形材の製造方法および形材
【課題】大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を有する形材の製造方法および形材を提供することを課題とする。
【解決手段】形材本体２の表面側に開口する凹溝１０に、形材本体２よりも強度の高い材質からなる補強材２０を挿入し、凹溝１０の開口部分に蓋板１１を挿入し、凹溝１０の側壁１２ｂと蓋板１１の側面１１ａとの突合せ部１５に沿って摩擦撹拌を施して、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材７を流入させるようにした。
【解決手段】形材本体２の表面側に開口する凹溝１０に、形材本体２よりも強度の高い材質からなる補強材２０を挿入し、凹溝１０の開口部分に蓋板１１を挿入し、凹溝１０の側壁１２ｂと蓋板１１の側面１１ａとの突合せ部１５に沿って摩擦撹拌を施して、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材７を流入させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形材の製造方法および形材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フォークリフトのビームやヨーク等として用いられる形材は、フランジとウェブを有する断面Ｈ字状に形成されて、強度を大きくするように構成されている。近年、軽量化を達成するためにアルミニウム等の軽金属で形材を形成するようになっている一方で、被搬送物の大型化により、形材の強度をさらに大きくすることが要求されている。
【０００３】
形材の強度を大きくするには、断面形状を大型化することが考えられるが、レイアウト上、大型化には限度があった。そこで、断面Ｈ字状の形材内部に形材本体よりも高強度の補強部材を設けることで強度を大きくしている形材が案出されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３４４６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、特許文献１の形材は、形材に形成された凹溝に補強材を挿入して、ろう付けにて補強材を形材に一体的に固着するようになっている。特許文献１においては、形材は、多数のコア材を一対の表面板で挟み込んで形成されるサンドイッチパネルの外周縁に設けられているが、多数のコア材を表面板で挟み込んで固着するのにろう付作業が行われるので、コア材と表面板との固着と、形材と補強材との固着を、一度のろう付作業でまとめて行うことができる。また、形材の表面は表面板によって覆われるので、凹溝に固着された補強材が露出されることはなく、優れた外観を得ていた。
【０００５】
しかしながら、ろう付には、温度管理が難しく製造が困難であるといった問題や、炉の大きさに形材の製造可能な大きさが制限されてしまうといった問題があった。すなわち、特許文献１のように、元々多数のコア材を表面板で挟み込んで固着するのにろう付を行う場合には、形材と補強材との固着も同時に効率的に行うことができるが、形材を単体で用いる場合に、ろう付をわざわざ行うと、大きさが制限される上に、製造効率が悪化してしまう問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献１の形材では、これを単体で用いると、補強材が露出してしまい、外観が悪化してしまう問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を有する形材の製造方法および形材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】
【０００８】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、形材本体の表面側に開口する凹溝に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、前記凹溝の開口部分に蓋板を挿入し、前記凹溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記凹溝との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させることを特徴とする形材の製造方法である。
【０００９】
このような方法によれば、摩擦撹拌によって、補強材を形材本体に固着させているので、回転ツールを所定の位置に押し付けるだけでよく、簡単な加工で効率的に形材を製造できるとともに、特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要ない。また、蓋板は、摩擦撹拌によって、形材本体と一体的に固定され、補強材が形材表面に露出することはないので、表面がすっきりとした優れた外観を得ることができる。さらに、摩擦撹拌によって流動化した塑性流動材を補強材と凹溝との間の空隙部に流入させているので、従来よりも補強材と形材との固定強度を高めることができ、形材の強度を高めることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記凹溝が、その開口部分に前記蓋板を収容する拡幅部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の形材の製造方法である。
【００１１】
このような方法によれば、蓋板が凹溝の拡幅部に載置されて安定した状態で摩擦撹拌が行われるので、接合加工を行いやすく、形材の精度向上を達成できる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、形材本体に形成された中空部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、前記中空部に対応する前記形材本体の表面部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記中空部との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させることを特徴とする形材の製造方法である。
【００１３】
このような発明によれば、請求項１の発明と同様に、形材の大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を有するといった作用効果を得られる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記補強材が、棒状部材にて構成されてい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項に記載の形材の製造方法である。
【００１５】
このような方法によれば、補強材と塑性流動材との接触面積が大きくなり、固着強度がさらに高くなる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、前記補強材が、炭素繊維を混入した複数の線材を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の形材の製造方法である。
【００１７】
このような方法によれば、撚り線ケーブルを用いることによって、補強材の表面積が大きくなり、補強材と塑性流動材との接触面積がさらに大きくなる。さらに、塑性流動材は凹凸形状の撚り線ケーブル表面に接触するように流入するので、補強材がその長手方向に係止されることとなり、補強材と形材との固着強度がさらに高くなる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、前記形材本体が、アルミニウム製の押出形材にて構成されてい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項に記載の形材の製造方法である。
【００１９】
このような方法によれば、押出形材を適宜な長さで切断するだけで複雑な形状の形材本体を容易に製造することができる。また、アルミニウム製の押出形材は、寸法精度が高く、また、強度の割に軽量であるので、現場での取り回しが容易になる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、形材本体に形成された挿入部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材が挿入され、前記補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入されたことを特徴とする形材である。
【００２１】
このような構成によれば、補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入されて、補強材を形材本体に固着させているので、回転ツールを所定の位置に押し付けるだけでよく、簡単な加工で効率的に形材を製造できる。また、特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要ない。また、補強材が形材表面に露出することはないので、表面がすっきりとした優れた外観を得ることができる。さらに、従来よりも補強材と形材との固定強度を高めることができ、形材の強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、形材の大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を得ることができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第一実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第一の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、断面Ｈ字状の形材のフランジ部分を補強する場合を例に挙げて本発明に係る形材の製造方法および形材について説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る形材の構成を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る形材１の形材本体２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる押出形材にて構成されており、フランジ３，３とウェブ４とからなる断面Ｈ字状を呈している。
