JP4218365B2 - Double skin panel and friction stir welding method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦攪拌接合に適したダブルスキンパネルに関し、また該ダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一対のダブルスキンパネル(以下、単に「パネル」ということがある。)を端部同士で突き合わせて摩擦攪拌接合する従来の方法を、図14に示す。図14(a)に示すように、一方のダブルスキンパネル10'はアルミニウム合金製の中空押出形材であり、実質的に互いに平行な外板11及び内板12と、これらを接続するラチス13,13,…を備えており、さらに外板11の端部と内板12の端部とを接続する鉛直支持板15を備えている。他方のダブルスキンパネル20'も同様であり、外板21、内板22、ラチス23,23,…、鉛直支持板25を備えている。
【0003】
パネル10'とパネル20'とを接合するには、まず図14(b)に示すように、外板11,21を上にして鉛直支持板15,25を突き合わせ、その境界面上に攪拌ピン32の中心線が位置するように回転ツール30を外板11,21の突合せ部T1に上から押し込んで摩擦攪拌接合する。次に図14(c)に示すように、外板11,21が接合されたパネル10',20'を上下反転させ内板12,22を上にして、鉛直支持板15,25の境界面上に攪拌ピン32の中心線が位置するように回転ツール30を内板12,22の突合せ部T2に上から押し込んで摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌接合中に回転ツール30から外板11,21又は内板12,22に作用する下向きの押圧力は、剛性のある鉛直支持板15,25で支持されるため、突合せ部T1,T2が沈み込むことはなく、外板11,21の外側面同士及び内板12,22の外側面同士が平坦な状態でパネル10',20'が接合される(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特許第3014654号公報([0009]−[0012],図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダブルスキンパネル10'の厚さ(外板11の外側面と内板12の外側面との間隔)は、不可避的な製造誤差等に起因して、部位によって若干異なっていることがある。パネル20’についても同様である。また、パネル10’の厚さとパネル20’の厚さが互いに若干異なっていることもある。したがって現実には、たとえば図15(a)に示すように、接合前のパネル10’の外板11の外側面11aとパネル20’の外板21の外側面21aとの間に段差Dが生じていることが多い。そして、このまま摩擦攪拌接合すると、図15(b)に示すように、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間が段違いになったままパネル10’,20’が接合されてしまうので、製品として使いものにならなくなってしまう。
【0006】
なお、このような問題は、ここで例示したような押出形材からなるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合に限らず、実質的に互いに平行な外板及び内板を備えるあらゆるダブルスキンパネル(たとえばハニカムパネル等)の摩擦攪拌接合において妥当する。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑み、接合前に端部同士で突き合わせた状態で外側面間に段差があっても、接合後にはその段差が残らないように平坦に摩擦攪拌接合することのできるダブルスキンパネルを提案し、また、このようなダブルスキンパネルを摩擦攪拌接合する方法を提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るダブルスキンパネルは、実質的に互いに平行な金属製の外板及び内板と、これらを接続する接続部とを備え、前記接続部が、その位置における前記外板と前記内板との間隔を調節可能に形成されているものである。
【0009】
かかるダブルスキンパネルは、接合中に、外板及び内板は基本的に変形せず接続部が変形することにより段差を吸収する構造となっている。そして、外板と内板は実質的に互いに平行である。「実質的に互いに平行」とは、外板と内板とが完全に平行である状態の他、不可避的な製造誤差等に起因して外板と内板とが厳密には平行でなく僅かに傾斜した状態や、当初から敢えて外板と内板とを僅かに傾斜させた状態を含む。そして、外板と内板とは接続部で接続されており、接続部における外板と内板との間隔(接続部位置におけるダブルスキンパネルの厚さ)は調節可能となっている。接続部は通常、回転ツールから伝達される押圧力の作用線上から外れる部分を少なくとも一部に含む。換言すれば、接合中に回転ツールの押圧力を剛的に支持する断面部分を、ダブルスキンパネルの端部に設ける必要がなくなる。なお、回転ツールで摩擦攪拌接合される対象となる外板及び内板は金属製であるが、接合されない接続部は金属製に限定されない。
【0010】
