JP2003154473A

JP2003154473A - 摩擦攪拌接合方法および車体の製作方法

Info

Publication number: JP2003154473A
Application number: JP2002265697A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Esumi; 昌邦江角; Kazunari Fukuyori; 一成福寄
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2003-05-27
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP4633999B2

Abstract

(57)【要約】【課題】２つの部材の突き合わせ部の隙間が大きくて
も良好な接合ができるようにする。【解決手段】２つの部材１０、２０の突き合わせ部に
沿って切削工具６０で切削する。切削によって生じた隙
間４０に補填材３０を挿入し、凸部１２、２２をローラ
７０で押し、凸部１２、２２をかしめて補填材３０を固
定する。次に回転工具８０で凸部１２、２２、補填材３
０を摩擦攪拌接合する。切削しないで、溶接して補填材
を隙間に埋めてもよい。また、切削して、２つの部材を
近接させて、摩擦攪拌接合してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は摩擦攪拌接合方法に
関する。特に、軌条を走行する車両、例えば鉄道車両の
車体の製作に好適な接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】摩擦攪拌接合方法は、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。回転工具は大径部と小径部か
らなる。小径部を接合すべき部材に挿入し、大径部の端
面を前記部材に接触させている。小径部にはねじを設け
ている。接合すべき２つの部材の突き合わせ部に凸部を
設け、この凸部側から回転工具を挿入して、凸部の金属
で２つの部材の間の隙間を埋めるようにしている。回転
工具の大径部を凸部内に入れている。中空形材の摩擦攪
拌接合は２つの面板を接続する接続板を支え板として中
空形材同士を摩擦攪拌接合している。これらは特許文献
１、特許文献２に示されている。

【０００３】また、特許文献３（図４参照）では、２つ
の部材の間の隙間に充填材を配置して摩擦攪拌接合して
いる。また、特許文献４では、凸部を有する第１の部材
と凸部を有しない第２の部材とを摩擦攪拌接合するにあ
たって、第２の部材側に間欠的に肉盛り溶接し、その
後、擦攪拌接合している。

【０００４】

【特許文献１】特許第３０７０７３５号公報（ＵＳＰ６
０５０４７４）

【特許文献２】特開２０００−３３４５８１号公報（Ｅ
Ｐ１０５５４７８Ａ１）

【特許文献３】特開２０００−２３３２８５号公報

【特許文献４】特開２０００−１６７６７７号公報（Ｅ
Ｐ０９９２３１４Ａ２）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】接合すべき２の部材の
間に隙間があると、摩擦攪拌接合できない。このため、
回転工具の挿入側に凸部を設け、凸部の金属で隙間を埋
めるようにしている。しかし、現実には例えば隙間が１
ｍｍ以上になると良好な接合が困難になる。隙間が大き
くなると回転工具の径を大きくすることが考えられる
が、不都合が発生しやすい。

【０００６】鉄道車両などの軌条車両の車体は、車内の
側面を構成する側構体と、屋根構体と、床を構成する台
枠等からなる。車体の製作手順は、まず、複数の押し出
し形材を接合して、側構体、屋根構体、台枠をそれぞれ
製作する。次に、これを接合して車体とする。側構体、
屋根構体、台枠は長さ約２０ｍ、幅約３ｍであるので、
その製作誤差は大きい。このため、接合部の隙間は容易
に１ｍｍ以上になる。本発明の目的は、隙間が大きくて
も良好な接合ができるようにすることにある。

【０００７】本発明の第２の目的は、車体の台枠と側構
体との摩擦攪拌接合、または側構体と屋根構体との摩擦
攪拌接合を容易に行えるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、２つの部材
の突き合わせ部の隙間に、隙間を埋める部材を配置し、
その後、摩擦攪拌接合すること、によって達成できる。
また、隙間を埋める部材は２つの部材の突き合わせ部を
切削して隙間を設け、この隙間に、隙間を埋める部材を
配置してもよい。また、２つの部材の突き合わせ部を切
削し、両者を近接させてから摩擦攪拌接合することによ
って達成できる。

【０００９】上記第２の目的の台枠と側構体との摩擦攪
拌接合は、台枠の面板を支持手段にするか２つの側構体
の間に支持装置を配置して行っているので、容易に行え
るものである。側構体と屋根構体との摩擦攪拌接合は、
２つの側構体の間に支持装置を配置して行っているの
で、容易に行えるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本的な実施例を
図１から図４によって説明する。図１において、接合作
業は（Ａ）から（Ｄ）の順序で進行する。図１（Ａ）に
おいて、板状の２つの部材１０、２０を架台５０に載せ
て突き合わせている。２つの部材１０、２０は隙間がで
きるだけ小さくなるように突き合わせている。部材１０
には部材２０との突き合わせ部に沿って突出片１５があ
り、これに部材２０が載っている。部材１０、２０は突
き合わせ部の上面側には凸部１２、２２を設けている。
この状態で部材１０、２０は拘束具（図示せず）で架台
５０に固定されている。部材１０、２０はアルミニウム
合金製である。突き合わせ部を接合線という。

