JP6933915B2 - 車両パネル構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両パネル構造体及びその製造方法に関する。

従来、一対の面板が複数のリブ部で接続された複数の押出し中空形材（以下、ダブルスキン形材という）を接合することで、車両パネル構造体を形成する手法が知られている。例えば特許文献１に記載の車両パネル構造体では、一対の面板の一方同士と他方同士とをそれぞれ摩擦撹拌接合することで複数のダブルスキン形材同士の接合が実現されている。

特開２００６−１９２９９５号公報

摩擦撹拌接合では、入熱による熱収縮等よってダブルスキン形材に歪みが発生するため、当該歪みを修整する工程が必要となる。特に、鉄道車両などに適用される車両パネル構造体では、大面積のダブルスキン形材同士を接合するため、比較的長い接合線に沿って接合を行う必要がある。このため、摩擦撹拌接合後のダブルスキン形材の歪みの問題が顕著に生じることが考えられる。

本発明は、接合による歪みの発生を抑制可能なダブルスキン構造の車両パネル構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る車両パネル構造体は、互いに対向する第一及び第二面板と、第一及び第二面板間に位置する複数のリブ部と、によって構成される一対のダブルスキン形材同士の突き合わせ部分を結合してなる車両パネル構造体であって、突き合わせ部分には、一対のダブルスキン形材それぞれの第一面板、第二面板、及びリブ部によって中空部が形成されており、第一面板同士は、突き合わせ部分に沿って締結部材によって締結され、第二面板同士は、突き合わせ部分に沿って摩擦撹拌接合部によって接合されている。

この車両パネル構造体では、一対のダブルスキン形材の突き合わせ部分において、第一面板同士が締結部材によって締結され、第二面板同士が摩擦撹拌接合部によって接合されている。このような構成により、摩擦撹拌接合による入熱が車両パネル構造体の片面側のみに作用するため、接合後のダブルスキン形材の歪みを抑えることができる。また、この車両パネル構造体では、突き合わせ部分には、第一面板、第二面板、及びリブ部によって中空部が形成されている。したがって、車両パネル構造体における断面構造の連続性も保たれる。

突き合わせ部分において、一方のダブルスキン形材における第一面板の端部と、他方のダブルスキン形材における第一面板の端部とは、一対のダブルスキン形材の厚み方向に互いに重なる重なり領域を有し、締結部材は、重なり領域で第一面板同士を締結していてもよい。このような構成を採用することにより、一対のダブルスキン形材について、簡単な製造工程で強固な締結を実現することができる。

締結部材は、重なり領域に溶着されていてもよい。このような構成を採用することにより、一対のダブルスキン形材について、簡単な製造工程でさらに強固な締結を実現することができる。

中空部を形成する一方のダブルスキン形材のリブ部は、他方のダブルスキン形材における第一面板の端部を一対のダブルスキン形材の厚み方向に支持する支持面を有していてもよい。このような構成を採用することにより、一方のダブルスキン形材のリブ部における支持面が、他方のダブルスキン形材における第一面板に加わる荷重を受ける。このため、他方のダブルスキン形材における第一面板が、例えば、締結部材による締結時に加わる荷重に起因して変形することが防止されている。したがって、簡単な構成で製造効率が向上されている。

一対のダブルスキン形材の第一面板側に配置された柱部材を更に備え、突き合わせ部分において、柱部材が締結部材によって第一面板に共締めされていてもよい。このような構成を採用することにより、当該車両パネル構造体は、簡単な製造工程で、ダブルスキン構造とセミモノコック構造との併用を実現することができる。

複数のリブ部は、第一及び第二面板に対して垂直に配置されていてもよい。このような構成を採用することにより、車両パネル構造体を所定形状に加工する場合に、任意の中空部の位置で切断することができる。したがって、例えば、開口フレームの取付位置において専用のリブ部を設ける必要がなくなり、製造コストの低減が図られる。

本発明の一側面に係る車両パネル構造体の製造方法は、互いに対向する第一及び第二面板と、第一及び第二面板間に位置する複数のリブ部と、によって構成される一対のダブルスキン形材同士の突き合わせ部分を結合してなる車両パネル構造体の製造方法であって、一対のダブルスキン形材同士を突き合わせ、一対のダブルスキン形材それぞれの第一面板、第二面板、及びリブ部によって突き合わせ部分に中空部を形成する突き合わせ工程と、第一面板同士を突き合わせ部分に沿って締結部材によって締結する締結工程と、第二面板同士を突き合わせ部分に沿って摩擦撹拌接合によって接合する接合工程と、を有する。

