JP2007313567A - Wide panel body formed by joining adjoining double skin panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両、航空機、建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体にかかり、特に隣接するダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合して形成される広幅パネル体に関する発明である。 The present invention relates to wide panel bodies such as side structures, floor structures, and roof structures when manufacturing large structures such as vehicles, aircrafts, and buildings, and is formed by friction stir welding of adjacent double skin panels. This invention relates to a wide panel body.
従来、鉄道車両構造において、特開平2−246863号において車両の左右の側構体、床構体、屋根構体等を長手方向に延在する長尺のダブルスキンパネル若しくはシングルスキンパネルを長手方向にのみ接合するだけで、前記側構体、床構体、屋根構体等が形成され、作業性の向上とともに、溶接ひずみの発生が少なくなり、歪取り、仕上げ作業の削減を図った技術が開示されている。 Conventionally, in a railway vehicle structure, in JP-A-2-246863, a long double skin panel or a single skin panel extending in the longitudinal direction is joined to the left and right side structures, floor structures, roof structures, etc. of the vehicle only in the longitudinal direction. Thus, the side structure, floor structure, roof structure, and the like are formed, and a technique is disclosed in which workability is improved, welding distortion is reduced, distortion removal, and finishing work are reduced.
一方、特表平7−505090号公報には、摩擦攪拌による固相接合方法として長尺材同士の新規な接合方法が開示されており、かかる接合方法は、加工物より実質的に硬い材質からなる回転ツ−ルを加工物の接合部に挿入し、回転ツ−ルを回転させながら移動することにより、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で、かかる摩擦攪拌接合法は、接合部材を固相状態で、回転ツ−ルを回転させながら移動させつつ軟化させた固相部分を一体化しながら接合できるために、熱歪みがなく接合方向に対して実質的に無限に長い長尺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−ルと接合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。さらに、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。 On the other hand, Japanese Patent Publication No. 7-505090 discloses a novel joining method between long materials as a solid-phase joining method by friction stirring, and this joining method is made of a material substantially harder than a workpiece. The rotating tool is inserted into the workpiece joint and moved while rotating the rotating tool, so that the workpiece is joined by plastic flow due to frictional heat generated between the rotating tool and the workpiece. Such a friction stir welding method, in which the joining member is in a solid phase state and can be joined while integrating the softened solid phase portion while rotating the rotating tool while rotating, so there is no thermal distortion. There is an advantage that even a long material substantially infinitely long in the joining direction can be continuously solid-phase joined in the longitudinal direction. Further, since the solid-phase bonding using the plastic flow of the metal by the frictional heat between the rotating tool and the bonding member, the bonding can be performed without melting. Further, since the heating temperature is low, deformation after joining is small. Furthermore, since the joint is not melted, there are many advantages such as fewer defects.
さらに、かかる摩擦攪拌接合を利用して、鉄道車両等の大型構造物に用いられる長尺のダブルスキンパネルからなる中空型材を複数平行に配設したものを突き合わせ接合して摩擦撹拌接合による広幅の二面構造体(パネル)を形成する技術が特許第3152420号公報に開示されている。 Furthermore, by using such friction stir welding, a plurality of hollow type materials composed of long double skin panels used for large structures such as railway vehicles are butt-joined and widened by friction stir welding. A technique for forming a two-sided structure (panel) is disclosed in Japanese Patent No. 3152420.
