JP2001219280A

JP2001219280A - 筒状体接合法及びその装置

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Publication number: JP2001219280A
Application number: JP2000029377A
Authority: JP
Inventors: Shigetomo Matsui; 繁朋松井; Hiroshi Yomo; 宏四方
Original assignee: New Industry Research Organization NIRO
Current assignee: New Industry Research Organization NIRO
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】該裏当ての支持部材には大きな剛性が要求さ
れ、裏当てに必要な装置の大型化・大重量化が避けられ
ないため、設備費が高くなるばかりでなく、裏当て装置
のハンドリングに多くの労力や時間が必要となって作業
費が増大したり、あるいは、このような裏当ては細長い
筒状体には使用できなかった。【解決手段】ツール１から裏当て６・６１・１０・１
７が受ける加圧力を、組合せ部３・７２とは反対側の筒
状体内面にて支持すると共に、所定の回転数で回転する
ツール１を、裏当て６・６１・１０・１７により支持し
た前記組合せ部３・７２に挿入して所定速度で移動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合によ
り各種金属を素材とした容器や管などの筒状体の接合法
およびその装置を提供する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、容器や管などの筒状体を製造
する代表的な手段としては、押出し成形法やアーク溶接
法があった。しかしながら、前者では、口径の大きな筒
状体を製造する際に装置が大がかりとなってコスト高に
なる、という問題があった。また、後者については、複
数の押出し成形品や、板材を曲げて所定の形状にした成
形品を組み合わせ、その組合せ部をＭＩＧ溶接やＴＩＧ
溶接などにより溶融接合する方法であるが、この接合法
では、被接合材同士や溶接棒を加熱溶解して接合するた
めに、熱ひずみが発生しやすく位置精度が出にくい、溶
接部分にボイドなどの欠陥が発生しやすく表面仕上がり
が悪い、アークの安定性、大気中酸素などの溶融金属中
への侵入防止のためには高価な不活性ガスが必要であり
コスト高になる、などの問題があった。

【０００３】一方、近年、前記アーク溶接にくらべて、
より簡単な設備で金属材同士の接合が可能な摩擦攪拌接
合法が注目されてきている。該摩擦攪拌接合法では、図
１５に示すように、被接合材２ａと被接合材２ｂとの端
縁を突き合わせた組合せ部３に沿って、工具鋼などから
なる高速回転するツール１を、押圧しながら進入させる
ことにより接合する。すなわち、該ツール１は、円柱形
状の本体１ａと、該本体１ａの下面中央から同軸上に突
設する摩擦ピン１ｃとから構成されており、該摩擦ピン
１ｃの回転に伴い、摩擦ピン１ｃ近傍の組合せ部３は摩
擦熱により加熱され、この加熱軟化された被接合材２ａ
・２ｂは、前記ツール１の回転と送りに合わせて金属が
塑性変形しながら動き出す、いわゆる「塑性流動」とい
う現象を示す。この塑性流動によって水平および垂直方
向に流動化された被接合材は、前記本体１ａ下の下面１
ｂにより垂直方向の流動を抑制されながら、摩擦ピン１
ｃにより十分に攪拌・混合され、該摩擦ピン１ｃが通過
し冷却されると、被接合材同士が一体となり接合部１９
となり、強固に接合されるのである。

【０００４】従って、このような摩擦攪拌接合法では、
アーク溶接法に比べて入熱が小さいため、熱ひずみが小
さく寸法精度が良好であり、また、前記接合部１９の表
面性状についても、前記下面１ｂで押さえられているこ
となどにより滑らかな面を呈し、従来のアーク溶接のよ
うな溶接ビードがなく、該溶接ビード研削のための後加
工を省略することができる。また、高価な不活性ガスは
必要なく、コスト低減を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような摩擦攪拌接
合法においては、接合時の前記ツール１からは、被接合
材２ａと被接合材２ｂとの間の組合せ部３には大きな加
圧力がかかるため、被接合材が筒状体の場合などでは、
この加圧力で組合せ部や筒状体本体が変形しないよう
に、組合せ部３の裏面に裏当てを当てて補強するように
している。

【０００６】しかしながら、この裏当てを、外から筒状
体内部に挿設されたアームなどの支持部材で確実に保持
しようとすると、該支持部材に大きな剛性が要求され
て、裏当てに必要な装置の大型化・大重量化が避けられ
ない。そのため、設備費が高くなるばかりでなく、裏当
て装置のハンドリングに多くの労力や時間が必要となり
作業費が増大したり、あるいは、このような裏当ては細
長い筒状体では使用できない、という問題があった。

【０００７】そして、筒状体の端部に蓋をする場合に
は、作業スペース的に従来のような大きな支持部材を裏
当てとして使用するのは難しいため、摩擦攪拌接合法の
適用が困難であり、アーク溶接法などに頼るしかなく、
その結果、接合部の熱ひずみにより蓋板を精度良く嵌合
できずに密閉性が悪くなる、という問題があり、また、
該アーク溶接法においては、接合部の信頼性を確保する
ため両面溶接を行う場合には、一層大きな熱ひずみが発
生することから、外側からの片面接合作業だけで高品質
の接合部が得られる摩擦攪拌接合法を用いた、蓋板の片
面接合技術の開発が強く望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するた
めの手段を説明する。すなわち、請求項１においては、
所定形状の被接合材を組み合わせて設けた組合せ部の内
側に裏当てを当接する工程と、該組合せ部を片面外側よ
り順次摩擦攪拌接合して筒状体を形成する工程とからな
る筒状体接合法において、前記ツールから裏当てが受け
る加圧力を、組合せ部とは反対側の筒状体内面にて支持
すると共に、所定の回転数で回転するツールを、裏当て
により支持した前記組合せ部に挿入して所定速度で移動
させるものである。

