JP3420502B2 - 構造体 - Google Patents

構造体

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JP3420502B2
JP3420502B2 JP16801698A JP16801698A JP3420502B2 JP 3420502 B2 JP3420502 B2 JP 3420502B2 JP 16801698 A JP16801698 A JP 16801698A JP 16801698 A JP16801698 A JP 16801698A JP 3420502 B2 JP3420502 B2 JP 3420502B2
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
    • F16S3/00—Elongated members, e.g. profiled members; Assemblies thereof; Gratings or grilles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B21C23/142—Making profiles
    • B21C23/145—Interlocking profiles
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    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/045—Hollow panels

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合に関
するものであり、その継ぎ手形状に関するものである。
構造体、例えば、鉄道車両や建築物等に使用されるアル
ミニウム合金製の部材の接合に適した摩擦攪拌接合に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開平９−３０９１６４号公報（ＥＰ
０７９７０４３Ａ２）のように、摩擦攪拌接合方法は、
接合部に挿入した丸棒（回転体という。）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。回転体
は、接合部に挿入する小径部と、外部に位置する大径部
とからなる。小径部と大径部は同軸である。大径部側を
回転させる。小径部と大径部の境は、接合部に若干挿入
されている。摩擦攪拌接合方法による接合は突き合わせ
部、重ね部に適用される。
【０００３】また、前記先行技術の図７のように、被接
合部材の接合部には回転体側に突出する突出部を設け、
この部分を接合している。また、前記図７のように、一
方の被接合部材の中空形材の端部のリブから他方の中空
形材側に突出する突出片を設け、この突出片に他方の中
空形材の面板を重ねている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】摩擦攪拌接合は、接合
用工具の回転体を被接合部材に挿入して金属を流動化さ
せるものであるため、被接合部材に大きな力が働く。こ
のため、中空形材を接合する場合は、前記先行技術の図
８のように金属が裏側に流出しやすい。このため、流出
金属の補充のための突出部を大きくする必要がある。ま
た、接合ビードに空孔を発生しやすい。
【０００５】この防止の１つの手段は、接合部の被接合
部材の厚さを厚くし、金属の流出を防止することであ
る。例えば、接合部の面板とリブとの接続線の円弧、あ
るいは突出片とリブとの接続線の円弧の径を大きくし
て、外部の肉を厚くすることである。この円弧は面板側
に凹んでいる。このため、断面積が大きくなり、重量が
増大する。本発明の目的は、軽量な継ぎ手を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、接合部近傍
のリブと面板との接続線、あるいは突出片とリブとの接
続線を、接合部側を中心とした円弧、すなわち、中空部
側に突出する円弧にすることによって達成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１から図２
により説明する。被接合部材は、金属部材、例えば、ア
ルミニウム合金の中空押し出し形材である。この形材を
接合して構造体、例えば、鉄道車両の車体を製作する。
複数の形材によって、車体の側構体、屋根構体、妻構
体、床構体を構成する。側構体、屋根構体の場合、形材
の長さは最大で車体の長さと同様である。形材の長手方
向を車体の長手方向に向けている。
【０００８】中空押し出し形材１００（１１０）は実質
的に平行な２つの面板１０１、１０２（１１１、１１
２）と、両者を接続する複数のリブ１０３、１０６（１
１３、１１６）と、接合部の端部において形材１００、
１１０の厚さ方向に突出した突出部１０４（１１４）
と、端部のリブ１０６から相手の形材１１０に向けて突
出した突出片１１７、１１７と、からなる。
【０００９】リブ１０３、１１３は形材１００、１１０
の幅方向に沿って複数ある。リブ１０３（１１３）は面
板１０１、１０２（１１１、１１２）に対して傾斜して
