JP2000233284A - 摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
摩擦撹拌接合方法Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】無塗装で仕上げる場合に、形材同士の仮接合の
跡が見えないようにする。 【解決手段】端部に突出部１０７、１１７を有する形材
１００、１１０を突き合わせる。まず、突出部１０７、
１１７を回転工具２００によって仮接合をする。回転工
具２００の挿入代は小さい。次に、回転工具２２０によ
って本接合を行う。回転工具２２０の挿入量は大きい。
その後、突出部１０７、１１７は削除し、面板１０１、
１１１と同一面にする。これによれば、ＭＩＧ溶接によ
る仮接合がないので、溶接跡が見えない。
跡が見えないようにする。 【解決手段】端部に突出部１０７、１１７を有する形材
１００、１１０を突き合わせる。まず、突出部１０７、
１１７を回転工具２００によって仮接合をする。回転工
具２００の挿入代は小さい。次に、回転工具２２０によ
って本接合を行う。回転工具２２０の挿入量は大きい。
その後、突出部１０７、１１７は削除し、面板１０１、
１１１と同一面にする。これによれば、ＭＩＧ溶接によ
る仮接合がないので、溶接跡が見えない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は摩擦撹拌接合方法に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦撹拌接合は、接合部に挿入した丸棒
（回転工具という。）を回転させながら接合線に沿って
移動させ、接合部を発熱、軟化させ、塑性流動させ、固
相接合する方法である。回転工具は、接合部に挿入する
小径部と、接合部の外面の近傍に位置する大径部とから
なる。小径部と大径部は同軸である。回転工具は接合の
進行方向に対して、後方に傾斜させている。大径部側を
回転させる。小径部と大径部の境は、接合部に若干挿入
されている。
（回転工具という。）を回転させながら接合線に沿って
移動させ、接合部を発熱、軟化させ、塑性流動させ、固
相接合する方法である。回転工具は、接合部に挿入する
小径部と、接合部の外面の近傍に位置する大径部とから
なる。小径部と大径部は同軸である。回転工具は接合の
進行方向に対して、後方に傾斜させている。大径部側を
回転させる。小径部と大径部の境は、接合部に若干挿入
されている。
【０００３】また、被接合部の突き合わせ部に凸部を設
け、この凸部を含む突き合わせ部に回転工具を挿入して
摩擦攪拌接合し、実質的に板厚が減少するのを防止して
いる。これは鉄道車両の車体に適用されている。
け、この凸部を含む突き合わせ部に回転工具を挿入して
摩擦攪拌接合し、実質的に板厚が減少するのを防止して
いる。これは鉄道車両の車体に適用されている。
【０００４】また、中空形材の接合にあっては、中空形
材の２つの面板を接続するリブの延長線上を突き合わせ
部としている。回転工具の延長線上のリブによって回転
工具の挿入力を支え、面板の変形を防止している。
材の２つの面板を接続するリブの延長線上を突き合わせ
部としている。回転工具の延長線上のリブによって回転
工具の挿入力を支え、面板の変形を防止している。
【０００５】また、２つの被接合部材の上方に第３の部
材を配置して、３者を摩擦攪拌接合している。
材を配置して、３者を摩擦攪拌接合している。
【０００６】これらは特表平９-５０８０７３号公報
（ＥＰ０７５２９２６Ｂ１）、特開平９-３０９１６４
号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）に示されている。
（ＥＰ０７５２９２６Ｂ１）、特開平９-３０９１６４
号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）に示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】摩擦撹拌接合を行う
際、被接合部材には大きな力が加わる。このため、突き
合わせ部の開先の寸法が大きくなることがある。
際、被接合部材には大きな力が加わる。このため、突き
合わせ部の開先の寸法が大きくなることがある。
【０００８】鉄道車両の車体のように被接合部材が長尺
の場合は、被接合部材としてアルミニウム合金の押し出
し形材を用いる。この形材の長手方向を車体の長手方向
に向けて、複数の形材を並列に並べ、架台に固定する。
次に、形材の突き合わせ部を所定間隔でＭＩＧ溶接等で
仮止め溶接する。この仮止め溶接は、摩擦攪拌接合時の
開先寸法を一定に保つためである。しかる後、摩擦攪拌
接合を行う。次に、前記の突き合わせ部の凸部や仮止め
溶接の凸部を切削し、表面を平滑にする。次に、車体の
表面をヘアライン加工し、車体として仕上げる。
の場合は、被接合部材としてアルミニウム合金の押し出
し形材を用いる。この形材の長手方向を車体の長手方向
に向けて、複数の形材を並列に並べ、架台に固定する。
次に、形材の突き合わせ部を所定間隔でＭＩＧ溶接等で
仮止め溶接する。この仮止め溶接は、摩擦攪拌接合時の
開先寸法を一定に保つためである。しかる後、摩擦攪拌
接合を行う。次に、前記の突き合わせ部の凸部や仮止め
溶接の凸部を切削し、表面を平滑にする。次に、車体の
表面をヘアライン加工し、車体として仕上げる。
【０００９】これによれば、無塗装にできる。しかし、
仮止め溶接部は車体に残っている。この仮止め溶接部は
変色しており、見栄えが悪いものである。この変色は形
材の材質と溶接棒の材質との相違によって生じる。
仮止め溶接部は車体に残っている。この仮止め溶接部は
変色しており、見栄えが悪いものである。この変色は形
材の材質と溶接棒の材質との相違によって生じる。
【００１０】また、突き合わせ部の一対の被接合部材の
うち、凸部は一方の被接合部材のみにしか設けることが
できない場合がある。例えば、直交する押し出し形材を
接合する場合である。押し出し方向の端部には凸部を設
けることができない。