【０００９】請求項２においては、請求項１記載の裏当
ては、前記組合せ部に転動又は摺動可能に当接される当
型と、該当型を上部に固設し伸縮可能なコラムと、該コ
ラムの下部で筒状体内面に転動又は摺動可能に押圧され
るコラム台とから構成される裏当て装置である。

【００１０】請求項３においては、請求項２記載の裏当
て装置には、筒状体内面にかかる圧力を一定にする定圧
機構を設けるものである。

【００１１】請求項４においては、請求項１記載の裏当
ては、筒状体に内挿可能な蓋状の当て具であり、該当て
具を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の筒状体
内面に伝達するものである。

【００１２】請求項５においては、請求項１記載の裏当
ては、筒状体に内挿可能な環状の当て具であり、該当て
具と蓋板を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の
筒状体内面に伝達するものである。

【００１３】請求項６においては、請求項４又は請求項
５記載の組合せ部と当て具との間には、当て具へのツー
ルの干渉を防止可能なダミー部材を介設するものであ
る。

【００１４】請求項７においては、請求項１記載の裏当
てには、筒状体に内挿可能な蓋板の外縁部を利用し、該
蓋板を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の筒状
体内面に伝達するものである。

【００１５】請求項８においては、所定形状の被接合材
を組み合わせ、該被接合材間の組合せ部の内側に裏当て
を当接し支持したままで、片面外側より順次摩擦攪拌接
合して筒状体を形成する筒状体接合装置において、所定
の回転数で回転するツールを前記組合せ部に挿入する接
合装置と、該ツールから受ける加圧力を組合せ部とは反
対側の筒状体内面にて支持する裏当てと、該裏当てと前
記接合装置とを組合せ部に対して所定速度で移動可能な
送り装置とから構成されるものである。

【００１６】請求項９においては、請求項８記載の送り
装置に代えて、前記組合せ部を裏当てと接合装置に対し
て所定速度で移動可能な送り装置を有するものである。

【００１７】請求項１０においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、前記組合せ部に転動又は摺動可能
に当接される当型と、該当型を上部に固設し伸縮可能な
コラムと、該コラムの下部で筒状体内面に転動又は摺動
可能に押圧されるコラム台とから構成される裏当て装置
である。

【００１８】請求項１１においては、請求項１０記載の
裏当て装置には、筒状体内面にかかる圧力を一定にする
定圧機構を設けるものである。

【００１９】請求項１２においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、筒状体に内挿可能な蓋状の当て具
であり、該当て具を介して、前記加圧力を組合せ部とは
反対側の筒状体内面に伝達するものである。

【００２０】請求項１３においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、筒状体に内挿可能な環状の当て具
であり、該当て具と蓋板を介して、前記加圧力を組合せ
部とは反対側の筒状体内面に伝達するものである。

【００２１】請求項１４においては、請求項１２又は請
求項１３記載の組合せ部と当て具との間には、当て具へ
のツールの干渉を防止可能なダミー部材を介設するもの
である。

【００２２】請求項１５においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当てには、筒状体に内挿可能な蓋板の外縁
部を利用し、該蓋板を介して、前記加圧力を組合せ部と
は反対側の筒状体内面に伝達するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明に関わる筒状体接合装置
の斜視図、図２は被接合材を軸方向に接合して円筒管に
する場合の筒状体接合装置の側面一部断面図、図３は同
じく正面図、図４は被接合材を周方向に接合して円筒管
にする場合の筒状体接合装置の側面一部断面図、図５は
同じく正面図、図６は円筒管に蓋板を接合する場合の筒
状体接合法の説明図、図７は蓋状の当て具を用いる場合
の組合せ部の側面断面図、図８は同じく拡大断面図、図
９は環状の当て具を用いる場合の組合せ部の側面断面
図、図１０は同じく拡大断面図、図１１は蓋板を当て具
として用いる場合の組合せ部の側面断面図、図１２は同
じく拡大断面図、図１３はダミー部材を用いる場合の組
合せ部の拡大断面図、図１４は容器の製作工程の説明
図、図１５は摩擦攪拌接合法の原理の説明図である。

【００２４】まず、本発明に係わる筒状体接合法の全体
構成について、図１、図６、図１５により説明する。本
発明の接合法は、所定形状の被接合材を組み合わせて設
けた組合せ部の内側に裏当てを当接する工程と、該組合
せ部を片面外側より順次摩擦攪拌接合して筒状体を形成
する工程とからなる。

【００２５】このうち所定形状の被接合材を組み合わせ
て設けた組合せ部の内側に裏当てを当接する工程におい
ては、図１に示すように、複数の部品から構成される裏
当て装置６を、筒状の被接合材２の内部に設置した後、
該裏当て装置６の一端を組合せ部３の内側に当接させ
る。あるいは、図６に示すように、前記裏当て装置６の
代わりに、蓋状の当て具１０を円筒管８端部から嵌入
し、当て具１０の側板１０ｂを、円筒管８端部と蓋板９
とを重ねた組合せ部１８の内側全周に裏当てとして当接
させることもできる。

【００２６】次の組合せ部を片面外側より順次摩擦攪拌
接合して筒状体を形成する工程においては、組合せ部３
・１８にツール１を挿入して回転しながら移動させて被
接合材２を摩擦攪拌接合し、これを繰り返して容器や管
などの筒状体に仕上げるのである。

【００２７】次に、これらの各工程について、図１、図
２、図６、図１３、図１５により更に詳細に説明する。
まず、所定形状の被接合材を組み合わせて設けた組合せ
部の内側に裏当てを当接する工程について説明する。図
１、図２に示すように、複数の部品から構成される裏当
て装置６を筒状の被接合材２内部に配置した後、油圧や
エアーなどのシリンダー１４によりコラム１５全体を伸
縮させることにより、裏当て装置６の上端に配設した当
型１３を、被接合材２の端部同士を突き合わせた組合せ
部３の内側（図２では上側）に当接させると共に、前記
コラム１５を載置・固定したコラム台１６を、前記組合
せ部３とは反対側の筒状の被接合材２内面（図２では下
側）に当接させ、該被接合材２を介して、ツール１から
の加圧力が定盤１１で保持されるようにしている。