この車両パネル構造体の製造方法では、第一面板同士を突き合わせ部分に沿って締結部材によって締結し、第二面板同士を突き合わせ部分に沿って摩擦撹拌接合によって接合する。したがって、摩擦撹拌接合による入熱が車両パネル構造体の片面側のみに作用するため、接合後のダブルスキン形材の歪みを抑えることができる。この車両パネル構造体の製造方法では、突き合わせ部分には、第一面板、第二面板、及びリブ部によって中空部が形成される。したがって、製造された車両パネル構造体における断面構造の連続性も保たれる。

締結工程を実施した後、接合工程を実施してもよい。この場合、一対のダブルスキン形材の第一面板同士を締結部材によって締結した後に、第二面板同士を摩擦撹拌接合によって接合する。このため、摩擦撹拌接合を行う際には、既に一つのダブルスキン形材の第一面板が締結されているため、摩擦撹拌接合における位置合わせが容易である。したがって、ダブルスキン構造の車両パネル構造体を簡単な製造工程で製造することができる。

突き合わせ工程では、一方のダブルスキン形材における第一面板の端部と、他方のダブルスキン形材における第一面板の端部とを、一対のダブルスキン形材の厚み方向に互いに重ねて重なり領域を形成し、締結工程では、締結部材を高速回転させて重なり領域を貫通させることにより、締結部材を重なり領域に溶着させてもよい。この場合、一対のダブルスキン形材について、簡単な製造工程で強固な締結を実現することができる。

締結工程では、締結部材によって柱部材を一対のダブルスキン形材の第一面板に共締めしてもよい。この場合、簡単な製造工程で、ダブルスキン構造とセミモノコック構造との併用を実現することができる。

接合工程では、プローブ部の先端にショルダ部が設けられた回転ツールと、プローブ部が挿通した状態でショルダ部と対向する裏当部材とを用い、中空部内に配置したショルダ部と中空部の外側に配置した裏当部材とによって突き合わせ部分を挟持した状態で、突き合わせ部分に挿入したプローブ部を突き合わせ部分に沿って走査してもよい。この場合、中空部内の面にショルダ部が当接するため、当該面にビードが形成される。中空部の外側の面に裏当部材が当接するため、当該面にはビードが形成されない。これにより、ビードを研削するという工程等を省くことが可能となる。このため、簡単な製造工程でダブルスキン構造の車両パネル構造体を製造することができる。

ダブルスキン形材として、複数のリブ部が第一及び第二面板に対して垂直に配置されているダブルスキン形材を用いてもよい。この場合、製造された車両パネル構造体を所定形状に加工する場合に、任意の中空部の位置で切断することができる。したがって、例えば、開口フレームの取付位置において専用のリブ部を設ける必要がなくなり、製造コストの低減が図られる。

本発明によれば、接合による歪みの発生を抑制可能なダブルスキン構造の車両パネル構造体が得られる。

本実施形態に係る車両パネル構造体を適用した鉄道車両構体の一例を示す概略斜視図である。 図１に示した鉄道車両構体の側構体として用いられる車両パネル構造体の斜視図である。 図２の要部拡大断面図である。 車両パネル構造体の製造工程の一例に用いられるダブルスキン形材の要部拡大断面図である。 車両パネル構造体の製造工程の一例を示す図である。 車両パネル構造体の製造工程の一例を示す図である。 車両パネル構造体の製造工程の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、車両パネル構造体を有する鉄道車両構体の一例を示す概略斜視図である。鉄道車両構体１は、床構体２と、側構体３と、屋根構体４と、妻構体５とを備えている。これらの各構体が相互に接合されることにより、鉄道車両構体１は、乗客を収容する空間を内部に有する箱型形状をなしている。

床構体２は、車両の床部を構成する構体として鉄道車両構体１の底部に配置されている。床構体２の下部には、鉄道車両構体１を支持する一対の台車（不図示）が設置されている。側構体３及び妻構体５は、車両の側部を構成する構体として、床構体２の左右の縁部及び前後の縁部を囲むように立設されている。

側構体３には、乗客らが乗り降りするためのドア部６が等間隔に複数設けられている。また、ドア部６，６間と側構体３の両端部とには、窓部７がそれぞれ設けられている。側構体３は、例えば腰パネル、吹き寄せパネル、幕パネル、ドア上パネル等の各部位を形成する車両パネル構造体１１（図２参照）によって構成されている。