【００２５】
本実施形態に係る形材１は、フランジ３，３に形成された挿入部５に、形材本体２であるアルミニウムよりも強度の高い材質、具体的には、アルミニウムのヤング率（７０．３（ＧＰａ））よりもヤング率の高い材質からなる補強材２０が挿入され、補強材２０と挿入部５との間の空隙部６に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材７が流入されていることを特徴とする。
【００２６】
挿入部５は、形材本体２の押出方向に沿って貫通して形成されており、断面略円形を呈している。本実施形態では、挿入部５は、後記する凹溝１０の下部内表面と蓋板１１の下面にて区画されて構成されている。
【００２７】
挿入部５の内部に挿入された補強材２０は、棒状部材であって、炭素繊維を混入した複数の線材２０ａ，２０ａ・・・を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されている。撚り線ケーブル（補強材２０）は、炭素繊維をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂に混入し、これを複合化して成形硬化して線材２０ａ，２０ａ・・・を形成し、これらを撚り合わせて形成したものである。本実施形態では、例えば、中心に１本、その周囲に６本の合計７本の線材２０ａ，２０ａ・・・が撚り合わされて、外径が例えば１２．５ｍｍの撚り線ケーブルが形成されている。この撚り線ケーブルは、ヤング率が１３７（ＧＰａ）であり、アルミニウムよりも高強度となっている。なお、撚り線ケーブルの外径やヤング率は一例であって、形材本体よりもヤング率が高ければよく、形材本体の大きさに応じて適宜選択される。
【００２８】
また、本実施形態では、炭素繊維をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂に混入し、これを複合化して線材２０ａを形成しているが、これに限られるものではない。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金粉末にＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などのセラミックス系粉末を混合した混合粉末を、熱間等方圧加圧法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）または冷間等方圧加圧法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）でビレット状に成形し、これを押出加工した後にマトリックスであるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金を時効硬化させて、形材本体２よりもヤング率の高い線材を製造し、これを補強材として用いてもよい。また、その他にＳ４５Ｃ、ＳＫＤ等の鋼丸棒、ＳＵＳ３０３，３０４等のステンレス丸棒を、そのままの形状で補強材として用いても構わない。あるいはこれら鋼線材、ステンレス線材を複数撚り合わせて撚り線ケーブル（補強材）を形成してもよい。
【００２９】
補強材２０と挿入部５との間の空隙部６に流入された塑性流動材７は、撚り線ケーブルの外周面の凹凸に沿って隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に流動し、撚り線ケーブルと塑性流動材７とが互いに噛み合うように構成されている。塑性流動材７は、空隙部６の形材本体２の表面２ａ（図３の（ａ）参照）側の略半分の領域に流動して充填されるようになっている。なお、塑性流動材７は、補強材２０の外周面全体に沿った空隙部６の全体に充填するようにしてもよいのは勿論である。
【００３０】
次に、前記構成の形材１の製造方法を説明する。
【００３１】
まず、図２の（ａ）に示すように、フランジ３（図２では片側のみ図示）とウェブ４とからなる断面Ｈ字状の形材本体２を形成する。形材本体２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押出形材によって構成されている。フランジ３には、その表面側に開口する凹溝１０が押出時に一体的に形成されている。凹溝１０の開口部分は、蓋板１１（図３の（ａ）参照）を収容する拡幅部１２を備えている。拡幅部１２は、凹溝１０の底部側の補強材収容部１３と連続的に形成されている。補強材収容部１３は、底部側半分に断面半円形を呈する底面１３ａを有し、開口部側半分に互いに平行な内側壁１３ｂ，１３ｂを有している。内側壁１３ｂ，１３ｂは、形材本体２のフランジ３の表面２ａに対して直交する方向に形成されている。補強材収容部１３は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図２の（ｂ）参照）の最外周径と同等の幅および高さを有しており、拡幅部１２よりも底部側で補強材２０全体を収容できるように構成されている。
【００３２】
拡幅部１２は、凹溝１０の下部の補強材収容部１３の幅方向両側の内側壁１３ｂ，１３ｂから直交して（形材本体２のフランジ３の表面２ａと平行になる）両外側へ広がる支持面１２ａ，１２ａと、これら支持面１２ａ，１２ａの幅方向両端で、支持面１２ａと直交する側壁１２ｂ，１２ｂとを備えて構成されている。支持面１２ａ，１２ａは、蓋板１１を、その幅方向両端でそれぞれ支持するように構成されている。
【００３３】
凹溝１０は、形材本体２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。凹溝１０は、フランジ３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では４列）形成されており、互いに平行になっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、拡幅部１２を含む凹溝１０を、形材本体２の押出時に一体的に形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、拡幅部を有さない凹溝を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、拡幅部を形成するようにしてもよい。さらに、押出形材によって、凹溝を有さない形材本体を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、拡幅部を含む凹溝を形成するようにしてもよい。
【００３５】
次に、図２の（ｂ）に示すように、フランジ３の表面２ａ側から、複数の補強材２０を各凹溝１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、補強材収容部１３の断面半円形の底面１３ａと螺旋状に線接触する。また、補強材２０は、補強材収容部１３の内部に完全に収容され、補強材２０の開口部側端部は、拡幅部１２の支持面１２ａよりも底部側に位置する。
【００３６】
その後、図３の（ａ）に示すように、各凹溝１０の開口部分の拡幅部１２に、複数の蓋板１１を順次挿入する。蓋板１１は、形材本体２と同種のアルミニウムまたはアルミニウム合金にて構成されており、拡幅部１２の側壁１２ｂ，１２ｂ間の距離と同等の幅と、拡幅部１２の深さと同等の厚さを備えている。よって、蓋板１１の幅方向両側の側面１１ａ，１１ａは、拡幅部１２の側壁１２ｂ，１２ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向し、蓋板１１の表面１１ｂは、形材本体２の表面２ａと面一になる。そして、蓋板１１の幅方向両端には、形材本体２と蓋板１１との突合せ部１５，１５がそれぞれ位置することとなる。
【００３７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、蓋板１１の幅方向両端の、形材本体２との突合せ部１５，１５に沿って、摩擦撹拌（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）を順次施す。ここで、摩擦撹拌とは、先端に突起のある円筒状の回転ツール２５を回転させながら、突合せ部１５の形材本体２および蓋板１１の母材に押圧して、突合せ部１５に貫入させて摩擦熱を発生させて母材を軟化させるとともに、回転ツール２５の回転力によって突合せ部１５の周囲を塑性流動化させて練り混ぜることで、部材同士を一体化させることをいう。
【００３８】
回転ツール２５は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２６と、その底面の中心部から同心軸で垂下するピン２７とを有する。ピン２７は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン２７の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。
【００３９】
摩擦撹拌を施すに際しては、形材本体２および蓋板１１を図示しない冶具により拘束した状態で、各突合せ部１５に高速回転する回転ツール２５を押し込んで、突合せ部１５に沿って移動させる。高速回転するピン２７により、その周囲の形材本体２および蓋板１１のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に流入する。