いる。リブ１０６（１１６）は面板１０１、１０２（１
１１、１１２）に対して直交している。１０９、１１９
は中空部である。
【００１０】形材１００、１１０の端部には垂直面１２
１、傾斜面１２２、両者の間を接続する水平面１２３が
それぞれある。垂直面１２１は面板１０１、１０２、１
１１、１１２の端部にある。水平面１２３は面板１０
１、１０２、１１１、１１２に平行である。形材１１０
の傾斜面１２２は突出片１１７の面板側の面にある。形
材１００の傾斜面１２２は突出片１１７を受け入れる凹
部にある。傾斜面１２２は垂直面１２１を形材の厚さ方
向に入った位置から傾斜している。突出部１１７は形材
１１０の垂直面１２１よりも形材１００の幅方向の外方
（形材１００側）に突出している。突出部１０４、１１
４はそれぞれの面板１０１、１０２、１１１、１１２の
端部にある。
【００１１】形材１１０のリブ１１６は接合部の延長線
上に位置している。リブ１１６の板厚の中心の延長線上
に回転体２０の軸心が位置することを想定している。形
材１１０の垂直面１２１は、リブ１１６の板厚の中心よ
りも若干形材１１０の幅方向の中心側に位置している。
リブ１１６の板厚の延長線の範囲内に２つの垂直面１２
１がある。リブ１１６の板厚はリブ１０６の板厚よりも
厚い。
【００１２】形材１００、１１０を突き合わせたとき、
垂直面１２１、１２１同士が接触する。但し、これは理
想的な場合で、寸法公差等により、垂直面１２１、１２
１の間には隙間が空くことが多い。傾斜面１２２、１２
２同士が接触するように示しているが、隙間があること
が多い。傾斜面１２２を有する形材１００の凹部、形材
１１０の凸部は２つの形材を組み合わせやすくするため
に設けたものである。このため、形材１００の凹部を大
きく設けている。
【００１３】形材１１０の中空部１１９の位置の面板１
１１（１１２）の裏面とリブ１１６との間は、中空部１
１９側に突出する円弧１３１と、その両端において凹ん
だ円弧１３２、１３３とによって接続している。円弧１
３２、１３３の凹部は円弧１３１を突出させることによ
って生じたものである。円弧１３２、１３３の凹部は、
円弧１３１の中央部の位置の接線よりも凹んでいるとい
う意味である。円弧１３１の突出部を円弧状突出部とい
う。
【００１４】円弧１３１の位置は、回転体２０を所定位
置まで挿入したとき、小径部２１の先端に沿って所定の
距離を確保する位置に定める。円弧１３１の中心位置
は、所定位置まで挿入した小径部２１の先端の角部の位
置を基準として考えればよい。リブ１１６ｂによって回
転体２０の挿入力を支えるので、リブ１１６ｂの周囲か
ら外部に金属が流出しやすい。そこで、外部の厚さを厚
くしている。実験によると、小径部２１の角部から円弧
１３１までの距離が例えば５ｍｍあるとよい。傾斜面１
２２、１２２の間の隙間や突出片１１７とリブ１０６と
の間からは金属が流出しやすい。
【００１５】点線は従前の考えかたによるリブと面板と
の接続線である。この例では、直線と、該直線の両端に
設けた円弧とからなる。前記直線は円弧１３１の中央部
に接する接線である。全体を接合ビード３０側に凹ませ
た円弧にできる。点線と実線とを比較すれば分かるよう
に、この部分の断面積は本発明によれば小さくできる。
このため、形材１１０を軽量化できるものである。
【００１６】この例では円弧１３１の両端に凹部を設け
ているが、一方のみに凹部を設けることができる。凹部
を設けない側は、円弧の端部に直線を接続し、さらにそ
の端部とリブ（または面板）とを円弧で接続する。ただ
し、軽量化の度合いは低下する。突出片１１７の先端の
裏面は先端に行くにしたがって薄くなる円弧状にしてい
る。円弧１３５の大きさは円弧１３１と同様である。
【００１７】摩擦攪拌接合用の回転体２０は大径の丸棒
の先端に小径の小径部２１を設けたものである。回転体
２０の大径部２０ａと小径部２１との境２０ｂは大径部
２０ａ側に凹んだ円弧状になっている。小径部２１はね
じである。接合は回転体２０を回転させて部材１００、
１１０に挿入して、接合線に沿って移動させて行う。回
転体２０の軸心は回転体２０の移動方向に対して大径部
２０ａ側が後方に傾斜している。このため、境２０ｂの
後端は部材１００、１１０に入っているが、前端は突出
部１０４、１１４の頂の外面（図１において、上方の突
出部１０４、１１４の場合、上方）よりも外側（上方）
に位置している。境２０ｂの後端は突出部１０４、１１
４と非突出部の面板１０１、１０２、１１１、１１２の
外面との間にある。前記「後端」、「前端」等は回転体
２０の移動方向を基準としている。
【００１８】図１は回転体２０を形材１００、１１０の
所定位置まで挿入した状態を示している。小径部２１の
先端の一部は省略して示している。小径部２１の先端は
水平面１２３付近に位置する。
【００１９】接合に当たって、形材１００、１１０はベ
ッドに万力や装置で上方から押さえられて拘束されてい
る。また、形材１００、１１０の傾斜面１２２同士が接
触するように、形材１００を形材１１０に向けて（図１
において左右方向）押し付ける。接合に当たって、摩擦
攪拌接合用の回転体２０の移動に伴って移動するローラ
