中空形材の接合継手及び接合体
【課題】寸法精度を緩和させて生産コストを下げることが可能な中空形材の接合継手及び接合体を提供すること。
【解決手段】上面板４１ａ，４１ｂの接合端面４５ａ，４５ｂには傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせて摩擦攪拌接合する第１接合部と、他方の下面板４２ａ，４２ｂの接合端部を重ね合わせ、アーク溶接などによって接合する第２接合部とを有し、一方の中空形材４０Ａは、第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材４０Ｂは、第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置する中空形材の接合継手。
【解決手段】上面板４１ａ，４１ｂの接合端面４５ａ，４５ｂには傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせて摩擦攪拌接合する第１接合部と、他方の下面板４２ａ，４２ｂの接合端部を重ね合わせ、アーク溶接などによって接合する第２接合部とを有し、一方の中空形材４０Ａは、第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材４０Ｂは、第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置する中空形材の接合継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方を摩擦攪拌接合し、他方をアーク溶接などによって接合する中空形材の接合継手及び接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム材を摩擦攪拌接合する場合、回転する攪拌ピンを挿入するとともに回転体を被接合部材に押付けて、攪拌ピンによって摩擦熱を発生させる。その際、接合ツールの反力に対処するため、被接合部材が裏当金で支えられるようにして行われる。この裏当金は被接合物の面板の裏面に密着させて設置するものであって高い剛性を必要とする。摩擦攪拌接合では、従来から、こうした工具に変えてボビンツール型の回転工具を用いた摩擦攪拌接合方法が提案されている。
【０００３】
図１３は、下記特許文献１に記載する摩擦攪拌接合方法を示した図である。この摩擦攪拌接合方法では、被接合部材であるアルミニウム合金のプレート１１０Ａ，１１０Ｂが端面同士突き合わされ、そうした接合部１３０に沿って摩擦攪拌接合用工具１００が移動する。その摩擦攪拌接合用工具１００は、ボビンツール型の回転工具であって、プレート１１０Ａ，１１０Ｂの上下を挟み込む上部回転体１０１と下部回転体１０２、そしてその間の攪拌軸１０３を備えて構成されている。摩擦攪拌接合用工具１００は、モータ１０４の駆動によって上部回転体１０１、下部回転体１０２及び攪拌軸１０３に回転が与えられ、攪拌軸１０３が接合部１３０に沿って矢印Ｆで示す方向に移動する。
【０００４】
攪拌軸１０３は、機械的攪拌によって周囲のアルミニウム合金（材料）を塑性流動化させ、上部回転体１０１と下部回転体１０２は、上下方向からプレート１１０Ａ，１１０Ｂを押さえ込んで可塑性ゾーンから材料が失われるのを防いでいる。従って、この状態で摩擦攪拌接合用工具１００が接合部１３０の連続する接合線に沿って移動すると、プレート１１０Ａ，１１０Ｂの軟化した材料は、塑性流動化して攪拌混練されつつ、移動する攪拌軸１０３の後方に流れる。そして、攪拌軸１０３の後方では、互いに混じり合ってできた可塑性材は摩擦熱を失って急速に冷却固化し、プレート１１０Ａ，１１０Ｂが接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平７−５０５０９０号公報
【特許文献２】特開平１１−３１４１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具１００によって接合する場合、接合部１３０の隙間が大きいと、摩擦攪拌接合後の肉厚が薄くなってしまう他、隙間の空気を巻き込んで接合部分に欠陥である空洞をつくってしまう。しかし、例えば鉄道車両用構体では、２０〜２５ｍもの長い距離に渡って突き合わせなければならないため、その寸法管理が容易ではなかった。従来の被接合部材は、図１３に示すように、突き合わされたプレート１１０Ａ，１１０Ｂの端面が垂直な平面であった。そのため、被接合部材端面の寸法公差に高い精度が必要な摩擦攪拌接合では、垂直な接合端面を有する被接合部材の加工費用が高価となる。同時に、摩擦攪拌接合に使用する治具も被接合部材の接合端面同士を正確に突き合わせるための高精度なものを要し、固定する際の位置決めと固定の作業工数も多くなって生産コストを上げてしまうという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、寸法精度を緩和させて生産コストを下げることが可能な中空形材の接合継手及び接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る中空形材の接合継手は、上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合するものであって、前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、一方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置するものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る中空形材の接合体は、上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合したものであって、前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、一方の第１中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の第２中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置し、第２中空形材の接合部に第１中空形材の接合部が嵌め込まれた継手部に、前記摩擦攪拌接合とアーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接による接合が行われたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上面板又は下面板の一方が摩擦攪拌接合され、他方はアーク溶接などが行われるため、上下の２箇所を接合する中空形材であっても、摩擦攪拌接合を行う一方についてその寸法精度が要求されるものの、アーク溶接などを行う他方に関してはその要求は低くなる。そして、特に摩擦攪拌接合を行う接合部の接合端面を傾斜させているため、より寸法公差の精度を落としてもよく、これによって生産コストを下げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図２】図１の被接合部材について、その接合端面同士のずれを示した図である。
【図３】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図４】図３に示す被接合部材の変形例について、被接合部材の継手部分を示した図である。
【図５】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図６】４枚の被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法について示した図である。
【図７】中空形材の接合継手について実施形態を示した図である。
【図８】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図９】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図１０】従来の被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図１１】被接合部材同士を突き合わせる接合端面の変位と許容範囲について示した図である。
【図１２】突出部を設けた被接合部材同士を突き合わせる接合端面の変位と許容範囲について示した図である。
【図１３】ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具を使用した摩擦攪拌接合について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係る中空形材の接合継手及び接合体について一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の被接合部材は、図１３に示す摩擦攪拌接合用工具１００のようなボビンツール型工具によって接合するものが対象であり、上部回転体１０１と下部回転体１０２とに挟み込まれて摩擦攪拌接合が行われる。そして、接合体は、その被接合部材によって構成されるものであり、摩擦攪拌接合方法は、その被接合部材をボビンツール型工具によって接合する方法である。
【００１３】
図１は、被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、互いに突き合わされる接合端面１１，１２が傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面１１が図面左側の接合端面１２の下になるように角度が付けられている。被接合部材１０Ａ，１０Ｂでは、その接合端面１１，１２の角度は４５度で形成されている。
【００１４】
ところで、接合体を製作する場合、その接合端部をある程度面外方向に変形させながら接合することは許容されている。なお、図１０に示すように、接合される被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂが図示するように水平に置かれたとした場合、左右の水平方向Ｘを「面内」方向と表現し、それに直交する上下方向ｙを「面外」方向と表現する。
被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの接合端面１１１，１１２にずれや隙間がある場合、摩擦攪拌接合用工具１００の上部回転体１０１と下部回転体１０２で挟み込むことによって、その挟み込まれた接合端部に変形が加えられることが許容されている。つまり、接合後の寸法公差と材料強度の双方の点において許容される範囲で、接合端部が面外方向に変形を加えられることが許容されている。また、面内方向については、部材単体の公差あるいは位置決め精度の範囲で生じた接合端面１１１，１１２の隙間を閉じるため、接合端部に面内方向の圧縮力が拘束治具によって加えられる。
【００１５】
接合する直前の状態において、面内方向の隙間に対する制約は、面外方向のずれに対する制約よりも厳しい。すなわち、被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの板厚をＴとすると、接合端面１１１，１１２について許容される位置の相対誤差は、面外誤差（ｙ方向の段差量）が−０．１Ｔ〜＋０．１Ｔであるのに対して、面内誤差（ｘ方向の開口量）が０〜０．０５Ｔである。発明者は様々な接合試験の結果、健全な継手を形成するには、突き合わされる部材の相対位置の許容量が前記のようであることを見出した。ところで、曲げに伴う被接合部材の面外変形に対する剛性は面内変形に対する剛性よりも、通常の寸法では１桁以上小さいことから、ツールの挟み込み荷重によって許容範囲で曲げを伴う弾性変形させることは現実的である。ここでは、要求精度が相対的に緩やかな面外方向の変位許容量と、施工の際の変形の許容量を利用し、面内方向の変位の必要精度をより緩やかにするための被接合部材について説明する。
【００１６】
そこで先ず、被接合部材同士を突き合わせる接合端面の相対位置のずれと、その許容量について説明する。図１１は、そのための説明図である。例えば、図１及び図１０に示す被接合部材１０や１１０であって、突き合わされる被接合部材の向かって左の被接合部材１０Ｂ，１１０Ｂを基準とし、右側の被接合部材１０Ａ，１１０Ａの正規の位置からのずれを（ｘ，ｙ）で表す。ここで、ｘ軸は面内方向相対位置を表し、正の値は相対的に隙間が空く方向にずれていることを意味する。一方、ｙ軸は面外方向相対位置を表し、正の値は相対的に右側の被接合部材の接合端面が図面上向きにずれていることを意味する。
