特開 2023-105525 接合装置、接合方法および接合構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105525

(43)【公開日】2023-07-31

(54)【発明の名称】接合装置、接合方法および接合構造体

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20230724BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 340

B23K20/12 368

B23K20/12 346

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006404

(22)【出願日】2022-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】成山 達也

(72)【発明者】

【氏名】林 興平

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA02

4E167BG02

4E167BG25

4E167BG28

(57)【要約】

【課題】薄板部材の周方向エッジの対象部材に対する接合時に薄板部材の位置がずれることを容易に抑制する。
【解決手段】接合装置１では、中心軸Ｊ１を中心とする筒状の外周面９１１を有する対象部材９１が保持回転機構３により回転される。接合ヘッド４は、周方向に沿って対象部材の外周面に巻き付けられる薄板部材９２の周方向に沿う一の周方向エッジに接触することにより、対象部材の回転に伴って薄板部材の周方向エッジを、対象部材の外周面に摩擦攪拌接合する。対象部材の回転により対象部材の外周面に対して相対的に回転する接合ヘッドの相対回転方向の前側において、接合ヘッドに近接した対象部材の外周面上の位置を第１注目位置とし、中心軸に平行な軸方向に第１注目位置から離れた外周面上の位置を第２注目位置として、押付ローラ部６が、少なくとも第１注目位置および第２注目位置にて薄板部材を対象部材に対して押し付ける。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

接合装置であって、
中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を保持しつつ、前記中心軸を中心として前記対象部材を回転する保持回転機構と、
前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接触することにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する接合ヘッドと、
前記対象部材の回転により前記対象部材の前記外周面に対して相対的に回転する前記接合ヘッドの相対回転方向の前側において、前記接合ヘッドに近接した前記対象部材の前記外周面上の位置を第１注目位置とし、前記中心軸に平行な軸方向に前記第１注目位置から離れた前記外周面上の位置を第２注目位置として、少なくとも前記第１注目位置および前記第２注目位置にて前記薄板部材を前記対象部材に対して押し付ける押付ローラ部と、
を備えることを特徴とする接合装置。

【請求項2】

請求項１に記載の接合装置であって、
前記押付ローラ部が、前記第１注目位置から前記軸方向に延びる押付ローラを有することを特徴とする接合装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の接合装置であって、
前記押付ローラ部の押付ローラが、前記接合ヘッドとは独立して支持されることを特徴とする接合装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１つに記載の接合装置であって、
前記接合ヘッドの前記相対回転方向の後側に配置され、前記押付ローラ部と同様の構造を有するもう１つの押付ローラ部をさらに備えることを特徴とする接合装置。

【請求項5】

請求項４に記載の接合装置であって、
前記接合ヘッドを前記軸方向に前記対象部材に対して相対的に移動する軸方向移動機構をさらに備え、
前記薄板部材の前記軸方向に沿う各軸方向エッジを含む部位を軸方向エッジ部として、前記対象部材の前記外周面上において一方の軸方向エッジ部上に他方の軸方向エッジ部が重ねられ、
前記接合ヘッドを前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジに接触させた状態で、前記軸方向移動機構が前記接合ヘッドを前記軸方向に相対移動することにより、前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジを前記一方の軸方向エッジ部に摩擦攪拌接合することを特徴とする接合装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１つに記載の接合装置であって、
前記薄板部材の前記対象部材に対する巻き付けと、前記薄板部材の前記周方向エッジの前記対象部材に対する接合とが同時に行われることを特徴とする接合装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１つに記載の接合装置であって、
前記軸方向に沿って見た場合に、前記対象部材の前記外周面における所定位置での接線方向に前記接合ヘッドを前記対象部材に対して相対的に移動する接線方向移動機構をさらに備え、
前記接合ヘッドに設けられる接合ツールの回転軸が、前記所定位置における前記外周面の法線に平行であり、前記接線方向において前記所定位置からずれた位置に、前記接線方向移動機構が前記接合ヘッドを配置することにより、前記軸方向に沿って見た場合に、前記接合ツールが対向する前記対象部材の前記外周面の位置の法線に対して前記回転軸が所定角度だけ傾斜することを特徴とする接合装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１つに記載の接合装置であって、
前記軸方向に沿って見た場合に、前記軸方向に垂直かつ互いに交差する２方向において、前記押付ローラ部の押付ローラの位置が変更可能であることを特徴とする接合装置。

【請求項9】

接合装置であって、
中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を保持しつつ、前記中心軸を中心として前記対象部材を回転する保持回転機構と、
前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接触することにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する接合ヘッドと、
前記中心軸に平行な軸方向に沿って見た場合に、前記対象部材の前記外周面における所定位置での接線方向に前記接合ヘッドを前記対象部材に対して相対的に移動する接線方向移動機構と、
を備え、
前記接合ヘッドに設けられる接合ツールの回転軸が、前記所定位置における前記外周面の法線に平行であり、前記接線方向において前記所定位置からずれた位置に、前記接線方向移動機構が前記接合ヘッドを配置することにより、前記軸方向に沿って見た場合に、前記接合ツールが対向する前記対象部材の前記外周面の位置の法線に対して前記回転軸が所定角度だけ傾斜することを特徴とする接合装置。

【請求項10】

接合方法であって、
ａ）中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を、前記中心軸を中心として回転する工程と、
ｂ）前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接合ヘッドを接触させることにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する工程と、
ｃ）前記対象部材の回転により前記対象部材の前記外周面に対して相対的に回転する前記接合ヘッドの相対回転方向の前側において、前記接合ヘッドに近接した前記対象部材の前記外周面上の位置を第１注目位置とし、前記中心軸に平行な軸方向に前記第１注目位置から離れた前記外周面上の位置を第２注目位置として、前記ｂ）工程に並行して、押付ローラ部により少なくとも前記第１注目位置および前記第２注目位置にて前記薄板部材を前記対象部材に対して押し付ける工程と、
を備えることを特徴とする接合方法。

【請求項11】

接合構造体であって、
中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材と、
前記対象部材の前記外周面に巻き付けられた薄板であり、前記中心軸に平行な軸方向に沿う各軸方向エッジを含む部位を軸方向エッジ部として、前記対象部材の前記外周面上において一方の軸方向エッジ部上に他方の軸方向エッジ部が重ねられ、前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジが前記一方の軸方向エッジ部に摩擦攪拌接合された軸方向接合部を有する第１薄板部材と、
前記第１薄板部材と同様の構造であり、前記軸方向において前記第１薄板部材と連結される第２薄板部材と、
を備え、
前記中心軸を中心とする周方向に沿う各周方向エッジを含む部位を周方向エッジ部として、前記第１薄板部材の周方向エッジ部上に前記第２薄板部材の周方向エッジ部が重ねられ、前記第２薄板部材の前記周方向エッジ部の前記周方向エッジが、前記第１薄板部材の前記周方向エッジ部に摩擦攪拌接合されており、
前記周方向において、前記第１薄板部材の前記軸方向接合部の位置と、前記第２薄板部材の軸方向接合部の位置とが相違することを特徴とする接合構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合装置、接合方法および接合構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

海洋鋼構造物の飛沫・干満部は腐食環境が厳しいため、信頼性の高い防食を施す必要がある。防食工法の１つとしてＳＵＳライニング工法が知られている。ＳＵＳライニング工法の一例では、板厚０．４ｍｍのスーパーオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１２Ｌがジャケットの主管や枝管等の飛沫・干満部へライニングされる。当該ステンレス鋼は鋼管にＴＩＧ溶接等の溶融溶接で主に溶接される。特許文献１では、鋼管の外面に配置された被覆材に対して、複数の帯状の締付け部材を周方向に巻付けて結束することにより、当該被覆材を鋼管の外面に固定し、その後、当該被覆材を鋼管の外面に溶接する手法が開示されている。

【0003】

また、近年、摩擦攪拌接合が様々な部材の接合に利用されている。特許文献２では、二つの被接合部材の突合せ部の摩擦攪拌接合を行う接合装置が開示されている。当該装置では、突合せ部の両側の被接合部材に対して、それぞれ転動しつつ押圧力を作用せしめ、それら被接合部材の拘束を行なう二つの別個のローラ手段が設けられる。