腰パネルは、窓部７と床構体２との間に位置するパネルであり、吹き寄せパネルは、ドア部６と窓部７との間、及び窓部７と妻構体５との間に位置するパネルである。幕パネルは、窓部７と屋根構体４との間に位置するパネルであり、ドア上パネルは、ドア部６と屋根構体４との間に位置するパネルである。

妻構体５は、乗客らが車両間を行き来するための出入口部８が設けられている。屋根構体４は、車両の屋根部を構成する構体として鉄道車両の構体の上部に空間に蓋をするように配置されている。車両の屋根構体４には、上部に車内の温度を調整するためのエアコンディショナー及びパンタグラフ（図示しない）などが設置されている。

次に、上述した側構体３を構成する車両パネル構造体１１について更に詳細に説明する。

図２は、図１に示した鉄道車両構体１の側構体３として用いられる車両パネル構造体の斜視図である。車両パネル構造体１１は、互いに結合された一対のダブルスキン形材１２によって構成されており、ダブルスキン構造を有している。結合された一対のダブルスキン形材１２は、互いに平行な主面２２ａ，２２ｂを有している。主面２２ａは側構体３の外側面を構成し、主面２２ｂは側構体３の内側面を構成する。車両パネル構造体１１は、３以上のダブルスキン形材１２が結合されることによって構成されていてもよい。

本実施形態において車両パネル構造体１１は、一対のダブルスキン形材１２の主面２２ｂ（面板３１ｂ）に結合された柱部材１３も有しており、ダブルスキン構造とセミモノコック構造とが併用されている。柱部材１３は、ハット形状を有しており、一対のフランジ部１３ａを含んでいる。柱部材１３は、一対のフランジ部１３ａの溶接部１３ｂにおいて、スポット溶接によって主面２２ｂに接合されている。柱部材１３は、鉄道車両構体１への適用時において、側構体３の高さ方向に延在する。

柱部材１３は、例えば、ダブルスキン形材１２よりも強度が高い材料からなる。柱部材１３の材料としては、例えば７Ｎ０１等の高強度アルミ合金が挙げられる。柱部材１３は、ダブルスキン形材１２と同一の材料を用いて構成されていてもよい。柱部材１３の厚さは、例えば数ミリ程度となっている。

各ダブルスキン形材１２は、互いに対向する一対の面板３１と、一対の面板３１間に複数の中空部Ｓ１を形成する複数のリブ部３２とによって構成されている。各ダブルスキン形材１２の厚さは、１０〜４０ｍｍである。各ダブルスキン形材１２は、例えば６Ｎ０１等のアルミ合金からなる板材であり、例えば押出成形によって形成される。一対の面板３１は、主面２２ａ側に位置する面板３１ａと、主面２２ｂ側に位置する面板３１ｂとを含んでいる。面板３１ａと面板３１ｂとは互いに対向しており、各面板３１ａ，３１ｂの厚さは例えば数ミリ程度である。

各ダブルスキン形材１２において、複数のリブ部３２は、面板３１ａと面板３１ｂ間に配置されており、面板３１ａと面板３１ｂとの対向方向（ダブルスキン形材１２の厚み方向）及び一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ方向に対して、直交する方向に平行に延在している。したがって、複数のリブ部３２は、鉄道車両構体１の長手方向に平行に延在する。各リブ部３２の厚さは、例えば数ミリ程度である。複数のリブ部３２は、一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ方向において所定間隔で平行に配列されている。各リブ部３２は、面板３１ａと面板３１ｂとに接続する平面形状を有しており、面板３１ａ，３１ｂに対して垂直に配置されている。したがって、複数のリブ部３２によって形成された中空部Ｓ１は、断面矩形状となっている。

一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ部分７０においても、一対のダブルスキン形材１２それぞれの面板３１ａ、面板３１ｂ、及びリブ部３２Ａ，３２Ｂによって中空部Ｓ２が形成されている。リブ部３２Ａ，３２Ｂは、上述した複数のリブ部３２に含まれている。中空部Ｓ２は、中空部Ｓ１と同様に、鉄道車両構体１の長手方向に平行に延在し、断面矩形状となっている。したがって、各リブ部３２、中空部Ｓ１、及び中空部Ｓ２は、柱部材１３が延在する方向と直交する方向に延在している。