【００４０】
このとき、空隙部６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して、補強材２０と形材本体２を固着させることができる。特に、本実施形態では、補強材２０を撚り線ケーブルにて構成しているので、図４に示すように、塑性流動材７は、撚り線ケーブルの開口部分側の外周面の凹凸に沿って、隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込むように流動して硬化し、補強材２０を係止するようになる。なお、塑性流動材７は、撚り線ケーブルの軸方向にも流動し、蓋板１１の底面と、互いに隣接する線材２０ａ，２０ａとで形成される空隙部６ａにも流入することができる。したがって、補強材２０は、その周方向および軸方向（長手方向）への移動が確実に規制されて、形材本体２と補強材２０との固定強度が大幅に高められる。これによって、形材１の強度を確実かつ効率的に高めることができる。
【００４１】
また、凹溝１０の開口部分に蓋板１１を収容する拡幅部１２が形成されているので、蓋板１１がその挿入時に案内されて容易に位置決めされるとともに、拡幅部１２に載置されて安定した状態で摩擦撹拌が行われるので、摩擦撹拌の加工を行いやすく、形材１の精度向上を達成できる。
【００４２】
以上説明したような形材の製造方法および形材１によれば、摩擦撹拌により補強材２０を形材本体２に固着させているので、蓋板１１と形材本体２との突合せ部１５に沿って回転ツール２５を回転させながら押圧するだけでよく、簡単な加工で効率的に形材１を製造することができる。さらに、形材１を製造するのに特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材１の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要なく容易に精度の高い形材１を製造することができる。
【００４３】
また、蓋板１１は、摩擦撹拌によって形材本体２と一体的に固定され、補強材２０が形材１の表面に露出することはないので、形材１の表面が平面状ですっきりとした優れた外観を得ることができる。
【００４４】
さらに、摩擦撹拌によって流動化した塑性流動材７を、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に流入させて補強材２０の表面に付着させているので、従来よりも補強材２０と形材本体２との固定強度を高めることができ、形材１の強度を高めることができる。特に、補強材２０を棒状の撚り線ケーブルにて構成していることで、体積に対する表面積が大きくなり、補強材２０と塑性流動材７との接触面積が大きくなるので、補強材２０と形材本体２との固定強度を大幅に高めることができる。また、摩擦撹拌によって、蓋板１１は形材本体２と一体化されるので、接着剤等で固定するよりも形材本体２と蓋板１１の固定強度が高く、形材本体２の強度が高くなる。
【００４５】
また、撚り線ケーブルは、炭素繊維を樹脂に混入して構成されているので強度が高くかつ軽量であって、湾曲可能であるので製造加工時の取扱いが容易である。
【００４６】
さらに、形材本体２が、アルミニウム製の押出形材にて構成されているので、押出形材を適宜な長さで切断するだけで、複数の凹溝１０を備えた複雑な形状の形材本体２を容易に製造することができる。また、アルミニウム製の押出形材は、寸法精度が高く、さらに、強度の割に軽量であるので、製造加工時の取り回しが容易になるといった作用効果も得られる。
【００４７】
［第二実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第二の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
図５に示すように、本実施形態では、形材１０１の形材本体１０２のサイズが、第一実施形態よりも小さく、挿入部１０５および補強材２０の個数が、３箇所ずつに少なくなっている。３つのうち、中央の挿入部１０５および補強材２０は、ウェブ１０４の延長線上に設けられている。上下それぞれのフランジ１０３，１０３で、３つの挿入部１０５および補強材２０が、形材本体１０２の幅方向に対して対照的に配置されている。
【００４９】
また、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、形材本体１０２に形成された凹溝１１０は、第一実施形態の凹溝１０のような拡幅部１２（図２の（ａ）参照）を備えておらず、断面Ｕ字状を呈している。これによって、凹溝１１０の幅を、第一実施形態の凹溝１０よりも小さくすることができ、隣り合う凹溝１１０，１１０の設置ピッチを小さくすることができる。
【００５０】
なお、その他の構成は、第一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。
【００５１】
以下、前記構成の形材１０１の製造方法を説明する。
【００５２】
まず、図６の（ａ）に示すように、フランジ１０３（図６では片側のみ図示）とウェブ１０４とからなる断面Ｈ字状の形材本体１０２を形成する。フランジ１０３には、その表面側に開口する凹溝１１０が押出時に一体的に形成されている。凹溝１１０は、底部から開口部分まで一定の幅に形成されており、その内部に、補強材２０（図６の（ａ）参照）と蓋板１１１（図７の（ａ）参照）とが挿入されるようになっている。凹溝１１０の幅は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図６の（ｂ）参照）の最外周径とおよび蓋板１１１の幅と略同等となっており、凹溝１１０の深さは、補強材２０の最外周径と蓋板１１１の厚さとを加えた寸法と略同等となっている。
【００５３】
凹溝１１０は、形材本体１０２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。凹溝１１０は、フランジ１０３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では３列）形成されており、互いに平行になっている。
【００５４】
なお、本実施形態では、凹溝１１０は、形材本体１０２の押出時に一体的に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、凹溝を有さない形材本体を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、凹溝を形成するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図６の（ｂ）に示すように、複数の補強材２０を各凹溝１１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、凹溝１１０の断面半円形の底面１１０ａと螺旋状に線接触する。また、補強材２０は、凹溝１１０の内部に完全に収容される。
【００５６】
その後、図７の（ａ）に示すように、各凹溝１１０の開口部分１１０ｂに、複数の蓋板１１１を順次挿入する。蓋板１１１は、アルミニウム合金にて構成されており、凹溝１１０の側壁１１０ｃ，１１０ｃ間の距離と同等の幅と、凹溝１１０に挿入された補強材２０の上端部と形材本体１０２の表面１０２ａとの距離と同等の厚さを備えている。よって、蓋板１１１の幅方向両側の側面１１１ａ，１１１ａは、凹溝１１０の側壁１１０ｃ，１１０ｃとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向し、蓋板１１１の表面１１１ｂは、形材本体１０２の表面１０２ａと面一になる。そして、蓋板１１１の幅方向両端には、形材本体１０２と蓋板１１１との突合せ部１１５，１１５がそれぞれ位置することとなる。
【００５７】
次に、図７の（ｂ）に示すように、蓋板１１１の幅方向両端の、形材本体１０２との突合せ部１１５，１１５に沿って、摩擦撹拌を順次施す。突合せ部１１５の周囲の形材本体１０２および蓋板１１１のアルミニウム合金材料は、摩擦撹拌の摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と凹溝１１０との間の空隙部１０６に流入する。ここで、補強材２０が撚り線ケーブルにて構成されているので、図８に示すように、塑性流動材７は隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込んで、塑性流動材７と補強材２０との接触面積が大きくなるとともに、補強材２０が係止されることになるので、固定強度が高くなる。
【００５８】
そして、空隙部１０６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して固化し、補強材２０と形材本体２を固着させて形材１０１が完成する。
【００５９】
かかる形材１０１の製造方法および形材１０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果の他に、隣り合う凹溝１１０，１１０間の距離を小さくすることができるので、形材本体１０２のフランジ１０３の幅が狭い場合であっても、多くの補強材２０を設けることができ、形材１０１の強度をより一層高めることができる。さらに、これによって、形材１０１の寸法を小さくすることができるので、レイアウト性が高くなり、設計の自由度を高めることができる。
【００６０】
［第三実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第三の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００６１】
図９に示すように、本実施形態では、形材２０１の形材本体２０２のサイズが、第一実施形態よりも大きく、挿入部２０５および補強材２０の個数が、上下のフランジ１０３で５箇所ずつに多くなっている。５つのうち、中央の挿入部２０５および補強材２０は、ウェブ２０４の延長線上に設けられており、上下それぞれのフランジ２０３，２０３で、５つの挿入部２０５および補強材２０が、形材本体２０２の幅方向に対して対照的に配置されている。
