JP3288669B2 - 摩擦撹拌接合ホロー材の継手構造 - Google Patents
摩擦撹拌接合ホロー材の継手構造Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は摩擦撹拌接合するアル
ミ製ホロー材の継手構造に関するものであり、ホロー材
を摩擦撹拌接合に備えた特別な構造にすることなく、通
常のトラス構造で摩擦撹拌接合することができるもので
ある。
ミ製ホロー材の継手構造に関するものであり、ホロー材
を摩擦撹拌接合に備えた特別な構造にすることなく、通
常のトラス構造で摩擦撹拌接合することができるもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】摩擦撹拌接合法は従来よく知られた接合
法である。そして、アルミ製平板材Ｐ，Ｐを摩擦撹拌接
合法で接合する態様は図３、図４に示す如くである（例
えば、特開平１０−５２７７１号公報）。このものにお
いては、接合すべき平板材Ｐ，Ｐをテーブル４上に載
せ、接合面を強く突合せてクランプした状態で、接合ツ
ールＴを高速で回転させながら接合面にそって移動させ
て、接合面と接合ツールＴのピン１との摩擦熱、接合ツ
ールＴのツール本体２の肩部３と接合表面との摩擦熱で
接合部を可塑化させることによって接合させるものであ
る。そして、図２に示すように上記の摩擦撹拌接合法に
よってトラス構造のホロー材を接合する場合があり（例
えば、特開平１０−３２８８５６号公報）、ホロー材２
１の厚さ２〜５ｍｍの表裏両スキン２２にかかる接合ツ
ールＴの押圧力Ｆは４００〜６００ｋｇに達する。
法である。そして、アルミ製平板材Ｐ，Ｐを摩擦撹拌接
合法で接合する態様は図３、図４に示す如くである（例
えば、特開平１０−５２７７１号公報）。このものにお
いては、接合すべき平板材Ｐ，Ｐをテーブル４上に載
せ、接合面を強く突合せてクランプした状態で、接合ツ
ールＴを高速で回転させながら接合面にそって移動させ
て、接合面と接合ツールＴのピン１との摩擦熱、接合ツ
ールＴのツール本体２の肩部３と接合表面との摩擦熱で
接合部を可塑化させることによって接合させるものであ
る。そして、図２に示すように上記の摩擦撹拌接合法に
よってトラス構造のホロー材を接合する場合があり（例
えば、特開平１０−３２８８５６号公報）、ホロー材２
１の厚さ２〜５ｍｍの表裏両スキン２２にかかる接合ツ
ールＴの押圧力Ｆは４００〜６００ｋｇに達する。
【０００３】他方、上記押圧力によってホロー材２１の
接合端２３，２４が撓むと、接合ツールＴが通過したと
き上記撓みが弾性復元するので、継手部に残留応力が生
じ、このため接合部に変形を生じ、またその接合強度が
低下する。上記押圧力による接合端２３，２４の撓みを
防止するために接合端に柱材２５，２６を設けて支えさ
せている。ところで、斜めの縦リブ２７と表裏両スキン
２２，２２からなるトラス構造のホロー材２１は押出成
形されるものであるので、断面構造が複雑なほど成形金
型が高価になるばかりでなく、押出し成形時の金型との
摩擦抵抗が大きくなり当該摩擦抵抗に因るホロー材２１
の平面曲り（スキン２２の平面内での曲り）が大きくな
るので、接合に不都合を生じる。したがって、トラス構
造のホロー材については、できるだけ断面構造が単純で
あることが望ましい。
接合端２３，２４が撓むと、接合ツールＴが通過したと
き上記撓みが弾性復元するので、継手部に残留応力が生
じ、このため接合部に変形を生じ、またその接合強度が
低下する。上記押圧力による接合端２３，２４の撓みを
防止するために接合端に柱材２５，２６を設けて支えさ
せている。ところで、斜めの縦リブ２７と表裏両スキン
