中空形材の接合方法および接合構造
【課題】接合すべき中空形材の板材の厚さが薄い場合であっても、中空形材に変形を生じさせ難い中空形材の接合方法および接合構造を提供する。
【解決手段】第１の板１１と、この第１の板１１と対向する第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続する第３の板１３とを備えた中空形材１０，１０同士を接合する中空形材の接合方法において、中空形材１０，１０同士の間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置するとともに、第３の板１３がそれぞれ中間プレート２０の両面に突き合うように中空形材同士１０，１０を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツール３０を中間プレート２０の端面に押し当てて、各第３の板１３，１３と中間プレート２０との突合せ部分２１を摩擦撹拌接合する。
【解決手段】第１の板１１と、この第１の板１１と対向する第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続する第３の板１３とを備えた中空形材１０，１０同士を接合する中空形材の接合方法において、中空形材１０，１０同士の間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置するとともに、第３の板１３がそれぞれ中間プレート２０の両面に突き合うように中空形材同士１０，１０を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツール３０を中間プレート２０の端面に押し当てて、各第３の板１３，１３と中間プレート２０との突合せ部分２１を摩擦撹拌接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合を利用した中空形材の接合方法および接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦撹拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。中空形材同士を接続するには各中空形材の端部の板同士を突き合わせて、その突合せ部分に回転ツールを押し当てて摩擦撹拌接合をおこなうようになっている（例えば特許文献１参照）。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０９１６４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで中空形材の場合、これを構成する板材は比較的厚さが薄いため、摩擦撹拌接合加工時の回転ツールの押圧荷重によって端部の板が変形してしまう恐れがあるといった問題があった。そこで、特許文献１のパネル構造体では、端部の板を厚くしたり、中空形材にリブを設けたりするなどして、中空形材を回転ツールの押圧荷重に耐えうる構成としていた。しかしながら、このような構成では、端部の板が薄い既存の中空形材に対して適用することができず、中空形材を形成するための型を改造しなければならなかった。
【０００５】
特許文献２の押出形材では、端部の板に凹溝を形成しているため、厚さが薄い部分が形成され、その部分に回転ツールの押圧荷重が集中して変形していた。特許文献２では、端部の板を変形させることで、高さが相違する中空形材同士の接合を行うようにしているが、接合部分に隙間ができてしまい、中空形材同士の接合強度が低下するといった問題が残っていた。
【０００６】
このような観点から、本発明は、接合すべき中空形材の板材の厚さが薄い場合であっても、中空形材に変形を生じさせ難い摩擦撹拌接合を行うことができる中空形材の接合方法および接合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【０００８】
このような方法によれば、中空形材間に中間プレートを介設することで、突合せ部分の部材の厚さが厚くなるので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材が変形し難くなる。さらに、中間プレートを中空形材とは別途に設けることで突合せ部分の厚さを厚くしているので、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、第１の板と、この第１の板と実質的に平行な第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続するものであって前記第１の板におよび前記第２の板に実質的に直交する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、それぞれの前記第１の板が互いに同一平面上に位置し、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【００１０】
かかる接合方法は、断面矩形状の中空形材の接合方法であって、請求項１と同様に、突合せ部分の部材の厚さが厚くなり、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材を変形しにくくすることができる。また、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。さらに、中空形材の幅寸法の誤差に応じて、厚さの異なる中間プレートを設ければ、接合後の連結中空形材の幅寸法の精度を高めることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備え、さらに前記第１の板と前記第３の板との交差部から前記第２の板まで延出するリブまたは前記第２の板と前記第３の板との交差部から前記第１の板まで延出するリブを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法であって、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【００１２】
このような方法によれば、中空形材に第３の板の一端から延出するリブを設けたことによって、回転ツールの押圧荷重をリブが分散して受けることができ、前記押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材が変形し難くなる。これによって、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合い、さらに前記中間プレートが互いに接続される前記中空形材の表面から突出して突条を形成するように構成され、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００１４】
このような方法によれば、突条の体積を適宜調整することで、回転ツールによって突合せ部分に押し込まれる金属量を確保できるので、突合せ部分に空洞欠陥や表面の凹み等が発生せず、表面が平坦で精度の高い接合部を得ることができる。また、突合せ部分に突条を形成するために、中間プレートの高さを大きくするだけでよく、中空形材の端部に凸部を形成する場合と比較して型の改造等の必要がないので、コストアップを防止できる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記中空形材は、前記第３の板の外面側に前記第１の板および前記第２の板を実質的に延長するような係合突条を備え、前記中間プレートは、その表面に前記係合突条が挿入されて係合する溝を備えており、前記係合突条を前記溝に嵌合して係合させた状態で、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項４に記載の中空形材の接合方法である。
【００１６】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートを突き合せる際の位置決めを容易に行えるとともに、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、前記中間プレートの両面に突き合わされた前記中空形材の前記第１の板をベッドに載置した状態で、上方から摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００１８】
このような方法によれば、回転ツールの押圧荷重を確実に受けることができ、容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板との突合せ部分には、微小隙間が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２０】
このような方法によれば、突合せ部分の微小隙間以外の部分同士が密に接触して、接合強度を高めることができる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記中空形材の第３の板で前記中間プレートを両面から挟み込んだ状態で、前記突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２２】
このような方法によれば、中間プレートをその両面から中空形材の第３の板でそれぞれ押圧することで、回転ツールの押圧荷重に耐え得る剛性を高めることができる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、前記中間プレートは、高さ方向両端にフランジ部をそれぞれ有しており、前記中空形材を前記中間プレートの両端のフランジ部間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２４】
ところで、中間プレートの高さ方向とは、第３の板が第１の板側から第２の板側に向かって延びる方向をいう。このような方法によれば、中間プレートの剛性を高めるとこができ、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性を高めることができる。さらに、中空形材を中間プレートに嵌めこむことで、中空形材相互の位置決めを確実かつ容易に行うことができる。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、前記フランジ部の厚さは、前記中空形材の厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内にあることを特徴とする請求項９に記載の中空形材の接合方法である。
【００２６】
ところで、中空形材の厚さとは、第１の板の表面と第２の板の表面との距離をいい、第３の板の上下方向長さをいう。
【００２７】
このような方法によれば、中空形材の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。なお、フランジ部の厚さが中空形材の厚さ寸法の０．２倍未満では、中空形材の厚さ寸法の増加による厚さの補償が不十分になり得、一方、フランジ部の厚さが中空形材の厚さ寸法の１．０倍を超えると、接合後に突出部が残るため、金属材のロスが発生するとともに、接合に要する時間が増加してしまう。したがって、これらを除いた前記範囲をフランジ部の厚さとしている。
【００２８】
請求項１１に係る発明は、前記フランジ部の幅は、前記回転ツールのショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内にあることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の中空形材の接合方法である。
【００２９】
このような方法によれば、回転ツールのショルダ部の下端面によりフランジ部を押さえることができ、撹拌ピンによりフランジ部を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。なお、フランジ部の幅が回転ツールのショルダ径の０．８倍未満では、フランジ部の断面積が不十分となり、一方、フランジ部の幅が回転ツールのショルダ径の１．０倍を超えると、回転ツールの通過後に発生するバリが多くなり、金属材のロスが発生するとともに、バリの除去に要する時間が増加してしまう。したがって、これらを除いた前記範囲をフランジ部の幅としている。
【００３０】
請求項１２に係る発明は、前記ベッドは、前記突条を収容可能な突条収容溝を有しており、前記突条を前記ベッドの前記突条収容溝に収容した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項６に記載の中空形材の接合方法である。
【００３１】
このような方法によれば、中空形材ががたつくことなく、摩擦撹拌接合することができる。
【００３２】
請求項１３に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板とが、両面テープで接着された状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３３】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００３４】
請求項１４に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板とが、接着剤で接着された状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３５】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００３６】
請求項１５に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板との間に、低融点金属ハンダが設けられた状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３７】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが溶融しやすく、接合強度を高めることができる。
【００３８】
請求項１６に係る発明は、前記中間プレートは、その両面に低融点金属ハンダを収容するハンダ収容溝を有しており、前記ハンダ収容溝に前記低融点金属ハンダを収容した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１５に記載の中空形材の接合方法である。
【００３９】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが溶融しやすく、接合強度を高めることができるとともに、容易な加工で低融点金属ハンダを中間プレートに固定することが可能である。
【００４０】
請求項１７に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域に接するように配置されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法である。
【００４１】
このような方法によれば、低融点金属ハンダを確実に溶融させることができる。
【００４２】
請求項１８に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域内に配置されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法である。
【００４３】
このような方法によっても、低融点金属ハンダを確実に溶融させることができる。
【００４４】
請求項１９に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として構成された合金材であることを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４５】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが特に溶融しやすく、接合強度を高めることができる。
【００４６】
請求項２０に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分とした合金材で構成された中空の鞘と、この鞘の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末とからなることを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４７】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダ表面の酸化が抑制されて、接合強度を高めることができる。
【００４８】
請求項２１に係る発明は、前記中空形材の内空部には裏当部材が設けられており、この裏当部材は、前記第３の板の内側面と前記第１の板および前記第２の板の内側面とに当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４９】
このような方法によれば、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性をさらに高めることができる。
【００５０】
請求項２２に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合構造において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分に摩擦撹拌領域を有することを特徴とする中空形材の接合構造である。
【００５１】
このような構成によれば、回転ツールの押圧荷重に対する剛性が高く、中空形材が変形しにくく、接合強度が高い中空形材の接合構造を安価で提供することができる。さらに、中間プレートを中空形材とは別途に設けることで突合せ部分の厚さを厚くしているので、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生することはなく、接合強度の低下を防止できる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造によれば、接合すべき中空形材の板材の厚さが薄い場合であっても、中空形材の変形を抑えつつ摩擦撹拌接合を行うことができるといった優れた作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５４】
［第一の実施形態］
本発明を実施するための最良の第一の実施形態として、図１に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法を例に挙げて説明する。
【００５５】
本実施形態では、中空形材１０は、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続するものであって第１の板１１および第２の板１２に実質的に直交する第３の板１３とを備えている。すなわち、中空形材１０は、断面が略矩形形状を呈しており、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２の両端部１１ａ，１２ａ（図１では一端のみを図示）を接続するように構成されている。互いに接続される中空形材１０，１０の形状・寸法に特に制限はないが、本実施形態では厚さ寸法（第３の板１３の長さ寸法）を同一にすることが望ましい。
【００５６】
中空形材１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦撹拌可能な金属材料から構成されている。本実施形態では、一方の中空形材１０および他方の中空形材１０を、同一組成の金属材料（例えばアルミニウム合金）で形成している。アルミニウムまたはアルミニウム合金で中空形材を構成する場合は押出形材として形成される。
【００５７】
本発明においては、中空形材１０，１０間には、中間プレート２０が介設されることを特徴とする。中空形材１０，１０同士を接合する際には、その間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置するとともに、第３の板１３がそれぞれ中間プレート２０の両面に突き合うように中空形材１０，１０同士を配置する。
【００５８】
中間プレート２０は、中空形材１０，１０同士の突合せ部分２１で第３の板１３に沿って設けられる板材である。中間プレート２０は、中空形材１０の厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）と同等の高さ（図１中、上下方向を示し、中間プレート２０を平らに置いた場合の幅をいう）を有しており、中空形材１０，１０間に介設された際に、中間プレート２０の上下両端部が、第１の板１１および第２の板１２の表面と面一になるように構成されている。また、中間プレート２０は、第３の板１３の長手方向（図１の紙面表裏方向）に沿っては位置されており、各第３の板１３，１３の長手方向の長さと同等の長さを備えるように形成されている。中間プレート２０は、中空形材１０と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦撹拌可能な金属材料から構成されている。本実施形態では、中間プレート２０は、中空形材１０と同一組成の金属材料で形成されている。