がある。ローラは回転体２０の移動方向の前後に位置し
ている。ローラは突出部１０２、１０２の左右または突
出部の上面を押さえる。上下２個所の接合は、一方の面
を接合した後、裏返して接合するか、上下に回転体２
０、２０を配置して同時に接合を行う。ベッドに載せら
れる形材１００、１１０の数は２つまたはそれ以上であ
る。摩擦攪拌接合後、この接合によって得られた構造体
をさらに摩擦攪拌接合や通常の溶接で接合して車体とす
る。
【００２０】形材１００、１１０の突合わせ面に傾斜面
１２２を設けているので、２つの形材を組み合わせやす
い。また、２つの形材１００、１１０の上下のずれを防
止できる。また、２つの傾斜面１２２、１２２が接触し
ている場合は非接触の場合に比べて、この部分からの金
属の流出を防止できる。垂直面１２１、１２１の間の隙
間は突出部１０４、１１４からの金属の移動によって塞
がれる。
【００２１】垂直面１２１、１２１は傾斜していてもよ
いが、突出部１０４、１１４からの金属の移動量を大き
くする必要がある。突出片１１７および形材１００の端
部には傾斜面１２２があるが、面板１０１、１０２、１
１１、１１２に平行な面であってもよい。
【００２２】接合後、必要により、突出部１０４、１１
４は面板１０１、１１１の外面と同一面となるように切
削する。鉄道車両の車体に使用する場合は、図２のよう
に、車体の外面となる面の突出部１０４、１１４を切削
する。３０は接合ビードである。
【００２３】図３の実施例はリブ１０６とリブ１１６ｂ
との中間に接合部が位置するようにしたものである。リ
ブ１１６ｂと面板１１１（１１２）との間は、前記のよ
うに円弧状突出部１３１で接続している。リブ１１６ｂ
と突出片１１７の根元とは、他方の突出片１１７側に凸
の円弧１４１と、その両側において面板１１１側に向け
た凹の円弧と、から接続している。リブ１０６と面板１
０１（１０２）との間は、中空部１０９側に凸の円弧１
４５と、その両側において垂直面１２１側に凹の円弧１
４６、１４７と、から接続している。点線は従前の考え
かたによる接続線で、全てを円弧としている。突出片１
１７の円弧１４１に対する前記点線、および形材１００
側の前記点線は省略している。円弧１３１、１４１、１
４５の大きさは同様である。
【００２４】これによれば、接合時の荷重は２つのリブ
１０６、１１６で負担するので、２つのリブ１０６、１
１６ｂの近傍を厚くしている。また、２つのリブ１０
６、１１６ｂの板厚の合計値を図１の場合よりも小さく
できる。このため、軽量にできる。また、リブ１０６ｂ
と面板との間、リブ１０６ｂと突出片１１７との間、リ
ブ１０６と面板との間のそれぞれにおいて軽量にできる
ものである。
【００２５】なお、円弧１３１とリブ１１６ｂとの間の
凹部（１３２）は小さいので、凹部を設けないようにで
きる。例えば、円弧１３１のリブ１１６ｂ側の端部に接
線を設け、この接線とリブ１１６ｂとを円弧で接続す
る。また、面板１１２の側の突出片１１７をリブ１０６
側に設置しても同様にできる。また、傾斜面１２２がな
く、水平面１２３であってもよい。
【００２６】また、形材１００、１１０を組み合わせた
とき、傾斜面１２２、１２２同士が接触し、垂直面１２
１、１２１の間に隙間ができるように設けている。例え
ば、凹部の傾斜面１２２、１２２の間隔を凸部の傾斜面
１２、１２の間隔よりも小さく設けている。これによれ
ば、傾斜面からの金属の流出をより防止できる。
【００２７】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
段の項の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及ぶものである。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、摩擦攪拌接合方法を適
用する場合において、部材を軽量にできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の摩擦攪拌接合用の継ぎ手の
縦断面図である。
【図２】図１の継ぎ手を用いた形材からなる構造体の縦
断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の摩擦攪拌接合継ぎ手の縦
断面図である。
【符号の説明】
２０…回転体、３０…接合ビード、１００、１１０…中
空押し出し形材、１０１、１０２、１１１、１１２…面
板、１０４、１１４…突出部、１０６、１１６…リブ、
１０９、１１９…中空部、１１７…突出片、１２１…垂
直面、１３１、１４１、１４７…円弧状突出部。
フロントページの続き (72)発明者 福寄 一成 山口県下松市大字東豊井794番地 笠戸 機械工業 株式会社内 (72)発明者 川崎 健 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 平11−350646（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−254155（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】実質的に平行な２つの面板と、該２つの面