【0004】

なお、特許文献３では、円筒形の被溶接物を複数のローラにより回転可能に支持するローラ装置を傾動台に設け、傾動台を傾斜させた状態で被溶接物を回転し、被溶接物の円周隅肉溶接部分に溶接ロボットにより溶接を行う手法が開示されている。特許文献４では、鋼管または鋼管杭への耐食性金属薄板の被覆方法が開示されている。当該方法では、広幅耐食性金属薄板の先端を鋼管または鋼管杭の外周面に固定して直巻きで巻き付け、一回巻きしてから巻き付け開始端と所定幅で重なる重なり部を形成し、この重なり部でインダイレクト抵抗溶接が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６１９９４２号公報

【特許文献2】特開２００７－５４８５１号公報

【特許文献3】特開平８－２５０８８号公報

【特許文献4】特許第３５４５５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述のＳＵＳライニング工法において摩擦攪拌接合を用いる場合、鋼管等の対象部材の外周面に薄板部材が巻き付けられ、薄板部材の周方向エッジが当該対象部材に摩擦攪拌接合される。この場合に、対象部材の外周面に対する薄板部材の位置がずれることを抑制するために、特許文献１のように、帯状の締付け部材を巻付けることが考えられるが、位置ずれの抑制には十分ではない。

【0007】

特許文献４のようにインダイレクト抵抗溶接を行って薄板部材を対象部材に仮固定してから、薄板部材の周方向エッジを対象部材に溶接することも考えられるが、処理が煩雑となってしまう。したがって、薄板部材の周方向エッジの対象部材に対する接合時に薄板部材の位置がずれることを容易に抑制する手法が求められている。また、摩擦攪拌接合を行う接合装置では、接合ツールの回転軸を対象部材の外周面の法線に対して容易に傾斜させることも求められている。

【0008】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、薄板部材の周方向エッジの対象部材に対する接合時に薄板部材の位置がずれることを容易に抑制することを目的としている。また、接合ツールの回転軸を対象部材の外周面の法線に対して容易に傾斜させることも目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の発明は、接合装置であって、中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を保持しつつ、前記中心軸を中心として前記対象部材を回転する保持回転機構と、前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接触することにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する接合ヘッドと、前記対象部材の回転により前記対象部材の前記外周面に対して相対的に回転する前記接合ヘッドの相対回転方向の前側において、前記接合ヘッドに近接した前記対象部材の前記外周面上の位置を第１注目位置とし、前記中心軸に平行な軸方向に前記第１注目位置から離れた前記外周面上の位置を第２注目位置として、少なくとも前記第１注目位置および前記第２注目位置にて前記薄板部材を前記対象部材に対して押し付ける押付ローラ部とを備える。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接合装置であって、前記押付ローラ部が、前記第１注目位置から前記軸方向に延びる押付ローラを有する。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の接合装置であって、前記押付ローラ部の押付ローラが、前記接合ヘッドとは独立して支持される。

【0012】

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の接合装置であって、前記接合ヘッドの前記相対回転方向の後側に配置され、前記押付ローラ部と同様の構造を有するもう１つの押付ローラ部をさらに備える。

【0013】

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の接合装置であって、前記接合ヘッドを前記軸方向に前記対象部材に対して相対的に移動する軸方向移動機構をさらに備え、前記薄板部材の前記軸方向に沿う各軸方向エッジを含む部位を軸方向エッジ部として、前記対象部材の前記外周面上において一方の軸方向エッジ部上に他方の軸方向エッジ部が重ねられ、前記接合ヘッドを前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジに接触させた状態で、前記軸方向移動機構が前記接合ヘッドを前記軸方向に相対移動することにより、前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジを前記一方の軸方向エッジ部に摩擦攪拌接合する。

【0014】

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の接合装置であって、前記薄板部材の前記対象部材に対する巻き付けと、前記薄板部材の前記周方向エッジの前記対象部材に対する接合とが同時に行われる。

【0015】

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の接合装置であって、前記軸方向に沿って見た場合に、前記対象部材の前記外周面における所定位置での接線方向に前記接合ヘッドを前記対象部材に対して相対的に移動する接線方向移動機構をさらに備え、前記接合ヘッドに設けられる接合ツールの回転軸が、前記所定位置における前記外周面の法線に平行であり、前記接線方向において前記所定位置からずれた位置に、前記接線方向移動機構が前記接合ヘッドを配置することにより、前記軸方向に沿って見た場合に、前記接合ツールが対向する前記対象部材の前記外周面の位置の法線に対して前記回転軸が所定角度だけ傾斜する。

【0016】

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の接合装置であって、前記軸方向に沿って見た場合に、前記軸方向に垂直かつ互いに交差する２方向において、前記押付ローラ部の押付ローラの位置が変更可能である。

【0017】

請求項９に記載の発明は、接合装置であって、中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を保持しつつ、前記中心軸を中心として前記対象部材を回転する保持回転機構と、前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接触することにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する接合ヘッドと、前記中心軸に平行な軸方向に沿って見た場合に、前記対象部材の前記外周面における所定位置での接線方向に前記接合ヘッドを前記対象部材に対して相対的に移動する接線方向移動機構とを備え、前記接合ヘッドに設けられる接合ツールの回転軸が、前記所定位置における前記外周面の法線に平行であり、前記接線方向において前記所定位置からずれた位置に、前記接線方向移動機構が前記接合ヘッドを配置することにより、前記軸方向に沿って見た場合に、前記接合ツールが対向する前記対象部材の前記外周面の位置の法線に対して前記回転軸が所定角度だけ傾斜する。

【0018】

請求項１０に記載の発明は、接合方法であって、ａ）中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材を、前記中心軸を中心として回転する工程と、ｂ）前記中心軸を中心とする周方向に沿って前記対象部材の前記外周面に巻き付けられる薄板部材の、前記周方向に沿う一の周方向エッジに接合ヘッドを接触させることにより、前記対象部材の回転に伴って前記薄板部材の前記周方向エッジを、前記対象部材の前記外周面に摩擦攪拌接合する工程と、ｃ）前記対象部材の回転により前記対象部材の前記外周面に対して相対的に回転する前記接合ヘッドの相対回転方向の前側において、前記接合ヘッドに近接した前記対象部材の前記外周面上の位置を第１注目位置とし、前記中心軸に平行な軸方向に前記第１注目位置から離れた前記外周面上の位置を第２注目位置として、前記ｂ）工程に並行して、押付ローラ部により少なくとも前記第１注目位置および前記第２注目位置にて前記薄板部材を前記対象部材に対して押し付ける工程とを備える。

【0019】

請求項１１に記載の発明は、接合構造体であって、中心軸を中心とする筒状の外周面を有する対象部材と、前記対象部材の前記外周面に巻き付けられた薄板であり、前記中心軸に平行な軸方向に沿う各軸方向エッジを含む部位を軸方向エッジ部として、前記対象部材の前記外周面上において一方の軸方向エッジ部上に他方の軸方向エッジ部が重ねられ、前記他方の軸方向エッジ部の前記軸方向エッジが前記一方の軸方向エッジ部に摩擦攪拌接合された軸方向接合部を有する第１薄板部材と、前記第１薄板部材と同様の構造であり、前記軸方向において前記第１薄板部材と連結される第２薄板部材とを備え、前記中心軸を中心とする周方向に沿う各周方向エッジを含む部位を周方向エッジ部として、前記第１薄板部材の周方向エッジ部上に前記第２薄板部材の周方向エッジ部が重ねられ、前記第２薄板部材の前記周方向エッジ部の前記周方向エッジが、前記第１薄板部材の前記周方向エッジ部に摩擦攪拌接合されており、前記周方向において、前記第１薄板部材の前記軸方向接合部の位置と、前記第２薄板部材の軸方向接合部の位置とが相違する。

【発明の効果】

【0020】

請求項１ないし８、並びに、請求項１０の発明では、薄板部材の周方向エッジの対象部材に対する接合時に薄板部材の位置がずれることを容易に抑制することができる。請求項７および９の発明では、接合ツールの回転軸を対象部材の外周面の法線に対して容易に傾斜させることができる。請求項１１の発明では、好ましい接合構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】接合装置を示す正面図である。