本発明に係るダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法は、このような構造のダブルスキンパネルを一対用意し、それぞれの外板の端部同士及び内板の端部同士を突き合わせ、突合せ部に外側から回転ツールを押し込んで外板同士又は内板同士を摩擦攪拌接合するものである。すると、たとえ接合前において各ダブルスキンパネルの外板と内板とが僅かに傾斜していたり両ダブルスキンパネルの厚さが僅かに異なっていて、両外板の外側面間又は両内板の外側面間に段差があったとしても、接合中及び接合後には両外板の外側面間の段差及び両内板の外側面間の段差がなく平坦になるように調節しながら、回転ツールから伝達される内向きの押圧力を各ダブルスキンパネルの接続部で支持し、外板同士又は内板同士を摩擦攪拌接合することができる。もちろん、接合後に外板の外側面同士及び内板の外側面同士が平坦になるように、当初から敢えて外板と内板とを僅かに傾斜させておいたり、当初から一対のダブルスキンパネルの厚さを敢えて僅かに異ならせておいてもよい。
【0011】
したがって、本発明に係るダブルスキンパネルないしその摩擦攪拌接合方法によれば、製品の外観がよくなり、歩留まりを格段に向上させることができる。
【0012】
なお、接続部の位置や数、断面形状等は適宜定められるが、摩擦攪拌接合時に回転ツールから伝達される内向きの押圧力を支持するという機能に鑑みれば、接続部は、外板の端部と内板の端部とを接続するように形成されていることが好ましい。この場合、回転ツールから伝達される押圧力の作用線上又はその近傍に接続部が位置することとなるので、安定的な接合が可能となる。
【0013】
また、特に接続部を断面弧状に形成すると、回転ツールから伝達される内向きの押圧力を各ダブルスキンパネルの接続部で調節支持して摩擦攪拌接合することが容易となり、曲率や板厚の調節によって接続部の変形度合も容易に設定できる。このような断面弧状の接続部は、ダブルスキンパネル全体がアルミニウム合金製の押出形材であれば、容易に形成することができる。
【0014】
また、摩擦攪拌接合時には回転ツールが押し込まれる部分のメタルが多少流出してしまうが、厚さ方向に突出する凸条(厚肉部)を外板の端部及び内板の端部に沿って形成しておけば、この凸条分の余分なメタルが流出したメタルを補充するので、接合不良が発生せず接合後の外観もよくなる。凸条は外向きに形成しても内向きに形成してもよく、また、接続部と一体に形成しても別体に形成してもよい。
【0015】
また、各ダブルスキンパネルの外板の端部及び内板の端部にそれぞれ係合部を形成しておけば、一対のダブルスキンパネルの端部同士を突き合わせて摩擦攪拌接合したときに、回転ツールから伝達される内向きの押圧力によって接続部が変形し、ちょうど外板の外側面同士及び内板の外側面同士が平坦になった状態で両パネルを位置決めすることができるので、安定的な接合が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略するものとする。
【0018】
図1は、本発明に係るダブルスキンパネルの第一実施形態を表す斜視図である。同図に示すように、一方のパネル10はアルミニウム合金製の中空押出形材であり、実質的に互いに平行な外板11及び内板12と、これらを接続するラチス13,13,…を備えており、さらに接合端部には接続部14,14が形成されている。このパネル10と端部同士で突き合わされて摩擦攪拌接合される他方のパネル20も同様であり、外板21と、内板22と、ラチス23,23,…と、接続部24,24とを備えている。パネル10の接続部14は、外板11の端部と内板12の端部とを接続する断面円弧形状であり、同様にパネル20の接続部24は、外板21の端部と内板22の端部とを接続する断面円弧形状である。
【0019】
このようなパネル10とパネル20とを端部同士で突き合わせて摩擦攪拌接合するには、まず図2(a)に示すように、平坦な接合テーブル(図示せず)上で外板11,21を上にした状態でパネル10,20の端部同士を突き合わせて固定する。このとき、外板11の端部と外板21の端部とが実質的に接触して突合せ部T1となり、内板12の端部と内板22の端部とが実質的に接触して突合せ部T2となっている。現実にはこの状態で、不可避的な製造誤差等に起因してパネル10,20の厚さが若干異なり、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間に段差が生じていることが多い。この段差は極めて大きいものから、一見しただけでは判別できない程度の小さなものまで多種多様であるが、ここでは説明の便宜上、段差を極めて大きく図示している。以下も同様である。
【0020】
次に、図2(b)に示すように、パネル10,20の外板11,21を外側から摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌接合のための回転ツール30は、径大のツール本体31と、このツール本体31の先端面から同軸で突出する径小の攪拌ピン32とを備えており、ツール本体31の先端面周囲にはショルダー部33が形成されている。このような回転ツール30を用いて、外板11,21の外側(図では上側)から突合せ部T1に対して、中心軸まわりに高速回転する回転ツール30の攪拌ピン32を挿入するとともにショルダー部33を外板11,21の外側面11a,21aに若干押圧した状態で、外板11,21の突合せラインに沿って回転ツール30を紙面直交方向に移動させることにより、外板11,21の突合せ部T1を外側から摩擦攪拌接合するのである。
【0021】
