部断面図である。 実施例１の摩擦攪拌接合方法が用いられる摩擦攪拌接合装置の要部と、被接合部材の摩擦攪拌接合直前の位置関係を示す拡大横断面図である。 本発明の実施例２の摩擦攪拌接合方法で用いられる摩擦攪拌接合装置の接合開始直前の状態を示す平面図である。 図６のＳ７－Ｓ７線における拡大縦断面図である。 本発明の実施例２の摩擦攪拌接合方法が適用される被接合部材を示す断面図である。 本発明の実施例２の摩擦攪拌接合方法により接合した被接合部材を展開して示す図で、（イ）はその展開図、（ロ）は（イ）のａ１－ａ１線、ａ２－ａ２線、ａ３－ａ３線、ａ４－ａ４線、ａ５－ａ５線、ａ６－ａ６線、ａ７－ａ７線、における断面図である。 実施例２の摩擦攪拌接合方法による接合始点と接合終点部分を示す要部の平面図である。 図１０のＳ１１－Ｓ１１線における断面図である。 本発明の実施例３の摩擦攪拌接合方法を示す断面図である。 本発明の実施例４の摩擦攪拌接合方法を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施例の摩擦攪拌接合方法を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

　この実施例１の摩擦攪拌接合方法では、図１、２に示すように、被接合部材をこれらの軸心が水平面上にあるようにした、いわゆる横型の摩擦攪拌接合装置が用いられる。
　また、一対の被接合部材として、図５にその一部断面を示すように、円筒状の圧力タンク１を構成する一方の一端を閉塞した薄肉のタンク本体（本発明の第１被接合部材に相当）１１の開口部１１ｂ（本発明の薄肉部に相当）に、厚肉の蓋体（本発明の第２被接合部材に相当）１２の先端に形成した小径部１２ａ（本発明の肉厚部に相当）を挿入した状態で摩擦攪拌接合して開口部を閉塞する場合を例にとって説明する。なお、ここでは、小径部１２ａの外径は、タンク本体１１の開口部内径よりわずかに小さく形成して挿入可能とするとともに、タンク本体１１と蓋体１２の外径は同じとしてある。したがって、タンク本体１１と蓋体１２の被接合箇所Ｆは、段差が生じることはない。

　この実施例１の摩擦攪拌接合方法で用いられる摩擦攪拌接合装置は、図１、２に示すように、タンク本体１１の開口端部付近の外周面に当接し、タンク本体１１を水平状態で回転可能に支持する３つのワーク受けローラ２と、タンク本体１１の芯出しをした状態でタンク本体１１の閉塞側端部を回転自在に支持するセンター出し治具３と、タンク本体１１の開口部１１ａに先端小径部１２ａを嵌入させた状態で仮組みされた蓋体１２をチャック装置４で挟持して円筒状タンク１を軸心Ｑまわりに回転させる電動モータ５と、先端にピン６ａを設けた回転ツール６と、回転ツール６を高速回転させる電動モータ６ｂと、を備える。

　回転ツール６は、先端部に備えたピン６ａを、タンク本体１１と蓋体１２の被接合箇所Ｆに対し、その側面から水平状態で押圧し、回転ツール６を電動モータ６ａで高速回転させながら円筒状タンク１を回転（回転ツール６との相対移動）させることにより、発生した摩擦熱で円筒状タンク１の被接合箇所Ｆを塑性流動させて該被接合箇所Ｆをその円周に沿って接合する役目をなす。
　すなわち、この実施例１では、回転ツール６は、一定の高さ位置に固定された状態でその軸心方向（水平方向）に進退可能な状態に設けられている。

　そして、回転ツール６は、図１、３、５に示すように、その先端のピン６ａの中心線Ｅが、タンク本体１１と蓋体１２の突き合わせ箇所である被接合箇所Ｆに対して厚肉の蓋体１２側へδだけオフセットさせた位置で、円筒状タンク１の円周に沿って回転ツールを相対移動させるようにしている。
　なお、この実施例１では、被接合箇所Ｆに対するピン６ａの中心線Ｅのオフセット量δは、０＜δ＜ピンの直径×０．５　の範囲であるように設定される。