【００１７】
図１０に示す従来の被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂのように、突き合わせた接合端面が垂直である場合、健全な継手を得るために接合時に許容しうる最大のずれ量は、面内方向にＯＣ、面外方向にＯＡであるとする。この接合可能な範囲は、接合端面同士の関係がＯ−Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｏに囲まれた半月状の範囲となる。ここでは、ＯＡ＝ＯＢであり、曲線Ａ−Ｃ−Ｂはｘ軸について対称である。なお、接合端面１１１，１１２が垂直である場合、第２象限と第３象限では被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂが重なり合ってしまうため、そのような位置で突き合わされることはない。
【００１８】
そして、従来の被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、接合端部をそれぞれ面外方向に変形させることが接合後の寸法公差と材料強度の両者において許容される場合、その許容される変形量を面外方向にＡＤ，ＥＢであるとする。この作用を容認すると、健全な接合が可能となる見地から、接合前に部材を固定する際の位置の許容範囲は縦に伸び、Ｏ−Ａ−Ｄ−Ｇ−Ｃ−Ｈ−Ｅ−Ｂ−Ｏで囲まれた半月状の範囲にまで広がる。ここで、ＡＤ＝ＣＧ＝ＨＣ＝ＥＢであり、Ｇ−Ｈの範囲はｙ軸と平行な線分である。そして、曲線Ｄ−Ｇは曲線Ａ−Ｃを平行移動したものであり、曲線Ｈ−Ｅは曲線Ｃ−Ｂを平行移動したものである。
【００１９】
次に、図１に示す被接合部材１０Ａ，１０Ｂについて説明する。図１０に示す被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの垂直な接合端面１１１，１１２の傾斜がゼロ度（ｙ軸）である。従って、ｙ軸を基準に傾斜角を見れば、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２は４５度の角度で傾斜している。そこで、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２について図１１上にその関係を示せば、時計回り方向に４５度傾いたａ−ｂが突き合せ面の隙間が無くなる線となる。ここで、曲線ａ−Ｃ−ｑ−ｂは曲線Ａ−Ｃ−Ｂの線形写像であり、Ｏ−ＡをＯ−ａに、Ｏ−ＣをＯ−Ｃにそれぞれ変換する１次変換によって写像したものである。この場合、点ａと点Ａのｙ座標は等しく、点ｂと点Ｂのｙ座標が等しい。そしてまた、点ｑは曲線ａ−Ｃ−ｂがｙ軸と交わる位置である。
【００２０】
４５度に傾斜した接合端面１１，１２は、ｙ座標の０の位置では、面内方向ｘの位置ずれの限界点がＣであって、傾斜ゼロの接合端面１１１，１１２と一致する。そして、直線ａ−ｂの図面左上方は、被接合部材１０Ａ，１０Ｂが重なり合う領域なので、そのような位置で接合端面１１，１２が突き合わされることはない。また、接合端面１１，１２同士の相対的な変位が第１象限にある場合は、右側の被接合部材１０Ａが左側の被接合部材１０Ｂよりもｙ軸方向に高い位置にある。このとき、摩擦攪拌接合用工具１００で被接合部材１０Ａ，１０Ｂを挟み込むと、接合端面１１が下がり接合端面１２が上がる方向に剛体移動または弾性変形し、接合端面１１，１２の面内方向ｘの距離が大きくなってしまう。そのため、接合端面１１，１２の距離が大きくなって隙間が広がれば、摩擦攪拌接合が行われた場合に摩擦攪拌接合部内に欠陥を誘発し、品質の良い接合部を得ることはできなくなる。よって、実用上接合可能な範囲は、傾斜した半月状の領域Ｏ−ｊ−ａ−ｋ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏから第１象限を除いた、Ｏ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏに囲まれた範囲となる。
【００２１】
そこで、剛体変位または弾性変形などによって、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２部分が面外方向ｙへ変形を許す場合の許容相対変形量がＡＤ，ＥＢであるとする。すると、実用上接合可能なＯ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏに囲まれた範囲は、そのＯ点およびＣ点がｇ点及びＧ点まで上がり、Ｃ点、ｑ点及びｂ点がＨ点、ｎ点及びｅ点へと下がる。そして、直線ａ−ｂのラインが４５度の傾斜のままｙ軸方向上向きに距離ＡＤだけ平行移動して直線ｆ−ｇとなり、曲線ａ−Ｃ−ｂはｙ軸方向下向きに距離ＡＤだけ平行移動して曲線ｈ−ｍ−ｎ−ｅとなる。更に、ｘ軸と平行な直線ｇ−ｈが引かれる。なお、ｂｆ＝ｅｂ＝Ｏｇ＝ＡＤ＝ＥＢである。よって、許容変位量を考慮した場合、実用上接合可能な範囲Ｏ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏは、拡大されて、ｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂに囲まれた範囲となる。
【００２２】
図１に示す被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、その接合端面１１，１２を傾けたことにより、適切に摩擦攪拌接合が可能な範囲を面内方向ｘについて従来のものより広くすることができた。すなわち、剛体変位、弾性変形または塑性変形による部材変位を考慮した場合であって、適切な摩擦攪拌接合を可能とする接合端面の相対的な位置関係は、従来の被接合部材１１０Ａ，１１０ＢではＯ−Ａ−Ｄ−Ｇ−Ｃ−Ｈ−Ｅ−Ｂ−Ｏの範囲であったものが、被接合部材１０Ａ，１０Ｂではｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂの範囲になり、面外方向ｙには許容範囲が狭くなる一方で面内方向ｘについて広くなった。
【００２３】
従来から面内方向ｘの許容量ＯＣの狭いことが部品の公差を制約し、位置決めや固定作業などによる生産コストのアップの原因になっていた。しかし、被接合部材１０Ａ，１０Ｂでは、前述したように接合端面１１，１２を傾けたことにより、面内方向ｘの許容量がＯ−Ｃからｐ−ｍに広がることになった。このことは、ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具１００で接合を行う場合、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２及び拘束治具について寸法公差の精度を下げることなどができ、位置決め精度も緩めることができ、そのことによって生産コストを下げることが可能になる。
【００２４】
摩擦攪拌接合用工具１００によって被接合部材１０Ａ，１０Ｂを接合する場合、接合端面１１，１２が形成された接合端部を上部回転体１０１と下部回転体１０２によって荷重を加えて挟み込む。そして、摩擦攪拌接合用工具１００が回転しながら接合線に沿って移動すると、攪拌軸１０３が、突き合わされた接合端面１１，１２部分を攪拌させ、その周囲の材料を塑性流動化させる。上部回転体１０１と下部回転体１０２は、上下から被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合部を押さえ込んで可塑性ゾーンから材料が失われるのを防いでいる。従って、この状態で摩擦攪拌接合用工具１００が接合部１３０に沿って移動すると、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの軟化した材料は塑性流動化して攪拌混練され、移動する攪拌軸１０３の後方に流れる。そして、その後方では摩擦熱を失って急速に冷却固化し、互いに混じり合ってできた可塑性材によって被接合部材１０Ａ，１０Ｂが接合され、接合体がつくられる。
【００２５】
接合端面１１，１２の相対的な位置関係がｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂの範囲内にある場合、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜している接合端面１１，１２が押し当てられる。そのため、摩擦攪拌時に被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２同士が押し当てられ、拘束治具を使って面内方向に圧縮力をかけて接合端面同士を押し当てる必要がなくなったり、またはその圧縮力を小さくすることができ、予荷重の弾性歪に相当する面内縮みを防ぐことができるようになった。また、被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、接合端面１１，１２同士が押し当てられるため、端面間の隙間が閉じられて接合時に空気が摩擦攪拌部に巻き込まれて空洞を発生させないようにできる。
【００２６】
ところで、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの面外方向の中心位置、すなわち厚さ方向中心が互いに重なることが好ましいが、実用上は、ある程度のずれや、そのことによる接合部分の肉厚減少も許容されている。しかし、傾斜した接合端面１１，１２によって、被接合部材１０Ａ，１０Ｂには接合端部に鋭角と鈍角ができるが、図２（ａ）に示すように、鈍角部が鋭角部よりもせり上がった状態（正断層）となるのは好ましくない。上部回転体１０１と下部回転体１０２との挟み込みによって被接合部材１０Ａが相対的に下降し、接合端面１１，１２の隙間が更に大きく開いてしまうからである。その一方で、図２（ｂ）に示すように、鋭角部が鈍角部よりもせり上がった状態（逆断層）となる場合には、上部回転体１０１と下部回転体１０２との挟み込みによって被接合部材１０Ａが相対的に上昇し、接合端面１１，１２の隙間が小さくなる。
【００２７】
よって、傾斜した接合端面１１，１２が形成された被接合部材１０Ａ，１０Ｂを接合する場合には、図２（ｂ）に示すように、接合端部の厚さ方向中心１３が互いに相手の鈍角部側にずれるように逆断層状態に配置しておき、摩擦攪拌接合用工具１００に挟み込まれて一致するようにするのが好ましい。これにより、図１１において、限界線Ｏ−Ｃおよび限界線ｇ−ｈがそれぞれ上に平行移動し、接合可能な領域がより広がることになる。
そこで、このとき逆断層の状態で配置された被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端部を、上部回転体１０１と下部回転体１０２とで挟み込んで摩擦攪拌接合が行われる。鋭角部を含む部材面が鈍角部を含む部材面よりも回転体１０１，１０２のショルダ面が強く接触し、その状態で攪拌軸１０３が接合端面１１，１２部分を攪拌させ、材料が塑性流動化して攪拌混練し、被接合部材１０Ａ，１０Ｂが接合される。
【００２８】
次に、図３は、被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材２０Ａ，２０Ｂは、図１のものと同様に、互いに突き合わされる接合端面２１，２２が４５度の角度で傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面２１が図面左側の接合端面２２の下になるように角度が付けられている。そして、被接合部材２０Ａ，２０Ｂの接合端部には、上部回転体１０１と下部回転体１０２のショルダ面の径よりも大きい幅になるように突出部２３，２４が形成されている。突出部２３，２４は、接合端面２１，２２に沿って部材長手方向（図面を貫く方向）に連続して形成され、下面側に突設されている。なお、板厚をＴとした場合、突出部２３，２４の板厚Ｔ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００２９】
