JP2017121641A

JP2017121641A - 中空構造物の製造方法

Info

Publication number: JP2017121641A
Application number: JP2016001134A
Authority: JP
Inventors: 堀　久司; Hisashi Hori; 久司堀; 伸城瀬尾; Nobushiro Seo
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2017-07-13

Abstract

【課題】断面矩形の中空部を備えた中空構造物を容易に製造することができる中空構造物の製造方法を提供する。【解決手段】断面矩形の１つの中空部が形成されるように複数の金属部材を突き合わせて複数の突合せ部を形成する突合せ工程と、ボビンツール３１を用いて各突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、中空構造物１を構成する金属部材は、断面略Ｕ字状を呈する連結部材及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材１１〜１４の少なくともいずれかを含み、連結部材１１〜１４を押し出し成形で成形する。【選択図】図４

Description

本発明は、摩擦攪拌接合による中空構造物の製造方法に関する。

特許文献１には、断面矩形の中空部を備えた構造物の製造方法が開示されている。当該構造物の製造方法は、四つの角部材と、角部材同士を繋ぐ四つの板状部材とを突き合わせた後、突合せ部に対して摩擦攪拌接合を行うというものである。

特開２００９−１４８８１１号公報

従来技術であると、構造物の内側及び外側から摩擦攪拌接合を行うため、製造工程が煩雑になるという問題がある。特に、構造物の内側から摩擦攪拌接合を行う作業は困難となる。また、板厚が大きい場合は、突合せ部に凹部と当該凹部を覆う補助部材とを用意し、板厚方向に二段階で摩擦攪拌接合を行うことが記載されているが、摩擦攪拌接合の工程が増えて煩雑になるという問題がある。

このような観点から、本発明は、１つ又は複数の断面矩形の中空部を備えた中空構造物を容易に製造することができる中空構造物の製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、断面矩形の１つの中空部を備えた金属製の中空構造物の製造方法であって、断面矩形の１つの中空部が形成されるように複数の金属部材を突き合わせて複数の突合せ部を形成する突合せ工程と、ボビンツールを用いて各前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記中空構造物を構成する前記金属部材は、断面略Ｕ字状を呈する連結部材及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材の少なくともいずれかを含み、前記連結部材を押し出し成形で成形することを特徴とする。
また、本発明は、断面矩形の複数の中空部を備えた金属製の中空構造物の製造方法であって、断面矩形の複数の中空部が形成されるように複数の金属部材を突き合わせて複数の突合せ部を形成する突合せ工程と、ボビンツールを用いて各前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、前記中空構造物を構成する前記金属部材は、断面略Ｉ字状又は一対の断面略Ｔ字状を呈し隣接する前記中空部を構成する連結部材を含むとともに、断面略Ｕ字状を呈する連結部材及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材の少なくともいずれかを含み、前記連結部材を押し出し成形で成形することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、ボビンツールを用いることで、突合せ部の高さ方向の全長を一度に摩擦攪拌接合できるため、中空構造物を容易に製造することができる。また、連結部材は、押出形材であるため、押し出し方向に長い中空構造物を容易に製造することができる。さらに、金属部材を適宜組み合わせることで、断面矩形の中空部を備えた中空構造物を容易に製造することができる。

また、前記摩擦攪拌工程では、押圧力を付与できる押圧部材と架台に移動不能に拘束された受け部材とで、各前記金属部材を挟持した状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