【００１１】上記のように拘束の後、２つの部材１０、
２０の突き合わせ面を上方から切削具６０で切削する。
これによって突き合わせ面に一定の幅の隙間（溝）４０
ができる。切削の幅（隙間、溝）４０は部材１０、２０
を突き合わせた際に生じていた隙間よりも大きい。隙間
４０の下面（切削の下面）は突出片１５の上面までであ
る。（図１（Ａ））

【００１２】２つの凸部１２、２２の幅を検出器で検出
し、その中心に切削具６０の中心を位置させて、切削を
行う。切削具７０の挿入深さは、凸部１２、２２の上面
の位置を検出して一定にする。切削はドライ切削で行
う。切り子は圧縮空気で吹き飛ばすか、集塵機で吸引す
る。切削具６０として図１ではエンドミルを示すが、丸
鋸でもよい。

【００１３】次に、切削によって生じた隙間４０に補填
材３０を配置する。補填材３０の高さ寸法は、補填材３
０の上面が凸部１２、２２の上面よりも下方に位置する
大きさである。補填材３０の上面は、凸部１２、２２を
除く部材１０、２０の板１１、２１の上面の延長線より
も上方に位置している。補填材３０の幅は隙間４０の幅
にできるだけ近く、挿入しやすい大きさが望ましい。隙
間４０の幅と補填材３０の幅との差は１ｍｍ未満であ
る。（図１（Ｂ）、図２）

【００１４】次に、隙間４０の近傍の凸部１２、２２の
上面を上方から押さえて、凸部１２、２２の角部を隙間
４０側に曲げる。これによって、補填材３０は下方に向
けて押さえられ、部材１０、２０に固定される。この固
定は回転工具８０によって摩擦攪拌接合する際に、補填
材３０が移動しないようにするためである。

【００１５】このかしめ作業は、隙間４０に沿ってロー
ラ７０を走行させることによって行う。ローラ７０の先
端は台形状である。ローラ７０の幅の中心が２つの部材
１０、２０の中心（隙間４０の中心）に位置する。ロー
ラ７０の台形状の斜面で凸部１２、２２の角部を押さえ
る。これによって凸部１２、２２の角部はかしめられ
る。２つの凸部１２、２２の幅を検出器で検出し、その
中心にローラ７０の中心を位置させて、押さえる。２つ
の凸部１２、２２の幅を検出器で検出し、その中心にロ
ーラ７０の中心を位置させる。（図１（Ｂ）、図３）

【００１６】ローラ７０は空気シリンダ装置７５によっ
て凸部１２、２２を溝４０に向けて所定の力で押し付け
ている。シリンダ装置７５は凸部１２、２２の高さ位置
の変化を許容するように伸縮自在である。もし、後述す
る仮止め溶接のビードがあれば、ローラ７０はそれを乗
り越える。

【００１７】次に、回転工具８０を突き合わせ部に上方
から挿入し、部材１０、２０および補填材３０の３者を
摩擦攪拌接合する。回転工具８０は接合線に沿って移動
させる。回転工具８０の小径部８２の先端は突出片１５
に達する。小径部８２の径は隙間４０の幅よりも大き
い。２つの凸部１２、２２の幅を検出器で検出し、その
中心に回転工具８０の中心を位置させて、摩擦攪拌接合
を行う。回転工具８０の挿入深さは、凸部１２、２２の
上面の位置を検出して一定にする。（図１（Ｃ）、
（Ｄ）、図４）摩擦攪拌接合した後、必要により、板１
１、２１の上面よりも上方の凸部１２、２２、および接
合部を切削し、平滑にする。

【００１８】各部の大きさの一例を説明する。隙間４０
の幅：３ｍｍ、隙間４０の深さ６ｍｍ、板１１、２１の
厚さ：４ｍｍ、凸部１２、２２の高さ（板１１、２１の
部分を除く）：２ｍｍ、凸部１２、２２の幅：８ｍｍ、
補填材３０の幅：２．５ｍｍ、補填材３０の高さ：５．
５ｍｍ、回転工具８０の大径部８１の径：１５ｍｍ、小
径部８２の径：６ｍｍ、回転工具８０の傾斜角：４°。
摩擦攪拌接合時において、大径部８１と小径部８２との
境（正確には大径部８１の最下端）は板１１、２１の上
面と補填材３０の上面との間に位置する。

【００１９】これによれば２つの部材を突き合わせた際
に接合線に沿って１ｍｍ以上の隙間があっても、切削に
よって所定の隙間に拡大し、次に、補填材３０を配置し
て隙間を１ｍｍ未満にし、次に、摩擦攪拌接合している
ので、良好な接合ができるものである。板１１、２１の
厚さに相当する部分の隙間４０と補填材３０との隙間
は、凸部１１、２１および補填材３０の上部の金属を原
資として埋められる。かしめのみでは補填材３０の固定
が十分でない場合は、アーク溶接によって補填材３０を
凸部１１、２１に間欠的に仮止め溶接する。