うち、凸部は一方の被接合部材のみにしか設けることが
できない場合がある。例えば、直交する押し出し形材を
接合する場合である。押し出し方向の端部には凸部を設
けることができない。
【００１１】また、押し出し方向が直交する中空形材を
摩擦攪拌接合する場合においては、回転工具の挿入力を
支えるリブがない。このため、面板が変形しやすい。
摩擦攪拌接合する場合においては、回転工具の挿入力を
支えるリブがない。このため、面板が変形しやすい。
【００１２】また、一対の被接合部材の間の隙間が大き
い場合、第３の部材を接合部の上方に配置して摩擦攪拌
接合することが考えられるが、第３の部材が飛び出して
良好な接合ができないと考えられる。
い場合、第３の部材を接合部の上方に配置して摩擦攪拌
接合することが考えられるが、第３の部材が飛び出して
良好な接合ができないと考えられる。
【００１３】本発明の第１の目的は、変色を防止する摩
擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
擦攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【００１４】本発明の第２の目的は、一方の被接合部材
の突出部を有しない場合の摩擦攪拌接合方法を提供する
ことを目的とする。
の突出部を有しない場合の摩擦攪拌接合方法を提供する
ことを目的とする。
【００１５】本発明の第３の目的は、押し出し方向が直
交する中空形材の摩擦攪拌接合を良好に行えるようにす
ることにある。
交する中空形材の摩擦攪拌接合を良好に行えるようにす
ることにある。
【００１６】本発明の第４の目的は、隙間が大きい場合
にも良好な接合ができるようにすることにある。
にも良好な接合ができるようにすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、回転
工具の軸方向の投影範囲内に、突き合わせ部の少なくと
も一方の部材の突出部と他方の部材とが位置した状態に
おいて、前記突出部の外面側を所定間隔で摩擦攪拌接合
し、次に、前記摩擦攪拌接合した部分と摩擦攪拌接合し
ていない部分の前記突き合わせ部を連続して、前記摩擦
攪拌接合の深さよりも深く、摩擦攪拌接合すること、に
よって達成できる。
工具の軸方向の投影範囲内に、突き合わせ部の少なくと
も一方の部材の突出部と他方の部材とが位置した状態に
おいて、前記突出部の外面側を所定間隔で摩擦攪拌接合
し、次に、前記摩擦攪拌接合した部分と摩擦攪拌接合し
ていない部分の前記突き合わせ部を連続して、前記摩擦
攪拌接合の深さよりも深く、摩擦攪拌接合すること、に
よって達成できる。
【００１８】上記第２の目的は、回転工具の軸方向の投
影範囲内に、突き合わせ部の一方の部材の突出部と他方
の部材とが位置した状態において、前記突き合わせ部の
一方の部材の前記突出部の外面側のみを摩擦攪拌接合
し、次に、回転工具の軸方向の投影範囲内に、前記突き
合わせ部の一方の部材の突出部と他方の部材とが位置し
た状態において、前記摩擦攪拌接合した部分を含めて、
前記摩擦攪拌接合の深さよりも深く、摩擦攪拌接合する
こと、によって達成できる。
影範囲内に、突き合わせ部の一方の部材の突出部と他方
の部材とが位置した状態において、前記突き合わせ部の
一方の部材の前記突出部の外面側のみを摩擦攪拌接合
し、次に、回転工具の軸方向の投影範囲内に、前記突き
合わせ部の一方の部材の突出部と他方の部材とが位置し
た状態において、前記摩擦攪拌接合した部分を含めて、
前記摩擦攪拌接合の深さよりも深く、摩擦攪拌接合する
こと、によって達成できる。
【００１９】上記の第３の目的は、第１の中空形材の押
し出し方向の端部において、２つの面板の間に存在する
リブを除き、次に、前記第１の中空形材の前記端部と第
２の中空形材をその押し出し方向が実施的に直交する方
向に突き合わせて、前記第２の中空形材の端部を前記第
１の中空形材の前記端部の前記２つの面板の間に挿入
し、このとき、前記第２の中空形材の前記端部におい
て、２つの面板を接続するものであって前記面板に実質
的に直交するリブの板厚の延長線上に前記第１の前記端
部の面板が位置しており、次に、前記突き合わせた部分
を摩擦攪拌接合すること、によって達成できる。
し出し方向の端部において、２つの面板の間に存在する
リブを除き、次に、前記第１の中空形材の前記端部と第
２の中空形材をその押し出し方向が実施的に直交する方
向に突き合わせて、前記第２の中空形材の端部を前記第
１の中空形材の前記端部の前記２つの面板の間に挿入
し、このとき、前記第２の中空形材の前記端部におい
て、２つの面板を接続するものであって前記面板に実質
的に直交するリブの板厚の延長線上に前記第１の前記端
部の面板が位置しており、次に、前記突き合わせた部分
を摩擦攪拌接合すること、によって達成できる。
【００２０】前記第４の目的は、２つの部材の摩擦攪拌
接合方法において、２つの前記部材の突き合わせ部の隙
間に充填材を配置しており、回転工具の投影範囲内に前
記充填材および前記２つの部材が位置した状態で前記の
３者を摩擦攪拌接合すること、によって達成できる。
接合方法において、２つの前記部材の突き合わせ部の隙
間に充填材を配置しており、回転工具の投影範囲内に前
記充填材および前記２つの部材が位置した状態で前記の
３者を摩擦攪拌接合すること、によって達成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１から図１
０によって説明する。無塗装の鉄道車両の車体に適用し
た場合を説明する。図１０において、鉄道車両の車体
は、側構体５０、屋根構体６０、床を構成する台枠７
０、長手方向の端部の妻構体８０からなる。６１は出入
り口、６２は窓である。側構体５０と屋根構体６０等と
はＭＩＧ溶接で接合される。
０によって説明する。無塗装の鉄道車両の車体に適用し
た場合を説明する。図１０において、鉄道車両の車体
は、側構体５０、屋根構体６０、床を構成する台枠７
０、長手方向の端部の妻構体８０からなる。６１は出入