【図2】接合装置の断面図である。

【図3】一対の押付ローラ部の近傍を拡大して示す図である。

【図4】鋼管に薄板部材を巻き付けて接合する処理の流れを示す図である。

【図5】鋼管に巻き付けられた薄板部材を示す図である。

【図6】薄板部材の周方向エッジを鋼管に接合する処理の流れを示す図である。

【図7】周方向エッジの鋼管に対する接合を説明するための図である。

【図8】周方向エッジの鋼管に対する接合を説明するための図である。

【図9】軸方向エッジ部同士の接合を説明するための図である。

【図10】第１薄板部材と第２薄板部材との連結を説明するための図である。

【図11】接合構造体を示す斜視図である。

【図12】接合装置の断面図である。

【図13A】押付ローラの他の例を示す図である。

【図13B】押付ローラの他の例を示す図である。

【図13C】押付ローラの他の例を示す図である。

【図13D】押付ローラの他の例を示す図である。

【図14】押付ローラの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、本発明の一の実施の形態に係る接合装置１を示す正面図である。図２は、図１中のII－IIの位置における接合装置１の断面図である。接合装置１は、筒状の外周面を有する対象部材の外周面に、薄板部材を巻き付けて接合する装置である。本実施の形態では、対象部材が鋼管９１であり、薄板部材９２がステンレス鋼により形成される薄板である。図１および図２では、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印にて示している（他の図において同様）。以下の説明では、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向であるものとするが、Ｘ方向およびＹ方向が水平方向に対して傾斜し、Ｚ方向が鉛直方向に対して傾斜していてもよい。

【0023】

接合装置１は、ベース部２１と、保持回転機構３と、接合ヘッド４と、ヘッド移動部５と、一対の押付ローラ部６とを備える。保持回転機構３は、保持部３１と、回転機構３２とを備える。保持部３１は、３個のチャック爪３１１と、チャック爪移動機構３１２とを備える。３個のチャック爪３１１は、Ｙ方向に延びる所定の中心軸（後述するように、保持回転機構３が保持する鋼管９１の中心軸Ｊ１と一致するため、以下、鋼管９１の中心軸Ｊ１と同じ符号を付す。）を中心とする周方向において等角度間隔にて配置される。図２では、３個のチャック爪３１１を破線にて示し、保持回転機構３の他の構成の図示は省略している。なお、チャック爪３１１の個数は、３個には限定されず、例えば、４～８個であってもよい。

【0024】

チャック爪移動機構３１２は、例えばエアシリンダを有し、３個のチャック爪３１１を中心軸Ｊ１を中心とする径方向に移動する。３個のチャック爪３１１は、チャック爪移動機構３１２により中心軸Ｊ１を中心とする同じ半径位置に配置される。後述するように、鋼管９１の内周面に対して３個のチャック爪３１１を押し当てることにより、鋼管９１が保持部３１により保持される。鋼管９１が保持部３１に保持された状態では、鋼管９１の中心軸Ｊ１は、保持回転機構３の中心軸と一致する。回転機構３２は、例えばモータを有し、中心軸Ｊ１を中心として保持部３１および鋼管９１を一定の速度にて回転する。以下の説明では、中心軸Ｊ１に平行なＹ方向を「軸方向」とも呼ぶ。

【0025】

ベース部２１は、Ｘ方向およびＹ方向に広がっており、Ｚ方向に沿って見た平面視において略矩形である。既述の保持回転機構３は、ベース部２１の（－Ｙ）側の端部に設けられた回転機構支持部２５に支持されている。ベース部２１上には、Ｙ方向に延びる一対のレール２１１が設けられる。一対のレール２１１は、Ｘ方向に隙間を空けて互いに平行に配置される。一対のレール２１１上には、鋼管支持部２２が設けられる。鋼管支持部２２の下部には、複数の車輪２２１が取り付けられる。各車輪２２１がレール２１１上を転がることにより、鋼管支持部２２を一対のレール２１１に沿って移動することが可能である。

【0026】

鋼管支持部２２は、一対のローラ２２２を有する。一対のローラ２２２はそれぞれＹ方向に延びており、Ｘ方向に隙間を空けて互いに平行に配置される。各ローラ２２２は、Ｙ方向に延びる軸を中心として回転可能である。各ローラ２２２は、図２のリンク機構２２３を介して鋼管支持部２２の本体に支持される。リンク機構２２３には加圧用シリンダ２２４が取り付けられ、加圧用シリンダ２２４におけるピストンロッドの進退によりローラ２２２の位置をＺ方向に移動可能である（後述の図１２参照）。一対のローラ２２２は、鋼管９１の外周面９１１の下部（（－Ｚ）側の部位）に接触し、鋼管９１を下方から支持する。鋼管支持部２２の構造は適宜変更されてよく、複数の鋼管支持部２２が軸方向に並べられてもよい。また、鋼管支持部２２におけるローラ２２２の個数も適宜変更されてよく、ローラ２２２をＺ方向に移動する機構も様々に変更されてよい。

【0027】

図１の例では、鋼管支持部２２の（＋Ｙ）側および（－Ｙ）側のそれぞれに、搬送用支持部２３が設けられる。図２では、搬送用支持部２３の図示を省略している。各搬送用支持部２３も一対のレール２１１に沿って移動可能である。また、搬送用支持部２３では、複数のローラ２３１がＸ方向に隙間を空けて設けられる。搬送用支持部２３は、鋼管支持部２２に連結される。後述するように、搬送用支持部２３は、鋼管９１を接合装置１にセットする際、および、鋼管９１を接合装置１から取り出す際に用いられる。以下の接合装置１の説明では、単に「鋼管９１」という場合は、保持回転機構３により保持された鋼管９１を意味するものとする。

【0028】

ベース部２１には、２個の第１支柱２６が直立して設けられる。２個の第１支柱２６は、保持部３１により保持された鋼管９１の（＋Ｙ）側において、Ｘ方向におけるベース部２１の両端部に配置される。各第１支柱２６の上部には、Ｙ方向に延びる梁部２８の一端が接続され、梁部２８の他端は回転機構支持部２５の上部に接続される。また、２個の第１支柱２６の上部の間にも、Ｘ方向に延びる梁部２８ａが設けられる。ベース部２１には、さらに４個の第２支柱２７が直立して設けられる。４個の第２支柱２７のうち２個の第２支柱２７は、鋼管９１の（＋Ｘ）側において回転機構支持部２５と第１支柱２６との間に配置され、残りの２個の第２支柱２７は、鋼管９１の（－Ｘ）側において回転機構支持部２５と第１支柱２６との間に配置される。各第２支柱２７の上部はＹ方向に延びる梁部２８に接続される。第１支柱２６および第２支柱２７の個数は適宜変更されてよく、第２支柱２７が省略されてもよい。

【0029】

図２に示すように、接合ヘッド４は、鋼管９１の上方（（＋Ｚ）側）に配置され、接合ツール４１と、主軸モータ４２と、加圧シリンダ４３とを備える。接合ツール４１は、回転軸Ｊ２を中心とする略円柱状の先端部である。接合ツール４１の直径は、例えば２０ｍｍである。接合ツール４１の端面は、鋼管９１の外周面９１１と対向する。主軸モータ４２は、例えばトルクモータであり、接合ツール４１を回転軸Ｊ２を中心として回転する。加圧シリンダ４３は、主軸モータ４２の上方に配置され、接合ツール４１を主軸モータ４２と共に下方（（－Ｚ）側）に向けて加圧する。接合ヘッド４では、Ｘ軸に平行な回動軸Ｋ１（図１参照）を中心として接合ツール４１を主軸モータ４２および加圧シリンダ４３と共に回動することも可能である。なお、接合ヘッド４では、Ｙ軸に平行な回動軸を中心として、接合ツール４１を回動することも可能である。

【0030】

接合装置１では、鋼管９１の回転により、接合ヘッド４が鋼管９１の外周面９１１に対して相対的に回転すると捉えることができる。以下の説明では、鋼管９１の外周面９１１に対する接合ヘッド４の相対的な回転方向を、「接合ヘッド４の相対回転方向」という。なお、相対回転方向の前側とは、後述する、薄板部材９２の周方向エッジの鋼管９１に対する接合において、周方向エッジが接合ヘッド４を通過する前に位置する方向（接合ヘッド４に対して周方向エッジの未接合部位が位置する方向）を指し、相対回転方向の後側とは、周方向エッジが接合ヘッド４を通過した後に位置する方向（接合ヘッド４に対して周方向エッジの接合済みの部位が位置する方向）を指す。

