JP3045672B2 - 金属製中空材の突き合わせ継手構造 - Google Patents

金属製中空材の突き合わせ継手構造

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  • Standing Axle, Rod, Or Tube Structures Coupled By Welding, Adhesion, Or Deposition (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム等
からなる金属製中空材の接合構造物に用いられる、金属
製中空材どうしを突き合わせて接合するための継手構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、船舶の床材や壁材、あるいは建
築構造物の構成部材等として、図5に示すような断面形
状の大型中空材(A)の長さ方向の端部を突き合わせて
接合した接合構造物が用いられることがある。
【0003】図5に示した中空材(A)は、アルミニウ
ム(その合金を含む、以下同じ)の押出形材からなり、
所定距離を隔てて平行状に離間配置された2枚の幅広長
尺な平板状の外板部(1)(2)と、両外板部(1)
(2)を連通して長さ方向に伸び、両外板部の間の空間
を幅方向に平行状に仕切る補強用等の複数個のリブ
(3)とで構成されている。なお、両外板部(1)
(2)の幅方向の両端縁に設けられた凹凸は、2個の中
空材を幅方向に連結するための係合部(4)を構成する
ものである。
【0004】而して、図5に示したような中空材(A)
どうしを、長さ方向の端部において連結接合する場合、
従来では、次のようにして行われていた。
【0005】即ち、2個の中空材(A)の長さ方向の端
部において、外板部(1)(2)どうし及びリブ(3)
どうしを突き合わせて配置するとともに、この状態で突
き合わせ部の周囲を外方からMIG溶接やTIG溶接法
等により溶接していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、中空材(A)(A)の長さ方向の端部を単に突
き合わせて外方から溶接するのみでは、外板部(1)
(2)どうしは接合されるものの内部に存在するリブ
(3)どうしの接合はほとんどなされないため、接合強
度に劣り、このため接合構造物としての適用範囲に限界
があった。
【0007】この発明は、このような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、離間した2枚の外板部(1)
(2)とこれら外板部(1)(2)を連通する1個また
は複数個のリブ(3)が、長さ方向に連続して形成され
た2個の金属製中空材(A)(A)が、それらの長さ方
向の端部どうしを突き合わされ、かつ接合された金属製
中空材の突き合わせ継手構造であって、接合強度に優れ
た継手構造の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明に
係る、離間した2枚の外板部とこれら外板部を連通する
1個または複数個のリブが、長さ方向に連続して形成さ
れた2個の金属製中空材が、それらの長さ方向の端部ど
うしを突き合わされ、かつ接合された金属製中空材の突
き合わせ継手構造であって、前記突き合わせ部における
外板部とリブとで囲まれた中空部内に、両金属製中空材
に跨がった状態で金属製の中子が嵌入されるとともに、
突き合わせ部に沿って溶接が施されることにより、両金
属製中空材の外板部どうし及び各金属製中空材のリブと
中子とが接合されてなることを特徴とする金属製中空材
の突き合わせ継手構造によって達成される。
【0009】上記継手構造によれば、中子の使用によ
り、中空材の外板部どうし及び各金属製中空材のリブと
中子とが接合されるから、外板部どうしのみが接合され
た継手接合構造に比べて、強度が増大する。しかも、中
子の存在により、突き合わせ接合部に加わる圧縮力に対
しても、これに耐える力が増大する。
【0010】また、突き合わせ部に沿って施す溶接は、
接合界面に摩擦熱を与えて軟化させかつ撹拌する摩擦撹
拌溶接によって行われたものであるのが望ましい。この
ような摩擦撹拌溶接法によれば、接合部の溶融を伴うM
IG溶接やTIG溶接のような溶接熱影響部の強度低下
や、中空材を構成する金属材の種類に制限を受けるとい
うような不都合を回避しつつ、両金属製中空材の外板部
どうし及び各金属製中空材のリブと中子とが、確実に接
合される。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、この発明の一実施形態につ
いて説明する。この実施形態は、図5に示した断面形状
のアルミニウム押出形材からなる中空材(A)の2個
を、長さ方向に突き合わせて接合する場合を示すもので
ある。
【0012】中空材(A)は、前述の従来技術の説明で
示したものと同じであり、(1)(2)は平行状に対向
配置された幅広長尺な上下の外板部、(3)は両外板部