被接合部材２０Ａ，２０Ｂは、接合端面２１，２２が図示するように逆断層状態で配置され、その突き合わされた接合端面２１，２２の接合部が接合線に沿って摩擦攪拌接合される。よって、前記図１のものと同様な効果を奏する。すなわち、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜した接合端面２１，２２が押し付けられて隙間が閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。そして、接合端面２１，２２の隙間を閉じた状態で摩擦攪拌接合を行うため、被接合部材２０Ａ，２０Ｂを接合してできた接合体の接合部における空洞の発生が抑止される。
【００３０】
そして更に、接合端部に突出部２３，２４が設けられているため、板厚が増したことによって、接合部が肉厚になって摩擦攪拌時の熱影響による強度低下を補うことができるだけでなく、塑性流動して空間を埋める作用が増すことで接合時の許容開口量そのものを広げる効果もある。
なお、こうして接合端部に突出部を設ける場合は、図４に示す被接合部材２０Ｃ，２０Ｄのように、鋭角部側に突出部２７，２８を形成するようにしてもよい。なお、この場合でも突出部２７，２８は、接合端面２５，２６に沿って部材長手方向に連続して形成され、板厚をＴとした場合、突出部２７，２８のＴ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００３１】
ところで、接合端面１１，１２などの角度を４５度として説明したが、角度の変更は可能であり、２０度から７０度の範囲で傾斜角度を変えることが好ましい。これは、２０度より小さい角度では、傾斜を付けて面内方向の許容範囲を広げることの効果が小さく、逆に７０度を超える範囲では接合範囲が広がってしまい摩擦攪拌接合用工具１００による接合端面の適切な接合ができなくなるからである。より具体的には次の様な理由による。
【００３２】
先ず、２０度の値に関しては次のような理由による。接合端面の傾斜角θを０度から徐々に大きくすれば、図１１に示す面内方向ｘの変位許容量の増加（線分Ｃ−ｍ）は、ｔａｎθに比例するのでθが大きいほど有利である。従って、傾斜角θが小さいと線分Ｃ−ｍに相当する長さが短いため十分なメリットが得られない。また、上部及び下部回転体１０１，１０２による挟み込み荷重は、傾斜している接合端面を介し、接線力や法線力として伝達されて面内圧縮として作用する。そして、こうした接触面の摩擦力を無視すると、上部及び下部回転体１０１，１０２の挟み込み荷重を一定に保持したときに面内圧縮力の値はｃｏｔθ＝１÷ｔａｎθに比例する。
【００３３】
面外方向ｙの変位の許容量（線分Ｏ−Ａ）は０．１Ｔで、開口許容量（線分Ｏ−Ｃ）は０．０５Ｔである。面外方向の寸法許容量は、±０．０５Ｔなのでトータル０．１Ｔの変位が許容される。この条件で、公差等級を１等級ゆるめることができる量１．２５倍ほど開口許容量を増やすためには、θは２０度である（θ＝２０度のとき、線分Ｏ−ｍ＝１．２５×線分Ｏ−Ｃ）。適度な圧縮力は、欠陥（空洞）の発生を抑止するために有効であるが、傾斜角θが小さいとｃｏｔθが大きくなって面内圧縮が過大になり、部材の座屈や破壊などの悪影響がある。しかし、θが２０度の場合は、ｃｏｔθ＝２．７５となって面内圧縮もが過大にならなかった。
【００３４】
一方、７０度に関しては次のような理由による。攪拌軸１０３の径は板厚に近い値が採用されるが、被接合部材の端部同士を確実に接合するためには、接合端面を攪拌軸１０３による摩擦攪拌部分に巻き込んで攪拌混練する必要がある。実用上のピン直径は板厚をＴとして、０．５Ｔ〜２．５Ｔの範囲にある。この比率は板厚に依存し、Ｔ＝２ｍｍ程度の薄板では相対的に太い比率のものが使用され、Ｔ＝３０ｍｍ程度の厚板に対しては相対的に細い比率のものが使用される。そこで、直径を２．５Ｔとした場合に、接合端面が全て摩擦攪拌されるような角度θは７０度である。
【００３５】
なお、前記の角度４５度は、被接合部材１０Ａ，１０Ｂなどの板厚が２ｍｍ〜５ｍｍの場合である。例えば、接合体である鉄道車両用構体によく用いられるアルミ合金では、押出し形材の接合部での板厚が２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。この板厚に限定した場合、ピン直径は板厚をＴとして、Ｔ〜２．５Ｔの範囲のものが用いられる。細い比率のものほど、強度品質の高い接合結果を得ることができるが、ピンの耐久性が低下するので実用上は１．２５Ｔ程度のものが最もよく用いられる。接合時に与える弾性変形などによる面外方向の寸法変位量として０．１Ｔ（±０．５Ｔ）を考慮すると、接合線は０．１Ｔ×ｔａｎθ分だけ面内方向に広がる可能性があるので、この分を見込むと傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。
【００３６】
また、後述するように、傾斜した接合端面によってできる鋭角部に対し、面取りやＲ加工を施すような被接合部材の提案もあるが、５０度を超えて角度が鋭くなると、面取りなどによって除去する分量が増えてしまい断面積が減少し接合部の板厚がやせてしまう。従って、板厚の低下や品質の低下につながるため傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。更に、接合作業にあたっては、位置決めのための部材の移動や、面内開口を閉じることを目的として、面内圧縮荷重を加える工程がある。面内方向に圧縮力が加わった場合、傾斜角θが大きいと接合中に生じるこの面内圧縮力のため傾斜した接合端面が滑って変位しようとする。面内圧縮力を一定に保ったとき、斜面の楔作用による面外方向力はｔａｎθ倍になり、傾斜角θを大きくしすぎると面外方向の力が過大となって、板が曲がるなどの悪影響が生じてしまう。従って、こうした点でも板厚の低下や品質の低下につながるため傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。
【００３７】
ところで、図４に示す被接合部材２０Ｃ，２０Ｄでは、突出部２７，２８を除く板厚Ｔの部分が面内方向に一致する正寸位置で、その突出部２７，２８が形成された接合端部の厚さ方向中心が互いに相手の鈍角部側にずれ、鋭角部が鈍角部よりも面外方向に上下に出っ張るようにせり上がっている。このとき、突出部２７，２８の面外方向の突出量をｗ１，ｗ２とすると、図１１に示すように接合可能範囲が増加することになる。すなわち、図１２に示すように面外弾性変形ＡＤを許容する場合の接合可能範囲が、ｗ１，ｗ２の絶対値が小さい方の値だけ面外方向に広がり、ｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｔ−ｕ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂによって囲まれた範囲になる。
【００３８】
次に、図５は、被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材３０Ａ，３０Ｂは、前記図１のものと同様に、互いに突き合わされる接合端面３１，３２が傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面３１が図面左側の接合端面３２の下になるように角度が付けられている。この被接合部材３０Ａ，３０Ｂでは、その接合端面３１，３２の角度は４５度で形成されている。そして、接合端面３１，３２によってできる鋭角部が面取りによって削除されている。面取りされた返し面３３，３４は、被接合部材３０Ａ，３０Ｂの長手方向に連続して形成されている。更に、被接合部材３０Ａ，３０Ｂには、返し面３３，３４が形成された側に突出部３５，３６が形成されている。この突出部３５，３６も部材長手方向に連続して形成されており、板厚をＴとした場合、突出部２７，２８のＴ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。なお、返し面３３，３４は、テーパ面でなくＲ面としてもよい。
【００３９】
接合端部が鋭角であると、図４に示すように接合端面２５，２６が突き合わされた場合、鋭角部２５ａ，２６ａが被接合部材２０Ｃ，２０Ｄの表面から飛び出してしまい、その下に鋭角となる隅部２９ができる。摩擦攪拌接合用工具１００は一定方向に回転しながら接合線上を移動するので、被接合部材２０Ｃ，２０Ｄの表か裏のいずれか一方は、接合前の材料に対して攪拌軸１０３の周運動がこの鋭角部２５ａ又は２６ａと衝突することになる。すると、上部又は下部回転体１０１，１０２の回転運動が、隅部を基点として鋭角部２５ａ又は２６ａを引き裂くことになり、空隙を巻き込むように溶接欠陥が生じる可能性がある。そこで、被接合部材３０Ａ，３０Ｂは、返し面３３，３４を形成することにより、鋭角な隅部を生じさせることなく溶接欠陥の発生を防止して、より確実に品質の良い接合部を得ることができる。
【００４０】
接合時には接合部材３０Ａ，３０Ｂの接合端面３１，３２が突き合わされるが、その際、返し面３３，３４がもう一方の接合部材３０Ａ，３０Ｂの表面よりも全てが面外方向に出ていなければならないわけではない。攪拌軸１０３によって攪拌混練された接合部の材料が、接合端面３１と返し面３４（又は接合端面３２と返し面３３）との谷を超えて塑性流動するからである。そして、被接合部材３０Ａ，３０Ｂの接合端部に返し面３３，３４が形成されている方が、先端が鋭角のままである場合よりも取り扱い易くなる。
【００４１】
次に、傾斜した接合端面を有する被接合部材を３枚以上並べて接合体を構成する場合の接合方法について説明する。図６は、４枚の被接合部材を接合するために配置した状態の端面図である。被接合部材１０（１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ）は、図面左右の幅方向両端に接合端面１３が平行に形成された板材であって、図６にはその長手方向の端面が示されている。被接合部材１０は、左右の接合端面１３がハの字に広がり、長手方向断面が台形形状をしたものである。そして、被接合部材１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈが交互に上下の向きを反転させ、隣り合う被接合部材１０の接合端面１３が突き合わされている。
【００４２】
３枚以上の被接合部材１０からなる接合体を作成する場合には、通常、これら被接合部材１０をまとめて治具上に固定して摩擦攪拌接合が行われる。その際、隣り合う接合端面１３同士がなるべく隙間無く突き合わされるようにするため、治具への固定作業や隣接する接合線の接合作業、その接合線の接合作業が行われ、それに伴って被接合部材１０の間には面内圧縮荷重Ｎがかかる。
【００４３】
従って、仮に接合端面１３が全て同じ向きに傾いて長手方向断面が菱形をしたものであるとすると、面内圧縮荷重Ｎが加わることによって部材が回転しながら浮きあがろうとする副作用が働いてしまい、一本の接合線ごとに追加の支持機構が必要となってしまう。これに対して、ここでは長手方向断面を台形形状にし、接合端面１３同士の突き合わせ方向が交互に反転している。これによれば、面内圧縮荷重Ｎがかかった場合でも、接合端面１３の傾きによって、例えば被接合部材１０Ｅ，１０Ｇは沈み込もうとする方向に力が作用し、被接合部材１０Ｆ，１０Ｈは浮き上がろうとする力が作用する。よって、治具は定盤の上に配置するので、沈み込もうとする作用は自然に抑制することができる。そのため、浮き上がろうとする被接合部材１０だけ反力をとればよいことになり、治具の構成が簡易になる。
【００４４】
次に、図７は、本発明の実施形態である中空形材の接合継手を示した図である。この被接合部材４０Ａ，４０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板４１ａ，４１ｂと下面板４２ａ，４２ｂおよび、その上面板４１ａと下面板４２ａ、或いは上面板４１ｂと下面板４２ｂとを連結する複数のリブ４３ａ，４３ｂによって構成された中空形材である。そして、本実施形態の接合体は、この被接合部材４０Ａ，４０Ｂの接合に際して上面板４１ａ，４１ｂを摩擦攪拌接合し、下面板４２ａ，４２ｂをアーク溶接によって接合して構成するものである。従って、摩擦攪拌接合を行う上面板４１ａ，４２ａ同士の寸法精度が要求されるが、他方の下面板４２ａ，４２ｂの寸法精度は低くて済む。なお、下面板４２ａ，４２ｂの接合は、アーク溶接の他、レーザ溶接やレーザハイブリッド溶接であってもよい。
【００４５】