次に摩擦撹拌接合に使用される回転工具について説明する。摩擦撹拌接合は特表平7−505090に開示されているように、ブローブ型とボビンツール型の回転工具が存在し、プローブ型工具は図6(A)に符合20にて示すように、ショルダ部21とこのショルダ部21に備えられたプローブ22とを備えており、このショルダ部21は円形ショルダ面を有している。そして、複数の型材を突き合わせ、若しくは嵌合された状態の接合線上面より、前記回転工具を回転させて、プローブ21を被加工物の接合線に設けた不図示の孔に侵入させるとともに、複数の型材の接合線上で摺接回転する円形ショルダ面21によって被加工物に摩擦熱が付与されるとともに、プローブ22周囲が塑性流動化し、この状態で回転工具20を接合線に沿って移動させることにより、接合線周囲が塑性流動化しながら接合線に沿って2つの素材が圧力を受けながら撹拌混練され、プローブの後方側に移行する。この結果塑性流動した素材は後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するので両パネル板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で接合される。
Next, a rotary tool used for friction stir welding will be described. As disclosed in JP-A-7-505090, the friction stir welding has a probe type and a bobbin tool type rotary tool, and the probe type tool is a shoulder as shown by
しかしながらかかる接合方法では接合時に摩擦熱を発生させるために、回転工具を接合線側に押しつける必要があり、従ってこの反力に対処するために、裏当金が使用されている。この裏当金は被加工物の面板の裏面に密着させて設置するものであり、大きな加圧力を必要とする。 However, in such a joining method, in order to generate frictional heat at the time of joining, it is necessary to press the rotary tool against the joining line side, and therefore a backing metal is used to cope with this reaction force. This backing metal is installed in close contact with the back surface of the face plate of the workpiece, and requires a large pressing force.
そこでこのような裏当て金を設けずに、工具の押しつけ力を支える支柱をダブルスキンパネル端部に設けた技術が特許第3070735号として存在する。
図7(A)は側構体を構成するダブルスキンパネルの自由端部の接合部を示すものである。ダブルスキンパネル50、60は2つの面板51、52、61、62とこれを接続する斜めのリブ53、63とからなる。斜めのリブ53、63はそれぞれ複数あり、トラス状に配置している。リブ53、63の傾斜の方向は交互である。
Therefore, Japanese Patent No. 3070735 discloses a technique in which a support for supporting the pressing force of the tool is provided at the end of the double skin panel without providing such a backing metal.
FIG. 7A shows a joining portion of the free end portion of the double skin panel constituting the side structure. The
一方のダブルスキンパネル50の端部は他方のダブルスキンパネル60の端部に入っている。ダブルスキンパネル50の端部の近くには面板51と面板52とを接合する垂直な支柱54がある。55はダブルスキンパネル60の端部を支える突出片である。
The end of one
支柱54の厚さ方向(図7において、左右方向)の中心の延長線上に、2つのダブルスキンパネル50、60の接合用の厚肉部(突出部)56、66の端部が位置する。接合部の近くの面板51、52、61、62は前面側(ダブルスキンパネルの厚さ方向における外側、接合作業を行う側、すなわち、回転工具20の回転体側である。)に所定の幅で所定高さで突出して厚肉部になっている。
End portions of the thick portions (protruding portions) 56 and 66 for joining the two
かかるダブルスキンパネルは、ブローブ型の2つの回転工具20を回転させながら、夫々のブローブをダブルスキンパネル50、60の厚肉部上の接合部に挿入する。そして、2つのダブルスキンパネル50、60の接合部の長手方向に沿って回転工具20を水平移動させることにより摩擦攪拌接合が可能となる。
そしてかかる摩擦攪拌接合においては、厚肉部56、66の接合部に回転工具20のブローブ21を挿入して摩擦攪拌接合を行うわけであるが、前記厚肉部で工具ショルダ面との摩擦熱による入熱により軟化した部分が接合ギャップ空間34に進入して扁平になるが、なお図7(B)に示すように、厚肉部56、66の隅部に突起59、69が存在し、接合後において、その突起59、69を削成する作業が必要であり、特に車両構造体のような長尺ものについては、その作業が煩雑化する。
又摩擦攪拌接合前に前記突き合わせ部のギャップ34断面積を予測するのは難しく、適切な厚肉部サイズを前もって決めることは極めて困難である。
又上記発明のような回転工具10にブローブ11を用いた継ぎ手方法では、回転工具の押し付け力が6〜10KNと大きいため前記のような支柱54を設けているが、その押し付け力を支持するための支柱の位置や厚肉幅の設定が難しく、設計上大きな制約を受ける。
In such friction stir welding, the
Further, it is difficult to predict the cross-sectional area of the
Further, in the joint method using the
かかる欠点を解消するために、図6(B)に示すように、ボビンツール10と呼ばれる回転工具が提案されている。
かかる工具は接合する金属板の表裏両面を挟持するように一定間隔を設けた一対のショルダ10A、10Bが設けられているとともに、該上下一対のショルダ10A、10B間にプローブ11が設けられているので、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、裏面側の接合不良が生じないのみならず、上下一対のショルダ10A、10B間で互いの反力を受けるので、裏当金や前記した支柱は不要になるが、なおもって、接合前に2つの部材の突き合せ部の端面の間に隙間(ギャップ)がある場合には、接合部に凹み等の欠陥が発生する。このため、強度低下を生じ、特に車両等の大型構造物においてはダブルスキンパネルが長尺になることによって、前記ギャップの管理は困難になり、凹みが大きくなり、また、欠陥が発生しやすくなる。
In order to eliminate such drawbacks, a rotating tool called a
Such a tool is provided with a pair of