かかる製造方法によれば、各突合せ部の目開きを防ぐとともに、摩擦攪拌工程を安定して行うことができる。

本発明に係る中空構造物の製造方法によれば、１つ又は複数の断面矩形の中空部を備えた中空構造物を容易に製造することができる。

本発明の第一実施形態に係る中空構造物を示す斜視図である。本発明のボビンツールを示す正面図である。第一実施形態に係る中空構造物の製造方法の第一工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る中空構造物の製造方法の第三工程を示す斜視図である。第二実施形態に係る中空構造物を示す断面図である。第二実施形態に係る中空構造物の製造方法の第一工程及び第二工程を示す断面図である。第三実施形態に係る中空構造物を示す断面図である。第三実施形態に係る中空構造物の製造方法の第一工程及び第二工程を示す断面図である。第三実施形態に係る中空構造物の製造方法の第三工程及び第四工程を示す断面図である。第四実施形態に係る中空構造物を示す断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように本実施形態に係る中空構造物１は、断面矩形の一つの中空部Ｍを備えた金属製の構造物である。なお、下記の説明における「上下」、「左右」、「前後」は、図１の矢印に従う。「上下」、「左右」、「前後」は、本発明の方向を限定するものではない。

中空構造物１は、４つの連結部材（金属部材）１１〜１４と、４つの板状部材（金属部材）２１〜２４を断面矩形の中空部Ｍが形成されるように突き合わせ、摩擦攪拌接合で一体形成されている。つまり、中空構造物１は、複数の金属部材を組み合わせて形成されている。連結部材１１〜１４の板状の各部位及び板状部材２１〜２４の板厚寸法は略同一である。

連結部材１１は、断面Ｌ字状を呈する押出形材である。連結部材１１は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、本実施形態ではアルミニウム合金製である。連結部材１１は、板状の基部１１ａと、基部１１ａの端部から垂直に延設された板状の延設部１１ｂとで構成されている。連結部材１２〜１４は、連結部材１１と同じ形状になっている。連結部材１２〜１４も、連結部材１１と同様に、基部（１２ａ〜１４ａ）と、延設部（１２ｂ〜１４ｂ）とでそれぞれ構成されている。連結部材１１〜１４は、２つの板状部材を連結可能な形状になっている。

板状部材２１〜２４は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており板状を呈する。板状部材２１〜２４は、本実施形態では、連結部材１１と同じ材料で形成されている。板状部材２１は、連結部材１１，１２の間に配設されている。板状部材２２は、連結部材１１，１３の間に配設されている。板状部材２３は、連結部材１２，１４の間に配設されている。板状部材２４は、連結部材１３，１４の間に配設されている。

次に、本実施形態の中空構造物の製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る中空構造物の製造方法では、ボビンツール３１を用いる。ボビンツール３１は、下部ショルダ３２と、上部ショルダ３３と、下部ショルダ３２と上部ショルダ３３とを連結するピン３４とで構成されている。下部ショルダ３２は、円柱状を呈する大径部３２ａと、大径部３２ａからピン３４に向けて縮径するテーパー部３２ｂと、平端部３２ｃとを有する。上部ショルダ３３は、円柱状を呈する大径部３３ａと、大径部３３ａからピン３４に向けて縮径するテーパー部３３ｂと、平端部３３ｃを有する。ピン３４は、円柱状を呈する。ピン３４の周囲には、螺旋溝が刻設されている。

ボビンツール（回転ツール）３１は、マシニングセンタ又は先端にスピンドルユニット等の回転手段を備えたロボットアーム等に取り付けられる。ロボットアームの先端にボビンツール３１が取り付けられることにより、ボビンツール３１の回転軸を容易に変更（傾斜）させることができる。また、ロボットアームの先端に取り付けられることにより、狭隘な部位においても摩擦攪拌接合を容易に行うことができる。

中空構造物の製造方法では、第一工程と、第二工程と、第三工程と、第四工程と、を行う。図３に示すように、第一実施形態に係る第一工程は、連結部材１１，１３と板状部材２２とを接合する工程である。言い換えると、Ｕ字状部材４１を形成する工程である。第一実施形態に係る第一工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とを行う。