り口、６２は窓である。側構体５０と屋根構体６０等と
はＭＩＧ溶接で接合される。
【００２２】側構体５０は、出入り口６１の左右（また
は出入り口６１と窓６２との間）の押し出し形材１０
０、１１０、窓６２の下方の押し出し形材１３０、１４
０、窓６２の上方の押し出し形材１６０、これらの上方
の押し出し形材１７０からなる。これらの接合部は摩擦
攪拌接合されている。
は出入り口６１と窓６２との間）の押し出し形材１０
０、１１０、窓６２の下方の押し出し形材１３０、１４
０、窓６２の上方の押し出し形材１６０、これらの上方
の押し出し形材１７０からなる。これらの接合部は摩擦
攪拌接合されている。
【００２３】押し出し形材１００、１１０、１３０、１
４０、１６０、１７０はアルミニウム合金製の中空形材
である。形材１００、１１０の押し出し方向は上下方向
である。形材１３０、１４０、１６０、１７０の押し出
し方向は車体の長手方向である。このため、形材１１０
と形材１３０、１４０、１６０とは押し出し方向が直交
している。また、形材１７０と形材１００、１１０とは
押し出し方向が直交している。
４０、１６０、１７０はアルミニウム合金製の中空形材
である。形材１００、１１０の押し出し方向は上下方向
である。形材１３０、１４０、１６０、１７０の押し出
し方向は車体の長手方向である。このため、形材１１０
と形材１３０、１４０、１６０とは押し出し方向が直交
している。また、形材１７０と形材１００、１１０とは
押し出し方向が直交している。
【００２４】図５において、接合する形材１００、１１
０の接合部の周辺を示す。形材１３０と形材１４０との
接合部の形状も同様である。中空形材１００（１１０）
は、平行な２枚の面板１０１、１０２（１１１、１１
２）と、面板同士を接続するものであって、面板に対し
て傾斜した複数のリブ１０３（１１３）と、中空形材１
００（１１０）の端部において、２つの面板１０１、１
０２（１１１、１１２）を接続するものであって、面板
に直交したリブ１０５（１１５）とからなる。リブ１０
３（１１３）はトラス状に配置されている。リブ１０５
（１１５）とこれに隣接するリブ１０３（１１３）との
間には面板１０１、１０２（１１１、１１２）がある。
２枚の面板は、一方が他方に対して傾斜していてもよ
い。
０の接合部の周辺を示す。形材１３０と形材１４０との
接合部の形状も同様である。中空形材１００（１１０）
は、平行な２枚の面板１０１、１０２（１１１、１１
２）と、面板同士を接続するものであって、面板に対し
て傾斜した複数のリブ１０３（１１３）と、中空形材１
００（１１０）の端部において、２つの面板１０１、１
０２（１１１、１１２）を接続するものであって、面板
に直交したリブ１０５（１１５）とからなる。リブ１０
３（１１３）はトラス状に配置されている。リブ１０５
（１１５）とこれに隣接するリブ１０３（１１３）との
間には面板１０１、１０２（１１１、１１２）がある。
２枚の面板は、一方が他方に対して傾斜していてもよ
い。
【００２５】図１において、接合部の形状について説明
する。ここでは図５の中空形材１００、１１０の上面側
の形状を説明するが、下面側の形状も同様である。後述
の他の実施例の形状においても、上面の構成と下面の構
成は同様である。
する。ここでは図５の中空形材１００、１１０の上面側
の形状を説明するが、下面側の形状も同様である。後述
の他の実施例の形状においても、上面の構成と下面の構
成は同様である。
【００２６】中空形材１００の面板１０１はリブ１０５
よりも端部側に突出している。一方の中空形材１００の
面板１０１の端部は他方の中空形材１１０のリブ１１５
の板厚の範囲内に位置している。面板１０１を受け入れ
るように、中空形材１１０の端部の面板１１１側は凹部
になっている。
よりも端部側に突出している。一方の中空形材１００の
面板１０１の端部は他方の中空形材１１０のリブ１１５
の板厚の範囲内に位置している。面板１０１を受け入れ
るように、中空形材１１０の端部の面板１１１側は凹部
になっている。
【００２７】中空形材１１０の端部はリブ１１５よりも
端部側に突出する突出片１１６がある。突出片１１６は
面板１０１の端部の裏側に位置して、裏当てになってい
る。
端部側に突出する突出片１１６がある。突出片１１６は
面板１０１の端部の裏側に位置して、裏当てになってい
る。
【００２８】中空形材１００（１１０）の面板１０１
（１１１）の端部の外面側は突出して突出部１０７（１
１７）になっている。
（１１１）の端部の外面側は突出して突出部１０７（１
１７）になっている。
【００２９】面板１０１（１１１）の突出部１０７（１
１７）の端部の面は面板１０１（１１１）に直交してい
る。前記凹部の面板１１１側の面（面板１０１の端部が
突き合わさられる面）は面板１１１に直交している。前
記凹部の面板１１１側の突き合わせ面はリブ１１５の板
厚の範囲内にある。凹部に入る突出部１０７の端部は面
板１０１に直交しており、凹部の前記直交した面に平行
である。
１７）の端部の面は面板１０１（１１１）に直交してい
る。前記凹部の面板１１１側の面（面板１０１の端部が
突き合わさられる面）は面板１１１に直交している。前
記凹部の面板１１１側の突き合わせ面はリブ１１５の板
厚の範囲内にある。凹部に入る突出部１０７の端部は面
板１０１に直交しており、凹部の前記直交した面に平行
である。
【００３０】２つの形材１００、１１０の突き合わせ部
（中空形材１００の端部と中空形材１１０の端部との突
き合わせ部）の間には図１のように隙間があることが多
い。
（中空形材１００の端部と中空形材１１０の端部との突
き合わせ部）の間には図１のように隙間があることが多
い。
【００３１】リブ１１５の板厚の延長線上、つまりリブ
１１５の板厚の延長線の範囲内に摩擦攪拌接合用の回転
工具２００、２２０の中心が位置する。２つの突出部の
中間に回転工具２００、２２０の軸心が位置する。この
ため、リブ１１５は回転工具２００、２２０の挿入力の
大部分を支える。回転工具２００、２２０の軸方向の投
影範囲内に、接合部の２つの形材１００、１１０の端部