　次に、上述の摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法を説明する。
　この実施例１の摩擦攪拌接合装置では、上述のように構成されるため、図１、２に示すように、円筒状の圧力タンク１は、図３に示すように、薄肉のタンク本体１１の開口部１１ａに厚肉の蓋体１２の小径部１２ａを嵌入させた状態で仮組みされた状態で、タンク本体１１の閉塞側端部をセンター出し治具３で回転自在に支持する一方、蓋体１２をチャック装置４で挟持するとともに、タンク本体１１の開口端部付近を３つのワーク受けローラ２で回転自在に支持した状態でセットされる。この時点では、ピン６ａと回転ツール６は、これらの軸方向に、圧力タンク１１と蓋体１２の被接合箇所（本発明の突き合わせ箇所に相当）から離間されている。この状態で、ピン６ａと回転ツール６は、図５に示すように、ピン６ａが被接合箇所Ｆより蓋体１２側へオフセット量δ分だけずらした位置で待機させる。

　次に、図３、４に示すように、電動モータ６ａを駆動して回転ツール６を高速回転させながら、回転ツール６ｃをこの軸方向に進め、先端のピン６ａをタンク本体１１と蓋体１２の被接合箇所Ｆに対し、厚肉の蓋体１２側へδだけオフセットさせた箇所にピン６ａを押圧するとともに、回転ツール６ｃの型部６ｂで押圧する。

　そして、電動モータ５を駆動して円筒状タンク１を円周に沿って回転（回転ツール６ｃとの相対移動）させていくと、このオフセットされたピン６ａの押圧箇所が発生した摩擦熱で塑性流動する。このとき、ピン６ａの中心線Ｅのオフセット量δが０＜δ＜ピンの直径×０．５に設定されているので、ピン６ａの少なくとも一部が被接合箇所Ｆにかかること、また塑性流動する範囲はピン６ａよりも広い範囲にわたること、から、薄肉のタンク本体１１の開口部の外端部分を確実に塑性流動させることができる。すなわち、円筒状タンク１の被接合箇所Ｆを摩擦攪拌接合することができる。

　このとき、ピン６ａが圧肉の蓋体１２の方にオフセットされ、蓋体１２の方がより多く摩擦熱が発生するものの、こちらは厚肉であるため、その変形量は少ない。一方、タンク本体１１の開口部は薄肉だが、ピン６ａのオフセットによりこちら側の摩擦熱は、蓋体１２側より少なくなって、その結果、摩擦熱による変形量を小さく抑えることができ、タンク本体１１の開口部の接合不良を防止できるようになる。
　摩擦攪拌接合が終了すると、ピン６ａを設けた回転ツール６は、その軸方向に後退させられその回転を止められる。その後、円筒状タンク１をセンター出し治具３とチャック装置４から取り外して次の工程へと搬送する。

　以上のように、実施例１の摩擦攪拌接合方法にあっては、以下の効果を得ることができる。

　(1) この実施例１の摩擦攪拌接合方法にあっては、ピン６ａが熱容量の大きい厚肉の蓋体１２側へオフセットした位置で回転しながら移動されるので、被接合部材の一方が薄肉の円筒状タンク本体１１で、他方が厚肉の円柱状蓋体１２である場合であっても、円筒状タンク本体１１の被接合箇所Ｆでの膨張を抑えて良好な接合とすることができる。

　(2) また、被接合箇所Ｐに対するピン６ａの中心線Ｅのオフセット量δを、０＜δ＜ピンの直径×０．５　の範囲であるように設定することで、ピン６ａの大きさによって最適な大きさのオフセット量の範囲を特定でき、これにより良好な接合特性を得ることができる。