摩擦攪拌接合時には、パネル10,20の突合せ部T1に回転ツール30からの内向き(図では下向き)の押圧力が作用するが、この押圧力は接続部14,24で支持される。ここで、接続部14,24は断面円弧形状であり、パネル10,20の厚さ方向(図では上下方向)に比較的撓み易くなっているので、回転ツール30からの内向きの押圧力を受けた接続部14,24はそれぞれ、パネル10の外板11の外側面11aとパネル20の外板21の外側面21aとを平坦にするように撓み変形する。つまり、接合中に、外板11,21及び内板12,22は基本的に変形せず接続部14,24が変形することにより段差を吸収することとなり、接続部14の撓み量は、接続部24の撓み量に段差分を加えたものとなる。したがって、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間の段差を接続部14,24の撓み変形で吸収しながら突合せ部T1を接合することができ、接合後には図2(c)に示すように、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとが実質的に平坦になる。
【0022】
次に、図3(a)に示すように、外板11,21が接合されたパネル10,20を上下反転させて内板12,22を上にした状態で、内板12,22の突合せ部T2を外側から摩擦攪拌接合する。なお、外板11,21が接合された後でパネル10,20を上下反転させると、内板12の外側面12aと内板22の外側面22aとの間には段差がなく平坦になっているが、仮に平坦になっておらず段差があったとしても、外板11,21の突合せ部T1を摩擦攪拌接合するときと同様、接続部14,24の撓み変形でその段差を吸収しながら突合せ部T2を接合すればよい。突合せ部T2の接合後の状態を図3(b)に示す。
【0023】
このように、接合前におけるパネル10の厚さとパネル20の厚さが不可避的な製造誤差等に起因して若干異なり、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間、内板12の外側面12aと内板22の外側面22aとの間に段差があったとしても、外板11,21と内板12,22とを接続する接続部14,24が変形しながら回転ツール30からの内向きの押圧力を支持することにより、接合中及び接合後には、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間、内板12の外側面12aと内板22の外側面22aとの間の段差をなくして平坦にすることができる。
【0024】
なお、ここでは突合せ部T1を接合した後に、パネル10,20を上下反転して突合せ部T2を接合しているが、図4に示すように、突合せ部T1と突合せ部T2を同時に接合するようにしてもよい。
また、本実施形態では、不可避的な製造誤差等によってパネル10,20の厚さが異なっている場合を想定しているが、もちろん、当初から敢えてパネル10,20の厚さを僅かに異ならせておいてもよい。
【0025】
続いて、本発明に係るダブルスキンパネルの第二実施形態を説明する。第一実施形態ではパネル10の外板11と内板12とが平行であるとともに、パネル20の外板21と内板22とが平行であり、しかもパネル10,20の厚さが若干異なっていたが、本実施形態では図5に示すように、外板11と内板12とが若干傾斜してパネル10の厚さが端部に向かって徐々に大きくなっているとともに、外板21と内板22とが若干傾斜してパネル20の厚さが端部に向かって徐々に大きくなっており、しかもパネル10,20を端部同士で突き合わせた状態で突合せ部に段差が生じている。このような場合も、第一実施形態と同様、撓み変形可能な接続部14,24で回転ツール30の押圧力を調節支持することにより、接合中及び接合後には、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間、内板12の外側面12aと内板22の外側面22aとの間の段差をなくして平坦にすることができる。
【0026】
図6は、本発明に係るダブルスキンパネルの第三実施形態を表す断面図である。本実施形態は第一実施形態と略同様であるが、接続部14,24が外板11,21の端部と内板12,22の端部とを接続するようになっていない点が異なる。つまり、本実施形態の接続部14,24は、外板11,21の端部から少し離れた位置と内板12,22の端部から少し離れた位置とを接続している。この場合であっても、上記各実施形態と同様、撓み変形可能な接続部14,24で回転ツール30の押圧力を調節支持することにより、接合中及び接合後には、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間、内板12の外側面12aと内板22の外側面22aとの間の段差をなくして平坦にすることができる。
【0027】
図7(a)は、本発明に係るダブルスキンパネルの第四実施形態を表す断面図である。本実施形態では、外板11,21の端部にそれぞれ合决り(あいじゃくり)形状の係合部11b,21bが形成されており、係合部11b,21bが互いに係合した状態で外板11,21の外側面11a,21aが平坦になるようになっている。同様に、内板12,22の端部にもそれぞれ合决り形状の係合部12b,22bが形成されており、係合部12b,22bが互いに係合した状態で、内板12,22の外側面12a,22aが平坦になるようになっている。つまり、係合部11b,21b,12b,22bは位置決めの役割を果たす。
したがって、たとえば同図の場合、接合中に回転ツール30から伝達される押圧力によって接続部14が内向きに撓み、ちょうど外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとが平坦になったときに係合部11b,21bが互いに係合し、この状態で位置決めされてそれ以後は互いにずれないようになるので、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとが平坦な状態で摩擦攪拌接合されるときの姿勢が安定し、正確かつ確実に段差を解消することができる。
【0028】
