JP2000117430A - 突合せ継手構造 - Google Patents

突合せ継手構造

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JP2000117430A
JP2000117430A JP10295430A JP29543098A JP2000117430A JP 2000117430 A JP2000117430 A JP 2000117430A JP 10295430 A JP10295430 A JP 10295430A JP 29543098 A JP29543098 A JP 29543098A JP 2000117430 A JP2000117430 A JP 2000117430A
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Rentaro Kato
錬太郎 加藤
Yuichi Ogawa
雄一 小川
Koji Uchino
広治 内野
Shigetoshi Jogan
茂利 成願
Tomoaki Yamanoi
智明 山ノ井
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Sumitomo Riko Co Ltd
Altemira Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Riko Co Ltd
Showa Aluminum Corp
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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  • Standing Axle, Rod, Or Tube Structures Coupled By Welding, Adhesion, Or Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部にルート割れ等の接合欠陥が発生する
ことを防止し、これにより高い強度的信頼性を有する突
合せ継手構造を提供すること。 【解決手段】 端面に凹部10a 、21a を有する2個の金
属製接合部材10、20の端面同士が突き合わされ、かつ摩
擦撹拌接合により接合されている。突合せ部Tには、凹
部10a 、21a からなる中空部Sが形成されている。この
中空部Sには、円柱状の金属製中子30が、両接合部材1
0、20に跨る態様で、かつ両接合部材10、20の端面同士
の接合部Wに接合されていない非接合状態で、圧入され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、突合せ状態に配
置した2個の金属製接合部材が、突合せ部において接合
されている突合せ継手構造に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、端面に凹部を有する金属製接合
部材の端面同士を突き合わせると、両接合部材の突合せ
部に、前記凹部からなる中空部が形成される場合があ
る。このように突合せ部に中空部が形成された2個の接
合部材の端面同士を接合してなる突合せ継手は、接合強
度が低く、しかも接合された端部が凹み易いという欠点
を有していた。
【0003】そこで、中空部内に中子を嵌入し、これに
より接合部を補強することが従来から行われていた。そ
の一例を図6に示す。
【0004】同図において、(51)(52)は、棒状
の金属製パイプ材からなる2個の接合部材である。そし
て、パイプ材の中空部(51a)(52a)が、接合部
材(51)(52)の端面に形成された凹部となるもの
である。これら両接合部材(51)(52)は、円形断
面を有しており、互いに同形・同寸に形成されている。
【0005】(53)は、円柱状の金属製中子で、その
径が前記両接合部材(51)(52)の内径と同寸に設
定され、これにより両接合部材(51)(52)の中空
部(51a)(52a)内に、ぴったりと嵌入されるも
のとなされている。
【0006】そして、同図(a)に示すように、両接合
部材(51)(52)の端面同士を突き合わせる際に、
前記中子(53)の両端部を両接合部材(51)(5
2)の中空部(51a)(52a)内に嵌め込むことに
より、中空部(51a)(52a)内に中子(53)を
両接合部材(51)(52)に跨る態様で嵌入し、次い
