JP2005118829A - 摩擦攪拌接合用継手構造 - Google Patents

摩擦攪拌接合用継手構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 摩擦攪拌接合用の継手構造を改良して、応力集中を防止する。
【解決手段】 摩擦攪拌接合される２つの部材１００，１２０は、その端面が突合わされて継手部の接合面１４０を形成する。第１の部材１００は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材１００の上面から突出する突部１１０を有する。突部１１０の側面１１２は、部材１００の上面１０２に対して、小さな円弧Ｒ２と大きな円弧Ｒ３で結ばれる。同様に、第２の部材１２０も同様の構造を有する。摩擦攪拌用工具５０は、先端部に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面１４０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。接合された部材１００，１２０の継手部は、上面が平坦面１５０を形成し、その両端部にバリＢ１が残される。このバリＢ１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。連結部は大きな曲率をもつ円弧Ｒ３で結ばれ、応力集中は発生しない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摩擦攪拌接合に係り、特に鉄道車両の構体に適した摩擦攪拌接合用継手構造に関する。
摩擦攪拌接合を利用して、鉄道車両用の構体を製造する技術は、例えば、下記の特許文献１に記載されている。
図４は、従来の摩擦攪拌接合用継手構造を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの部材１０，２０は、その端面が突合わされて、継手部の接合面３０を形成する。
第１の部材１０は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材１０の上面から突出する突部１２を有する。
突部１２の上面１４は平坦面に形成され、突部１２の側面１３は、部材１０の上面１１に対して小さな円弧Ｒ１で結ばれている。
同様に、第２の部材２０も、上面２１から突出する突部２２を有する。突部２２の上面２４は平坦面に形成され、突部２２の側面２３は、部材２０の上面２１に対して小さな円弧Ｒ１を有する連結部で結ばれている。
摩擦攪拌接合用工具５０は、先端に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面３０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された部材１０，２０の継手部は、上面が平坦面４０を形成し、その両端部にバリＢ１が残される。このバリＢ１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。
この継手部の上面４２は、接合された２つの部材１０，２０の上面１１，２１よりも突出し、段付部を形成する。
この段付部は、ノッチ４１を形成する。
特開平１１−３１４１７３号公報
この継手部に残存する突起のノッチ４１は、部材１０，２０に曲げ応力等が加えられたときに、応力集中が発生する。この応力集中を避けるためには、継手部の上面４２を部材１０，２０の上面１１，２１と一体の平面を形成する必要がある。
この加工には、工数を要する等の問題がある。
本発明の目的は、上述した問題を解決する摩擦攪拌接合用継手構造を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明の摩擦攪拌接合用継手構造は、基本的な手段として、部材の上面から摩擦攪拌接合用工具が挿入される側に突出する突部を備え、該突部の側面と部材の上面の間には、部材の表面に形成される大きな曲率を有する円弧と、突部の側面側に形成される小さな曲率を有する円弧で構成される連結部を備えるものである。
本発明の摩擦攪拌接合用継手構造は、以上の構成を備えるので、摩擦攪拌接合時に発生するバリを切削した接合面と部材の上面との間の段差が大きな曲率をもつ円弧で結ばれる。したがって、段差に対する応力の集中は回避できる。
以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の実施例１を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの部材１００，１２０は、その端面が突合わされて継手部の接合面１４０を形成する。
第１の部材１００は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材１００の上面から突出する突部１１０を有する。
突部１１０の上面１１４は平坦面に形成され、突部１１０の側面１１２は、部材１００の上面１０２に対して、第１の円弧Ｒ２と第２の円弧Ｒ３を有する連結部で結ばれている。第１の円弧Ｒ２は小さな曲率を有し、第２の円弧Ｒ３は大きな曲率を有する。
同様に、第２の部材１２０は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材１２０の上面から突出する突部１３０を有する。
突部１３０の上面１３４は平坦面に形成され、突部１３０の側面１３２は、部材１２０の上面１２２に対して、第１の円弧Ｒ２と第２の円弧Ｒ３を有する連結部で結ばれている。第１の円弧Ｒ２は小さな曲率を有し、第２の円弧Ｒ３は大きな曲率を有する。
摩擦攪拌用工具５０は、先端部に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面１４０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された部材１００，１２０の継手部は、上面が平坦面１５０を形成し、その両端部にバリＢ１が残される。このバリＢ１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。
この継手部の上面１５２は、接合された２つの部材１００，１２０の上面１０２，１２２よりも突出するが、その連結部は大きな曲率をもつ円弧Ｒ３で結ばれ、応力集中は発生しない。