図7(b)は、本発明に係るダブルスキンパネルの第五実施形態を表す断面図である。本実施形態は、係合部11b,21b,12b,22bがテーパ形状であることを除けば、第四実施形態と同様である。
【0029】
図8(a)は、本発明に係るダブルスキンパネルの第六実施形態を表す断面図である。本実施形態では、外板11,21の端部に沿って厚さ方向外向きに突出する凸条(厚肉部)11c,21cが形成されている。
凸条11c,21cがない状態で、外板11,21の突合せ部に回転ツール30を押し込んで摩擦攪拌接合すると、突合せ部のメタルが塑性流動して内向きに押し流され、突合せ部に空孔が発生して接合不良となったり、突合せ部が凹んで外観不良となることがある。しかし、本実施形態のように凸条11c,21cを形成しておけば、押し流された体積分のメタルをこの凸条11c,21cの余分なメタルが補うので、突合せ部に空孔を発生させずに良好な接合を行うことができ、接合後の突合せ部を凹ませずに外観良好とすることができる。接合後に外板11,21の外側面11a,21aに突出する不要な部分があれば、グラインダ等を用いてそれを切削して平坦にする。なお、ここでは外板11,21の端部に凸条11c,21cが形成されているが、もちろん内板12,22の端部に凸条を形成することもできる。
【0030】
図8(b)は、本発明に係るダブルスキンパネルの第七実施形態を表す断面図である。本実施形態は、外板11,21の端部に沿って厚さ方向に突出する凸条11c,21cが形成されている点で第六実施形態と同様であるが、凸条11c,21cが内向きに突出している点で異なる。つまり本実施形態では、外板11,21の端部と内板12,22の端部とを接続する接続部14,24の板厚が、外板11,21と交差する部分及び内板12,22と交差する部分において大きくなっており、これが外板11,21の端部に沿って厚さ方向内向きに突出する凸条11c,21c及び内板12,22の端部に沿って厚さ方向内向きに突出する凸条12c,22cとなっている。
したがって、摩擦攪拌接合時に押し流された体積分のメタルは凸条11c,21c,12c,22cの余分なメタルによって補われ、突合せ部に空孔を発生させずに良好な接合を行うことができる。
【0031】
なお、第六実施形態及び第七実施形態では凸条11c,21c,12c,22cが接続部14,24と一体形成されているが、これらを別体に形成してもよいことは言うまでもない。
【0032】
図9は、本発明に係るダブルスキンパネルの第八実施形態を表す断面図である。上記各実施形態では接続部14,24が断面円弧形状であったが、本実施形態では接続部14,24が断面くの字形状となっている。その他の点は、上記各実施形態と同様である。
【0033】
図10は、本発明に係るダブルスキンパネルの第九実施形態を表す断面図である。第一乃至第七実施形態のパネルは、接合中に、外板及び内板が基本的に変形せず接続部が変形することにより段差を吸収する構造であったが、本実施形態のパネルは、接合中に外板又は内板が変形することにより段差を吸収する構造である。つまり本実施形態のパネルは、外板11,21の端部又は内板12,22の端部が内向きに変形可能になっており、このことを利用して一対のダブルスキンパネル10,20の外板11,21の外側面11a,21a間の段差及び内板12,22の外側面12a,22a間の段差をなくすようにしたものである。
【0034】
ここでは図10(a)に示すように、一方のパネル10はアルミニウム合金製の中空押出形材であり、実質的に互いに平行な外板11及び内板12と、これらを接続するラチス13,13,…とを備えており、他方のパネル20も同様に、外板21及び内板22と、ラチス23,23,…とを備えている。そして、パネル10の内板12の端部は内向き(図では上向き)に撓み変形可能に形成され、パネル20の外板21の端部も内向き(図では下向き)に撓み変形可能に形成されている。また、外板11,21の端部には係合部11b,21bが形成され、内板12,22の端部には係合部12b,22bが形成されている。
【0035】
このようなパネル10とパネル20とを端部同士で突き合わせて摩擦攪拌接合するには、まず、平坦な接合テーブル(図示せず)上で外板11,21を上にして、パネル10,20の端部同士を突き合わせて固定する。このとき、係合部12b,22bは互いに係合して、内板12,22の外側面12a,22a間には段差がないが、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間には不可避的な段差が生じているものとする。
【0036】
次に、図10(b)に示すように、パネル10,20の外板11,21を外側から摩擦攪拌接合する。摩擦攪拌接合時には、パネル10,20の突合せ部T1に回転ツール30から伝達される内向きの押圧力が作用する。このとき、回転ツール30から伝達される押圧力を受けた外板21の端部は、図11に示すように、あたかも片持梁の先端に集中荷重が作用したときのように内向き(図では下向き)に変形し、係合部11b,21bが互いに係合したときにちょうど外板11,21の外側面11a,21a間の段差がなく実質的に平坦になる。したがって、外板11の外側面11aと外板21の外側面21aとの間の段差を外板21の端部の内向きの撓み変形で吸収しながら突合せ部T1を接合することができ、接合後には段差がなくなる。また、内板12,22の突合せ部T2についても同様に、内板12の内向きの撓み変形で吸収しながら摩擦攪拌接合すればよい。
【0037】
なお、ここでパネル20に着目すると、外板21の端部のみが内向きに変形し内板22の端部は内向きに変形しない構造となっているが、この他、たとえば図12に示すように、外板21の端部及び内板22の端部の双方が内向きに変形する構造であってもよい。つまり、一枚のパネルについて、外板の端部と内板の端部のうちの一方又は双方が内向きに変形するようになっていればよい。なお、図12からも分かるように、パネル10,20の端部同士を突き合わせた状態で、外板11,21の突合せ部T1と、内板12,22の突合せ部T2とが、同一鉛直面上に位置する必要はなく、パネルの幅方向にずれていても構わない。