上面板４１ａ，４１ｂは、前記図１の被接合部材１０Ａ，１０Ｂと同様に、互いに突き合わされる接合端面４５ａ，４５ｂが傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面４５ａが図面左側の接合端面４５ｂの下になるように４５度の角度で形成されている。一方、アーク溶接を行う下面板４２ａ，４２ｂは、片側の下面板４２ａには段差部４６が形成され、そこに下面板４２ｂ先端が重ねられるようになっている。そして、下面板４２ａ，４２ｂの端面は開先４７を構成する傾斜面が形成されている。更に、このような構成の継手部分は、被接合部材４０Ａが被接合部材４０Ｂ側に入り込むようになっている。つまり、上面板４１ａ，４１ｂ側では、接合端面４５ａが接合端面４５ｂの下方、すなわち形材内側に配置され、下面板４２ａ，４２ｂ側では、下面板４２ａ側の段差部５６が下面板４２ｂの先端部の上方、すなわち形材内部に配置される。
【００４６】
そこで、被接合部材４０Ａ，４０Ｂを接合してなる接合体は、先ず上面板４１ａ，４１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板４２ａ，４２ｂのアーク溶接が行われる。そのため、上下の２箇所を接合する中空形材であっても、一方のみを摩擦攪拌接合するため、寸法精度はその上面板４１ａ，４１ｂの寸法精度が要求されるが、他方の下面板４２ａ，４２ｂの寸法精度は低くて済む。しかも、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜した接合端面４５ａ，４５ｂが押し付けられて隙間が閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。そして、接合端面４５ａ，４５ｂの隙間を閉じた状態で摩擦攪拌接合を行うため、上面板４１ａ，４１ｂを接合してできた接合体の接合部における空洞の発生が抑止される。
【００４７】
また、継手部分は被接合部材４０Ａが被接合部材４０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
なお、上面板４１ａ，４１ｂについては、接合端面４５ａ，４５ｂの角度を設定すること、鋭角部を面取りして返し面を形成すること、或いは板厚を大きくした突出部を形成することを、それぞれ加えた中空形材の被接合部材４０Ａ，４０Ｂとしてもよい。
【００４８】
次に、図８は、被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板５１ａ，５１ｂと下面板５２ａ，５２ｂおよび、その上面板５１ａと下面板５２ａ、或いは上面板５１ｂと下面板５２ｂとを連結する複数のリブ５３ａ，５３ｂによって構成された中空形材である。そして、被接合部材５０Ａ，５０Ｂの接合に際して上面板５１ａ，５１ｂ、下面板５２ａ，５２ｂをともに摩擦攪拌接合するようにしている。そのため、突き合わされる接合端面５５ａ，５５ｂ、接合端面５６ａ，５６ｂがそれぞれの角度で傾斜した平面によって形成されている。
【００４９】
被接合部材５０Ａ，５０Ｂの継手部分は、一方が他方に嵌り込むように形成されている。被接合部材５０Ａの接合端面５５ａ，５６ａが共に内側の狭まる方向に傾斜し、被接合部材５０Ｂの接合端面５５ｂ，５６ｂが共に外側の広がる方向に傾斜している。このとき、被接合部材５０Ａの接合端面５５ａ，５６ａは、その延長線がほぼ直交するようにそれぞれの角度で形成され、これらに突き合わせられる被接合部材５０Ｂの接合端面５５ｂ，５６ｂも同様の角度で形成されている。
【００５０】
更に、上面板５１ａ，５１ｂが先に摩擦攪拌接合され、その後に下面板５２ａ，５２ｂが摩擦攪拌接合される。従って、上面板５１ａ，５１ｂの接合時に下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂが突き当たってしまい、接合端面５５ａ，５５ｂの突き合わせの妨げにならないように構成されている。すなわち、上面板５１ａ，５１ｂの接合端面５５ａ，５５ｂが突き合わせられた際、下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂの間に隙間が空き、且つ上面板５１ａ，５１ｂが熱収縮した後も下の開口量が適正であるような寸法で形成されている。そして、その下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂは、上面板５１ａ，５１ｂの接合端面５５ａ，５５ｂよりも面内方向の許容範囲が大きくなるように傾斜角度が大きく形成されている。
【００５１】
よって、被接合部材５０Ａ，５０Ｂの接合では、先に上面板５１ａ，５１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板５２ａ，５２ｂが摩擦攪拌接合される。その際、接合端面５５ａ，５５ｂや接合端面５６ａ，５６ｂを傾斜した平面にしたため、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって接合端面５５ａ，５５ｂ或いは接合端面５６ａ，５６ｂが押し付けられ、接合部における空洞の発生が抑止される。そして、接合時には接合端面５５ａ，５５ｂの隙間を閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。また、継手部分は被接合部材５０Ａが被接合部材５０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
【００５２】
上下の接合端面５５ａと５６ａ（５５ｂと５６ｂ）の延長線が直交するように角度が設定されているので、それぞれの寸法合わせの干渉量が最小になる。また、例えば一方の接合端面５５ａ，５５ｂの位置を調整したときに、もう一方の接合端面５６ａ，５６ｂに与える影響が小さいので位置合わせが容易になる。
また、上面板５５ａ，５５ｂの接合が優先され、下面板５６ａ，５６ｂ側が同時に当たらないようにしたが、傾斜角度を大きくして許容量を増やし、隙間を空けるようにしたため、先の接合による熱歪の影響を受けることなく品質の高い接合を得るとともに、治具にワークを固定する作業のコストを下げることができる。
【００５３】
ところで、図４の被接合部材２０Ｃ，２０Ｄを示して説明したように、鋭角部が鈍角部よりも面外方向にせり上がるように部材を配置することで接合可能範囲が増加することになる。従って、上面板５５ａ，５５ｂの接合が優先され、下面板５６ａ，５６ｂ側が同時に当たらないようにする場合、被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、下面板５６ａ，５６ｂ側について鋭角部が鈍角部よりも面外方向（中空型材の外側）にせり上がるようにしてもよい。また、被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、上面板５５ａ，５５ｂと下面板５６ａ，５６ｂとの両方について鋭角部が鈍角部よりも面外方向にせり上がるようにし、特に下面板５６ａ，５６ｂ側のせり上がり量を上面板５５ａ，５５ｂ側のせり上がり量より大きくするようにしてもよい。
【００５４】
また、被接合部材５０Ａ，５０Ｂでは、下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂの傾斜角度が大きくなり、鋭角部の角度がより小さくなってしまっている。そこで、図９に示す被接合部材について提案する。この被接合部材６０Ａ，６０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板６１ａ，６１ｂと下面板６２ａ，６２ｂおよび、その上面板６１ａと下面板６２ａ、或いは上面板６１ｂと下面板６２ｂとを連結する複数のリブ６３ａ，６３ｂによって構成された中空形材である。そして、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの接合に際して上面板６１ａ，６１ｂ、下面板６２ａ，６２ｂをともに摩擦攪拌接合するようにしている。そのため、突き合わされる接合端面６５ａ，６５ｂ、接合端面６６ａ，６６ｂがそれぞれの角度で傾斜した平面によって形成されている。
【００５５】
更に、下面板６２ａ，６２ｂの先端部分は、リブ６３ａ，６３ｂから面内方向へ突き出した部分が内側と外側とにそれぞれ突出した突出部６７ａ，６７ｂになっている。そして、下面板６２ａ，６２ｂの接合端面６６ａ，６６ｂによってできる鋭角部を面取りして返し面６８ａ，６８ｂが形成されている。この突出部６７ａ，６７ｂや返し面６８ａ，６８ｂは、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの長手方向に連続して形成されている。そして、下面板６２ａ，６２ｂの板厚をＴとした場合、突出部６７ａ，６７ｂの板厚Ｔ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００５６】
よって、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの接合では、先に上面板６１ａ，６１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板６２ａ，６２ｂが摩擦攪拌接合される。その際、接合端面６５ａ，６５ｂや接合端面６６ａ，６６ｂを傾斜した平面にしたので、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって接合端面６５ａ，６５ｂ或いは接合端面６６ａ，６６ｂが押し付けられ、接合部における空洞の発生が抑止される。そのため、接合時には接合端面６５ａ，６５ｂの隙間が閉じられ、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。また、継手部分は被接合部材６０Ａが被接合部材６０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
【００５７】
上下の接合端面６１ａと６２ａ（６１ｂと６２ｂ）の延長線が直交するように角度が設定されているので、それぞれの寸法合わせの干渉量が最小になる。また、一方の例えば接合端面６１ａ，６１ｂの位置を調整したときに、もう一方の接合端面６２ａ，６２ｂに与える影響が小さいので位置合わせが容易になる。
また、上面板６１ａ，６１ｂの接合が優先され、下面板６２ａ，６２ｂ側が同時に当たらないようにしたが、鋭角部を鈍角部よりもせり上がり量を増やし、かつ板厚を増やし、隙間を空けるようにしたため、先の接合による熱歪の影響を受けることなく品質の高い接合を得るとともに、治具にワークを固定する作業のコストを下げることができる。
【００５８】
また、鋭角となる隅部が存在すると、隅部を基点として材料が引き裂かれることになり、空隙を巻き込むように溶接欠陥が生じる可能がある。しかし、被接合部材６０Ａ，６０Ｂは、返し面６８ａ，６８ｂを形成することにより、鋭角な隅を生じさせることなく溶接欠陥の発生を防止して、より確実に品質の良い接合部を得ることができる。
そして更に、接合端部に突出部６７ａ，６７ｂを設けたため、板厚が増したことによって、接合部が肉厚になって摩擦攪拌時の熱影響による強度低下を補うことができるだけでなく、塑性流動させることによって空間を埋める作用が増すので、接合時の許容開口量そのものを広げる効果もある。
【００５９】
以上、本発明に係る被接合部材、接合体及び摩擦攪拌接合方法について一実施形態を説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
４０Ａ，４０Ｂ 被接合部材
４１ａ，４１ｂ 上面板
４２ａ，４２ｂ 下面板
４３ａ，４３ｂ リブ
４５ａ，４５ｂ 接合端面
４６ 段差部
１００ 摩擦攪拌接合用工具
１０１ 上部回転体
１０２ 下部回転体
１０３ 攪拌軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方を摩擦攪拌接合し、他方をアーク溶接などによって接合する中空形材の接合継手及び接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム材を摩擦攪拌接合する場合、回転する攪拌ピンを挿入するとともに回転体を被接合部材に押付けて、攪拌ピンによって摩擦熱を発生させる。その際、接合ツールの反力に対処するため、被接合部材が裏当金で支えられるようにして行われる。この裏当金は被接合物の面板の裏面に密着させて設置するものであって高い剛性を必要とする。摩擦攪拌接合では、従来から、こうした工具に変えてボビンツール型の回転工具を用いた摩擦攪拌接合方法が提案されている。