で、同図(b)に示すように、両接合部材(51)(5
2)の突合せ部(T’)を接合することにより、同図
(c)に示した突合せ継手が製作されていた。同図にお
いて(W’)は、両接合部材(51)(52)の端面同
士の接合部で、突合せ部(T’)の全周に亘って形成さ
れている。
【0007】なお、両接合部材(51)(52)の端面
同士の接合としては、MIG、TIG等の溶融溶接が一
般に適用されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の突合せ継手構造は、同図(c)に示すように、両接
合部材(51)(52)と中子(53)とが、両パイプ
材(51)(52)の端面同士の接合部(W’)におい
て一体に接合されていたことから、接合する時に、接合
部(W’)に中子(53)との界面においてルート割れ
(R)…が発生し、そのため接合強度が小さく、強度的
信頼性が低いという欠点があった。
【0009】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたもので、端面に凹部を有する2個の接合部
材の端面同士が突き合わされ、かつ接合されるととも
に、突合せ部に形成された前記凹部からなる中空部内
に、中子が嵌入されている突合せ継手構造において、接
合部にルート割れが発生することを防止し、これにより
高い強度的信頼性を有する突合せ継手構造を提供するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、端面に凹部を有する2個の接合部材の
端面同士が突き合わされ、かつ接合されるとともに、突
合せ部に前記凹部からなる中空部が形成され、かつこの
中空部内に中子が両接合部材に跨る態様で嵌入された突
合せ継手構造において、前記中子が、両接合部材の端面
同士の接合部に接合されていない非接合状態で嵌入され
ていることを特徴とする。
【0011】これによれば、中子が、両接合部材の端面
同士の接合部に接合されていない非接合状態で嵌入され
ていることにより、接合部にルート割れが発生し難くな
り、この結果、接合強度が向上し、突合せ継手の強度的
信頼性が高くなる。
【0012】また、両接合部材の端面同士の突合せ部に
形成された中空部内には、中子が両接合部材に跨る態様
で嵌入されているから、接合された端部が中子により補
強され、そのため接合された端部が外圧に対して強い構
造を採るものとなり、したがって例えば接合された端部
が外圧を受けて凹んでしまうことがなくなる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、この発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。
【0014】この実施形態で示した突合せ継手は、図1
〜図4に示すように、自動車のサスペンションアーム用
部材等のアーム用部材として用いられるものである。
【0015】図1において、(10)は、前記アーム用
部材の部材本体に対応する棒状のパイプ材からなる第1
接合部材である。そして、パイプ材の中空部(10a)
が、この第1接合部材(10)の端面に形成された凹部
となるものである。この第1接合部材(10)は、アル
ミニウム(その合金を含む、以下同じ)材からなり、例
えばA6061−T6材から製作されており、かつ円筒
状に形成されている。
【0016】(20)(20)は、前記アーム用部材の
部材本体の両端部に形成されたブッシュ装着部に対応す
る合計2個の第2接合部材である。この第2接合部材
(20)は、アルミニウム材からなり、例えばA606
1−T6材から製作されている。
【0017】この第2接合部材(20)は、ブッシュ保
持孔(22a)を有する円筒部(22)と、該円筒部
(22)の外周面に一体に突設された円形断面の突出部
(21)とから構成されている。そして、前記ブッシュ
保持孔(22a)内には、ゴム弾性部を有する円筒型の
防振ブッシュ(23)が圧入装着されている。
【0018】さらに、この第2接合部材(20)の突出
部(21)の端面における中央部には、図2に示すよう
に、円形の凹部(21a)が形成されており、これによ
り突出部(21)は円筒状に形成されている。この突出
部(21)の外径は、前記第1接合部材(10)の端部
の外径と同寸に設定されている。さらに、突出部(2
1)の内径、つまり凹部(21a)の径は、前記第1接
合部材(10)の端部の内径、つまり中空部(10a)