【0038】
また、図13に示すように、位置決めのための係合部11b,21b,12b,22bを省略することも可能である。さらに、図示はしないが、上記各実施形態で説明したような凸条を外板11,21の端部や内板12,22の端部に沿って形成してもよい。
【0039】
以上、本発明の各実施形態を説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記各実施形態中の技術要素を適宜組み合わせる等、発明の趣旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。
さらに具体的に言えば、一対のパネルの断面形状は左右対称である必要はない。ラチスは形状、寸法、位置、材質等を自由に定めることができ、なくてもよい。外板及び内板の金属組成は同一でもよいし異なっていてもよい。接続部の形状、寸法、位置、材質等も適宜定められる。特に、接続部が断面円弧形状である場合の曲率半径は自由に定められるし、断面円弧形状でなく断面楕円弧形状などとしてもよい。パネルは押出形材に限らず、平行な二枚の板材を備えるダブルスキンパネルであれば、ハニカムパネル等であってもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接合前にダブルスキンパネルを端部同士で突き合わせた状態で外側面間に段差があっても、接合後にはその段差が残らないように平坦に摩擦攪拌接合することができるので、製品の外観がよくなり、歩留まりを格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダブルスキンパネルの第一実施形態を表す斜視図である。
【図2】図1のパネルを摩擦攪拌接合する方法の一実施形態を説明するための手順断面図である。
【図3】図2に続く手順断面図である。
【図4】図1のパネルを摩擦攪拌接合する方法の他の実施形態を説明するための断面図である。
【図5】本発明に係るダブルスキンパネルの第二実施形態を表す断面図である。
【図6】本発明に係るダブルスキンパネルの第三実施形態を表す断面図である。
【図7】(a),(b)はそれぞれ、本発明に係るダブルスキンパネルの第四実施形態、第五実施形態を表す断面図である。
【図8】(a),(b)はそれぞれ、本発明に係るダブルスキンパネルの第六実施形態、第七実施形態を表す断面図である。
【図9】本発明に係るダブルスキンパネルの第八実施形態を表す断面図である。
【図10】同第九実施形態を表す断面図である。
【図11】同要部拡大図である。
【図12】本発明に係るダブルスキンパネルの他の実施形態を表す断面図である。
【図13】本発明に係るダブルスキンパネルのさらに他の実施形態を表す断面図である。
【図14】従来のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法を説明する断面図である。
【図15】従来のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法の問題点を説明する断面図である。
【符号の説明】
10,20 … ダブルスキンパネル
11,21 … 外板
11a,21a … 外側面
11b,21b … 係合部
11c,21c … 凸条
12,22 … 内板
12a,22a … 外側面
12b,22b … 係合部
12c,22c … 凸条
13,23 … ラチス
14,24 … 接続部
15,25 … 鉛直支持板
30 … 回転ツール
31 … ツール本体
32 … 攪拌ピン
33 … ショルダー部
D … 段差
T1,T2 … 突合せ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a double skin panel suitable for friction stir welding, and also relates to a method for friction stir welding of the double skin panel.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 shows a conventional method in which a pair of double skin panels (hereinafter sometimes simply referred to as “panels”) are brought into contact with each other at the ends and friction stir welding is performed. As shown in FIG. 14 (a), one double skin panel 10 'is a hollow extruded profile made of aluminum alloy, and an
[0003]
In order to join the panel 10 'and the panel 20', first, as shown in FIG. 14 (b), the
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3014654 ([0009]-[0012], FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thickness of the