【００６２】
また、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、補強材２０が挿入される挿入部２０５（図９参照）は、形材本体２０２に形成された中空部である貫通孔２１０にて構成されている。貫通孔２１０は、断面円形を呈しており、形材本体２０２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。貫通孔２１０は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図１０の（ｂ）参照）の最外周径と略同等あるいは若干大きい内径を有しており、内部に補強材２０が挿入されている。この貫通孔２１０の内周面と、補強材２０の表面との間の空隙部２０６には、貫通孔２１０に対応する形材本体２０２の表面部２０２ａに沿って施された摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化された塑性流動材７が流入されている。詳しくは、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、塑性流動材７は、空隙部２０６の形材本体２０２の表面部２０２ａ側の略半分に流動して充填されている。
【００６３】
以下、前記構成の形材２０１の製造方法を説明する。
【００６４】
まず、図１０の（ａ）に示すように、フランジ２０３（図１０では片側のみ図示）とウェブ２０４とからなる断面Ｈ字状の形材本体２０２を形成する。フランジ２０３には、押出方向の両端に開口する貫通孔（中空部）２１０が押出時に一体的に形成されている。貫通孔２１０は、断面円形を呈しており、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図１０の（ｂ）参照）の最外周径と略同等あるいは若干大きい内径を有している。貫通孔２１０は、フランジ２０３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では５列）形成されており、互いに平行になっている。
【００６５】
なお、本実施形態では、貫通孔２１０は、形材本体２０２の押出時に一体的に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、貫通孔を有さない形材本体を形成しておき、公知の穴あけ加工等により、貫通孔を形成するようにしてもよい。
【００６６】
次に、図１０の（ｂ）に示すように、複数の補強材２０を各凹溝１１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、断面円形の貫通孔２１０の内周面と螺旋状に線接触する。
【００６７】
その後、図１１に示すように、貫通孔２１０に対応する形材本体２０２の表面部２０２ａ（貫通孔２１０を表面部２０２ａに投影した場合の貫通孔２１０の幅方向両端部分）に沿って、摩擦撹拌を順次施す。このとき、形材本体２０２の表面部２０２ａおよびその内側のアルミニウム合金材料は、摩擦撹拌の摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と貫通孔２１０との間の空隙部２０６に流入する。ここで、補強材２０は撚り線ケーブルにて構成されているので、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、塑性流動材７が隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込んで、塑性流動材７と補強材２０との接触面積が大きくなるとともに、補強材２０が係止されることになるので、形材本体２０２と補強材２０との固定強度が高くなる。
【００６８】
そして、空隙部２０６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して固化し、補強材２０と形材本体２０２とを固着させて形材２０１が完成する。
【００６９】
かかる形材２０１の製造方法および形材２０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果の他に、第一実施形態と比較して、蓋板を設ける工程が不要となるので製作時間および手間の縮小を達成できるといった作用効果を得ることができる。
【００７０】
一方、第一実施形態および第二実施形態のように、蓋板１１，１１１を設ける場合は、形材本体２，１０２との突合せ部１５，１１５が、表面２ａ，１０２ａに現れるので、摩擦撹拌の案内線として利用でき、作業を行いやすいといった作用効果を得ることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施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ることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、断面Ｈ字状の形材本体２（１０２，２０２）のフランジ３（１０３，２０３）に補強材２０を挿入・固定して補強するようにしているが、これに限られることはなく、ウェブに補強材を設けてもよい。また、断面Ｌ字状、断面コ字状、平板状やパイプ状等の他の形態の形材に補強材を挿入・固定して補強するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、前記実施形態では、補強材２０は撚り線ケーブルからなる棒状部材にて構成されているが、これに限られるものではなく、プレート状やメッシュ状に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る形材の第一実施形態を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る形材の製造方法の第一実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図３】本発明に係る形材の製造方法の第一実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体の凹溝に蓋板を挿入した状態を示した斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図４】本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【図５】本発明に係る形材の第二実施形態を示した斜視図である。
【図６】本発明に係る形材の製造方法の第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図７】本発明に係る形材の製造方法の第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体の凹溝に蓋板を挿入した状態を示した斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図８】本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【図９】本発明に係る形材の第三実施形態を示した斜視図である。
【図１０】本発明に係る形材の製造方法の第三実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図１１】本発明に係る形材の製造方法の第三実施形態を示した図であって、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、ともに本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 形材
２ 形材本体
５ 挿入部
６ 空隙部
７ 塑性流動材
１０ 凹溝
１１ 蓋板
１１ａ 側面
１２ 拡幅部
１２ａ 側壁
１５ 突合せ部
２０ 補強材
２０ａ 線材
１０１ 形材
１０２ 形材本体
１０５ 挿入部
１０６ 空隙部
１１０ 凹溝
１１０ｃ 側壁
１１１ 蓋板
１１１ａ 側面
１１５ 突合せ部
２０１ 形材
２０２ 形材本体
２０２ａ 表面部
２０５ 挿入部
２０６ 空隙部
２１０ 貫通孔（中空部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形材の製造方法および形材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フォークリフトのビームやヨーク等として用いられる形材は、フランジとウェブを有する断面Ｈ字状に形成されて、強度を大きくするように構成されている。近年、軽量化を達成するためにアルミニウム等の軽金属で形材を形成するようになっている一方で、被搬送物の大型化により、形材の強度をさらに大きくすることが要求されている。
【０００３】
形材の強度を大きくするには、断面形状を大型化することが考えられるが、レイアウト上、大型化には限度があった。そこで、断面Ｈ字状の形材内部に形材本体よりも高強度の補強部材を設けることで強度を大きくしている形材が案出されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３４４６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、特許文献１の形材は、形材に形成された凹溝に補強材を挿入して、ろう付けにて補強材を形材に一体的に固着するようになっている。特許文献１においては、形材は、多数のコア材を一対の表面板で挟み込んで形成されるサンドイッチパネルの外周縁に設けられているが、多数のコア材を表面板で挟み込んで固着するのにろう付作業が行われるので、コア材と表面板との固着と、形材と補強材との固着を、一度のろう付作業でまとめて行うことができる。また、形材の表面は表面板によって覆われるので、凹溝に固着された補強材が露出されることはなく、優れた外観を得ていた。