【0031】

図２のヘッド移動部５は、第１支持フレーム５１と、第２支持フレーム５２と、ヘッドＹ方向移動機構５３と、ヘッドＸ方向移動機構５４と、ヘッドＺ方向移動機構５５とを備える。第１支持フレーム５１は、平面視において矩形の枠状部材であり、Ｙ方向に延びる一対の梁部２８の上面に設けられた一対のレール部５１１によりＹ方向に移動可能に支持される。ヘッドＹ方向移動機構５３は、ラックアンドピニオン５３１およびモータ等を有し、第１支持フレーム５１をＹ方向に移動する。第２支持フレーム５２は、平面視において矩形の枠状、かつ、Ｚ方向に延びる部材であり、第１支持フレーム５１においてＸ方向に延びる各部位の上面に設けられたレール部５２１によりＸ方向に移動可能に支持される。ヘッドＸ方向移動機構５４は、モータ５４１およびボールねじ等を有し、第２支持フレーム５２をＸ方向に移動する。ヘッドＺ方向移動機構５５は、モータ５５１およびボールねじ等を有し、接合ヘッド４を支持しつつＺ方向に移動する。

【0032】

以上のように、接合装置１では、接合ヘッド４は、ヘッド移動部５により支持される。ヘッドＹ方向移動機構５３は、接合ヘッド４を既述の軸方向に移動する軸方向移動機構である。また、軸方向に沿って見た場合に、鋼管９１の外周面９１１における最上位置（すなわち、最も（＋Ｚ）側の位置）での接線方向とＸ方向は平行であるため、ヘッドＸ方向移動機構５４は、当該接線方向に接合ヘッド４を移動する接線方向移動機構である。

【0033】

一対の押付ローラ部６は、接合ヘッド４の（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側にそれぞれ配置される。一対の押付ローラ部６は、互いに同様の構造を有する。具体的には、各押付ローラ部６は、１つの押付ローラ６１と、ローラ支持ユニット６２とを備える。図１に示すように、押付ローラ６１は、Ｙ方向に延びており、鋼管９１に巻き付けられる薄板部材９２のＹ方向の幅よりも長い。押付ローラ６１の外周面は、例えば金属、または、ゴム等の弾性部材により形成される。押付ローラ６１の長さは、薄板部材９２の当該幅よりも短くてもよい。

【0034】

図３は、図２中の一対の押付ローラ部６の近傍を拡大して示す図である。図３に示すように、一対の押付ローラ部６の押付ローラ６１は、接合ヘッド４の相対回転方向の前側および後側において接合ヘッド４に近接する。各押付ローラ６１は、ローラ支持ユニット６２により支持される。ローラ支持ユニット６２は、１つの支持ベース部６３と、複数のローラ支持部６４とを備える。支持ベース部６３は、Ｙ方向に延びる部材であり、両端部が取付部６３１を介して第２支柱２７に固定される。詳細には、第２支柱２７においてＹ方向を向く両面には、それぞれがＺ方向に延びる複数の溝部が形成される。支持ベース部６３の各端部に固定された取付部６３１は、溝部を利用して第２支柱２７に固定される。取付部６３１は、第２支柱２７に対して着脱可能であり、Ｚ方向における支持ベース部６３の位置を変更することが可能である。

【0035】

複数のローラ支持部６４は、Ｙ方向に等間隔に配列され、支持ベース部６３に固定される。押付ローラ６１の両端部は、Ｙ方向における両端のローラ支持部６４により回転可能に支持される。図１の例では、押付ローラ６１の両端部間における複数の部位も、残りのローラ支持部６４により回転可能に支持される。図３に示すように、各ローラ支持部６４は、先端部６４１と、回動部６４２と、エアシリンダ６４３と、回動支持部６４４とを備える。

【0036】

回動支持部６４４は、支持ベース部６３に固定される。回動部６４２は、Ｌ字状の部材であり、Ｚ方向に延びる縦部と、Ｘ方向に延びる横部とを有する。回動支持部６４４は、縦部と横部との交差位置を中心として、回動部６４２を回動可能に支持する。先端部６４１は、回動部６４２の横部に固定される。詳細には、回動部６４２の横部にはＸ方向に沿って延びる孔部が設けられており、先端部６４１は、当該孔部に挿入されたボルトおよびナットを用いて回動部６４２に固定される。ローラ支持ユニット６２では、当該孔部内にボルトが配置される範囲内で、Ｘ方向における先端部６４１の位置を変更することが可能である。先端部６４１では、回動部６４２とは反対側の部位が下方に向かって屈曲しており、当該部位の先端において押付ローラ６１が回転可能に支持される。エアシリンダ６４３のピストンロッドは回動部６４２の縦部に接続される。

【0037】

押付ローラ部６では、複数のローラ支持部６４におけるエアシリンダ６４３がピストンロッドを押し出すことにより、押付ローラ６１が下方に移動し、図３中に実線にて示すように鋼管９１の外周面９１１に対して押し付けられる。すなわち、押付ローラ６１が、鋼管９１の外周面９１１を加圧する押付位置に配置される。また、エアシリンダ６４３がピストンロッドを引き込むことにより、図３中に二点鎖線にて示すように、押付ローラ６１が上方に移動して鋼管９１の外周面９１１から離れる。すなわち、押付ローラ６１が待機位置に配置される。

【0038】

図２に示すように、接合装置１は、上ローラ部７１と、横ローラ部７２とをさらに備える。上ローラ部７１は、上ローラ７１１と、ローラ支持部７１２と、エアシリンダ７１３とを備える。上ローラ７１１は、例えば、押付ローラ部６の押付ローラ６１と略同じ範囲にてＹ方向に延びる。ローラ支持部７１２は、上ローラ７１１の軸を支持するとともに、エアシリンダ７１３に接続される。上ローラ部７１では、エアシリンダ７１３がピストンロッドを引き込むことにより、上ローラ７１１が鋼管９１の外周面９１１に対して押し付けられる。エアシリンダ７１３がピストンロッドを押し出すことにより、上ローラ７１１が鋼管９１の外周面９１１から離れる。

【0039】

横ローラ部７２は、横ローラ７２１と、エアシリンダ７２３とを備える。横ローラ７２１は、例えば、押付ローラ部６の押付ローラ６１と略同じ範囲にてＹ方向に延びる。横ローラ７２１の軸は、エアシリンダ７２３のピストンロッドに接続される。横ローラ部７２では、エアシリンダ７２３がピストンロッドを押し出すことにより、横ローラ７２１が鋼管９１の外周面９１１に対して押し付けられる。エアシリンダ７２３がピストンロッドを引き込むことにより、横ローラ７２１が鋼管９１の外周面９１１から離れる。上ローラ部７１および横ローラ部７２は、必要に応じて利用される。

【0040】

次に、接合装置１が鋼管９１の外周面９１１に薄板部材９２を巻き付けて接合する（ＳＵＳライニング）処理の流れについて、図４を参照して説明する。接合処理では、まず、鋼管９１が準備される（ステップＳ１０）。鋼管９１の準備では、長尺の鋼管を所望の長さで切断することにより対象部材である鋼管９１が得られ、必要に応じて余盛のグラインダー研磨が施される。その後、鋼管９１の外周面９１１に対して、薄板部材９２を巻き付ける位置を示すマーキングが行われる。マーキングは、鋼管９１が接合装置１にセットされた後に行われてもよい。

【0041】

また、薄板部材９２が準備される（ステップＳ１１）。薄板部材９２の準備では、ステンレス鋼の薄板から、略矩形の薄板部材９２が切り出される（切断）。続いて、薄板部材９２に対して、鋼管９１の曲率に合わせて曲げ加工が施される。曲げ加工により薄板部材９２が予め湾曲した状態となる。さらに、鋼管９１に巻き付けた際に軸方向に沿うエッジ（以下、「軸方向エッジ」という。）に沿って、薄板部材９２に両面テープが貼着される。なお、作業手順等によっては、両面テープの貼着が省略されてもよい。

【0042】

鋼管９１および薄板部材９２が準備されると、鋼管９１が接合装置１にセットされる（ステップＳ１２）。具体的には、図１中に二点鎖線にて示す位置に、鋼管支持部２２および搬送用支持部２３が移動され、外部の搬送装置により、搬送用支持部２３の複数のローラ２３１上に鋼管９１が載置される。続いて、鋼管支持部２２の一対のローラ２２２を上昇させて鋼管９１を持ち上げることにより、鋼管９１の中心軸Ｊ１が保持回転機構３の中心軸に一致する。その後、鋼管支持部２２および搬送用支持部２３を鋼管９１と共に（－Ｙ）方向に移動することにより、保持回転機構３の近傍に鋼管９１が配置される。このとき、予め各チャック爪移動機構３１２がチャック爪３１１を径方向内側に移動することにより、チャック爪３１１が鋼管９１と干渉することが避けられる。そして、各チャック爪移動機構３１２がチャック爪３１１を径方向外側に移動し、鋼管９１の内周面に対して押し当てることにより、鋼管９１が保持回転機構３により保持される。なお、チャック爪３１１を鋼管９１の外周面に対して押し当てることにより、鋼管９１が保持されてもよい。