【００２８】このように、ツール１から裏当てが受ける
加圧力を組合せ部３とは反対側の筒状体内面にて支持す
ることで、裏当てにかかる加圧力を無理なく有効に処理
することができるため、組合せ部３を上記のような簡単
な装置によっても確実に支持することができ、摩擦攪拌
接合法による筒状体の製造に必要な設備費や作業費を大
きく低減させることができるのである。

【００２９】また、図６に示すように、上述のようにし
て形成した円筒管８端部に蓋板９の側板９ｂを嵌挿して
組合せ部１８を形成し、該組合せ部１８の内側全周に当
て具１０などを嵌入して裏当てとして当接させることに
より、ツール１にかかる加圧力を、当て具１０を介して
組合せ部１８とは反対側の円筒管８内面に伝達し、該内
面で支持するようにすることもできる。この当て具を使
用する方法は、端部を蓋板で閉塞する際のように、前記
裏当て装置が作業スペース上使用できないような場合
や、補修接合などのために単発的に摩擦攪拌接合を行う
場合には、特に有効である。

【００３０】さらに、ツール１にかかる加圧力を、当て
具から蓋板の底板に伝達し、該底板を介して、加圧力を
組合せ部１８とは反対側の円筒管８内面に伝達させるこ
ともでき、この場合には、前記当て具を環状にして軽量
化することが可能となる。また、図１３に示すように、
前記組合せ部１８と当て具１０との間に環状のダミー部
材２１を設けることにより、当て具１０への摩擦ピン１
ｃの干渉や、被接合材の流出を防ぐことができるため、
当て具１０と組合せ部１８との溶着を防止することがで
き、当て具１０の損傷を防止できると共に、接合作業後
における当て具１０の取り外しも容易に行うことができ
る。そして、当て具１０を取り外した後は、このダミー
部材２１をグラインダーなどで研削除去することによ
り、接合部近傍に発生した切欠部を除去し、接合部の信
頼性を大きく向上させることができる。なお、ダミー部
材２１の材質については、特に限定するものではない
が、組合せ部１８を構成する円筒管８や蓋板９と略同一
の材料にすることにより、切欠部の発生などの欠陥の発
生をかなり軽減することができる。

【００３１】さらに、蓋板として、ツール１にかかる加
圧力では変形しないような厚物または高強度の素材を用
いる場合には、当て具を用いずに、蓋板の外縁部を当て
具として利用することもでき、この場合には、当て具な
どの治具を省略して設備費を低減することができる。

【００３２】なお、本発明で使用する被接合材２の形状
は、前記のような容器や管などの筒状体を形成できるも
のであればよく、半円状、コ字状、Ｕ字状などの様々な
断面形状の押出し成形品やプレス成形品などがあり、特
に限定されるものではない。従って、これらの被接合材
より形成された筒状体の断面も、丸、楕円、四角などの
多角形、あるいはそれらを組み合わせた形状など、様々
な形状にすることができる。

【００３３】また、被接合材を組み合わせる面について
は、突き合わせ、重ね合わせのいずれの場合であって
も、互いに平滑であることが好ましいが、重ね合わせの
場合には、前記ツール１により押圧されるため、重ね合
わせ面に多少の凹凸や曲面部があってもかまわない。な
お、被接合材の素材には、アルミニウム合金など様々な
ものを使用することができるが、摩擦熱で塑性流動を起
こすものであればよく、特には限定されるものではな
い。

【００３４】次に、組合せ部を片面外側より順次摩擦攪
拌接合して筒状体を形成する工程について説明する。図
１５に示すように、ツール１は、工具鋼からなる本体１
ａと下面１ｂと摩擦ピン１ｃとから構成される。そし
て、図１に示すように、接合装置５により、ツール１
を、所定の回転数、例えば５００〜１００００ｒｐｍで
回転しながら、摩擦ピン１ｃを組合せ部３に下面１ｂが
接するまで押し込むと共に、送り装置７により、組合せ
部３に沿って所定の移動速度、例えば０．００２〜３ｍ
／分で矢印の方向に移動させるようにしている。

【００３５】この際のツール１の回転により、摩擦ピン
１ｃ近傍の被接合材２ａ・２ｂ（以下「被接合材２」と
する）は、摩擦熱により加熱され塑性流動が生じ、この
流動する被接合材２は、前記下面１ｂにより表面方向へ
の流動が制限されるため、表面から外方には飛散せず、
接合部１９の内部で流動状態で十分に攪拌・混合され
る。これにより、摩擦ピン１ｃが通過し冷却された後に
は、被接合材同士が一体となり強固に接合されるのであ
る。

【００３６】すなわち、このように、ツール１を所定の
回転数で回転しながら、しかも前記裏当て装置６などの
裏当てにより確実に支持した組合せ部３に挿入し、所定
速度で移動できるようにすることで、いかなる形状や材
質の被接合材に対しても摩擦攪拌接合を安定して行うこ
とができ、その結果、入熱が少なく寸法精度が良好であ
ること、接合部１９の表面性状は前記下面１ｂで押さえ
られていることなどにより滑らかなであること、さらに
は、従来のアーク溶接のような溶接ビードがなく溶接ビ
ード研削のための後加工などを省略して作業費を低減で
きること、などの摩擦攪拌接合特有の優れた特性を、十
分に得ることができるのである。

【００３７】また、前記裏当て装置６には、油圧、エア
ー、又は電気的制御等による定圧機構２０を作動させる
ことにより、組合せ部３を支持する当型１３の支持力を
一定に保つことで、被接合材の形状やツール１からの加
圧力が少々変動しても、安定して摩擦攪拌接合が行える
ようにすることもできる。