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、車両、航空機、建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体であって、表面が平坦状の平面状接合面を得る事のでき、特に隣接するダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合して形成される広幅パネル体を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、パネル表面側に突出する厚肉部を設ける必要がなく、しかも接合後において、表面平坦化用の削成作業が不要となるダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合して形成される広幅パネル体を提供することを目的とする。
The present invention is a wide panel body such as a side structure, a floor structure, a roof structure, etc. in manufacturing a large structure such as a vehicle, an aircraft, a building, etc. It is an object of the present invention to provide a wide panel body that can obtain a joint surface and is formed by friction stir welding of adjacent double skin panels.
Another object of the present invention is to perform friction stir welding of a double skin panel that does not require a thick wall portion protruding to the panel surface side and that does not require a surface flattening work after joining. An object of the present invention is to provide a wide panel body formed by the above process.
本第一発明は、平行に配設した2枚の面板裏面側より面板同士を接続するリブ群の内、前記面板の端部から最初のリブに至るまでのダブルスキンパネルの自由端側に位置する面板同士を突き合わせて摩擦攪拌接合させて、隣接するダブルスキンパネルを接合して形成される広幅パネル体であって、
前記ダブルスキンパネルは、平行に配設した2つの面板と該面板同士を面板裏面側より接続するリブとからなり、前記自由端側に位置する面板厚みTtが、該リブを挟んで自由端の反対側に位置する中空部の面板厚みt、ダブルスキンパネルの自由端同士の突き合わせ部のギャップ幅をGとした場合に、前記厚みtにギャップ幅Gの1倍〜3倍の値を加えた値になるように厚み設定され且つダブルスキンパネル同士を突き合わせて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲であることを特徴とする広幅パネル体にある。
This first invention is located on the free end side of the double skin panel from the end of the face plate to the first rib in the rib group connecting the face plates from the back side of the two face plates arranged in parallel. A wide panel body formed by joining the adjacent double skin panels by matching the face plates to be brought together and friction stir welding,
The double skin panel is composed of two face plates arranged in parallel and a rib connecting the face plates to each other from the back side of the face plate, and the face plate thickness Tt located on the free end side has a free end sandwiching the rib. When the face plate thickness t of the hollow portion located on the opposite side and the gap width of the butted portion between the free ends of the double skin panel are G, a value of 1 to 3 times the gap width G is added to the thickness t. The free end internal space length L parallel to the face plate obtained by setting the thickness to be a value and abutting the double skin panels is 1.1 to 3 times the bobbin tool diameter D on the back side. It is in the wide panel body characterized by this.
かかる発明によれば、接合部の継ぎ手構造が突き合わせになっているために、図7に示す従来技術のようにギャップ(隙間)が生じるが、パネル自由端の裏面側(中空部側)の板厚を厚くすることで、継ぎ手部でショルダ面との摩擦熱による入熱により裏面側の軟化した部分が接合ギャップ空間に進入するため、前記従来技術のように表面側に厚肉部を設ける必要がなく、外部から見える表面側は凹部が発生することなく、平坦を維持できる。
この結果、接合後における表面加工処理が基本的に不要であり、特に車両構造体のような長尺ものについては、その作業が大幅に簡単化する。
According to this invention, since the joint structure of the joint is abutted, a gap (gap) is generated as in the prior art shown in FIG. 7, but the back side (hollow part side) plate of the panel free end By increasing the thickness, the softened part on the back side enters the joint gap space due to heat input due to frictional heat with the shoulder surface at the joint, so it is necessary to provide a thick part on the front side as in the prior art The surface side that can be seen from the outside can maintain flatness without generating a recess.