【0043】

続いて、図３の各押付ローラ部６では、複数のローラ支持部６４におけるエアシリンダ６４３がピストンロッドを押し出すことにより、押付ローラ６１が鋼管９１の外周面９１１に対して所定の力で押し付けられる。すなわち、押付ローラ６１が押付位置に配置される（ステップＳ１３）。本実施の形態では、一対の押付ローラ部６が鋼管９１を押し付ける力は略同じである。また、必要に応じて、図２中の上ローラ部７１の上ローラ７１１、および、横ローラ部７２の横ローラ７２１が鋼管９１の外周面９１１に対して押し付けられる。

【0044】

そして、薄板部材９２が鋼管９１の外周面９１１に巻き付けられる（ステップＳ１４）。具体的には、鋼管９１の外周面９１１上のマーキングが示す位置に、薄板部材９２が配置され、薄板部材９２の一の軸方向エッジ近傍の部位が外周面９１１に重ねられる。このとき、当該軸方向エッジに沿って貼着された両面テープにより、当該軸方向エッジ近傍の部位が外周面９１１に仮固定される。その後、保持回転機構３が鋼管９１の回転を開始する。これにより、当該軸方向エッジを先頭として、薄板部材９２の各部位が押付ローラ部６の押付ローラ６１を順に通過する。このとき、薄板部材９２と鋼管９１の外周面９１１との隙間を押付ローラ６１により潰しながら、薄板部材９２が鋼管９１に巻き付けられる。先頭の軸方向エッジが押付ローラ６１の位置まで戻ると、薄板部材９２の巻き付けが完了し、鋼管９１の回転が停止される。

【0045】

図５は、鋼管９１に巻き付けられた薄板部材９２を示す図であり、軸方向に沿って見た薄板部材９２の一部を示している。薄板部材９２において各軸方向エッジ９４１を含む部位（すなわち、軸方向エッジ９４１およびその近傍の部位）を軸方向エッジ部９４２と呼ぶと、図５に示すように、鋼管９１の外周面９１１上において一方の軸方向エッジ部９４２上に他方の軸方向エッジ部９４２が重ねられる。両軸方向エッジ部９４２が重なる幅は、例えば５～４０ｍｍである。以下の説明では、当該一方の軸方向エッジ部９４２および当該他方の軸方向エッジ部９４２をそれぞれ「内側の軸方向エッジ部９４２」および「外側の軸方向エッジ部９４２」とも呼ぶ。なお、外側の軸方向エッジ部９４２にも両面テープを貼着しておき、外側の軸方向エッジ部９４２が押付ローラ部６の押付ローラ６１を通過する直前に、剥離紙を剥がすことにより、外側の軸方向エッジ部９４２が内側の軸方向エッジ部９４２に貼着されてもよい。

【0046】

薄板部材９２が鋼管９１に巻き付けられると、薄板部材９２における周方向に沿う各エッジ（以下、「周方向エッジ」という。）が、鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合される（ステップＳ１５）。図６は、図４中のステップＳ１５にて行われる処理の流れを示す図であり、薄板部材９２の周方向エッジ９３１を鋼管９１に接合する処理を示す。図７および図８は、周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合を説明するための図である。図７では、Ｘ方向に沿って見た接合ヘッド４の接合ツール４１および薄板部材９２を示し、図８では、軸方向に沿って見た接合ツール４１および薄板部材９２を示している。

【0047】

周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合では、予めヘッド移動部５のヘッドＹ方向移動機構５３、ヘッドＸ方向移動機構５４およびヘッドＺ方向移動機構５５が接合ヘッド４を移動することにより、接合ツール４１の端面が薄板部材９２の一方の周方向エッジ９３１に対向する位置に配置されている（図７参照）。接合装置１では、回転軸Ｊ２を中心とする接合ツール４１の回転が開始され（ステップＳ１５１）、続いて、ヘッドＺ方向移動機構５５が接合ヘッド４を下降することにより、図７に示すように、接合ツール４１の端面が当該周方向エッジ９３１に接触する（ステップＳ１５２）。このとき、図８に示すように、鋼管９１の外周面９１１における最上位置Ｐ１からＸ方向にずれた位置に接合ツール４１が配置される。図８では、最上位置Ｐ１に配置された場合の接合ツール４１等を二点鎖線にて示している。

【0048】

ここで、接合装置１では、接合ヘッド４に設けられる接合ツール４１の回転軸Ｊ２が、鋼管９１の最上位置Ｐ１における外周面９１１の法線に平行（すなわち、Ｚ方向に平行）である。一方、摩擦攪拌接合では、接合対象の部材において接合すべき位置の法線に対して接合ツールの回転軸が所定角度（例えば、１～５°であり、好ましくは３°である。）だけ傾斜することが好ましい。そこで、既述のように、外周面９１１における最上位置Ｐ１での接線方向（すなわち、Ｘ方向）において最上位置Ｐ１からずれた位置に、接合ヘッド４の接合ツール４１が配置される。これにより、軸方向に沿って見た場合に、接合ツール４１が接触する鋼管９１の外周面９１１の位置の法線（図８中にて符号Ｎ１を付す破線にて示す。）に対して、回転軸Ｊ２が所定角度だけ傾斜する。なお、図８の例では、後述の鋼管９１の回転における回転方向が時計回りであるため、接合ツール４１の端面において、接合ヘッド４の相対回転方向の前側の部位が、薄板部材９２の表面から僅かに浮いた状態となる。

【0049】

接合装置１では、中心軸Ｊ１を中心とする鋼管９１の回転を開始することにより、鋼管９１の回転に伴って薄板部材９２の周方向エッジ９３１が鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合される（ステップＳ１５３）。このとき、図４のステップＳ１３から継続して、一対の押付ローラ部６の押付ローラ６１が押付位置に配置されている（すなわち、ステップＳ１５の前から鋼管９１の外周面９１１を加圧している。）。したがって、周方向エッジ９３１の外周面９１１に対する摩擦攪拌接合に並行して、接合ヘッド４の相対回転方向の前側および後側において、押付ローラ６１により薄板部材９２が鋼管９１に対して押し付けられている（すなわち、薄板部材９２がクランプされている。）。

【0050】

既述のように、各押付ローラ６１は軸方向に延びており、接合ツール４１に近接した鋼管９１の外周面９１１上の位置のみならず、当該位置から軸方向に離れた外周面９１１上の位置までの広範囲に亘って、押付ローラ６１が薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付ける。これにより、鋼管９１の外周面９１１に対する薄板部材９２の位置がずれることが抑制される。薄板部材９２の周方向エッジ９３１が、周方向の全体に亘って鋼管９１に接合されると、鋼管９１の回転、および、接合ツール４１の回転が停止され、周方向エッジ９３１の外周面９１１に対する接合が完了する（ステップＳ１５４，Ｓ１５５）。

【0051】

接合装置１では、薄板部材９２の他方の周方向エッジ９３１に対して、上記ステップＳ１５１～Ｓ１５５と同様の処理が行われ、当該他方の周方向エッジ９３１が外周面９１１に摩擦攪拌接合される。このようにして、薄板部材９２の各周方向エッジ９３１が鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合された周方向接合部９３（後述の図１１参照）が形成される。

【0052】

両側の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合が完了すると、接合ヘッド４が所定の退避位置に配置される。続いて、図１の回動軸Ｋ１を中心として接合ツール４１が所定角度だけ回動される（図１中の二点鎖線にて示す接合ツール４１参照）。また、ヘッド移動部５のヘッドＹ方向移動機構５３、ヘッドＸ方向移動機構５４およびヘッドＺ方向移動機構５５が接合ヘッド４を移動することにより、接合ツール４１の端面が薄板部材９２の軸方向エッジ９４１に対向する位置に配置される（図９参照）。そして、接合ツール４１の回転が開始され、ヘッドＺ方向移動機構５５が接合ヘッド４を下降することにより、図９に示すように、接合ツール４１の端面が当該軸方向エッジ９４１に接触する。既述のように、内側の軸方向エッジ部９４２上に外側の軸方向エッジ部９４２が重ねられているため、接合ツール４１の端面は、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１に接触する。また、Ｘ方向に沿って見た場合に、接合ツール４１が対向する鋼管９１の外周面９１１の位置の法線に対して、接合ツール４１の回転軸Ｊ２が所定角度だけ傾斜している。なお、軸方向エッジ９４１を接合する本動作において、当該法線に対する接合ツール４１の回転軸Ｊ２の傾斜は、Ｙ軸に平行な回動軸を中心とする傾斜であってもよい。