【００２０】図５の実施例を説明する。６１は切削具６
０としての丸鋸である。丸鋸６１の後方において、切り
子を吸引口６５で吸引している。また、ゴム製の排除板
６６で切り子が後方に行かないようにしている。補填材
３０はドラム９０に巻かれている。補填材はドラム９０
からガイドローラ９３ｂ、９３ｃ、９３ｄによって滑ら
かに円弧状に曲げられ、筒状のガイド９５を経由して隙
間４０に挿入される。ドラム９０とローラの間にはこの
ようなローラ９３ｂ、９３ｃ、９３ｄ、ガイド９５が適
宜ある。補填材３０が隙間４０に入ると、ローラ７０で
固定され、回転工具８０で摩擦攪拌接合される。これら
機器は１つの台車に設置している。ドラム９０は台車の
走行に伴って、補填材３０を繰り出す。凸部１２、２２
をかしめて補填材３０を固定するに際し、最初は補填材
３０の端部を溶接で凸部１２、２２に固定するとよい。

【００２１】上記実施例では補填材３０を隙間４０に入
れるローラ７０と凸部１２、２２をかしめるローラ７０
とが同一であるが、両者をそれぞれのローラで行うよう
にすることができる。補填材３０を隙間４０に挿入する
ローラは補填材３０の上面を押さえるようにする。

【００２２】また、ローラ７０で凸部１２、２２をかし
めて補填材３０を固定しているが、補填材３０の上面を
ローラ７０で押さえて固定するようにしてもよい。補填
材３０の上面を凸部１２、２２の上面よりも突出させる
ことができる。台車の走行方向に複数のローラ７０を設
けて、強固に固定するとよいと考えられる。

【００２３】また、ローラ７０で凸部１２、２２を押さ
えて行っているが、間欠的に２つの凸部１２、２２を叩
いて行うことができる。叩く部材はのみのように小断面
積にする。また、溝４０を切削した際の切り子は圧縮空
気を吹き付けて排除することができる。

【００２４】摩擦攪拌接合し、平滑にした後、ヘアーラ
イン加工仕上げを行う場合は、補填材３０の材質は母材
の部材１０、２０と同一材質を用いるとよい。母材と異
なる材質の補填材を用い、溶接部を塗装しないでヘアー
ライン加工仕上げを行う場合は、接合部が変色して見え
易く、身栄えが悪い。しかし、母材と同一材質の補填材
を用いれば、変色が少なく、見栄えが悪くない。

【００２５】図６から図９の実施例を説明する。これは
軌条車両例えば鉄道車両の車体の製作に適用したもので
ある。軌条車両の車体は、床になる台枠１１０、側面を
構成する側構体１２０、１２０、屋根になる屋根構体１
３０等からなる。先ず、一対の側構体１２０、１２０の
上部に屋根構体１３０を載せ、接合し、一体にする。次
に、これを台枠に載せ、接合し一体にする。ここでは台
枠と側構体との摩擦攪拌接合装置を説明する。

【００２６】台枠１１０は架台２１０に載せて固定して
ある。台枠１２０に側構体１２０、１２０を載せてい
る。側構体１２０、１２０の上部には屋根構体１３０が
接合されている。側構体１２０、１２０と屋根構体１３
０とを接合した後、台枠１２０に載せている。

【００２７】側構体１２０の上部は側方から支持装置２
３０で支持している。支持装置２３０は車体の両側面に
沿って設置した枠２２０に設置している。支持装置２３
０は水平方向に伸縮自在である。車体の内側には支持装
置２４０が配置され、一対の側構体１２０、１２０の間
隔や垂直度を所定にしている。支持装置２５０は側構体
１２０、１２０の上部と上部との間、下部と下部との
間、および上部と下部との間にある。支持装置２４０は
２つの側構体１２０、１２０の間隔を大きくする支え棒
や、間隔を小さくするチエン等である。いずれもターン
バックルを備え、間隔を変更できる。チエンは窓などに
かけ、引っ張っている。また、側構体１２０の下端は車
外側から車内側に向けて押さえている。

【００２８】車体の両側面には接合装置３００、３００
がある。接合装置３００の上下はレール３０１、３０２
で支持され、車体に沿って直線状に走行する。接合装置
３００は台車３１０に設置している。接合装置３００は
下部のレール３０１にローラを介して載っており、また
レールの左右の面に接するローラがある。また、接合装
置３００の上部には上部のレール３０２の左右の面に接
するローラがある。レール３０２は枠２２０の上部に設
置している。

【００２９】接合装置３００は前記実施例の機器であ
る。接合装置３００は台車３１０の昇降台３２０に設置
している。昇降台３２０は台車３１０の四角形の枠の左
右の柱にガイドされて昇降する。昇降台３２０の上部に
は上下方向に回転する座３３０がある。この回転座３３
０の上面に水平方向に移動する座３４０がある。移動座
３４０の上面には上下動する座３５０がある。この上下
動座３５０、３５０に前記実施例の機器を設置してい
る。すなわち、一方の座３５０に丸鋸６１、その駆動装
置、吸引口６５、排除板６６、センサ等を設置してい
る。他方の座３５０にローラ７０、９３ｂ、９３ｃ、９
３ｄ、ガイド９５、回転工具８０、その駆動装置、セン
サ等を設置している。台車３１０の上部にドラム９０を
設置している。