As a result, surface processing after joining is basically unnecessary, and the work is greatly simplified particularly for long objects such as vehicle structures.
又、本発明は、ダブルスキンパネル同士を突き合わせて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dより大きいことが必要であるが、あまりに大きいとその部分の強度が低下する。従ってその範囲はボビンツール直径Dに対し、1.1〜2倍の範囲であるのがよい。 Further, the present invention requires that the free end internal space length L parallel to the face plates obtained by abutting the double skin panels with each other is larger than the bobbin tool diameter D on the back surface side. Decreases. Accordingly, the range is preferably 1.1 to 2 times the bobbin tool diameter D.
又前記パネルの自由端の面板厚みをTt、前記リブを挟んで前記パネル自由端の反対側に位置する前記リブと面板に挟まれるパネル中空部の面板厚みをt、前記パネル自由端同士の突き合わせ部のギャップ幅をGとした場合に、厚みTtを前記厚みtにギャップ幅Gの1倍〜3倍の値を加えた値(式で表すとTt=(t+1G)〜(t+3G))になるように厚み設定され且つダブルスキンパネル同士を突き合わせて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲として構成される。 Further, the face plate thickness at the free end of the panel is Tt, the face plate thickness of the panel hollow portion sandwiched between the rib and the face plate located on the opposite side of the panel free end across the rib is t, and the panel free ends are butted together When the gap width of the portion is G, the thickness Tt is a value obtained by adding the value of 1 to 3 times the gap width G to the thickness t (expressed by the equation, Tt = (t + 1G) to (t + 3G)). Thus, the free end internal space length L parallel to the face plates obtained by abutting the double skin panels with each other is set as a range of 1.1 to 3 times the bobbin tool diameter D on the back surface side.
第2発明は、平行に配設した2枚の面板裏面側より面板同士を接続するリブ群の内、前記面板の端部から最初のリブに至るまでのダブルスキンパネルの自由端側に位置する面板同士を嵌合させてその嵌合部位を摩擦攪拌接合させて隣接するダブルスキンパネルを接合して形成される広幅パネル体であって、
接合されるダブルスキンパネルを自由端側の面板間が互いに嵌合するように、面板間高さを設定するとともに、前記嵌合により形成される2つの自由端面板同士の厚みWTtを、前記リブを挟んで自由端の反対側に位置する中空部の面板厚みtに対し、2t<WTt≦5tの範囲でパネル中空部側に向かう方向に厚肉に設定するとともに、
ダブルスキンパネル同士を嵌合させて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲であることを特徴とする広幅パネル体にある。
2nd invention is located in the free end side of the double skin panel from the edge part of the said face plate to the first rib among the rib groups which connect face plates from the back face side of the two face plates arranged in parallel. It is a wide panel body formed by fitting face plates to each other and joining the adjacent double skin panels by friction stir welding the fitting part,
The height between the face plates is set so that the face plates on the free end side of the double skin panel to be joined are fitted to each other, and the thickness WTt between the two free end face plates formed by the fitting is set to the rib. With respect to the face plate thickness t of the hollow portion located on the opposite side of the free end across the wall, the thickness is set to be thick in the direction toward the panel hollow portion side in the range of 2t <WTt ≦ 5t,
Wide panel characterized in that the free end internal space length L parallel to the face plates obtained by fitting the double skin panels together is in the range of 1.1 to 3 times the bobbin tool diameter D on the back side. Is in the body.
かかる発明によれば、接合部を構成する継ぎ手構造が嵌合による重ね合わせ構造となっているために、従来技術のように接合部にギャップ(隙間)が生じることなく、このため図7に示す従来技術のように、接合位置に厚肉部を設けてギャップ進入用の余肉を設ける必要が少ない。
この場合本発明においても表裏両面側にショルダ面より摩擦熱が入熱されるボビンツールにより、裏面側入熱量を表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合がなされることにより表面の一層の平坦化が達成されるが、必ずしも必須の要件ではない。
又本発明においても、ダブルスキンパネル同士を嵌合させて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜2倍の範囲であるのがよい。
According to this invention, since the joint structure constituting the joint portion is an overlapped structure by fitting, a gap (gap) does not occur in the joint portion as in the prior art. As in the prior art, it is less necessary to provide a thick part at the joining position to provide a surplus for entering the gap.