　次に、本発明の第２実施例につき説明する。
　実２施例では、被接合部材Ｇとして、薄肉円筒体（本発明の第１被接合部材に相当）２１の開口端部（本発明の薄肉部に相当）と、この薄肉円筒体２１と外径を同じくする厚肉円筒体（本発明の第２被接合部材に相当）２２の小径部２２ａ（本発明の厚肉部に相当）との突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合する。
　まず、上記摩擦攪拌接合方法を実行するための摩擦攪拌接合装置につき、図６、７に基づき説明する。なお、図６，７は摩擦攪拌接合を行う直前の状態を示している。

　この摩擦攪拌接合装置は、薄肉円筒体２１の開口端部付近の外周面に当接し、薄肉円筒体２１を水平状態で回転可能に支持する３つのワーク受けローラ２３と、薄肉円筒体２１の芯出しをした状態で薄肉円筒体２１側を回転自在に支持するセンター出し治具２４と、厚肉円筒体２２側をチャック装置２５で挟持して被接合部材Ｇを軸心Ｑまわりに回転させる電動モータ２６と、回転ツール２７と、回転ツール２７を高速回転させる電動モータ２７ｂと、を備える。また、この回転ツール２７は、図示を省略した駆動機構により、その軸心方向（水平方向）の進退可能となっている。

　回転ツール２７は、先端部に備えたピン２７ａとそのショルダ部を、薄肉円筒体２１と厚肉円筒体２２の突き合わせ箇所Ｐに対し、その側面から水平状態で押圧し、回転ツール２７を電動モータ２７ａで高速回転させながら被接合部材Ｇを回転（回転ツール２７との相対移動）させることにより、発生した摩擦熱で突き合わせ箇所Ｐを塑性流動させて該突き合わせ箇所Ｐを接合する。なお、ピン付き回転ツール２７は、この軸心が水平面上にある必要はなく、付き合わせ箇所Ｐの上方など任意の位置に設置しても良い。

　被接合部材Ｇは、図８に詳細に示すように、薄肉円筒体２１と、この薄肉円筒体２１と外径を同じくする厚肉円筒体２２と、からなり、厚肉円筒体２２における薄肉円筒体２１との突き合わせ箇所Ｐ側端面には、段差を設けて形成した小径部２２ａを有し、この小径部２２ａを薄肉円筒体２１の開口部２１ａ内に差し込み係合した状態で突き合わせ箇所Ｐの摩擦攪拌接合が行われる。

　次に、上記摩擦攪拌接合装置を用いた実施例２の摩擦攪拌接合方法を図９～１１に基づいて説明する。
　まず、図６，７に示すように、被接合部材Ｇを摩擦攪拌接合装置にセットした状態で、回転ツール２７を高速回転しながら前進させ、回転ツール２７のピン２７ａを突き合わせ箇所Ｐに押圧し、被接合部材Ｇを回転させて行くことにより、被接合部材Ｇの突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合して行く。
　その際、まず、ピン２７ａを押圧する接合開始部Ｋ１は、図９、１０に示すように、薄肉円筒体２１と厚肉円筒体２２の突き合わせ線Ｆ上の位置とする。なお、図９は、外周面を展開して示した図である。したがって、３６０°で被接合部材Ｇが１回転することになる。なお、図４において、線Ｄは、ピン7aによる溶融部Ｙにおける薄肉円筒体２１側端部である接合基点ｄ１の軌跡を示す。