２２，２２からなるトラス構造のホロー材２１は押出成
形されるものであるので、断面構造が複雑なほど成形金
型が高価になるばかりでなく、押出し成形時の金型との
摩擦抵抗が大きくなり当該摩擦抵抗に因るホロー材２１
の平面曲り（スキン２２の平面内での曲り）が大きくな
るので、接合に不都合を生じる。したがって、トラス構
造のホロー材については、できるだけ断面構造が単純で
あることが望ましい。
【０００４】
【解決しようとする課題】そこで、この発明は、従来技
術の上記問題を解消することを目的として、縦リブと表
裏両スキンとからなるトラス構造のホロー材について、
摩擦撹拌接合時の接合ツールによる押圧力に耐えて、接
合端部の撓みが許容限度未満になるように、ホロー材の
断面構造及び摩擦撹拌接合部の継手構造を工夫すること
をその課題とするものである。
術の上記問題を解消することを目的として、縦リブと表
裏両スキンとからなるトラス構造のホロー材について、
摩擦撹拌接合時の接合ツールによる押圧力に耐えて、接
合端部の撓みが許容限度未満になるように、ホロー材の
断面構造及び摩擦撹拌接合部の継手構造を工夫すること
をその課題とするものである。
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、ハの字状の縦リブを備えたトラス構造の
ホロー材の摩擦撹拌接合の継手構造を前提として、次の
要素（イ）〜（ホ）によって構成されるものである。 （イ）ホロー材が、表スキンの幅より裏スキンの幅が長
い、表裏両スキンをハの字状の縦リブで繋いだ台形の断
面形状のトラス構造であること、 （ロ）上記表裏両スキンの板厚が２〜３ｍｍであるこ
と、 （ハ）上記ハの字状縦リブの上端平坦部の厚さが表スキ
ンの厚さのほぼ２倍以上であること、 （ニ）上記ホロー材の両端のハの字状縦リブ上端の平坦
部幅が接合ツール本体の肩部の直径以上で、この平坦部
の外側部が表スキンの板厚に等しい高さのＬ形段部にな
っていること、 （ホ）トラス構造の上記ホロー材を突合せ、突合された
ホロー材の上記Ｌ形段部の間に継手板の端部を嵌め、該
継手板の端部と上記ホロー材の表スキンのＬ形段部との
突合面を摩擦撹拌接合し、突合されたホロー材の裏スキ
ンの突合面を摩擦撹拌接合するようになっていること。
講じた手段は、ハの字状の縦リブを備えたトラス構造の
ホロー材の摩擦撹拌接合の継手構造を前提として、次の
要素（イ）〜（ホ）によって構成されるものである。 （イ）ホロー材が、表スキンの幅より裏スキンの幅が長
い、表裏両スキンをハの字状の縦リブで繋いだ台形の断
面形状のトラス構造であること、 （ロ）上記表裏両スキンの板厚が２〜３ｍｍであるこ
と、 （ハ）上記ハの字状縦リブの上端平坦部の厚さが表スキ
ンの厚さのほぼ２倍以上であること、 （ニ）上記ホロー材の両端のハの字状縦リブ上端の平坦
部幅が接合ツール本体の肩部の直径以上で、この平坦部
の外側部が表スキンの板厚に等しい高さのＬ形段部にな
っていること、 （ホ）トラス構造の上記ホロー材を突合せ、突合された
ホロー材の上記Ｌ形段部の間に継手板の端部を嵌め、該
継手板の端部と上記ホロー材の表スキンのＬ形段部との
突合面を摩擦撹拌接合し、突合されたホロー材の裏スキ
ンの突合面を摩擦撹拌接合するようになっていること。
【０００５】
【作用】接合する左右のホロー材を平滑なテーブル上に
載置し、上記継手板を左右のホロー材の上記Ｌ形段部の
間に装着する前の状態で、ハの字状縦リブを備えたトラ
ス構造のホロー材の裏スキンの突合面を上方から挿入し
た接合ツールで摩擦撹拌接合し、その後、継手板を左右
のホロー材の上記Ｌ形段部の間に装着し、その左右の端
部と表スキンのＬ形段部の垂直面との突合面を摩擦撹拌
