JPH1133751A

JPH1133751A - 構造体の製作方法

Info

Publication number: JPH1133751A
Application number: JP9196760A
Authority: JP
Inventors: Kinya Aota; 欣也青田; Masakuni Esumi; 昌邦江角; Yasuo Ishimaru; 靖男石丸; Hisanobu Okamura; 久宣岡村; Masao Funyu; 征夫舟生
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】実質的に平行な２つの板と前記２つの板を接続
する第３の部材とからなる２つのパネルどうしを結合す
る場合において、結合精度の低下を防ぐとともに、効率
的にパネル構造体を製作する方法を提供することにあ
る。【解決手段】治具台１上に配置された中空形材２の突合
せ面に回転体５を両面から挿入して、中空形材２の両面
を同時に接合する。この回転体５は一方が上向き接合で
あり、もう一方が下向き接合になるように配置されてお
り、それぞれの回転体５はモータ４に取り付けられてい
る。このモータ４をそれぞれ接合方向に移動させること
により中空形材２の両面を同時に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合方法
を用いた構造体の製作方法に関するものであり、例え
ば、アルミニウム合金製の鉄道車両や建築等に使用され
る二面構造体の接合方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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合わせ部、重ね部に適用され
る。これは特公表７−５０５０９０号公報（ＥＰ０６１
５４８０Ｂ１）、Welding & Metal Fabrication, Janua
ry 1995 １３頁から１６頁に示されている。

【０００３】鉄道車両の構体に用いられる二面構造体の
パネルは、中空状の形材をもちいたものは特開平２―２
４６８６３号公報に示され、ハニカムパネルのような積
層パネルをもちいたものは特開平４―１９０７１３号公
報に示されている。また、このような二面構造体の製作
方法として、特開平５―１７４３２９号公報、および特
開平５―１５０１１８号公報に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実質的に平行な２つの
板と前記２つの板を接続する第３の部材とからなる２つ
のパネルどうしの結合では、パネルのどうしを突合せ
て、パネルの両面の板の端部を結合する。そのため、従
来の溶融溶接では、パネルを治具にセットして下向きで
溶融溶接し、治具による拘束をはずし、パネルを反転し
て再度治具により拘束して、パネルのもう一方の面を下
向きで溶融溶接していた。

【０００５】前記溶融溶接には、アーク溶接法、プラズ
マ溶接法、電子ビーム溶接法、レーザ溶接法などが挙げ
られる。しかし、これらの溶融溶接法では溶融池には重
力により下向きの力が働くため、上向き溶接では溶接部
の品質を確保するのが難しく、通常は下向きで溶接され
ている。このため、パネルの溶接では、常に下向き溶接
になるように、パネルを反転して溶接施工する必要があ
った。しかし、この反転作業時には、一旦治具による拘
束を外すため、組合せ精度の低下を招く恐れがあった。

【０００６】また、特に鉄道車両のような大型の部材で
は、反転作業そのもの、及び治具の再拘束には、多大な
時間と労力を要していた。

【０００７】そこで本発明の目的は、組合せ精度の低下
を防ぎ、効率よくパネルを結合する製作方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的は、２つの回転
体により部材の両面をそれぞれ同時に固相接合すること
により達成される。これによれば、構造体を反転するこ
となく接合することができるため、治具による再拘束、
及び反転作業をする必要がなくなる。

【０００９】また、部材の一方の面を回転体により接合
し、他方の面を溶融溶接法により接合することによって
も達成される。これにおいて、前記回転体によって上向
き接合を行い、前記溶融溶接法によって下向き溶接を行
なえば、部材の上向きの結合は、固相接合により結合さ
れるため、良好な品質の接合が可能である。

【００１０】また、部材の接合線の延長線上に補助部材
を配置して、接合ビードの始終端が補助部材になるよう
に接合することにより、補助部材を取り除いた後には、
結合部の始終端に欠陥のない高品質の結合が可能であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施例１図２は接合すべき部材としての中空形材２、２どうしの
継手の形状の断面図を示す。中空形材２はアルミニウム
合金製であり、A6N01材を用いた。また、継手はI開先突
合せであり、両面から接合する構造である。

【００１２】図３は中空形材を固相接合する装置の外観
図を示す。中空形材２を治具台１上に配置して、拘束治
具４によりベース３に固定されている。一方、回転体５
はモータ６に取り付けられており、ガントリー７を接合
方向に移動させることにより、回転体５により中空形材
２どうしを接合させる。

【００１３】図１は中空形材の両面を接合する方法の断
面図を示す。まず、ベース３に固定した治具台１上に配
置された中空形材２の突合せ面に回転体５を両面から挿
入して、中空形材２の両面を同時に接合する。この回転
体５は一方が上向き接合であり、もう一方が下向き接合
になるように配置されており、それぞれの回転体５はモ
ータ６に取り付けられている。このモータ６をそれぞれ
接合方向に移動させることにより中空形材２の両面を同
時に接合することができる。また、下向きの接合の回転
体５は、図３に示したガントリー７により移動させる
が、一方、上向き接合の回転体５は、レール８上に配置
された駆動装置９により、接合方向に移動する。

【００１４】回転体５は、中空形材２、２に挿入する小
径部と、それよりも大径な大径部とからなる。小径部と
大径部とは同軸である。大径部を駆動装置６で回転させ
る。中空形材２、２の接合部は重ねられているので、小
径部の先端はこの重ね部まで到達している。小径部と大
径部との境は中空形材２、２の外面に近接している。

【００１５】また、接合部の板厚が厚い場合には、回転
体５と中空形材２とのあいだに働く板厚方向の摩擦力が
大きくなるため、２つの回転体５が中空形材２の厚さ方
向に対して常に同じ位置を接合するように回転体５を移
動させることにより、それぞれの摩擦力を打ち消すよう
に接合する。これにより、中空形材２の拘束を簡易にす
ることができる。