【００５９】
次に、接合に用いる回転ツール３０を説明する。
【００６０】
回転ツール３０は、工具鋼など中空形材１０や中間プレート２０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部３１と、このショルダ部３１の下端面３２に突設された撹拌ピン（プローブ）３３とを備えて構成されている。回転ツール３０の寸法・形状は、中空形材１０および中間プレート２０の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。
【００６１】
ショルダ部３１の下端面３２は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、平面状に成形されている。ショルダ部３１の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法と同等の寸法となっている。
【００６２】
撹拌ピン３３は、ショルダ部３１の下端面３２の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピン３３の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼（図示せず）が形成されている。撹拌ピン３３の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法（図１中、水平方向寸法）より若干大きい径となり、撹拌ピン３３の基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されている。
【００６３】
なお、撹拌ピン３３の長さは、例えば、３〜１０（ｍｍ）、直径は２〜１０（ｍｍ）、ショルダ部３１の直径は、例えば６〜２５（ｍｍ）である。また、回転ツール３０の回転速度は５００〜１５０００（ｒｐｍ）、送り速度は０．０５〜２（ｍ／分）で、中空形材１０，１０の突合せ部分２１を押さえる押込み力は１〜２０（ｋＮ）程度で、中空形材１０および中間プレート２０の材質や板厚および形状に応じて適宜選択される。
【００６４】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。
【００６５】
中空形材１０，１０同士を接合するに際しては、図１の（ａ）に示すように、まず、中空形材１０，１０の間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置する。すなわち、各中空形材１０，１０は、各第３の板１３，１３が互いに所定の間隔をあけて対向するように配置され、それぞれ中間プレート２０の両面に突き合うようになっている。中間プレート２０は、中空形材１０の厚さと寸法と同等の高さ（図１中、上下方向）に形成されているので、中間プレート２０の上下両端部と、中空形材１０の第１の板１１の表面および第２の板１２の表面とか略面一となる。また、中間プレート２０はその長手方向において、第３の板１３と同等の寸法を有しているので、中間プレート２０の長手方向両端部と、第３の板１３の長手方向両端部と略面一となる。
【００６６】
ここで、万一、中空形材１０の幅寸法（図１中、水平方向の寸法）に製造誤差が生じていた場合は、中間プレート２０の表面を部分的に研磨するなどして、中空形材１０の幅寸法が大きくなっている部分の中間プレート２０を薄くする。このようにすれば、中空形材１０、中間プレート２０および中空形材１０を互いに当接させたときに、全体として中空形材１０，１０を接合したパネルの幅寸法が統一される。
【００６７】
以上のような状態で、中空形材１０，１０および中間プレート２０は、ベッド４０上に載置される。本実施形態では、ベッド４０は、表面が平面状に形成されており、突合せ部分２１の中心となる中間プレート２０が、ベッド４０の重心近傍などの安定した部分に載置される。このとき、中空形材１０，１０は、図示しない治具によって拘束され、中間プレート２０は、中空形材１０，１０に挟み込まれて挟持される。このように、中空形材１０，１０および中間プレート２０をベッド４０上に載置することで、後記する摩擦撹拌接合時の回転ツール３０の押圧荷重を確実に受けることができ、安定した状態で容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００６８】
その後、回転ツール３０を、中間プレート２０の適所に設けた接合開始位置の直上に移動させ、続いて、回転ツール３０を回転させつつ下降させて、撹拌ピン３３を接合開始位置に押し付ける。
【００６９】
そして、撹拌ピン３３が中間プレート２０および中空形材１０，１０の突合せ部分２１の表面に接触すると、摩擦熱によって撹拌ピン３３の周囲にある金属（中間プレート２０および中空形材１０，１０）が塑性流動化し、撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【００７０】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０とが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することは殆んどない。また、回転ツール３０の撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法より若干大きい径となり、基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されているので、回転ツール３０によって塑性流動化した流動部２１ａは、中空形材１０の内表面まで広がらず、板厚全体に亘ることがないので、中空形材１０の変形を防止できる。
【００７１】
図１の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が突合せ部分２１の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って相対移動させる。
【００７２】
なお、回転ツール３０を移動させる際には、ショルダ部３１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいし、傾斜させずに鉛直としてもよい。ショルダ部３１の軸線を傾斜させずに鉛直にすると、回転ツール３０の方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。以上のように回転ツール３０を移動させると、その撹拌ピン３３の周囲にある第３の板１３，１３および中間プレート２０が順次塑性流動化して混ざり合うとともに、撹拌ピン３３から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して、中空形材１０，１０と中間プレート２０が一体的に固結される。
【００７３】
その後、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。
【００７４】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１の（ｃ）に示すように、中間プレート２０と中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、中空形材１０，１０と中間プレート２０との突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【００７５】
かかる中空形材の接合方法によれば、中空形材１０，１０間に中間プレート２０を介設することで、突合せ部分２１の縦方向の部材（第３の板１３，１３および中間プレート２０）の全体厚さが厚くなるので、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高めることができる。また、中間プレート２０は両側から第３の板１３，１３に挟み込まれているので、中間プレート２０へ伝わった荷重が第３の板１３，１３へと確実に伝達され、部材の厚さ分の剛性を有効に生かすことができる。
【００７６】
また、中空形材１０では、その端部の第３の板１３の板厚が薄く、圧縮力に弱いので、その部分の剛性を高めるためには、第３の板の厚さを厚くしたり、中空形材内にリブを設けたりする必要があったが、本実施形態によれば、中間プレート２０を中空形材１０，１０間に介設するだけで突合せ部分２１の厚さを容易に厚くできる。
【００７７】
以上のように、突合せ部分２１の剛性が高くなることで、回転ツール３０の押圧荷重に対抗することができ、中空形材１０，１０の第３の板１３が変形しにくくなり、寸法精度の高い中空形材の接合構造を得ることができる。さらに、中間プレート２０を中空形材１０，１０とは別途に設けることで突合せ部分２１の厚さを厚くしているので、第３の板１３が薄い既存の中空形材１０に対して適用することができ、第３の板の厚さを厚くするなどした新たな中空形材を形成するための型を改造形成する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材１０の変形を抑えることができるので、突合せ部分２１に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【００７８】
さらに、中空形材１０，１０の幅寸法（図１中、水平方向の寸法）の誤差が生じた場合に、その寸法誤差に応じて厚さの異なる中間プレート２０を設ければ、寸法誤差を吸収することができ、接合後の連結中空形材の幅寸法の精度が高い中空形材の接合構造を得ることができる。
【００７９】
なお、前記の実施形態では、断面が略矩形形状の中空形材１０を例に挙げて説明したが、中空形材の形状を断面矩形形状に限定する趣旨ではなく、第１の板と第２の板とが平行ではない関係で対向する場合でも本発明は適用可能であるのは勿論である。
【００８０】
［第二の実施形態］
第二の実施形態は、図２に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ａが、中空形材１０の表面（上面および下面）より突出するように構成された形態である。
【００８１】
具体的には、中間プレート２０ａは、第一の実施形態の中間プレート２０（図１参照）よりも高さ（図２中、上下方向の寸法）が広く形成されており、中空形材１０の厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）よりも長い寸法となっている。これによって、中間プレート２０ａは、その上下両端部が中空形材１０の第１の板１１および第２の板１２の両表面から、上下に所定長さ突出して突条２２を構成するようになっている。突条２２部分の金属材料の一部は、摩擦撹拌接合の際にバリ（図示せず）となり、摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【００８２】
一方、本実施形態のベッド４０ａには、突条２２を収容するための突条収容溝４１が形成されている。突条収容溝４１は、ベッド４０ａに形成された直線状の可動部４３を上下移動させることで形成される。突条収容溝４１の深さは、可動部４３の昇降移動量を調整することで決定され、突条２２の突出寸法と同等の寸法になるように構成されている。そして、中空形材１０，１０および中間プレート２０ａは、ベッド４０ａの突条収容溝４１に突条２２が収容されるように向きを合わせて、ベッド４０ａ上に載置される。
【００８３】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８４】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであるが、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、最初に中間プレート２０ａの上端部に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ａの上端部が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０，１０も塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【００８５】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、第一の実施形態と同様に、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ａとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することはない。
【００８６】
図２の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が中空形材１０の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。このとき、突条２２部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【００８７】
その後、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。
【００８８】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図２の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ａと中空形材１０，１０をベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０，１０と中間プレート２０ａとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【００８９】
以上のような本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に、中間プレート２０ａの高さ寸法を大きくして突条２２を形成したことによって、回転ツール３０によって突合せ部分２１に押し込まれる金属量を増加することができるので、空洞欠陥などの少ない、健全な接合部を形成することができる。また、突条２２の大きさを調整することで、接合後の突合せ部分２１の表面を凹みのない平坦な面に形成したり、凹部や凸部を形成したりすることができる。
【００９０】
また、突合せ部分２１に突条２２を形成するためには、中間プレート２０ａの高さ寸法を大きくするだけでよく、中空形材の端部に凸部を形成する場合と比較すると、型の改造等を行う必要がないので、コストアップを防止できる。
【００９１】
ベッド４０ａには突条収容溝４１が形成されているので、突条２２を突条収容溝４１で支持できるとともに、中空形材１０，１０を他の平面部分で支持できるので、回転ツール３０の押圧荷重を確実に受けることができ、中空形材１０，１０が変形することなく、容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。さらに、ベッド４０ａは、可動部４３を昇降させることで、突条収容溝４１の深さを変更できるので、種々の寸法の突条を確実に支持することができる。
【００９２】
［第三の実施形態］
第三の実施形態は、図３に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ｃが、その高さ方向両端にフランジ部２４，２４をそれぞれ有しており、中空形材１０，１０を中間プレート２０ｃの両端のフランジ部２４，２４間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合する形態である。
【００９３】
図３の（ａ）に示すように、中間プレート２０ｃは、断面Ｈ字状を呈しており、上下のフランジ部２４，２４間の距離は、中空形材１０，１０の厚さ寸法と同等の長さとなっている。そして、フランジ部２４，２４間に中空形材１０が嵌合して挿入され、第３の板１３が中間プレート２０ｃのウエブ部２４ａの表面に当接するようになっている。これによって、突合せ部分２１において、フランジ部２４が中空形材１０，１０の表面から突出する突条２２ａを構成することとなる。
【００９４】
フランジ部２４は、その厚さＴ１（突条２２ａの突出長さ）が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の０．２〜１．０倍の範囲内になるように形成されている。これは、フランジ部２４の厚さＴ１が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の０．２倍未満では、中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の増加による厚さの補償が不十分になり得、一方、フランジ部２４の厚さＴ１が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の１．０倍を超えると、接合後に突出部が残るため、金属材のロスが発生するとともに、接合に要する時間が増加して点に着目して、フランジ部２４の厚さＴ１の範囲を前記のように設定した。これによれば、中空形材１０の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。
【００９５】
フランジ部２４は、その幅Ｗ（突条２２ａの幅）が回転ツール３０のショルダ径Ｒの０．８〜１．０倍の範囲内になるように形成されている。これは、フランジ部２４の幅Ｗが回転ツール３０のショルダ径Ｒの０．８倍未満では、フランジ部２４の断面積が不十分となり、一方、フランジ部２４の幅Ｗが回転ツール３０のショルダ径Ｒの１．０倍を超えると、回転ツール３０の通過後に発生するバリが多くなり、金属材のロスが発生するとともに、バリの除去に要する時間が増加してしまう点に着目して、フランジ部２４の幅Ｗの範囲を前記のように設定した。これによれば、これらを除いた前記の範囲をフランジ部２４の幅Ｗとしている。これによれば、回転ツール３０のショルダ部３１の下端面３２によりフランジ部２４の全体を押さえることができ、撹拌ピン３３によりフランジ部３２を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９６】
ベッド４０ａは、第二の実施形態と同様の構成であって、可動部４３を、フランジ部２４の厚さ寸法、下降させて、フランジ部２４からなる突条２２ａを収容する突条収容溝４１を形成する。
【００９７】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
摩擦撹拌接合を行うに際しては、まず、中空形材１０，１０間に中間プレート２０ｃを介設する際に、各中空形材１０，１０を中間プレート２０ｃに当接させるが、本実施形態では、中間プレート２０ｃの上下にフランジ部２４，２４がそれぞれ形成されているので、中空形材１０をフランジ部２４，２４間に嵌合させることができる。したがって、各フランジ部２４，２４が中空形材１０の移動のガイドとなり、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｃの当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。また、中空形材１０，１０および中間プレート２０ｃが互いに嵌合されているので移動しやすい。
【００９９】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであるが、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、中間プレート２０ｃの端部のフランジ部２４に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ｃの端部のフランジ部２４が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０，１０も塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【０１００】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、第一の実施形態と同様に、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｃとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することは殆んどない。また、中間プレート２０ｃにおいては、上下両端のフランジ部２４，２４が補強リブの役目を果たしており、中間プレート２０ｃ自体の剛性が高くなるので、回転ツール３０の押圧荷重に対する突合せ部分２１の剛性をさらに高めることができる。
