JPH11226760A - 摩擦接合用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】摩擦接合を行う場合において、良好な接合が得
られるようにする。 【解決手段】中空型材３１、３２の突合せ部において、
型材の外側に突出する凸部３７ａ，３８ａを設け、この
凸部３７ａ，３８ａに回転体５０を挿入して摩擦接合を
行う。突合せ部に隙間があっても、凸部の金属で埋めら
れ、良好な接合を行なうことができる。接合後、凸部凸
部３７ａ，３８ａを切削すれば、型材３１、３２の外面
を平滑にできる。板３６の板厚の範囲の延長線上に回転
体５０を位置させれば、板３６が支え部材になり、型材
３１、３２の変形を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦接合方法に関
し、例えば、アルミニウム合金製の鉄道車両や建築物等
に使用されるパネルの接合に好適である。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の構体の二面構造体（パネル）
は、中空状の型材を用いたものは特開平２−２４６８６
３号公報に示され、ハニカムパネルのような積層パネル
を用いたものは特開平６−１０６６６１号公報に示され
ている。

【０００３】摩擦接合方法は、接合部に挿入した丸棒を
回転させて発熱、軟化させ、接合するものである。この
接合は突合せ部、重ね部に適用される。これはＷＯ ９
３／１０９３５（ＥＰ ０６１５４８０Ｂ１、特表平７
−５０５０９０号公報に同一）、Welding & Metal Fabr
ication, January 1995 13頁から16頁に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】摩擦接合方法は、接合
施工中、回転工具（丸棒）の直下の部材が表面へ排出さ
れる反作用のため、接合部に下向きの力が働く。このた
め、本接合法を二面構造体（パネル）の接合に適用する
場合、この下向きの力により接合部の継ぎ手部材が下方
向に押し流され、変形を生じ、良好な接合を施工するこ
とができなかった。

【０００５】二面構造体（パネル）は、例えば、アルミ
ニウム合金の押し出し型材の中空型材や、ハニカムパネ
ルがある。このパネル同士の接合として、従来ＭＩＧ溶
接やＴＩＧ溶接が行われている。この継ぎ手形状に摩擦
接合を適用すると、摩擦接合の際の押し下げ力によっ
て、継ぎ手が下方に曲がったり、部材が下方に流された
りする。

【０００６】発明者は種々な実験により上記の現象を発
見したものである。

【０００７】本発明の目的は、摩擦接合を行う場合にお
いて、良好な接合が得られるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、部材の端部
において、該部材の厚さ方向に突出する凸部を備え、該
凸部を含む前記端部の面は実質的に前記厚さ方向に向か
っている、摩擦接合用部材とすること、によって達成で
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１の実施例は、パネルとしての
中空型材３１，３２の継ぎ手部の形状が突合せタイプの
場合である。中空型材３１，３２の幅方向の端部には垂
直の板３６，３６がある。接合前においては、回転工具
５０の直下に垂直な板３６，３６があり、板３６，３６
同士は向い合っており、接触している。離れている場合
は両者の隙間は小さい。隙間は１ｍｍ程度である。板３
６，３６の間の延長線上に凸部５２の中心が位置する。
板３６，３６は前記下向きの力を支えるだけの剛性を有
している。板３６は２つの板３３、３４に直交してい
る。中空型材３１，３２はアルミニウム合金の押出し型
材である。中空型材３１の上下の面は中空型材３２の上
下の面に一致している。つまり、中空型材３１、３２の
厚さは同一である。以下の実施例も同様である。摩擦接
合時において、回転工具５０の大径部５１と小径部の凸
部５２との境５３が中空型材３１，３２の上面に位置し
ている。３５は２枚の板３６、３６を接続するものであ
って、トラス状に複数配置している。中空型材３１、３
２の端部の形状はは左右対称である。中空型材３１、３
２は架台（図示せず）に載せられ、移動しないように固
定されている。板３６、３６の下方にも架台がある。

【００１０】摩擦接合は回転工具５０を回転させなが
ら、凸部５２を中空型材３１、３２の接合部に挿入し、
接合部に沿って移動させて行う。凸部５２の回転中心は
２つの板３６、３６の間にある。

【００１１】図２は摩擦接合後の状態である。４５は接
合後の接合ビードの形状を示したものである。板３６，
３６の間の延長線上に接合ビード４５の幅の中心が位置
する。板３６、３６の厚さの延長線の範囲にビード４５
がある。接合ビード４５の深さは接合部に挿入した回転
工具５０の下端の凸部５２の高さによって定まる。