　接合開始部Ｋ１に続いて、被接合部材Ｇの回転に伴い、図９に示すように、ピン２７ａの接合中心線Ｅを、突き合わせ線Ｆに対し、ピン２７ａによる薄肉円筒体２１と厚肉円筒体２２の溶解部Ｙがオーバーラップしていく範囲Ｗ内で、突き合わせ線Ｆ上の接合開始部Ｋ１から薄肉円筒体２１側を通って被接合部材Ｇを４５°程度回転させた所で厚肉円筒体２２側へ向かわせ、９０°付近で突き合わせ線Ｆより厚肉円筒体２側へ寄り始めて、また１８０°付近で突き合わせ線Ｆより薄肉円筒体２１側へ寄り、２７０°付近で厚肉側に寄るようにピン２７ａを緩やかに蛇行させて３６０°付近で接合開始部Ｋ１もしくはその近傍に向かわせる。したがって、この場合、上記従来技術によるものの場合より、薄肉円筒体２１側にも溶融部が寄ることで被接合部材Ｇ全体の強度が向上することとなる。

　その後、ピン２７ａの接合終了部Ｋ２を、接合開始部Ｋ１を通り過ぎた位置であってこの位置における接合終了部Ｋ２が先に接合開始部Ｋ１から薄肉円筒体２１側へ向けて蛇行させたピン２７ａの位置ｍより厚肉円筒体２２側にある位置となるように制御する。本実施例では、接合終了部Ｋ２は、突き合わせ線Ｆ上とする。接合終了部Ｋ２では、回転ツール２７を後退させてピン２７ａを突き合わせ箇所Ｐの溶融部分から引き抜く。

　その結果、図９（ロ）の接合終了部Ｋ２での断面図および図１０で明らかなように、接合開始点Ｋ１から接合終了部Ｋ２の間は、先に薄肉円筒体２１側に溶融部Ｙが形成された後をオーバーラップしながら、再度、摩擦攪拌接合しながらピン２７ａが相対移動することになるが、この再度の摩擦攪拌接合による溶融部の接合基点ｄ１は、突き合わせ線Ｆ上で先の溶融部Ｙの接合基点より厚肉円筒体２２側に位置するので、強度的に強い箇所で摩擦攪拌接合が終了しピン２７ａが引き抜かれることとなる。
　なお、上記溶解部Ｙが、突き合わせ箇所Ｐ、薄肉円筒体２１と厚肉円筒体２２との両方の部分にオーバーラップするようにするには、突き合わせ線Ｆ上にピン２７ａがあるときのこのピン２７ａの外径の範囲内Ｗ（図１０参照）とすることが望ましい。

　以上のように、実施例２の摩擦攪拌接合方法にあっては、以下の効果を得ることができる。
　(1)　ピン２７ａの接合中心線Ｅを、突き合わせ線Ｆに対し、ピン２７ａによる薄肉円筒体２１と厚肉円筒体２２の溶解部Ｙがオーバーラップしていく範囲Ｗ内で、接合開始部Ｋ１から薄肉円筒体２１側を通って厚肉円筒体２２側へ向かうようにピン２７ａを緩やかに蛇行させて接合開始部Ｋ１に向かわせるようにした。
　これにより、接合箇所が厚肉円筒体２２側に偏ることがなく薄肉円筒体２１側にも一部寄るようになるため、被接合部材Ｇ全体の結合強度の劣化を防止することができる。

　(2) 接合終了部Ｋ２におけるピン２７ａの接合中心線Ｅの位置が、接合開始部Ｋ１を通り過ぎた位置であってこの位置における接合終了部Ｋ２が先に接合開始部Ｋ１から薄肉円筒体２１側へ向けて蛇行させたピン２７ａの位置ｍより厚肉円筒体２２側にある位置となる。
　これにより、接合終了部Ｋ２における溶融部Ｙの薄肉円筒体２１側端部である接合基点ｄ１の位置が、先に接合開始部Ｋ１から薄肉円筒体２１側へ向けて蛇行させた溶融部Ｙの薄肉円筒体２１側端部である接合基点ｄ２の位置より厚肉円筒体２２側となるため、接合終了部Ｋ２における薄肉円筒体２１側における繰り返し加圧による応力集中を抑制して、接合終了部Ｋ２の接合強度低下を抑制することができる。

　次に、他の実施例について説明する。なお、この他の実施例の説明にあたっては、上記実施例１、２と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