の径と同寸に設定されている。したがって、第1接合部
材(10)の端面と第2接合部材(20)の突出部(2
1)の端面とを突き合わせると、図3(a)に示すよう
に、第1接合部材(10)の外周面と第2接合部材(2
0)の突出部(21)の外周面とが面一になるととも
に、第1接合部材(10)の中空部(10a)の周面と
第2接合部材(20)の突出部(21)の凹部(21
a)の周面とが面一になるものとなされ、かつ第1及び
第2接合部材(10)(20)の端面同士の突合せ部
(T)には、第1接合部材(10)の中空部(10a)
と第2接合部材(20)の突出部(21)の凹部(21
a)とからなる中空部(S)が形成されるものとなされ
ている。
【0019】図2において、(30)は中子で、円柱状
に形成されている。この中子(30)は、例えば500
℃といった高温時の変形抵抗が前記第1及び第2接合部
材(10)(20)の構成材料よりも大きなアルミニウ
ム材からなり、例えばA5083材からなる。
【0020】そして、この中子(30)の径は、前記第
1接合部材(10)の中空部(10a)の径及び第2接
合部材(20)の突出部(21)の凹部(21a)の径
に対して、若干大寸に設定されており、これにより中子
(30)は、突合せ部(T)に形成された前記中空部
(S)内に圧入状態で嵌入されるものとなされている。
【0021】図4は、この実施形態の突合せ継手構造の
断面図である。同図に示すように、前記第1接合部材
(10)の端部と前記第2接合部材(20)の突出部
(21)とは、互いに端面同士が突き合わされ、かつM
IG、TIG等の溶融溶接や摩擦撹拌接合等の固相接合
により突合せ接合されることによって、一体に連結され
ている。同図において(W)は、第1接合部材(10)
と第2接合部材(20)の端面同士の接合部で、突合せ
部(T)の全周に亘って形成されている。この実施形態
では、第1及び第2接合部材(10)(20)の端面同
士の接合は、後述するように摩擦撹拌接合により行われ
ている。
【0022】この突合せ継手構造において、中子(3
0)は、第1接合部材(10)の端面と、第2接合部材
(20)の突出部(21)の端面との突合せ部(T)に
形成された中空部(S)内に、第1接合部材(10)と
第2接合部材(20)の突出部(21)とに跨る態様で
嵌入されるとともに、その周面が第1接合部材(10)
の中空部(10a)の周面及び第2接合部材(20)の
凹部(21a)の周面に面接触状態で圧接している。し
かしならが、この中子(30)は、第1及び第2接合部
材(10)(20)の端面同士の接合部(W)には実質
的に接合固着されておらず、第1接合部材(10)の中
空部(10a)の周面への圧接及び第2接合部材(2
0)の凹部(21a)の周面への圧接によって、動かな
いよう固定されている。すなわち、第1接合部材(1
0)と第2接合部材(20)とは、摩擦撹拌接合によっ
て端面同士が接合されているが、中子(30)は、第1
及び第2接合部材(10)(20)の端面同士の接合部
(W)に接合されていない非接合状態で、前記中空部
(S)内に嵌入されている。
【0023】この突合せ継手は、次のようにして得られ
たものである。
【0024】すなわち、図2に示すように、第1接合部
材(10)の端面と第2接合部材(20)の突出部(2
1)の端面とを突き合わせる際に、中子(30)の一端
部を、第1接合部材(10)の中空部(10a)内に圧
入するとともに、他端部を第2接合部材(20)の突出
部(21)の凹部(21a)内に圧入する。こうするこ
とにより、図3(a)に示すように、中子(30)は、
第1及び第2接合部材(10)(20)の端面同士の突
合せ部(T)に形成された中空部(S)内に、第1及び
第2接合部材(10)(20)に跨る態様で嵌入され
る。
【0025】次いで、第1及び第2接合部材(10)
(20)の端面同士を摩擦撹拌接合する。この摩擦撹拌
接合を説明すれば、(40)は摩擦撹拌接合用の接合工
具で、径大の円柱状回転子(41)の肩部(41a)軸
線上に径小のピン状プローブ(42)が突設されている
ものである。前記回転子(41)及びプローブ(42)
は、第1及び第2接合部材(10)(20)よりも硬質
で、かつ発生する摩擦熱に耐えうる耐熱材料から構成さ
れている。また、前記プローブ(42)の周面には、ネ
ジ山状の撹拌用凸部(図示せず)が形成されている。
【0026】この接合工具(40)を用い、回転子(4