【０００３】
図１３は、下記特許文献１に記載する摩擦攪拌接合方法を示した図である。この摩擦攪拌接合方法では、被接合部材であるアルミニウム合金のプレート１１０Ａ，１１０Ｂが端面同士突き合わされ、そうした接合部１３０に沿って摩擦攪拌接合用工具１００が移動する。その摩擦攪拌接合用工具１００は、ボビンツール型の回転工具であって、プレート１１０Ａ，１１０Ｂの上下を挟み込む上部回転体１０１と下部回転体１０２、そしてその間の攪拌軸１０３を備えて構成されている。摩擦攪拌接合用工具１００は、モータ１０４の駆動によって上部回転体１０１、下部回転体１０２及び攪拌軸１０３に回転が与えられ、攪拌軸１０３が接合部１３０に沿って矢印Ｆで示す方向に移動する。
【０００４】
攪拌軸１０３は、機械的攪拌によって周囲のアルミニウム合金（材料）を塑性流動化させ、上部回転体１０１と下部回転体１０２は、上下方向からプレート１１０Ａ，１１０Ｂを押さえ込んで可塑性ゾーンから材料が失われるのを防いでいる。従って、この状態で摩擦攪拌接合用工具１００が接合部１３０の連続する接合線に沿って移動すると、プレート１１０Ａ，１１０Ｂの軟化した材料は、塑性流動化して攪拌混練されつつ、移動する攪拌軸１０３の後方に流れる。そして、攪拌軸１０３の後方では、互いに混じり合ってできた可塑性材は摩擦熱を失って急速に冷却固化し、プレート１１０Ａ，１１０Ｂが接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平７−５０５０９０号公報
【特許文献２】特開平１１−３１４１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具１００によって接合する場合、接合部１３０の隙間が大きいと、摩擦攪拌接合後の肉厚が薄くなってしまう他、隙間の空気を巻き込んで接合部分に欠陥である空洞をつくってしまう。しかし、例えば鉄道車両用構体では、２０〜２５ｍもの長い距離に渡って突き合わせなければならないため、その寸法管理が容易ではなかった。従来の被接合部材は、図１３に示すように、突き合わされたプレート１１０Ａ，１１０Ｂの端面が垂直な平面であった。そのため、被接合部材端面の寸法公差に高い精度が必要な摩擦攪拌接合では、垂直な接合端面を有する被接合部材の加工費用が高価となる。同時に、摩擦攪拌接合に使用する治具も被接合部材の接合端面同士を正確に突き合わせるための高精度なものを要し、固定する際の位置決めと固定の作業工数も多くなって生産コストを上げてしまうという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、寸法精度を緩和させて生産コストを下げることが可能な中空形材の接合継手及び接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る中空形材の接合継手は、上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合するものであって、前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、一方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置するものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る中空形材の接合体は、上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合したものであって、前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、一方の第１中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の第２中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置し、第２中空形材の接合部に第１中空形材の接合部が嵌め込まれた継手部に、前記摩擦攪拌接合とアーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接による接合が行われたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上面板又は下面板の一方が摩擦攪拌接合され、他方はアーク溶接などが行われるため、上下の２箇所を接合する中空形材であっても、摩擦攪拌接合を行う一方についてその寸法精度が要求されるものの、アーク溶接などを行う他方に関してはその要求は低くなる。そして、特に摩擦攪拌接合を行う接合部の接合端面を傾斜させているため、より寸法公差の精度を落としてもよく、これによって生産コストを下げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図２】図１の被接合部材について、その接合端面同士のずれを示した図である。
【図３】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図４】図３に示す被接合部材の変形例について、被接合部材の継手部分を示した図である。
【図５】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図６】４枚の被接合部材を接合する摩擦攪拌接合方法について示した図である。
【図７】中空形材の接合継手について実施形態を示した図である。
【図８】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図９】被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図１０】従来の被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。
【図１１】被接合部材同士を突き合わせる接合端面の変位と許容範囲について示した図である。
【図１２】突出部を設けた被接合部材同士を突き合わせる接合端面の変位と許容範囲について示した図である。
【図１３】ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具を使用した摩擦攪拌接合について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係る中空形材の接合継手及び接合体について一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の被接合部材は、図１３に示す摩擦攪拌接合用工具１００のようなボビンツール型工具によって接合するものが対象であり、上部回転体１０１と下部回転体１０２とに挟み込まれて摩擦攪拌接合が行われる。そして、接合体は、その被接合部材によって構成されるものであり、摩擦攪拌接合方法は、その被接合部材をボビンツール型工具によって接合する方法である。
【００１３】
図１は、被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、互いに突き合わされる接合端面１１，１２が傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面１１が図面左側の接合端面１２の下になるように角度が付けられている。被接合部材１０Ａ，１０Ｂでは、その接合端面１１，１２の角度は４５度で形成されている。
【００１４】
ところで、接合体を製作する場合、その接合端部をある程度面外方向に変形させながら接合することは許容されている。なお、図１０に示すように、接合される被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂが図示するように水平に置かれたとした場合、左右の水平方向Ｘを「面内」方向と表現し、それに直交する上下方向ｙを「面外」方向と表現する。
被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの接合端面１１１，１１２にずれや隙間がある場合、摩擦攪拌接合用工具１００の上部回転体１０１と下部回転体１０２で挟み込むことによって、その挟み込まれた接合端部に変形が加えられることが許容されている。つまり、接合後の寸法公差と材料強度の双方の点において許容される範囲で、接合端部が面外方向に変形を加えられることが許容されている。また、面内方向については、部材単体の公差あるいは位置決め精度の範囲で生じた接合端面１１１，１１２の隙間を閉じるため、接合端部に面内方向の圧縮力が拘束治具によって加えられる。
【００１５】
接合する直前の状態において、面内方向の隙間に対する制約は、面外方向のずれに対する制約よりも厳しい。すなわち、被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの板厚をＴとすると、接合端面１１１，１１２について許容される位置の相対誤差は、面外誤差（ｙ方向の段差量）が−０．１Ｔ〜＋０．１Ｔであるのに対して、面内誤差（ｘ方向の開口量）が０〜０．０５Ｔである。発明者は様々な接合試験の結果、健全な継手を形成するには、突き合わされる部材の相対位置の許容量が前記のようであることを見出した。ところで、曲げに伴う被接合部材の面外変形に対する剛性は面内変形に対する剛性よりも、通常の寸法では１桁以上小さいことから、ツールの挟み込み荷重によって許容範囲で曲げを伴う弾性変形させることは現実的である。ここでは、要求精度が相対的に緩やかな面外方向の変位許容量と、施工の際の変形の許容量を利用し、面内方向の変位の必要精度をより緩やかにするための被接合部材について説明する。
【００１６】
そこで先ず、被接合部材同士を突き合わせる接合端面の相対位置のずれと、その許容量について説明する。図１１は、そのための説明図である。例えば、図１及び図１０に示す被接合部材１０や１１０であって、突き合わされる被接合部材の向かって左の被接合部材１０Ｂ，１１０Ｂを基準とし、右側の被接合部材１０Ａ，１１０Ａの正規の位置からのずれを（ｘ，ｙ）で表す。ここで、ｘ軸は面内方向相対位置を表し、正の値は相対的に隙間が空く方向にずれていることを意味する。一方、ｙ軸は面外方向相対位置を表し、正の値は相対的に右側の被接合部材の接合端面が図面上向きにずれていることを意味する。
【００１７】
図１０に示す従来の被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂのように、突き合わせた接合端面が垂直である場合、健全な継手を得るために接合時に許容しうる最大のずれ量は、面内方向にＯＣ、面外方向にＯＡであるとする。この接合可能な範囲は、接合端面同士の関係がＯ−Ａ−Ｃ−Ｂ−Ｏに囲まれた半月状の範囲となる。ここでは、ＯＡ＝ＯＢであり、曲線Ａ−Ｃ−Ｂはｘ軸について対称である。なお、接合端面１１１，１１２が垂直である場合、第２象限と第３象限では被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂが重なり合ってしまうため、そのような位置で突き合わされることはない。
【００１８】
そして、従来の被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、接合端部をそれぞれ面外方向に変形させることが接合後の寸法公差と材料強度の両者において許容される場合、その許容される変形量を面外方向にＡＤ，ＥＢであるとする。この作用を容認すると、健全な接合が可能となる見地から、接合前に部材を固定する際の位置の許容範囲は縦に伸び、Ｏ−Ａ−Ｄ−Ｇ−Ｃ−Ｈ−Ｅ−Ｂ−Ｏで囲まれた半月状の範囲にまで広がる。ここで、ＡＤ＝ＣＧ＝ＨＣ＝ＥＢであり、Ｇ−Ｈの範囲はｙ軸と平行な線分である。そして、曲線Ｄ−Ｇは曲線Ａ−Ｃを平行移動したものであり、曲線Ｈ−Ｅは曲線Ｃ−Ｂを平行移動したものである。
【００１９】