接合する。表裏両スキンの板厚が２〜３ｍｍのアルミ製
のトラス構造のホロー材の表裏両スキンにかかる接合ツ
ールによる押圧力は４００〜６００ｋｇである。ハの字
状縦リブの構造を上記（ハ）及び（ニ）のようにするこ
とによって、継手板の両端と表スキンのＬ形段部との接
合部にかかる４００〜６００ｋｇの押圧力はハの字状縦
リブの上端の内側平坦部及びその縦リブによって支えら
れて、上記接合部の撓みは極めて微小に抑えられる。し
たがって、上記押圧力による接合部の撓みによる、接合
部の変形、接合強度低下が防止される。
載置し、上記継手板を左右のホロー材の上記Ｌ形段部の
間に装着する前の状態で、ハの字状縦リブを備えたトラ
ス構造のホロー材の裏スキンの突合面を上方から挿入し
た接合ツールで摩擦撹拌接合し、その後、継手板を左右
のホロー材の上記Ｌ形段部の間に装着し、その左右の端
部と表スキンのＬ形段部の垂直面との突合面を摩擦撹拌
接合する。表裏両スキンの板厚が２〜３ｍｍのアルミ製
のトラス構造のホロー材の表裏両スキンにかかる接合ツ
ールによる押圧力は４００〜６００ｋｇである。ハの字
状縦リブの構造を上記（ハ）及び（ニ）のようにするこ
とによって、継手板の両端と表スキンのＬ形段部との接
合部にかかる４００〜６００ｋｇの押圧力はハの字状縦
リブの上端の内側平坦部及びその縦リブによって支えら
れて、上記接合部の撓みは極めて微小に抑えられる。し
たがって、上記押圧力による接合部の撓みによる、接合
部の変形、接合強度低下が防止される。
【０００６】
【実施態様１】実施態様１は、上記縦リブの厚さが５〜
８ｍｍであることである。
８ｍｍであることである。
【実施態様２】実施態様２は上記縦リブの表裏両スキン
に対する傾斜角度（θ）を２５度以上としたことであ
る。
に対する傾斜角度（θ）を２５度以上としたことであ
る。
【０００７】
【実施形態】この実施形態は表裏両スキンの厚さが２ｍ
ｍ、幅４０ｃｍのトラス構造ホロー材に本発明を適用し
た例である。この実施例におけるホロー材１１の表スキ
ン１５の幅は裏スキン１６の幅よりも短く、ホロー材の
厚さＨは６０ｍｍで、ハの字状の縦リブの高さｈは５６
ｍｍであり、下端間幅Ｗ１は１２２ｍｍであり、各縦リ
ブ１２の傾斜角度（θ）は４５度である。また、ホロー
材１１の最外端のハの字状の縦リブの上端平坦部１３の
幅Ｗ２は２７ｍｍであり、その厚さｔは６ｍｍである。
なお、内側のハの字状の縦リブの形状、構造について
は、上記従来のトラス構造ホロー材のそれと同様で支障
はない。最外端のハの字状縦リブの上端平坦部の中央に
段部を設けて外側半分をＬ形段部としている。このＬ形
段部の高さは表スキン１５と同じ２ｍｍである。裏スキ
ン１６の外端は縦リブ１２の下端から１４ｍｍ張出して
突合せによる継手部１６ａを構成しており、この継手部
１６ａの厚さは４．５ｍｍである。以上のホロー材１１
を突合せ、対向する上記Ｌ形段部１４，１４に厚さ２ｍ
ｍの継手板１７の端部を載せて、その端部を表スキン１
５とを突合せる。左右のホロー材１１，１１を摩擦撹拌
接合するには、これを表面が平滑な支持台上に載せ、継
手部１６ａ，１６ａを圧接させた状態でクランプする。
そして、上方からピンの直径が５ｍｍの接合ツール（図
３、図４の接続ツールＴ参照）を挿入してこれで継手部
１６ａ，１６ａを摩擦撹拌接合する。接合ツールＴは厚
さ４．５ｍｍ板材を接合するのに適したもので、そのピ
ンの長さは４．５ｍｍであるが、継手部１６ａ，１６ａ
の厚さは上記のとおり４．５ｍｍであり、また支持台の
上面が平滑であるので、ピンによる摩擦撹拌で可塑化し
たアルミ材が裏スキン１６の下面に滲み出ることはな
く、接合部の裏面は平滑であり、接合部の厚さは裏スキ
