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公開番号2024128614
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-24
出願番号2023037679
出願日2023-03-10
発明の名称管接合方法及び装置
出願人国立大学法人大阪大学,JFEエンジニアリング株式会社
代理人個人,個人
主分類B23K 20/12 20060101AFI20240913BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】管の突合せ部を内面側から摩擦攪拌接合する管接合方法において、突合せ部の接合終端部にツールの穴を残さないようにすることができる管接合方法を提供する。
【解決手段】管2の内面に軸方向にタブ5を設置する。回転するツール4を管1,2の突合せ部3に内面側から挿入し、ツール4を管1,2の突合せ部3の周方向に相対的に移動させて、管1,2を周接合する。その後、ツール4をタブ5へと軸方向に移動させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
管の内面に軸方向にタブを設置する工程と、
回転するツールを管の突合せ部に内面側から挿入し、前記ツールを管の突合せ部の周方向に相対的に移動させて、管を周接合する工程と、
その後、前記ツールを前記タブへと軸方向に移動させる工程と、を備える管接合方法。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記タブが管の突合せ部に向かって先細る勾配が５度以下のテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の管接合方法。
【請求項３】
前記ツールを前記タブへと軸方向に移動させる際、前記ツールを軸方向から逆方向に傾けることを特徴とする請求項１又は２に記載の管接合方法。
【請求項４】
前記タブが管の突合せ部の接合中心線から前記ツールのショルダの半径以上離れて設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の管接合方法。
【請求項５】
前記タブの管との当接面は、管の内面に向かって凸の断面円弧状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の管接合方法。
【請求項６】
ツールを回転駆動するツール回転ユニットと、
前記ツールを管の突合せ部に内面側から挿入する加圧ユニットと、
前記ツールを管の突合せ部の周方向に相対的に移動させる旋回ユニットと、
管の内面に軸方向に設置されたタブへと前記ツールを軸方向に移動させる軸方向移動ユニットと、を備える管接合装置。
【請求項７】
前記ツールを前記タブへと軸方向に移動させる際、前記ツールを軸方向から逆方向に傾ける角度変更ユニットを備えることを特徴とする請求項６に記載の管接合装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の突合せ部を内面側から摩擦攪拌接合する管接合方法及び装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding: FSW）は、１９９１年にイギリスのＴＷＩで開発された固相接合法の一種であり、従来の溶接法にはない種々の特徴を有する。例えば、最高到達温度が融点に達せず、固相状態での接合になるため、接合部における強度低下が溶接法に比べて小さいという特徴を有する。
【０００３】
特許文献１には、管の突合せ部を外面側から摩擦攪拌接合する管接合方法が開示されている。この管接合方法では、まず回転するツールを管の外面側から突合せ部に押し込む（挿入する）。回転するツールの挿入により、ツールと突合せ部の材料との間で摩擦熱が発生し、材料の温度が上昇する。材料が十分に加熱されて塑性流動を開始できる温度まで到達すると、材料は回転するツールの周りをツールの回転方向に流動する。このとき、ツールの両側に配置された材料の一部が強制的に混合されてツールの周辺領域での接合が実現する。ツールを管の突合せ部の周方向に接合線に沿って移動させると、ツールが移動した後側に連続的に接合部が形成されていき、管の周接合が実現する。目的の位置に到達したところでツールを引き抜けば、接合が完了する。
【０００４】
しかし、単にツールを引き抜いただけであると、ツールを引き抜いた接合終端部にツールの穴が残るという課題がある。ツールの穴が残らないように、特許文献１に記載の管接合方法では、図９（ａ）に示すように、ツール２１を管２０の外面側から突合せ部に挿入し、管２０の周接合を開始した後、図９（ｂ）に示すように、管２０の接合終端部２３の接線方向にタブ２４を設置し、図９（ｃ）に示すように、ツール２１をタブ２４へと移動させている。そして、ツール２１をタブ２４から引き抜いてタブ２４にツール２１の穴を残し、管２０の接合終端部２３にツール２１の穴を残さないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０００－４２７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、管の突合せ部を内面側から摩擦攪拌接合することが要請される場合がある。なぜならば、管の突合せ部を外面側から摩擦攪拌接合する場合、ツールを突合せ部に押し込むときの反力を受けるために管接合装置が大型化し易いからである。ツールを管の突合せ部に内面側から押し込めることができれば、ツールを突合せ部に押し込むときの反力を管内に閉じ込めることができ、管接合装置をコンパクトにすることができる。
【０００７】
このため、管の突合せ部を内面側から摩擦攪拌接合することが要請される場合がある。内面側から摩擦攪拌接合する場合も、ツールを引き抜いた接合終端部にツールの穴が残るという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、管の突合せ部を内面側から摩擦攪拌接合する管接合方法及び装置において、突合せ部の接合終端部にツールの穴を残さないようにすることができる管接合方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、管の内面に軸方向にタブを設置する工程と、回転するツールを管の突合せ部に内面側から挿入し、前記ツールを管の突合せ部の周方向に相対的に移動させて、管を周接合する工程と、その後、前記ツールを前記タブへと軸方向に移動させる工程と、を備える管接合方法である。
【００１０】
本発明の他の態様は、ツールを回転駆動するツール回転ユニットと、前記ツールを管の突合せ部に内面側から挿入する加圧ユニットと、前記ツールを管の突合せ部の周方向に相対的に移動させる旋回ユニットと、管の内面に軸方向に設置されたタブへと前記ツールを軸方向に移動させる軸方向移動ユニットと、を備える管接合装置である。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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