第一工程で用いる固定治具は、受け部材Ｈと、中間部材ＮＡ，ＮＢと、押圧部材Ｐとで構成されている。受け部材Ｈは、断面Ｌ字状を呈する金属部材であって、架台Ｔに移動不能に固定されている。中間部材ＮＡは、断面Ｌ字状を呈する部材であって、受け部材Ｈと連結部材１１との間に配設されている。中間部材ＮＡは、基礎部Ｎ１と、基礎部Ｎ１から立ち上がる立上り部Ｎ２とで構成されている。中間部材Ｎの立上り部Ｎ２の端面には連結部材１１を固定するクランプＫが設けられている。

中間部材ＮＢは、断面Ｌ字状を呈する部材であって、押圧部材Ｐと連結部材１３との間に配設されている。中間部材ＮＢは、基礎部Ｎ１と、基礎部Ｎ１から立ち上がる立上り部Ｎ２とで構成されている。中間部材Ｎの立上り部Ｎ２の端面には連結部材１３を固定するクランプＫが設けられている。基礎部Ｎ１の板厚は、ボビンツール３１が相対移動可能なように、下部ショルダ３２の高さ寸法よりも大きくなっている。

押圧部材Ｐは、受け部材Ｈと対向する位置において架台Ｔに固定されている。押圧部材Ｐは、例えば、万力であって、受け部材Ｈ方向に押圧力を付与する部材である。押圧部材Ｐは、中間部材ＮＢの長手方向に複数個設置されている。中間部材ＮＡ，ＮＢを設けることにより、連結部材１１，１３の損傷を防ぐことができる。なお、中間部材ＮＡ，ＮＢは省略してもよい。

第一工程の突合せ工程では、連結部材１１と板状部材２２とを突き合わせるとともに、連結部材１３と板状部材２２とを突き合わせる。より詳しくは、連結部材１１の延設部１１ｂの端面１１ｄと板状部材２２の端面２２ａとを突き合わせて突合せ部Ｊ１１を形成するとともに、連結部材１３の延設部１３ｂの端面１３ｄと板状部材２２の端面２２ｂとを突き合わせて突合せ部Ｊ１２を形成する。また、連結部材１１と中間部材ＮＡとを当接させるとともに、連結部材１３と中間部材ＮＢとを当接させる。そして、押圧部材Ｐで押圧力を付与して連結部材１１，１３と板状部材２２とを移動不能に拘束する。

第一工程の摩擦攪拌工程では、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ１１を前後方向になぞるように摩擦攪拌接合する。ピン３４の長さ（ショルダ間距離）は、延設部１１ｂの板厚及び板状部材２２の板厚よりも若干短くなっている。摩擦攪拌工程では、平端部３２ｃ，３３ｃ（図２参照）を突合せ部Ｊ１１にわずかに入り込ませながら摩擦攪拌接合を行う。ボビンツール３１の移動軌跡には塑性化領域Ｗが形成される。また、第一工程の摩擦攪拌工程では、突合せ部Ｊ１２に対しても突合せ部Ｊ１１と同じ要領で摩擦攪拌接合を行う。

第一実施形態に係る第二工程は、図１に示すように、連結部材１２，１４と板状部材２３とを接合する工程である。言い換えると、Ｕ字状部材４２を形成する工程である。第一実施形態に係る第二工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程を行う。第一実施形態に係る第二工程は、第一工程と同じ要領でＵ字状部材４２を形成する。

第一実施形態に係る第三工程及び第四工程は並行して行う。第一実施形態に係る第三工程は、図４に示すように、連結部材１３，１４と板状部材２４を接合する工程である。言い換えると、Ｕ字状部材４１，４２と板状部材２４とを接合する工程である。第一実施形態に係る第四工程は、連結部材１１，１２と板状部材２１とを接合する工程である。言い換えると、Ｕ字状部材４１，４２と板状部材２１とを接合する工程である。