上述したように、車両パネル構造体１１では、一対のダブルスキン形材１２は、互いに突き合わされ、当該突き合わせ部分７０で結合されている。具体的には、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ａ同士が、突き合わせ部分７０に沿って摩擦撹拌接合によって接合されており、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ｂ同士が、突き合わせ部分７０に沿って締結部材４２によって締結されている。

摩擦撹拌接合は、回転ツールを回転させながらプローブ部を金属材等の材料に押し込み、摩擦熱で軟化させた母材同士を塑性流動により一体化させる固相接合方法である。摩擦撹拌接合では、アーク溶接及びレーザ溶接のような溶融溶接と比較して母材への入熱量が小さいので、高品質な継手を得ることが可能であり、融点の低いアルミニウム合金の接合に適している。

車両パネル構造体１１における摩擦撹拌接合部４０は、上記突き合わせ部分７０に対する摩擦撹拌接合による接合痕が現れている領域である。摩擦撹拌接合部４０は、主面２２ａ側の面板３１ａに設けられており、一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ部分７０に沿って、鉄道車両構体１の長手方向となる、各リブ部３２、中空部Ｓ１、及び中空部Ｓ２が延在する方向に平行に延在する。

本実施形態では、一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ方向Ａにおいて、中空部Ｓ２の幅は、各中空部Ｓ１の幅と同じである。中空部Ｓ２の幅は、各中空部Ｓ１の幅よりも大きくてもよい。この場合、摩擦撹拌接合時において、プローブ部に高い走査精度が要求されることを回避でき、中空部Ｓ２における摩擦撹拌接合の容易化が図られる。

本実施形態で用いられる締結部材４２は、一般的なネジと同様に、頭部とネジ部を有し、ネジ部には螺旋状のネジ山を有している。本実施形態において、締結部材４２は、高速回転されて対象物に挿入されることで、摩擦熱によって当該対象物に溶着される。このため、一般的なネジ締結用のタップを加工する工程を省略することができる。摩擦熱が発生する領域が回転ツールを用いた摩擦撹拌接合よりも小さいため、少ない入熱量かつ短時間で一つのダブルスキン形材１２を結合することができる。締結部材４２は、一般的なネジであって対象物に螺合されてもよい。この場合、タップを加工する工程が増加する。

締結部材４２は、鉄道車両構体１の長手方向となる、各リブ部３２、中空部Ｓ１、及び中空部Ｓ２が延在する方向において、所定間隔で設けられている。本実施形態では、柱部材１３の一対のフランジ部１３ａは、所定間隔で設けられた複数の締結部材４２の一部によって面板３１ｂに共締めされている。

図３は、中空部Ｓ２付近の拡大断面図である。なお、図３では、説明の簡略のため、柱部材１３が締結部材２０によって共締めされていない部分の形態を示す。上述したように、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ａ同士の突き合わせ部分７０に摩擦撹拌接合部４０が設けられており、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ｂ同士の突き合わせ部分７０に締結部材４２が設けられている。中空部Ｓ２は、主面２２ａ側の突き合わせ部分７０と主面２２ｂ側の突き合わせ部分７０との間に位置する。

突き合わせ部分７０において、ダブルスキン形材１２ｂの面板３１ｂの端部とダブルスキン形材１２ａの面板３１ｂの端部とは、ダブルスキン形材１２の厚み方向に互いに重なる重なり領域Ｒを有している。ダブルスキン形材１２ｂの面板３１ｂの端部は、主面２２ｂに含まれる面を有しており、ダブルスキン形材１２ａ側に延在している。ダブルスキン形材１２ａの面板３１ｂの端部は、面板３１ｂの厚み分だけ面板３１ａ側にずれた位置で、主面２２ｂと平行にダブルスキン形材１２ｂ側に延在している。ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂが中空部Ｓ２内の面２２ｄを構成し、ダブルスキン形材１２ｂにおける面板３１ｂが中空部Ｓ２外側の面、すなわち主面２２ｂを構成する。

中空部Ｓ２を形成するダブルスキン形材１２ａのリブ部３２Ａは、他のダブルスキン形材１２ａのリブ部３２と同様に、面板３１ａと面板３１ｂとに接続する平面形状を有しており、面板３１ａ，３１ｂに対して垂直に配置されている。