(1)(2)を連通して長さ方向に伸びるとともに、幅
方向に所定間隔をおいて平行状に配置された補強用等の
複数個のリブであり、これらリブ(3)の存在により両
外板部(1)(2)の間の空間が幅方向に仕切られて、
リブ(3)と両外板部(1)(2)とで囲まれた複数個
の中空部(5)が形成されている。なお、外板部(1)
(2)の幅方向の両端縁には、中空材(A)どうしを幅
方向に係合連結させるための係合部(4)が形成されて
いる。
【0013】図1において、(A)(A)はそれぞれ上
記の中空材であり、(B)は複数個の中子である。各中
子(B)は、中空材(A)における前記中空部(5)の
断面形状に適合する外周形状のアルミニウム製中実押出
材を短尺に切断することによって構成されている。そし
て、各中子(B)が、図2〜4に示すように、2個の中
空材(A)(A)に跨がった状態で各中空部(5)に嵌
入配置され、この状態で2個の中空材(A)(A)が長
さ方向の端部において、外板部(1)(2)どうし及び
リブ(3)どうしを突き合わせて配置されるとともに、
突き合わせ部(6)に沿って溶接が施されている。図3
において(7)は溶接部を示す。この溶接により、突き
合わせ状態の中空材(A)(A)の外板部(1)(2)
どうしが接合されるとともに、各中空材(A)において
は外板部(1)(2)と中子(B)とが突き合わせ部
(6)に沿う態様で接合され、さらに各中空部(5)の
中子(B)とリブ(3)とが隣接界面において接合され
たものとなる。従って、2個の中空材(A)(A)どう
しは、外板部(1)(2)どうしが直接接合されている
ほか、中子(B)を介して外板部(1)(2)どうしが
接合され、さらに中子(B)を介してリブ(3)どうし
が接合されて、強度的に極めて優れたものとなってい
る。
【0014】ここに、突き合わせ部(6)に沿う溶接
は、その手段が限定されることはなく、MIG溶接、T
IG溶接等任意の手段を採用すれば良いが、特に好まし
い溶接方法として摩擦撹拌溶接法を挙げ得る。この摩擦
撹拌溶接法は、接合部を溶融させることなく接合する固
相接合法の一種であり、摩擦熱を接合部位に与えて軟化
させ撹拌融合し、必要に応じてその部分を加圧すること
により接合するものである。このような摩擦撹拌溶接
は、例えば、図6に示すようにして行えば良い。即ち、
高速回転するプローブ(10)を中空材(A)の突き合
わせ部(6)またはその近傍における外板部(1)
(2)の表面に当接させるとともに、当接部位を摩擦熱
で軟化させながらプローブ(10)を外板部(1)
(2)の厚さ方向内部に挿入していく。そして、プロー
ブ(10)の先端が外板部(1)(2)の肉厚を超えて
中子(B)やリブ(3)に達するまでプローブ(10)
を挿入し、この状態で突き合わせ部(6)に沿ってプロ
ーブ(10)を移動させ、軟化した外板部 (1)
(2)どうしを撹拌融合しつつ、さらに外板部(1)
(2)と中子(B)、中子(B)とリブ(3)を撹拌融
合し、プローブ(1)の通過後は撹拌融合部分が急速に
冷却されて、外板部(1)(2)どうし、外板部(1)
(2)と中子 (B)、中子(B)とリブ(3)が接合
される。このように摩擦撹拌溶接によれば、溶接部の溶
融を伴うMIG溶接やTIG溶接のような溶接熱影響部
の強度低下や、中空材(A)を構成するアルミニウム材
の種類に制限を受けるというような不都合を回避しつ
つ、表面のみならず深部まで確実に接合できる利点があ
る。本実施形態においても、かかる摩擦撹拌溶接法を採
用している。そして、この場合、図3に示すように、突
き合わせ部(6)に沿う溶接部(7)のみならず、リブ
(3)に沿ってかつリブとリブの間の位置において中空
材の長さ方向に、摩擦撹拌溶接して溶接部(8)を形成
するのが、さらに接合強度を高める点から望ましい。
【0015】ちなみに、本発明の効果を確認するため、
以下の試験を行った。即ち、JIS6N01アルミニウ
ム材により構成した図1〜5に示したような中空材
(A)を用意した。そして、該中空材(A)の長さ方向
の端部を中子(B)を用いることなく突き合わせるとと
もに、突き合わせ部(6)に沿ってMIG溶接した継手
構造を有する従来品を複数個製作した。一方、図1〜4
に示したように、中子(B)を中空部(5)に嵌入した
状態で、突き合わせ部(6)の全周に沿ってMIG溶接
した本発明実施品を複数個製作した。さらに、同じく図
1〜4に示したように中子(B)を中空部(5)に嵌入
した状態で、突き合わせ部(6)の全周に沿って図6に
示したような方法で摩擦撹拌溶接したのち、さらに図3
のようにリブ(3)に沿ってかつリブとリブの間の位置
において中空材の長さ方向に、同じく摩擦撹拌溶接した
本発明実施品を複数個製作した。なお、MIG溶接の場
合、溶加材はJIS4043アルミニウム材を用いた。
また、中子(B)はJIS6N01アルミニウム材を用
いるとともに、中子(B)と各中空材(A)との重なり
長さ(中子(B)の中空部(5)への嵌入長さ)はいず
れも20mmとした。
【0016】そして、上記の各継手につき、図2に鎖線