【００１６】なお、回転体５の材質は中空形材２よりも
硬いため、回転体５の周囲には塑性流動領域１０が生じ
る固相接合であるため、重力の影響を受けることなく、
上向き接合でも良好な接合部を得ることができる。

【００１７】また、中空形材２の両面を同時に接合でき
るため、中空形材２の片面を接合後に、中空形材２を反
転して、もう一方の面を接合する必要がないため、反転
作業を省略することができる。さらに、反転作業後に治
具により再度拘束する必要がないため、一度の拘束で中
空形材２を接合することができ、結合後の中空形材２の
組合せ精度の低下を防ぐことが可能である。

【００１８】また、本発明は、アルミニウム合金製のハ
ニカムパネルでも同様の効果が得られる。

【００１９】本実施例を鉄道車両構体に用いた例を示
す。図４に鉄道車両構体の斜視図を示す。構体は外板部
材１１と床部材１２から構成さる。それぞれの部材は中
空形材２の両面から点線で示した位置を固相接合により
接合されている。外板部材１１と床部材１２の結合は、
片面からの施工になるため、溶融溶接で溶接する。

【００２０】実施例２図５に中空形材２の継手形状の断面図を示す。本実施例
は中空形材２の両面結合において、一方の側は固相接合
で、もう一方の側は溶融溶接で結合する継手の形状を示
す。固相接合の継手の形状はI開先であり、溶融溶接の
継手の形状はV開先となっている。

【００２１】図６に中空形材の両面を接合する方法の断
面図を示す。上向きの結合は実施例１に示した固相接合
であるが、下向きの結合は溶融溶接であるMIG溶接法で
溶接したものである。下向きの結合は、溶融溶接でも可
能であるため、固相接合でなくても実施例１と同様の効
果が得られる。

【００２２】実施例３図７に中空形材を結合後の外観図を示す。本実施例は、
実施例１とどうように、中空形材２の両面を固相接合に
より接合したものであるが、接合の始終端には補助部材
１７を設けて、始端部の補助部材１７をビードオンプレ
ートで接合を行い、そのまま連続して中空形材２どうし
を突合せ接合を行い、さらに連続して終端部の補助部材
１７をビードオンプレートで接合する。そして、補助部
材１７と中空形材２とをグラインダーで切り取り、補助
部材を取り外す。なお、補助部材１７は、中空形材２と
厚さが同じであり、材質も同じである。また、補助部材
１７の形状は、ブロック形状のソリッド材でも、中空形
材２でもよい。

【００２３】図８にビード始終端の欠陥発生図を示す。
回転体５を用いた固相接合法では、回転体５と中空形材
２とのあいだに働く摩擦力により、ビード１６の始端で
は接合方向と反対に、終端では接合方向に、塑性流動領
域が部材から排出されることにより、ビード１６の始終
端には欠陥が発生する。そのため、補助部材１７を設け
ることにより、ビード１６の始終端に欠陥のない高品質
の中空形材２の接合が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、一度の拘束で部材の結
合が可能であるため、部材の一方の面を結合したのち、
拘束を外して部材を反転して再度拘束する必要がないた
め、結合精度の低下を防ぐことができる。また、部材の
反転作業、及び再度拘束する工程が必要ないため、効率
的に構造体を製作することができる。また、接合ビード
の始終端が補助部材になるよう接合することにより、接
合部の始終端に欠陥のない高品質の接合ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】中空形材の両面を接合する方法の断面図であ
る。

【図２】中空形材２どうしの継手の形状の断面図であ
る。

【図３】中空形材を固相接合する装置の外観図である。

【図４】鉄道車両構体の斜視図を示す

【図５】中空形材２の継手形状の断面図である。

【図６】中空形材の両面を接合する方法の断面図であ
る。

【図７】中空形材を結合後の外観図である。

【図８】ビード始終端の欠陥発生図である。

【符号の説明】１…治具台、２…中空形材、３…ベース、４…拘束治
具、５…回転体、６…モータ、７…ガントリー、８…レ
ール、９…駆動装置、１０…塑性流動領域、１１…外板
部材、１２…床部材、１３…MIG溶接トーチ、１４…溶
接アーク、１５…溶融池、１６…ビード、１７…補助部
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡村久宣茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者舟生征夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの部材の接合を回転体を用いて行なう
構造体の製作方法において、前記２つの部材の接合部であって、該２つの部材の一方
の外面の側および他方の外面の側にそれぞれ回転体を配
置し、該２つの回転体を回転させるとともに、実質的に
同時に前記接合部に沿って移動させること、を特徴とする構造体の製作方法。
【請求項２】請求項１において、接合線の長さ方向にお
いて実質的に同じ位置を接合するように前記２つの回転
体を移動させること、を特徴とする構造体の製作方法。
【請求項３】請求項１において、前記部材の接合線の延
長線上に補助部材を配置して、接合ビードの始終端が補
助部材になるよう接合すること、を特徴とする構造体の
製作方法。
【請求項４】２つの部材の接合を回転体を用いて行なう
構造体の製作方法において、前記２つの部材の接合部であって、該２つの部材の一方
の外面の側に配置した回転体によって接合を行い、他方の外面を溶融溶接法により溶接すること、を特徴とする構造体の製作方法。
【請求項５】請求項４において、前記回転体は前記部材
の下方の面を接合し、前記溶融溶接法は下向き溶接であ
ること、を特徴とするパネル構造体の製作方法。
【請求項６】請求項４において、前記部材の接合線の延
長線上に補助部材を配置して、接合ビードの始終端が補
助部材になるよう接合すること、を特徴とする構造体の
製作方法。