JP2001096379A - ハニカムパネルの製作方法及びハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦溶接方法において、薄い板を溶接で生き
るようにする。 【解決手段】 加工物の材質より実質的に硬い材質から
なる金属製のツ−ル４を加工物１の接合部５に挿入し、
前記ツ−ル４を回転しながら移動することによって生じ
る該ツ−ル４と該加工物１との摩擦熱による塑性流動に
よって実質的に連続した部材を接合する接合構造におい
て、該接合部５の厚さを他の部分より厚くし、補強部材
３を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカムパネルか
らなる車両、自動車、船舶、航空、エレベ−タ、圧力容
器などハニカムパネルを利用したあらゆる構造体に利用
できる。

【０００２】

【従来の技術】ハニカムパネルの製造方法として、特開
昭５０−６０４５２、特開昭５８−１３４７３６、特開
昭５８−１９６１６５、特開昭６２−１６６０７３、特
開平１−４８６９７、特開平１−２８０６１３ではろう
付け方法による製作方法を、特開昭６３−１８８０３６
では電子ビ−ムによる製作方法を、特開昭６３−２６８
５８３、特開平１−４３３４９ではレ−ザビ−ムによ
る、特開平１−４０１８０では抵抗溶接法による、特開
平１−１７６４５４、特開平１−２１８６３６では拡散
溶接による、特開平１−１１６１３３では溶融溶接方法
による、特開昭５８−１０８１２８、特開昭６２−２５
５１３２、特開昭６３−２０６５４５、特開平１−４２
２９７では接着剤による製作方法による製作方法が公知
である。また、ろう付け法で製作したハニカムパネルの
構造物として、特開平２−１０２９７３が公知である。

【０００３】さらに、押出し加工及び引抜き加工法によ
って製作されるハニカムパネルも公知である。

【０００４】一方、固相接合方法として、特表平７−５
０５０９０では、加工物より実質的に硬い材質からなる
ツ−ルを加工物の溶接部に挿入し、前記、ツ−ルを回転
させながら移動することにより、該、回転ツ−ルと加工
物との間に生じる摩擦熱による塑性流動によって加工物
を接合する接合方法が公知である。

【０００５】従来の摩擦溶接法は、加工物同士を回転さ
せ、加工物同士の摩擦熱によって溶接する方法に対し
て、前記、特表平７−５０５０９０は溶接部材を固定し
た状態で、該、ツ−ルを回転させながら移動することに
より接合できる。このため、溶接方向に対して実質的に
無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合で
きる利点がある。さらに、回転ツ−ルと溶接部材との摩
擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、
接合部を溶融させることなく、接合できる。また、加熱
温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は溶融
されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記、ア−ク、プラズ
マ、電子ビ−ム、レ−ザビ−ムなどの熱源によって、ハ
ニカム材を溶融して溶接する製作方法は、製作後の変形
が大きい、溶接部に欠陥が発生しやすい。電子ビ−ムの
場合は真空中での溶接のため、ハニカムパネルの大きさ
や形状が限定されるなどの問題点がある。また、レ−ザ
や電子ビ−ムは、装置が高価であるため、結果的に製作
コストが高くなる。

【０００７】ろう付け法の場合は、ろう材の選定、フラ
ックスによる腐食などによるろう付け部の信頼性に問題
がある。さらに、真空中のろう付けの場合は、ハニカム
パネルの寸法や形状が限定されるなどの問題がある。

【０００８】接着材による製作方法は、接着部の強度や
信頼性の点で問題がある。

【０００９】押出し加工または引き抜き加工法によって
製作されたハニカムパネルは、ハニカム材料の厚さや幅
に限界があり、結果的にハニカムパネルの重量が大きく
なる点で問題がある。また、製作できるハニカムパネル
の大きさにも限界がある。

【００１０】一方、前記、特表平７−５０５０９０によ
る回転ツ−ルを加工物の中に挿入し、該回転ツ−ルを回
転させながら移動することにより接合する方法をハニカ
ムパネルに適用した場合、次のような問題点がある。

【００１１】（１） 溶接中は回転ツ−ルの荷重によて
ハニカムパネルが変形する。このため、ハニカムパネル
のような面板やコア−材が薄い場合は接合が困難であ
る。

【００１２】（２）回転ツ−ルとハニカムパネル表面と
の摩擦によって接合部の表面に凹みができる。このた
め、実質的に接合部の厚さが減少するため、接合部の強
度が低下し、信頼性の点で問題がある。