中空部Ｓ２を形成するダブルスキン形材１２ｂのリブ部３２Ｂは、面板３１ａから面板３１ａに対して垂直方向に延在して、面板３１ｂ付近でダブルスキン形材１２ｂが形成する中空部Ｓ１側に直角に折れ曲って延在している。これにより、ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部をダブルスキン形材１２の厚み方向に支持する支持面３２ａが形成されている。ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部は、ダブルスキン形材１２ｂにおける面板３１ｂの端部と支持面３２ａとによって挟み込まれている。

リブ部３２Ｂは、支持面３２ａの端から、面板３１ｂ側に直角に折れ曲がって延在し、面板３１ｂに接続されている。これにより、ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部と一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ方向で当接する当接面３２ｂが形成されている。

摩擦撹拌接合部４０は、中空部Ｓ２内の面２２ｃにビード４１を有する。摩擦撹拌接合部４０の中空部Ｓ２外側の面、すなわち主面２２ａは、平坦である。締結部材４２は、重なり領域Ｒを貫通し、ダブルスキン形材１２ａ，１２ｂの面板３１ｂ同士を締結している。本実施形態では、締結部材４２は、重なり領域Ｒに溶着されている。

次に、図４〜図６を参照して、本実施形態に係る車両パネル構造体１１の製造工程について説明する。図４は、車両パネル構造体１１の製造工程の一例に用いられるダブルスキン形材の要部拡大断面図である。各ダブルスキン形材１２は、面板３１ａ，３１ｂに対して垂直に配置されている複数のリブ部３２を有する。各ダブルスキン形材１２の一対の面板３１ａ，３１ｂは、接合時に他のダブルスキン形材１２と突き合わされる端面４５を有している。端面４５は、平面である。一方のダブルスキン形材１２ａの端面４５と他方のダブルスキン形材１２ｂの端面４５は、互いに嵌合する凹凸形状であってもよい。

車両パネル構造体１１の製造工程では、まず、図５に示されるように、一方のダブルスキン形材１２ａの一対の面板３１と他方のダブルスキン形材１２ｂの一対の面板３１とを互いの対向方向Ａで突き合わせる。これにより、一対のダブルスキン形材１２それぞれの面板３１ａ，面板３１ｂ、及びリブ部３２によって突き合わせ部分７０に中空部Ｓ２を形成する。この際、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ａの端面４５同士が当接し、ダブルスキン形材１２ａの面板３１ｂの端部がダブルスキン形材１２ｂのリブ部３２の当接面３２ｂに当接する。これにより、面板３１ａの端面４５の境界部分Ｂを形成すると共に、ダブルスキン形材１２ａの面板３１ｂの端部とダブルスキン形材１２ｂの面板３１ｂの端部とを、一対のダブルスキン形材１２の厚み方向に互いに重ねて重なり領域Ｒを形成する。ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂが中空部Ｓ２内の面２２ｄを構成し、ダブルスキン形材１２ｂにおける面板３１ｂが中空部Ｓ２外側の面、すなわち主面２２ｂを構成する。

続いて、締結部材４２を重なり領域Ｒに対して溶着させることにより、一対のダブルスキン形材１２を締結する締結工程を実施する。具体的には、締結部材４２のネジ山を主面２２ｂに向けて締結部材４２を主面２２ｂに対して直立させた状態で、締結部材４２を高速回転させて、面板３１ｂの重なり領域Ｒに挿入する。締結部材４２を挿入方向Ｃで加圧することで、締結部材４２のネジ山と面板３１ｂとの摩擦熱により塑性流動が生じる。この際、ダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部は、ダブルスキン形材１２ｂにおけるリブ部３２の支持面３２ａによって挿入方向Ｃに対向する方向に支持される。締結部材４２の頭部が主面２２ｂに当接し締結部材４２が重なり領域Ｒを貫通すると、締結部材４２の回転を停止する。これにより、締結部材４２を重なり領域Ｒに溶着する。

締結部材４２による上記締結工程を突き合わせ部分７０に沿って複数回行うことで、複数の締結部材４２を中空部Ｓ２が延在する方向に所定間隔で設ける。本実施形態では、これらの複数の締結部材４２の一部によって、複数のリブ部３２等が延在する方向と直交する方向に延在するように配置された柱部材１３のフランジ部１３ａを、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ｂに共締めする。すなわち、柱部材１３のフランジ部１３ａと重なり領域Ｒとを共締めする。その後、フランジ部１３ａの溶接部１３ｂにおいて、柱部材１３を面板３１ｂに対してスポット溶接して主面２２ｂに結合する。