【0053】

接合装置１では、ヘッドＹ方向移動機構５３が接合ヘッド４を軸方向に連続的に移動することにより、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が内側の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合される（図４：ステップＳ１６）。このとき、ステップＳ１３から継続して、一対の押付ローラ部６の押付ローラ６１が押付位置に配置されている。したがって、外側の軸方向エッジ９４１の内側の軸方向エッジ部９４２に対する摩擦攪拌接合に並行して、Ｘ方向における接合ヘッド４の両側において、押付ローラ６１により薄板部材９２が鋼管９１に対して押し付けられる。これにより、内側および外側の軸方向エッジ部９４２が浮き上がることが防止され、外側の軸方向エッジ９４１が内側の軸方向エッジ部９４２に対して適切に接合される。以下の説明では、外側の軸方向エッジ９４１の内側の軸方向エッジ部９４２に対する接合を、軸方向エッジ部９４２同士の接合とも表現する。

【0054】

外側の軸方向エッジ９４１の全体が内側の軸方向エッジ部９４２に接合されると、ヘッドＹ方向移動機構５３による接合ヘッド４の移動、および、接合ツール４１の回転が停止され、軸方向エッジ部９４２同士の接合が完了する。これにより、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が内側の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合された軸方向接合部９４（後述の図１１参照）が形成される。なお、軸方向エッジ部９４２に貼着された両面テープは、摩擦攪拌接合にて生じる熱により消失する。

【0055】

その後、図３の各押付ローラ部６では、複数のローラ支持部６４におけるエアシリンダ６４３がピストンロッドを引き込むことにより、押付ローラ６１が鋼管９１の外周面９１１から離れる。すなわち、押付ローラ６１が待機位置に配置される（ステップＳ１７）。

【0056】

他の薄板部材９２を鋼管９１に接合する場合（ステップＳ１８）、上記ステップＳ１３～Ｓ１７が当該他の薄板部材９２に対して繰り返される。ここで、既に鋼管９１に接合されている薄板部材９２を第１薄板部材９２と呼び、当該他の薄板部材９２を第２薄板部材９２と呼ぶ。第２薄板部材９２は、第１薄板部材９２の（＋Ｙ）側に配置されるものとする。また、各薄板部材９２において各周方向エッジ９３１を含む部位（すなわち、周方向エッジ９３１およびその近傍の部位）を周方向エッジ部９３２と呼ぶ。

【0057】

ステップＳ１４において第２薄板部材９２を鋼管９１に巻き付ける際には、図１０に示すように、（－Ｙ）側の第１薄板部材９２の（＋Ｙ）側の周方向エッジ部９３２上に、（＋Ｙ）側の第２薄板部材９２の（－Ｙ）側の周方向エッジ部９３２が重ねられる。そして、ステップＳ１５では、第２薄板部材９２の当該周方向エッジ部９３２の周方向エッジ９３１が、第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２に摩擦攪拌接合される。これにより、第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２と第２薄板部材９２の周方向エッジ部９３２とが、軸方向において互いに連結される。第１薄板部材９２と第２薄板部材９２とが重なる幅は、例えば５～４０ｍｍである。一方、（＋Ｙ）側の第２薄板部材９２の（＋Ｙ）側の周方向エッジ９３１は、鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合される。以上のように、第２薄板部材９２の一方の周方向接合部９３（図１１参照）では、周方向エッジ９３１と第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２とが摩擦攪拌接合され、他方の周方向接合部９３では、周方向エッジ９３１と鋼管９１とが摩擦攪拌接合されている。

【0058】

また、第２薄板部材９２においても両端の軸方向エッジ部９４２が互いに重ねられる。そして、ステップＳ１６において、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が、内側の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合され、軸方向接合部９４が形成される。このとき、周方向において、第１薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置と、第２薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置とが相違する。換言すると、ステップＳ１４において第２薄板部材９２を鋼管９１に巻き付ける際に、周方向における第２薄板部材９２の軸方向エッジ部９４２の位置が、第１薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置からずらされる。

【0059】

第２薄板部材９２に対するステップＳ１３～Ｓ１７が完了すると、他の薄板部材９２を鋼管９１に接合するか否かが確認される。互いに連結された複数の薄板部材９２が軸方向に所望の長さ（ライニング長）となっておらず、さらに他の薄板部材９２を鋼管９１に接合する場合には（ステップＳ１８）、上記ステップＳ１３～Ｓ１７が繰り返される。

【0060】

互いに連結された複数の薄板部材９２が軸方向に所望の長さとなっており、他の薄板部材９２を鋼管９１に接合しない場合（ステップＳ１８）、鋼管９１が接合装置１から取り出される（ステップＳ１９）。具体的には、図１の各チャック爪移動機構３１２がチャック爪３１１を径方向内側に移動し、鋼管９１の内周面からチャック爪３１１が離される。また、鋼管支持部２２の一対のローラ２２２を下降させて鋼管９１を下ろすことにより、搬送用支持部２３の複数のローラ２３１上に鋼管９１が載置される。その後、鋼管支持部２２および搬送用支持部２３と共に鋼管９１が移動され、図１中に二点鎖線にて示す位置に配置される。そして、外部の搬送装置により鋼管９１が接合装置１から取り出される。以上の処理により、鋼管９１に薄板部材９２が接合された接合構造体９０（後述の図１１参照）が得られる。

【0061】

接合構造体９０は、必要に応じて補修される。例えば、外側から視認可能な周方向接合部９３および軸方向接合部９４が検査され、接合の不良が発見された場合に、溶接等により当該不良が補修される。また、ミニグラインダやブラスト処理等により、ばり（不要な突起）等が除去される。さらに、必要に応じて酸洗処理等が行われる。

【0062】

図１１は、接合構造体９０を示す斜視図である。接合構造体９０は、鋼管９１と、第１薄板部材９２と、第２薄板部材９２とを備える。鋼管９１は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状の外周面９１１を有する。鋼管９１の直径は、例えば０．３～２ｍである。中心軸Ｊ１に平行な軸方向における鋼管９１の長さは、例えば２０ｍ以下である。第１薄板部材９２および第２薄板部材９２は、ステンレス鋼により形成される薄板である。各薄板部材９２の厚さは、例えば０．１～１ｍｍであり、本実施の形態では、０．４ｍｍである。軸方向における１つの薄板部材９２の長さは、例えば０．５～２ｍであり、本実施の形態では、１．２ｍである。なお、薄板部材９２の個数は、２個には限定されず、１個または３個以上であってもよい。

【0063】

第１薄板部材９２は、鋼管９１の外周面９１１に巻き付けられている。第１薄板部材９２では、鋼管９１の外周面９１１上において一方の軸方向エッジ部９４２上に他方の軸方向エッジ部９４２が重ねられ、当該他方の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が当該一方の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合されている（図９参照）。すなわち、第１薄板部材９２は、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が内側の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合された軸方向接合部９４を有する。

【0064】

第２薄板部材９２は、第１薄板部材９２と同様の構造であり、鋼管９１の外周面９１１に巻き付けられている。第２薄板部材９２では、鋼管９１の外周面９１１上において一方の軸方向エッジ部９４２上に他方の軸方向エッジ部９４２が重ねられ、当該他方の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が当該一方の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合されている（図９参照）。すなわち、第２薄板部材９２は、外側の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が内側の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合された軸方向接合部９４を有する。図１１に示すように、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において、第１薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置と、第２薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置とが互いに相違する。

【0065】

また、軸方向において第１薄板部材９２と第２薄板部材９２とが連結されている。具体的には、第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２上に第２薄板部材９２の周方向エッジ部９３２が重ねられ、第２薄板部材９２の当該周方向エッジ部９３２の周方向エッジ９３１は、第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２に摩擦攪拌接合されている（図１０参照）。このように、第１薄板部材９２と第２薄板部材９２との間には、第２薄板部材９２の周方向エッジ９３１が、第１薄板部材９２の周方向エッジ部９３２に摩擦攪拌接合された周方向接合部９３が設けられる。

【0066】

第１薄板部材９２において第２薄板部材９２とは反対側の端部では、周方向エッジ９３１が鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合された周方向接合部９３が設けられる（図７参照）。第２薄板部材９２においても第１薄板部材９２とは反対側の端部では、周方向エッジ９３１が鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合された周方向接合部９３が設けられる。