【００３８】次に、以上のような摩擦攪拌接合法を利用
した筒状体接合装置の全体構成について、図１、図６に
より説明する。この本発明に係わる筒状体接合装置４
は、図１に示すように、所定の回転数で回転するツール
１を組合せ部３に挿入する接合装置５と、該ツール１か
ら受ける加圧力を組合せ部３とは反対側の筒状体内面に
て支持する裏当て装置６と、該裏当て装置６と前記接合
装置５とを組合せ部３に対して所定速度で移動可能な送
り装置７とによって構成される。

【００３９】そして、前記裏当て装置６の代わりに、図
６に示すように、筒状体に内挿可能蓋状等の当て具１０
を設け、該当て具１０等を介して、前記加圧力を組合せ
部１８とは反対側の筒状体内面に伝達する構成とするこ
ともできる。

【００４０】ここでまず、裏当て装置６を用いた本発明
の実施形態について、図１乃至図５により詳細に説明す
る。図１乃至図３に示すように、本発明に係わる筒状体
接合装置４においては、床上に定盤１１を敷設し、該定
盤１１上には転動防止用の角状のストッパー１２・１２
を離間して設け、該ストッパー１２・１２の間に、板材
を曲げて円筒状にした被接合材２を、曲面端部を軸心方
向上で突き合わせた組合せ部３が上方にくるようにして
載置・固定する。

【００４１】この円筒状の被接合材２の内部には、前記
裏当て装置６が立設され、該裏当て装置６は、上方から
順に当型１３、コラム１５、コラム台１６によって構成
されている。このうちのコラム台１６は、圧力伝達ロー
ラ３０・３０を介し、被接合材２下側の内面上に転動可
能に当接されると共に、該コラム台１６の台部３１と上
方のコラム１５との間には、伸縮可能なシリンダー１４
が介設され、該シリンダー１４内の圧力室５９は、コラ
ム１５に隣接して設けたアキュムレーター５８内部に、
減圧弁５７を介して連通されている。

【００４２】このようなシリンダー１４、減圧弁５７、
アキュムレーター５８からなる定圧機構２０を設け、該
定圧機構２０に、ツール１から当型１３にかかる加圧力
に起因した衝撃圧力を吸収させることにより、組合せ部
３の支持力を一定に保つことができ、被接合材の形状変
動やツール１からの加圧力変動があっても、安定した摩
擦攪拌接合が行えるようにしている。なお、この定圧機
構２０には油圧以外のエアー、又は電気的制御等を適用
することができ、特に限定されるものではない。

【００４３】そして、前記シリンダー１４上端には、下
連結部３４を介して高さ調整用管３２が連結され、該高
さ調整用管３２上端には、上連結部３３を介して、上部
に前記当型１３を固設した摺動管４１が連結され、この
上連結部３３・下連結部３４のいずれもボルト止めなど
により容易に取り外し可能な構成としている。また、前
記摺動管４１は、保持孔２９ａに上下方向摺動可能に内
挿・支持され、該保持孔２９ａは、円筒状の被接合材２
内に軸心に平行に延出された保持アーム２９の先部に開
孔され、該保持アーム２９の基部は、前記送り装置７の
移動コラム２７側面に固設されている。さらに、この摺
動管４１上部の当型１３は、台座３５と、該台座３５に
回動可能に軸支された複数の裏当てローラ３６とからな
り、該裏当てローラ３６は、前記組合せ部３の内側に転
動可能に当接されている。

【００４４】このような構成において、高さ調整用管３
２を種々の長さのものと取り替えることにより、圧力伝
達ローラ３０・３０下端から当型１３上端までの長さ、
すなわち、裏当て装置６の全長を自在に変更することが
でき、あらゆる管径の被接合材２の筒状体接合に対応す
ることができる。さらに、複数の圧力伝達ローラ３０や
裏当てローラ３６を上下端に設けることにより、裏当て
装置６を、円筒状の被接合材２の内面に沿って軸心方向
に滑らかに移動させることができ、筒状体接合時にツー
ル１から受ける加圧力に確実に追従できるようにしてい
る。

【００４５】以上のような裏当て装置６を保持し所定速
度で移動できるように、送り装置７が前記定盤１１に向
かって敷設されたレール２２上に設けられており、該送
り装置７は、レール２２上の自走車２３と、該自走車２
３上に固設された前記移動コラム２７と、該移動コラム
２７の上部に基部が固定され先部で接合装置５を支持す
るヘッドアーム２８とによって構成される。

【００４６】このうちの自走車２３は、移動台２６に軸
支された駆動輪２４ａと従動輪２４ｂを介して、前記レ
ール２２上に配置されると共に、移動台２６上には、駆
動モータ２５が配設されており、該駆動モータ２５の動
力がベルト６０を介して前記駆動輪２４ａに伝達される
と、該駆動輪２４ａと前記従動輪２４ｂとが回動され、
自走車２３がレール２２上を走行できるようにしてい
る。

【００４７】また、移動コラム２７は、このような自走
車２３上に立設され、さらに、この移動コラム２７から
は、前述の如く、保持アーム２９が被接合材２に向かっ
て延出され、前記裏当て装置６を保持している。一方、
この移動コラム２７の上部からは、ヘッドアーム２８が
延設され、該ヘッドアーム２８の先部には、姿勢制御調
整部材３８などを介して接合ヘッド３７が固設され、該
接合ヘッド３７の下部に前記ツール１が設けられてい
る。このように、ツール１と裏当て装置６とは、同一の
送り装置７によって支持されており、ツール１と裏当て
装置６との位置関係は、作業中も一定に維持することが
できるため、筒状体接合時のツール１からの加圧力を、
裏当て装置６で確実に受けて支持できるようにしてい
る。

【００４８】また、前記接合ヘッド３７やツール１など
から構成される接合装置５については、前記姿勢制御調
整部材３８や図示せぬ駆動モータなどが配設され、組合
せ部３に対する摩擦ピン１ｃの角度や回転速度を自在に
変更できるため、被接合部材２の形状や材質に応じた適
正な接合条件への調整を容易かつ確実に行えるようにし
ている。なお、ツール１にかかる加圧力の加圧方向線上
に、前記組合せ部３、当型１３を配置することで、筒状
体接合時のツール１から加圧力を、裏当て装置６でより
確実に受けれるようにすることができる。