【００３０】それぞれの前記センサは凸部の幅、位置を
検出し、水平座３４０、上下動座３５０を移動させ、丸
鋸６１、回転工具８０の位置、深さを制御する。水平移
動座３４０は車体に対する距離を変えるものである。回
転座３３０は、接合すべき部分の車体の形状が垂直面に
対して傾斜している場合に用いる。

【００３１】図９において、台枠１１０、側構体１２０
は複数の中空形材をそれぞれ接合したものである。側構
体１２０の下端の中空形材１２１のそれぞれの面板１２
１ｂ、１２１ｃを台枠１１０の端部の中空形材１１１に
突き合わせている。中空形材１１１は側梁と呼ばれ、高
さや板厚は他の中空形材１１２よりも大きい。

【００３２】車内側の面板１２１ｃは中空形材１１１の
上面の面板１１１ｂに載っている。両者は実質的に直交
している。この突き合わせ部を車内側からアーク溶接で
隅肉溶接している。車外側の面板１２１ｂは中空形材１
１１の上部の角部の凹部１１１ｄに突き合わせられ、凹
部１１１ｄに重なっている。この突き合わせ部を車外側
から摩擦攪拌接合する。

【００３３】凹部１１１ｄは中空形材１１１の上面の面
板１１１ｂと車外側の垂直な板１１１ｃとの接続部にあ
る。凹部１１１ｄは上方および車外側にそれぞれ開口し
ている。凹部１１１ｄには上方に突出する突出片１１１
ｆがある。突出片１１１ｆは面板１２１ｂの裏面に重な
る。

【００３４】丸鋸６１の厚さの中心すなわち回転工具８
０の軸心の延長線は、面板１１１ｂの板厚の範囲内にあ
る。これによって摩擦攪拌接合時の荷重を面板１１１ｂ
で支え、接合部の変形を防止し、良好な接合を可能にす
る。

【００３５】台枠１１０の中空形材１１１、１１２の上
面の面板１１１ｂ、１１２ｂは実質的に同一面にある。
面板１２１ｂの下端の車外側、および接続板１１１ｃの
上端の車外側にはそれぞれ凸部１２、２２がある。左側
の側構体１２０と台枠１１０との接合部の構成は以上の
構成と同一である。

【００３６】接合手順を説明する。台枠１１０を架台２
１０に載せ、これに側構体１２０、１２０を載せ、支持
装置２３０、２４０で側構体１２０を所定位置に固定す
る。台枠１１０と側構体１２０、１２０とを車内側、車
外側から間欠的に仮止め溶接する。次に、車内側は面板
１２１ｂと１１１ｂとを本格的にアーク溶接する。

【００３７】次に、左右の接合装置３００、３００を同
期して走行させ、同期して接合する。接合装置３００の
丸鋸６１によって接合部に溝４０を設け、これに補填材
３０を配置し、最後に摩擦攪拌接合する。車体の長手方
向の端部から丸鋸６１で溝（隙間）４０を作る切削を開
始する。所定の長さの溝４０を作ると台車３１０の走行
を停止し、ドラム９０から補填材３０を繰り出して、溝
４０に挿入する。

【００３８】次に、溝４０に挿入した補填材３０を凸部
１２、２２に仮止め溶接する。溶接位置は溝４０に挿入
した補填材３０の始端である。次に、ローラ７０を溝４
０側に所定位置に突出させ、台車３１０の走行を開始さ
せる。切削も再開する。溝４０への補填材３０の挿入を
開始すると共に、ローラ７０によって固定を行う。

【００３９】摩擦攪拌接合装置の回転工具８０が接合線
の始端の位置まで移動すると、台車３１０の走行を停止
させる。回転工具８０を回転させながら、接合すべき部
分に挿入する。次に、台車３１０の走行を再開する。

【００４０】左右の接合装置３００、３００を同期させ
て摩擦攪拌接合を行っている。つまり、右の接合装置３
００の回転工具８０の軸心の延長線上に実質的に左側の
接合装置の回転工具８０の軸心がある。両者の間には台
枠１１０の面板１１１ｂ、１１２ｂがある。このため、
摩擦攪拌接合時の大きな荷重はこれらによって支持さ
れ、台枠１１０の変形を防止できる。

【００４１】ただし、一般には、回転工具８０の軸心は
走行方向に対して傾斜している。このため、一方の回転
工具の軸心の延長線上には他方の回転工具８０が存在し
ないことが多い。この場合も一方の回転工具８０の荷重
を他方の回転工具８０で支持できないが、近傍を支持し
ている。このため、台枠等の変形を防止して摩擦攪拌接
合できる。

【００４２】一方の回転工具８０の荷重を他方側で支持
する装置として、前記一方の回転工具８０の軸心の延長
線上をローラで支持し、前記一方の回転工具８０に同期
して走行させる。ローラが複数からなる場合は接合線に
沿って設ける。また、他方の接合部の周辺を支持する支
持装置を設置して支持する。前記一方の回転工具８０に
対して他方側は回転工具８０を除く支持装置でもよい。
この場合、支持装置は接合部または未接合部を支持す
る。