次に、図１に示す被接合部材１０Ａ，１０Ｂについて説明する。図１０に示す被接合部材１１０Ａ，１１０Ｂの垂直な接合端面１１１，１１２の傾斜がゼロ度（ｙ軸）である。従って、ｙ軸を基準に傾斜角を見れば、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２は４５度の角度で傾斜している。そこで、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２について図１１上にその関係を示せば、時計回り方向に４５度傾いたａ−ｂが突き合せ面の隙間が無くなる線となる。ここで、曲線ａ−Ｃ−ｑ−ｂは曲線Ａ−Ｃ−Ｂの線形写像であり、Ｏ−ＡをＯ−ａに、Ｏ−ＣをＯ−Ｃにそれぞれ変換する１次変換によって写像したものである。この場合、点ａと点Ａのｙ座標は等しく、点ｂと点Ｂのｙ座標が等しい。そしてまた、点ｑは曲線ａ−Ｃ−ｂがｙ軸と交わる位置である。
【００２０】
４５度に傾斜した接合端面１１，１２は、ｙ座標の０の位置では、面内方向ｘの位置ずれの限界点がＣであって、傾斜ゼロの接合端面１１１，１１２と一致する。そして、直線ａ−ｂの図面左上方は、被接合部材１０Ａ，１０Ｂが重なり合う領域なので、そのような位置で接合端面１１，１２が突き合わされることはない。また、接合端面１１，１２同士の相対的な変位が第１象限にある場合は、右側の被接合部材１０Ａが左側の被接合部材１０Ｂよりもｙ軸方向に高い位置にある。このとき、摩擦攪拌接合用工具１００で被接合部材１０Ａ，１０Ｂを挟み込むと、接合端面１１が下がり接合端面１２が上がる方向に剛体移動または弾性変形し、接合端面１１，１２の面内方向ｘの距離が大きくなってしまう。そのため、接合端面１１，１２の距離が大きくなって隙間が広がれば、摩擦攪拌接合が行われた場合に摩擦攪拌接合部内に欠陥を誘発し、品質の良い接合部を得ることはできなくなる。よって、実用上接合可能な範囲は、傾斜した半月状の領域Ｏ−ｊ−ａ−ｋ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏから第１象限を除いた、Ｏ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏに囲まれた範囲となる。
【００２１】
そこで、剛体変位または弾性変形などによって、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２部分が面外方向ｙへ変形を許す場合の許容相対変形量がＡＤ，ＥＢであるとする。すると、実用上接合可能なＯ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏに囲まれた範囲は、そのＯ点およびＣ点がｇ点及びＧ点まで上がり、Ｃ点、ｑ点及びｂ点がＨ点、ｎ点及びｅ点へと下がる。そして、直線ａ−ｂのラインが４５度の傾斜のままｙ軸方向上向きに距離ＡＤだけ平行移動して直線ｆ−ｇとなり、曲線ａ−Ｃ−ｂはｙ軸方向下向きに距離ＡＤだけ平行移動して曲線ｈ−ｍ−ｎ−ｅとなる。更に、ｘ軸と平行な直線ｇ−ｈが引かれる。なお、ｂｆ＝ｅｂ＝Ｏｇ＝ＡＤ＝ＥＢである。よって、許容変位量を考慮した場合、実用上接合可能な範囲Ｏ−Ｃ−ｑ−ｂ−Ｏは、拡大されて、ｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂに囲まれた範囲となる。
【００２２】
図１に示す被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、その接合端面１１，１２を傾けたことにより、適切に摩擦攪拌接合が可能な範囲を面内方向ｘについて従来のものより広くすることができた。すなわち、剛体変位、弾性変形または塑性変形による部材変位を考慮した場合であって、適切な摩擦攪拌接合を可能とする接合端面の相対的な位置関係は、従来の被接合部材１１０Ａ，１１０ＢではＯ−Ａ−Ｄ−Ｇ−Ｃ−Ｈ−Ｅ−Ｂ−Ｏの範囲であったものが、被接合部材１０Ａ，１０Ｂではｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂの範囲になり、面外方向ｙには許容範囲が狭くなる一方で面内方向ｘについて広くなった。
【００２３】
従来から面内方向ｘの許容量ＯＣの狭いことが部品の公差を制約し、位置決めや固定作業などによる生産コストのアップの原因になっていた。しかし、被接合部材１０Ａ，１０Ｂでは、前述したように接合端面１１，１２を傾けたことにより、面内方向ｘの許容量がＯ−Ｃからｐ−ｍに広がることになった。このことは、ボビンツール型の摩擦攪拌接合用工具１００で接合を行う場合、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２及び拘束治具について寸法公差の精度を下げることなどができ、位置決め精度も緩めることができ、そのことによって生産コストを下げることが可能になる。
【００２４】
摩擦攪拌接合用工具１００によって被接合部材１０Ａ，１０Ｂを接合する場合、接合端面１１，１２が形成された接合端部を上部回転体１０１と下部回転体１０２によって荷重を加えて挟み込む。そして、摩擦攪拌接合用工具１００が回転しながら接合線に沿って移動すると、攪拌軸１０３が、突き合わされた接合端面１１，１２部分を攪拌させ、その周囲の材料を塑性流動化させる。上部回転体１０１と下部回転体１０２は、上下から被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合部を押さえ込んで可塑性ゾーンから材料が失われるのを防いでいる。従って、この状態で摩擦攪拌接合用工具１００が接合部１３０に沿って移動すると、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの軟化した材料は塑性流動化して攪拌混練され、移動する攪拌軸１０３の後方に流れる。そして、その後方では摩擦熱を失って急速に冷却固化し、互いに混じり合ってできた可塑性材によって被接合部材１０Ａ，１０Ｂが接合され、接合体がつくられる。
【００２５】
接合端面１１，１２の相対的な位置関係がｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｊ−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂの範囲内にある場合、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜している接合端面１１，１２が押し当てられる。そのため、摩擦攪拌時に被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端面１１，１２同士が押し当てられ、拘束治具を使って面内方向に圧縮力をかけて接合端面同士を押し当てる必要がなくなったり、またはその圧縮力を小さくすることができ、予荷重の弾性歪に相当する面内縮みを防ぐことができるようになった。また、被接合部材１０Ａ，１０Ｂは、接合端面１１，１２同士が押し当てられるため、端面間の隙間が閉じられて接合時に空気が摩擦攪拌部に巻き込まれて空洞を発生させないようにできる。
【００２６】
ところで、被接合部材１０Ａ，１０Ｂの面外方向の中心位置、すなわち厚さ方向中心が互いに重なることが好ましいが、実用上は、ある程度のずれや、そのことによる接合部分の肉厚減少も許容されている。しかし、傾斜した接合端面１１，１２によって、被接合部材１０Ａ，１０Ｂには接合端部に鋭角と鈍角ができるが、図２（ａ）に示すように、鈍角部が鋭角部よりもせり上がった状態（正断層）となるのは好ましくない。上部回転体１０１と下部回転体１０２との挟み込みによって被接合部材１０Ａが相対的に下降し、接合端面１１，１２の隙間が更に大きく開いてしまうからである。その一方で、図２（ｂ）に示すように、鋭角部が鈍角部よりもせり上がった状態（逆断層）となる場合には、上部回転体１０１と下部回転体１０２との挟み込みによって被接合部材１０Ａが相対的に上昇し、接合端面１１，１２の隙間が小さくなる。
【００２７】
よって、傾斜した接合端面１１，１２が形成された被接合部材１０Ａ，１０Ｂを接合する場合には、図２（ｂ）に示すように、接合端部の厚さ方向中心１３が互いに相手の鈍角部側にずれるように逆断層状態に配置しておき、摩擦攪拌接合用工具１００に挟み込まれて一致するようにするのが好ましい。これにより、図１１において、限界線Ｏ−Ｃおよび限界線ｇ−ｈがそれぞれ上に平行移動し、接合可能な領域がより広がることになる。
そこで、このとき逆断層の状態で配置された被接合部材１０Ａ，１０Ｂの接合端部を、上部回転体１０１と下部回転体１０２とで挟み込んで摩擦攪拌接合が行われる。鋭角部を含む部材面が鈍角部を含む部材面よりも回転体１０１，１０２のショルダ面が強く接触し、その状態で攪拌軸１０３が接合端面１１，１２部分を攪拌させ、材料が塑性流動化して攪拌混練し、被接合部材１０Ａ，１０Ｂが接合される。
【００２８】
次に、図３は、被接合部材の一例について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材２０Ａ，２０Ｂは、図１のものと同様に、互いに突き合わされる接合端面２１，２２が４５度の角度で傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面２１が図面左側の接合端面２２の下になるように角度が付けられている。そして、被接合部材２０Ａ，２０Ｂの接合端部には、上部回転体１０１と下部回転体１０２のショルダ面の径よりも大きい幅になるように突出部２３，２４が形成されている。突出部２３，２４は、接合端面２１，２２に沿って部材長手方向（図面を貫く方向）に連続して形成され、下面側に突設されている。なお、板厚をＴとした場合、突出部２３，２４の板厚Ｔ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００２９】
被接合部材２０Ａ，２０Ｂは、接合端面２１，２２が図示するように逆断層状態で配置され、その突き合わされた接合端面２１，２２の接合部が接合線に沿って摩擦攪拌接合される。よって、前記図１のものと同様な効果を奏する。すなわち、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜した接合端面２１，２２が押し付けられて隙間が閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。そして、接合端面２１，２２の隙間を閉じた状態で摩擦攪拌接合を行うため、被接合部材２０Ａ，２０Ｂを接合してできた接合体の接合部における空洞の発生が抑止される。
【００３０】
そして更に、接合端部に突出部２３，２４が設けられているため、板厚が増したことによって、接合部が肉厚になって摩擦攪拌時の熱影響による強度低下を補うことができるだけでなく、塑性流動して空間を埋める作用が増すことで接合時の許容開口量そのものを広げる効果もある。
なお、こうして接合端部に突出部を設ける場合は、図４に示す被接合部材２０Ｃ，２０Ｄのように、鋭角部側に突出部２７，２８を形成するようにしてもよい。なお、この場合でも突出部２７，２８は、接合端面２５，２６に沿って部材長手方向に連続して形成され、板厚をＴとした場合、突出部２７，２８のＴ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００３１】
ところで、接合端面１１，１２などの角度を４５度として説明したが、角度の変更は可能であり、２０度から７０度の範囲で傾斜角度を変えることが好ましい。これは、２０度より小さい角度では、傾斜を付けて面内方向の許容範囲を広げることの効果が小さく、逆に７０度を超える範囲では接合範囲が広がってしまい摩擦攪拌接合用工具１００による接合端面の適切な接合ができなくなるからである。より具体的には次の様な理由による。
【００３２】
先ず、２０度の値に関しては次のような理由による。接合端面の傾斜角θを０度から徐々に大きくすれば、図１１に示す面内方向ｘの変位許容量の増加（線分Ｃ−ｍ）は、ｔａｎθに比例するのでθが大きいほど有利である。従って、傾斜角θが小さいと線分Ｃ−ｍに相当する長さが短いため十分なメリットが得られない。また、上部及び下部回転体１０１，１０２による挟み込み荷重は、傾斜している接合端面を介し、接線力や法線力として伝達されて面内圧縮として作用する。そして、こうした接触面の摩擦力を無視すると、上部及び下部回転体１０１，１０２の挟み込み荷重を一定に保持したときに面内圧縮力の値はｃｏｔθ＝１÷ｔａｎθに比例する。
【００３３】