【００４９】次に、このようにして製造した円筒管８
を、その端面を突き合わせて接合するための筒状体接合
装置５１について説明する。図４、図５に示すように、
床上には定盤１１を敷設し、該定盤１１上には軸方向に
二組の従動ローラ部４２・４２、４３・４３が前後にず
らして配設され、該従動ローラ部４２・４２と従動ロー
ラ部４３・４３との間には、モータなどで駆動可能な二
組の駆動ローラ部６７・６７、６８・６８が配設されて
いる。このうち、隣接する駆動ローラ部６７・６７と従
動ローラ部４２・４２との間には、円筒管８ａが、４個
のローラ６５・６５・６９・６９上に回動可能に橋架さ
れ、一方、隣接する駆動ローラ部６８・６８と従動ロー
ラ部４３・４３との間にも、円筒管８ｂが、４個のロー
ラ６６・６６・７０・７０上に回動可能に橋架され、さ
らに、該円筒管８ｂと前記円筒管８ａの端面同士を突き
合わせるようにしている。

【００５０】そして、この突き合わせて形成された組合
せ部７２の下に、裏当て装置６１が立設されており、該
裏当て装置６１は、上方から順に当型５０、コラム１
５、コラム台４６によって構成されている。このうちの
コラム台４６は、４個の圧力伝達ローラ６３・６３、６
４・６４を介し、前記ローラ６５・６５、６６・６６の
裏側の円筒管８ａ・８ｂ内面上に当接されると共に、該
コラム台１６の台部４８と上方のコラム１５との間に
は、伸縮可能なシリンダー３９が介設され、隣接するア
キュムレーター５８内に連通されている。

【００５１】このようなシリンダー３９などからなる定
圧機構２０を設け、前記筒状体接合装置４と同様、該定
圧機構２０に、ツール１からの加圧力に起因した衝撃圧
力を吸収させることにより、組合せ部７２の支持力を一
定に保つことができ、被接合材の形状変動やツール１か
らの加圧力変動があっても、安定した摩擦攪拌接合が行
えるようにしている。

【００５２】そして、前記シリンダー３９上端には、下
連結部３４を介して高さ調整用管３２が連結され、該高
さ調整用管３２上端には、上連結部３３を介して、上部
に前記当型５０を固設した摺動管７１が連結され、この
上連結部３３・下連結部３４のいずれもボルト止めなど
により容易に取り外し可能としている。また、前記摺動
管７１は、上下方向に摺動可能に保持孔２９ａに内挿・
支持され、該保持孔２９ａは、円筒管８ａ・８ｂ内に軸
心に平行に延出された保持アーム２９の先部に開孔さ
れ、該保持アーム２９の基部は、前記送り装置７の移動
コラム２７側面に固設されている。さらに、この摺動管
７１上部の当型５０は、台座４９と、該台座４９に回動
可能に軸支された一本の裏当てローラ６２とからなり、
該裏当てローラ６２は、前記組合せ部７２の内側に転動
可能に当接されている。

【００５３】従って、前記筒状体接合装置４と同様に、
高さ調整用管３２を種々の長さのものと取り替えること
により、裏当て装置６１の全長を自在に変更することが
でき、種々の管径を有する円筒管同士の筒状体接合をお
こなうことができる。さらに、裏当て装置６の上下端に
は、複数の圧力伝達ローラ６３・６３・６４・６４や裏
当てローラ６２を設けることにより、後述のようにして
円筒管８ａ・８ｂを円周方向に回動させても、裏当て装
置６１は、被接合材の円筒管８ａ・８ｂ端部を突き合わ
せた組合せ部７２の内面に沿って円周方向になめらかに
滑ることができ、ツール１から受ける加圧力に確実に追
従できるようにしている。

【００５４】以上のような構成よりなる裏当て装置６１
は、保持アーム２９を介して送り装置７側面に固定され
る一方、該送り装置７の上部からは、ヘッドアーム２８
が延設され、該ヘッドアーム２８の先部には、姿勢制御
調整部材３８などを介して接合ヘッド３７が固設され、
さらに、該接合ヘッド３７の下部には前記ツール１が設
けられている。すなわち、ツール１と裏当て装置６１と
を、同一の送り装置７によって支持すると共に、筒状体
接合装置５１の送り装置７については、図示せぬ固定具
を用いてレール２２上に固定するようにしている。

【００５５】また、接合装置５には、前記姿勢制御調整
部材３８や図示せぬ駆動モータなどが配設され、組合せ
部７２に対する摩擦ピン１ｃの角度や回転速度を自在に
変更できるようにし、被接合部材２の形状や材質に応じ
た適正な接合条件への調整を容易に行えるようにしてい
る。さらに、ツール１にかかる加圧力の加圧方向線上
に、組合せ部７２、当型５０を配置し、筒状体接合時の
ツール１からの加圧力を、裏当て装置６１で確実に支持
できるようにしている。

【００５６】このような構成において、前記駆動ローラ
部６７・６８を駆動させると、ローラ６５・６５で円筒
管８ａが回動されると同時に、ローラ６６・６６で円筒
管８ｂが回動されるため、前記筒状体接合装置４のよう
に裏当て装置６と接合装置５とを組合せ部３に対して移
動させるのではなく、逆に、組合せ部７２を、裏当て装
置６１と接合装置５に対して所定速度で移動させること
ができ、本実施例のような曲面を接合する場合であって
も、送り装置７に複雑な送り機構を設ける必要がない。
また、ツール１と裏当て装置６１とは、固定された送り
装置７に支持されているため、ツール１と裏当て装置６
１との位置関係は、作業中も一定に維持することがで
き、筒状体接合時のツール１からの加圧力を、裏当て装
置６で確実に受けて支持することができる。