【００４３】車体はキャンバーを設けるのが通常であ
る。台車枠１１０にキャンバーを設けていれば、切削の
高さ位置、摩擦攪拌接合の高さ位置はキャンバーに従っ
て上下動させる。この場合は丸鋸よりもエンドミルが好
適である。

【００４４】上記実施例では定常時は凸部１２、２２の
かしめによって補填材を固定しているが、溶接によって
所定間隔で固定してもよい。溶接位置は丸鋸６１とガイ
ド９５との間に設ける。

【００４５】中空型材１２１の面板１２１ｂと中空型材
１１１の面板１１１ｃとの接合は、実質的に平行な２つ
の面板（１つは１１１ｃ）を接続する接続板１１１ｇと
面板１１１ｃとの接続部１１１ｈで行うことができる。
接続部１１１ｈよりも上方の面板１１１ｃは面板１２１
ｂが重なるように凹んでいる。これによって面板１２１
ｂの下端は接続部１１１ｈよりも下方の面板１１１ｃに
突き合わせられる。回転工具８０の軸心の延長線上に接
続板１１１ｃが位置する。これによって回転工具８０の
荷重を支持できる。面板１２１ｃの端部は面板１１１ｂ
に溶接する。

【００４６】図１０の実施例を説明する。台枠１１０の
端部の中空形材１１１の車外側には上方に突出する片
（面板に相当する）１１１ｊがある。これに側構体の中
空形材１２１の車外側の面板１２１ｂを突き合わせてい
る。片１１１ｊと面板１２１ｂとの突き合わせ部の裏面
には内外の面板１２１ｂ、１２１ｃを接続する接続板１
２１ｄがある。接続板１２１ｄは面板１２１ｂ、１２１
ｃに実質的に直交している。このため、接続板１２１ｄ
は接合時の回転工具８０の軸心の延長線上にある。接続
片１２１ｄと面板１２１ｂとの接続部には前記実施例と
同様に面板１２１ｂに重なる凹部および突出片がある。

【００４７】面板１２１ｃと面板１１１ｂとを溶接後、
支持装置２５０を面板１２１ｃに接するように配置す
る。支持装置２５０は車体の長手方向に沿って多数設置
する。支持装置２５０は伸縮自在である。次に、摩擦攪
拌接合する。一方の回転工具８０の荷重は支持装置２５
０を介して他方の回転工具８０側に伝達する。

【００４８】図１１の実施例を説明する。中空形材１１
１の上方に２つの突出片１１１ｊ、１１ｊが突出してい
る。２つの突出片（面板に相当する）１１１ｐ、１１１
ｐは接続片１１１ｑで接続している。接続片１１１ｑは
接続片１２１ｄと同様に設置している。接続片１１１ｑ
と突出片１１１ｐ、１１１ｐとの接続部には前記実施例
と同様に面板１２１ｂ、１２１ｃに重なる凹部および突
出片がある。面板１２１ｃと突出片１１１ｐを溶接後、
支持装置２５０を配置する。支持装置２５０は面板１２
１ｃ、突出片１１１ｐの両方に接触するのが好ましい。
回転工具８０の軸心の延長線上に接続板１１１ｑを位置
させて、摩擦攪拌接合する。

【００４９】なお、この実施例において、突出片１１１
ｐの長さが短ければ、台枠１１０が強固であるので、支
持装置２５０を不要にできる。

【００５０】図１２から図１３の実施例を説明する。こ
れは屋根構体１３０と側構体１２０、１２０との接合装
置である。側構体１２０、１２０を架台２１０Ｂに載せ
て立て、これに屋根構体１３０を載せている。これを支
持装置２３０Ｂ、２４０Ｂによって車体の内外から支持
している。支持装置２４０Ｂは屋根構体１３０、側構体
１２０を車内側から引っ張ったり押したりする。支持装
置２３０Ｂ、２４０Ｂは前記実施例の支持装置２３０、
２４０に相当する。また、側構体１２０の下端は架台２
１０Ｂの凹部に入れて位置決めしている。

【００５１】支持装置２４０Ｂによって側構体１２０、
１２０、屋根構体１３０を所定位置に固定したら、側構
体１２０、１２０と屋根構体１３０との車内側の突き合
わせ部をアーク溶接する。溶接したらこの左右の溶接部
の間に支持装置２５０を配置する。支持装置２５０は溶
接部の近傍を支持する。支持装置２５０は支え棒であ
る。

【００５２】次に、前記のように左右の台車３１０Ｂ、
３１０Ｂを走行させ、接合装置３００Ｂ、３００Ｂで溝
を切削し、補填材を充填し、摩擦攪拌接合する。摩擦攪
拌接合時の荷重は、接合部の接続板１２３ｃ、支持装置
２５０を介して、他方の接続板１２３ｃ、回転工具８０
に支持される。