In this case, even in the present invention, the surface is further flattened by friction stir welding while making the back surface side heat input larger than the surface side heat input by the bobbin tool in which friction heat is input from the shoulder surface on both front and back sides. Is achieved, but not necessarily an essential requirement.
Also in the present invention, the free end internal space length L parallel to the face plates obtained by fitting the double skin panels together is in the range of 1.1 to 2 times the back surface side bobbin tool diameter D. Is good.
以上記載のごとく本発明によれば、車両、航空機、建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体の製造に用いるダブルスキンパネル同士をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に該摩擦攪拌接合の円滑化とその接合部の表面形状に凹凸が生じることのない、言い換えれば表面が平坦な平面状の接合面を得る事ができる。
又本発明によれば、パネル表面側に突出する厚肉部を設ける必要がなく、しかも接合後において、表面平坦化用の削成作業が不要となる。
As described above, according to the present invention, the bobbin tool is used for double skin panels used for manufacturing wide panel bodies such as side structures, floor structures, and roof structures when manufacturing large structures such as vehicles, airplanes, and buildings. When the friction stir welding is used, the friction stir welding is facilitated and the surface shape of the joint is not uneven, in other words, a flat joining surface having a flat surface can be obtained.
Further, according to the present invention, it is not necessary to provide a thick wall portion projecting to the panel surface side, and after the joining, a cutting operation for flattening the surface becomes unnecessary.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
先ず第1発明に適用されるダブルスキンパネルの自由端とその突き合わせ構成について図1に基づいて説明する。
同図に示す如く、ダブルスキンパネル30A、30Bは上下二面の平行な面板31、32とその面板31、32間をジグザグ三角形状に連設したリブ39を有し、その三角リブ39の両外側には垂直リブ38を介して二面の自由端33A、33Bが面板31、32と平行且つ水平に延在している。そして両自由端33A、33Bとも面板31、32と面一に延在され、両者をギャップ34を介して突き合わせて面板31、32表面が面一になるように構成されている。
そして同図に示す如く、両ダブルスキンパネル30A、30Bの接合に自由端面が自由端33A、33Bの突き合わせによって表裏両面が平面状であるために、ボビンツール10を用いた場合は、接合するダブルスキンパネル30A、30Bの自由端33A、33Bの表裏両面を上下一対のショルダ10A、10B間でプローブ11を介して挟持させる事ができるために、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、裏面側の接合不良が生じないのみならず、上下一対のショルダ10A、10B間で互いの反力を受けてので、裏当金が不要になるという効果を有し、又ボビンツールの裏面側ショルダ10Bがスキンパネル自由端33A、33B長手方向に移動可能で、その自由端33A、33Bの内部空間37が、その内部にリブ39、38が存在しない中空状であることが必要である。
又、この場合において、ダブルスキンパネル30A、30B同士を突き合わせて得られる面板31、32と平行な自由端33A、33B内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dより大きいことが必要であるが、あまりに大きいとその部分の強度が低下する。従ってその範囲はボビンツール直径Dに対し、1.1〜2倍の範囲に設定する。
First, the free end of the double skin panel applied to the first invention and its butting structure will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, the
As shown in the figure, when the
In this case, the internal space length L of the free ends 33A and 33B parallel to the