図２は、本発明の実施例２を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの部材２００，２２０は、その端面が突合わされて継手部の接合面２４０を形成する。
第１の部材２００は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材２００の上面から突出する突部２１０を有する。
突部２１０の上面２１４は平坦面に形成され、突部２１０の側面２１２は、部材２００の上面２０２に対して、楕円の一部Ｄ１を有する連結部で結ばれている。
同様に、第２の部材２２０は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に部材２２０の上面から突出する突部２３０を有する。
突部２３０の上面２３４は平坦面に形成され、突部２３０の側面２３２は、部材２２０の上面２２２に対して、楕円の一部Ｄ１を有する連結部で結ばれている。
摩擦攪拌用工具５０は、先端部に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面１４０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された部材２００，２２０の継手部は、上面が平坦面２５０を形成し、その両端部にバリＢ１が残される。このバリＢ１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。
この継手部の上面１５２は、接合された２つの部材２００，２２０の上面２０２，２２２よりも突出するが、その連結部は大きな曲率をもつ楕円Ｄ１を有する連結部で結ばれ、応力集中は発生しない。
図３−１，３−２は、本発明の実施例３を示す。
本実施例は、車両の側構体をアルミ合金の中空押出形材で製作する例を示す。
継手部を構成する第１の部材４００は中空形材であって、平行する２枚の平板４１０，４２０がトラス４６０で連結された構造を有する。
第２の部材５００も中空形材であって、平行する２枚の平板５１０，５２０がトラス５６０で連結された構造を有する。
第１の部材４００の第１の平板４１０は、車両の車内側Ｓ１に配設され、突部４３０を有する。この突部４３０と第１の平板４１０の連結部は、実施例１で説明した小さな曲率を有する円弧Ｒ２と、大きな曲率を有する円弧Ｒ３で結ばれる。
同様に第２の部材５００の第１の平板５１０は、車両の車内側Ｓ１に配設され、突部５３０を有する。この突部５３０と第１の平板５１０の連結部は、実施例１で説明した小さな曲率を有する円弧Ｒ２と大きな曲率を有する円弧Ｒ３で結ばれる。
第１の中空部材４００の第２の平板４２０は、車両の車外側Ｓ２に配設され、突部４４０を有する。突部４４０と平板４２０は、コーナー部Ｃ１で結ばれる。
第２の中空部材５００の第２の平板５２０も、車両の車外側Ｓ２に配設され、突部５４０を有する。突部５４０と平板５２０は、コーナー部Ｃ２で結ばれる。
第１の中空部材４００と第２の中空部材５００の端部は、テーパー面Ｔ１，Ｔ２で嵌合される。
そこで、第１の中空部材４００と第２の中空部材５００の突合わせ部には、間隙Ｇ１，Ｇ２が形成される。
摩擦攪拌接合は、摩擦攪拌接合用工具５０の小径部５２の中心を、大略この間隙Ｇ１，Ｇ２の中央に合わせて行われる。
この際に、摩擦攪拌接合用工具が発生する押圧力は、主として、第２の中空形材の剛性の高いトラス５６０で受けられる。
図の（ｂ）は、室内側Ｓ１の継手面６００と室外側Ｓ２の継手面６５０が摩擦攪拌接合された状態を示す。
両継手面６００，６５０の両側部には、バリＢ１が残される。
図の（ｃ）は、室内側Ｓ１の継手面６００に加工を施してバリを除去し、継手面６１０を完成した状態を示す。
この継手面６１０は、第１の中空形材の平板４１０と第２の中空形材の平板５１０から突出した面を形成するが、この連結部は大きな曲率を有する円弧Ｒ３で結ばれ、応力集中は発生しない。車内側Ｓ１の側構体には、内装が施されるので、継手面６１０を突出された状態でも不都合はない。
図の（ｄ）は、車外側Ｓ２の継手面６６０を加工して、第１の中空形材の平板４２０と第２の中空形材の平板５２０と同一面を形成する継手面６７０を完成した状態を示す。
車外側Ｓ２は、同一平面を形成するので、応力集中は発生せず、また、美観の高い側構体を得ることができる。
なお、車内側Ｓ１の継手面の突部に実施例２で説明した楕円形状を適用することも当然に可能である。
本発明の実施例１の説明図。 本発明の実施例２の説明図。 本発明の実施例３の説明図。 本発明の実施例３の説明図。 従来の継手構造の説明図。
符号の説明
５０ 摩擦攪拌接合用工具
５２ 摩擦攪拌接合用工具の小径部
１００ 第１の部材
１０２ 第１の部材の上面
１１０ 第１の部材の突部
１２０ 第２の部材
１２２ 第２の部材の上面
１３０ 第２の部材の突部
１４０ 接合面
１５０ 接合された平坦面
１５２ バリを切削した平坦面

Claims (5)

  1. 部材を摩擦攪拌接合するために部材の端部に設けられる摩擦攪拌接合用継手構造であって、
    部材の上面から摩擦攪拌接合用工具が挿入される側に突出する突部を備え、
    該突部の側面と部材の上面の間には、部材の表面に形成される大きな曲率を有する円弧と、突部の側面側に形成される小さな曲率を有する円弧で構成される連結部を備える摩擦攪拌接合用継手構造。
  2. 部材を摩擦攪拌接合するために部材の端部に設けられる摩擦攪拌接合用継手構造であって、
    部材の上面から摩擦攪拌接合用工具が挿入される側に突出する突部を備え、
    該突部の側面と部材の上面の間には、楕円で構成される連結部を備える摩擦攪拌接合用継手構造。
  3. 部材は平板である請求項１又は２記載の摩擦攪拌接合用継手構造。
  4. 部材は２枚の平板がトラスで連結された構造を有する中空形材である請求項１または２記載の摩擦攪拌接合用継手構造。
  5. 部材は、２枚の平板がトラスで連結された構造を有する車両の構造体の中空形材であって、少なくとも車両の車内側の摩擦攪拌接合用継手構造は、請求項１又は２記載の連結部を備える摩擦攪拌接合用継手構造。
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