【０１０１】
図３の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が突合せ部分２１の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。その後、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。このとき、突条２２部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１０２】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図３の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｃと中空形材１０，１０をベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｃとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【０１０３】
以上のような本実施形態によれば、フランジ部２４が突条２２ａを構成することとなるので、第一の実施形態の作用効果の他に、回転ツール３０によって突合せ部分２１に押し込まれる金属量を確保することができ、空洞欠陥などの少ない、健全な接合部を形成することができる。また、フランジ部２４の厚さを調整することで、接合後の突合せ部分２１の表面を凹みのない平坦な面に形成したり、凹部や凸部を形成したりすることができる。さらに、前記したように、中空形材１０をフランジ部２４，２４間に嵌合させることで、当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができるといった作用効果や、フランジ部２４，２４が補強リブの役目を果たすことで、中間プレート２０ｃ自体の剛性が高くなり、回転ツール３０の押圧荷重に対する突合せ部分２１の剛性をさらに高めることができるといった作用効果を得ることができる。
【０１０４】
［第四の実施形態］
第四の実施形態は、図４に示すように、中空形材１０ａ，１０ａ同士を直角に接合する形態である。
【０１０５】
かかる実施形態の中空形材１０ａは、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続する第３の板１３を備えている。ここで、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２に対して、４５度傾斜して形成されている。中空形材１０ａ，１０ａ同士を直角に接合する突合せ部分２５の内側入隅部分２５ａに相当する第１の板１１と第３の板１３との連結部では、第１の板１１と第３の板１３が１３５度の内角で鈍角に交差している。突合せ部分２５の外側出隅部分２５ｂに相当する第２の板１２と第３の板１３との連結部では、第２の板１２と第３の板１３とが４５度の内角で鋭角に交差している。
【０１０６】
なお、図４においては、中空形材１０ａの一端のみ図示しているが、多端は、接続される他の中空形材の形状・寸法に応じて、第３の板（図示せず）が、第１の板１１および第２の板１２に直交あるいは傾斜して形成されている。
【０１０７】
互いに接合される中空形材１０ａ，１０ａの第３の板１３，１３は、互いに平行になるように配置され、この第３の板１３，１３間には中間プレート２０ｄが介設される。中間プレート２０ｄは、高さ方向両端にフランジ部２６ａ，２６ｂを備えている。突合せ部分２５の内側入隅部分２５ａに位置するフランジ部２６ａは、断面三角形に形成されており、その斜辺に相当する面２７ａが、互いに直角に配置された中空形材１０ａ，１０ａの第１の板１１，１１の外側表面にそれぞれ当接するように構成されている。三角形の底辺に相当する面２７ｂは、中間プレート２０ｄの高さ方向と直交する方向に広がるように構成されている。突合せ部分２５の外側出隅部分２５ｂに位置するフランジ部２６ｂは、断面Ｖ字状に形成されており、その内側の面２７ｃが、互いに直角に配置された中空形材１０ａ，１０ａの第２の板１２，１２の外側表面にそれぞれ当接するように構成されている。Ｖ字の底部分は、面取りされて平面状に形成されており、その底の面２７ｄは、中間プレート２０ｄの高さ方向と直交する方向に広がるように構成されている。
【０１０８】
なお、その他の回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１０９】
摩擦撹拌接合するに際しては、まず、中空形材１０ａ，１０ａを中間プレート２０ｄに突き合せる。このとき、中間プレート２０ｄの高さ方向両端にはフランジ部２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成されているので、中空形材１０ａを、フランジ部２６ａ，２６ｂをガイドとして、その間に挿入させることができる。これによって、中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄの当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。
【０１１０】
内側入隅部分２５ａを摩擦撹拌接合する場合は、断面略Ｖ字状の溝を備えたベッド（図示せず）に中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄを固定して、上部から回転ツール３０を回転させながら押し当てて行う。外側出隅部分２５ｂを摩擦撹拌接合する場合は、断面略逆Ｖ字状の突条を備えたベッド（図示せず）に中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄを固定して、上部から回転ツール３０を回転させながら押し当てて行う。このとき、中間プレート２０ｄの高さ方向が鉛直方向になるように配置するとよい。
【０１１１】
そして、中空形材１０ａ，１０ａ同士を接合する際は、回転ツール３０を、中間プレート２０ｄの高さ方向に沿うように移動させ、突合せ部分２５に押し当てる。このとき、突合せ部分２５では一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｄとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。また、回転ツール３０の押圧荷重は、中間プレート２０ｄの高さ方向に沿って真っ直ぐに加えられるので、突合せ部分２１が変形しにくくなる。
【０１１２】
また、回転ツール３０を回転させながら、中間プレート２０ｄの適所に設けた接合開始位置に撹拌ピン３３を押し付ける際には、撹拌ピン３３が最初に当接する面（フランジ部２６ａの三角形の底辺に相当する面２７ｂと、フランジ部２６ｂのＶ字の底の面取りされた面２７ｄ）は、ともに回転ツール３０の押圧方向と直交する方向に広がるように構成されているので、回転ツール３０がずれることなく安定した状態で回転できるとともに、撹拌ピン３３の周囲の金属を均一に塑性流動化させることができる。このとき、フランジ部２６ａ，２６ｂの部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１１３】
さらに、第一の実施形態と同様に、回転ツール３０の撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法より若干大きい径となり、基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されているので、回転ツール３０によって塑性流動化した流動部（図示せず）は、中空形材１０ａの内表面まで広がらず、板厚全体に亘ることがないので、中空形材１０ａが変形しにくくなる。
【０１１４】
なお、本実施形態での、回転ツール３０の回転速度や移動速度は、撹拌ピン３３の寸法・形状、摩擦撹拌される中空形材１０，１０および中間プレート２０の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、中空形材１０，１０を直線状に接合する場合と同等である。
【０１１５】
かかる中空形材の接合方法によれば、中空形材１０ａ，１０ａを直角に接合する場合であっても、第一の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第１の板１１および第２の板１２に対する第３の板１３の交差角度を調整すれば、直角以外の角度でも摩擦撹拌接合することが可能となる。
【０１１６】
［第五の実施形態］
第五の実施形態は、図５に示すように、中空形材１０ｃ，１０ｃ同士を直線状に接合する接合方法であって、中空形材１０ｃは、内部に補強用のリブ１５が設けられているとともに、第３の板１３の外面側に係合突条１６，１６が形成されており、さらに中間プレート２０ｈは、その表面に係合突条１６，１６がそれぞれ挿入されて係合される溝２９，２９が形成されている形態である。
【０１１７】
中空形材１０ｃは、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部と第２の板１２の端部とを接続するものであって第１の板１１および第２の板１２に実質的に直交する第３の板１３とを備えている。すなわち、中空形材１０は、断面が略矩形形状を呈しており、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２を端部で接続するように構成されている。
【０１１８】
中空形材１０ｃの内部に形成されたリブ１５は、第２の板１２と第３の板１３との交差部から斜め下方に延出している。詳しくは、リブ１５は、一端が第２の板１２と第３の板１３との交差部（第３の板１３の上端）に接続されて、斜め下方に延出し、他端が第１の板１１の内表面に接続されている。このような構成によれば、第１の板１１の端部近傍と、第３の板１３とリブ１５とでトラス構造を構成することとなり、回転ツール３０の押圧荷重を第３の板１３とリブ１５とで分散支持することができ、中空形材１０ｃの回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高くすることができる。なお、リブ１５は、第１の板１１と第３の板１３との交差部から、第２の板１２の内表面に向かって斜め上方に延出して、第２の板１２の内表面に接続するように形成してもよい。但し、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高くする観点から考えれば、図１２に示したように、第２の板１２と第３の板１３との交差部から第１の板１１の内表面に向かって斜め下方に延出する構成とするのが好ましい。
【０１１９】
中空形材１０ｃの外面側に形成された係合突条１６，１６は、第１の板１１および前記第２の板１２を実質的にそれぞれ延長するように構成されている。係合突条１６は、その外側面（中空形材１０ｃの厚さ方向外側の面）が第１の板１１（または第２の板１２）の外表面と面一になるように形成されて、また、内側面（中空形材１０ｃの厚さ方向内側の面）が先端側に向かって外表面に近づくように傾斜して形成されており、第３の板１３から離れて先端に向かうに連れて薄くなるように形成されている。
【０１２０】
中間プレート２０ｈは、中空形材１０ｃの表面（上面および下面）より外方に突出するように構成されており、中空形材１０ｃの厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）よりも長い寸法を有している。中間プレート２０ｃに形成された溝２９は、中間プレート１０ｃの長手方向（図１２の上下方向）の両端部近傍の両側面の４箇所にそれぞれ形成されている。溝２９は、中空形材１０ｃの係合突条１６と同様の断面形状を有しており、係合突条１６が密着して挿入され係合されるように構成されている。中間プレート２０ｈの溝２９のよりも外側は、中空形材１０ｃの表面より外方に突出する突条を構成することとなる。
【０１２１】
中間プレート２０ｈの上下両端の突条部分は、その突出長さが中空形材１０ｃの厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内になるように形成されており、中空形材１０の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。また、前記突条部分の幅が回転ツール３０のショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内になるように形成されており、回転ツール３０のショルダ部３１の下端面３２により中間プレート２０ｈの端面全体を押さえることができるので、撹拌ピン３３によりフランジ部３２を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１２２】
なお、中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの材質、また回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２３】
摩擦撹拌接合を行うに際しては、まず、図５および図６に示すように、接合する一対の中空形材１０ｃの端面（図６では一方のみ図示）、すなわち、第３の板１３の側面に、接着剤６２（図５では太線にて図示している）を塗布する。接着剤６２は、第３の板１２の側面のうち、摩擦撹拌接合によって生成される塑性化領域が届かない位置（高さ方向中央部分）に塗布される（詳しくは図６参照）。その後に、中間プレート２０ｈの両側から中空形材１０ｃ，１０ｃをそれぞれ当接させて密着させる。このとき、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６が、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入されるので、位置決めを容易且つ正確に行える。さらに、係合突条１６および溝２９の内側面が傾斜して形成されているので、係合突条１６の溝２９への挿入を円滑に行うことができる。そして、中間プレート２０ｈが中空形材１０ｃへと接着される。なお、接着剤６２に代えて両面粘着テープを用いて、中間プレート２０ｈを中空形材１０ｃへ固着するようにしてもよい。
【０１２４】
図５の（ａ）に示すように、中空形材１０ｃ，１０ｃおよび中間プレート２０ｈを、第二の実施形態と略同様のベッド４０ａ上に載置する。このとき、中間プレート２０ｈは中空形材１０ｃ，１０ｃへと接着されているので、移動および設置が容易である。そして、中空形材１０ｃの下側表面から下方に突出した中間プレート２０ｈの下端部は、ベッド４０ａ上に形成された端部収容溝４４に収容される。端部収容溝４４は、ベッド４０ａに形成された直線状の可動部４３を上下移動させることで形成される。端部収容溝４４の深さは、可動部４３の昇降移動量を調整することで決定され、中間プレート２０ｈの突出寸法と同等の寸法になるように構成されている。
【０１２５】
中空形材１０ｃ，１０ｃ同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第二の実施形態と同じであって、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、最初に中間プレート２０ｈの上端部に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ｈの上端部が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０ｃ，１０ｃも塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【０１２６】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｈとが合わされるとともに、中空形材１０ｃ内にはリブ１６が形成されているので、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することはない。
【０１２７】
また、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６が、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入されているので、中間プレート２０ｈは、中空形材１０ｃに対して、図５中、上下方向（中間プレート２０ｈの長手方向）の動きが規制されることとなる。したがって、回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。また、接着剤６２によっても、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈとが接着されているので、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈとの一体物としての、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性をさらに高めることができる。
【０１２８】
その後、図５の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が中空形材１０の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０ｈおよび第３の板１３の長手方向（図５中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。そして、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。このとき、中間プレート２０ｈの上下両端の中空形材１０ｃから突出した部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１２９】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図５の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ａと中空形材１０ｃ，１０ｃをベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０ｃ，１０ｃと中間プレート２０ｈとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０ｃ，１０ｃの上下両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０ｃ，１０ｃ同士が確実に固定される。
【０１３０】
以上のような本実施形態によれば、第二の実施形態と同様の作用効果の他に、中空形材１０ｃの内部にリブ１５を形成したことによって、中空形材１０ｃの回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性をさらに高くすることができるといった作用効果を得られる。さらに、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６を、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入して接着剤６２で固着しているので、回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性をより一層高めることもできる。
【０１３１】
なお、前記実施の形態では、中空形材１０ｃの係合突条１６と、中間プレート２０ｈの溝２９は、連続的に形成されているが、これに限られるものではなく、断続的に形成してもよい。但し、連続的に形成する方が、押出形材で切削加工することなく、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈを形成できるので加工が容易となって好ましい。
【０１３２】
本実施の形態の他に、図７に示すような構成としてもよい。この実施形態は、中空形材１０ｄ，１０ｄの第１の板１１と第２の板１２の端部の外側表面に、段部６０がそれぞれ形成されており、中間プレート２０ｉの溝２９の外側が厚さ方向（図７中、左右方向）に広がってフランジ部６１が形成されている。中間プレート２０ｉの長手方向（図７中、上下方向）の長さは、図５の中間プレート２０ｈと同等である。フランジ部６１は、中空形材１０ｄの段部６０に係合するように構成されており、表面同士が密着するようになっている。
【０１３３】