なお、前記表面側が平坦度を維持するには、裏面側で軟化した母材がギャップ34を埋めるだけの余肉容量が必要であり、自由端33A、33B内部空間長Lがボビンツール直径Dの2倍の場合は、直径Dに対応する裏面部位、言い換えれば自由端33A、33Bの裏面の1/3程度が軟化してギャップ34に進入するために、軟化する部位は余肉が、前記自由端33A、33B側に位置する面板31、32厚みTt、該パネルのリブ39を介して自由端33A、33B内側に位置する中空部の面板31、32厚みt、突き合わせ部のギャップ34幅をGとした場合に、
Tt=t+(3)G
になるように厚み設定されているのがよい。
又自由端33A、33B内部空間長Lがボビンツール直径Dの1.1倍の場合は、直径Dに対応する裏面部位、言い換えれば自由端33A、33Bの裏面の3/4程度が軟化してギャップ34に進入するために、軟化する部位は余肉が、前記自由端33A、33B側に位置する面板31、32厚みTt、該パネル30A、30Bのリブを介して自由端33A、33B内側に位置する中空部の面板31、32厚みt、突き合わせ部のギャップ34幅をGとした場合に、
Tt=t+(1.3≒1)G
になるように厚み設定されているのがよい。
In order to maintain the flatness on the front surface side, the base material softened on the back surface side needs a surplus capacity so as to fill the
Tt = t + (3) G
The thickness should be set so that
If the internal space length L of the free ends 33A and 33B is 1.1 times the bobbin tool diameter D, the back surface portion corresponding to the diameter D, in other words, about 3/4 of the back surface of the free ends 33A and 33B is softened. In order to enter the
Tt = t + (1.3≈1) G
The thickness should be set so that
更に、この場合、好ましくは表面側より裏面側が先に軟化することにより、表面側の平坦度が維持でき、裏面側をギャップ34に進入させる軟化余肉として利用することが可能となる。
そしてこのような面板裏面側入熱量を面板表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合を行う具体的な手段は、面板裏面側のショルダ押し付け力を面板表面側のショルダ押し付け力より大にするか、裏面側ショルダの回転速度を表面側のショルダより大にする、もしくは裏面側ショルダにヒータを内蔵する等の手段が必要となる。
Furthermore, in this case, preferably, the back surface side is softened earlier than the front surface side, so that the flatness of the front surface side can be maintained, and the back surface side can be used as a softening surplus that enters the
A specific means for performing friction stir welding while making the amount of heat input on the back side of the face plate larger than the amount of heat input on the front side of the face plate is to make the shoulder pressing force on the back side of the face plate larger than the shoulder pressing force on the side of the face plate surface. Therefore, a means for making the rotation speed of the back side shoulder larger than that of the front side shoulder or incorporating a heater in the back side shoulder is required.
その具体的な構成を図2に基づいて説明する。
図中10Aは表面側円筒ショルダで、ブローブ11として機能する回転軸29が中心軸に沿って延在し、その軸端にサーボモータ等の回転駆動部17を設ける。
一方、10Bは裏面側ショルダで、該ショルダ10Bは前記回転軸29に回転自在に遊嵌されたリング状円筒体で構成されるとともに、前記回転軸29に外嵌された筒状回転筒26に連結され、その軸端にサーボモータ等の回転駆動部27を設ける。
そして前記夫々の回転駆動部17、27は、送りねじ49A、49Bと送りねじ駆動モータ42A、42B及びロードセル44A、44Bが収納されたねじ収納部部41A、41Bからなる荷重負荷体40が連結されており、これらの荷重負荷体40及び回転駆動部17、27は制御回路28に接続され、荷重負荷体40夫々のロードセル44A、44Bの信号に基づいて送りねじ駆動モータ42A、42Bの回転位相を制御して例えば前記裏面側と表面側のショルダ面10A、10B間にダブルスキンパネル30A、30Bの突き合わせ接合部を挟持した状態で、該接合面の表側にかかる表側ショルダ10A面の荷重が10kgf、裏面側ショルダ面10Bの荷重が200kgfになるように制御し、前記表側ショルダ10A面にかかる荷重を裏面側ショルダ10B面にかかる荷重より大幅に小にしている。
The specific configuration will be described with reference to FIG.