1)を回転させることによってプローブ(42)を回転
させながら、該プローブ(42)を第1及び第2接合部
材(10)(20)の端面同士の突合せ部(T)にその
外周面から挿入する。挿入は、図3(b)に示すよう
に、プローブ(42)の先端が、第1及び第2接合部材
(10)(20)の突合せ部(T)における肉厚を越え
ないで、第1及び第2接合部材(10)(20)の突合
せ部(T)における内周面の近傍に到達するまで行う。
この挿入に際し、プローブ(42)の先端を中子(3
0)に挿入しないよう留意する。また、回転子(41)
の肩部(41a)を、第1及び第2接合部材(10)
(20)の突合せ部(T)における外周面に押し付ける
ことが、摩擦熱をより多く発生させることができる点等
で、好ましい。そして、プローブ(42)を挿入状態で
突合せ部(T)に沿って相対的に移動させる。
【0027】すると、プローブ(42)の回転により発
生する摩擦熱、あるいは更に回転子(41)の肩部(4
1a)と第1及び第2接合部材(10)(20)の突合
せ部(T)における外周面との摺動に伴い発生する摩擦
熱により、プローブ(42)との接触部分近傍におい
て、第1及び第2接合部材(10)(20)は軟化し、
かつ該軟化部分がプローブ(42)の回転により撹拌さ
れるとともに、プローブ(42)の移動に伴って、軟化
撹拌部分がプローブ(42)の通過溝を埋めるようにプ
ローブ(42)の進行方向後方へと回り込む態様で塑性
流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化される。こ
の現象がプローブ(42)の移動に伴って順次繰り返さ
れていき、最終的に第1接合部材(10)の端面と第2
接合部材(20)の突出部(21)の端面とが全周に亘
って一体に接合される。
【0028】このような摩擦撹拌接合によれば、固相接
合であるため、第1接合部材(10)や第2接合部材
(20)の材質に制約を受けないとか、熱歪みによる変
形が少ない、等の利点がある。
【0029】こうして、図4に示す突合せ継手が得られ
る。この突合せ継手において、第1及び第2接合部材
(10)(20)の端面同士の突合せ部(T)に形成さ
れた中空部(S)内には、中子(30)が、その外周面
を第1接合部材(10)の内周面及び第2接合部材(2
0)の突出部(21)の内周面に面接触状態に圧接させ
る態様で、かつ第1及び第2接合部材(10)(20)
に跨る態様で、嵌入されていることから、接合された端
部は外圧に対して極めて強い構造となっている。その
上、中子(30)は、高温時の変形抵抗が前記第1及び
第2接合部材(10)(20)の構成材料よりも大きな
アルミニウム材からなるので、摩擦撹拌接合中に摩擦熱
により変形してしまうことはなく、そのため接合された
端部の形状は保持されている。
【0030】しかも、この中子(30)は、第1及び第
2接合部材(10)(20)の端面同士の接合部(W)
に接合されていないことから、接合部(W)には、ルー
ト割れが発生しておらず、そのため接合部(W)の接合
強度は高くなっており、したがって得られた突合せ継
手、すなわちアーム用部材は、高い強度的信頼性を有す
るものとなっている。もとより、第1及び第2接合部材
(10)(20)と中子(30)は、いずれもアルミニ
ウム材からなるので、得られたアーム用部材は軽量なも
のとなっている。
【0031】図5は、上記中子(30)の二つの変形例
を示している。同図(a)に示す中子(31)は、円筒
状に形成されているものである。同図(b)に示す中子
(32)は、円筒部(32a)にその中空部を長さ方向
に複数個に仕切る隔壁状の補強壁部(32b)が形成さ
れているものである。
【0032】これら2個の中子(31)(32)はいず
れも、例えば500℃といった高温時の変形抵抗が第1
及び第2接合部材(10)(20)よりも大きなアルミ
ニウム材から製作されており、例えばA5083材から
製作されている。そして、これら2個の中子(31)
(32)はいずれも、その外周面が第1接合部材(1
0)の中空部(10a)の周面及び第2接合部材(2
0)の凹部(21a)の周面に面接触状態で圧接する態
様で、中空部(S)内に嵌入されるものである。これら
2個の中子(31)(32)を使用することにより、得
られる突合せ継手をより一層軽量にすることができる。
【0033】ここで、摩擦撹拌接合によれば、接合時
に、プローブ(42)の挿入圧や回転子(41)の肩部