【０００５】
しかしながら、ろう付には、温度管理が難しく製造が困難であるといった問題や、炉の大きさに形材の製造可能な大きさが制限されてしまうといった問題があった。すなわち、特許文献１のように、元々多数のコア材を表面板で挟み込んで固着するのにろう付を行う場合には、形材と補強材との固着も同時に効率的に行うことができるが、形材を単体で用いる場合に、ろう付をわざわざ行うと、大きさが制限される上に、製造効率が悪化してしまう問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献１の形材では、これを単体で用いると、補強材が露出してしまい、外観が悪化してしまう問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を有する形材の製造方法および形材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】
【０００８】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、形材本体の表面側に開口する凹溝に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、前記凹溝の開口部分に蓋板を挿入し、前記凹溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記凹溝との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させることを特徴とする形材の製造方法である。
【０００９】
このような方法によれば、摩擦撹拌によって、補強材を形材本体に固着させているので、回転ツールを所定の位置に押し付けるだけでよく、簡単な加工で効率的に形材を製造できるとともに、特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要ない。また、蓋板は、摩擦撹拌によって、形材本体と一体的に固定され、補強材が形材表面に露出することはないので、表面がすっきりとした優れた外観を得ることができる。さらに、摩擦撹拌によって流動化した塑性流動材を補強材と凹溝との間の空隙部に流入させているので、従来よりも補強材と形材との固定強度を高めることができ、形材の強度を高めることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記凹溝が、その開口部分に前記蓋板を収容する拡幅部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の形材の製造方法である。
【００１１】
このような方法によれば、蓋板が凹溝の拡幅部に載置されて安定した状態で摩擦撹拌が行われるので、接合加工を行いやすく、形材の精度向上を達成できる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、形材本体に形成された中空部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、前記中空部に対応する前記形材本体の表面部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記中空部との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させることを特徴とする形材の製造方法である。
【００１３】
このような発明によれば、請求項１の発明と同様に、形材の大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を有するといった作用効果を得られる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記補強材が、棒状部材にて構成されてい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項に記載の形材の製造方法である。
【００１５】
このような方法によれば、補強材と塑性流動材との接触面積が大きくなり、固着強度がさらに高くなる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、前記補強材が、炭素繊維を混入した複数の線材を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の形材の製造方法である。
【００１７】
このような方法によれば、撚り線ケーブルを用いることによって、補強材の表面積が大きくなり、補強材と塑性流動材との接触面積がさらに大きくなる。さらに、塑性流動材は凹凸形状の撚り線ケーブル表面に接触するように流入するので、補強材がその長手方向に係止されることとなり、補強材と形材との固着強度がさらに高くなる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、前記形材本体が、アルミニウム製の押出形材にて構成されてい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項に記載の形材の製造方法である。
【００１９】
このような方法によれば、押出形材を適宜な長さで切断するだけで複雑な形状の形材本体を容易に製造することができる。また、アルミニウム製の押出形材は、寸法精度が高く、また、強度の割に軽量であるので、現場での取り回しが容易になる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、形材本体に形成された挿入部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材が挿入され、前記補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入されたことを特徴とする形材である。
【００２１】
このような構成によれば、補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入されて、補強材を形材本体に固着させているので、回転ツールを所定の位置に押し付けるだけでよく、簡単な加工で効率的に形材を製造できる。また、特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要ない。また、補強材が形材表面に露出することはないので、表面がすっきりとした優れた外観を得ることができる。さらに、従来よりも補強材と形材との固定強度を高めることができ、形材の強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、形材の大きさが制限されることなく、効率的に製造でき、優れた外観を得ることができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第一実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第一の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、断面Ｈ字状の形材のフランジ部分を補強する場合を例に挙げて本発明に係る形材の製造方法および形材について説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る形材の構成を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る形材１の形材本体２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる押出形材にて構成されており、フランジ３，３とウェブ４とからなる断面Ｈ字状を呈している。
【００２５】
本実施形態に係る形材１は、フランジ３，３に形成された挿入部５に、形材本体２であるアルミニウムよりも強度の高い材質、具体的には、アルミニウムのヤング率（７０．３（ＧＰａ））よりもヤング率の高い材質からなる補強材２０が挿入され、補強材２０と挿入部５との間の空隙部６に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材７が流入されていることを特徴とする。
【００２６】
挿入部５は、形材本体２の押出方向に沿って貫通して形成されており、断面略円形を呈している。本実施形態では、挿入部５は、後記する凹溝１０の下部内表面と蓋板１１の下面にて区画されて構成されている。
【００２７】
挿入部５の内部に挿入された補強材２０は、棒状部材であって、炭素繊維を混入した複数の線材２０ａ，２０ａ・・・を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されている。撚り線ケーブル（補強材２０）は、炭素繊維をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂に混入し、これを複合化して成形硬化して線材２０ａ，２０ａ・・・を形成し、これらを撚り合わせて形成したものである。本実施形態では、例えば、中心に１本、その周囲に６本の合計７本の線材２０ａ，２０ａ・・・が撚り合わされて、外径が例えば１２．５ｍｍの撚り線ケーブルが形成されている。この撚り線ケーブルは、ヤング率が１３７（ＧＰａ）であり、アルミニウムよりも高強度となっている。なお、撚り線ケーブルの外径やヤング率は一例であって、形材本体よりもヤング率が高ければよく、形材本体の大きさに応じて適宜選択される。
【００２８】