【００１３】（３） 接合部の継手部にギャップがある
場合、欠陥が発生しやすい。つまり、従来のＭＩＧやＴ
ＩＧなどの溶融溶接法に比べてギャップの許容範囲が狭
い。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は次の手段により
達成できる。

【００１５】（１）ハニカムパネルは、該、ハニカム材
より実質的に硬い回転ツ−ルと該ハニカム材との塑性流
動による固相接合方法によって接合さること。

【００１６】（２）前記、ハニカムパネルの接合部に
は、該、回転ツ−ルの荷重に対して変形しないように、
接合部に補強材が設けられていること。

【００１７】（３）前記、ハニカムパネルの接合部に
は、回転ツ−ルの荷重に対して変形しないように補強構
造なっていること。

【００１８】（４） ハニカムパネルの接合部の厚さ
は、他の厚さより高くなっていること。

【００１９】この高くなっている厚さは０．３ｍｍ以
上、２ｍｍ以下が望ましい。また、高くなっている部分
の幅は回転ツ−ルのつばの外形とほぼ同じ幅が望まし
い。

【００２０】（５）ハニカムパネルを表裏両面から接合
すること。この両面からの溶接は同時でもまたは時間的
に差があっても本目的を達成できる。

【００２１】（６） 加工物の材質より実質的に硬い材
質からなる金属製のツ−ルを加工物の接合部に挿入し、
前記、ツ−ルを回転しながら移動することによって生じ
る該ツ−ルと該加工物との摩擦熱による塑性流動によっ
て実質的に連続した部材を接合する接合構造において、
該、接合部に補強材が設けられた接合構造であること。
または、該、回転ツ−ルの荷重によって接合部が変形し
ないように補強された接合構造になっていること。

【００２２】［作用］本発明は、ハニカムパネルの材質
より実質的に硬い材質からなる金属製のツ−ルをハニカ
ムパネルの接合部に挿入し、前記、ツ−ルの回転とハニ
カム材との摩擦熱による塑性流動によって接合してハニ
カムパネルを製作するものである。上記、目的を達成す
るため、ハニカムパネルの接合部に補強材を設けるかま
たは接合部の継手構造を補強構造にすることに特徴があ
る。本発明により、薄い面板からなるハニカムパネルの
場合でも変形の少ない、かつ、信頼性の高いハニカムパ
ネルが高い精度で、かつ、安価に製作できる。また、ハ
ニカムパネルを溶融しないため、左右または上下の両面
から接合できる。このため、ハニカムパネルを反転する
ことなく、効率的に、かつ、安価にハニカムパネルの構
造体が製作できる。

【００２３】本発明の第２の特徴は、ハニカムパネルの
接合部を他の部分より高くすることにある。これによ
り、回転ツ−ルの切削効果によって、接合部の厚さが薄
くなり、接合強度が低下し、ハニカムパネルの信頼性の
低下を防止できる。さらに、接合部を厚くすることによ
り、接合部のギャップが大きい場合でも厚さの増加して
いる部分でギャップを補うため、欠陥なく接合できる。
例えば、継手構造がＩ型のみならずレ型またはＶ型でも
欠陥なく接合できる。これにより、本溶接方法で接合で
きる継手構造の種類が多くなる。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施例 １ 図１は本発明によるハニカムパネルの製作方法を示す斜
視図である。図２は図１の断面を示す。本発明のハニカ
ムパネル製作方法は、アルミニウム合金からなる面板１
とコア−材２との間に補強材３を配置し、これらを固相
接合方法により、同時に接合する。つまり、図１および
図２のごとく、面板１、コア−材２、補強材３との接合
部に、該、回転ツ−ル４を挿入し、回転ツ−ルを回転さ
せながら移動することにより、面板１、コア−材２、補
強材３を溶融させることなく同時に接合できる。本発明
によって、接合部５が形成され、品質の高いハニカムパ
ネルが安価に製作できる。つまり、前記、補強材３によ
って、面板１またはコア−材２の厚さが薄く、回転ツ−
ルの荷重で変形して接合できないハニカムパネルの場合
でも容易に製作できる。

【００２５】なお、本実施例で使用した回転ツ−ル４の
先端の径は６ｍｍ、長さ４ｍｍ、つばの部分の径は２０
ｍｍである。また、回転ツ−ル４の回転速度は１０００
ｒｐｍ，移動速度は５００ｍｍ／ｍｉｎである。なお、
回転ツ−ルの先端部には通常のＭネジが形成されてい
る。