その他の構成および加工工程は、図５に示した第五の実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
本実施形態によれば、中空形材１０ｄの段部６０に、中間プレート２０ｉのフランジ部６１を係合させているので、互いに密着する面積が増大し、さらに接着剤６２で接着しているので、摩擦撹拌接合前の回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性をより一層高めることができる。
【０１３５】
［第六の実施形態］
第六の実施形態は、図８に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ｅと第３の板１３との間に、低融点金属ハンダ５０が設けられた状態で、摩擦撹拌接合する形態である。
【０１３６】
低融点金属ハンダ５０は、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）のうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材である。さらに詳しくは、低融点金属ハンダ５０は、図１０に示すように、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅、銀、アルミニウムのうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材で構成された中空の鞘５１と、この鞘５１の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末５２（塩化物フラックス）とから構成されている。このような構成によれば、７０〜２２０℃程度の低温でハンダが溶融するとともに、溶融時の粘度が中空形材１０，１０や中間プレート２０ｅの金属の塑性流動時の粘度よりも低く、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅとの間に移動しやすくなる。さらに、低融点金属ハンダ５０表面の酸化を抑制することができ、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅの接合強度を高めることができる。
【０１３７】
本実施形態では、図８および図９に示すように、中間プレート２０ｅの表面に、ハンダ収容溝２８が形成されており、そのハンダ収容溝２８に低融点金属ハンダ５０が収容されている。ハンダ収容溝２８は、中間プレート２０ｅの長手方向（図８の（ａ）中、紙面表裏方向）に延びて形成されている。ハンダ収容溝２８は、中間プレート２０ｅの両面の、高さ方向両端近傍（塑性流動化の範囲内）の二箇所ずつの計四箇所に形成されており、中空形材１０，１０の表裏の各中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅとの接合に低融点金属ハンダ５０がそれぞれ利用されるように構成されている。ハンダ収容溝２８は、断面Ｕ字状に形成されており、曲線部分は、低融点金属ハンダ５０の外径と同等の曲率で構成されている。なお、ハンダ収容溝２８の形状は断面Ｕ字状に限定されるものではなく、低融点金属ハンダ５０を収容可能な所定の断面を有していれば、断面Ｖ字状や断面矩形状など他の形状であってよい。
【０１３８】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０およびベッド４０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３９】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであって、第一の実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、その他に、第六の実施形態では、回転ツール３０の回転による摩擦熱によって塑性流動化する撹拌ピン３３の周囲にある金属の移動が、第一の実施形態と異なり、以下のような作用効果が得られる。
【０１４０】
図８の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、塑性流動化された金属２１ｂの熱によってハンダ収容溝２８内で低融点金属ハンダ５０が溶融する。このとき、低融点金属ハンダ５０は塑性流動化された金属２１ｂよりも粘度が低いので、第３の板１３と中間プレート２０ｅとの間に移動して、接合部分の面積が大きくなるため、接合強度が高められる。
【０１４１】
その後、図８の（ｃ）に示すように、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅを反転させて、反対側の突合せ部分２１においても、同様の工程が施され、低融点金属ハンダ５０によって、接合部分の面積が大きくなり、接合強度が高められるといった作用効果が得られる。
【０１４２】
［第七の実施形態］
第七の実施形態は、図１１に示すように、両表面に凹部２３が形成された中間プレート２０ｆが設けられている。中間プレート２０ｆは、凹部２３を除けば、第五の実施形態の中間プレート２０ｅと同等の構成をしている。中間プレート２０ｆの凹部２３によって、第３の板１３と中間プレート２０ｆとの突合せ部分２１に微小隙間２３ａが形成されることとなる。微小隙間２３ａの厚さは、摩擦撹拌される中空形材１０，１０および中間プレート２０の材質や形状等に応じて設定されるものである。
【０１４３】
また、その他の中空形材１０および回転ツール３０およびベッド４０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１４４】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に以下のような作用効果を得ることができる。図１１の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、撹拌ピン３３と突合せ部分２１との摩擦熱によって低融点金属ハンダ５０が溶融し、低融点金属ハンダ５０が微小隙間２３ａに所定長さ移動する。
【０１４５】
その後、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１１の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｆと中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、他方の面の摩擦撹拌接合を行う。このとき、他方の面で低融点金属ハンダ５０は微小隙間２３ａに移動する。これによって、低融点金属ハンダ５０と第３の板１３と中間プレート２０ｆとの接触長さが長くなり、第３の板１３と中間プレート２０ｆの接合強度を高めることができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、中間プレート２０ｆは、表面に凹部２３およびハンダ収容溝２８が形成されて、厚さが薄くなっているが、微小隙間２３ａの寸法は僅かであり、ハンダ収容溝２８の断面積も僅かであるので、突合せ部分２１の厚さ寸法は、回転ツール３０の押圧荷重に耐えうるための十分な厚さおよび断面積が確保される。したがって、突合せ部分２１が変形しにくくなる。また、図示しないが、中間プレート２０ｆの上下に突条を設けるようにしてもよい。
【０１４７】
本実施形態では、ハンダ収容溝２８と凹部２３が中間プレート２０ｆに形成されているが、図１２に示すように、ハンダ収容溝２８と凹部２３を、中空形材１０ｂの第３の板１３の外表面にそれぞれ形成してもよい。このように構成しても、中空形材１０ｂと中間プレート２０との間に微小隙間２３ａが形成されるので、第七の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４８】
［第八の実施形態］
第八の実施形態は、図１３に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、第六の実施形態と同様に、中間プレート２０ｇと第３の板１３との間に、低融点金属ハンダ５０が設けられた状態で、摩擦撹拌接合する形態であるが、低融点金属ハンダ５０の固定方法が、第六の実施形態と異なる。
【０１４９】
低融点金属ハンダ５０は、第六の実施形態と同様の構成であり、図１０に示すように、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅、銀、アルミニウムのうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材で構成された中空の鞘５１と、この鞘５１の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末５２（塩化物フラックス）とから構成されている。
【０１５０】
本実施形態では、図１４の（ａ）および（ｂ）に示すように、一対のローラ５３，５３で中間プレート２０ｇと低融点金属ハンダ５０を挟み込んで、ローラ５３，５３を回動させることで、低融点金属ハンダ５０を扁平状に変形させて、中間プレート２０ｇの表面に圧着させている。このように、低融点金属ハンダ５０をローラ５３，５３で圧着することにより、第六の実施形態のように、中間プレートにハンダ収容溝を形成する必要がないので、低融点金属ハンダ５０を容易に固定することができる。
【０１５１】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に以下のような作用効果を得ることができる。図１３の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、撹拌ピン３３と突合せ部分２１との摩擦熱によって低融点金属ハンダ５０が溶融し、第３の板１３と中間プレート２０ｇとの間に広がる。特に、本実施形態では、中間プレート２０ｇの表面から低融点金属ハンダ５０が突出して圧着されているので、第３の板１３と中間プレート２０ｇとの間に微小な隙間２３ｂが形成されているので、低融点金属ハンダ５０が微小な隙間２３ｂに移動する。その後、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１３の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｇと中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、他方の面の摩擦撹拌接合を行う。このとき、低融点金属ハンダ５０は、微小隙間２３ｂに移動する。これによって、低融点金属ハンダ５０と第３の板１３と中間プレート２０ｇとの接触長さが長くなり、第３の板１３と中間プレート２０ｇの接合強度を高めることができる。
【０１５２】
なお、図示しないが、中空形材の内空部に裏当部材を設けてもよい。裏当部材は、中空形材と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金などの金属材料から構成されている。裏当部材は、第３の板と沿ったプレート状に形成されており、第３の板の内側面と第１の板および第２の板の内側面とに当接するように構成されている。裏当部材は、中空形材の押出方向の端部から、押出方向に沿って挿入され、接着剤などで中空形材の内空部に固定される。このような裏当部材を設ければ、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性をさらに高めることができる。
【０１５３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、中空形材間に中間プレートが介設されていれば、前記の各実施形態における突条、微小隙間、低融点金属ハンダ等の各構成は、適宜組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第一の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図２】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第二の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図３】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第三の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図４】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第四の実施形態を示した断面図である。
【図５】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第五の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図６】第五の実施形態の中空形材と中間プレートを示した斜視図である。
【図７】第五の実施形態の変形例を示した断面図である。
【図８】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第六の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図９】低融点金属ハンダの収容状態を示した中間プレートの斜視図である。
【図１０】低融点金属ハンダを示した断面斜視図である。
【図１１】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第七の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図１２】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第八の他の実施形態を示した断面図である。
【図１３】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第八の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図１４】低融点金属ハンダの圧着工程を示した（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０ 中空形材
１０ａ 中空形材
１０ｂ 中空形材
１０ｃ 中空形材
１０ｄ 中空形材
１１ 第１の板
１１ａ 端部
１２ 第２の板
１２ａ 端部
１３ 第３の板
１５ リブ
１６ 係合突条
２０ 中間プレート
２０ａ 中間プレート
２０ｃ 中間プレート
２０ｄ 中間プレート
２０ｅ 中間プレート
２０ｆ 中間プレート
２０ｇ 中間プレート
２０ｈ 中間プレート
２０ｉ 中間プレート
２１ 突合せ部分
２２ 突条
２２ａ 突条
２３ａ 微小隙間
２４ フランジ部
２９ 溝
３０ 回転ツール
４０ ベッド
４０ａ ベッド
４１ 突条収容溝
５０ 低融点金属ハンダ
５１ 鞘
５２ 混合物粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合を利用した中空形材の接合方法および接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材同士を接合する方法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が知られている。摩擦撹拌接合とは、回転ツールを回転させつつ金属部材同士の突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合させるものである。中空形材同士を接続するには各中空形材の端部の板同士を突き合わせて、その突合せ部分に回転ツールを押し当てて摩擦撹拌接合をおこなうようになっている（例えば特許文献１参照）。なお、回転ツールは、円柱状を呈するショルダ部の下端面に撹拌ピン（プローブ）を突設してなるものが一般的である。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０９１６４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで中空形材の場合、これを構成する板材は比較的厚さが薄いため、摩擦撹拌接合加工時の回転ツールの押圧荷重によって端部の板が変形してしまう恐れがあるといった問題があった。そこで、特許文献１のパネル構造体では、端部の板を厚くしたり、中空形材にリブを設けたりするなどして、中空形材を回転ツールの押圧荷重に耐えうる構成としていた。しかしながら、このような構成では、端部の板が薄い既存の中空形材に対して適用することができず、中空形材を形成するための型を改造しなければならなかった。
【０００５】
特許文献２の押出形材では、端部の板に凹溝を形成しているため、厚さが薄い部分が形成され、その部分に回転ツールの押圧荷重が集中して変形していた。特許文献２では、端部の板を変形させることで、高さが相違する中空形材同士の接合を行うようにしているが、接合部分に隙間ができてしまい、中空形材同士の接合強度が低下するといった問題が残っていた。
【０００６】
このような観点から、本発明は、接合すべき中空形材の板材の厚さが薄い場合であっても、中空形材に変形を生じさせ難い摩擦撹拌接合を行うことができる中空形材の接合方法および接合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【０００８】
このような方法によれば、中空形材間に中間プレートを介設することで、突合せ部分の部材の厚さが厚くなるので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材が変形し難くなる。さらに、中間プレートを中空形材とは別途に設けることで突合せ部分の厚さを厚くしているので、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、第１の板と、この第１の板と実質的に平行な第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続するものであって前記第１の板におよび前記第２の板に実質的に直交する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、それぞれの前記第１の板が互いに同一平面上に位置し、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【００１０】
かかる接合方法は、断面矩形状の中空形材の接合方法であって、請求項１と同様に、突合せ部分の部材の厚さが厚くなり、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材を変形しにくくすることができる。また、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。さらに、中空形材の幅寸法の誤差に応じて、厚さの異なる中間プレートを設ければ、接合後の連結中空形材の幅寸法の精度を高めることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備え、さらに前記第１の板と前記第３の板との交差部から前記第２の板まで延出するリブまたは前記第２の板と前記第３の板との交差部から前記第１の板まで延出するリブを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法であって、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする中空形材の接合方法である。
【００１２】
このような方法によれば、中空形材に第３の板の一端から延出するリブを設けたことによって、回転ツールの押圧荷重をリブが分散して受けることができ、前記押圧荷重に対する剛性を高めることができ、中空形材が変形し難くなる。これによって、突合せ部分に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合い、さらに前記中間プレートが互いに接続される前記中空形材の表面から突出して突条を形成するように構成され、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００１４】