　この実施例３の摩擦攪拌接合方法は、図１２に示すように、被接合部材Ｇとして、薄肉円筒体３０（本発明の第１被接合部材に相当）と、この薄肉円筒体１と外径を同じくする厚肉円柱体３１（本発明の第２被接合部材に相当）との突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合するようにした点が、円筒同士の突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合する実施例１とは相違する。

　すなわち、この実施例３では、厚肉円柱体３１における薄肉円筒体３０との突き合わせ箇Ｐ所側端面には、段差を設けて形成した小径部３１ａ（本発明の厚肉部に相当）を有し、この小径部３１ａを薄肉円筒体３０の開口部３０ａ（本発明の薄肉部に相当）内に差し込み係合した状態で突き合わせ箇所Ｐの摩擦攪拌接合が行われる。
　従って、この実施例３でも、上記実施例２と同様の効果が得られる。

　この実施例４の摩擦攪拌接合方法は、図１３に示すように、被接合部材Ｇとして、開口部４０ａ（本発明の薄肉部に相当）を有する薄肉円筒体４０（本発明の第１被接合部材に相当）と、この薄肉円筒体４０と外径が同じで、接合側端部に段差を設けて形成した、内側に肉厚となる厚肉部４１ａを有する厚肉円筒体４１（本発明の第２被接合部材に相当）との突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合するようにした点が、円筒体同士の突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合する実施例２とは相違する。

　すなわち、この実施例４では、厚肉円筒体４１の厚肉部４１ａにおける薄肉円筒体４１との突き合わせ箇所Ｐ側端面には、小径部４１ｂを有し、この小径部４１ｂを薄肉円筒体４０の開口部４０ａ内に差し込み係合した状態で突き合わせ箇所Ｐの摩擦攪拌接合が行われる。
　従って、この実施例４でも、上記実施例２と同様の効果が得られる。

　以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

　たとえば、実施例１では、摩擦攪拌接合装置として、円筒状タンク１を水平状態で回転可能に配置し、回転ツール６ｃを一定の高さ位置に固定してその軸心が水平面上にある状態で円筒状タンク１を回転させる、いわゆる横型の装置を用い、円筒体の円周方向に沿ってツール６を相対移動させるようにしたが、回転ツール６ｃをこの軸心が垂直方向となる、いわゆる縦型の装置、あるいは回転ツール６ｃの軸心を斜めにした装置にも本発明を適用できる。

　また、円筒状タンク１を固定し、回転ツール６側を円筒状タンク１の外周に沿って回転させるようにしてもよい。

　また、実施例２～４では、被接合部材Ｇとして円筒体同士を摩擦攪拌接合する場合を示したが、平板同士を摩擦攪拌接合する場合にも本発明を適用することができる。

　また、実施例２～４では、被接合部材Ｇとして、厚肉部側に薄肉部を重ねる段部（小径部）を有する場合を示したが、図１４に示すように、段部を設けず、厚肉板材（第２被接合部材）５１の開口端部５１ａ（本発明の厚肉部に相当）と薄肉板材（第１被接合部材）５０の端面５０ａ（本発明の薄肉部に相当）を単に突き合わせた状態で、突き合わせ箇所Ｐを摩擦攪拌接合するようにしてもよい。
　この場合、段差が設けられた定盤５８の上に、厚肉板材５１と、薄肉板材５０を突き合わせて設置した状態で摩擦攪拌接合を行う。なお、定盤５８に設けられている段差の高さは、厚肉板材５１と、薄肉板材５０の板厚差と同じに設定されることで、厚肉板材５１と、薄肉板材５０の表面が同じ高さの状態にセットされる。