[0006]
Such a problem is not limited to the friction stir welding of a double skin panel made of an extruded shape as exemplified here, but any double skin panel (for example, a honeycomb) having an outer plate and an inner plate that are substantially parallel to each other. Appropriate for friction stir welding of panels.
[0007]
In view of such circumstances, the present invention can perform friction stir welding flatly so that no step remains after joining even if there is a step between the outer surfaces in a state where the ends are butted together before joining. A double skin panel is proposed, and a method of friction stir welding such a double skin panel is proposed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, the double skin panel according to the present invention includes a metal outer plate and an inner plate that are substantially parallel to each other, and a connection portion that connects them, and the connection portion includes the outer plate and the position at the position. The distance between the inner plate and the inner plate is adjustable.
[0009]
In such a double skin panel, the outer plate and the inner plate are basically not deformed during joining, and the connecting portion is deformed to absorb the step. The outer plate and the inner plate are substantially parallel to each other. “Substantially parallel to each other” means that the outer plate and the inner plate are not exactly parallel to each other due to unavoidable manufacturing errors in addition to the state where the outer plate and the inner plate are completely parallel. And a state where the outer plate and the inner plate are slightly inclined from the beginning. The outer plate and the inner plate are connected by a connecting portion, and the distance between the outer plate and the inner plate in the connecting portion (the thickness of the double skin panel at the connecting portion position) can be adjusted. The connection part usually includes at least a part that is off the line of action of the pressing force transmitted from the rotary tool. In other words, it is not necessary to provide a cross-sectional portion that rigidly supports the pressing force of the rotary tool during joining at the end of the double skin panel. In addition, although the outer plate and the inner plate to be subjected to friction stir welding with the rotary tool are made of metal, the connection portion that is not joined is not limited to metal.