第一実施形態に係る第三工程及び第四工程で用いる治具は、受け部材Ｈと、押圧部材Ｐと、中間部材ＱＡ，ＱＢとを用いる。中間部材ＱＡ，ＱＢの端面にはクランプＫ，Ｋがそれぞれ形成されている。中間部材ＱＡは、押圧部材ＰとＵ字状部材４１との間に配設される板状部材である。中間部材ＱＢは、受け部材ＨとＵ字状部材４２との間に配設される部材である。中間部材ＱＡ，ＱＢを用いることにより、Ｕ字状部材４１，４２の損傷を防ぐことができる。

第一実施形態に係る第三工程及び第四工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とをそれぞれ行う。第三工程の突合せ工程では、連結部材１３の基部１３ａの端面１３ｃと板状部材２４の端面２４ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ１７が形成される。また、第三工程の突合せ工程では、連結部材１４の基部１４ａの端面１４ｃと板状部材２４の端面２４ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ１８が形成される。また、第三工程に係る突合せ工程では、クランプＫ，Ｋで連結部材１３，１４をそれぞれ固定しつつ、押圧部材Ｐで押圧力を付与してＵ字状部材４１，４２と板状部材２４とを移動不能に拘束する。

また、第一実施形態に係る第三工程の突合せ工程では、第一実施形態に係る第四工程の突合せ工程も並行して行う。第四工程の突合せ工程では、図４に示すように、連結部材１１の基部１１ａの端面１１ｃと板状部材２１の端面２１ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ１５が形成される。また、第四工程の突合せ工程では、連結部材１２の基部１２ａの端面１２ｃと板状部材２１の端面２１ａとを突き合わせる。これにより突合せ部Ｊ１６が形成される。

第三工程の摩擦攪拌工程では、第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ１７，Ｊ１８をそれぞれ摩擦攪拌接合する。第三工程の摩擦攪拌工程が終了したら、押圧部材Ｐの押圧を一旦解除して、被接合金属部材をひっくり返し再度、固定治具で被接合金属部材を移動不能に拘束する。そして、第四工程の摩擦攪拌工程では、第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ１５，Ｊ１６をそれぞれ摩擦攪拌接合する。以上の工程により、図１の中空構造物１が形成される。

以上説明した本実施形態に係る中空構造物の製造方法によれば、ボビンツール３１を用いることで、各突合せ部Ｊ１１〜Ｊ１８の高さ方向の全長を一度に摩擦攪拌接合できるため、中空構造物１を容易に製造することができる。また、連結部材１１〜１４は、押出形材であるため、押し出し方向に長い中空構造物１を容易に製造することができる。

また、摩擦攪拌工程では、押圧部材Ｐと受け部材Ｈとで、連結部材１１〜１４及び板状部材２１〜２４をそれぞれ挟持した状態で摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。これにより、摩擦攪拌工程において、各突合せ部の目開きを防ぐことができる。

以上本発明の第一実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、図３に示すように、摩擦攪拌工程を行う際に、裏当て材Ｓを用いてもよい。裏当て材Ｓを用いることで、摩擦攪拌工程を安定して行うことができる。また、前記した中空構造物の製造方法は一例であって、本発明を限定するものではない。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について説明する。図５に示すように、第二実施形態に係る中空構造物１Ａは、Ｕ字状を呈する連結部材５１，５２が一体形成されている点で第一実施形態と相違する。中空構造物１Ａは、２つの連結部材５１，５２と、２つの板状部材５３，５４とを断面矩形の中空部Ｍが形成されるように突き合わせ、摩擦攪拌接合で一体形成されている。連結部材５１，５２の板状の各部位及び板状部材５３，５４の板厚寸法はほぼ同一である。

連結部材５１は、断面Ｕ字状を呈する押出形材である。連結部材５１は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、本実施形態ではアルミニウム合金製である。連結部材５１は、板状の基部５１ａと、基部５１ａの両端部からそれぞれ垂直に延設された板状の延設部５１ｂ，５１ｃとで構成されている。連結部材５２は、連結部材５１と同じ形状になっている。連結部材５２も、連結部材５１と同様に、基部５２ａと、延設部５２ｂ，５２ｃとでそれぞれ構成されている。連結部材５１，５２は、２つの板状部材を連結可能な形状になっている。