(41a)の押付け圧が中子に加わることから、上記3
個の中子(30)(31)(32)のうち、上記実施形
態で示した中子(30)や、図5(b)に示した中子
(32)を使用することが望ましい。こうすることによ
り、プローブ(42)の挿入圧や回転子(41)の肩部
(41a)の押付け圧により生じる中子(30)(3
2)の変形を防止することができ、したがって接合され
る端部をしっかりと保持することができる。
【0034】而して、上記実施形態では、第1及び第2
接合部材(10)(20)の端面同士の接合は、摩擦撹
拌接合により行われているが、この接合をTIG、MI
G等の溶融接合によって行っても良い。
【0035】溶融接合で行う場合には、上記3個の中子
(30)(31)(32)を、第1及び第2接合部材
(10)(20)の端面同士の接合部(W)に接合され
難い材料から製作することが良い。例えば、第1及び第
2接合部材(10)(20)がアルミニウム材からなる
場合には、中子(30)(31)(32)を、鉄、SU
S、セラミック等から製作することが良い。こうするこ
とにより、第1及び第2接合部材(10)(20)の端
面同士の接合部(W)に中子(30)(31)(32)
が接合固着されてしまうことを確実に防止することがで
きる。
【0036】また、中子(30)(31)(32)の外
周面に、第1及び第2接合部材(10)(20)の端面
同士の接合部(W)に接合され難くなるような表面処理
を施しても良い。例えば、第1及び第2接合部材(1
0)(20)がアルミニウム材からなる場合には、中子
(30)(31)(32)の外周面にアルマイト皮膜や
クロメート皮膜を形成することが良い。こうすることに
より、第1及び第2接合部材(10)(20)の端面同
士の接合部(W)に中子(30)(31)(32)が接
合固着されてしまうことを確実に防止できる上、中子
(30)(31)(32)がアルミニウム材からなるこ
とにより、得られる突合せ継手を軽量にすることができ
る。
【0037】さらに、この発明は、上記実施形態に限定
されるものはなく、様々に設定変更可能である。
【0038】例えば、上記実施形態において、第1接合
部材(10)の端面、及び第2接合部材(20)の突出
部(21)の端面の開先形状は、I形であるが、その
他、例えばV形、U形、J形であっても良い。
【0039】また、中子(30)(31)(32)は、
第1及び第2接合部材(10)(20)の端面同士を接
合した後で、中空部(S)内に嵌入しても良い。
【0040】もとより、この発明に係る突合せ継手構造
は、アーム用部材にのみ適用されるものではなく、2個
の接合部材は、例えば角筒状のパイプ材からなるもので
あっても良し、中空パネル材からなるものであっても良
い。
【0041】
【実施例】次に、この発明の具体的実施例を説明する。
【0042】この実施例では、突合せ継手として、上記
実施形態に示すアーム用部材を製作した。
【0043】ここで、以下に示す実施例1〜3及び比較
例1の突合せ継手に使用した第1接合部材(10)は、
A6061−T6材から製作されており、その端部寸法
は外径30×肉厚3mmである。また同じく、第2接合
部材(20)は、A6061−T6材から製作されてお
り、突出部(21)の端部寸法は、第1接合部材(1
0)の端部寸法と同じく外径30×肉厚3mmである。
【0044】<実施例1>第1及び第2接合部材(1
0)(20)の端面同士を摩擦撹拌接合により接合し
た。使用した中子は、上記実施形態で示した円柱状のも
の(30)で、A5083材から製作されている。
【0045】<実施例2>第1及び第2接合部材(1
0)(20)の端面同士をMIGにより接合した。使用
した中子は、図5(a)に示した円筒状のもの(31)
で、鉄から製作されている。
【0046】<実施例3>第1及び第2接合部材(1
0)(20)の端面同士をMIGにより接合した。使用
した中子は、図5(a)に示した円筒状のもの(31)
で、A6061−T6材から製作され、かつ外周面にア
ルマイト皮膜が形成されているものである。
【0047】<比較例1>第1及び第2接合部材(1
0)(20)の端面同士をMIGにより接合した。使用
した中子は、上記実施形態で示した円柱状のもの(3
0)で、A6061−T6材から製作されている。そし
て、この中子(30)が第1及び第2接合部材(10)
(20)の端面同士の接合部(W)に接合されている。
【0048】上記実施例1〜3及び比較例1の突合せ継