が位置する。図１から図４では前記端部は突出部１０
７、１１７であるが、図６から図９では一方の形材１３
０（１４０）は面板１３１（１４１）である。
１１５の板厚の延長線の範囲内に摩擦攪拌接合用の回転
工具２００、２２０の中心が位置する。２つの突出部の
中間に回転工具２００、２２０の軸心が位置する。この
ため、リブ１１５は回転工具２００、２２０の挿入力の
大部分を支える。回転工具２００、２２０の軸方向の投
影範囲内に、接合部の２つの形材１００、１１０の端部
が位置する。図１から図４では前記端部は突出部１０
７、１１７であるが、図６から図９では一方の形材１３
０（１４０）は面板１３１（１４１）である。
【００３２】以下、接合手順を説明する。まず、２つの
形材１００、１１０を架台に載せ、強固に固定する。
形材１００、１１０を架台に載せ、強固に固定する。
【００３３】接合は、まず、図１から図３において、２
つの形材１００、１１０の突出部１０７、１１７の上面
を所定間隔（間欠的）で仮止め接合する。これは回転工
具２００による摩擦攪拌接合によって行う。
つの形材１００、１１０の突出部１０７、１１７の上面
を所定間隔（間欠的）で仮止め接合する。これは回転工
具２００による摩擦攪拌接合によって行う。
【００３４】図１はこの仮止めの摩擦攪拌接合を行う状
態を示したものである。仮接合は、回転工具２００を回
転させながら突出部１０７、１１７に押し当て、所定の
位置に達したならば、その状態で回転工具２００を回転
させながら数秒間保持する。この数秒間は２つの突出部
１０７、１１７を発熱、軟化させ、塑性流動させるため
である。これによって２つの突出部１０７、１１７は接
合する。突き合わせ部に隙間があれば、軟化した金属が
隙間の上部に充填される。Ｗ１は摩擦攪拌接合による接
合ビードである。
態を示したものである。仮接合は、回転工具２００を回
転させながら突出部１０７、１１７に押し当て、所定の
位置に達したならば、その状態で回転工具２００を回転
させながら数秒間保持する。この数秒間は２つの突出部
１０７、１１７を発熱、軟化させ、塑性流動させるため
である。これによって２つの突出部１０７、１１７は接
合する。突き合わせ部に隙間があれば、軟化した金属が
隙間の上部に充填される。Ｗ１は摩擦攪拌接合による接
合ビードである。
【００３５】通常の摩擦攪拌接合は、面板１０１、１１
１を接合するものであるので、回転工具２００の小径部
２０１の先端の位置は突出片１１６に達する程度が必要
である。しかし、ここは仮止め接合であるので、小径部
２０１の長さは短くてよい。小径部２０１の先端の位置
（挿入代）および大径部２０２の下端の位置（挿入代）
は、突出部１０７、１１７の頂と面板１０１、１１１の
上面の延長線との間にある。このため、大径部２０２の
下端と面板１０１、１１１の上面の延長線との間に隙間
がある。回転工具２００の大径部２０２の挿入代は、後
工程の回転工具２２０の大径部２２２の挿入代よりも深
くならないのがよい。大径部２０２の径は回転工具２０
０の大径部２２２の径よりも大きくない方が良いと考え
られる。回転工具２００の大きさ、挿入代は仮接合の観
点で定める。
１を接合するものであるので、回転工具２００の小径部
２０１の先端の位置は突出片１１６に達する程度が必要
である。しかし、ここは仮止め接合であるので、小径部
２０１の長さは短くてよい。小径部２０１の先端の位置
（挿入代）および大径部２０２の下端の位置（挿入代）
は、突出部１０７、１１７の頂と面板１０１、１１１の
上面の延長線との間にある。このため、大径部２０２の
下端と面板１０１、１１１の上面の延長線との間に隙間
がある。回転工具２００の大径部２０２の挿入代は、後
工程の回転工具２２０の大径部２２２の挿入代よりも深
くならないのがよい。大径部２０２の径は回転工具２０
０の大径部２２２の径よりも大きくない方が良いと考え
られる。回転工具２００の大きさ、挿入代は仮接合の観
点で定める。
【００３６】上記では回転工具２００は突出部１０７、
１１７に挿入するのみで、接合線に沿って移動させてい
ない。しかし、回転工具２２０のように接合線に沿って
移動させてもよい。この場合の回転工具２００は回転工
具２２０と同様に移動方向に対して後方に傾斜している
ことが望ましい。回転工具２００の移動量は例えば３０
ｍｍである。回転工具２００の移動速度は回転工具２２
０の移動速度よりも速くできると考えられる。これは小
径部２０１の突出代が小さいためである。
１１７に挿入するのみで、接合線に沿って移動させてい
ない。しかし、回転工具２２０のように接合線に沿って
移動させてもよい。この場合の回転工具２００は回転工
具２２０と同様に移動方向に対して後方に傾斜している
ことが望ましい。回転工具２００の移動量は例えば３０
ｍｍである。回転工具２００の移動速度は回転工具２２
０の移動速度よりも速くできると考えられる。これは小
径部２０１の突出代が小さいためである。
【００３７】このようにして、形材１００、１１０の全
長にわたって所定間隔で仮止め接合したならば、回転工
具２２０によって２つの形材１００、１１０の全長の接
合を行う。図４において、回転工具２２０は小径部２２
１と大径部２２２とからなる。小径部２２１は突出片１
１６に達する長さを有する。大径部２２２の挿入代（下
端の位置）は、突出部１０７、１１７の頂と面板１０
１、１１１の上面の延長線との間にある。回転工具２２
０は突き合わせ部の接合線に沿って移動する。回転工具
２２０は移動方向に対して後方に傾斜している。この接
合を本接合という。
長にわたって所定間隔で仮止め接合したならば、回転工
具２２０によって２つの形材１００、１１０の全長の接
合を行う。図４において、回転工具２２０は小径部２２
１と大径部２２２とからなる。小径部２２１は突出片１
１６に達する長さを有する。大径部２２２の挿入代（下
端の位置）は、突出部１０７、１１７の頂と面板１０
１、１１１の上面の延長線との間にある。回転工具２２
０は突き合わせ部の接合線に沿って移動する。回転工具
２２０は移動方向に対して後方に傾斜している。この接