In the figure, 10A is a surface side cylindrical shoulder, and a
On the other hand, 10B is a back side shoulder, and the
Each of the
更に制御回路28では、回転駆動部17、27のサーボモータの回転数も制御可能に構成し、例えば裏面側のショルダ10B面との摩擦入熱と表面側のショルダ10A面の摩擦入熱量を制御可能に回転速度と押圧荷重のいずれか一方もしくは両者の組み合わせにて制御している。
Further, the
図3は荷重負荷体40が、送りねじと送りねじ駆動モータ及びロードセル収納部からなる荷重負荷体ではなく、ロードセル24A、24Bが収納された油圧シリンダ23A、23Bと油圧源油圧源25A、25Bとから構成されているもので、その作用効果は図2と同様である。
In FIG. 3, the
なお、図4に示すごとく裏面側ショルダ10B内にヒータ47を内蔵し、摩擦攪拌接合初期に裏面側ショルダ10B面が摩擦攪拌接合の温度域である450℃〜560℃に先に到達させ、ダブルスキンパネル30A、30Bの裏面側のみ先に軟化させ、前記突き合わせ接合部のギャップ34部に軟化されたアルミ母材が先に進入するように構成してもよい。
従って本実施例にはヒータ47、裏面側ショルダ10Bの温度を検出する温度センサ48、摩擦攪拌接合の温度域付近に達した時点で前記ヒータのオフを行うヒータ制御回路46が必要となる。
As shown in FIG. 4, a
Therefore, in this embodiment, the
次に本発明の第二実施例たるダブルスキンパネル30A、30Bの自由端35、36とその嵌合構成について図5に基づいて説明する。
同図に示す如く、ダブルスキンパネル30A、30Bは上下二面の平行な面板31、32とその面板31、32間をジグザグ三角形状に連設したリブ39を有し、その三角リブ39の両外側には垂直リブ38を介して二面の自由端35、36が面板31、32と平行且つ水平に延在している。そして一の自由端35は面板31、32と面一に延在され、他の自由端36は、一の自由端35の内面側に嵌合すべく形成され、両者35、36が嵌合するように構成されている。
従って、本実施形態におけるダブルスキンパネル30A、30Bは、前記パネル自由端35、36が、その内部にリブが存在しない構成にするとともに、接合されるダブルスキンパネル自由端35、36間が互いに嵌合するように、自由端35、36間高さを設定し、前記嵌合により形成される2つの自由端35、36同士の厚みWTtを該パネル30A、30Bの垂直リブ38、38を介して自由端35、36内側に位置する中空部の面板31、32厚みtに対し、2t<WTt≦5tの範囲に設定するとともに、ダブルスキンパネル30A、30B同士を嵌合させて得られる面板31、32と平行な自由端35、36内部空間長Lが、裏面側のボビンツール(ショルダ10B)直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲であるのがよい。
Next, the free ends 35 and 36 of the
As shown in the figure, the
Therefore, the
又、この場合において、ダブルスキンパネル30A、30B同士を嵌合させて得られる面板31、32と平行な自由端35、36内部空間長L範囲はボビンツール直径Dに対し、1.1〜2倍の範囲に設定するのが良いことは前記したとおりであり、更に本実施形態の場合にはギャップ34は存在しないが、前記自由端35、36の面板と平行な嵌合面に僅かな隙間があり、このため、前記自由端35、36表面側が平坦度を維持するには、その嵌合面の僅かな隙間に進入する裏面側の余肉が必要である。
従って前記嵌合により形成される2つの前記自由端35、36同士の厚みWTtは、該パネル30A、30Bのリブを介して自由端35、36内側に位置する中空部の面板31、32厚みtに対し、2倍を越える厚み(2t<WTt)が必要である。又その厚みWTtが5倍を越えると、ボビンツールによる摩擦攪拌接合が有効にできない。従ってWTtmax≦5tに設定する必要がある。
In this case, the internal space length L range of the free ends 35 and 36 parallel to the
Accordingly, the thickness WTt between the two
この場合においては、接合部を構成する継ぎ手構造が嵌合による重ね合わせ構造となっているために前記嵌合面の隙間は極めて僅かであり、前記第1実施例のように接合部にギャップ34(隙間)が生じることなく、このため前記第1発明のように、接合位置に厚肉部を設けてギャップ34進入用の余肉を特に設けなくても平坦度は維持できるが、本実施形態においても前記図2〜図4の実施例に示すボビンツールによって、前記嵌合面の僅かな隙間の存在で、裏面側入熱量を表面側入熱量より大にしながら摩擦攪拌接合がなされれば、表面側より裏面側が先に軟化するので、表面側の平坦度が維持でき、裏面側を前記僅かな隙間に進入させる軟化余肉として利用することが可能となり、一層の表面の平坦化が達成される。
In this case, since the joint structure constituting the joint portion is an overlapping structure by fitting, the gap between the fitting surfaces is very small, and the
本発明は、平坦状の平面状接合面を得る事のできる車両、航空機、建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体をることが出来、特に隣接するダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合しても平坦状の平面状接合面を得る事の出来る広幅パネル体を提供出来る。
また、本発明は、パネル表面側に突出する厚肉部を設ける必要がなく、しかも接合後において、表面平坦化用の削成作業が不要となる、ダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合して形成される広幅パネル体を得ることが出来る。
The present invention can provide a wide panel body such as a side structure, a floor structure, a roof structure, etc. when manufacturing a large structure such as a vehicle, an aircraft, a building, etc., which can obtain a flat planar joining surface, In particular, it is possible to provide a wide panel body that can obtain a flat planar joining surface even if adjacent double skin panels are friction stir welded.