手について、接合部(W)の引張り強さσB (単位:N
/mm2 )を調べた。この結果を表1に示す。
【0049】
【表1】
【0050】表1に示すように、実施例1〜3の突合せ
継手は、接合部(W)の引張り強さσB が比較例1の突
合せ継手よりも格段に大きく、したがって高い強度的信
頼性を有するものであることが分かった。
【0051】さらに、上記実施例1〜3及び比較例1の
突合せ継手について、接合部(W)の接合状態を目視に
て調べたところ、比較例1の突合せ継手の接合部(W)
には、微細なルート割れが多数、発生していたが、実施
例1〜3の突合せ継手の接合部(W)には、ルート割れ
が発生しておらず、接合状態が良好であることが分かっ
た。
【0052】
【発明の効果】上述の次第で、この発明によれば、端面
に凹部を有する2個の接合部材の端面同士が突き合わさ
れ、かつ接合されるとともに、突合せ部に前記凹部から
なる中空部が形成され、かつこの中空部内に中子が両接
合部材に跨る態様で嵌入された突合せ継手構造におい
て、前記中子が、両接合部材の端面同士の接合部に接合
されていない非接合状態で嵌入されていることから、接
合された端部が中子により補強され、そのため接合され
た端部が外圧に対して強い構造を採るものとなり、した
がって例えば接合された端部が外圧を受けて凹んでしま
うことを防止できる上、接合部にルート割れが発生し難
くなることから、接合強度が高くなり、したがって高い
強度的信頼性を有する突合せ継手構造を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の突合せ継手構造を示す
斜視図である。
【図2】同突合せ継手構造の分解斜視図である。
【図3】同突合せ継手の製作方法を説明するための図
で、(a)は2個の接合部材の端面同士を突き合わした
状態を示す断面図、(b)は2個の接合部材の端面同士
の突合せ部を接合する途中の状態を示す断面図である。
【図4】同突合せ継手構造の断面図である。
【図5】(a)は中子の一つの変形例を示す斜視図及び
断面図、(b)は中子のもう一つの変形例を示す斜視図
及び断面図である。
【図6】従来の突合せ継手構造を示す図で、(a)は分
解斜視図、(b)は斜視図、(c)は断面図である。
【符号の説明】
10…第1接合部材 10a…中空部(凹部) 20…第2接合部材 21a…凹部 30、31、32…中子 40…接合工具 T…突合せ部 W…接合部 S…突合せ部に形成された中空部 R…ルート割れ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 雄一 愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地 東海ゴム工業株式会社内 (72)発明者 内野 広治 愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地 東海ゴム工業株式会社内 (72)発明者 成願 茂利 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 (72)発明者 山ノ井 智明 堺市海山町6丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 Fターム(参考) 4E067 AA05 AB03 BG01 BG02 DC01 DC04 EC06 4E081 AA02 AA05 BA08 BA19 BA26 CA08 CA11 DA05 DA06 DA11 DA36 DA66

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 端面に凹部(10a )(21a )を有する2
    個の接合部材(10)(20)の端面同士が突き合わされ、
    かつ接合されるとともに、突合せ部(T)に前記凹部
    (10a )(21a )からなる中空部(S)が形成され、か
    つこの中空部(S)内に中子(30)(31)(32)が両接
    合部材(10)(20)に跨る態様で嵌入された突合せ継手
    構造において、 前記中子(30)(31)(32)が、両接合部材(10)(2
    0)の端面同士の接合部(W)に接合されていない非接
    合状態で嵌入されていることを特徴とする突合せ継手構
    造。
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