【0067】

ここで、周方向における第１薄板部材の軸方向接合部９４の位置と、第２薄板部材の軸方向接合部９４の位置とが同じである比較例の接合構造体を想定する。既述のように、軸方向接合部９４では、両端の軸方向エッジ部９４２が互いに重なる（図９参照）。したがって、比較例の接合構造体では、第１薄板部材の周方向エッジ部９３２と第２薄板部材の周方向エッジ部９３２とが重なる領域において（図１０参照）、周方向における軸方向接合部９４の位置では、薄板部材が４層となる。当該位置では、摩擦攪拌接合を適切に行うことができず、接合不良が発生する場合がある。

【0068】

これに対し、図１１の接合構造体９０では、周方向において、第１薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置と、第２薄板部材９２の軸方向接合部９４の位置とが相違する。これにより、薄板部材が４層となることを避けて接合不良の発生を抑制する、すなわち、接合構造体９０を適切に製造することができる。その結果、好ましい接合構造体９０を提供することができる。

【0069】

上記接合装置１では、様々な直径の鋼管９１に対して薄板部材９２を接合することが可能である。例えば、直径が比較的小さい鋼管９１に対して薄板部材９２を接合する際には、図１２に示すように、鋼管支持部２２の一対のローラ２２２が上昇することにより、鋼管９１の中心軸Ｊ１が保持回転機構３の中心軸に一致する。また、各押付ローラ部６において、取付部６３１の第２支柱２７に対する固定位置を下方にずらすことにより、押付ローラ６１が鋼管９１の外周面９１１を押し付けることが可能な位置に配置される。押付ローラ部６では、回動部６４２の横部に対する先端部６４１の位置がＸ方向にずらされて、Ｘ方向における押付ローラ６１の位置が変更されてもよい（図３参照）。必要に応じて、上ローラ部７１の上ローラ７１１、および、横ローラ部７２の横ローラ７２１も鋼管９１の外周面９１１に対して押し付けられる。

【0070】

さらに、ヘッドＺ方向移動機構５５が接合ヘッド４を下降することにより、接合ツール４１の端面が鋼管９１の外周面９１１近傍に配置される。以上のように、接合装置１では、軸方向に沿って見た場合に、鋼管支持部２２の一対のローラ２２２の位置、押付ローラ部６の押付ローラ６１の位置、接合ツール４１の位置等を変更することにより、図１２の鋼管９１に対して薄板部材９２を接合することが可能となる。

【0071】

図１２中に二点鎖線にて示すように、鋼管９１の外周面９１１と一のローラ（図１２では、押付ローラ６１）との間に薄板部材９２を送り込む薄板部材受け台７３が、接合装置１に設けられてもよい。薄板部材受け台７３には、軸方向に対して薄板部材９２の周方向エッジ９３１が垂直となるように、周方向エッジ９３１と接触する位置決めレールが設けられる。

【0072】

以上に説明したように、接合装置１は、鋼管９１の中心軸Ｊ１を中心として鋼管９１を回転する保持回転機構３と、鋼管９１の外周面９１１に巻き付けられる薄板部材９２の周方向エッジ９３１を、鋼管９１の回転に伴って鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合する接合ヘッド４と、接合ヘッド４の相対回転方向の前側において接合ヘッド４に近接した位置から軸方向に延びる押付ローラ６１を有し、当該押付ローラ６１により薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付ける押付ローラ部６とを備える。

【0073】

ここで、接合ヘッドの相対回転方向の前側において接合ヘッドに近接した位置に、幅の狭いローラ（軸方向の長さが短いローラ）を設ける比較例の接合装置を想定する。比較例の接合装置では、摩擦攪拌接合が行われる直前の薄板部材９２の部位を当該ローラにより鋼管９１に密着させることができ、薄板部材９２と鋼管９１とを適切に接合することが可能となる。しかしながら、当該ローラにより狭い領域のみで薄板部材９２を押し付けるため、当該領域を中心として薄板部材９２が僅かに回転し、鋼管９１の外周面９１１における中心軸Ｊ１に垂直な円周に対して、薄板部材９２の周方向エッジ９３１が傾きやすくなる。また、薄板部材９２がねじれたり、部分的に膨らむ（外周面９１１から浮き上がる）こともある。このようにして、周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合時に、薄板部材９２の位置がずれてしまう。

【0074】

これに対し、軸方向に延びる押付ローラ６１を有する接合装置１では、押付ローラ６１が軸方向の広範囲にて薄板部材９２を鋼管９１に押し付けるため、外周面９１１における中心軸Ｊ１に垂直な円周に対して、薄板部材９２の周方向エッジ９３１が傾きにくくなる。また、薄板部材９２がねじれたり、部分的に膨らむことも抑制される。その結果、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合時に、薄板部材９２の位置がずれることを容易に抑制することができる。

【0075】

好ましくは、押付ローラ部６の押付ローラ６１が、接合ヘッド４とは独立して支持される。これにより、押付ローラ６１が鋼管９１から受ける反力が、接合ヘッド４に影響を及ぼすことを防止することができ、薄板部材９２の周方向エッジ９３１を鋼管９１の外周面９１１に安定して接合することが可能となる。接合装置１の設計によっては、押付ローラ６１が接合ヘッド４に固定される等、押付ローラ６１と接合ヘッド４とが実質的に同じ支持部により支持されてもよい。

【0076】

好ましくは、接合ヘッド４の相対回転方向の後側に配置され、上記押付ローラ部６と同様の構造を有するもう１つの押付ローラ部６をさらに備える。これにより、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合時に、薄板部材９２の位置がずれることをより確実に抑制することができる。また、摩擦攪拌接合が行われた直後の薄板部材９２の部位に生じる膨らみを、当該押付ローラ部６の押付ローラ６１により潰すことができ、好ましい周方向接合部９３を形成することができる。さらに、鋼管９１をいずれの回転方向に回転する場合でも、周方向エッジ９３１の接合を適切に行うことができる。

【0077】

好ましくは、接合装置１が、接合ヘッド４を軸方向に移動する軸方向移動機構（上述の例では、ヘッドＹ方向移動機構５３）をさらに備える。また、鋼管９１の外周面９１１上において一方の軸方向エッジ部９４２上に他方の軸方向エッジ部９４２が重ねられる。そして、接合ヘッド４を当該他方の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１に接触させた状態で、軸方向移動機構が接合ヘッド４を軸方向に移動することにより、当該他方の軸方向エッジ部９４２の軸方向エッジ９４１が当該一方の軸方向エッジ部９４２に摩擦攪拌接合される。このとき、周方向における接合ヘッド４の両側において、軸方向に延びる押付ローラ６１により薄板部材９２が鋼管９１に押し付けられるため、薄板部材９２の軸方向エッジ部９４２同士を適切に接合することができる。

【0078】

好ましくは、接合装置１が、軸方向に沿って見た場合に、鋼管９１の外周面９１１における所定位置（上述の例では、最上位置Ｐ１）での接線方向に接合ヘッド４を移動する接線方向移動機構（上述の例では、ヘッドＸ方向移動機構５４）を備える。また、接合ヘッド４に設けられる接合ツール４１の回転軸Ｊ２が、当該所定位置における外周面９１１の法線に平行である。そして、当該接線方向において当該所定位置からずれた位置に、接線方向移動機構が接合ヘッド４を配置することにより、軸方向に沿って見た場合に、接合ツール４１が対向する鋼管９１の外周面９１１の位置の法線に対して回転軸Ｊ２が所定角度だけ傾斜する。このように、接合装置１では、接合ヘッド４を直線的に移動する移動機構を用いて、接合ツール４１の回転軸Ｊ２を外周面９１１の法線に対して容易に傾斜させることができる。

【0079】

なお、外周面９１１における当該所定位置は、最上位置Ｐ１以外であってもよい。また、接合装置１の設計によっては、軸方向に平行な軸を中心として接合ツール４１を傾斜させる機構が採用されてもよい。薄板部材９２を鋼管９１に適切に接合することが可能である場合には、接合ツール４１の回転軸Ｊ２を外周面９１１の法線に対して傾斜させなくてもよい。