[0010]
In the friction stir welding method for a double skin panel according to the present invention, a pair of double skin panels having such a structure is prepared, the ends of the outer plates and the ends of the inner plates are butted together, and the butted portions are externally contacted. A rotary tool is pushed in and frictional stir welding of outer plates or inner plates is performed. Then, even before joining, the outer skin and the inner skin of each double skin panel are slightly inclined or the thicknesses of both double skin panels are slightly different. Even if there is a step between the outer side surfaces, during and after joining, while adjusting so that there is no step between the outer side surfaces of both outer plates and the outer side surfaces of both inner plates, The transmitted inward pressing force is supported by the connecting portion of each double skin panel, and the outer plates or the inner plates can be friction stir welded. Of course, the outer plate and the inner plate are intentionally inclined slightly from the beginning so that the outer surfaces of the outer plates and the outer surfaces of the inner plates become flat after joining. You may dare to make the thickness slightly different.
[0011]
Therefore, according to the double skin panel or the friction stir welding method according to the present invention, the appearance of the product is improved and the yield can be remarkably improved.
[0012]
The position, number, cross-sectional shape, etc. of the connecting portion are appropriately determined, but in view of the function of supporting the inward pressing force transmitted from the rotary tool during friction stir welding, the connecting portion is the end of the outer plate. It is preferable to form so that a part and the edge part of an inner board may be connected. In this case, since the connecting portion is located on or near the action line of the pressing force transmitted from the rotary tool, stable joining is possible.
[0013]
In particular, when the connection part is formed in a cross-section arc shape, it becomes easy to adjust and support the inward pressing force transmitted from the rotary tool at the connection part of each double skin panel, and to perform friction stir welding. The degree of deformation of the connecting portion can be easily set by adjustment. Such a connection portion having an arcuate cross section can be easily formed if the entire double skin panel is an extruded shape made of an aluminum alloy.
[0014]
Also, during friction stir welding, the metal in the portion where the rotary tool is pushed out slightly flows out, but the protruding ridge (thick part) protruding in the thickness direction is along the end of the outer plate and the end of the inner plate. If it is formed, the metal from which the excess metal of the ridges flows out is replenished, so that no bonding failure occurs and the appearance after bonding is improved. The ridges may be formed outward or inward, and may be formed integrally with the connection portion or separately.
[0015]
In addition, if the engaging portions are formed at the end of the outer plate and the end of the inner plate of each double skin panel, the ends of the pair of double skin panels are brought into contact with each other and rotated when friction stir welding is performed. The connection part is deformed by the inward pressing force transmitted from the tool, and both panels can be positioned with the outer surfaces of the outer plates and the outer surfaces of the inner plates flattened. Can be joined.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a double skin panel according to the present invention. As shown in the figure, one
[0019]
In order to frictionally stir and join the
[0020]
Next, as shown in FIG. 2B, the
[0021]
At the time of friction stir welding, an inward pressing force (downward in the drawing) from the
[0022]
Next, as shown in FIG. 3A, the
[0023]
Thus, the thickness of the
[0024]
Here, after joining the butting portion T1, the
In the present embodiment, it is assumed that the thicknesses of the
[0025]
Next, a second embodiment of the double skin panel according to the present invention will be described. In the first embodiment, the
[0026]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the double skin panel according to the present invention. This embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the
[0027]
Fig.7 (a) is sectional drawing showing 4th embodiment of the double skin panel based on this invention. In the present embodiment, the end portions of the
Therefore, for example, in the case of the figure, the connecting
[0028]
FIG.7 (b) is sectional drawing showing 5th embodiment of the double skin panel based on this invention. This embodiment is the same as the fourth embodiment except that the engaging
[0029]
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a sixth embodiment of the double skin panel according to the present invention. In the present embodiment, ridges (thick portions) 11c and 21c that protrude outward in the thickness direction along the end portions of the
When the
[0030]
FIG. 8B is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of the double skin panel according to the present invention. This embodiment is the same as the sixth embodiment in that
Therefore, the metal of the volume swept away at the time of friction stir welding is supplemented by the extra metal of the
[0031]
In the sixth embodiment and the seventh embodiment, the
[0032]
FIG. 9 is a sectional view showing an eighth embodiment of the double skin panel according to the present invention. In each of the above embodiments, the connecting
[0033]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a ninth embodiment of the double skin panel according to the present invention. The panel of the first to seventh embodiments has a structure that absorbs the step by deforming the connecting portion without deforming the outer plate and the inner plate during joining, but the panel of the present embodiment is In this structure, the outer plate or the inner plate is deformed during joining to absorb the step. That is, in the panel of the present embodiment, the end portions of the
[0034]
Here, as shown in FIG. 10 (a), one
[0035]
In order to abut the
[0036]
Next, as shown in FIG. 10B, the
[0037]
If attention is paid to the
[0038]
Further, as shown in FIG. 13, the engaging
[0039]
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and appropriate modifications according to the spirit of the invention, such as appropriately combining the technical elements in the above embodiments, may be made. It goes without saying that it is possible.