次に、本発明の第二実施形態に係る中空構造物の製造方法について説明する。第二実施形態に係る中空構造物の製造方法では、第一工程と、第二工程とを行う。第一工程及び第二工程は並行して行う。

第二実施形態に係る第一工程は、図６に示すように、連結部材５１，５２と板状部材５４を接合する工程である。第二実施形態に係る第二工程は、連結部材５１，５２と板状部材５３とを接合する工程である。

第二実施形態に係る第一工程及び第二工程で用いる治具は、受け部材Ｈと、押圧部材Ｐと、中間部材ＱＡ，ＱＢとを用いる。中間部材ＱＡ，ＱＢの端面にはクランプＫ，Ｋがそれぞれ形成されている。中間部材ＱＡは、押圧部材Ｐと連結部材５１との間に配設される板状部材である。中間部材ＱＢは、受け部材Ｈと連結部材５２との間に配設される部材である。中間部材ＱＡ，ＱＢを用いることにより、連結部材５１，５２の損傷を防ぐことができる。

第二実施形態に係る第一工程及び第二工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とをそれぞれ行う。第一工程の突合せ工程では、連結部材５１の延設部５１ｃの端面５１ｅと板状部材５４の端面５４ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ２３が形成される。また、第一工程の突合せ工程では、連結部材５２の延設部５２ｃの端面５２ｅと板状部材５４の端面５４ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ２４が形成される。また、第一工程に係る突合せ工程では、クランプＫ，Ｋで連結部材５１，５２をそれぞれ固定しつつ、押圧部材Ｐで押圧力を付与して連結部材５１，５２と板状部材５４とを移動不能に拘束する。

また、第二実施形態に係る第一工程の突合せ工程では、第二実施形態に係る第二工程の突合せ工程も並行して行う。第二工程の突合せ工程では、図６に示すように、連結部材５１の延設部５１ｂの端面５１ｄと板状部材５３の端面５３ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ２１が形成される。また、第二工程の突合せ工程では、連結部材５２の延設部５２ｂの端面５２ｄと板状部材５３の端面５３ａとを突き合わせる。これにより突合せ部Ｊ２２が形成される。

第二実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程では、第一実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ２３，Ｊ２４をそれぞれ摩擦攪拌接合する。第一工程の摩擦攪拌工程が終了したら、押圧部材Ｐの押圧を一旦解除して、被接合金属部材をひっくり返し再度、固定治具で被接合金属部材を移動不能に拘束する。そして、第二工程の摩擦攪拌工程では、第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ２１，Ｊ２２をそれぞれ摩擦攪拌接合する。以上の工程により、図５の中空構造物１Ａが形成される。

以上説明した本実施形態に係る中空構造物の製造方法によれば、ボビンツール３１を用いることで、各突合せ部Ｊ２１〜Ｊ２４の高さ方向の全長を一度に摩擦攪拌接合できるため、中空構造物１Ａを容易に製造することができる。また、連結部材５１，５２は、押出形材であるため、押し出し方向に長い中空構造物１Ａを容易に製造することができる。また、連結部材５１，５２を用いることにより、少ない部品点数で中空構造物１Ａを形成することができる。

以上本発明の第一実施形態及び第二実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、断面Ｕ字状を呈する一対の連結部材のみで一つの断面矩形の中空部を備えた中空構造物を形成してもよい。また、一つの断面Ｕ字状を呈する連結部材と、一対の断面Ｌ字状を呈する連結部材とで一つの断面矩形の中空部を備えた中空構造物を形成してもよい。