このような方法によれば、突条の体積を適宜調整することで、回転ツールによって突合せ部分に押し込まれる金属量を確保できるので、突合せ部分に空洞欠陥や表面の凹み等が発生せず、表面が平坦で精度の高い接合部を得ることができる。また、突合せ部分に突条を形成するために、中間プレートの高さを大きくするだけでよく、中空形材の端部に凸部を形成する場合と比較して型の改造等の必要がないので、コストアップを防止できる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、前記中空形材は、前記第３の板の外面側に前記第１の板および前記第２の板を実質的に延長するような係合突条を備え、前記中間プレートは、その表面に前記係合突条が挿入されて係合する溝を備えており、前記係合突条を前記溝に嵌合して係合させた状態で、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項４に記載の中空形材の接合方法である。
【００１６】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートを突き合せる際の位置決めを容易に行えるとともに、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、前記中間プレートの両面に突き合わされた前記中空形材の前記第１の板をベッドに載置した状態で、上方から摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００１８】
このような方法によれば、回転ツールの押圧荷重を確実に受けることができ、容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板との突合せ部分には、微小隙間が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２０】
このような方法によれば、突合せ部分の微小隙間以外の部分同士が密に接触して、接合強度を高めることができる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記中空形材の第３の板で前記中間プレートを両面から挟み込んだ状態で、前記突合せ部分を摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２２】
このような方法によれば、中間プレートをその両面から中空形材の第３の板でそれぞれ押圧することで、回転ツールの押圧荷重に耐え得る剛性を高めることができる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、前記中間プレートは、高さ方向両端にフランジ部をそれぞれ有しており、前記中空形材を前記中間プレートの両端のフランジ部間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００２４】
ところで、中間プレートの高さ方向とは、第３の板が第１の板側から第２の板側に向かって延びる方向をいう。このような方法によれば、中間プレートの剛性を高めるとこができ、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性を高めることができる。さらに、中空形材を中間プレートに嵌めこむことで、中空形材相互の位置決めを確実かつ容易に行うことができる。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、前記フランジ部の厚さは、前記中空形材の厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内にあることを特徴とする請求項９に記載の中空形材の接合方法である。
【００２６】
ところで、中空形材の厚さとは、第１の板の表面と第２の板の表面との距離をいい、第３の板の上下方向長さをいう。
【００２７】
このような方法によれば、中空形材の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。なお、フランジ部の厚さが中空形材の厚さ寸法の０．２倍未満では、中空形材の厚さ寸法の増加による厚さの補償が不十分になり得、一方、フランジ部の厚さが中空形材の厚さ寸法の１．０倍を超えると、接合後に突出部が残るため、金属材のロスが発生するとともに、接合に要する時間が増加してしまう。したがって、これらを除いた前記範囲をフランジ部の厚さとしている。
【００２８】
請求項１１に係る発明は、前記フランジ部の幅は、前記回転ツールのショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内にあることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の中空形材の接合方法である。
【００２９】
このような方法によれば、回転ツールのショルダ部の下端面によりフランジ部を押さえることができ、撹拌ピンによりフランジ部を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。なお、フランジ部の幅が回転ツールのショルダ径の０．８倍未満では、フランジ部の断面積が不十分となり、一方、フランジ部の幅が回転ツールのショルダ径の１．０倍を超えると、回転ツールの通過後に発生するバリが多くなり、金属材のロスが発生するとともに、バリの除去に要する時間が増加してしまう。したがって、これらを除いた前記範囲をフランジ部の幅としている。
【００３０】
請求項１２に係る発明は、前記ベッドは、前記突条を収容可能な突条収容溝を有しており、前記突条を前記ベッドの前記突条収容溝に収容した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項６に記載の中空形材の接合方法である。
【００３１】
このような方法によれば、中空形材ががたつくことなく、摩擦撹拌接合することができる。
【００３２】
請求項１３に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板とが、両面テープで接着された状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３３】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００３４】
請求項１４に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板とが、接着剤で接着された状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３５】
このような方法によれば、中空形材と中間プレートとが互いに中間プレートの長手方向にずれないので、回転ツールの押圧荷重に対する剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００３６】
請求項１５に係る発明は、前記中間プレートと前記第３の板との間に、低融点金属ハンダが設けられた状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００３７】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが溶融しやすく、接合強度を高めることができる。
【００３８】
請求項１６に係る発明は、前記中間プレートは、その両面に低融点金属ハンダを収容するハンダ収容溝を有しており、前記ハンダ収容溝に前記低融点金属ハンダを収容した状態で、摩擦撹拌接合することを特徴とする請求項１５に記載の中空形材の接合方法である。
【００３９】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが溶融しやすく、接合強度を高めることができるとともに、容易な加工で低融点金属ハンダを中間プレートに固定することが可能である。
【００４０】
請求項１７に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域に接するように配置されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法である。
【００４１】
このような方法によれば、低融点金属ハンダを確実に溶融させることができる。
【００４２】
請求項１８に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域内に配置されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法である。
【００４３】
このような方法によっても、低融点金属ハンダを確実に溶融させることができる。
【００４４】
請求項１９に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として構成された合金材であることを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４５】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダが特に溶融しやすく、接合強度を高めることができる。
【００４６】
請求項２０に係る発明は、前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分とした合金材で構成された中空の鞘と、この鞘の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末とからなることを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４７】
このような方法によれば、突合せ部分で低融点金属ハンダ表面の酸化が抑制されて、接合強度を高めることができる。
【００４８】
請求項２１に係る発明は、前記中空形材の内空部には裏当部材が設けられており、この裏当部材は、前記第３の板の内側面と前記第１の板および前記第２の板の内側面とに当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法である。
【００４９】
このような方法によれば、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性をさらに高めることができる。
【００５０】
請求項２２に係る発明は、第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合構造において、前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分に摩擦撹拌領域を有することを特徴とする中空形材の接合構造である。
【００５１】
このような構成によれば、回転ツールの押圧荷重に対する剛性が高く、中空形材が変形しにくく、接合強度が高い中空形材の接合構造を安価で提供することができる。さらに、中間プレートを中空形材とは別途に設けることで突合せ部分の厚さを厚くしているので、第３の板が薄い既存の中空形材に対しても適用することができ、従来のような新たな中空形材を形成するための型を改造する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材が変形しにくいので、突合せ部分に隙間が発生することはなく、接合強度の低下を防止できる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造によれば、接合すべき中空形材の板材の厚さが薄い場合であっても、中空形材の変形を抑えつつ摩擦撹拌接合を行うことができるといった優れた作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５４】
［第一の実施形態］
本発明を実施するための最良の第一の実施形態として、図１に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法を例に挙げて説明する。
【００５５】
本実施形態では、中空形材１０は、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続するものであって第１の板１１および第２の板１２に実質的に直交する第３の板１３とを備えている。すなわち、中空形材１０は、断面が略矩形形状を呈しており、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２の両端部１１ａ，１２ａ（図１では一端のみを図示）を接続するように構成されている。互いに接続される中空形材１０，１０の形状・寸法に特に制限はないが、本実施形態では厚さ寸法（第３の板１３の長さ寸法）を同一にすることが望ましい。
【００５６】
中空形材１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦撹拌可能な金属材料から構成されている。本実施形態では、一方の中空形材１０および他方の中空形材１０を、同一組成の金属材料（例えばアルミニウム合金）で形成している。アルミニウムまたはアルミニウム合金で中空形材を構成する場合は押出形材として形成される。
【００５７】
本発明においては、中空形材１０，１０間には、中間プレート２０が介設されることを特徴とする。中空形材１０，１０同士を接合する際には、その間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置するとともに、第３の板１３がそれぞれ中間プレート２０の両面に突き合うように中空形材１０，１０同士を配置する。
【００５８】
中間プレート２０は、中空形材１０，１０同士の突合せ部分２１で第３の板１３に沿って設けられる板材である。中間プレート２０は、中空形材１０の厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）と同等の高さ（図１中、上下方向を示し、中間プレート２０を平らに置いた場合の幅をいう）を有しており、中空形材１０，１０間に介設された際に、中間プレート２０の上下両端部が、第１の板１１および第２の板１２の表面と面一になるように構成されている。また、中間プレート２０は、第３の板１３の長手方向（図１の紙面表裏方向）に沿っては位置されており、各第３の板１３，１３の長手方向の長さと同等の長さを備えるように形成されている。中間プレート２０は、中空形材１０と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金など摩擦撹拌可能な金属材料から構成されている。本実施形態では、中間プレート２０は、中空形材１０と同一組成の金属材料で形成されている。
【００５９】
次に、接合に用いる回転ツール３０を説明する。
【００６０】
回転ツール３０は、工具鋼など中空形材１０や中間プレート２０よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部３１と、このショルダ部３１の下端面３２に突設された撹拌ピン（プローブ）３３とを備えて構成されている。回転ツール３０の寸法・形状は、中空形材１０および中間プレート２０の材質や厚さ等に応じて設定すればよい。
【００６１】
ショルダ部３１の下端面３２は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位であり、本実施形態では、平面状に成形されている。ショルダ部３１の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法と同等の寸法となっている。
【００６２】
撹拌ピン３３は、ショルダ部３１の下端面３２の中央から垂下しており、本実施形態では、先細りの円錐台状に成形されている。また、撹拌ピン３３の周面には、螺旋状に刻設された撹拌翼（図示せず）が形成されている。撹拌ピン３３の外径の大きさに特に制限はないが、本実施形態では、撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法（図１中、水平方向寸法）より若干大きい径となり、撹拌ピン３３の基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されている。
【００６３】
なお、撹拌ピン３３の長さは、例えば、３〜１０（ｍｍ）、直径は２〜１０（ｍｍ）、ショルダ部３１の直径は、例えば６〜２５（ｍｍ）である。また、回転ツール３０の回転速度は５００〜１５０００（ｒｐｍ）、送り速度は０．０５〜２（ｍ／分）で、中空形材１０，１０の突合せ部分２１を押さえる押込み力は１〜２０（ｋＮ）程度で、中空形材１０および中間プレート２０の材質や板厚および形状に応じて適宜選択される。
【００６４】
以下、本実施形態に係る接合方法を詳細に説明する。
【００６５】
中空形材１０，１０同士を接合するに際しては、図１の（ａ）に示すように、まず、中空形材１０，１０の間に中間プレート２０を介設して、中空形材１０，１０同士を互いに離間させて配置する。すなわち、各中空形材１０，１０は、各第３の板１３，１３が互いに所定の間隔をあけて対向するように配置され、それぞれ中間プレート２０の両面に突き合うようになっている。中間プレート２０は、中空形材１０の厚さと寸法と同等の高さ（図１中、上下方向）に形成されているので、中間プレート２０の上下両端部と、中空形材１０の第１の板１１の表面および第２の板１２の表面とか略面一となる。また、中間プレート２０はその長手方向において、第３の板１３と同等の寸法を有しているので、中間プレート２０の長手方向両端部と、第３の板１３の長手方向両端部と略面一となる。
【００６６】
ここで、万一、中空形材１０の幅寸法（図１中、水平方向の寸法）に製造誤差が生じていた場合は、中間プレート２０の表面を部分的に研磨するなどして、中空形材１０の幅寸法が大きくなっている部分の中間プレート２０を薄くする。このようにすれば、中空形材１０、中間プレート２０および中空形材１０を互いに当接させたときに、全体として中空形材１０，１０を接合したパネルの幅寸法が統一される。
【００６７】
以上のような状態で、中空形材１０，１０および中間プレート２０は、ベッド４０上に載置される。本実施形態では、ベッド４０は、表面が平面状に形成されており、突合せ部分２１の中心となる中間プレート２０が、ベッド４０の重心近傍などの安定した部分に載置される。このとき、中空形材１０，１０は、図示しない治具によって拘束され、中間プレート２０は、中空形材１０，１０に挟み込まれて挟持される。このように、中空形材１０，１０および中間プレート２０をベッド４０上に載置することで、後記する摩擦撹拌接合時の回転ツール３０の押圧荷重を確実に受けることができ、安定した状態で容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００６８】
その後、回転ツール３０を、中間プレート２０の適所に設けた接合開始位置の直上に移動させ、続いて、回転ツール３０を回転させつつ下降させて、撹拌ピン３３を接合開始位置に押し付ける。
【００６９】
そして、撹拌ピン３３が中間プレート２０および中空形材１０，１０の突合せ部分２１の表面に接触すると、摩擦熱によって撹拌ピン３３の周囲にある金属（中間プレート２０および中空形材１０，１０）が塑性流動化し、撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【００７０】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０とが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することは殆んどない。また、回転ツール３０の撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法より若干大きい径となり、基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されているので、回転ツール３０によって塑性流動化した流動部２１ａは、中空形材１０の内表面まで広がらず、板厚全体に亘ることがないので、中空形材１０の変形を防止できる。
【００７１】
図１の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が突合せ部分２１の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って相対移動させる。
【００７２】
なお、回転ツール３０を移動させる際には、ショルダ部３１の軸線を鉛直線に対して進行方向の後ろ側へ僅かに傾斜させてもよいし、傾斜させずに鉛直としてもよい。ショルダ部３１の軸線を傾斜させずに鉛直にすると、回転ツール３０の方向転換が容易となり、複雑な動きが可能となる。以上のように回転ツール３０を移動させると、その撹拌ピン３３の周囲にある第３の板１３，１３および中間プレート２０が順次塑性流動化して混ざり合うとともに、撹拌ピン３３から離れた位置では、塑性流動化していた金属が再び硬化して、中空形材１０，１０と中間プレート２０が一体的に固結される。
【００７３】
その後、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。