【００５３】側構体１２０の上端の中空形材１２６と屋
根構体１３０の下端の中空形材１３１との接合部の構成
を説明する。中空形材１２６（１３１）の２枚の面板１
２６ｂ、１２６ｃ（１３１ｂ、１３１ｃ）は接続板１２
６ｄ（１３１ｄ）をトラス状に配置している。面板１３
１ｂの端部と面板１３１ｃの端部とは傾斜した接続板１
３１ｄで接続している。面板１２６ｂの端部と面板１２
６ｃの端部とを接続する接続板はない。このため、面板
１３１ｃ（１２６ｂ）の端部は面板１３１ｂ（１２６
ｃ）よりも端部側に突出している。面板１３１ｂと２つ
の接続板１３１ｄ、１３１ｄとの接続部（交点）には、
前記実施例と同様に凹部があり、裏面に突出片がある。
面板１２６ｃと端部の接続板１２６ｄとの接続部（交
点）には、前記実施例と同様に凹部があり、裏面に突出
片がある。面板１３１ｂの凹部および突出片に中空形材
１２６の面板１２６ｂが重なっている。面板１２６ｃの
凹部および突出片に中空形材１３１の面板１３１ｃが重
なっている。車外側の面板１２６ｂ、１３１ｂの突き合
わせ部には凸部１２、２２がある。丸鋸６１の厚さの中
心、回転工具８０の軸心の延長線は、２つの接続板１３
１ｄ、１３１ｄの交点にある。

【００５４】摩擦攪拌接合時の荷重は２つの接続板１３
１ｄ、１３１ｄを介して面板１２６ｃに伝達される。そ
して支持装置２５０を介して他方の側構体１２０に伝達
する。

【００５５】図１４の実施例を説明する。２つの側構体
１２０、１２０の間に架台２１０Ｂに設置した支持装置
２５０Ｂがあり、支持装置２５０を設置している。車内
側を溶接した後、支持装置２５０で支持する。支持装置
２５０は前記実施例のようにローラや回転工具にでき
る。支持装置２５０がローラや回転工具の場合は回転工
具８０に同期して移動する。

【００５６】図１５の実施例を説明する。２つの部材１
０、２０を前記のように突き合わせた後、接合線に沿っ
てアーク溶接を行う。接合線に沿って連続して行う。特
に、隙間がある個所を溶接し、隙間をできるだけ埋め
る。（図１５（Ａ）、（Ｂ））

【００５７】次に、回転工具８０で摩擦攪拌接合を行
う。この場合、盛り上がった溶接ビードＢを凸部１２、
２２に見立てて行う。すなわち、盛り上がった溶接ビー
ドＢ内に回転工具８０の大径部８１の最下端を位置させ
て摩擦攪拌接合を行う。なお、部材１０、２０に凸部１
２、２２を設けたものを溶接してもよい。（図１５
（Ｃ）、（Ｄ））

【００５８】前記溶接は隙間の補填材として行うもので
ある。本来は隙間がないように突き合わせるので、その
突き合わせ部はＩ型開先である。このため、隙間の下部
に溶接ビード（補填材）がないことがある。しかし、盛
り上がった溶接ビードＢや凸部１２、２２が補填材とな
る。この溶接の強度は摩擦攪拌接合されていない部分の
溶接ビードＢが摩擦攪拌の力で剥離しない程度でよい。
２つの部材を突き合わせ、切削を行い、次に２つの部材
の溝が少なくなるか、なくするように移動させて突き合
わせ、この状態で摩擦攪拌接合することができる。

【００５９】本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の
各請求項の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もおよぶものである。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、２つの部材の突き合わ
せ部の隙間に、隙間を埋める部材を配置し、その後、摩
擦攪拌接合しているので、良好な接合ができるものであ
る。また、２つの部材の突き合わせ部を切削し、両者を
近接させてから摩擦攪拌接合すれば、良好な接合ができ
るものである。

【００６１】車体の台枠と側構体との摩擦攪拌接合は、
台枠の面板を支持手段にするか２つの側構体の間に支持
装置を配置して行っているので、容易に行えるものであ
る。側構体と屋根構体との摩擦攪拌接合は、２つの側構
体の間に支持装置を配置して行っているので、容易に行
えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の接合の工程図。