つまり、断面略Ｕ字状を呈する連結部材（金属部材）、断面略Ｌ字状を呈する連結部材（金属部材）の少なくともいずれかを用いてこれらを組み合わせ、一つの断面矩形の中空部を備えた他の形態の中空構造物を形成してもよい。また、断面略Ｕ字状を呈する連結部材（金属部材）、断面略Ｌ字状を呈する連結部材（金属部材）の少なくともいずれか、及び、板状部材（金属部材）を用いてこれらを組み合わせ、一つの断面矩形の中空部を備えた他の形態の中空構造物を形成してもよい。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について説明する。図７に示すように、第三実施形態に係る中空構造物１Ｂは、２つの断面矩形の中空部Ｍ，Ｍが形成されている点、断面Ｉ字状の連結部材６１を用いている点で第一実施形態と相違する。中空構造物１Ｂは、２つの連結部材５１，５２と、４つの板状部材５３，５３，５４，５４と、連結部材６１とを断面矩形の中空部Ｍ，Ｍが形成されるように突き合わせ、摩擦攪拌接合で一体形成されている。連結部材５１，５２，６１の板状の各部位及び板状部材５３，５４の板厚寸法はほぼ同一である。

連結部材５１，５２及び板状部材５３，５４は第二実施形態と同一であるため説明を省略する。連結部材（金属部材）６１は、断面Ｉ字状を呈する押出形材である。連結部材６１は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、本実施形態ではアルミニウム合金製である。連結部材６１は、板状の基部６１ａと、基部６１ａの両端部から幅方向両側に延設された板状の延設部６１ｂ，６１ｃとで構成されている。連結部材６１は、４つの板状部材を連結可能な形状になっている。連結部材６１は、隣接する中空部Ｍ，Ｍを隔てるように配設されている。

第三実施形態に係る中空構造物の製造方法では、第一工程と、第二工程と、第三工程と、第四工程とを行う。第一工程及び第二工程は並行して行う。

第三実施形態に係る第一工程は、図８に示すように、連結部材５１と板状部材５４と連結部材６１とを接合する工程である。第三実施形態に係る第二工程は、連結部材５１と板状部材５３と連結部材６１とを接合する工程である。

第三実施形態に係る第一工程及び第二工程で用いる治具は、受け部材Ｈと、押圧部材Ｐと、中間部材ＱＡと、中間部材ＲＡとを用いる。中間部材ＱＡ，ＲＡの端部にはクランプＫがそれぞれ形成されている。中間部材ＱＡは、押圧部材Ｐと連結部材５１との間に配設される部材である。中間部材ＲＡは、受け部材Ｈと連結部材６１との間に配設される部材である。中間部材ＱＡ，ＲＡを用いることにより、連結部材５１，６１の損傷を防ぐことができる。

中間部材ＲＡは、板状を呈する本体部Ｒ１と、本体部Ｒ１から上下方向に張り出す張出部Ｒ２，Ｒ２とで構成されている。張出部Ｒ２の板厚は、本体部Ｒ１の板厚よりも薄くなっているため、本体部Ｒ１と張出部Ｒ２との間に段差部が形成されている。張出部Ｒ２の張り出し長さは、板状部材５３，５４の板厚及び延設部６１ｂ，６１ｃの板厚と同等になっている。

第三実施形態に係る第一工程及び第二工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とをそれぞれ行う。第一工程の突合せ工程では、連結部材５１の延設部５１ｃの端面５１ｅと板状部材５４の端面５４ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３３が形成される。また、第一工程の突合せ工程では、連結部材６１の延設部６１ｃの端面６１ｆと板状部材５４の端面５４ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３４が形成される。また、第一工程に係る突合せ工程では、クランプＫ，Ｋで連結部材５１，６１をそれぞれ固定しつつ、押圧部材Ｐで押圧力を付与して連結部材５１，６１と板状部材５４とを移動不能に拘束する。