【００７４】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１の（ｃ）に示すように、中間プレート２０と中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、中空形材１０，１０と中間プレート２０との突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【００７５】
かかる中空形材の接合方法によれば、中空形材１０，１０間に中間プレート２０を介設することで、突合せ部分２１の縦方向の部材（第３の板１３，１３および中間プレート２０）の全体厚さが厚くなるので、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高めることができる。また、中間プレート２０は両側から第３の板１３，１３に挟み込まれているので、中間プレート２０へ伝わった荷重が第３の板１３，１３へと確実に伝達され、部材の厚さ分の剛性を有効に生かすことができる。
【００７６】
また、中空形材１０では、その端部の第３の板１３の板厚が薄く、圧縮力に弱いので、その部分の剛性を高めるためには、第３の板の厚さを厚くしたり、中空形材内にリブを設けたりする必要があったが、本実施形態によれば、中間プレート２０を中空形材１０，１０間に介設するだけで突合せ部分２１の厚さを容易に厚くできる。
【００７７】
以上のように、突合せ部分２１の剛性が高くなることで、回転ツール３０の押圧荷重に対抗することができ、中空形材１０，１０の第３の板１３が変形しにくくなり、寸法精度の高い中空形材の接合構造を得ることができる。さらに、中間プレート２０を中空形材１０，１０とは別途に設けることで突合せ部分２１の厚さを厚くしているので、第３の板１３が薄い既存の中空形材１０に対して適用することができ、第３の板の厚さを厚くするなどした新たな中空形材を形成するための型を改造形成する必要がないので、コストアップを防止することができる。また、中空形材１０の変形を抑えることができるので、突合せ部分２１に隙間が発生しにくく、接合強度の低下を防止できる。
【００７８】
さらに、中空形材１０，１０の幅寸法（図１中、水平方向の寸法）の誤差が生じた場合に、その寸法誤差に応じて厚さの異なる中間プレート２０を設ければ、寸法誤差を吸収することができ、接合後の連結中空形材の幅寸法の精度が高い中空形材の接合構造を得ることができる。
【００７９】
なお、前記の実施形態では、断面が略矩形形状の中空形材１０を例に挙げて説明したが、中空形材の形状を断面矩形形状に限定する趣旨ではなく、第１の板と第２の板とが平行ではない関係で対向する場合でも本発明は適用可能であるのは勿論である。
【００８０】
［第二の実施形態］
第二の実施形態は、図２に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ａが、中空形材１０の表面（上面および下面）より突出するように構成された形態である。
【００８１】
具体的には、中間プレート２０ａは、第一の実施形態の中間プレート２０（図１参照）よりも高さ（図２中、上下方向の寸法）が広く形成されており、中空形材１０の厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）よりも長い寸法となっている。これによって、中間プレート２０ａは、その上下両端部が中空形材１０の第１の板１１および第２の板１２の両表面から、上下に所定長さ突出して突条２２を構成するようになっている。突条２２部分の金属材料の一部は、摩擦撹拌接合の際にバリ（図示せず）となり、摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【００８２】
一方、本実施形態のベッド４０ａには、突条２２を収容するための突条収容溝４１が形成されている。突条収容溝４１は、ベッド４０ａに形成された直線状の可動部４３を上下移動させることで形成される。突条収容溝４１の深さは、可動部４３の昇降移動量を調整することで決定され、突条２２の突出寸法と同等の寸法になるように構成されている。そして、中空形材１０，１０および中間プレート２０ａは、ベッド４０ａの突条収容溝４１に突条２２が収容されるように向きを合わせて、ベッド４０ａ上に載置される。
【００８３】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８４】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであるが、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、最初に中間プレート２０ａの上端部に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ａの上端部が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０，１０も塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【００８５】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、第一の実施形態と同様に、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ａとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することはない。
【００８６】
図２の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が中空形材１０の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。このとき、突条２２部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【００８７】
その後、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。
【００８８】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図２の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ａと中空形材１０，１０をベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０，１０と中間プレート２０ａとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【００８９】
以上のような本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に、中間プレート２０ａの高さ寸法を大きくして突条２２を形成したことによって、回転ツール３０によって突合せ部分２１に押し込まれる金属量を増加することができるので、空洞欠陥などの少ない、健全な接合部を形成することができる。また、突条２２の大きさを調整することで、接合後の突合せ部分２１の表面を凹みのない平坦な面に形成したり、凹部や凸部を形成したりすることができる。
【００９０】
また、突合せ部分２１に突条２２を形成するためには、中間プレート２０ａの高さ寸法を大きくするだけでよく、中空形材の端部に凸部を形成する場合と比較すると、型の改造等を行う必要がないので、コストアップを防止できる。
【００９１】
ベッド４０ａには突条収容溝４１が形成されているので、突条２２を突条収容溝４１で支持できるとともに、中空形材１０，１０を他の平面部分で支持できるので、回転ツール３０の押圧荷重を確実に受けることができ、中空形材１０，１０が変形することなく、容易かつ確実に摩擦撹拌接合を行うことができる。さらに、ベッド４０ａは、可動部４３を昇降させることで、突条収容溝４１の深さを変更できるので、種々の寸法の突条を確実に支持することができる。
【００９２】
［第三の実施形態］
第三の実施形態は、図３に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ｃが、その高さ方向両端にフランジ部２４，２４をそれぞれ有しており、中空形材１０，１０を中間プレート２０ｃの両端のフランジ部２４，２４間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合する形態である。
【００９３】
図３の（ａ）に示すように、中間プレート２０ｃは、断面Ｈ字状を呈しており、上下のフランジ部２４，２４間の距離は、中空形材１０，１０の厚さ寸法と同等の長さとなっている。そして、フランジ部２４，２４間に中空形材１０が嵌合して挿入され、第３の板１３が中間プレート２０ｃのウエブ部２４ａの表面に当接するようになっている。これによって、突合せ部分２１において、フランジ部２４が中空形材１０，１０の表面から突出する突条２２ａを構成することとなる。
【００９４】
フランジ部２４は、その厚さＴ１（突条２２ａの突出長さ）が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の０．２〜１．０倍の範囲内になるように形成されている。これは、フランジ部２４の厚さＴ１が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の０．２倍未満では、中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の増加による厚さの補償が不十分になり得、一方、フランジ部２４の厚さＴ１が中空形材１０の厚さ寸法Ｔ２の１．０倍を超えると、接合後に突出部が残るため、金属材のロスが発生するとともに、接合に要する時間が増加して点に着目して、フランジ部２４の厚さＴ１の範囲を前記のように設定した。これによれば、中空形材１０の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。
【００９５】
フランジ部２４は、その幅Ｗ（突条２２ａの幅）が回転ツール３０のショルダ径Ｒの０．８〜１．０倍の範囲内になるように形成されている。これは、フランジ部２４の幅Ｗが回転ツール３０のショルダ径Ｒの０．８倍未満では、フランジ部２４の断面積が不十分となり、一方、フランジ部２４の幅Ｗが回転ツール３０のショルダ径Ｒの１．０倍を超えると、回転ツール３０の通過後に発生するバリが多くなり、金属材のロスが発生するとともに、バリの除去に要する時間が増加してしまう点に着目して、フランジ部２４の幅Ｗの範囲を前記のように設定した。これによれば、これらを除いた前記の範囲をフランジ部２４の幅Ｗとしている。これによれば、回転ツール３０のショルダ部３１の下端面３２によりフランジ部２４の全体を押さえることができ、撹拌ピン３３によりフランジ部３２を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９６】
ベッド４０ａは、第二の実施形態と同様の構成であって、可動部４３を、フランジ部２４の厚さ寸法、下降させて、フランジ部２４からなる突条２２ａを収容する突条収容溝４１を形成する。
【００９７】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
摩擦撹拌接合を行うに際しては、まず、中空形材１０，１０間に中間プレート２０ｃを介設する際に、各中空形材１０，１０を中間プレート２０ｃに当接させるが、本実施形態では、中間プレート２０ｃの上下にフランジ部２４，２４がそれぞれ形成されているので、中空形材１０をフランジ部２４，２４間に嵌合させることができる。したがって、各フランジ部２４，２４が中空形材１０の移動のガイドとなり、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｃの当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。また、中空形材１０，１０および中間プレート２０ｃが互いに嵌合されているので移動しやすい。
【００９９】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであるが、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、中間プレート２０ｃの端部のフランジ部２４に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ｃの端部のフランジ部２４が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０，１０も塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【０１００】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、第一の実施形態と同様に、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｃとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することは殆んどない。また、中間プレート２０ｃにおいては、上下両端のフランジ部２４，２４が補強リブの役目を果たしており、中間プレート２０ｃ自体の剛性が高くなるので、回転ツール３０の押圧荷重に対する突合せ部分２１の剛性をさらに高めることができる。
【０１０１】
図３の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が突合せ部分２１の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０および第３の板１３の長手方向（図１中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。その後、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。このとき、突条２２部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１０２】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図３の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｃと中空形材１０，１０をベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｃとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０，１０の両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０，１０同士が確実に固定される。
【０１０３】
以上のような本実施形態によれば、フランジ部２４が突条２２ａを構成することとなるので、第一の実施形態の作用効果の他に、回転ツール３０によって突合せ部分２１に押し込まれる金属量を確保することができ、空洞欠陥などの少ない、健全な接合部を形成することができる。また、フランジ部２４の厚さを調整することで、接合後の突合せ部分２１の表面を凹みのない平坦な面に形成したり、凹部や凸部を形成したりすることができる。さらに、前記したように、中空形材１０をフランジ部２４，２４間に嵌合させることで、当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができるといった作用効果や、フランジ部２４，２４が補強リブの役目を果たすことで、中間プレート２０ｃ自体の剛性が高くなり、回転ツール３０の押圧荷重に対する突合せ部分２１の剛性をさらに高めることができるといった作用効果を得ることができる。
【０１０４】
［第四の実施形態］
第四の実施形態は、図４に示すように、中空形材１０ａ，１０ａ同士を直角に接合する形態である。
【０１０５】
かかる実施形態の中空形材１０ａは、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部１１ａと第２の板１２の端部１２ａとを接続する第３の板１３を備えている。ここで、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２に対して、４５度傾斜して形成されている。中空形材１０ａ，１０ａ同士を直角に接合する突合せ部分２５の内側入隅部分２５ａに相当する第１の板１１と第３の板１３との連結部では、第１の板１１と第３の板１３が１３５度の内角で鈍角に交差している。突合せ部分２５の外側出隅部分２５ｂに相当する第２の板１２と第３の板１３との連結部では、第２の板１２と第３の板１３とが４５度の内角で鋭角に交差している。
【０１０６】
なお、図４においては、中空形材１０ａの一端のみ図示しているが、多端は、接続される他の中空形材の形状・寸法に応じて、第３の板（図示せず）が、第１の板１１および第２の板１２に直交あるいは傾斜して形成されている。
【０１０７】
互いに接合される中空形材１０ａ，１０ａの第３の板１３，１３は、互いに平行になるように配置され、この第３の板１３，１３間には中間プレート２０ｄが介設される。中間プレート２０ｄは、高さ方向両端にフランジ部２６ａ，２６ｂを備えている。突合せ部分２５の内側入隅部分２５ａに位置するフランジ部２６ａは、断面三角形に形成されており、その斜辺に相当する面２７ａが、互いに直角に配置された中空形材１０ａ，１０ａの第１の板１１，１１の外側表面にそれぞれ当接するように構成されている。三角形の底辺に相当する面２７ｂは、中間プレート２０ｄの高さ方向と直交する方向に広がるように構成されている。突合せ部分２５の外側出隅部分２５ｂに位置するフランジ部２６ｂは、断面Ｖ字状に形成されており、その内側の面２７ｃが、互いに直角に配置された中空形材１０ａ，１０ａの第２の板１２，１２の外側表面にそれぞれ当接するように構成されている。Ｖ字の底部分は、面取りされて平面状に形成されており、その底の面２７ｄは、中間プレート２０ｄの高さ方向と直交する方向に広がるように構成されている。
【０１０８】
なお、その他の回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１０９】
摩擦撹拌接合するに際しては、まず、中空形材１０ａ，１０ａを中間プレート２０ｄに突き合せる。このとき、中間プレート２０ｄの高さ方向両端にはフランジ部２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成されているので、中空形材１０ａを、フランジ部２６ａ，２６ｂをガイドとして、その間に挿入させることができる。これによって、中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄの当接の位置決めを正確かつ容易に行うことができる。
【０１１０】
内側入隅部分２５ａを摩擦撹拌接合する場合は、断面略Ｖ字状の溝を備えたベッド（図示せず）に中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄを固定して、上部から回転ツール３０を回転させながら押し当てて行う。外側出隅部分２５ｂを摩擦撹拌接合する場合は、断面略逆Ｖ字状の突条を備えたベッド（図示せず）に中空形材１０ａ，１０ａと中間プレート２０ｄを固定して、上部から回転ツール３０を回転させながら押し当てて行う。このとき、中間プレート２０ｄの高さ方向が鉛直方向になるように配置するとよい。
【０１１１】
そして、中空形材１０ａ，１０ａ同士を接合する際は、回転ツール３０を、中間プレート２０ｄの高さ方向に沿うように移動させ、突合せ部分２５に押し当てる。このとき、突合せ部分２５では一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｄとが合わされて、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。また、回転ツール３０の押圧荷重は、中間プレート２０ｄの高さ方向に沿って真っ直ぐに加えられるので、突合せ部分２１が変形しにくくなる。
【０１１２】
また、回転ツール３０を回転させながら、中間プレート２０ｄの適所に設けた接合開始位置に撹拌ピン３３を押し付ける際には、撹拌ピン３３が最初に当接する面（フランジ部２６ａの三角形の底辺に相当する面２７ｂと、フランジ部２６ｂのＶ字の底の面取りされた面２７ｄ）は、ともに回転ツール３０の押圧方向と直交する方向に広がるように構成されているので、回転ツール３０がずれることなく安定した状態で回転できるとともに、撹拌ピン３３の周囲の金属を均一に塑性流動化させることができる。このとき、フランジ部２６ａ，２６ｂの部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１１３】