【００２６】実施例 ２ 図３は図１のハニカムパネルと同じ形状のハニカムパネ
ルの断面を示す。本実施例では、ハニカムパネルの表裏
両面から同時に接合するハニカムパネルの製作方法を示
す。つまり、ハニカムパネルの表と裏に回転ツ−ル４を
配置し、該、ツ−ル４を回転しながら移動するにより、
面板１、コア−材２、補強材３を両面から接合する。こ
れにより、精度の高いハニカムパネルの構造体が効率的
に安価にできる。なお、この場合の接合条件は実施例１
と同様である。

【００２７】実施例 ３ 図４はアルミ合金からなるパネル単部の一部に補強材３
を設けたパネルの構造を示す。つまり、コア−材２は波
状で強固であるため、補強材の役目を補っている。この
ため、面板１が薄い場合でも回転ツ−ル４の荷重による
変形が無く接合できる。従って、面板１とコア−材２は
健全な接合部５が形成され、軽量構造のハニカムパネル
からなる構造体を製作できる。

【００２８】実施例 ４ 図５はアルミニウム合金からなる面板１とコア−材２と
の２か所の接合部に回転ツ−ルを挿入し、２箇所を同時
に接合する製作方法を示す。なお、本発明では、コア−
材２が補強材の役目を補っている。つまり、コア−材２
は回転ツ−ル４の荷重に耐える十分強固であるため、面
板１が薄い場合でも変形することなく、めん板１とコア
−材２が接合できる。これによって、精度の高いハニカ
ムパネル構造体が製作できる。接合条件は実施例１と同
様である。

【００２９】実施例 ５ 図６は押出し加工によって製作された面板１、コア−材
２、縁材６からなるハニカムパネル同士を縁材６の部分
に回転ツ−ル４を挿入して、固相接合部５を形成し、大
型のハニカムパネル構造体を製作するものである。つま
り、押出し加工法により面板１、コア−材２、縁材６が
一体となって製作されたハニカム端部の縁材６が本発明
の補強材となり、面板１とコア−材２が薄い場合でも、
該、回転ツ−ル４の荷重に対して変形するなく接合でき
る。このため、軽量、且つ、高精度の大型ハニカムパネ
ル構造体が効率的に、かつ、安価に製作できる。このハ
ニカムパネルを鉄道用車両体として、高速車両を製作し
た。

【００３０】実施例 ６ 図７は押出し加工によって製作された面板１、コア−材
２、縁材６からなるハニカムパネル同士を縁材の部分に
回転ツ−ル４を挿入して接合する。これによって、複数
のハニカムパネルを合体して大型のハニカム構造体を製
作するものである。本実施例では、回転ツ−ル４が接す
る接合部の厚さを０．８ｍｍ高くしている。これによ
り、回転ツ−ル４によって接合部に凹みが生じた場合で
も強度は実質的に低下しない。さらに、接合部のギャッ
プが大きい場合でも欠陥なく接合できる。このため、信
頼性の高いハニカムパネルからなる構造体が効率的に、
かつ、安価に製作できる。このハニカムパネルを鉄道用
車両体として、高速車両を製作した。

【００３１】実施例 ７ 図８は押出し加工によって製作された面板１、コア−材
２からなるハニカムパネル同士の接合において、この間
に補強材６を配置し、この補強材の部分に回転ツ−ル４
を挿入して接合する。これによって、複数のハニカムパ
ネルを合体して大型のハニカム構造体を製作するもので
ある。本実施例では、回転ツ−ル４が接する接合部の補
強材の厚さを１ｍｍ高くしている。これにより、回転ツ
−ル４によって接合部に凹みが生じた場合でも強度は実
質的に低下しない。さらに、接合部のギャップが大きい
場合でも欠陥なく接合できる。このため、信頼性の高い
ハニカムパネルからなる構造体が効率的に、かつ、安価
に製作できる。このハニカムパネルを鉄道用車両体とし
て、高速車両を製作した。

【００３２】実施例 ８ 図９はろう付け法により製作されたハニカムパネル同士
を回転ツ−ル４とハニカム材との摩擦熱による塑性流動
を利用して製作する斜視図を示す。

【００３３】図１０は、図９の断面構造を示す。図９、
図１０に示すように、面板１、コア−材２、縁材６は、
ろう付け層７で接合されている。本発明によるハニカム
パネル同士の接合は、縁材６の部分で行う。つまり、
該、縁材６が回転ツ−ルの荷重に対する補強材の役目を
補い、面板１やコア−材２が薄い場合でも変形無く、接
合できる。前記方法によって、ろう付け方法で接合した
ハニカムパネル同士を固相接合法によって大型のハニカ
ムパネル構造体を製作できる。