合を本接合という。
【００３８】次に、形材群（１００、１１０）を反転さ
せて、前記のように仮接合と本接合を行う。
せて、前記のように仮接合と本接合を行う。
【００３９】形材１３０、１４０の構造および接合も前
記に同様である。形材１６０、１７０の構造も前記に同
様である。
記に同様である。形材１６０、１７０の構造も前記に同
様である。
【００４０】このようにして得られた形材群（１００、
１１０）、形材群（１３０、１４０）、形材１６０、１
７０を架台に置き、固定し、摩擦攪拌接合を行う。
１１０）、形材群（１３０、１４０）、形材１６０、１
７０を架台に置き、固定し、摩擦攪拌接合を行う。
【００４１】図６において、形材群（１００、１１０）
と形材群（１３０、１４０）との接合を説明する。形材
群（１３０、１４０）側の形材１１０の端部の形状は図
１の形材１００側の端部の形状と同様である。形材１１
０は突出部１１７ｂ、突出片１１６ｂ、リブ１１５ｂを
有する。形材１１０の押し出し方向と形材群（１３０、
１４０）の押し出し方向とが直交しているので、形材１
１０の接合部には突出部１１７ｂがあるが、形材群１３
０（１４０）の接合部には突出部がない。形材１３０
（１４０）の端部の複数のリブ１３３（１３５、１４
３、１４５）、突出片１３６（１４６）は切削して削除
している。リブ１３３、１３５、１４３、１４５、突出
片１３６、１４６は、リブ１０３、１０５、１１３、１
１５、突出片１０５、１１６に相当する。形材１１０の
突出片１１６ｂは形材１３０（１４０）の内部に入って
いる。このため、リブ１１５の板厚の延長線上には形材
１３０（１４０）の端部が位置する。形材１１０と形材
１６０との関係、形材１７０と形材１００、１１０との
関係も同様である。
と形材群（１３０、１４０）との接合を説明する。形材
群（１３０、１４０）側の形材１１０の端部の形状は図
１の形材１００側の端部の形状と同様である。形材１１
０は突出部１１７ｂ、突出片１１６ｂ、リブ１１５ｂを
有する。形材１１０の押し出し方向と形材群（１３０、
１４０）の押し出し方向とが直交しているので、形材１
１０の接合部には突出部１１７ｂがあるが、形材群１３
０（１４０）の接合部には突出部がない。形材１３０
（１４０）の端部の複数のリブ１３３（１３５、１４
３、１４５）、突出片１３６（１４６）は切削して削除
している。リブ１３３、１３５、１４３、１４５、突出
片１３６、１４６は、リブ１０３、１０５、１１３、１
１５、突出片１０５、１１６に相当する。形材１１０の
突出片１１６ｂは形材１３０（１４０）の内部に入って
いる。このため、リブ１１５の板厚の延長線上には形材
１３０（１４０）の端部が位置する。形材１１０と形材
１６０との関係、形材１７０と形材１００、１１０との
関係も同様である。
【００４２】まず、図７から図８において、回転工具２
００を用いて仮止め接合を行う。この仮止め接合は、回
転工具２００を突出部１１７ｂに挿入した後、接合線に
沿って移動させて、接合線の全長に渡って連続して行
う。回転工具２００の挿入代は形材１００、１１０の仮
接合の場合と同様である。大径部２０２の下端は形材１
３０（１４０）の面板１３１（１４１）に接触しないよ
うに、大径部２０２の下端と面板１３１（１４１）の上
面との間には隙間を有する。この接合によって、突出部
１１７ｂの材料は面板１３１（１４１）の上面側に移動
させられる。つまり、面板１３１（１４１）においては
肉盛りさせられることになる。突き合わせ部に隙間があ
れば、軟化した突出部の金属が隙間の上部に充填され
る。Ｗ２は摩擦攪拌接合による接合ビードである。
００を用いて仮止め接合を行う。この仮止め接合は、回
転工具２００を突出部１１７ｂに挿入した後、接合線に
沿って移動させて、接合線の全長に渡って連続して行
う。回転工具２００の挿入代は形材１００、１１０の仮
接合の場合と同様である。大径部２０２の下端は形材１
３０（１４０）の面板１３１（１４１）に接触しないよ
うに、大径部２０２の下端と面板１３１（１４１）の上
面との間には隙間を有する。この接合によって、突出部
１１７ｂの材料は面板１３１（１４１）の上面側に移動
させられる。つまり、面板１３１（１４１）においては
肉盛りさせられることになる。突き合わせ部に隙間があ
れば、軟化した突出部の金属が隙間の上部に充填され
る。Ｗ２は摩擦攪拌接合による接合ビードである。
【００４３】なお、この連続の仮接合の前に、図１から
図３の間欠的な仮接合を行ってもよい。
図３の間欠的な仮接合を行ってもよい。
【００４４】次に、図９において、回転工具２２０によ
る摩擦攪拌接合を全長にわたって行う。
る摩擦攪拌接合を全長にわたって行う。
【００４５】回転工具２２０の挿入代（この場合は、大
径部２２２の下端の位置）は回転工具２００の大径部２
０２の下端の位置かそれよりも下方とする。これによっ
て、回転工具２２０は回転工具２００による摩擦攪拌接
合部の上面に接するか下方に位置する。このため、２つ
の形材の間に隙間があっても、隙間の全てを金属で埋め
ることができる。欠陥の発生の防止のためにも、回転工
具２２０の大径部２２２の下端はビードＷ２内に挿入す
るのがよい。
径部２２２の下端の位置）は回転工具２００の大径部２
０２の下端の位置かそれよりも下方とする。これによっ
て、回転工具２２０は回転工具２００による摩擦攪拌接
合部の上面に接するか下方に位置する。このため、２つ
の形材の間に隙間があっても、隙間の全てを金属で埋め
ることができる。欠陥の発生の防止のためにも、回転工
具２２０の大径部２２２の下端はビードＷ２内に挿入す
るのがよい。
【００４６】形材１１０と形材１６０との接合も同様で
ある。
ある。
【００４７】形材１７０と形材群（１００、１１０）、
形材１７０と形材１６０との接合は、まず、仮接合を行
う。形材群（１００、１１０）と形材１７０との接合
は、形材群（１３０、１４０）と形材１１０との接合と
同様に連続した仮接合を行う。形材１７０と形材１６０
との接合は、接合部の両者に突出部があるので、形材１
００、１１０の接合と同様に間欠的な仮接合を行う。次