さらに、第一の実施形態と同様に、回転ツール３０の撹拌ピン３３の先端部が、中間プレート２０の厚さ寸法より若干大きい径となり、基端部が、第３の板１３と中間プレート２０と他の第３の板１３とを合わせた厚さ寸法よりも小さい径となるように形成されているので、回転ツール３０によって塑性流動化した流動部（図示せず）は、中空形材１０ａの内表面まで広がらず、板厚全体に亘ることがないので、中空形材１０ａが変形しにくくなる。
【０１１４】
なお、本実施形態での、回転ツール３０の回転速度や移動速度は、撹拌ピン３３の寸法・形状、摩擦撹拌される中空形材１０，１０および中間プレート２０の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、中空形材１０，１０を直線状に接合する場合と同等である。
【０１１５】
かかる中空形材の接合方法によれば、中空形材１０ａ，１０ａを直角に接合する場合であっても、第一の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第１の板１１および第２の板１２に対する第３の板１３の交差角度を調整すれば、直角以外の角度でも摩擦撹拌接合することが可能となる。
【０１１６】
［第五の実施形態］
第五の実施形態は、図５に示すように、中空形材１０ｃ，１０ｃ同士を直線状に接合する接合方法であって、中空形材１０ｃは、内部に補強用のリブ１５が設けられているとともに、第３の板１３の外面側に係合突条１６，１６が形成されており、さらに中間プレート２０ｈは、その表面に係合突条１６，１６がそれぞれ挿入されて係合される溝２９，２９が形成されている形態である。
【０１１７】
中空形材１０ｃは、第１の板１１と、この第１の板１１と実質的に平行な第２の板１２と、第１の板１１の端部と第２の板１２の端部とを接続するものであって第１の板１１および第２の板１２に実質的に直交する第３の板１３とを備えている。すなわち、中空形材１０は、断面が略矩形形状を呈しており、第３の板１３は、第１の板１１および第２の板１２を端部で接続するように構成されている。
【０１１８】
中空形材１０ｃの内部に形成されたリブ１５は、第２の板１２と第３の板１３との交差部から斜め下方に延出している。詳しくは、リブ１５は、一端が第２の板１２と第３の板１３との交差部（第３の板１３の上端）に接続されて、斜め下方に延出し、他端が第１の板１１の内表面に接続されている。このような構成によれば、第１の板１１の端部近傍と、第３の板１３とリブ１５とでトラス構造を構成することとなり、回転ツール３０の押圧荷重を第３の板１３とリブ１５とで分散支持することができ、中空形材１０ｃの回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高くすることができる。なお、リブ１５は、第１の板１１と第３の板１３との交差部から、第２の板１２の内表面に向かって斜め上方に延出して、第２の板１２の内表面に接続するように形成してもよい。但し、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性を高くする観点から考えれば、図１２に示したように、第２の板１２と第３の板１３との交差部から第１の板１１の内表面に向かって斜め下方に延出する構成とするのが好ましい。
【０１１９】
中空形材１０ｃの外面側に形成された係合突条１６，１６は、第１の板１１および前記第２の板１２を実質的にそれぞれ延長するように構成されている。係合突条１６は、その外側面（中空形材１０ｃの厚さ方向外側の面）が第１の板１１（または第２の板１２）の外表面と面一になるように形成されて、また、内側面（中空形材１０ｃの厚さ方向内側の面）が先端側に向かって外表面に近づくように傾斜して形成されており、第３の板１３から離れて先端に向かうに連れて薄くなるように形成されている。
【０１２０】
中間プレート２０ｈは、中空形材１０ｃの表面（上面および下面）より外方に突出するように構成されており、中空形材１０ｃの厚さ（第１の板１１の表面と第２の板１２の表面との距離）よりも長い寸法を有している。中間プレート２０ｃに形成された溝２９は、中間プレート１０ｃの長手方向（図１２の上下方向）の両端部近傍の両側面の４箇所にそれぞれ形成されている。溝２９は、中空形材１０ｃの係合突条１６と同様の断面形状を有しており、係合突条１６が密着して挿入され係合されるように構成されている。中間プレート２０ｈの溝２９のよりも外側は、中空形材１０ｃの表面より外方に突出する突条を構成することとなる。
【０１２１】
中間プレート２０ｈの上下両端の突条部分は、その突出長さが中空形材１０ｃの厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内になるように形成されており、中空形材１０の板厚の減少を防ぎ、所要の強度を得ることが容易となる。また、前記突条部分の幅が回転ツール３０のショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内になるように形成されており、回転ツール３０のショルダ部３１の下端面３２により中間プレート２０ｈの端面全体を押さえることができるので、撹拌ピン３３によりフランジ部３２を塑性流動化でき、健全な摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１２２】
なお、中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの材質、また回転ツール３０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２３】
摩擦撹拌接合を行うに際しては、まず、図５および図６に示すように、接合する一対の中空形材１０ｃの端面（図６では一方のみ図示）、すなわち、第３の板１３の側面に、接着剤６２（図５では太線にて図示している）を塗布する。接着剤６２は、第３の板１２の側面のうち、摩擦撹拌接合によって生成される塑性化領域が届かない位置（高さ方向中央部分）に塗布される（詳しくは図６参照）。その後に、中間プレート２０ｈの両側から中空形材１０ｃ，１０ｃをそれぞれ当接させて密着させる。このとき、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６が、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入されるので、位置決めを容易且つ正確に行える。さらに、係合突条１６および溝２９の内側面が傾斜して形成されているので、係合突条１６の溝２９への挿入を円滑に行うことができる。そして、中間プレート２０ｈが中空形材１０ｃへと接着される。なお、接着剤６２に代えて両面粘着テープを用いて、中間プレート２０ｈを中空形材１０ｃへ固着するようにしてもよい。
【０１２４】
図５の（ａ）に示すように、中空形材１０ｃ，１０ｃおよび中間プレート２０ｈを、第二の実施形態と略同様のベッド４０ａ上に載置する。このとき、中間プレート２０ｈは中空形材１０ｃ，１０ｃへと接着されているので、移動および設置が容易である。そして、中空形材１０ｃの下側表面から下方に突出した中間プレート２０ｈの下端部は、ベッド４０ａ上に形成された端部収容溝４４に収容される。端部収容溝４４は、ベッド４０ａに形成された直線状の可動部４３を上下移動させることで形成される。端部収容溝４４の深さは、可動部４３の昇降移動量を調整することで決定され、中間プレート２０ｈの突出寸法と同等の寸法になるように構成されている。
【０１２５】
中空形材１０ｃ，１０ｃ同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第二の実施形態と同じであって、回転ツール３０を、接合開始位置の直上から下降させたときに、最初に中間プレート２０ｈの上端部に当接する。このとき、摩擦熱によって最初は撹拌ピン３３の周囲にある中間プレート２０ｈの上端部が塑性流動化して、撹拌ピン３３が下降するに連れてその周囲の中空形材１０ｃ，１０ｃも塑性流動化し、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入される。
【０１２６】
このとき、突合せ部分２１には、回転ツール３０の押圧荷重がかかるが、突合せ部分２１では、一対の第３の板１３，１３と中間プレート２０ｈとが合わされるとともに、中空形材１０ｃ内にはリブ１６が形成されているので、押圧荷重に耐えうるための十分な厚さが確保される。したがって、突合せ部分２１が座屈して変形することはない。
【０１２７】
また、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６が、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入されているので、中間プレート２０ｈは、中空形材１０ｃに対して、図５中、上下方向（中間プレート２０ｈの長手方向）の動きが規制されることとなる。したがって、回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性を高めることができるとともに、安定した状態で摩擦撹拌接合を行うことができる。また、接着剤６２によっても、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈとが接着されているので、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈとの一体物としての、回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性をさらに高めることができる。
【０１２８】
その後、図５の（ｂ）に示すように、撹拌ピン３３の全体が突合せ部分２１に入り込み、かつ、ショルダ部３１の下端面３２の全面が中空形材１０の表面に接触したら、回転ツール３０を回転させつつ、中間プレート２０ｈおよび第３の板１３の長手方向（図５中、紙面表裏方向）に沿って、接合終了位置まで相対移動させる。そして、回転ツール３０が接合終了位置に達したら、回転ツール３０を回転させつつ上昇させて撹拌ピン３３を接合終了位置から離脱させる。このとき、中間プレート２０ｈの上下両端の中空形材１０ｃから突出した部分の金属材料の一部は、バリ（図示せず）となるが、このバリは摩擦撹拌接合後に取り除かれる。
【０１２９】
以上のように、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図５の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ａと中空形材１０ｃ，１０ｃをベッド４０ａ上で反転させる。このとき、ベッド４０ａの可動部４３を上昇させて、ベッド４０ａを平面状にしておくとよい。その後、中空形材１０ｃ，１０ｃと中間プレート２０ｈとの突合せ部分２１に対して前記と同様の工程を行い、他方の面を摩擦撹拌接合する。これによって、中空形材１０ｃ，１０ｃの上下両面において、摩擦撹拌接合がなされ、中空形材１０ｃ，１０ｃ同士が確実に固定される。
【０１３０】
以上のような本実施形態によれば、第二の実施形態と同様の作用効果の他に、中空形材１０ｃの内部にリブ１５を形成したことによって、中空形材１０ｃの回転ツール３０の押圧荷重に対する剛性をさらに高くすることができるといった作用効果を得られる。さらに、中空形材１０ｃに形成された係合突条１６を、中間プレート２０ｃに形成された溝２９に挿入して接着剤６２で固着しているので、回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性をより一層高めることもできる。
【０１３１】
なお、前記実施の形態では、中空形材１０ｃの係合突条１６と、中間プレート２０ｈの溝２９は、連続的に形成されているが、これに限られるものではなく、断続的に形成してもよい。但し、連続的に形成する方が、押出形材で切削加工することなく、中空形材１０ｃと中間プレート２０ｈを形成できるので加工が容易となって好ましい。
【０１３２】
本実施の形態の他に、図７に示すような構成としてもよい。この実施形態は、中空形材１０ｄ，１０ｄの第１の板１１と第２の板１２の端部の外側表面に、段部６０がそれぞれ形成されており、中間プレート２０ｉの溝２９の外側が厚さ方向（図７中、左右方向）に広がってフランジ部６１が形成されている。中間プレート２０ｉの長手方向（図７中、上下方向）の長さは、図５の中間プレート２０ｈと同等である。フランジ部６１は、中空形材１０ｄの段部６０に係合するように構成されており、表面同士が密着するようになっている。
【０１３３】
その他の構成および加工工程は、図５に示した第五の実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
本実施形態によれば、中空形材１０ｄの段部６０に、中間プレート２０ｉのフランジ部６１を係合させているので、互いに密着する面積が増大し、さらに接着剤６２で接着しているので、摩擦撹拌接合前の回転ツール３０の押圧荷重に対する中空形材１０ｃおよび中間プレート２０ｈの剛性をより一層高めることができる。
【０１３５】
［第六の実施形態］
第六の実施形態は、図８に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、中間プレート２０ｅと第３の板１３との間に、低融点金属ハンダ５０が設けられた状態で、摩擦撹拌接合する形態である。
【０１３６】
低融点金属ハンダ５０は、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）のうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材である。さらに詳しくは、低融点金属ハンダ５０は、図１０に示すように、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅、銀、アルミニウムのうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材で構成された中空の鞘５１と、この鞘５１の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末５２（塩化物フラックス）とから構成されている。このような構成によれば、７０〜２２０℃程度の低温でハンダが溶融するとともに、溶融時の粘度が中空形材１０，１０や中間プレート２０ｅの金属の塑性流動時の粘度よりも低く、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅとの間に移動しやすくなる。さらに、低融点金属ハンダ５０表面の酸化を抑制することができ、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅの接合強度を高めることができる。
【０１３７】
本実施形態では、図８および図９に示すように、中間プレート２０ｅの表面に、ハンダ収容溝２８が形成されており、そのハンダ収容溝２８に低融点金属ハンダ５０が収容されている。ハンダ収容溝２８は、中間プレート２０ｅの長手方向（図８の（ａ）中、紙面表裏方向）に延びて形成されている。ハンダ収容溝２８は、中間プレート２０ｅの両面の、高さ方向両端近傍（塑性流動化の範囲内）の二箇所ずつの計四箇所に形成されており、中空形材１０，１０の表裏の各中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅとの接合に低融点金属ハンダ５０がそれぞれ利用されるように構成されている。ハンダ収容溝２８は、断面Ｕ字状に形成されており、曲線部分は、低融点金属ハンダ５０の外径と同等の曲率で構成されている。なお、ハンダ収容溝２８の形状は断面Ｕ字状に限定されるものではなく、低融点金属ハンダ５０を収容可能な所定の断面を有していれば、断面Ｖ字状や断面矩形状など他の形状であってよい。
【０１３８】
なお、その他の中空形材１０および回転ツール３０およびベッド４０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３９】
中空形材１０，１０同士を接合する際の回転ツール３０の動作は、基本的には第一の実施形態と同じであって、第一の実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、その他に、第六の実施形態では、回転ツール３０の回転による摩擦熱によって塑性流動化する撹拌ピン３３の周囲にある金属の移動が、第一の実施形態と異なり、以下のような作用効果が得られる。
【０１４０】
図８の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、塑性流動化された金属２１ｂの熱によってハンダ収容溝２８内で低融点金属ハンダ５０が溶融する。このとき、低融点金属ハンダ５０は塑性流動化された金属２１ｂよりも粘度が低いので、第３の板１３と中間プレート２０ｅとの間に移動して、接合部分の面積が大きくなるため、接合強度が高められる。
【０１４１】
その後、図８の（ｃ）に示すように、中空形材１０，１０と中間プレート２０ｅを反転させて、反対側の突合せ部分２１においても、同様の工程が施され、低融点金属ハンダ５０によって、接合部分の面積が大きくなり、接合強度が高められるといった作用効果が得られる。
【０１４２】
［第七の実施形態］
第七の実施形態は、図１１に示すように、両表面に凹部２３が形成された中間プレート２０ｆが設けられている。中間プレート２０ｆは、凹部２３を除けば、第五の実施形態の中間プレート２０ｅと同等の構成をしている。中間プレート２０ｆの凹部２３によって、第３の板１３と中間プレート２０ｆとの突合せ部分２１に微小隙間２３ａが形成されることとなる。微小隙間２３ａの厚さは、摩擦撹拌される中空形材１０，１０および中間プレート２０の材質や形状等に応じて設定されるものである。
【０１４３】
また、その他の中空形材１０および回転ツール３０およびベッド４０などの構成は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１４４】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に以下のような作用効果を得ることができる。図１１の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、撹拌ピン３３と突合せ部分２１との摩擦熱によって低融点金属ハンダ５０が溶融し、低融点金属ハンダ５０が微小隙間２３ａに所定長さ移動する。
【０１４５】
その後、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１１の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｆと中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、他方の面の摩擦撹拌接合を行う。このとき、他方の面で低融点金属ハンダ５０は微小隙間２３ａに移動する。これによって、低融点金属ハンダ５０と第３の板１３と中間プレート２０ｆとの接触長さが長くなり、第３の板１３と中間プレート２０ｆの接合強度を高めることができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、中間プレート２０ｆは、表面に凹部２３およびハンダ収容溝２８が形成されて、厚さが薄くなっているが、微小隙間２３ａの寸法は僅かであり、ハンダ収容溝２８の断面積も僅かであるので、突合せ部分２１の厚さ寸法は、回転ツール３０の押圧荷重に耐えうるための十分な厚さおよび断面積が確保される。したがって、突合せ部分２１が変形しにくくなる。また、図示しないが、中間プレート２０ｆの上下に突条を設けるようにしてもよい。
【０１４７】
本実施形態では、ハンダ収容溝２８と凹部２３が中間プレート２０ｆに形成されているが、図１２に示すように、ハンダ収容溝２８と凹部２３を、中空形材１０ｂの第３の板１３の外表面にそれぞれ形成してもよい。このように構成しても、中空形材１０ｂと中間プレート２０との間に微小隙間２３ａが形成されるので、第七の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４８】
［第八の実施形態］
第八の実施形態は、図１３に示すように、中空形材１０，１０同士を直線状に接合する接合方法であって、第六の実施形態と同様に、中間プレート２０ｇと第３の板１３との間に、低融点金属ハンダ５０が設けられた状態で、摩擦撹拌接合する形態であるが、低融点金属ハンダ５０の固定方法が、第六の実施形態と異なる。
【０１４９】