次に、回転ツールを回転させながらプローブ部を一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ部分７０に押し込み、当該突き合わせ部分７０に沿って、面板３１ａの端部同士を摩擦撹拌接合で接合する接合工程を実施する。摩擦撹拌接合では、回転ツールとダブルスキン形材１２との間で発生する摩擦熱による塑性流動によって、突き合わせ部分７０が接合される。摩擦撹拌接合は、境界部分Ｂが摩擦撹拌接合部４０に含まれるように行われる。塑性流動によって境界部分Ｂが摩擦撹拌接合部４０に含まれるように、摩擦撹拌接合が行われてもよい。

具体的には、図６及び図７に示されている回転ツール５０を用いて、摩擦撹拌接合が行われる。図６は摩擦撹拌接合による接合工程を示す斜視図であり、図７は摩擦撹拌接合による接合工程を示す断面図である。回転ツール５０には、プローブ部５１の先端にショルダ部５２が設けられており、プローブ部５１の基端側には裏当部材５３が設けられている。プローブ部５１は、裏当部材５３の中央に設けられている貫通孔５３ａに挿通されており、裏当部材５３に対して回転自在である。裏当部材５３は、プローブ部５１が挿通した状態でショルダ部５２と対向する。

接合工程では、各リブ部３２及び中空部Ｓ２が延在する方向に位置する面板３１ａの端面側から上述した突き合わせ部分７０に、プローブ部５１を回転させながら挿入する。この際、プローブ部５１の先端に設けられているショルダ部５２を一対のダブルスキン形材１２の中空部Ｓ２内に配置し、裏当部材５３を中空部Ｓ２の外側に配置する。そして、ショルダ部５２と裏当部材５３とで突き合わせ部分７０を挟持すると共にダブルスキン形材１２に対して走査方向Ｄ側にプローブ部５１を傾斜した状態で、突き合わせ部分７０に挿入したプローブ部５１を回転させながら突き合わせ部分７０に沿って走査する。具体的には、ショルダ部５２が中空部Ｓ２内の面２２ｃに当接し、裏当部材５３が中空部Ｓ２の外側の面、すなわち主面２２ａに当接している状態で、プローブ部５１を走査する。

プローブ部５１の走査において、ショルダ部５２はプローブ部５１と共に一対のダブルスキン形材１２に対して回転しながら走査方向Ｄに移動するが、裏当部材５３は一対のダブルスキン形材１２に対して回転せずにプローブ部５１と共に走査方向Ｄに移動する。中空部Ｓ２内の面２２ｃには、プローブ部５１の当接によってビード４１が形成される。主面２２ａには回転しない裏当部材５３が当接するため、主面２２ａは平坦である。接合工程の後に、主面２２ａ側において、摩擦撹拌接合部４０をグラインダ等によって研磨してもよい。

以上説明したように、車両パネル構造体１１では、一対のダブルスキン形材１２の突き合わせ部分７０において、面板３１ｂ同士が締結部材４２によって締結され、面板３１ａ同士が摩擦撹拌接合部４０によって接合されている。車両パネル構造体１１の製造方法では、面板３１ｂ同士を突き合わせ部分７０に沿って締結部材によって締結し、面板３１ａ同士を突き合わせ部分７０に沿って摩擦撹拌接合によって接合する。このため、摩擦撹拌接合による入熱が車両パネル構造体１１の片面側のみに作用するため、接合後のダブルスキン形材１２の歪みを抑えることができる。また、この車両パネル構造体１１では、突き合わせ部分７０には、面板３１ａ、面板３１ｂ、及びリブ部３２によって中空部Ｓ２が形成されている。したがって、車両パネル構造体１１における断面構造の連続性も保たれている。

突き合わせ部分７０において、一方のダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部と、他方のダブルスキン形材１２ｂにおける面板３１ｂの端部とは、一対のダブルスキン形材１２の厚み方向に互いに重なる重なり領域Ｒを有する。締結部材４２は、重なり領域Ｒで面板３１ｂ同士を締結している。このため、一対のダブルスキン形材１２について、簡単な製造工程で強固な締結を実現することができる。

締結部材４２は、重なり領域Ｒに溶着されている。このため、一対のダブルスキン形材１２について、簡単な製造工程でさらに強固な締結を実現することができる。

中空部Ｓ２を形成する一方のダブルスキン形材１２ｂのリブ部３２は、他方のダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部を厚み方向に支持する支持面３２ａを有している。このため、一方のダブルスキン形材１２ｂのリブ部３２における支持面３２ａが、他方のダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂに加わる荷重を受ける。したがって、他方のダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂが、例えば、締結部材４２による締結時に加わる荷重に起因して変形することが防止されている。よって、簡単な構成で製造効率が向上されている。