に、形材１７０の一端側から回転工具２２０による連続
接合を行う。
形材１７０と形材１６０との接合は、まず、仮接合を行
う。形材群（１００、１１０）と形材１７０との接合
は、形材群（１３０、１４０）と形材１１０との接合と
同様に連続した仮接合を行う。形材１７０と形材１６０
との接合は、接合部の両者に突出部があるので、形材１
００、１１０の接合と同様に間欠的な仮接合を行う。次
に、形材１７０の一端側から回転工具２２０による連続
接合を行う。
【００４８】次に、上下反転させて同様に接合する。車
体の外面側に位置する突出部１０７、１１７、１１７
ｂ、ビードＷ２は本接合後いずれかの時点で切削し、面
板と同一面に仕上げる。
体の外面側に位置する突出部１０７、１１７、１１７
ｂ、ビードＷ２は本接合後いずれかの時点で切削し、面
板と同一面に仕上げる。
【００４９】次に、屋根構体６０等とのＭＩＧ溶接を行
う。
う。
【００５０】次に、車体の外面にヘアライン加工を行
う。
う。
【００５１】以上によれば、仮止め接合はアーク溶接で
はなく、摩擦攪拌接合で行っている。このため、他の金
属の供給がないので、接合部に変色がなく、見栄えを良
くでき、無塗装で仕上げることができるものである。
はなく、摩擦攪拌接合で行っている。このため、他の金
属の供給がないので、接合部に変色がなく、見栄えを良
くでき、無塗装で仕上げることができるものである。
【００５２】また、突出部のある端部と突出部のない端
部との突き合わせ部の接合に当たって、連続的に仮止め
接合を行い、突出部の金属を突出部のない端部側に移動
させた後、連続接合をしている。
部との突き合わせ部の接合に当たって、連続的に仮止め
接合を行い、突出部の金属を突出部のない端部側に移動
させた後、連続接合をしている。
【００５３】接合を二度に分けて行うため、接合部に一
度に発生する熱量が小さくて済む。これは、１度目は挿
入代を小さくして接合を行い、２度目は挿入代は大きい
が、突出部への挿入は必要ないので、総合した発熱量を
小さくできる。これは、中空形材のように放熱が悪く、
熱がこもり接合部が溶融しやすい部材を接合する際に特
に効果がある。これによれば、高温時に接合部に発生し
易い欠陥を防止できる。
度に発生する熱量が小さくて済む。これは、１度目は挿
入代を小さくして接合を行い、２度目は挿入代は大きい
が、突出部への挿入は必要ないので、総合した発熱量を
小さくできる。これは、中空形材のように放熱が悪く、
熱がこもり接合部が溶融しやすい部材を接合する際に特
に効果がある。これによれば、高温時に接合部に発生し
易い欠陥を防止できる。
【００５４】また、押し出し方向が直交した部分の摩擦
攪拌接合は、一方の形材を他方に挿入して、他方の形材
を支えて行っているので、他方の形材の変形を防止でき
るものである。
攪拌接合は、一方の形材を他方に挿入して、他方の形材
を支えて行っているので、他方の形材の変形を防止でき
るものである。
【００５５】図１において、回転工具２００は、底面２
０１に、軸中心に向かって傾斜２０４を設けている。こ
の傾斜により、接合による被接合部材と回転工具２００
の相対的な移動の際、該回転工具の進行方向の後方に
て、該回転工具の回転により塑性流動した金属が下方へ
と押し込まれ、接合がより強固になる。傾斜面は回転工
具２２０においても同様である。また、回転工具２００
は軸上に小径な突出部２０１を有する。この小径部２０
１の作用は、被接合部材と回転工具２００との摩擦によ
る発熱を高め、被接合部材を塑性流動し易くすることに
ある。
０１に、軸中心に向かって傾斜２０４を設けている。こ
の傾斜により、接合による被接合部材と回転工具２００
の相対的な移動の際、該回転工具の進行方向の後方に
て、該回転工具の回転により塑性流動した金属が下方へ
と押し込まれ、接合がより強固になる。傾斜面は回転工
具２２０においても同様である。また、回転工具２００
は軸上に小径な突出部２０１を有する。この小径部２０
１の作用は、被接合部材と回転工具２００との摩擦によ
る発熱を高め、被接合部材を塑性流動し易くすることに
ある。
【００５６】回転工具２００のその他の実施例を図１１
から図１３によって説明する。図１１は回転工具２００
の小径部２０１が無い形状である。図１２は回転工具２
００の底面を平らにしている。この底面は被接合部材と
の摩擦をより発熱の大きなものとするため、表面を粗く
仕上げるのが望ましい。図１３は図１２から小径部を排
したものである。
から図１３によって説明する。図１１は回転工具２００
の小径部２０１が無い形状である。図１２は回転工具２
００の底面を平らにしている。この底面は被接合部材と
の摩擦をより発熱の大きなものとするため、表面を粗く
仕上げるのが望ましい。図１３は図１２から小径部を排
したものである。
【００５７】図１４から図１５の実施例について説明す
る。この実施例は図６に相当する場合である。一方の形
材１１０に突出部１１７ｂが有り、他方の形材１３０に
は突出部がない。２つの形材１１０、１３０の突き合わ
せ部の隙間は図６の場合よりも大きい。すなわち、突出
部１１７ｂの金属で隙間を埋めることができないほどの
隙間がある。
る。この実施例は図６に相当する場合である。一方の形
材１１０に突出部１１７ｂが有り、他方の形材１３０に
は突出部がない。２つの形材１１０、１３０の突き合わ
せ部の隙間は図６の場合よりも大きい。すなわち、突出
部１１７ｂの金属で隙間を埋めることができないほどの
隙間がある。
【００５８】突き合わせ部の隙間に板状の補填材２５０
を配置している。補填材２５０の上面は面板１３１の上
面と実質的に同一位置にある。少なくとも補填材２５０
の上面は突出部１３１の頂よりも内面側にある。補填材
２５０の材質はアルミニウム合金である。
を配置している。補填材２５０の上面は面板１３１の上
面と実質的に同一位置にある。少なくとも補填材２５０
の上面は突出部１３１の頂よりも内面側にある。補填材
２５０の材質はアルミニウム合金である。
【００５９】この状態で、仮接合を全長にわたって行