【００１２】これによれば、板３３、３４に垂直な板３
６，３６が摩擦接合時の垂直力を支えるので、接合部が
曲がったりせず、図２に示すように良好な接続が得られ
るものである。板３６はできるだけ板３３、３４に直交
させる。

【００１３】なお、軽量化のために、板３６に穴をあけ
ていても良い。以下の実施例でも同様である。

【００１４】下面側の接合は中空型材の上下面を反転さ
せて行なう。

【００１５】図３の実施例は、一方の中空型材３１の端
部には板３６があり、他方の中空型材３２の端部には板
３６は無い。中空型材３１の板３６の垂直方向の角部は
中空型材３２の端部の突片３８，３８の先端を載せるこ
とができるように、凹んでいる。この凹部は中空型材３
１の厚さ方向およびこれに直交する方向（中空型材３２
側）に開放している。凹部に突片３８をの載せた（重ね
た）とき、図では両者は接触しているが、実際は隙間が
ある。また、両者の先端同士（突片３８、３８と角部３
３ｂ、３４ｂとの間）にも隙間がある。２つの中空型材
３１，３２の表面側の突合せ部、すなわち、回転工具５
０の中心の直下に前記突合せ部および板３６がある。板
３６の厚さの中心の延長線上に凸部５２の回転中心が位
置する。つまり、板３６の厚さの中心の延長線上に板３
３（３４）と板３３（３４）の接合部が位置する。板３
３、３４から凹部に至る角部３３ｂ、３４ｂは板３６の
厚さの中心の延長線上にある。または、角部３３ｂ、３
４ｂの位置は突片３８との間隔を考慮して、図３におい
て、板３６の厚さの中心の延長線上よりもごくわずか左
にある。板３６は前記垂直力を支える剛性を有してい
る。突片３８の先端と中空型材３１との水平方向の間隔
は図１の場合と同様である。回転工具５０の凸部５２の
高さは突片３８の厚さ程度である。一般に、凸部３８よ
りも下方まで塑性流動状態になり、摩擦接合される。同
様に、凸部５２の径よりも大きく塑性流動状態になる。
突片３８の下面と板３６との接触部の下方まで摩擦接合
されるようにするのが望ましい。

【００１６】図４は接合後の状態を示す。板３６の厚さ
の中心の延長線上に接合ビード４５の幅の中心が位置す
る。

【００１７】前記垂直力を支えるために、板３６の厚さ
の中心部の延長線上に回転工具５０の回転中心があるこ
とが望ましい。左右の中空型材３１、３２の接合量を同
一にするために、前記延長線上に角部３３b、３４bはあ
ることが望ましい。板３６の厚さの延長線の範囲内に回
転工具５０の凸部５２があることが望ましいが、板３６
の厚さは前記垂直力、凸部５２の位置、板３６の強度に
よって定まる。このため、凸部５２の径よりも板３６の
厚さの方が小さい場合が考えられる。また、回転工具５
０の位置の誤差、角部３３b、３４bの位置の誤差を考え
ると、板３６の厚さの延長線の範囲に角部３３b、３４
ｂがあり、前記範囲に回転工具５０の凸部５２の少なく
とも一部が位置することが望ましい。これによれば、板
３６は前記垂直力を少しなりとも受けることができ、継
ぎ手の変形を実質的に防止し、良好な接合を得ることが
できる。ビード４５を基準にすれば、ビード４５は凸部
５２よりも若干大きいが、前記とほぼ同様なことがいえ
る。他の実施例においても同様である。

【００１８】この継ぎ手形状によれば、実験によれば、
図１の場合に比べて、一般的に、突片３８と中空型材３
１との水平方向の間隔が大きくても、接合部の凹みを少
なくできるものである。このため、見栄えが良く、塗装
する場合にもパテの量を少なくできるものである。これ
は、両者の隙間が突片３８の厚さで終了しているためと
考えられる。また、一般に軽量にできるものと考えられ
る。また、一方の中空型材を他方にはめこんでいるの
で、両者の高さ方向の位置合わせを容易にできるもので
ある。

【００１９】中空型材３１の端部の形状は左右対称であ
り、中空型材３２の端部の形状は左右対称である。また
は、中空型材３１の一端は図３のとおりであり、他端は
図３の中空型材３２の端部の形状である。