【００３４】このハニカムパネルを鉄道用車両体とし
て、高速車両を製作した。

【００３５】実施例 ９ 図１１は本発明によって鉄道用の車両を製作する方法の
斜視図を示す。まず、押出し加工法により製作された長
さ２５ｍ、幅０．４ｍのハニカムパネルの縁材６の部分
に回転ツ−ル４を挿入してハニカムパネル同士を両面か
ら固相接合する。

【００３６】図１２は図１１の製作方法の詳細な断面構
造を示す。押出し加工法により製作した面板１、コ−ア
材２、縁材６からなるハニカムパネルは固定台に配置さ
れ、左右及び上下方向から固定治具７によって固定され
る。この実施例では、接合部の面板の高さがほかの部分
より約０．６ｍｍ高くなっている。接合は該、ハニカム
パネルの縁材６の部分に上下方向から回転ツ−ル４を挿
入する。該、回転ツ−ルは、ロボット８に取付けられ、
モ−タ９による駆動力で回転しながら溶接線方向に移動
する。前記方法により、ハニカムパネル同士を固相接合
する。なお、該、回転ツ−ルは、ハニカムパネル表面の
変形に応じて上下方向に自動的に移動制御できる。さら
に、該、回転ツ−ル４は、溶接線に沿って左右方向にも
自動的に移動制御できる。

【００３７】図１３は上記方法によって製作した鉄道車
両の斜視図を示す。接合部５の長さは一部が１２．５ｍ
であるが、最大２５ｍの長さが表裏利用面から形成され
て、鉄道用の車両が製作される。

【００３８】実施例 １０ 図１４は本発明における接合部の継手構造を示す。図１
４の（ａ）〜（ｅ）はハニカムパネルの面板１同士の接
合において、補強材３を設けている例を示す。つまり、
接合する左右の面板１の下部に回転ツ−ル４の荷重によ
って変形しない程度の補強材３を配置し、この補強材３
も同時に接合する。これによって接合部材の面板１は回
転ツ−ルの荷重によって変形することなく、実質的に無
限に長いハニカムでも固相接合できる。第１５図の
（ａ）〜（ｂ）は面板１の一方が補強材３と一体になっ
て製作されている例を示す。つまり、面板１と一体とな
っている補強材３によって回転ツ−ルの荷重を支える。

【００３９】図１６の（ａ）〜（ｄ）は面板１の両方が
補強材３と一体で製作された継手構造を示す。この場合
は回転ツ−ルの荷重を両方の補強材３で支える。

【００４０】図１７の（ａ）〜（ｅ）は、接合部の厚さ
が他の部分より厚くなっている継手構造を示す。（ａ）
と（ｂ）はＩ型継手構造、（ｃ）と（ｄ）はレ型継手構
造、（ｅ）と（ｆ）はＶ型継手構造を示す。つまり、接
合部の厚さをほかの部分より０．３ｍｍ以上高くするこ
とにより、その増加した部分の厚さで各継手構造のギャ
ップ内の空間を補充するため、Ｉ型の場合はギャップの
許容範囲を大きくできる。また、レ型、Ｖ型の場合でも
その空間を補充できるため、欠陥なく接合できる。

【００４１】［本発明の構成］本発明の構成は、下記の
いずれか１つ以上によって達成される （１）接合部に補強材を設けるかまたは補強構造にす
る。

【００４２】（２）接合部の厚さを他の部分より厚くす
る。

【００４３】（３）ハニカムパネルの表裏両面から接合
する。

【００４４】

【発明の効果】本発明によって、接合部に補強材を設け
るか、または補強構造にすることにより、ハニカムパネ
ルの面板及びコア−材が薄い場合でもが高精度で、か
つ、安価に製作できる。また、接合部の厚さを他の部分
より増加することにより、接合部のギャップが大きい場
合でも欠陥なく接合できる。さらに、表裏両面から接合
することにより、効率的にハニカムパネルおよびハニカ
ムパネルから構成される構造体を製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のハニカムパネルの製作方法を示
す斜視図である。