面外方向ｙの変位の許容量（線分Ｏ−Ａ）は０．１Ｔで、開口許容量（線分Ｏ−Ｃ）は０．０５Ｔである。面外方向の寸法許容量は、±０．０５Ｔなのでトータル０．１Ｔの変位が許容される。この条件で、公差等級を１等級ゆるめることができる量１．２５倍ほど開口許容量を増やすためには、θは２０度である（θ＝２０度のとき、線分Ｏ−ｍ＝１．２５×線分Ｏ−Ｃ）。適度な圧縮力は、欠陥（空洞）の発生を抑止するために有効であるが、傾斜角θが小さいとｃｏｔθが大きくなって面内圧縮が過大になり、部材の座屈や破壊などの悪影響がある。しかし、θが２０度の場合は、ｃｏｔθ＝２．７５となって面内圧縮もが過大にならなかった。
【００３４】
一方、７０度に関しては次のような理由による。攪拌軸１０３の径は板厚に近い値が採用されるが、被接合部材の端部同士を確実に接合するためには、接合端面を攪拌軸１０３による摩擦攪拌部分に巻き込んで攪拌混練する必要がある。実用上のピン直径は板厚をＴとして、０．５Ｔ〜２．５Ｔの範囲にある。この比率は板厚に依存し、Ｔ＝２ｍｍ程度の薄板では相対的に太い比率のものが使用され、Ｔ＝３０ｍｍ程度の厚板に対しては相対的に細い比率のものが使用される。そこで、直径を２．５Ｔとした場合に、接合端面が全て摩擦攪拌されるような角度θは７０度である。
【００３５】
なお、前記の角度４５度は、被接合部材１０Ａ，１０Ｂなどの板厚が２ｍｍ〜５ｍｍの場合である。例えば、接合体である鉄道車両用構体によく用いられるアルミ合金では、押出し形材の接合部での板厚が２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。この板厚に限定した場合、ピン直径は板厚をＴとして、Ｔ〜２．５Ｔの範囲のものが用いられる。細い比率のものほど、強度品質の高い接合結果を得ることができるが、ピンの耐久性が低下するので実用上は１．２５Ｔ程度のものが最もよく用いられる。接合時に与える弾性変形などによる面外方向の寸法変位量として０．１Ｔ（±０．５Ｔ）を考慮すると、接合線は０．１Ｔ×ｔａｎθ分だけ面内方向に広がる可能性があるので、この分を見込むと傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。
【００３６】
また、後述するように、傾斜した接合端面によってできる鋭角部に対し、面取りやＲ加工を施すような被接合部材の提案もあるが、５０度を超えて角度が鋭くなると、面取りなどによって除去する分量が増えてしまい断面積が減少し接合部の板厚がやせてしまう。従って、板厚の低下や品質の低下につながるため傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。更に、接合作業にあたっては、位置決めのための部材の移動や、面内開口を閉じることを目的として、面内圧縮荷重を加える工程がある。面内方向に圧縮力が加わった場合、傾斜角θが大きいと接合中に生じるこの面内圧縮力のため傾斜した接合端面が滑って変位しようとする。面内圧縮力を一定に保ったとき、斜面の楔作用による面外方向力はｔａｎθ倍になり、傾斜角θを大きくしすぎると面外方向の力が過大となって、板が曲がるなどの悪影響が生じてしまう。従って、こうした点でも板厚の低下や品質の低下につながるため傾斜角θは４０〜５０度であることが好ましい。
【００３７】
ところで、図４に示す被接合部材２０Ｃ，２０Ｄでは、突出部２７，２８を除く板厚Ｔの部分が面内方向に一致する正寸位置で、その突出部２７，２８が形成された接合端部の厚さ方向中心が互いに相手の鈍角部側にずれ、鋭角部が鈍角部よりも面外方向に上下に出っ張るようにせり上がっている。このとき、突出部２７，２８の面外方向の突出量をｗ１，ｗ２とすると、図１１に示すように接合可能範囲が増加することになる。すなわち、図１２に示すように面外弾性変形ＡＤを許容する場合の接合可能範囲が、ｗ１，ｗ２の絶対値が小さい方の値だけ面外方向に広がり、ｂ−ｆ−ｐ−ｇ−ｔ−ｕ−ｈ−ｍ−ｎ−ｅ−ｂによって囲まれた範囲になる。
【００３８】
次に、図５は、被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材３０Ａ，３０Ｂは、前記図１のものと同様に、互いに突き合わされる接合端面３１，３２が傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面３１が図面左側の接合端面３２の下になるように角度が付けられている。この被接合部材３０Ａ，３０Ｂでは、その接合端面３１，３２の角度は４５度で形成されている。そして、接合端面３１，３２によってできる鋭角部が面取りによって削除されている。面取りされた返し面３３，３４は、被接合部材３０Ａ，３０Ｂの長手方向に連続して形成されている。更に、被接合部材３０Ａ，３０Ｂには、返し面３３，３４が形成された側に突出部３５，３６が形成されている。この突出部３５，３６も部材長手方向に連続して形成されており、板厚をＴとした場合、突出部２７，２８のＴ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。なお、返し面３３，３４は、テーパ面でなくＲ面としてもよい。
【００３９】
接合端部が鋭角であると、図４に示すように接合端面２５，２６が突き合わされた場合、鋭角部２５ａ，２６ａが被接合部材２０Ｃ，２０Ｄの表面から飛び出してしまい、その下に鋭角となる隅部２９ができる。摩擦攪拌接合用工具１００は一定方向に回転しながら接合線上を移動するので、被接合部材２０Ｃ，２０Ｄの表か裏のいずれか一方は、接合前の材料に対して攪拌軸１０３の周運動がこの鋭角部２５ａ又は２６ａと衝突することになる。すると、上部又は下部回転体１０１，１０２の回転運動が、隅部を基点として鋭角部２５ａ又は２６ａを引き裂くことになり、空隙を巻き込むように溶接欠陥が生じる可能性がある。そこで、被接合部材３０Ａ，３０Ｂは、返し面３３，３４を形成することにより、鋭角な隅部を生じさせることなく溶接欠陥の発生を防止して、より確実に品質の良い接合部を得ることができる。
【００４０】
接合時には接合部材３０Ａ，３０Ｂの接合端面３１，３２が突き合わされるが、その際、返し面３３，３４がもう一方の接合部材３０Ａ，３０Ｂの表面よりも全てが面外方向に出ていなければならないわけではない。攪拌軸１０３によって攪拌混練された接合部の材料が、接合端面３１と返し面３４（又は接合端面３２と返し面３３）との谷を超えて塑性流動するからである。そして、被接合部材３０Ａ，３０Ｂの接合端部に返し面３３，３４が形成されている方が、先端が鋭角のままである場合よりも取り扱い易くなる。
【００４１】
次に、傾斜した接合端面を有する被接合部材を３枚以上並べて接合体を構成する場合の接合方法について説明する。図６は、４枚の被接合部材を接合するために配置した状態の端面図である。被接合部材１０（１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ）は、図面左右の幅方向両端に接合端面１３が平行に形成された板材であって、図６にはその長手方向の端面が示されている。被接合部材１０は、左右の接合端面１３がハの字に広がり、長手方向断面が台形形状をしたものである。そして、被接合部材１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈが交互に上下の向きを反転させ、隣り合う被接合部材１０の接合端面１３が突き合わされている。
【００４２】
３枚以上の被接合部材１０からなる接合体を作成する場合には、通常、これら被接合部材１０をまとめて治具上に固定して摩擦攪拌接合が行われる。その際、隣り合う接合端面１３同士がなるべく隙間無く突き合わされるようにするため、治具への固定作業や隣接する接合線の接合作業、その接合線の接合作業が行われ、それに伴って被接合部材１０の間には面内圧縮荷重Ｎがかかる。
【００４３】
従って、仮に接合端面１３が全て同じ向きに傾いて長手方向断面が菱形をしたものであるとすると、面内圧縮荷重Ｎが加わることによって部材が回転しながら浮きあがろうとする副作用が働いてしまい、一本の接合線ごとに追加の支持機構が必要となってしまう。これに対して、ここでは長手方向断面を台形形状にし、接合端面１３同士の突き合わせ方向が交互に反転している。これによれば、面内圧縮荷重Ｎがかかった場合でも、接合端面１３の傾きによって、例えば被接合部材１０Ｅ，１０Ｇは沈み込もうとする方向に力が作用し、被接合部材１０Ｆ，１０Ｈは浮き上がろうとする力が作用する。よって、治具は定盤の上に配置するので、沈み込もうとする作用は自然に抑制することができる。そのため、浮き上がろうとする被接合部材１０だけ反力をとればよいことになり、治具の構成が簡易になる。
【００４４】
次に、図７は、本発明の実施形態である中空形材の接合継手を示した図である。この被接合部材４０Ａ，４０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板４１ａ，４１ｂと下面板４２ａ，４２ｂおよび、その上面板４１ａと下面板４２ａ、或いは上面板４１ｂと下面板４２ｂとを連結する複数のリブ４３ａ，４３ｂによって構成された中空形材である。そして、本実施形態の接合体は、この被接合部材４０Ａ，４０Ｂの接合に際して上面板４１ａ，４１ｂを摩擦攪拌接合し、下面板４２ａ，４２ｂをアーク溶接によって接合して構成するものである。従って、摩擦攪拌接合を行う上面板４１ａ，４２ａ同士の寸法精度が要求されるが、他方の下面板４２ａ，４２ｂの寸法精度は低くて済む。なお、下面板４２ａ，４２ｂの接合は、アーク溶接の他、レーザ溶接やレーザハイブリッド溶接であってもよい。
【００４５】
上面板４１ａ，４１ｂは、前記図１の被接合部材１０Ａ，１０Ｂと同様に、互いに突き合わされる接合端面４５ａ，４５ｂが傾斜した平面によって形成され、図面右側の接合端面４５ａが図面左側の接合端面４５ｂの下になるように４５度の角度で形成されている。一方、アーク溶接を行う下面板４２ａ，４２ｂは、片側の下面板４２ａには段差部４６が形成され、そこに下面板４２ｂ先端が重ねられるようになっている。そして、下面板４２ａ，４２ｂの端面は開先４７を構成する傾斜面が形成されている。更に、このような構成の継手部分は、被接合部材４０Ａが被接合部材４０Ｂ側に入り込むようになっている。つまり、上面板４１ａ，４１ｂ側では、接合端面４５ａが接合端面４５ｂの下方、すなわち形材内側に配置され、下面板４２ａ，４２ｂ側では、下面板４２ａ側の段差部５６が下面板４２ｂの先端部の上方、すなわち形材内部に配置される。
【００４６】
そこで、被接合部材４０Ａ，４０Ｂを接合してなる接合体は、先ず上面板４１ａ，４１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板４２ａ，４２ｂのアーク溶接が行われる。そのため、上下の２箇所を接合する中空形材であっても、一方のみを摩擦攪拌接合するため、寸法精度はその上面板４１ａ，４１ｂの寸法精度が要求されるが、他方の下面板４２ａ，４２ｂの寸法精度は低くて済む。しかも、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって傾斜した接合端面４５ａ，４５ｂが押し付けられて隙間が閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。そして、接合端面４５ａ，４５ｂの隙間を閉じた状態で摩擦攪拌接合を行うため、上面板４１ａ，４１ｂを接合してできた接合体の接合部における空洞の発生が抑止される。
【００４７】
また、継手部分は被接合部材４０Ａが被接合部材４０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
なお、上面板４１ａ，４１ｂについては、接合端面４５ａ，４５ｂの角度を設定すること、鋭角部を面取りして返し面を形成すること、或いは板厚を大きくした突出部を形成することを、それぞれ加えた中空形材の被接合部材４０Ａ，４０Ｂとしてもよい。
【００４８】
次に、図８は、被接合部材について、その接合が行われる継手部分を示した図である。この被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板５１ａ，５１ｂと下面板５２ａ，５２ｂおよび、その上面板５１ａと下面板５２ａ、或いは上面板５１ｂと下面板５２ｂとを連結する複数のリブ５３ａ，５３ｂによって構成された中空形材である。そして、被接合部材５０Ａ，５０Ｂの接合に際して上面板５１ａ，５１ｂ、下面板５２ａ，５２ｂをともに摩擦攪拌接合するようにしている。そのため、突き合わされる接合端面５５ａ，５５ｂ、接合端面５６ａ，５６ｂがそれぞれの角度で傾斜した平面によって形成されている。
【００４９】