一対のダブルスキン形材１２の面板３１ｂ側に配置された柱部材１３を更に備え、突き合わせ部分７０において、柱部材が締結部材によって第一面板に共締めされている。締結工程では、締結部材によって柱部材を一対のダブルスキン形材の第一面板に共締めしている。このため、車両パネル構造体１１は、簡単な製造工程で、ダブルスキン構造とセミモノコック構造との併用を実現することができる。

一対のダブルスキン形材１２の厚さは、１０〜４０ｍｍである。ダブルスキン形材１２の厚さが４０ｍｍ以下であるため、安価かつ軽量な構造を実現できる。ダブルスキン形材１２の厚さが１０ｍｍ以上であるため、摩擦撹拌接合において歪みが少ない構造を実現できる。したがって、柱部材１３を設置してセミモノコック構造を構成することによって、簡単な製造工程で、安価かつ軽量であると共に、ダブルスキン構造とセミモノコック構造を併用した高い剛性を有する構造を実現できる。

複数のリブ部３２は、一対の面板３１ａ，３１ｂに対して垂直に配置されている。このため、車両パネル構造体を所定形状に加工する場合に、任意の中空部の位置で切断することができる。したがって、例えば、開口フレームの取付位置において専用のリブ部を設ける必要がなくなり、製造コストの低減が図られる。

締結部材４２による締結工程を実施した後、摩擦撹拌接合による接合工程を実施する。このため、一対のダブルスキン形材１２の面板３１ｂ同士を締結部材４２によって締結した後に、面板３１ａ同士を摩擦撹拌接合によって接合する。したがって、摩擦撹拌接合を行う際には、既に一つのダブルスキン形材１２の面板が締結されているため、摩擦撹拌接合における位置合わせが容易である。よって、ダブルスキン構造の車両パネル構造体１１を簡単な製造工程で製造することができる。

突き合わせ工程では、一方のダブルスキン形材１２ａにおける面板３１ｂの端部と、他方のダブルスキン形材１２ｂにおける面板３１ｂの端部とを、一対のダブルスキン形材１２の厚み方向に互いに重ねて重なり領域Ｒを形成する。締結工程では、締結部材４２を高速回転させて重なり領域Ｒを貫通させることにより、締結部材４２を重なり領域Ｒに溶着させる。このため、一対のダブルスキン形材１２について、簡単な製造工程で強固な締結を実現することができる。

接合工程では、プローブ部５１の先端にショルダ部５２が設けられた回転ツール５０と、プローブ部５１が挿通した状態でショルダ部５２と対向する裏当部材５３とを用いる。そして、中空部Ｓ２内に配置したショルダ部５２と中空部Ｓ２の外側に配置した裏当部材５３とによって突き合わせ部分７０を挟持した状態で、突き合わせ部分７０に挿入したプローブ部５１を突き合わせ部分７０に沿って走査する。この場合、中空部Ｓ２内の面２２ｃにショルダ部５２が当接するため、当該面２２ｃにビードが形成される。中空部Ｓ２の外側の面、すなわち主面２２ａに裏当部材５３が当接するため、当該主面２２ａにはビードが形成されない。これにより、ビードを研削するという工程等を省くことが可能となる。このため、簡単な製造工程でダブルスキン構造の車両パネル構造体を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、製造工程は本実施形態で示した順序に限定されない。本実施形態では、締結部材４２による締結工程を実施した後に摩擦撹拌接合による接合工程を実施したが、接合工程を実施した後に締結工程を実施してもよい。

１１…車両パネル構造体、１２，１２ａ，１２ｂ…ダブルスキン形材、１３…柱部材、２２ａ，２２ｂ…主面、３１，３１ａ，３１ｂ…面板、３２…リブ部、３２ａ…支持面、４０…摩擦撹拌接合部、４２…締結部材、５０…回転ツール、５１…プローブ部、５２…ショルダ部、５３…裏当部材、７０…突き合わせ部分、Ｒ…重なり領域、Ｓ２…中空部。

Claims (12)