【図２】図２は図１の縦断面図である。

【図３】他の実施例の製作方法を示す断面図である。

【図４】他の実施例の製作方法を示す縦断面図である。

【図５】他の実施例の製作方法を示す断面図である。

【図６】他の実施例の製作方法を示す断面図である。

【図７】他の実施例の製作方法を示す断面図である。

【図８】他の実施例の製作方法を示す断面図である。

【図９】図９はろう付け方法によって製作されたハニカ
ムパネル同士を固相接合する斜視図である。

【図１０】図９の要部の縦断面図である。

【図１１】鉄道用の車両のパネルを製作する実施例を示
す斜視図である。

【図１２】図１１の要部の縦断面図である。

【図１３】鉄道用車両の車体の斜視図である。

【図１４】本発明の各種の継手構造を示す縦断面図であ
る。

【図１５】本発明の各種の継手構造を示す縦断面図であ
る。

【図１６】本発明の各種の継手構造を示す縦断面図であ
る。

【図１７】本発明の各種の継手構造を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１：面板、２：コア−材、３：補強材、５：接合部。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 章弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 青田 欣也 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 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 石丸 靖男 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

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本的に面板とコア−材からなるハニカ
   ムパネルの製作方法において、前記、面板とコア−材と
   の接合は、金属の塑性流動を利用した固相接合方法によ
   り製作することを特徴とするハニカムパネルの製作方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固相接合方法は、ハニカ
   ムパネルの材質より実質的に硬い材質からなる棒状のツ
   −ルを該ハニカムパネルの接合部に挿入し、該、ツ−ル
   を回転させながら移動することによって発生する前記ツ
   −ルと前記ハニカム材との摩擦熱を利用した接合方法で
   あることを特徴とするハニカムパネルの製作方法。
3. 【請求項３】 請求項１〜２項記載のハニカムパネルの
   接合部には、補強材が設けられ、前記、補強材も同時に
   接合することを特徴とするハニカムパネルの製作方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３記載のハニカムパネルの接
   合部は、他の部分より厚さが０．３ｍｍ以上高いことを
   特徴とするハニカムパネルの製作方法。
5. 【請求項５】 請求項の範囲第１〜４項におけるハニカ
   ムパネルの製作方法において、ハニカムパネルの表裏両
   面から接合することを特徴とするハニカムパネルの製作
   方法。
6. 【請求項６】 加工物の材質より実質的に硬い材質から
   なる金属製のツ−ルを加工物の接合部に挿入し、前記、
   ツ−ルを回転しながら移動することによって生じる該ツ
   −ルと該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質
   的に連続した部材を接合する接合構造において、接合部
   に補強材が設けられていることを特徴とするハニカムパ
   ネルの接合構造。
7. 【請求項７】 加工物の材質より実質的に硬い材質から
   なる金属製のツ−ルを加工物の接合部に挿入し、前記、
   ツ−ルを回転しながら移動することによって生じる前記
   ツ−ルと前記、加工物との摩擦熱による塑性流動によっ
   て実質的に連続した部材を接合する接合構造において、
   前記、接合部は実質的に該ツ−ルの荷重に耐える補強構
   造であることを特徴とするハニカムパネルの継手構造。
8. 【請求項８】 加工物の材質より実質的に硬い材質から
   なる金属製のツ−ルを加工物の接合部に挿入し、前記、
   ツ−ルを回転しながら移動することによって生じる該ツ
   −ルと該加工物との摩擦熱による塑性流動によって実質
   的に連続した部材を接合する接合構造において、該、接
   合部の厚さが他の部分より厚くなっていることを特徴と
   するハニカムパネルの継手構造。
9. 【請求項９】 加工物の材質より実質的に硬い材質から
   なる金属製のツ−ルを加工物の接合部に挿入し、前記、
   ツ−ルを回転しながら移動することによって生じる前記
   ツ−ルと前記、加工物との摩擦熱による塑性流動によっ
   て実質的に連続した部材を接合する方法において、ハニ
   カムパネルを表裏両面から接合することを特徴とするハ
   ニカムパネルの製作方法。
10. 【請求項１０】 特許請求の範囲第１〜９項記載のハニ
    カムパネルは、ＡｌまたはＡｌ合金であることを特徴と
    するハニカムパネル構造体。
11. 【請求項１１】 特許請求の範囲第１〜１０項記載のい
    ずれかの方法によって製作されたハニカム構造体。
12. 【請求項１２】 特許請求の範囲第１〜１１項記載のい
    ずれかの方法によって製作されたハニカムパネルからな
    る鉄道車両体。