　　１　円筒状タンク（被接合部材）
　１１　薄肉のタンク本体（薄肉の円筒体）
１１ａ　開口部（薄肉部）
　１２　厚肉の蓋体（厚肉の円柱体）
１２ａ　小径部(厚肉部)
　　２　ワーク受けローラ
　　３　センター出し治具
　　４　チャック装置
　　５　電動モータ
　６ａ　ピン
　６ｂ　肩部
　６ｃ　回転ツール
　６ｄ　電動モータ
　　　２１　薄肉円筒体（第１被接合部材）
　　２１ａ　開口部（薄肉部）
　　２２　厚肉円筒体（第２被接合部材）
　　２２ａ　小径部(厚肉部)
　　２３　ワーク受けローラ
　　２４　センター出し治具
　　２５　チャック装置
　　２６　電動モータ
　　２７　回転ツール
　　２７ａ　ピン
　　２７ｂ　電動モータ
　　２８　定盤
　　３０、４０、５０　薄肉円筒体（第１被接合部材）
　　３０ａ、４０ａ、５０ａ　開口端部（薄肉部）
　　３１、４１、５１　厚肉円筒体（第２被接合部材）
　　３１ａ、４１ａ、５１ａ　開口端部（厚肉部）
　　δ　オフセット量
　　Ｄ　基準点の線
　　ｄ１　基準点
　　ｄ２　基準点
　　Ｅ　ピンの接合中心線
　　Ｆ　付き合わせ線
　　Ｇ　被接合部材
　　Ｋ１　接合開始部
　　Ｋ２　接合終了部
　　ｍ　蛇行させたピンの位置
　　Ｐ　突き合わせ箇所
　　Ｑ　軸心
　　Ｗ　オーバーラップしていく範囲
　　Ｙ　溶融部
　　Ｑ　軸心

Claims (6)

1. 　第１被接合部材の薄肉部と第２被接合部材の厚肉部とを突き合わせて、該突き合わせ箇所の部分に、回転ツールの先端に設けたピンを回転しながら押圧することで発生した摩擦熱で、前記突き合わせ箇所の部分を塑性流動させて前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合するようにした摩擦攪拌接合方法であって、
   　前記ピンは、この接合中心線が前記突き合わせ箇所に対して前記厚肉部を有する第２被接合体側へオフセットさせた位置で、前記両被接合部材の周りに沿って移動させるようにした、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
2. 　請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法において、
   　前記第１被接合体は円筒体であり、
   　前記第２被接合体は円柱体であり、
   　前記ピンは、この接合中心線が前記突き合わせ箇所に対して前記厚肉部を有する円柱体側へオフセットした位置で、前記円柱体の円周に沿って移動させるようにした、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
3. 　請求項２に記載の摩擦攪拌接合方法において、
   　前記ピンのオフセット量δは、０＜δ＜前記ピンの直径×０．５　の範囲である、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
4. 　第１被接合部材の薄肉部と第２被接合部材の厚肉部とを突き合わせて、該突き合わせ箇所の部分に、回転ツールの先端に設けたピンを回転しながら押圧することで発生した摩擦熱で、前記突き合わせ箇所の部分を塑性流動させて前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とを接合するようにした摩擦攪拌接合方法において、
   　前記ピンは、この接合中心線が前記薄肉部と前記厚肉部の突き合わせ線上にある位置から接合を開始し、続いて前記ピンの接合中心線を、前記突き合わせ線に対し、前記ピンによる前記薄肉部と前記厚肉部の溶解部がオーバーラップしていく範囲内で、前記接合開始部から前記薄肉部側を通って前記厚肉部側へ向かうようにピンを蛇行させて前記接合開始部に向かわせた後、前記ピンの接合終了部を前記接合開始部又はこの近傍を通り過ぎた位置であって、この位置における前記接合終了部が先に前記接合開始部から蛇行させた前記ピンの位置より前記厚肉部側にある位置とした、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
5. 　請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法において、
   　前記第２被接合部材の厚肉部は、第１被接合部の薄肉部を係合可能な段差を有する、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
6. 　請求項４又は請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法において、
   　前記第１被接合部材および前記第２被接合部材は円筒状部材である、
   　ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

Images