JP4052443B2 - ダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法と該接合方法に使用されるダブルスキンパネル（二面中空パネル）に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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状の平面状接合面を得る事のできるダブルスキンパネルの摩擦撹拌接合方法とそれに用いるダブルスキンパネル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の摩擦撹拌接合方法とそれに用いるダブルスキンパネルを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本第一発明は、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の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法において、突き合わせ接合により広幅パネルを製造する方法を示し、特に請求項１記載の発明は、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の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法において、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支柱若しくは斜めリブ（以下支柱を含めてリブという）とからなり、前記面板と平行な方向に位置する前記ダブルスキンパネルの自由端が、その内部にリブが存在しない構成にし、かつ、該パネルの自由端の面板厚みを、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に対し、面板裏面側に向かう方向に厚肉に設定するとともに、該ダブルスキンパネルの自由端同士を突き合わせ、その突き合わせ面において、面板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、好ましくは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を特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
そしてこのような構成を円滑に達成するには、前記面板表面側より面板裏面側が先に軟化して前記突き合わせ面間のギャップに軟化した裏面側の面板の肉部が進入することが好ましく、具体的には裏面側押し付け力を表面側押し付け力より大にする、裏面側ショルダの回転速度を表面側より大にする、裏面側ショルダにヒータを内蔵する等の手段があげられる。
【００１７】
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、前記パネルの自由端の面板厚みＴｔを前記パネル中空部の厚み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ているのがよい。
又、更に好ましく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、１．１〜３倍の範囲であるのがよい。
【００１８】
そして、自由端同士を突き合わせて摩擦攪拌接合に用いる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、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倍の範囲として構成される。
【００１９】
第２発明は、大型構造体を製造する際の広幅パネル体の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法において、前記ダブルスキンパネルの自由端が、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、面板間高さを設定し、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を該パネルのリブを介して自由端内側に位置する中空部の面板厚みｔに対し、２ｔ＜ＷＴｔ≦５ｔの範囲に設定するとともに、該ダブルスキンパネル自由端同士を嵌合させ、その嵌合部位において、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、裏面側押し付け力を表面側押し付け力より大にしながら摩擦攪拌接合がなされることを特徴とする。
【００２０】
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。
【００２１】
そして本発明における平行に配設した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、該面板と平行な方向に位置するパネル自由端同士を嵌合させてその嵌合部位を摩擦攪拌接合されるダブルスキンパネルにおいて、前記ダブルスキンパネルの自由端が、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倍の範囲であるのがよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の効果】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例で、ダブルスキンパネル自由端を突き合わせて広幅パネルを製造する方法を示す概略図である。
【図２】 ボビンツールを用いて図１若しくは図５のダブルスキンパネルを接合するために裏面側押し付け力を表面側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より大にする摩擦攪拌接合装置の第１例を示す全体概略図である。
【図３】 ボビンツールを用いて図１若しくは図５のダブルスキンパネルを接合するために裏面側押し付け力を表面側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より大にする摩擦攪拌接合装置の第２例を示す全体概略図である。
【図４】 ボビンツールを用いて図１若しくは図５のダブルスキンパネルを接合するために、裏面側ショルダにヒータを内蔵した摩擦攪拌接合装置を示す全体概略図である。
【図５】 本発明の第２実施例で、ダブルスキンパネル自由端を嵌合して広幅パネルを製造する方法を示す概略図である。
【図６】 従来技術に係る摩擦撹拌接合のプローブツールとボビンツールの基本構成図である。
【図７】 従来技術に係る摩擦撹拌接合によるダブルスキンパネル自由端を突き合わせて広幅パネルを製造する方法を示す概略図である。（Ａ）はホビンツールにより接合している状態、（Ｂ）は接合後の状態を示す。
【符号の説明】
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

Claims (6)

1. 大型構造体を製造する際の広幅パネル体の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法において、
   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支柱若しくは斜めリブ（以下支柱を含めてリブという）とからなり、前記面板と平行な方向に位置する前記ダブルスキンパネルの自由端が、その内部にリブが存在しない構成にし、かつ、該パネルの自由端の面板厚みを、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に対し、面板裏面側に向かう方向に厚肉に設定するとともに、該ダブルスキンパネルの自由端同士を突き合わせ、その突き合わせ面において、面板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摩擦攪拌接合がなされることを特徴とするダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
2. 前記自由端の面板の表裏両面側にショルダ面より摩擦熱が入熱される一対のボビンツールに、裏面側押し付け力を表面側押し付け力より大にする手段、裏面側ショルダの回転速度を表面側より大にする手段、裏面側ショルダにヒータを内蔵する手段のいずれか１若しくは複数の手段を組み合わせて付設し、前記面板表面側より面板裏面側が先に軟化して前記突き合わせ面間のギャップに軟化した裏面側の面板の肉部が進入するように構成し、
   前記面板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を特徴とする請求項１記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
3. 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、前記面板厚みＴｔを前記厚みｔにギャップ幅Ｇの１倍〜３倍の値を加えた値になるように厚み設定されていることを特徴とする請求項１記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
4. 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請求項１又は２記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
5. 大型構造体を製造する際の広幅パネル体の製造に用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法において、
   前記ダブルスキンパネルの自由端が、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、面板間高さを設定し、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を該パネルのリブを介して自由端内側に位置する中空部の面板厚みｔに対し、２ｔ＜ＷＴｔ≦５ｔの範囲に設定するとともに、該ダブルスキンパネル自由端同士を嵌合させ、その嵌合部位において、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、裏面側押し付け力を表面側押し付け力より大にしながら摩擦攪拌接合がなされることを特徴とするダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。
6. 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請求項５記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。

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