また、本実施形態では、炭素繊維をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂に混入し、これを複合化して線材２０ａを形成しているが、これに限られるものではない。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金粉末にＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などのセラミックス系粉末を混合した混合粉末を、熱間等方圧加圧法（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）または冷間等方圧加圧法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）でビレット状に成形し、これを押出加工した後にマトリックスであるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金を時効硬化させて、形材本体２よりもヤング率の高い線材を製造し、これを補強材として用いてもよい。また、その他にＳ４５Ｃ、ＳＫＤ等の鋼丸棒、ＳＵＳ３０３，３０４等のステンレス丸棒を、そのままの形状で補強材として用いても構わない。あるいはこれら鋼線材、ステンレス線材を複数撚り合わせて撚り線ケーブル（補強材）を形成してもよい。
【００２９】
補強材２０と挿入部５との間の空隙部６に流入された塑性流動材７は、撚り線ケーブルの外周面の凹凸に沿って隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に流動し、撚り線ケーブルと塑性流動材７とが互いに噛み合うように構成されている。塑性流動材７は、空隙部６の形材本体２の表面２ａ（図３の（ａ）参照）側の略半分の領域に流動して充填されるようになっている。なお、塑性流動材７は、補強材２０の外周面全体に沿った空隙部６の全体に充填するようにしてもよいのは勿論である。
【００３０】
次に、前記構成の形材１の製造方法を説明する。
【００３１】
まず、図２の（ａ）に示すように、フランジ３（図２では片側のみ図示）とウェブ４とからなる断面Ｈ字状の形材本体２を形成する。形材本体２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押出形材によって構成されている。フランジ３には、その表面側に開口する凹溝１０が押出時に一体的に形成されている。凹溝１０の開口部分は、蓋板１１（図３の（ａ）参照）を収容する拡幅部１２を備えている。拡幅部１２は、凹溝１０の底部側の補強材収容部１３と連続的に形成されている。補強材収容部１３は、底部側半分に断面半円形を呈する底面１３ａを有し、開口部側半分に互いに平行な内側壁１３ｂ，１３ｂを有している。内側壁１３ｂ，１３ｂは、形材本体２のフランジ３の表面２ａに対して直交する方向に形成されている。補強材収容部１３は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図２の（ｂ）参照）の最外周径と同等の幅および高さを有しており、拡幅部１２よりも底部側で補強材２０全体を収容できるように構成されている。
【００３２】
拡幅部１２は、凹溝１０の下部の補強材収容部１３の幅方向両側の内側壁１３ｂ，１３ｂから直交して（形材本体２のフランジ３の表面２ａと平行になる）両外側へ広がる支持面１２ａ，１２ａと、これら支持面１２ａ，１２ａの幅方向両端で、支持面１２ａと直交する側壁１２ｂ，１２ｂとを備えて構成されている。支持面１２ａ，１２ａは、蓋板１１を、その幅方向両端でそれぞれ支持するように構成されている。
【００３３】
凹溝１０は、形材本体２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。凹溝１０は、フランジ３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では４列）形成されており、互いに平行になっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、拡幅部１２を含む凹溝１０を、形材本体２の押出時に一体的に形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、拡幅部を有さない凹溝を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、拡幅部を形成するようにしてもよい。さらに、押出形材によって、凹溝を有さない形材本体を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、拡幅部を含む凹溝を形成するようにしてもよい。
【００３５】
次に、図２の（ｂ）に示すように、フランジ３の表面２ａ側から、複数の補強材２０を各凹溝１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、補強材収容部１３の断面半円形の底面１３ａと螺旋状に線接触する。また、補強材２０は、補強材収容部１３の内部に完全に収容され、補強材２０の開口部側端部は、拡幅部１２の支持面１２ａよりも底部側に位置する。
【００３６】
その後、図３の（ａ）に示すように、各凹溝１０の開口部分の拡幅部１２に、複数の蓋板１１を順次挿入する。蓋板１１は、形材本体２と同種のアルミニウムまたはアルミニウム合金にて構成されており、拡幅部１２の側壁１２ｂ，１２ｂ間の距離と同等の幅と、拡幅部１２の深さと同等の厚さを備えている。よって、蓋板１１の幅方向両側の側面１１ａ，１１ａは、拡幅部１２の側壁１２ｂ，１２ｂとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向し、蓋板１１の表面１１ｂは、形材本体２の表面２ａと面一になる。そして、蓋板１１の幅方向両端には、形材本体２と蓋板１１との突合せ部１５，１５がそれぞれ位置することとなる。
【００３７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、蓋板１１の幅方向両端の、形材本体２との突合せ部１５，１５に沿って、摩擦撹拌（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）を順次施す。ここで、摩擦撹拌とは、先端に突起のある円筒状の回転ツール２５を回転させながら、突合せ部１５の形材本体２および蓋板１１の母材に押圧して、突合せ部１５に貫入させて摩擦熱を発生させて母材を軟化させるとともに、回転ツール２５の回転力によって突合せ部１５の周囲を塑性流動化させて練り混ぜることで、部材同士を一体化させることをいう。
【００３８】
回転ツール２５は、例えば、工具鋼からなり、円柱形のツール本体２６と、その底面の中心部から同心軸で垂下するピン２７とを有する。ピン２７は、先端に向けて幅狭となるテーパ状に形成されている。なお、ピン２７の周面には、その軸方向に沿って図示しない複数の小溝や径方向に沿ったネジ溝が形成されていてもよい。
【００３９】
摩擦撹拌を施すに際しては、形材本体２および蓋板１１を図示しない冶具により拘束した状態で、各突合せ部１５に高速回転する回転ツール２５を押し込んで、突合せ部１５に沿って移動させる。高速回転するピン２７により、その周囲の形材本体２および蓋板１１のアルミニウム合金材料は、摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に流入する。
【００４０】
このとき、空隙部６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して、補強材２０と形材本体２を固着させることができる。特に、本実施形態では、補強材２０を撚り線ケーブルにて構成しているので、図４に示すように、塑性流動材７は、撚り線ケーブルの開口部分側の外周面の凹凸に沿って、隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込むように流動して硬化し、補強材２０を係止するようになる。なお、塑性流動材７は、撚り線ケーブルの軸方向にも流動し、蓋板１１の底面と、互いに隣接する線材２０ａ，２０ａとで形成される空隙部６ａにも流入することができる。したがって、補強材２０は、その周方向および軸方向（長手方向）への移動が確実に規制されて、形材本体２と補強材２０との固定強度が大幅に高められる。これによって、形材１の強度を確実かつ効率的に高めることができる。
【００４１】
また、凹溝１０の開口部分に蓋板１１を収容する拡幅部１２が形成されているので、蓋板１１がその挿入時に案内されて容易に位置決めされるとともに、拡幅部１２に載置されて安定した状態で摩擦撹拌が行われるので、摩擦撹拌の加工を行いやすく、形材１の精度向上を達成できる。
【００４２】
以上説明したような形材の製造方法および形材１によれば、摩擦撹拌により補強材２０を形材本体２に固着させているので、蓋板１１と形材本体２との突合せ部１５に沿って回転ツール２５を回転させながら押圧するだけでよく、簡単な加工で効率的に形材１を製造することができる。さらに、形材１を製造するのに特許文献１の形材のように炉に入れる必要がないので、形材１の大きさが制限されることはなく、炉の温度管理も必要なく容易に精度の高い形材１を製造することができる。
【００４３】
また、蓋板１１は、摩擦撹拌によって形材本体２と一体的に固定され、補強材２０が形材１の表面に露出することはないので、形材１の表面が平面状ですっきりとした優れた外観を得ることができる。
【００４４】
さらに、摩擦撹拌によって流動化した塑性流動材７を、補強材２０と凹溝１０との間の空隙部６に流入させて補強材２０の表面に付着させているので、従来よりも補強材２０と形材本体２との固定強度を高めることができ、形材１の強度を高めることができる。特に、補強材２０を棒状の撚り線ケーブルにて構成していることで、体積に対する表面積が大きくなり、補強材２０と塑性流動材７との接触面積が大きくなるので、補強材２０と形材本体２との固定強度を大幅に高めることができる。また、摩擦撹拌によって、蓋板１１は形材本体２と一体化されるので、接着剤等で固定するよりも形材本体２と蓋板１１の固定強度が高く、形材本体２の強度が高くなる。
【００４５】