【００５７】以上のような裏当て装置６・６１を有する
筒状体接合装置４・５１を用いることにより、簡単で比
較的小規模な設備であっても、接合作業中にツール１か
ら受ける加圧力を確実に支持することができ、摩擦攪拌
接合による筒状体の製造に必要な設備費や作業費を大幅
に低減することができるのである。

【００５８】次に、当て具を用いた本発明の実施形態に
ついて、図６乃至図１３により詳細に説明する。まず、
当て具のみで加圧力を伝達する場合について説明する。
図６乃至図８に示すように、円筒管８の端部８ｃには蓋
板９が内挿され、該蓋板９の側板９ｂと前記端部８ｃと
が重なって組合せ部１８を形成し、該組合せ部１８の内
側全周には、当て具１０の側板１０ｂが当接されてい
る。本実施例においては、蓋板９の底板９ａを屈曲させ
て、当て具１０の側板１０ｂとの間に隙間７８を設け、
当て具１０に加わる加圧力が蓋板９にはかからないよう
にして、蓋板９が、薄物や低強度の場合であっても変形
しないようにしている。

【００５９】このようにして当て具１０を組合せ部１８
内面全周に当接させた円筒管８を、図４、図５に示す前
記筒状体接合装置５１の円筒管８ｂの代わりに配置し、
組合せ部１８にツール１を加圧したままで、円筒管８を
前記駆動ローラ部６８によって回動させると、前記裏当
て装置６１を用いた場合と同様に、接合作業中にツール
１から受ける加圧力を、当て具１０を介して組合せ部１
８とは反対側の円筒管８内面に伝達し、該内面で支持す
ることができるのである。なお、この当て具１０には、
ツール１からの加圧力では変形しにくい高強度のものを
選択する必要がある。

【００６０】さらには、図１３に示すように、当て具１
０の側板１０ｂに切り欠き１０ｃを設け、該切り欠き１
０ｃに環状のダミー部材２１を外嵌させることにより、
当て具１０への摩擦ピン１ｃの干渉や、当て具１０側へ
の被接合材の流出を、全てダミー部材２１で防ぐことが
できるため、当て具１０の接合部への溶着を防止し、当
て具１０の損傷を最小限に抑えると共に、接合作業後の
当て具１０の取り外しを容易に行えるようにしている。

【００６１】次に、当て具は用いるが、加圧力は主に蓋
板を介して伝達する場合について説明する。図９、図１
０に示すように、前記組合せ部１８の下に環状の当て具
１７を内挿し、さらに該当て具１７の内面には、蓋板７
３の外周をＵ字状に屈曲させた肩部７３ｂの外側が、隙
間なく当接されている。そして、該肩部７３ｂにつなが
る底板７３ａは、前記蓋板９の底板９ａとは異なり、円
筒管８側面に垂直な平面板形状としている。このような
構成において、ツール１から組合せ部１８に加わった加
圧力は、当て具１７から蓋板７３の底板７３ａを介し
て、反対側の円筒管８内面に伝達されて支持される。

【００６２】すなわち、蓋板が、蓋板７３のように、垂
直方向にある程度の強度を有する形状の場合には、該蓋
板７３の底板７３ａを利用することにより、当て具１７
を環状にして軽量化することができ、作業負荷の軽減や
治具にかかる費用の低減を図ることができるのである。

【００６３】更に、当て具は用いずに蓋板の外縁部を当
て具とし、加圧力は蓋板を介してのみ伝達することもで
きる。図１１、図１２に示すように、円筒管８の端部８
ｃには、高強度で外縁部７４ｂを厚くした蓋板７４が内
挿され、該蓋板７４の底板７４ａは、円筒管８側面に垂
直な平面板形状としている。このような構成において、
前記端部８ｃと外縁部７４ｂとから組合せ部７５が形成
され、該組合せ部７５にツール１から加わった加圧力
は、蓋板７４の底板７４ａを介して、反対側の円筒管８
内面に伝達されて支持される。

【００６４】すなわち、蓋板が、蓋板７４のように、ツ
ール１にかかる加圧力では全く変形しないような形状ま
たは強度の場合には、当て具などの治具を省略して治具
にかかる費用の低減を図ることができるのである。な
お、図９乃至図１２に示すように、必要に応じて外蓋７
６・７７を円筒管８の最外部に内挿した状態で、前記組
合せ部１８・７５と一緒に摩擦攪拌接合して、外観性や
密閉性を向上させることもできる。

【００６５】以上のような当て具１０・１７、あるいは
当て具として使用可能な蓋板７４を裏当てとして使用す
る筒状体接合装置５１を用いることにより、前記裏当て
装置６が作業スペース上使用できないような場合や、補
修接合などのために単発的に摩擦攪拌接合を行う場合に
も迅速に対応することができるのである。

【００６６】最後に、本発明に係わる摩擦攪拌方法及び
その装置を用いて、円筒状の密閉容器を製作する場合の
手順の概要について、図１４により説明する。まず、押
出し加工やプレス加工により上蓋板５２と底蓋板５３を
成形し、曲げ加工などにより平板を筒状の被接合材５４
・５５に加工する（Ｓ１）。次に、このうちの円筒状の
被接合材５４・５５側面の端部５４ｂ・５５ｂ同士を突
き合わせ、得られた組合せ部３を、前記裏当て装置６を
有する筒状体接合装置４を用いて接合し、上円筒管５４
ａと下円筒管５５ａとを作製する（Ｓ２）。そして、前
記裏当て装置６１を有する筒状体接合装置５１を用い、
前記上円筒管５４ａの一方の端部に、前記上蓋板５２を
突き合わせて接合し（Ｓ３）、引き続き、上円筒管５４
ａの他方の端部には、前記下円筒管５５ａを突き合わせ
て接合する（Ｓ４）。最後に、下円筒管５５ａの端部
に、当て具１０などを用いて前記底蓋板５３を接合して
円筒密閉容器５６を製作する。