【００２０】図５の実施例は、中空型材３１の凹部の角
部３３b、３４ｂの直下には垂直な板３６は実質的に無
い。角部３３b、３４bの延長線上に板３６の右端があ
る。この延長線上に回転工具５０の回転中心がある。接
合部において下方に位置する突片３７の厚さを厚く、ま
た、突片３７の先端から板３６への接続部の円弧を大き
くして、中空型材３１の端部を前記垂直力を支える剛性
にしている。他方の中空型材３２の突片３８は図３の実
施例と同様に、突片３７の凹部に重なっている。他方の
中空型材３２には突片の近くに２つの板３３、３４を接
続する板３６を有する。これによって、凹部の角部の直
下に垂直な板３６が無くても、接合部に不良は発生しな
い。ただし、ビード４５の範囲の垂直方向にはパネル３
１の板３６がある。図６は接合後の状態を示す。

【００２１】図５の実施例において、中空型材３２の板
３６を除くことも可能である。

【００２２】図７の実施例は、図５の実施例において、
２つの中空型材３１，３２の接合部において、表面側に
突出する凸部３７ａ，３８ａを設けたものである。つま
り、接合部の肉厚は厚くなっている。凸部３７ａと凸部
３８ａ高さは同一である。他の形状は図５と同様である
が、板３６、および突片３７の厚さは若干薄くなってい
る。

【００２３】これによれば、摩擦接合の前に、凸部３７
ａと凸部３８ａとの間に隙間があっても、摩擦接合によ
って凸部３７ａ、３８ａの体積が前記隙間を埋める。こ
のため、見栄えがよく、パテの量を少なくできる。

【００２４】また、従来においては、下向きの力により
下方に流失した部材４１の体積分、接合ビードに空孔を
生じていた。図７の継ぎ手形状によれば、接合時、回転
工具５０により凸部３７ａ，３８ａが塑性流動して下方
に押し流され、流失した部材４１の体積分を補うことに
なるので、空孔の発生を防止し、良好な接合を行なうこ
とができるものである。図８は接合後のビード４５の形
状を示したものである。なお、接合後、不要部があれば
図のように切削する。

【００２５】また、凸部３７ａ，３８ａおよびその基部
の板３３、３４からなる突合せ部の突合せ面は、図に示
すように実質的に中空型材３１、３２の厚さ方向に向い
ている。このため、２つのつの中空型材３１、３２の突
合せ部に大きな空間を作らないので、摩擦接合を良好に
行なうことができるものである。

【００２６】前記凸部３７ａ，３８ａは図１、図３、図
５および後述の実施例においても適用できるものであ
る。

【００２７】図９の実施例は一方側のみから上下二面の
接合を行えるようにしたものである。中空型材３１，３
２の下面側の端部は下面の板３４，３４と同一面から突
片３４ａを他方の中空型材側に大きく突出している。突
片３４ａ，３４ａの先端は実質的に接触している。上面
の板３３，３３の先端は下面の板３４ａ，３４ａの先端
よりも後方に位置している。上面の板３３，３３の先端
部と下面の板３４，３４とは垂直な板３６，３６によっ
て接続されている。板３６、３６は板３４の途中に接続
している。垂直な板３６，３６の上部に継ぎ手６０が重
なる凹部３９，３９がある。継ぎ手６０を凹部３９，３
９に載せたとき、継ぎ手６０の上面の板３３，３３の上
面と同一面になる。２つの板３６，３６の間隔は回転工
具５０を挿入できる程度の大きさであり、できるだけ小
さい。板３６と凹部３９との関係は図３、図５、図７の
実施例等で説明したとおりである。

【００２８】接合手順を説明すると、図９の（Ａ）の状
態で、回転工具５０によって下面の板３４ａ，３４ａの
先端を接合する。この時、中空型材３１，３２は板３４
ａ，３４ａの接合部を含めてベッドに載っている。接合
部のベッド（接合ビードの裏当て）の上面は平である。
回転工具５０の凸部５２の高さは板３４ａ，３４ａの厚
さよりも小さい。これによれば、接合後の下面は平にな
る。このため、この下面側を鉄道車両の構体の外面や建
築物等の構造物の外面（その表面に化粧板を配置しない
面を言う。）に容易にすることができる。一般に、摩擦
接合部の上面側（境５３の部分）に凹凸が生じやすい。