また、撚り線ケーブルは、炭素繊維を樹脂に混入して構成されているので強度が高くかつ軽量であって、湾曲可能であるので製造加工時の取扱いが容易である。
【００４６】
さらに、形材本体２が、アルミニウム製の押出形材にて構成されているので、押出形材を適宜な長さで切断するだけで、複数の凹溝１０を備えた複雑な形状の形材本体２を容易に製造することができる。また、アルミニウム製の押出形材は、寸法精度が高く、さらに、強度の割に軽量であるので、製造加工時の取り回しが容易になるといった作用効果も得られる。
【００４７】
［第二実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第二の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
図５に示すように、本実施形態では、形材１０１の形材本体１０２のサイズが、第一実施形態よりも小さく、挿入部１０５および補強材２０の個数が、３箇所ずつに少なくなっている。３つのうち、中央の挿入部１０５および補強材２０は、ウェブ１０４の延長線上に設けられている。上下それぞれのフランジ１０３，１０３で、３つの挿入部１０５および補強材２０が、形材本体１０２の幅方向に対して対照的に配置されている。
【００４９】
また、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、形材本体１０２に形成された凹溝１１０は、第一実施形態の凹溝１０のような拡幅部１２（図２の（ａ）参照）を備えておらず、断面Ｕ字状を呈している。これによって、凹溝１１０の幅を、第一実施形態の凹溝１０よりも小さくすることができ、隣り合う凹溝１１０，１１０の設置ピッチを小さくすることができる。
【００５０】
なお、その他の構成は、第一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。
【００５１】
以下、前記構成の形材１０１の製造方法を説明する。
【００５２】
まず、図６の（ａ）に示すように、フランジ１０３（図６では片側のみ図示）とウェブ１０４とからなる断面Ｈ字状の形材本体１０２を形成する。フランジ１０３には、その表面側に開口する凹溝１１０が押出時に一体的に形成されている。凹溝１１０は、底部から開口部分まで一定の幅に形成されており、その内部に、補強材２０（図６の（ａ）参照）と蓋板１１１（図７の（ａ）参照）とが挿入されるようになっている。凹溝１１０の幅は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図６の（ｂ）参照）の最外周径とおよび蓋板１１１の幅と略同等となっており、凹溝１１０の深さは、補強材２０の最外周径と蓋板１１１の厚さとを加えた寸法と略同等となっている。
【００５３】
凹溝１１０は、形材本体１０２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。凹溝１１０は、フランジ１０３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では３列）形成されており、互いに平行になっている。
【００５４】
なお、本実施形態では、凹溝１１０は、形材本体１０２の押出時に一体的に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、凹溝を有さない形材本体を形成しておき、公知のエンドミル加工や切削加工等により、凹溝を形成するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図６の（ｂ）に示すように、複数の補強材２０を各凹溝１１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、凹溝１１０の断面半円形の底面１１０ａと螺旋状に線接触する。また、補強材２０は、凹溝１１０の内部に完全に収容される。
【００５６】
その後、図７の（ａ）に示すように、各凹溝１１０の開口部分１１０ｂに、複数の蓋板１１１を順次挿入する。蓋板１１１は、アルミニウム合金にて構成されており、凹溝１１０の側壁１１０ｃ，１１０ｃ間の距離と同等の幅と、凹溝１１０に挿入された補強材２０の上端部と形材本体１０２の表面１０２ａとの距離と同等の厚さを備えている。よって、蓋板１１１の幅方向両側の側面１１１ａ，１１１ａは、凹溝１１０の側壁１１０ｃ，１１０ｃとそれぞれ面接触するか又は微細な隙間をあけて対向し、蓋板１１１の表面１１１ｂは、形材本体１０２の表面１０２ａと面一になる。そして、蓋板１１１の幅方向両端には、形材本体１０２と蓋板１１１との突合せ部１１５，１１５がそれぞれ位置することとなる。
【００５７】
次に、図７の（ｂ）に示すように、蓋板１１１の幅方向両端の、形材本体１０２との突合せ部１１５，１１５に沿って、摩擦撹拌を順次施す。突合せ部１１５の周囲の形材本体１０２および蓋板１１１のアルミニウム合金材料は、摩擦撹拌の摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と凹溝１１０との間の空隙部１０６に流入する。ここで、補強材２０が撚り線ケーブルにて構成されているので、図８に示すように、塑性流動材７は隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込んで、塑性流動材７と補強材２０との接触面積が大きくなるとともに、補強材２０が係止されることになるので、固定強度が高くなる。
【００５８】
そして、空隙部１０６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して固化し、補強材２０と形材本体２を固着させて形材１０１が完成する。
【００５９】
かかる形材１０１の製造方法および形材１０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果の他に、隣り合う凹溝１１０，１１０間の距離を小さくすることができるので、形材本体１０２のフランジ１０３の幅が狭い場合であっても、多くの補強材２０を設けることができ、形材１０１の強度をより一層高めることができる。さらに、これによって、形材１０１の寸法を小さくすることができるので、レイアウト性が高くなり、設計の自由度を高めることができる。
【００６０】
［第三実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の第三の形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００６１】
図９に示すように、本実施形態では、形材２０１の形材本体２０２のサイズが、第一実施形態よりも大きく、挿入部２０５および補強材２０の個数が、上下のフランジ１０３で５箇所ずつに多くなっている。５つのうち、中央の挿入部２０５および補強材２０は、ウェブ２０４の延長線上に設けられており、上下それぞれのフランジ２０３，２０３で、５つの挿入部２０５および補強材２０が、形材本体２０２の幅方向に対して対照的に配置されている。
【００６２】
また、図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、補強材２０が挿入される挿入部２０５（図９参照）は、形材本体２０２に形成された中空部である貫通孔２１０にて構成されている。貫通孔２１０は、断面円形を呈しており、形材本体２０２の押出方向の全長に亘って連続して形成されている。貫通孔２１０は、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図１０の（ｂ）参照）の最外周径と略同等あるいは若干大きい内径を有しており、内部に補強材２０が挿入されている。この貫通孔２１０の内周面と、補強材２０の表面との間の空隙部２０６には、貫通孔２１０に対応する形材本体２０２の表面部２０２ａに沿って施された摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化された塑性流動材７が流入されている。詳しくは、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、塑性流動材７は、空隙部２０６の形材本体２０２の表面部２０２ａ側の略半分に流動して充填されている。
【００６３】
以下、前記構成の形材２０１の製造方法を説明する。
【００６４】
まず、図１０の（ａ）に示すように、フランジ２０３（図１０では片側のみ図示）とウェブ２０４とからなる断面Ｈ字状の形材本体２０２を形成する。フランジ２０３には、押出方向の両端に開口する貫通孔（中空部）２１０が押出時に一体的に形成されている。貫通孔２１０は、断面円形を呈しており、撚り線ケーブルからなる補強材２０（図１０の（ｂ）参照）の最外周径と略同等あるいは若干大きい内径を有している。貫通孔２１０は、フランジ２０３の幅方向に所定の間隔をあけて複数列（本実施形態では５列）形成されており、互いに平行になっている。
【００６５】
なお、本実施形態では、貫通孔２１０は、形材本体２０２の押出時に一体的に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、押出形材によって、貫通孔を有さない形材本体を形成しておき、公知の穴あけ加工等により、貫通孔を形成するようにしてもよい。
【００６６】
次に、図１０の（ｂ）に示すように、複数の補強材２０を各凹溝１１０内に順次挿入する。このとき、撚り線ケーブルからなる補強材２０の最外周部は、断面円形の貫通孔２１０の内周面と螺旋状に線接触する。
【００６７】