【００６７】すなわち、このような工程において、本発
明に係わる摩擦攪拌方法及びその装置を適用することに
より、簡単で比較的小規模な設備で摩擦攪拌接合により
筒状体を製作することができ、製造に必要な設備費や作
業費を大幅に低減することができるのである。

【００６８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
次のような効果を奏するものである。即ち、請求項１の
ように、所定形状の被接合材を組み合わせて設けた組合
せ部の内側に裏当てを当接する工程と、該組合せ部を片
面外側より順次摩擦攪拌接合して筒状体を形成する工程
とからなる筒状体接合法において、前記ツールから裏当
てが受ける加圧力を、組合せ部とは反対側の筒状体内面
にて支持すると共に、所定の回転数で回転するツール
を、裏当てにより支持した前記組合せ部に挿入して所定
速度で移動させるので、裏当てにかかる加圧力を無理な
く有効に処理することができるため、組合せ部を簡単な
装置によっても確実に支持することができ、摩擦攪拌接
合法による筒状体の製造に必要な設備費や作業費を大き
く低減することができ、更には、細長い筒状体での施行
にも十分対応することができる。

【００６９】請求項２のように、請求項１記載の裏当て
は、前記組合せ部に転動又は摺動可能に当接される当型
と、該当型を上部に固設し伸縮可能なコラムと、該コラ
ムの下部で筒状体内面に転動又は摺動可能に押圧される
コラム台とから構成される裏当て装置なので、裏当て装
置の全長を自在に変更可能であり、あらゆる径の被接合
材の筒状体接合に対応することができ、更には、裏当て
装置を被接合材の内面に沿って滑らかに移動させ、ツー
ルから受ける加圧力に確実に追従することができるた
め、筒状体接合を安定して行うことができる。

【００７０】請求項３のように、請求項２記載の裏当て
装置には、筒状体内面にかかる圧力を一定にする定圧機
構を設けるので、組合せ部を支持する当型の支持力を常
に一定に保ち、被接合材の形状やツールからの加圧力の
変動に対しても、安定した摩擦攪拌接合を行うことがで
きる。

【００７１】請求項４のように、請求項１記載の裏当て
は、筒状体に内挿可能な蓋状の当て具であり、該当て具
を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の筒状体内
面に伝達するので、前記裏当て装置が作業スペース上使
用できないような場合や、補修接合などのために単発的
に摩擦攪拌接合を行う場合でも、迅速に片面接合するこ
とができる。

【００７２】請求項５のように、請求項１記載の裏当て
は、筒状体に内挿可能な環状の当て具であり、該当て具
と蓋板を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の筒
状体内面に伝達するので、当て具の軽量化を図ることが
できる。

【００７３】請求項６のように、請求項４又は請求項５
記載の組合せ部と当て具との間には、当て具へのツール
の干渉を防止可能なダミー部材を介設するので、当て具
の損傷や、当て具と組合せ部との溶着を防止できると共
に、接合作業後の当て具の取り外しも容易に行うことが
できる。

【００７４】請求項７のように、請求項１記載の裏当て
には、筒状体に内挿可能な蓋板の外縁部を利用し、該蓋
板を介して、前記加圧力を組合せ部とは反対側の筒状体
内面に伝達するので、蓋板が厚物または高強度の場合に
は、当て具などの治具を省略して治具にかかる費用の低
減を図ることができる。

【００７５】請求項８においては、所定形状の被接合材
を組み合わせ、該被接合材間の組合せ部の内側に裏当て
を当接し支持したままで、片面外側より順次摩擦攪拌接
合して筒状体を形成する筒状体接合装置において、所定
の回転数で回転するツールを前記組合せ部に挿入する接
合装置と、該ツールから受ける加圧力を組合せ部とは反
対側の筒状体内面にて支持する裏当てと、該裏当てと前
記接合装置とを組合せ部に対して所定速度で移動可能な
送り装置とから構成されるので、簡単で比較的小規模な
設備でも、接合作業中にツールから受ける加圧力を確実
に支持することができる。

【００７６】請求項９においては、請求項８記載の送り
装置に代えて、前記組合せ部を裏当てと接合装置に対し
て所定速度で移動可能な送り装置を有するので、曲面部
同士を接合する場合であっても複雑な送り機構が不要で
あり、また、ツールと裏当て装置との位置関係を作業中
も一定に維持することができ、摩擦攪拌接合時のツール
からの加圧力を裏当てで確実に受けて支持することがで
きる。

【００７７】請求項１０においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、前記組合せ部に転動又は摺動可能
に当接される当型と、該当型を上部に固設し伸縮可能な
コラムと、該コラムの下部で筒状体内面に転動又は摺動
可能に押圧されるコラム台とから構成される裏当て装置
なので、種々の管径を有する円筒管同士の摩擦攪拌接合
をおこなうことができると共に、ツールから受ける加圧
力に確実に追従することができる。

【００７８】請求項１１においては、請求項１０記載の
裏当て装置には、筒状体内面にかかる圧力を一定にする
定圧機構を設けるので、被接合材の形状変動などがあっ
ても安定した摩擦攪拌接合が行える。

【００７９】請求項１２においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、筒状体に内挿可能な蓋状の当て具
であり、該当て具を介して、前記加圧力を組合せ部とは
反対側の筒状体内面に伝達するので、筒状体端部に蓋板
をする場合のように、裏当て装置が作業スペース上使用
できないような場合であっても、迅速に片面接合で対応
することができる。

【００８０】請求項１３においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当ては、筒状体に内挿可能な環状の当て具
であり、該当て具と蓋板を介して、前記加圧力を組合せ
部とは反対側の筒状体内面に伝達するので、当て具の軽
量化により、作業負荷の軽減や治具にかかる費用の低減
を図ることができる。