【００２９】次に、（Ｂ）のように２つの中空型材３
１，３２の間に継ぎ手６０を載せる。

【００３０】継ぎ手３０の縦断面はＴ状である。継ぎ手
３０の両端を凹部３２，３２に重ねたとき、垂直片６１
の下端は下面の板の接合ビードとの間に隙間を有する。
垂直辺６１はなくてもよい。

【００３１】次に、（Ｃ）のように、継ぎ手６０と中空
型材３１との接続部を回転工具５０で摩擦接合する。こ
の回転工具５０は（Ａ）の接合工具と同一である必要は
ない。

【００３２】次に、（Ｄ）のように、継ぎ手６０と中空
型材３２との接続部を回転工具５０で摩擦接合する。

【００３３】これによれば、一方の面側から接合がで
き、反転作業を不要にできるものである。反転作業を省
略することで、反転および位置決め時間の省略、反転装
置の省略、組立精度向上というメリットを得ることがで
きる。

【００３４】図１０の実施例は、中空型材５１，５２の
上下の面を同時に摩擦接合するようにしたものである。
上部の回転工具５０の鉛直方向に下方を接合する回転工
具５０ａがある。回転工具５０ａの凸部５２は上方を向
いている。２つの回転工具５０，５０ａを対向させた状
態で、同一速度で移動させ、摩擦接合を行なう。７０，
７０はベッド（架台）である。工具５０、と５０ａの回
転中心は同一線上にある。この線上に、中空型材３１、
３２の接合部がある。

【００３５】これによれば、一方の回転工具５０の回転
中心の延長線上に他方の回転工具５０ａの回転中心があ
るので、力がつりあい、接合部の変形が少なく、短時間
に接合できる。中空型材３１、３２を反転させる必要が
無いので、変形が少なく、作業時間を少なくできる。

【００３６】この実施例は他の実施例にも適用できる。

【００３７】上記各実施例はパネルとして中空型材を使
用したものである。以下の実施例はハニカムパネルに適
用した場合を示すものである。図１１に示すように、ハ
ニカムパネル８０ａ，８０ｂは、２つの面板８１，８２
と、ハニカム状のセルを有する芯材８３と、面板８１，
８２の端面に沿って配置した縁材８４とからなり、芯材
８３、縁材８４は面板８１，８２にろう付けされ、一体
になっている。面板８１，８２、芯材８３、および縁材
８４はアルミニウム合金である。縁材８４は押出し型材
であり、その断面は４角形である。各片の肉厚は板８
１，８２の厚さよりも厚い。接触する縁材８４，８４の
垂直片の厚さは図１の場合と同様である。２つのハニカ
ムパネル８０ａ，８０ｂの厚さは同一である。

【００３８】図１１の実施例は図１の実施例に相当する
ものである。回転工具５０の凸部５２の高さは面板８
１，８２の厚さよりも大きい。これによって、面板８
１、８２、および縁材８４、８４が接合される。主とし
て縁材８４がパネル８０ａ、８０ｂに作用する荷重を伝
達する。パネル８０ａ、８０ｂを製作後、両者を組み合
わせ、摩擦接合を行う。

【００３９】図１２の実施例は図３に相当するものであ
る。ハニカムパネル８０ａの縁材８４は断面がほぼ４角
形であり、角部に凹部を有する。ハニカムパネル８０ｂ
の縁材８４はハニカムパネル８０ｂの端部側が開放した
チャンネル状であり、その先端が縁材８０ａの凹部に載
る。

【００４０】図５に相当するハニカムパネルも同様に製
作できるものである。

【００４１】図１３の実施例は、図７に相当するもので
ある。２つのハニカムパネル８０ａ０，８０ｂを組み合
わせた後、面板８１，８１の上面に板８６を載せ、板８
１，８１に溶接で仮止めしたものである。板８６は塑性
流動によって流出する材料を補うものである。また、図
１２において、ハニカムパネル８０ａの縁材８４の端部
側の垂直片を除いたものである。前記垂直力は水平片の
厚さおよびその周囲の形状で受けもつ。