【図２】図１のII−II断面図。

【図３】図１のIII−III断面図。

【図４】図１のIV−IV断面図。

【図５】本発明の他の実施例の接合装置の構成図。

【図６】本発明の他の実施例の接合装置の正面図。

【図７】図６のVII−VII断面図。

【図８】図７のVIII−VIII断面図。

【図９】図６の台枠と側構体との接合部の縦断面図。

【図１０】本発明の他の実施例の図９相当図。

【図１１】本発明の他の実施例の図９相当図。

【図１２】本発明の他の実施例の接合装置の正面図。

【図１３】図１２の側構体と屋根構体との接合部の縦断
面図。

【図１４】本発明の他の実施例の接合装置の正面図。

【図１５】本発明の他の実施例の接合の工程図。

【符号の説明】

１０、２０：部材、１１、２１：板、１２、２２：凸
部、３０：補填材、４０：隙間、６０：切削具、７０：
ローラ、８０：回転工具、９０：ドラム、１１０：台
枠、１１１、１１２：中空形材、１２０：側構体、１２
１、１２６：中空形材、１３０：屋根構体、１３１：中
空形材、２５０：支持装置、３００：接合装置、３１
０：台車、２５０Ｂ：支持装置、３００Ｂ：接合装置、
３１０Ｂ：台車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:04 Ｂ２３Ｋ 101:04 (72)発明者福寄一成山口県下松市大字東豊井794番地日立笠戸機械工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E067 DA13 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの部材を突き合わせ、接合線に沿って突き合わせ面を切削し、前記切削によって生じた隙間に補填材を挿入し、前記接合線に沿って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２】請求項１の摩擦攪拌接合方法において、前記隙間に挿入した補填材を隙間の周囲の前記部材に固
定し、前記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３】請求項２の摩擦攪拌接合方法において、
前記固定は前記隙間の両側の前記部材をそれぞれ前記補
填材側に曲げて行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方
法。
【請求項４】請求項２の摩擦攪拌接合方法において、
前記固定は、前記隙間の両側の前記部材をローラで押さ
えて行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】請求項２の摩擦攪拌接合方法において、
前記固定は、前記隙間の両側の前記部材を間欠的に叩い
て行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】請求項２の摩擦攪拌接合方法において、
前記固定は、溶接によって補填材を前記部材に固定する
こと、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】請求項１の摩擦攪拌接合方法において、
１つの接合線に対して、前記切削を行いつつ、前記挿入
および前記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８】請求項１の摩擦攪拌接合方法において、
１つの接合線に対して、前記挿入を行いつつ、前記隙間
に挿入した補填材を隙間の周囲の前記部材に固定するこ
と、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項９】請求項８の擦攪拌接合方法において、前
記固定は前記切削を行った側の前記補填材を直接、ロー
ラで押さえて行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方
法。
【請求項１０】請求項１の摩擦攪拌接合方法におい
て、ドラムに巻いた前記補填材を繰り出して前記隙間に
挿入すること、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１１】請求項１３の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記補填材をローラによって前記隙間に押さえて前
記挿入を行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１２】請求項１の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記切削を行う装置、前記挿入を行う装置、前記摩擦攪
拌接合を行う装置、および前記補填材を巻いたドラムを
台車に設置しており、１つの接合線に対して、前記台車を走行させて、前記切
削を行いつつ、前記台車の走行に伴って前記ドラムに巻
いた前記補填材を繰り出して前記隙間に挿入し、前記前
記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１３】台枠に側構体を載せ、前記台枠と前記側構体との接合部のうち車内側を溶接
し、前記台枠の車外側と前記側構体の車外側との突き合わせ
部を接合線に沿って切削し、前記切削によって生じた隙間に補填材を挿入し、前記接合線に沿って摩擦攪拌接合すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項１４】側構体に屋根構体を載せ、前記側構体と前記屋根構体との接合部のうち車内側を溶
接し、前記側構体の車外側と前記屋根構体の車外側との突き合
わせ部を接合線に沿って切削し、前記切削によって生じた隙間に補填材を挿入し、前記接合線に沿って摩擦攪拌接合すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項１５】２つの部材を突き合わせ、前記突き合わせ部の隙間が所定値以上の部分に対して溶
接し、前記溶接した部分を含めて、前記接合線に沿って摩擦攪
拌接合すること、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１６】請求項１５の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記溶接は前記摩擦攪拌接合を行う全ての接合線に
対して行うこと、を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項１７】請求項１６の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記摩擦攪拌接合を行う回転工具は、接合すべき部分に
挿入する小径部と、接合すべき部分の外に位置する大径
部、とからなり、前記小径部と大径部との境を前記溶接によって前記部材
の表面から突出したビード内に位置させた状態で、前記
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１８】台枠と側構体との突き合わせ部または
側構体と屋根構体との突き合わせ部の車外側の隙間が所
定値以上の部分に対して溶接し、前記溶接した部分を含めて、前記接合線に沿って摩擦攪
拌接合すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項１９】２つの部材を突き合わせ、接合線に沿って突き合わせ面を切削し、少なくとも一方の部材を他方の部材に向けて移動させ、前記接合線に沿って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２０】台枠の両端にそれぞれ側構体を載せ、一方の前記側構体の車外側と前記台枠の車外側とを摩擦