Further, the present invention is formed by friction stir welding of a double skin panel, which does not require a thick part protruding to the panel surface side, and eliminates the need for surface flattening after joining. A wide panel body can be obtained.
10 ボビンツール
10A 表面側ショルダ
10B 裏面側ショルダ
11 ブローブ
17 回転駆動部
23A、23B 油圧シリンダ
25A、25B 油圧源
29 回転軸
26 筒状回転筒
27 回転駆動部
30A、30B ダブルスキンパネル
31、32 面板
33A、33B 自由端
34 ギャップ
35、36 自由端
40 荷重負荷体
41A、41B ねじ収納部部
42A、42B 送りねじ駆動モータ
44A、44B ロードセル
46 ヒータ制御回路
47 ヒータ
48 温度センサ
49、49 送りねじ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ダブルスキンパネルは、平行に配設した2つの面板と該面板同士を面板裏面側より接続するリブとからなり、前記リブを挟んで自由端の反対側に位置する中空部の面板厚みt、ダブルスキンパネルの自由端同士の突き合わせ部のギャップ幅をGとした場合に、前記自由端側に位置する面板厚みTtが、前記厚みtにギャップ幅Gの1倍〜3倍の値を加えた値になるように厚み設定され且つダブルスキンパネル同士を突き合わせて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲であることを特徴とする広幅パネル体。 Among the ribs that connect the face plates from the back side of the two face plates arranged in parallel, the face plates positioned on the free end side of the double skin panel from the end of the face plate to the first rib are brought together. Friction stir welding, a wide panel body formed by joining adjacent double skin panels,
The double skin panel is composed of two face plates arranged in parallel and a rib connecting the face plates from the back side of the face plate, and the face plate thickness t of the hollow portion located on the opposite side of the free end across the rib, When the gap width of the butted portion between the free ends of the double skin panel is G, the face plate thickness Tt located on the free end side is added to the thickness t by 1 to 3 times the gap width G. The free end internal space length L parallel to the face plate obtained by setting the thickness to be a value and abutting the double skin panels is 1.1 to 3 times the bobbin tool diameter D on the back side. A wide panel body characterized by that.
接合されるダブルスキンパネルを自由端側の面板間が互いに嵌合するように、面板間高さを設定するとともに、前記嵌合により形成される2つの自由端面板同士の厚みWTtを、前記リブを挟んで自由端の反対側に位置する中空部の面板厚みtに対し、2t<WTt≦5tの範囲でパネル中空部側に向かう方向に厚肉に設定するとともに、
ダブルスキンパネル同士を嵌合させて得られる面板と平行な自由端内部空間長Lが、裏面側のボビンツール直径Dに対し、1.1〜3倍の範囲であることを特徴とする広幅パネル体。 Fits face plates located on the free end side of the double skin panel from the end of the face plate to the first rib in the rib group that connects the face plates from the back side of two face plates arranged in parallel A wide panel body formed by joining the adjacent double skin panels by friction stir welding the fitting site,
The height between the face plates is set so that the face plates on the free end side of the double skin panel to be joined are fitted to each other, and the thickness WTt between the two free end face plates formed by the fitting is set to the rib. With respect to the face plate thickness t of the hollow portion located on the opposite side of the free end across the wall, the thickness is set to be thick in the direction toward the panel hollow portion side in the range of 2t <WTt ≦ 5t,
Wide panel characterized in that the free end internal space length L parallel to the face plates obtained by fitting the double skin panels together is in the range of 1.1 to 3 times the bobbin tool diameter D on the back side. body.
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