また、第三実施形態に係る第一工程の突合せ工程では、第三実施形態に係る第二工程の突合せ工程も並行して行う。第二工程の突合せ工程では、図８に示すように、連結部材５１の延設部５１ｂの端面５１ｄと板状部材５３の端面５３ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３１が形成される。また、第二工程の突合せ工程では、連結部材６１の延設部６１ｂの端面６１ｄと板状部材５３の端面５３ａとを突き合わせる。これにより突合せ部Ｊ３２が形成される。

第三実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程では、第一実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ３３，Ｊ３４をそれぞれ摩擦攪拌接合する。第一工程の摩擦攪拌工程が終了したら、押圧部材Ｐの押圧を一旦解除して、被接合金属部材をひっくり返し再度、固定治具で被接合金属部材を移動不能に拘束する。そして、第二工程の摩擦攪拌工程では、第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ３１，Ｊ３２をそれぞれ摩擦攪拌接合する。

第三実施形態に係る第三工程は、図９に示すように、連結部材５２，６１と板状部材５４を接合する工程である。第三実施形態に係る第四工程は、連結部材５２，６１と板状部材５３とを接合する工程である。第三実施形態に係る第三工程及び第四工程で用いる治具は、受け部材Ｈと、押圧部材Ｐと、中間部材ＱＡ，ＱＢとを用いる。

第三実施形態に係る第三工程及び第四工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程とをそれぞれ行う。第三工程の突合せ工程では、連結部材６１の延設部６１ｃの端面６１ｇと板状部材５４の端面５４ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３７が形成される。また、第三工程の突合せ工程では、連結部材５２の延設部５２ｃの端面５２ｄと板状部材５４の端面５４ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３８が形成される。また、第三工程に係る突合せ工程では、クランプＫ，Ｋで連結部材５１，５２をそれぞれ固定しつつ、押圧部材Ｐで押圧力を付与して連結部材５１，５２，６１及び板状部材５３，５４を移動不能に拘束する。

また、第三実施形態に係る第三工程の突合せ工程では、第三実施形態に係る第四工程の突合せ工程も並行して行う。第四工程の突合せ工程では、図９に示すように、連結部材６１の延設部６１ｂの端面６１ｅと板状部材５３の端面５３ｂとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３５が形成される。また、第四工程の突合せ工程では、連結部材５２の延設部５２ｂの端面５２ｄと板状部材５３の端面５３ａとを突き合わせる。これにより、突合せ部Ｊ３６が形成される。

第三実施形態に係る第三工程の摩擦攪拌工程では、第一実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ３７，Ｊ３８をそれぞれ摩擦攪拌接合する。第三工程の摩擦攪拌工程が終了したら、押圧部材Ｐの押圧を一旦解除して、被接合金属部材をひっくり返し再度、固定治具で被接合金属部材を移動不能に拘束する。そして、第四工程の摩擦攪拌工程では、第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ３５，Ｊ３６をそれぞれ摩擦攪拌接合する。以上の工程により、図７の中空構造物１Ｂが形成される。

以上説明した本実施形態に係る中空構造物の製造方法によれば、ボビンツール３１を用いることで、各突合せ部Ｊ３１〜Ｊ３８の高さ方向の全長を一度に摩擦攪拌接合できるため、中空構造物１Ｂを容易に製造することができる。また、連結部材５１，５２，６１は、押出形材であるため、押し出し方向に長い中空構造物１Ｂを容易に製造することができる。また、連結部材５１，５２，６１を用いることにより、少ない部品点数で複数の中空部Ｍを備えた中空構造物１Ｂを形成することができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について説明する。図１０に示すように、第四実施形態に係る中空構造物１Ｃは、中空部Ｍ，Ｍを隔てるＩ字状部材８１が断面Ｔ字状を呈する連結部材（金属部材）７１，７１で形成されている点で第三実施形態と相違する。第四実施形態については第三実施形態と相違する部分を中心に説明する。連結部材７１は、断面Ｔ字状を呈する押し出し形材である。連結部材７１は、基部７１ａと、基部７１ａの中央から垂直に延設された延設部７１ｂとで構成されている。連結部材７１は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、本実施形態ではアルミニウム合金製である。