攪拌接合する一方の回転工具の軸心の延長線上に実質的
に、前記台枠の面板、他方の前記側構体の車外側と前記
台枠の車外側との接合部、該接合部を車外側から支持す
る支持装置を順次位置させた状態で、前記回転工具によ
って摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２１】請求項２０の車体の製作方法におい
て、前記支持装置は他方の前記側構体の車外側と前記台枠の
車外側とを摩擦攪拌接合する回転工具であり、それぞれの前記回転工具は同期して接合線に沿って移動
すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２２】請求項２０の車体の製作方法におい
て、前記支持装置は前記回転工具に同期して接合線に沿
って移動すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２３】請求項２０の車体の製作方法におい
て、前記台枠と前記側構体との接合部分はそれぞれ中空形材
で構成しており、前記台枠とそれぞれの前記側構体との接合部のうち車内
側をそれぞれ溶接し、前記摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２４】台枠の一端の中空形材に側構体を載
せ、前記側構体の車外側と前記中空形材の車外側とを摩擦攪
拌接合する回転工具の軸心の延長線上に実質的に、前記
前記中空形材の２つの面板を接続する接続板を位置させ
た状態で、前記回転工具によって摩擦攪拌接合を行うこ
と、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２５】前記台枠の両端の中空形材にそれぞれ
側構体を載せ、一方の前記側構体の車外側と一方の前記中空形材の車外
側とを摩擦攪拌接合する一方の回転工具の軸心の延長線
上に実質的に、前記一方の中空形材の２つの面板を接続
する接続板、他方の前記中空形材の２つの面板を接続す
る接続板、他方の前記側構体の車外側と前記中空形材の
車外側との接合部、該接合部を車外側から支持する支持
装置を順次位置させた状態で、前記回転工具によって摩
擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２６】請求項２６の車体の製作方法におい
て、前記支持装置は他方の前記側構体の車外側と前記台枠の
車外側とを摩擦攪拌接合する回転工具であり、それぞれの前記回転工具は同期して接合線に沿って移動
すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２７】請求項２６の車体の製作方法におい
て、前記支持装置は前記回転工具に同期して接合線に沿
って移動すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２８】請求項２６の車体の製作方法におい
て、前記台枠と前記側構体との接合部分はそれぞれ中空形材
で構成しており、前記台枠とそれぞれの前記側構体との接合部のうち車内
側をそれぞれ溶接し、前記摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項２９】台枠の両端にそれぞれ側構体を載せ、摩擦攪拌接合を行うための回転工具の軸心の延長線上に
実質的に、一方の前記側構体と前記台枠との車外側の接
合部、その車内側、第１の支持装置、他方の前記側構体
の車外側と前記台枠との接合部の車内側、車外側の接合
部、該接合部を車外側から支持する第２の支持装置を順
次位置させた状態で、前記回転工具によって摩擦攪拌接
合を行い、前記第１の支持装置の両端はそれぞれの前記接合部の車
内側に接していること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３０】請求項２９の車体の製作方法におい
て、前記第２の支持装置は他方の前記側構体の車外側と前記
台枠の車外側とを摩擦攪拌接合する回転工具であり、それぞれの前記回転工具は同期して接合線に沿って移動
すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３１】請求項２９の車体の製作方法におい
て、前記第２の支持装置は前記回転工具に同期して接合
線に沿って移動すること、を特徴とする車体の製作方
法。
【請求項３２】請求項２９の車体の製作方法におい
て、前記台枠と前記側構体との接合部分はそれぞれ中空形材
で構成しており、前記台枠とそれぞれの前記側構体との接合部のうち車内
側をそれぞれ溶接し、前記第１の支持装置を配置し、前記摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３３】２つの側構体に屋根構体を載せ、摩擦攪拌接合を行うための回転工具の軸心の延長線上に
実質的に、一方の前記側構体と前記屋根構体との車外側
の接合部、その車内側、第１の支持装置、他方の前記側
構体の車外側と前記屋根構体との接合部の車内側、車外
側の接合部、該接合部を車外側から支持する第２の支持
装置を順次位置させた状態で、前記回転工具によって摩
擦攪拌接合を行い、前記第１の支持装置の両端はそれぞれの前記接合部の車
内側に接していること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３４】請求項３３の車体の製作方法におい
て、前記第２の支持装置は他方の前記側構体の車外側と前記
屋根構体の車外側とを摩擦攪拌接合する回転工具であ
り、それぞれの前記回転工具は同期して接合線に沿って移動
すること、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３５】請求項３３の車体の製作方法におい
て、前記第２の支持装置は前記回転工具に同期して接合
線に沿って移動すること、を特徴とする車体の製作方
法。
【請求項３６】請求項３３の車体の製作方法におい
て、前記屋根構体と前記側構体との接合部分はそれぞれ中空
形材で構成しており、前記屋根構体とそれぞれの前記側構体との接合部のうち
車内側をそれぞれ溶接し、前記第１の支持装置を配置し、前記摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３７】２つの側構体に屋根構体を載せ、摩擦攪拌接合を行うための回転工具の軸心の延長線上に
実質的に、一方の前記側構体と前記屋根構体との車外側
の接合部、その車内側を支持する支持装置を順次位置さ
せた状態で、前記回転工具と前記支持装置を同期して接合線に沿って
移動させて、前記回転工具によって摩擦攪拌接合を行う
こと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３８】請求項３７の車体の製作方法におい
て、前記屋根構体と前記側構体との接合部分はそれぞれ中空
形材で構成しており、前記屋根構体と前記側構体との接合部のうち車内側を溶
接し、前記摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする車体の製作方法。
【請求項３９】第１の中空形材からなる台枠と第２の
中空形材からなる側構体とを２箇所において接合してお
り、前記第１の中空形材の車外側と前記第２の中空形材の車
外側とは摩擦攪拌接合されており、該接合部は、前記第１の中空形材の車内側の面板または
前記中空形材の２つの面板を接続する接続板の延長線上
にあること、を特徴とする車体。