【0080】

好ましくは、接合装置１を軸方向に沿って見た場合に、軸方向に垂直な２方向（上述の例では、Ｘ方向およびＺ方向）において、押付ローラ部６の押付ローラ６１の位置が変更可能である。これにより、様々な直径の鋼管９１に対して押付ローラ６１を利用して、薄板部材９２の接合を行うことができる。接合装置１では、モータ等を有する機構により、押付ローラ６１のＸ方向およびＺ方向の位置が変更可能とされてもよい。軸方向に沿って見た場合に、押付ローラ６１の位置が変更可能な２方向は、必ずしも互いに直交する必要はなく、互いに交差する方向であればよい。

【0081】

上述の接合方法は、鋼管９１の中心軸Ｊ１を中心として鋼管９１を回転する工程（ステップＳ１５３）と、鋼管９１の外周面９１１に巻き付けられる薄板部材９２の周方向エッジ９３１を、鋼管９１の回転に伴って接合ヘッド４により鋼管９１の外周面９１１に摩擦攪拌接合する工程（ステップＳ１５１，Ｓ１５２）と、接合ヘッド４の相対回転方向の前側において接合ヘッド４に近接した位置から軸方向に延びる押付ローラ６１により、薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付ける工程（ステップＳ１３）とを備える。これにより、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合時に、薄板部材９２の位置がずれることを容易に抑制することができる。

【0082】

上記処理例では、鋼管９１の外周面９１１に薄板部材９２を巻き付けた後（ステップＳ１４）、薄板部材９２の周方向エッジ９３１が鋼管９１に接合されるが（ステップＳ１５）、薄板部材９２の鋼管９１に対する巻き付けと、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合とが同時に行われてもよい。これにより、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合を効率よく行うことができる。この場合に、軸方向エッジ部９４２における両面テープの貼着が省略されてもよい。

【0083】

図１３Ａないし図１３Ｄは、押付ローラ部６の押付ローラ６１の他の例を示す図であり、（＋Ｚ）側から（－Ｚ）方向を向いて見た押付ローラ部６、鋼管９１および薄板部材９２を示している。好ましい接合装置１では、図１３Ａのように、軸方向における薄板部材９２の全長に亘って延びる押付ローラ６１が設けられる。当該押付ローラ６１は、複数のローラ支持部６４により支持および加圧される。図１３Ｂのように、軸方向の長さが薄板部材９２よりも短い複数の押付ローラ６１が軸方向に配列されてもよい。各押付ローラ６１は、２個のローラ支持部６４により支持および加圧される。

【0084】

図１３Ｃのように、芯部６１１に対して、複数の円筒部材６１２が嵌め込まれた押付ローラ６１が用いられてもよい。芯部６１１は、軸方向における薄板部材９２の全長に亘って延びており、複数の円筒部材６１２は隙間を空けて軸方向に配列される。芯部６１１は、複数のローラ支持部６４により支持および加圧される。図１３Ｄのように、比較的短い２個の押付ローラ６１が、軸方向に離れて配置されてもよい。図１３Ｄの例では、当該２個の押付ローラ６１は、薄板部材９２の両側の周方向エッジ９３１にそれぞれ重なる。各押付ローラ６１は、２個のローラ支持部６４により支持および加圧される。

【0085】

ここで、接合ヘッド４の相対回転方向の前側において、接合ヘッド４に近接した鋼管９１の外周面９１１上の位置を第１注目位置とする。接合装置１では、押付ローラ６１が当該第１注目位置にて薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付けることにより、摩擦攪拌接合が行われる直前の薄板部材９２の部位を鋼管９１に密着させることができ、薄板部材９２と鋼管９１とを適切に接合することが可能となる。

【0086】

このとき、押付ローラ６１が薄板部材９２を大きい荷重にて鋼管９１に対して押し付ける場合でも、仮に既述の比較例の接合装置のように、押付ローラ６１の幅が狭く、押付ローラ６１の薄板部材９２に対する接触面が小さすぎると、薄板部材９２が傾く、ねじれる、第１注目位置以外の部位が膨らむ等して、薄板部材９２の位置がずれてしまう。これに対し、接合装置１では、第１注目位置から軸方向に離れた外周面９１１上の位置を第２注目位置として、押付ローラ部６が少なくとも第１注目位置および第２注目位置にて薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付ける。これにより、薄板部材９２の周方向エッジ９３１の鋼管９１に対する接合時に、薄板部材９２の位置がずれることを抑制することが可能となる。

【0087】

押付ローラ部６が薄板部材９２を鋼管９１に対して押し付ける軸方向の範囲を、押付範囲とすると、押付範囲は大きいほど好ましい。押付範囲は、軸方向における薄板部材９２の全長の１／４以上であることが好ましく、薄板部材９２の全長の１／２以上であることがより好ましい。図１３Ｂおよび図１３Ｄのように、複数の押付ローラ６１が軸方向に並ぶ場合、押付範囲は、複数の押付ローラ６１が薄板部材９２に接触する軸方向の長さの和である（図１３Ｂでは、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３であり、図１３Ｄでは、Ｌ１＋Ｌ２である。）。図１３Ｃのように、複数の円筒部材６１２が軸方向に並ぶ場合、押付範囲は、複数の円筒部材６１２が薄板部材９２に接触する軸方向の長さの和である（図１３Ｃでは、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３である。）。

【0088】

なお、周方向エッジ９３１の接合時に、薄板部材９２の位置がずれることを抑制する点のみに着目する場合には、図１４のように、軸方向において周方向エッジ９３１から離れた位置において、軸方向に延びる押付ローラ６１により、薄板部材９２が鋼管９１に対して押し付けられてもよい。

【0089】

上記接合装置１、接合方法および接合構造体９０では様々な変形が可能である。

【0090】

接合装置１の設計によっては、接合ヘッド４の相対回転方向における後側の押付ローラ部６が省略されてもよい。

【0091】

接合装置１において、２個の接合ヘッド４を設けることにより、薄板部材９２の両側の周方向エッジ９３１が同時に接合されてもよい。また、鋼管９１に薄板部材９２を巻き付けた後、周方向エッジ９３１の接合前に、軸方向エッジ部９４２同士が接合されてもよい。

【0092】

鋼管９１が大型である場合には、軸方向に移動可能な門型の支持部に接合ヘッド４および押付ローラ部６が取り付けられてもよい。この場合、当該支持部が保持回転機構３とは分離して設けられ、当該支持部が保持回転機構３から軸方向に離れた状態で、鋼管９１が搬入されて保持回転機構３に取り付けられる。その後、当該支持部を保持回転機構３側に移動することにより、鋼管９１の外周面９１１に対向する位置に接合ヘッド４および押付ローラ部６が配置される。

【0093】

鋼管９１を軸方向（Ｙ方向）に移動する軸方向移動機構により、接合ヘッド４が鋼管９１に対して軸方向に相対的に移動してもよい。同様に、鋼管９１を上述の接線方向（Ｘ方向）に移動する接線方向移動機構により、接合ヘッド４が鋼管９１に対して接線方向に相対的に移動してもよい。接合装置１では、軸方向移動機構および接線方向移動機構が省略されてもよい。

【0094】

保持回転機構３は、チャック爪３１１以外により鋼管９１を保持するものであってもよい。例えば、複数のローラにより鋼管９１が下方から支持（保持）され、一部のローラが回転することにより、鋼管９１が回転してもよい。

【0095】

接合ヘッド４および押付ローラ部６は、必ずしも鋼管９１の上方に配置される必要はない。例えば、鋼管９１の下方に、接合ヘッド４および押付ローラ部６が配置されてもよい。

【0096】

薄板部材９２は、防食性等の所定の性能を有する、ステンレス鋼以外の材料により形成されてもよい。鋼管９１の外周面９１１は、必ずしも円筒面である必要はなく、中心軸Ｊ１を中心とする円錐台面等であってもよい。薄板部材９２が接合される対象部材は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状の外周面を有するものであるならば、鋼管９１以外であってもよい。

【0097】

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

【符号の説明】

【0098】

１ 接合装置
３ 保持回転機構
４ 接合ヘッド
６ 押付ローラ部
４１ 接合ツール
５３ ヘッドＹ方向移動機構
５４ ヘッドＸ方向移動機構
６１ 押付ローラ
９０ 接合構造体
９１ 鋼管
９２ 薄板部材
９４ 軸方向接合部
９１１ （鋼管の）外周面
９３１ 周方向エッジ
９３２ 周方向エッジ部
９４１ 軸方向エッジ
９４２ 軸方向エッジ部
Ｊ１ （鋼管の）中心軸
Ｊ２ （接合ツールの）回転軸
Ｐ１ （鋼管の）最上位置
Ｓ１０～Ｓ１９，Ｓ１５１～Ｓ１５５ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14】