第四実施形態に係る中空構造物の製造方法では、まず、Ｉ字状部材８１を形成する。当該工程では、突合せ工程と、摩擦攪拌工程を行う。当該突合せ工程では、一方の連結部材７１の延設部７１ｂの端面７１ｃと、他方の連結部材７１の延設部７１ｂの端面７１ｃとを突き合わせて突合せ部Ｊ４１を形成する。また、当該摩擦攪拌工程では、第一実施形態に係る第一工程の摩擦攪拌工程と同じ要領で、ボビンツール３１を用いて突合せ部Ｊ４１に対して摩擦攪拌接合を行う。第四実施形態の中空構造物の製造方法では、Ｉ字状部材８１を形成する工程よりも後の工程は第三実施形態と同じであるため説明を省略する。

第四実施形態に係る中空構造物の製造方法のように、中空部Ｍ，Ｍの間に配設されるＩ字状部材８１を複数の連結部材７１，７１で構成してもよい。このようにしても、第三実施形態と略同等の効果を奏することができる。

以上本発明の第三実施形態及び第四実施形態に係る中空構造物及び中空構造物の製造方法について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、Ｉ字状を呈する連結部材６１又はＩ字状部材８１を複数個設けて中空部Ｍを３つ以上備えた中空構造物を形成してもよい。

また、例えば、断面略Ｉ字状又は一対の断面略Ｔ字状を呈し隣接する中空部を構成する連結部材（金属部材）を含むとともに、断面略Ｕ字状を呈する連結部材（金属部材）及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材（金属部材）の少なくともいずれかを含んでこれらを組み合わせ複数の中空部を備えた中空構造物を形成してもよい。
また、例えば、断面略Ｉ字状又は一対の断面略Ｔ字状を呈し隣接する中空部を構成する連結部材（金属部材）及び板状部材（金属部材）を含むとともに、断面略Ｕ字状を呈する連結部材（金属部材）及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材（金属部材）の少なくともいずれかを含んでこれらを組合わえせ複数の中空部を備えた中空構造物を形成してもよい。

１中空構造物
１１連結部材
１２連結部材
１３連結部材
１４連結部材
２１板状部材
２２板状部材
２３板状部材
２４板状部材
３１ボビンツール
Ｗ塑性化領域

Claims

断面矩形の１つの中空部を備えた金属製の中空構造物の製造方法であって、
断面矩形の１つの中空部が形成されるように複数の金属部材を突き合わせて複数の突合せ部を形成する突合せ工程と、
ボビンツールを用いて各前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記中空構造物を構成する前記金属部材は、
断面略Ｕ字状を呈する連結部材及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材の少なくともいずれかを含み、前記連結部材を押し出し成形で成形することを特徴とする中空構造物の製造方法。
断面矩形の複数の中空部を備えた金属製の中空構造物の製造方法であって、
断面矩形の複数の中空部が形成されるように複数の金属部材を突き合わせて複数の突合せ部を形成する突合せ工程と、
ボビンツールを用いて各前記突合せ部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌工程と、を含み、
前記中空構造物を構成する前記金属部材は、
断面略Ｉ字状又は一対の断面略Ｔ字状を呈し隣接する前記中空部を構成する連結部材を含むとともに、
断面略Ｕ字状を呈する連結部材及び断面略Ｌ字状を呈する連結部材の少なくともいずれかを含み、前記連結部材を押し出し成形で成形することを特徴とする中空構造物の製造方法。
前記摩擦攪拌工程では、押圧力を付与できる押圧部材と架台に移動不能に拘束された受け部材とで、各前記金属部材を挟持した状態で摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空構造物の製造方法。