う。図１５は仮接合後の状態である。次に、本接合を行
う。
う。図１５は仮接合後の状態である。次に、本接合を行
う。
【００６０】これによれば、仮接合の際に、回転工具２
００は補填材２５０には直接は接触しない。回転工具２
００を挿入した位置には大きな力が発生している。この
ため、もし、補填材２５０が回転工具２００に接する
と、補填材２５０が上方に飛び出す。しかし、回転工具
２００は補填材２５０に接触していないので、補填材２
５０には外力が作用せず、外部に飛び出すことはない。
００は補填材２５０には直接は接触しない。回転工具２
００を挿入した位置には大きな力が発生している。この
ため、もし、補填材２５０が回転工具２００に接する
と、補填材２５０が上方に飛び出す。しかし、回転工具
２００は補填材２５０に接触していないので、補填材２
５０には外力が作用せず、外部に飛び出すことはない。
【００６１】本接合によって補填材２５０は形材１１
０、１３０に接合され、隙間を埋める。したがって、隙
間が大きくても隙間を埋める接合ができるものである。
０、１３０に接合され、隙間を埋める。したがって、隙
間が大きくても隙間を埋める接合ができるものである。
【００６２】本接合の際、補填材２５０は回転工具２２
０に接するが、上方はビードＷ２で覆われ、左右は形材
１１０、１３０で挟まれているので、飛び出すことはな
い。
０に接するが、上方はビードＷ２で覆われ、左右は形材
１１０、１３０で挟まれているので、飛び出すことはな
い。
【００６３】図１５の実施例では、補填材２５０は回転
工具２００に接触しないが、接触させることができる。
回転工具２００の挿入代は小さく、補填材２５０の下部
は連続しており、補填材２５０は左右の形材１１０、１
３０で挟まれた位置に有る。このため、補填材２５０は
飛び出しにくく、接合を行うことができる。
工具２００に接触しないが、接触させることができる。
回転工具２００の挿入代は小さく、補填材２５０の下部
は連続しており、補填材２５０は左右の形材１１０、１
３０で挟まれた位置に有る。このため、補填材２５０は
飛び出しにくく、接合を行うことができる。
【００６４】左右の形材に突出部がある場合にもこの補
填材２５０の配置は適用できる。
填材２５０の配置は適用できる。
【００６５】なお、隙間を埋める材料は突出部や補填材
の材料であるように説明したが、これは分かりやすくす
るための説明である。より正しくは、隙間を埋める材料
は回転工具２００、２２０のよって軟化した材料であ
る。
の材料であるように説明したが、これは分かりやすくす
るための説明である。より正しくは、隙間を埋める材料
は回転工具２００、２２０のよって軟化した材料であ
る。
【００６６】仮接合、本接合、また、隙間への充填材２
５０を配置しての接合は、板同士の接合に適用できる。
５０を配置しての接合は、板同士の接合に適用できる。
【００６７】本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の
各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手
段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容
易に置き換えられる範囲におよぶものである。
各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手
段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容
易に置き換えられる範囲におよぶものである。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、摩擦攪拌接合によって
仮接合を行っているので、変色を防止できるものであ
る。
仮接合を行っているので、変色を防止できるものであ
る。
【００６９】また、一方の部材には突出部を有するが他
方の部材には突出部を有しない場合であっても、仮接合
で前記他方の部材に突出部を形成しているので、良好な
接合ができるものである。
方の部材には突出部を有しない場合であっても、仮接合
で前記他方の部材に突出部を形成しているので、良好な
接合ができるものである。
【００７０】また、押出し方向が直交する中空形材を摩
擦攪拌接合する場合は、一方の形材を他方の形材の一対
の面板の間に挿入し、回転工具の回転中心の延長線上に
前記一方の形材のリブがあるようにしているので、面板
の曲がりを防止できるものである。
擦攪拌接合する場合は、一方の形材を他方の形材の一対
の面板の間に挿入し、回転工具の回転中心の延長線上に
前記一方の形材のリブがあるようにしているので、面板
の曲がりを防止できるものである。
【００７１】また、一対の部材の間の隙間が大きい場合
には、隙間に補填材を配置した後、仮接合を行い、そし
て本接合を行っているので、容易に接合できるものであ
る。
には、隙間に補填材を配置した後、仮接合を行い、そし
て本接合を行っているので、容易に接合できるものであ
る。
【図１】本発明の一実施例の仮接合を説明する縦断面図
である。
である。
【図２】図１による仮接合後の縦断面図である。
【図３】図１による仮接合後の斜視図である。
【図４】図１の後の本接合を説明する縦断面図である。
【図５】図１において接合する中空形材の組み合わせの
縦断面図である。
縦断面図である。
【図６】本発明において接合する他の実施例の中空形材
の組み合わせの縦断面図である。
の組み合わせの縦断面図である。
【図７】図７の中空形材を仮接合する状態の縦断面図で
ある。
ある。
【図８】図７の仮接合後の縦断面図である。
【図９】図８の後の本接合を説明する縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施例の鉄道車両の車体の斜視図
である。
である。
【図１１】本発明の他の実施例の回転工具の縦断面図で
ある。
ある。
【図１２】本発明の他の実施例の回転工具の縦断面図で
ある。
ある。
【図１３】本発明の他の実施例の回転工具の縦断面図で