低融点金属ハンダ５０は、第六の実施形態と同様の構成であり、図１０に示すように、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として、さらに必要に応じて、銅、銀、アルミニウムのうち一種または二種以上を少量添加して構成された合金材で構成された中空の鞘５１と、この鞘５１の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末５２（塩化物フラックス）とから構成されている。
【０１５０】
本実施形態では、図１４の（ａ）および（ｂ）に示すように、一対のローラ５３，５３で中間プレート２０ｇと低融点金属ハンダ５０を挟み込んで、ローラ５３，５３を回動させることで、低融点金属ハンダ５０を扁平状に変形させて、中間プレート２０ｇの表面に圧着させている。このように、低融点金属ハンダ５０をローラ５３，５３で圧着することにより、第六の実施形態のように、中間プレートにハンダ収容溝を形成する必要がないので、低融点金属ハンダ５０を容易に固定することができる。
【０１５１】
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の作用効果の他に以下のような作用効果を得ることができる。図１３の（ｂ）に示すように、回転ツール３０が接合開始位置で下降して、最終的に撹拌ピン３３が突合せ部分２１に挿入されたときに、撹拌ピン３３と突合せ部分２１との摩擦熱によって低融点金属ハンダ５０が溶融し、第３の板１３と中間プレート２０ｇとの間に広がる。特に、本実施形態では、中間プレート２０ｇの表面から低融点金属ハンダ５０が突出して圧着されているので、第３の板１３と中間プレート２０ｇとの間に微小な隙間２３ｂが形成されているので、低融点金属ハンダ５０が微小な隙間２３ｂに移動する。その後、片面の摩擦撹拌接合が終了したら、図１３の（ｃ）に示すように、中間プレート２０ｇと中空形材１０，１０をベッド４０上で反転させて、他方の面の摩擦撹拌接合を行う。このとき、低融点金属ハンダ５０は、微小隙間２３ｂに移動する。これによって、低融点金属ハンダ５０と第３の板１３と中間プレート２０ｇとの接触長さが長くなり、第３の板１３と中間プレート２０ｇの接合強度を高めることができる。
【０１５２】
なお、図示しないが、中空形材の内空部に裏当部材を設けてもよい。裏当部材は、中空形材と同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金などの金属材料から構成されている。裏当部材は、第３の板と沿ったプレート状に形成されており、第３の板の内側面と第１の板および第２の板の内側面とに当接するように構成されている。裏当部材は、中空形材の押出方向の端部から、押出方向に沿って挿入され、接着剤などで中空形材の内空部に固定される。このような裏当部材を設ければ、回転ツールの押圧荷重に対する突合せ部分の剛性をさらに高めることができる。
【０１５３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、中空形材間に中間プレートが介設されていれば、前記の各実施形態における突条、微小隙間、低融点金属ハンダ等の各構成は、適宜組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第一の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図２】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第二の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図３】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第三の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図４】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第四の実施形態を示した断面図である。
【図５】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第五の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図６】第五の実施形態の中空形材と中間プレートを示した斜視図である。
【図７】第五の実施形態の変形例を示した断面図である。
【図８】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第六の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図９】低融点金属ハンダの収容状態を示した中間プレートの斜視図である。
【図１０】低融点金属ハンダを示した断面斜視図である。
【図１１】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第七の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図１２】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第八の他の実施形態を示した断面図である。
【図１３】本発明に係る中空形材の接合方法および接合構造を実施するための最良の第八の実施形態を示した断面図であって、（ａ）は第一工程図、（ｂ）は第二工程図、（ｃ）は第三工程図である。
【図１４】低融点金属ハンダの圧着工程を示した（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１０ 中空形材
１０ａ 中空形材
１０ｂ 中空形材
１０ｃ 中空形材
１０ｄ 中空形材
１１ 第１の板
１１ａ 端部
１２ 第２の板
１２ａ 端部
１３ 第３の板
１５ リブ
１６ 係合突条
２０ 中間プレート
２０ａ 中間プレート
２０ｃ 中間プレート
２０ｄ 中間プレート
２０ｅ 中間プレート
２０ｆ 中間プレート
２０ｇ 中間プレート
２０ｈ 中間プレート
２０ｉ 中間プレート
２１ 突合せ部分
２２ 突条
２２ａ 突条
２３ａ 微小隙間
２４ フランジ部
２９ 溝
３０ 回転ツール
４０ ベッド
４０ａ ベッド
４１ 突条収容溝
５０ 低融点金属ハンダ
５１ 鞘
５２ 混合物粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項２】
第１の板と、この第１の板と実質的に平行な第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続するものであって前記第１の板におよび前記第２の板に実質的に直交する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、それぞれの前記第１の板が互いに同一平面上に位置し、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項３】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備え、さらに前記第１の板と前記第３の板との交差部から前記第２の板まで延出するリブまたは前記第２の板と前記第３の板との交差部から前記第１の板まで延出するリブを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法であって、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項４】
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合い、さらに前記中間プレートが互いに接続される前記中空形材の表面から突出して突条を形成するように構成され、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項５】
前記中空形材は、前記第３の板の外面側に前記第１の板および前記第２の板を実質的に延長するような係合突条を備え、前記中間プレートは、その表面に前記係合突条が挿入されて係合する溝を備えており、
前記係合突条を前記溝に嵌合して係合させた状態で、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項４に記載の中空形材の接合方法。
【請求項６】
前記中間プレートの両面に突き合わされた前記中空形材の前記第１の板をベッドに載置した状態で、上方から摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項７】
前記中間プレートと前記第３の板との突合せ部分には、微小隙間が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項８】
前記中空形材の第３の板で前記中間プレートを両面から挟み込んだ状態で、前記突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項９】
前記中間プレートは、高さ方向両端にフランジ部をそれぞれ有しており、
前記中空形材を前記中間プレートの両端のフランジ部間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１０】
前記フランジ部の厚さは、前記中空形材の厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内にある
ことを特徴とする請求項９に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１１】
前記フランジ部の幅は、前記回転ツールのショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内にある
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１２】
前記ベッドは、前記突条を収容可能な突条収容溝を有しており、
前記突条を前記ベッドの前記突条収容溝に収容した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１３】
前記中間プレートと前記第３の板とが、両面テープで接着された状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１４】
前記中間プレートと前記第３の板とが、接着剤で接着された状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１５】
前記中間プレートと前記第３の板との間に、低融点金属ハンダが設けられた状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１６】
前記中間プレートは、その両面に低融点金属ハンダを収容するハンダ収容溝を有しており、
前記ハンダ収容溝に前記低融点金属ハンダを収容した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１５に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１７】
前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域に接するように配置される
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１８】
前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域内に配置される
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１９】
前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として構成された合金材である
ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２０】
前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分とした合金材で構成された中空の鞘と、この鞘の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末とからなる
ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２１】
前記中空形材の内空部には裏当部材が設けられており、
この裏当部材は、前記第３の板の内側面と前記第１の板および前記第２の板の内側面とに当接している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２２】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合構造において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分に摩擦撹拌領域を有する
ことを特徴とする中空形材の接合構造。
【請求項１】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項２】
第１の板と、この第１の板と実質的に平行な第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続するものであって前記第１の板におよび前記第２の板に実質的に直交する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、それぞれの前記第１の板が互いに同一平面上に位置し、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項３】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備え、さらに前記第１の板と前記第３の板との交差部から前記第２の板まで延出するリブまたは前記第２の板と前記第３の板との交差部から前記第１の板まで延出するリブを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合方法であって、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする中空形材の接合方法。
【請求項４】
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板はそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合い、さらに前記中間プレートが互いに接続される前記中空形材の表面から突出して突条を形成するように構成され、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項５】
前記中空形材は、前記第３の板の外面側に前記第１の板および前記第２の板を実質的に延長するような係合突条を備え、前記中間プレートは、その表面に前記係合突条が挿入されて係合する溝を備えており、
前記係合突条を前記溝に嵌合して係合させた状態で、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
回転させた摩擦撹拌接合用の回転ツールを前記中間プレートの端面に押し当てて、前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項４に記載の中空形材の接合方法。
【請求項６】
前記中間プレートの両面に突き合わされた前記中空形材の前記第１の板をベッドに載置した状態で、上方から摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項７】
前記中間プレートと前記第３の板との突合せ部分には、微小隙間が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項８】
前記中空形材の第３の板で前記中間プレートを両面から挟み込んだ状態で、前記突合せ部分を摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項９】
前記中間プレートは、高さ方向両端にフランジ部をそれぞれ有しており、
前記中空形材を前記中間プレートの両端のフランジ部間に嵌合した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１０】
前記フランジ部の厚さは、前記中空形材の厚さ寸法の０．２〜１．０倍の範囲内にある
ことを特徴とする請求項９に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１１】
前記フランジ部の幅は、前記回転ツールのショルダ径の０．８〜１．０倍の範囲内にある
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１２】
前記ベッドは、前記突条を収容可能な突条収容溝を有しており、
前記突条を前記ベッドの前記突条収容溝に収容した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１３】
前記中間プレートと前記第３の板とが、両面テープで接着された状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１４】
前記中間プレートと前記第３の板とが、接着剤で接着された状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１５】
前記中間プレートと前記第３の板との間に、低融点金属ハンダが設けられた状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１６】
前記中間プレートは、その両面に低融点金属ハンダを収容するハンダ収容溝を有しており、
前記ハンダ収容溝に前記低融点金属ハンダを収容した状態で、摩擦撹拌接合する
ことを特徴とする請求項１５に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１７】
前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域に接するように配置される
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１８】
前記低融点金属ハンダは、摩擦撹拌領域内に配置される
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の中空形材の接合方法。
【請求項１９】
前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分として構成された合金材である
ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２０】
前記低融点金属ハンダは、亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムのうち一種または二種以上を主成分とした合金材で構成された中空の鞘と、この鞘の内部に充填されたアルカリ金属塩化物および亜鉛、スズ、ビスマス、インジウムの塩化物のうち二種以上を混合した混合物粉末とからなる
ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２１】
前記中空形材の内空部には裏当部材が設けられており、
この裏当部材は、前記第３の板の内側面と前記第１の板および前記第２の板の内側面とに当接している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の中空形材の接合方法。
【請求項２２】
第１の板と、この第１の板と対向する第２の板と、前記第１の板の端部と前記第２の板の端部とを接続する第３の板とを備えた中空形材同士を接合する中空形材の接合構造において、
前記中空形材同士の間に中間プレートを介設して、前記中空形材同士を互いに離間させて配置するとともに、前記第３の板がそれぞれ前記中間プレートの両面に突き合うように前記中空形材同士を配置し、
前記各第３の板と前記中間プレートとの突合せ部分に摩擦撹拌領域を有する
ことを特徴とする中空形材の接合構造。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２００９−６３９６（Ｐ２００９−６３９６Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４０７９５（Ｐ２００８−４０７９５）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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