More specifically, the cross-sectional shapes of the pair of panels need not be symmetrical. The lattice can be freely determined in shape, size, position, material, etc., and may not be required. The metal composition of the outer plate and the inner plate may be the same or different. The shape, dimensions, position, material, etc. of the connecting portion are also determined as appropriate. In particular, the radius of curvature in the case where the connecting portion has a cross-sectional arc shape is freely determined, and may be a cross-sectional elliptical arc shape instead of the cross-sectional arc shape. The panel is not limited to an extruded shape, and may be a honeycomb panel or the like as long as it is a double skin panel including two parallel plates.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if there is a step between the outer surfaces in a state in which the double skin panels are butted against each other before joining, the friction stir is made flat so that the step does not remain after joining. Since it can join, the external appearance of a product improves and a yield can be improved significantly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a double skin panel according to the present invention.
FIG. 2 is a procedure cross-sectional view for explaining an embodiment of a method for friction stir welding of the panel of FIG.
FIG. 3 is a procedure sectional view following FIG. 2;
4 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the method of friction stir welding the panel of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a double skin panel according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a double skin panel according to the present invention.
7A and 7B are cross-sectional views showing a fourth embodiment and a fifth embodiment of a double skin panel according to the present invention, respectively.
8A and 8B are cross-sectional views showing a sixth embodiment and a seventh embodiment of the double skin panel according to the present invention, respectively.
FIG. 9 is a sectional view showing an eighth embodiment of a double skin panel according to the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing the ninth embodiment.
FIG. 11 is an enlarged view of the main part.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another embodiment of a double skin panel according to the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing still another embodiment of a double skin panel according to the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a conventional friction stir welding method for a double skin panel.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a problem of a conventional friction stir welding method for a double skin panel.
[Explanation of symbols]
10, 20 ... Double skin panel
11, 21, ... outer plate
11a, 21a ... outer surface
11b, 21b ... engaging portion
11c, 21c ... ridge
12, 22 ... inner plate
12a, 22a ... outer side
12b, 22b ... engaging portion
12c, 22c ... ridge
13, 23 ... Lattice
14, 24 ... Connection part
15, 25 ... Vertical support plate
30 ... Rotating tool
31 ... Tool body
32… Stirring pin
33 ... Shoulder
D ... Level difference
T1, T2 ... Butting part
Claims (6)
前記接続部は、その位置における前記外板と前記内板との間隔を調節可能に形成されているダブルスキンパネルであって、
摩擦攪拌接合用回転ツールから伝達される押圧力によって前記接続部が撓み変形することで、前記外板と前記内板との間隔が調節されることを特徴とするダブルスキンパネル。A metal outer plate and an inner plate that are substantially parallel to each other, and a connecting portion having a cross-sectional arc shape or a cross-sectional shape that connects them,
The connecting portion is a double skin panel formed so that the interval between the outer plate and the inner plate at the position can be adjusted,
The double skin panel characterized in that the distance between the outer plate and the inner plate is adjusted by bending and deforming the connecting portion by the pressing force transmitted from the rotary tool for friction stir welding.
突合せ部に外側から回転ツールを押し込んで、接合中の前記外板の外側面同士及び前記内板の外側面同士が平坦になるように前記接続部を撓み変形させながら、その押圧力を前記接続部で支持し、前記外板同士又は前記内板同士を摩擦攪拌接合する、
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。A pair of the double skin panels according to any one of claims 1 to 5 are arranged to face each other at the end portions of the outer plate and between the end portions of the inner plate,
Push the rotary tool into the abutting part from the outside, and bend and deform the connecting part so that the outer side surfaces of the outer plates and the outer side surfaces of the inner plate that are being joined become flat, and the pressing force is applied to the connecting part. Supported by the part, friction stir welding the outer plates or the inner plates,
A friction stir welding method for a double skin panel.
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