【００８１】請求項１４においては、請求項１２又は請
求項１３記載の組合せ部と当て具との間には、当て具へ
のツールの干渉を防止可能なダミー部材を介設するの
で、当て具の損傷などを防止し、取り外しも容易に行う
ことができる。

【００８２】請求項１５においては、請求項８又は請求
項９記載の裏当てには、筒状体に内挿可能な蓋板の外縁
部を利用し、該蓋板を介して、前記加圧力を組合せ部と
は反対側の筒状体内面に伝達するので、当て具などの治
具にかかる費用の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる筒状体接合装置の斜視図であ
る。

【図２】被接合材を軸方向に接合して円筒管にする場合
の筒状体接合装置の側面一部断面図である。

【図３】同じく正面図である。

【図４】被接合材を周方向に接合して円筒管にする場合
の筒状体接合装置の側面一部断面図である。

【図５】同じく正面図である。

【図６】円筒管に蓋板を接合する場合の筒状体接合法の
説明図である。

【図７】蓋状の当て具を用いる場合の組合せ部の側面断
面図である。

【図８】同じく拡大断面図である。

【図９】環状の当て具を用いる場合の組合せ部の側面断
面図である。

【図１０】同じく拡大断面図である。

【図１１】蓋板を当て具として用いる場合の組合せ部の
側面断面図である。

【図１２】同じく拡大断面図である。

【図１３】ダミー部材を用いる場合の組合せ部の拡大断
面図である。

【図１４】容器の製作工程の説明図である。

【図１５】摩擦攪拌接合法の原理の説明図である。

【符号の説明】

１ツール２・５２・５３・５４・５５被接合材３・７２組合せ部４・５１筒状体接合装置５接合装置６・６１裏当て装置７送り装置８・５４ａ・５５ａ筒状体９・７３・７４蓋板１０・１７当て具１３・５０当型１５コラム１６・４６コラム台２０定圧機構２１ダミー部材７４ｂ外縁部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 101:04 Ｂ２３Ｋ 101:04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定形状の被接合材を組み合わせて設け
た組合せ部の内側に裏当てを当接する工程と、該組合せ
部を片面外側より順次摩擦攪拌接合して筒状体を形成す
る工程とからなる筒状体接合法において、前記ツールか
ら裏当てが受ける加圧力を、組合せ部とは反対側の筒状
体内面にて支持すると共に、所定の回転数で回転するツ
ールを、裏当てにより支持した前記組合せ部に挿入して
所定速度で移動させることを特徴とする筒状体接合法。
【請求項２】前記裏当ては、前記組合せ部に転動又は
摺動可能に当接される当型と、該当型を上部に固設し伸
縮可能なコラムと、該コラムの下部で筒状体内面に転動
又は摺動可能に押圧されるコラム台とから構成される裏
当て装置であることを特徴とする請求項１記載の筒状体
接合法。
【請求項３】前記裏当て装置には、筒状体内面にかか
る圧力を一定にする定圧機構を設けることを特徴とする
請求項２の筒状体接合法。
【請求項４】前記裏当ては、筒状体に内挿可能な蓋状
の当て具であり、該当て具を介して、前記加圧力を組合
せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを特徴とす
る請求項１記載の筒状体接合法。
【請求項５】前記裏当ては、筒状体に内挿可能な環状
の当て具であり、該当て具と蓋板を介して、前記加圧力
を組合せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを特
徴とする請求項１記載の筒状体接合法。
【請求項６】前記組合せ部と当て具との間には、当て
具へのツールの干渉を防止可能なダミー部材を介設する
ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の筒状体接
合法。
【請求項７】前記裏当てには、筒状体に内挿可能な蓋
板の外縁部を利用し、該蓋板を介して、前記加圧力を組
合せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを特徴と
する請求項１記載の筒状体接合法。
【請求項８】所定形状の被接合材を組み合わせ、該被
接合材間の組合せ部の内側に裏当てを当接し支持したま
まで、片面外側より順次摩擦攪拌接合して筒状体を形成
する筒状体接合装置において、所定の回転数で回転する
ツールを前記組合せ部に挿入する接合装置と、該ツール
から受ける加圧力を組合せ部とは反対側の筒状体内面に
て支持する裏当てと、該裏当てと前記接合装置とを組合
せ部に対して所定速度で移動可能な送り装置とから構成
されることを特徴とする筒状体接合装置。
【請求項９】前記送り装置に代えて、前記組合せ部を
裏当てと接合装置に対して所定速度で移動可能な送り装
置を有することを特徴とする請求項８記載の筒状体接合
装置。
【請求項１０】前記裏当ては、前記組合せ部に転動又
は摺動可能に当接される当型と、該当型を上部に固設し
伸縮可能なコラムと、該コラムの下部で筒状体内面に転
動又は摺動可能に押圧されるコラム台とから構成される
裏当て装置であることを特徴とする請求項８又は請求項
９記載の筒状体接合装置。
【請求項１１】前記裏当て装置には、筒状体内面にか
かる圧力を一定にする定圧機構を設けることを特徴とす
る請求項１０記載の筒状体接合装置。
【請求項１２】前記裏当ては、筒状体に内挿可能な蓋
状の当て具であり、該当て具を介して、前記加圧力を組
合せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを特徴と
する請求項８又は請求項９記載の筒状体接合装置。
【請求項１３】前記裏当ては、筒状体に内挿可能な環
状の当て具であり、該当て具と蓋板を介して、前記加圧
力を組合せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを
特徴とする請求項８又は請求項９記載の筒状体接合装
置。
【請求項１４】前記組合せ部と当て具との間には、当
て具へのツールの干渉を防止可能なダミー部材を介設す
ることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の筒
状体接合装置。
【請求項１５】前記裏当てには、筒状体に内挿可能な
蓋板の外縁部を利用し、該蓋板を介して、前記加圧力を
組合せ部とは反対側の筒状体内面に伝達することを特徴
とする請求項８又は請求項９記載の筒状体接合装置。