【００４２】図１４の実施例について説明する。図１３
までの実施例は２つの面（板）を有するパネルであった
が、図１４の実施例は実質的に１つの面（板９４、９
４）を有するパネル９１、９２である。但し、パネル９
１、９２の端部において、板９４、９４のある外側と、
板のない内側の２カ所で、摩擦接合を行う。このため、
内側の接合部には幅の小さな面（板９３、９３）があ
る。板９３、９３は板９６、９６で支えられている。こ
のものでも板９６は板９３、９４に実質的に直交してい
るといえる。板９３、９４は図７と同様の凸部３７ａ、
３８ａを設けている。板９４、９４には所定の間隔で複
数の強度部材用のリブ（板）９５、９５を配置してい
る。リブ９５の断面はＴ状である。リブ９５の頂面は接
合部の板９３の頂面と同一面である。両者の頂面には強
度部材（例えば、柱）を溶接したり、物品の取り付け座
になる。また、板９３、９３は工具５０の高さ位置を管
理するための座となる。工具５０を備える移動体は板９
３、９３をに載って移動する。板９３、９４によって、
このパネル９１、９２も２面構造体といえる。パネル９
１、９２は押出し型材である。

【００４３】図１４のパネル９１とパネル９２との接合
部の形状は図１と同様に板９６、９６を向き合わせてい
るが、図３、図５、図７、のように、重ねることができ
る。

【００４４】図１５は鉄道車両の構体への適用を示す図
である。構体は、側構体１０１、屋根構体１０２、床構
体１０３、長手方向の端部の妻構体１０４から構成され
る。

【００４５】側構体１０１、屋根構体１０２は例えば、
パネル３１、３２、８０ａ、８０ｂ、９１、９２の長手
方向を車両の長手方向にしている。側構体１０１と屋根
構体１０２との接続、側構体１０１と床構体１０３との
接続等はＭＩＧ溶接で行う。屋根構体１０２や側構体１
０１は円弧状であることが多い。パネル９１、９２を側
構体１０２に使用する場合、板９６、リブ９６がある面
が車内側であり、前記強度部材は柱となる。

【００４６】なお、図９のパネル３１、３２を勝手違い
に組み合わせることができる。突出した板３４ａ、３４
ａの端部が板３２側の凹部３９、３９に重なっている。
継ぎ手６０は使用しない。接合部を上下から同時に摩擦
接合できる。板３３、３４ａには図７のように凸部を設
けることができる。

【００４７】本発明の技術範囲は、特許請求の範囲の各
請求項の記載の文言あるいは発明が解決しょうとする課
題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。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、凸部を含む部材の端部
の面は部材の厚さ方向を向いているので、接合する２つ
の部材の突合せ部の空間が大きくならないので、良好な
摩擦接合を行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】図１において摩擦接合後の縦断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図４】図３において摩擦接合後の縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図６】図５において摩擦接合後の縦断面図である。

【図７】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図８】図７において摩擦接合後の縦断面図である。

【図９】本発明の他の実施例の摩擦接合の手順を説明す
る縦断面図である。

【図１０】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図１１】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図１３】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図１４】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図１５】鉄道車両の構体の斜視図である。

【符号の説明】

３１、３２：中空型材、３３、３４：板、３５：リブ、
３６：板、５０：接合用の回転体、３３ｂ、３４ｂ：角
部、３７ａ、３８ａ：凸部、３９：凹部、５１、５２：
中空形材、９１、９２：型材。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、部材の端部
において、該部材の厚さ方向に突出する凸部を備え、該
凸部を含む前記端部の面は実質的に前記厚さ方向に向い
ている摩擦接合用部材とすること、によって達成でき
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 101:02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部材の端部において、該部材の厚さ方向に
   突出する凸部を備え、 該凸部を含む前記端部の面は実質的に前記厚さ方向に向
   いていること、 を特徴とする摩擦接合用部材。
2. 【請求項２】第１の板と、該第１の板に実質的に平行な
   第２の板と、該２つの板を接続する第３の板と、パネル
   の一端側の前記第１の板の端部に沿って設けられ、パネ
   ルの厚さ方向の外側に突出する凸部と、を有し、 該凸部を含む前記端部の面は実質的に前記厚さ方向に向
   いていること、 を特徴とするパネル。
3. 【請求項３】請求項２において、パネルの前記一端側の
   前記第２の板の端部に沿って設けられ、パネルの厚さ方
   向の外側に突出する凸部を有し、 該凸部を含む前記端部の面は実質的に前記厚さ方向に向
   いていること、 を特徴とするパネル。