1. 互いに対向する第一及び第二面板と、前記第一及び第二面板間に位置する複数のリブ部と、によって構成される一対のダブルスキン形材同士の突き合わせ部分を結合してなる車両パネル構造体であって、
   前記突き合わせ部分には、前記一対のダブルスキン形材それぞれの前記第一面板、第二面板、及び前記リブ部によって中空部が形成されており、
   前記第一面板同士は、前記突き合わせ部分に沿って締結部材によって締結され、
   前記第二面板同士は、前記突き合わせ部分に沿って摩擦撹拌接合部によって接合されており、
   前記第一及び第二面板の対向方向から見て、前記摩擦撹拌接合部及び前記締結部材は、前記中空部を形成する一方のダブルスキン形材の前記リブ部と、前記中空部を形成する他方のダブルスキン形材の前記リブ部との間に位置している、車両パネル構造体。
2. 前記突き合わせ部分において、一方のダブルスキン形材における前記第一面板の端部と、他方のダブルスキン形材における前記第一面板の端部とは、前記一対のダブルスキン形材の厚み方向に互いに重なる重なり領域を有し、
   前記締結部材は、前記重なり領域で前記第一面板同士を締結している、請求項１に記載の車両パネル構造体。
3. 前記締結部材は、前記重なり領域に溶着されている、請求項２に記載の車両パネル構造体。
4. 前記中空部を形成する一方のダブルスキン形材の前記リブ部は、他方のダブルスキン形材における前記第一面板の端部を前記一対のダブルスキン形材の厚み方向に支持する支持面を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両パネル構造体。
5. 前記一対のダブルスキン形材の前記第一面板側に配置された柱部材を更に備え、
   前記突き合わせ部分において、前記柱部材が前記締結部材によって前記第一面板に共締めされている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両パネル構造体。
6. 前記複数のリブ部は、前記第一及び第二面板に対して垂直に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両パネル構造体。
7. 互いに対向する第一及び第二面板と、前記第一及び第二面板間に位置する複数のリブ部と、によって構成される一対のダブルスキン形材同士の突き合わせ部分を結合してなる車両パネル構造体の製造方法であって、
   前記一対のダブルスキン形材同士を突き合わせ、前記一対のダブルスキン形材それぞれの前記第一面板、第二面板、及び前記リブ部によって前記突き合わせ部分に中空部を形成する突き合わせ工程と、
   前記第一面板同士を前記突き合わせ部分に沿って締結部材によって締結する締結工程と、
   前記第二面板同士を前記突き合わせ部分に沿って摩擦撹拌接合によって接合する接合工程と、を有し、
   前記締結工程では、前記第一及び第二面板の対向方向から見て、前記中空部を形成する一方のダブルスキン形材の前記リブ部と、前記中空部を形成する他方のダブルスキン形材の前記リブ部との間において、前記第一面板同士を前記締結部材によって締結し、
   前記接合工程では、前記第一及び第二面板の対向方向から見て、前記中空部を形成する一方のダブルスキン形材の前記リブ部と、前記中空部を形成する他方のダブルスキン形材の前記リブ部との間において、前記第二面板同士を前記摩擦撹拌接合によって接合する、車両パネル構造体の製造方法。
8. 前記締結工程を実施した後、前記接合工程を実施する、請求項７に記載の車両パネル構造体の製造方法。
9. 前記突き合わせ工程では、一方のダブルスキン形材における前記第一面板の端部と、他方のダブルスキン形材における前記第一面板の端部とを、前記一対のダブルスキン形材の厚み方向に互いに重ねて重なり領域を形成し、
   前記締結工程では、前記締結部材を高速回転させて前記重なり領域を貫通させることにより、前記締結部材を前記重なり領域に溶着させる、請求項７又は８に記載の車両パネル構造体の製造方法。
10. 前記締結工程では、前記締結部材によって柱部材を前記一対のダブルスキン形材の前記第一面板に共締めする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の車両パネル構造体の製造方法。
11. 前記接合工程では、
    プローブ部の先端にショルダ部が設けられた回転ツールと、前記プローブ部が挿通した状態で前記ショルダ部と対向する裏当部材とを用い、
    前記中空部内に配置した前記ショルダ部と前記中空部の外側に配置した前記裏当部材とによって前記突き合わせ部分を挟持した状態で、前記突き合わせ部分に挿入した前記プローブ部を前記突き合わせ部分に沿って走査する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の車両パネル構造体の製造方法。
12. 前記ダブルスキン形材として、前記複数のリブ部が前記第一及び第二面板に対して垂直に配置されているダブルスキン形材を用いる、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の車両パネル構造体の製造方法。

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