その後、図１１に示すように、貫通孔２１０に対応する形材本体２０２の表面部２０２ａ（貫通孔２１０を表面部２０２ａに投影した場合の貫通孔２１０の幅方向両端部分）に沿って、摩擦撹拌を順次施す。このとき、形材本体２０２の表面部２０２ａおよびその内側のアルミニウム合金材料は、摩擦撹拌の摩擦熱によって加熱され流動化する。そして、この流動した物質（塑性流動材７）が、補強材２０と貫通孔２１０との間の空隙部２０６に流入する。ここで、補強材２０は撚り線ケーブルにて構成されているので、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、塑性流動材７が隣接する線材２０ａ，２０ａ間の凹部に入り込んで、塑性流動材７と補強材２０との接触面積が大きくなるとともに、補強材２０が係止されることになるので、形材本体２０２と補強材２０との固定強度が高くなる。
【００６８】
そして、空隙部２０６に流入した塑性流動材７は、補強材２０の表面に付着して固化し、補強材２０と形材本体２０２とを固着させて形材２０１が完成する。
【００６９】
かかる形材２０１の製造方法および形材２０１によれば、第一実施形態と同様の作用効果の他に、第一実施形態と比較して、蓋板を設ける工程が不要となるので製作時間および手間の縮小を達成できるといった作用効果を得ることができる。
【００７０】
一方、第一実施形態および第二実施形態のように、蓋板１１，１１１を設ける場合は、形材本体２，１０２との突合せ部１５，１１５が、表面２ａ，１０２ａに現れるので、摩擦撹拌の案内線として利用でき、作業を行いやすいといった作用効果を得ることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施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ることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、断面Ｈ字状の形材本体２（１０２，２０２）のフランジ３（１０３，２０３）に補強材２０を挿入・固定して補強するようにしているが、これに限られることはなく、ウェブに補強材を設けてもよい。また、断面Ｌ字状、断面コ字状、平板状やパイプ状等の他の形態の形材に補強材を挿入・固定して補強するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、前記実施形態では、補強材２０は撚り線ケーブルからなる棒状部材にて構成されているが、これに限られるものではなく、プレート状やメッシュ状に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る形材の第一実施形態を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る形材の製造方法の第一実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図３】本発明に係る形材の製造方法の第一実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体の凹溝に蓋板を挿入した状態を示した斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図４】本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【図５】本発明に係る形材の第二実施形態を示した斜視図である。
【図６】本発明に係る形材の製造方法の第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図７】本発明に係る形材の製造方法の第二実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体の凹溝に蓋板を挿入した状態を示した斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図８】本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【図９】本発明に係る形材の第三実施形態を示した斜視図である。
【図１０】本発明に係る形材の製造方法の第三実施形態を示した図であって、（ａ）は、形材本体を示した斜視図、（ｂ）は、形材本体の凹溝に補強材を挿入した状態を示した斜視図である。
【図１１】本発明に係る形材の製造方法の第三実施形態を示した図であって、摩擦撹拌を施す状態を示した斜視図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、ともに本発明に係る形材の塑性流動材の形状を示した側面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 形材
２ 形材本体
５ 挿入部
６ 空隙部
７ 塑性流動材
１０ 凹溝
１１ 蓋板
１１ａ 側面
１２ 拡幅部
１２ａ 側壁
１５ 突合せ部
２０ 補強材
２０ａ 線材
１０１ 形材
１０２ 形材本体
１０５ 挿入部
１０６ 空隙部
１１０ 凹溝
１１０ｃ 側壁
１１１ 蓋板
１１１ａ 側面
１１５ 突合せ部
２０１ 形材
２０２ 形材本体
２０２ａ 表面部
２０５ 挿入部
２０６ 空隙部
２１０ 貫通孔（中空部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形材本体の表面側に開口する凹溝に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、
前記凹溝の開口部分に蓋板を挿入し、
前記凹溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記凹溝との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる
ことを特徴とする形材の製造方法。
【請求項２】
前記凹溝は、その開口部分に前記蓋板を収容する拡幅部を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の形材の製造方法。
【請求項３】
形材本体に形成された中空部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、
前記中空部に対応する前記形材本体の表面部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記中空部との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる
ことを特徴とする形材の製造方法。
【請求項４】
前記補強材は、棒状部材にて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項５】
前記補強材は、炭素繊維を混入した複数の線材を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項６】
前記形材本体は、アルミニウム製の押出形材にて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項７】
形材本体に形成された挿入部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材が挿入され、
前記補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入された
ことを特徴とする形材。
【請求項１】
形材本体の表面側に開口する凹溝に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、
前記凹溝の開口部分に蓋板を挿入し、
前記凹溝の側壁と前記蓋板の側面との突合せ部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記凹溝との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる
ことを特徴とする形材の製造方法。
【請求項２】
前記凹溝は、その開口部分に前記蓋板を収容する拡幅部を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の形材の製造方法。
【請求項３】
形材本体に形成された中空部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材を挿入し、
前記中空部に対応する前記形材本体の表面部に沿って摩擦撹拌を施して、前記補強材と前記中空部との間の空隙部に摩擦熱によって流動化させた塑性流動材を流入させる
ことを特徴とする形材の製造方法。
【請求項４】
前記補強材は、棒状部材にて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項５】
前記補強材は、炭素繊維を混入した複数の線材を撚り合わせて形成される撚り線ケーブルにて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項６】
前記形材本体は、アルミニウム製の押出形材にて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の形材の製造方法。
【請求項７】
形材本体に形成された挿入部に、前記形材本体よりも強度の高い材質からなる補強材が挿入され、
前記補強材と前記挿入部との間の空隙部に摩擦撹拌の摩擦熱によって流動化させた塑性流動材が流入された
ことを特徴とする形材。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−９０２９５（Ｐ２００９−９０２９５Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６０５０２（Ｐ２００７−２６０５０２）
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【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４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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