ある。
ある。
【図１４】本発明の他の実施例の接合部の縦断面図であ
る。
る。
【図１５】図１４を仮接合した縦断面図である。
１００、１１０、１３０、１４０、１６０、１７０：形
材、１０１、１１１、１３１、１４１：面板、１０７、
１１７、１１７ｂ：突出部、１１５、１１５ｂ：リブ２
００、２２０：回転工具、２０１：小径部、２０２：大
径部、２５０：補填材
材、１０１、１１１、１３１、１４１：面板、１０７、
１１７、１１７ｂ：突出部、１１５、１１５ｂ：リブ２
００、２２０：回転工具、２０１：小径部、２０２：大
径部、２５０：補填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江角 昌邦 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 福寄 一成 山口県下松市大字東豊井794番地 笠戸機 械工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG02 DC07
Claims (11)
- 【請求項１】回転工具の軸方向の投影範囲内に、突き合
わせ部の少なくとも一方の部材の突出部と他方の部材と
が位置した状態において、前記突出部の外面側を所定間
隔で第１の摩擦攪拌接合を行い、 次に、前記第１の摩擦攪拌接合した部分と摩擦攪拌接合
していない部分の前記突き合わせ部を連続して、前記第
１の摩擦攪拌接合の深さよりも深く、第２の摩擦攪拌接
合をすること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項２】請求項１の摩擦攪拌接合方法において、前
記回転工具の軸方向の投影範囲内に、前記一方の部材の
前記突出部と前記他方の部材の突出部が位置した状態
で、２つの前記突出部の外面側を所定間隔で前記第１の
摩擦攪拌接合をすること、を特徴とする摩擦攪拌接合方
法。 - 【請求項３】回転工具の軸方向の投影範囲内に、突き合
わせ部の一方の部材の突出部と他方の部材とが位置した
状態において、前記突き合わせ部の一方の部材の前記突
出部の外面側のみを第１の摩擦攪拌接合して、前記他方
の部材の外面に接合ビードを作り、 次に、回転工具の軸方向の投影範囲内に、前記突き合わ
せ部の一方の部材の突出部と他方の部材とが位置した状
態において、前記第１の摩擦攪拌接合した部分を含め
て、前記第１の摩擦攪拌接合の深さよりも深く、第２の
摩擦攪拌接合すること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項４】第１の中空形材の押し出し方向の端部にお
いて、２つの面板の間に存在するリブを除き、 次に、前記第１の中空形材の前記端部と第２の中空形材
をその押し出し方向が実施的に直交する方向に突き合わ
せて、前記第２の中空形材の端部を前記第１の中空形材
の前記端部の前記２つの面板の間に挿入し、 このとき、前記第２の中空形材の前記端部において、２
つの面板を接続するものであって前記面板に実質的に直
交するリブの板厚の延長線上に前記第１の前記端部の面
板が位置しており、 次に、前記突き合わせた部分を摩擦攪拌接合すること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項５】中空形材の摩擦攪拌接合方法において、 一方の中空形材の端部を他方の中空形材の端部の２つの
面板の間に挿入しており、前記一方の中空形材の端部は
押し出し方向に沿った端部であり、前記他方の中空形材
の端部は押し出し方向の端部であり、 回転工具の延長線上に前記一方の中空形材の２つの面板
を接合するリブが位置した状態で、摩擦攪拌接合を行う
こと、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項６】第１の中空形材と第２の中空形材とがその
押し出し方向を実質的に直交させて接合されており、 前記第２の中空形材の端部は前記第１の中空形材の押し
出し方向の端部に挿入されており、 前記第２の前記端部は２つの面板を接続するものであっ
て、前記面板に実質的に直交するリブを有しており、 該リブの板厚の範囲の延長線上に前記接合部があるこ
と、 を特徴とする構造体。 - 【請求項７】２つの部材のの摩擦攪拌接合方法におい
て、 ２つの前記部材の突き合わせ部の隙間に充填材を配置し
ており、 回転工具の投影範囲内に前記充填材および前記２つの部
材が位置した状態で前記の３者を摩擦攪拌接合するこ
と、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項８】請求項７の摩擦攪拌接合方法において、前
記２つ部材の外面側を第１の摩擦攪拌接合し、 次に、前記第１の摩擦攪拌接合の深さよりも深く、前記
３者を第２の摩擦攪拌接合すること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項９】請求項８の摩擦攪拌接合方法において、前
記第１の摩擦攪拌接合は前記２つの部材の突き合わせ部
に沿って連続して行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合
方法。 - 【請求項１０】請求項８の摩擦攪拌接合方法において、
前記第１の摩擦攪拌接合は該摩擦攪拌接合する回転工具
が前記充填材の接触しない位置に挿入して行うこと、を
特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項１１】請求項９の摩擦攪拌接合方法において、
前記突き合わせ部の少なくとも一方は外面側に突出する
突出部を備えており、前記充填材の外面側の面は前記突
出部の頂よりも内側に有り、 前記第１の摩擦攪拌接合は該摩擦攪拌接合する回転工具
が前記充填材の接触しない位置に挿入して行うこと、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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