被接合部材５０Ａ，５０Ｂの継手部分は、一方が他方に嵌り込むように形成されている。被接合部材５０Ａの接合端面５５ａ，５６ａが共に内側の狭まる方向に傾斜し、被接合部材５０Ｂの接合端面５５ｂ，５６ｂが共に外側の広がる方向に傾斜している。このとき、被接合部材５０Ａの接合端面５５ａ，５６ａは、その延長線がほぼ直交するようにそれぞれの角度で形成され、これらに突き合わせられる被接合部材５０Ｂの接合端面５５ｂ，５６ｂも同様の角度で形成されている。
【００５０】
更に、上面板５１ａ，５１ｂが先に摩擦攪拌接合され、その後に下面板５２ａ，５２ｂが摩擦攪拌接合される。従って、上面板５１ａ，５１ｂの接合時に下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂが突き当たってしまい、接合端面５５ａ，５５ｂの突き合わせの妨げにならないように構成されている。すなわち、上面板５１ａ，５１ｂの接合端面５５ａ，５５ｂが突き合わせられた際、下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂの間に隙間が空き、且つ上面板５１ａ，５１ｂが熱収縮した後も下の開口量が適正であるような寸法で形成されている。そして、その下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂは、上面板５１ａ，５１ｂの接合端面５５ａ，５５ｂよりも面内方向の許容範囲が大きくなるように傾斜角度が大きく形成されている。
【００５１】
よって、被接合部材５０Ａ，５０Ｂの接合では、先に上面板５１ａ，５１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板５２ａ，５２ｂが摩擦攪拌接合される。その際、接合端面５５ａ，５５ｂや接合端面５６ａ，５６ｂを傾斜した平面にしたため、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって接合端面５５ａ，５５ｂ或いは接合端面５６ａ，５６ｂが押し付けられ、接合部における空洞の発生が抑止される。そして、接合時には接合端面５５ａ，５５ｂの隙間を閉じるため、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。また、継手部分は被接合部材５０Ａが被接合部材５０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
【００５２】
上下の接合端面５５ａと５６ａ（５５ｂと５６ｂ）の延長線が直交するように角度が設定されているので、それぞれの寸法合わせの干渉量が最小になる。また、例えば一方の接合端面５５ａ，５５ｂの位置を調整したときに、もう一方の接合端面５６ａ，５６ｂに与える影響が小さいので位置合わせが容易になる。
また、上面板５５ａ，５５ｂの接合が優先され、下面板５６ａ，５６ｂ側が同時に当たらないようにしたが、傾斜角度を大きくして許容量を増やし、隙間を空けるようにしたため、先の接合による熱歪の影響を受けることなく品質の高い接合を得るとともに、治具にワークを固定する作業のコストを下げることができる。
【００５３】
ところで、図４の被接合部材２０Ｃ，２０Ｄを示して説明したように、鋭角部が鈍角部よりも面外方向にせり上がるように部材を配置することで接合可能範囲が増加することになる。従って、上面板５５ａ，５５ｂの接合が優先され、下面板５６ａ，５６ｂ側が同時に当たらないようにする場合、被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、下面板５６ａ，５６ｂ側について鋭角部が鈍角部よりも面外方向（中空型材の外側）にせり上がるようにしてもよい。また、被接合部材５０Ａ，５０Ｂは、上面板５５ａ，５５ｂと下面板５６ａ，５６ｂとの両方について鋭角部が鈍角部よりも面外方向にせり上がるようにし、特に下面板５６ａ，５６ｂ側のせり上がり量を上面板５５ａ，５５ｂ側のせり上がり量より大きくするようにしてもよい。
【００５４】
また、被接合部材５０Ａ，５０Ｂでは、下面板５２ａ，５２ｂの接合端面５６ａ，５６ｂの傾斜角度が大きくなり、鋭角部の角度がより小さくなってしまっている。そこで、図９に示す被接合部材について提案する。この被接合部材６０Ａ，６０Ｂは、ほぼ平行に設けられた上面板６１ａ，６１ｂと下面板６２ａ，６２ｂおよび、その上面板６１ａと下面板６２ａ、或いは上面板６１ｂと下面板６２ｂとを連結する複数のリブ６３ａ，６３ｂによって構成された中空形材である。そして、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの接合に際して上面板６１ａ，６１ｂ、下面板６２ａ，６２ｂをともに摩擦攪拌接合するようにしている。そのため、突き合わされる接合端面６５ａ，６５ｂ、接合端面６６ａ，６６ｂがそれぞれの角度で傾斜した平面によって形成されている。
【００５５】
更に、下面板６２ａ，６２ｂの先端部分は、リブ６３ａ，６３ｂから面内方向へ突き出した部分が内側と外側とにそれぞれ突出した突出部６７ａ，６７ｂになっている。そして、下面板６２ａ，６２ｂの接合端面６６ａ，６６ｂによってできる鋭角部を面取りして返し面６８ａ，６８ｂが形成されている。この突出部６７ａ，６７ｂや返し面６８ａ，６８ｂは、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの長手方向に連続して形成されている。そして、下面板６２ａ，６２ｂの板厚をＴとした場合、突出部６７ａ，６７ｂの板厚Ｔ１は１．０Ｔ以上１．１Ｔ以下とする。
【００５６】
よって、被接合部材６０Ａ，６０Ｂの接合では、先に上面板６１ａ，６１ｂが摩擦攪拌接合され、その後、反転して下面板６２ａ，６２ｂが摩擦攪拌接合される。その際、接合端面６５ａ，６５ｂや接合端面６６ａ，６６ｂを傾斜した平面にしたので、上部回転体１０１と下部回転体１０２の挟み込み荷重によって接合端面６５ａ，６５ｂ或いは接合端面６６ａ，６６ｂが押し付けられ、接合部における空洞の発生が抑止される。そのため、接合時には接合端面６５ａ，６５ｂの隙間が閉じられ、寸法公差の精度を下げることができるなど、生産コストを下げることが可能になる。また、継手部分は被接合部材６０Ａが被接合部材６０Ｂ側に入り込むため、両者に治具上で面内圧縮力が加えられた場合でも、より強固に嵌り合って面外方向へのずれを防ぐことになり、作業が容易になったり治具構成が簡易なものとなる。
【００５７】
上下の接合端面６１ａと６２ａ（６１ｂと６２ｂ）の延長線が直交するように角度が設定されているので、それぞれの寸法合わせの干渉量が最小になる。また、一方の例えば接合端面６１ａ，６１ｂの位置を調整したときに、もう一方の接合端面６２ａ，６２ｂに与える影響が小さいので位置合わせが容易になる。
また、上面板６１ａ，６１ｂの接合が優先され、下面板６２ａ，６２ｂ側が同時に当たらないようにしたが、鋭角部を鈍角部よりもせり上がり量を増やし、かつ板厚を増やし、隙間を空けるようにしたため、先の接合による熱歪の影響を受けることなく品質の高い接合を得るとともに、治具にワークを固定する作業のコストを下げることができる。
【００５８】
また、鋭角となる隅部が存在すると、隅部を基点として材料が引き裂かれることになり、空隙を巻き込むように溶接欠陥が生じる可能がある。しかし、被接合部材６０Ａ，６０Ｂは、返し面６８ａ，６８ｂを形成することにより、鋭角な隅を生じさせることなく溶接欠陥の発生を防止して、より確実に品質の良い接合部を得ることができる。
そして更に、接合端部に突出部６７ａ，６７ｂを設けたため、板厚が増したことによって、接合部が肉厚になって摩擦攪拌時の熱影響による強度低下を補うことができるだけでなく、塑性流動させることによって空間を埋める作用が増すので、接合時の許容開口量そのものを広げる効果もある。
【００５９】
以上、本発明に係る被接合部材、接合体及び摩擦攪拌接合方法について一実施形態を説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
４０Ａ，４０Ｂ 被接合部材
４１ａ，４１ｂ 上面板
４２ａ，４２ｂ 下面板
４３ａ，４３ｂ リブ
４５ａ，４５ｂ 接合端面
４６ 段差部
１００ 摩擦攪拌接合用工具
１０１ 上部回転体
１０２ 下部回転体
１０３ 攪拌軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合する接合継手において、
前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、
一方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置するものであることを特徴とする中空形材の接合継手。
【請求項２】
上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合した接合体において、
前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、
一方の第１中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の第２中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置し、
第２中空形材の接合部に第１中空形材の接合部が嵌め込まれた継手部に、前記摩擦攪拌接合とアーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接による接合が行われたものであることを特徴とする中空形材の接合体。
【請求項１】
上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合する接合継手において、
前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、
一方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置するものであることを特徴とする中空形材の接合継手。
【請求項２】
上面板と下面板が幅方向に複数並んだリブによって連結された中空形材であって、幅方向に並べた一対の中空形材の上面板同士及び下面板同士を接合した接合体において、
前記上面板と下面板の一方の接合端面には傾斜した平面が形成され、その接合端面同士を突き合わせた上面板同士又は下面板同士を摩擦攪拌接合する第１接合部と、前記第１接合部を構成する上面板又は下面板の他方には、当該他方の下面板同士又は上面板同士の接合端部を重ね合わせ、アーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接によって接合する第２接合部とを有し、
一方の第１中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の外側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の内側に位置し、他方の第２中空形材は、前記第１接合部の傾斜面が面外方向の内側を向いており、前記第２接合部の接合端部が面外方向の外側に位置し、
第２中空形材の接合部に第１中空形材の接合部が嵌め込まれた継手部に、前記摩擦攪拌接合とアーク溶接、レーザ溶接またはレーザハイブリッド溶接による接合が行われたものであることを特徴とする中空形材の接合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１９００９０（Ｐ２００９−１９００９０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２３９８（Ｐ２００９−１３２３９８）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【分割の表示】特願２００６−１１５３６１（Ｐ２００６−１１５３６１）の分割
【原出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【分割の表示】特願２００６−１１５３６１（Ｐ２００６−１１５３６１）の分割
【原出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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