    板を接続する複数のリブと、からなる第１の部材と、 実質的に平行な２つの面板からなる第２の部材と、 前記第１の部材に前記第２の部材を摩擦攪拌接合してお
    り、 前記摩擦攪拌接合した部分は前記第１の部材の端部の前
    記リブと一方の前記面板との接続部の近傍にあり、 前記摩擦攪拌接合した部分の近傍の前記第１の部材の中
    空部側の前記一方の面板と前記リブとの接続線は、前記
    中空部側に突出した円弧状であること、 を特徴とする構造体。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記突出した円弧の両
    端は前記摩擦攪拌接合した部分側に向けて凹んでいるこ
    と、を特徴とする構造体。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記摩擦攪拌接合した
    部分は前記第１の部材と前記第２の部材との突き合わせ
    部を摩擦攪拌接合していること、を特徴とする構造体。
  4. 【請求項４】請求項１において、前記端部のリブは前記
    面板に実質的に直交していること、を特徴とする構造
    体。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記第１の部材には前
    記摩擦攪拌接合した部分から第２の部材の裏面に向けて
    突出する突出片があり、前記第２の部材は前記突出片に
    重なっており、 前記突出片と該突出片を有する前記リブとは、他方の前
    記面板側に向けて突出する円弧で接続していること、 を特徴とする構造体。
  6. 【請求項６】請求項５において、前記突出片の前記突出
    した円弧の両端は前記摩擦攪拌接合した部分側に向けて
    凹んでいること、を特徴とする構造体。
  7. 【請求項７】請求項５において、前記突出片の先端であ
    って、前記一方の面板の反対側の面は先端に行くにした
    がって厚さが薄くなっていること、を特徴とする構造
    体。
  8. 【請求項８】実質的に平行な２つの面板と、該２つの面
    板を接続する複数のリブと、からなる第１の部材と、 実質的に平行な２つの面板を有する第２の部材と、から
    なり、 前記第１の部材と前記第２の部材とは２つの摩擦攪拌接
    合の接合ビードによって接合されており、 一方の前記接合ビードは、前記第１の部材の一方の前記
    面板と前記第２の部材の一方の前記面板とを接合してお
    り、 他方の前記接合ビードは、前記第１の部材の他方の前記
    面板と前記第２の部材の他方の前記面板とを接合してお
    り、 それぞれの前記接合ビードの近傍の前記リブと前記第１
    の部材の中空部の位置の前記面板の裏面との接続線は前
    記中空部側に突出した円弧状であること、 を特徴とする構造体。
  9. 【請求項９】請求項８において、前記突出した円弧の両
    端は前記接合ビード側に向けて凹んでいること、を特徴
    とする構造体。
  10. 【請求項１０】実質的に平行な２つの面板と、該２つの
    面板を接続する複数のリブと、からなる第１の部材と、 実質的に平行な２つの面板と、該２つの面板を接続する
    複数のリブと、からなる第２の部材と、からなり、 前記第１の部材と前記第２の部材とは２つの接合ビード
    によって接合されており、 一方の前記接合ビードは、前記第１の部材の一方の前記
    面板と前記第２の部材の一方の前記面板とを接合してお
    り、 他方の前記接合ビードは、前記第１の部材の他方の前記
    面板と前記第２の部材の他方の前記面板とを接合してお
    り、 前記第１の部材の前記リブと前記第２の部材の前記リブ
    との中間に前記接合ビードがあり、 前記接合ビードの近傍の前記第１の部材の前記リブから
    前記第２の部材に向けて突出する突出片に、前記第２の
    部材の前記面板が重なっており、 前記接合ビードの近傍のそれぞれの前記リブとそれぞれ
    の前記部材の中空部の位置の前記面板の裏面との接続線
    は前記中空部側に突出した円弧状であること、 を特徴とする構造体。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、それぞれの前記突
    出した円弧の両端は前記接合ビード側に向けて凹んでい
    ること、を特徴とする構造体。
  12. 【請求項１２】請求項１０において、前記突出片と該突
    出片を有する前記リブとの間は、他方の前記面板側に向
    けて突出する円弧で接続していること、を特徴とする構
    造体。
  13. 【請求項１３】請求項１２において、前記突出片の前記
    突出した円弧の両端は前記接合ビード側に向けて凹んで
    いること、を特徴とする構造体。
JP16801698A 1998-06-16 1998-06-16 構造体 Expired - Lifetime JP3420502B2 (ja)

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