で示す領域(R)を切断採取して試験片とし、各試験片
について、3点支持曲げによる突き合わせ接合部の曲げ
強度試験を行った。その結果を表1に示す。
【0017】
【表1】 上記表1からわかるように、従来品の最大荷重の平均値
は3475Nであったのに対し、MIG溶接した本発明
実施品の最大荷重の平均値は5343Nであり、また、
摩擦撹拌溶接した本発明実施品の最大荷重の平均値は6
170Nであった。従って、本発明によれば、継手強度
の大幅な増大を得ることができることを確認した。
【0018】なお、以上の実施形態では、リブ(3)が
5個設けられ中空部(5)が4個設けられている中空材
(A)を使用したが、中空材(A)の断面形状は上記実
施形態に限定されることはなく、例えば中空材(A)の
幅方向の中間に1個のリブ(3)を設け、そのリブ
(3)の両側に、該リブ(3)と外板部(1)(2)と
で囲まれた開放形の2個の中空部が形成されたようなも
のであっても良い。この場合も、該開放形の中空部に中
子を嵌入して溶接すれば良い。
【0019】また、中子(B)は中実のものを用いた
が、必ずしも中実である必要はなく、中空の中子を用い
るものとしても良い。
【0020】また、金属製中空材(A)あるいは中子
(B)としてアルミニウム製のものを用いたが、アルミ
ニウム以外の他の金属からなるものであっても良い。
【0021】
【発明の効果】この発明は、上述の次第で、離間した2
枚の外板部とこれら外板部を連通する1個または複数個
のリブが、長さ方向に連続して形成された2個の金属製
中空材が、それらの長さ方向の端部どうしを突き合わさ
れ、かつ接合された金属製中空材の突き合わせ継手構造
であって、前記突き合わせ部における外板部とリブとで
囲まれた中空部内に、両金属製中空材に跨がった状態で
金属製の中子が嵌入されるとともに、突き合わせ部に沿
って溶接が施されることにより、両金属製中空材の外板
部どうし及び各金属製中空材のリブと中子とが接合され
てなることを特徴とするものであるから、中子を用いな
い従来のように、外板部のみが接合されている継手構造
に比べて、強度を増大することができ、接合構造物とし
ての適用範囲を拡大することができる。
【0022】しかも、中子の存在により、突き合わせ接
合部分に加わる圧縮力に対しても、これに耐える力を増
大することができ、容易に変形することのない接合構造
物の提供が可能となる。
【0023】また、溶接が、接合界面に摩擦熱を与えて
軟化させかつ撹拌する摩擦撹拌溶接によって行われたも
のである場合には、上記の効果に加えて、接合部の溶融
を伴うMIG溶接やTIG溶接のような溶接熱影響部の
強度低下や、中空材を構成する金属材の種類に制限を受
けるというような不都合を回避しつつ、両金属製中空材
の外板部どうし及び各金属製中空材のリブと中子とを、
確実に接合できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属製中空材を突き合わせ接合する前の状態の
斜視図である。
【図2】同じく突き合わせ接合した状態の平面図であ
る。
【図3】図2の突き合わせ部周辺の拡大平面図である。
【図4】図2のIV−IV線断面図である。
【図5】金属製中空材の横断面図である。
【図6】摩擦撹拌溶接の具体例を示すもので、(a)は
突き合わせ部近傍の縦断面図、(b)は同じく横断面図
である。
【符号の説明】
A…金属製中空材 B…中子 1、2…外板部 3…リブ 5…中空部 6…突き合わせ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/12 B16B 5/08,11/00 B23K 101:04 JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 離間した2枚の外板部(1)(2)とこ
    れら外板部(1)(2)を連通する1個または複数個の
    リブ(3)が、長さ方向に連続して形成された2個の金
    属製中空材(A)(A)が、それらの長さ方向の端部ど
    うしを突き合わされ、かつ接合された金属製中空材の突
    き合わせ継手構造であって、 前記突き合わせ部(6)における外板部(1)(2)と
    リブ(3)とで囲まれた中空部(5)内に、両金属製中
    空材(A)(A)に跨がった状態で金属製の中子(B)
    が嵌入されるとともに、 突き合わせ部(6)に沿って溶接が施されることによ
    り、両金属製中空材(A)(A)の外板部(1)(2)
    どうし及び各金属製中空材(A)のリブ(3)と中子
    (B)とが接合されてなることを特徴とする金属製中空
    材の突き合わせ継手構造。
  2. 【請求項2】 溶接が、接合界面に摩擦熱を与えて軟化
    させかつ撹拌する摩擦撹拌溶接によって行われたもので
    ある請求項1に記載の金属製中空材の突き合わせ継手構
    造。
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