ン１６の厚さより厚いので、接合部の接合強度にも問題
はない。継手部１６ａ，１６ａを接合してから、継手板
１７を嵌め込み、表スキン１５との突合せ面を同接合ツ
ールを用いて摩擦撹拌接合させる。継手板１７と表スキ
ンとを接合するときの接合ツールによる押圧力は４００
ｋｇに制御されるが、この押圧力はハの字状の縦リブに
よって直接支持されるので、接合部の下方への変形は極
めて小さく（０．１ｍｍ未満）、上記変形による接合部
への影響は無視し得る程度である。
ｍ、幅４０ｃｍのトラス構造ホロー材に本発明を適用し
た例である。この実施例におけるホロー材１１の表スキ
ン１５の幅は裏スキン１６の幅よりも短く、ホロー材の
厚さＨは６０ｍｍで、ハの字状の縦リブの高さｈは５６
ｍｍであり、下端間幅Ｗ１は１２２ｍｍであり、各縦リ
ブ１２の傾斜角度（θ）は４５度である。また、ホロー
材１１の最外端のハの字状の縦リブの上端平坦部１３の
幅Ｗ２は２７ｍｍであり、その厚さｔは６ｍｍである。
なお、内側のハの字状の縦リブの形状、構造について
は、上記従来のトラス構造ホロー材のそれと同様で支障
はない。最外端のハの字状縦リブの上端平坦部の中央に
段部を設けて外側半分をＬ形段部としている。このＬ形
段部の高さは表スキン１５と同じ２ｍｍである。裏スキ
ン１６の外端は縦リブ１２の下端から１４ｍｍ張出して
突合せによる継手部１６ａを構成しており、この継手部
１６ａの厚さは４．５ｍｍである。以上のホロー材１１
を突合せ、対向する上記Ｌ形段部１４，１４に厚さ２ｍ
ｍの継手板１７の端部を載せて、その端部を表スキン１
５とを突合せる。左右のホロー材１１，１１を摩擦撹拌
接合するには、これを表面が平滑な支持台上に載せ、継
手部１６ａ，１６ａを圧接させた状態でクランプする。
そして、上方からピンの直径が５ｍｍの接合ツール（図
３、図４の接続ツールＴ参照）を挿入してこれで継手部
１６ａ，１６ａを摩擦撹拌接合する。接合ツールＴは厚
さ４．５ｍｍ板材を接合するのに適したもので、そのピ
ンの長さは４．５ｍｍであるが、継手部１６ａ，１６ａ
の厚さは上記のとおり４．５ｍｍであり、また支持台の
上面が平滑であるので、ピンによる摩擦撹拌で可塑化し
たアルミ材が裏スキン１６の下面に滲み出ることはな
く、接合部の裏面は平滑であり、接合部の厚さは裏スキ
ン１６の厚さより厚いので、接合部の接合強度にも問題
はない。継手部１６ａ，１６ａを接合してから、継手板
１７を嵌め込み、表スキン１５との突合せ面を同接合ツ
ールを用いて摩擦撹拌接合させる。継手板１７と表スキ
ンとを接合するときの接合ツールによる押圧力は４００
ｋｇに制御されるが、この押圧力はハの字状の縦リブに
よって直接支持されるので、接合部の下方への変形は極
めて小さく（０．１ｍｍ未満）、上記変形による接合部
への影響は無視し得る程度である。
【０００８】なお、上記継手部１６ａの厚さについて
は、裏スキンの突合接合強度、ホロー材を接合して形成
されるパネル裏面の平滑さを特に問題にしなければ、ス
キンの厚さと等しくしてもよい。また、ハの字状の縦リ
ブ間の間隔についても、ホロー材１１の強度上特に問題
がない範囲で適宜選択すればよい。
は、裏スキンの突合接合強度、ホロー材を接合して形成
されるパネル裏面の平滑さを特に問題にしなければ、ス
キンの厚さと等しくしてもよい。また、ハの字状の縦リ
ブ間の間隔についても、ホロー材１１の強度上特に問題
がない範囲で適宜選択すればよい。
【０００９】
【効果】以上のとおり、表裏のスキンの厚さが２〜５ｍ
ｍのトラス構造のホロー材について、その構造を上記解
決手段のようにすることによって、接合ツールによる押
圧力を縦リブだけで支持させてその変形を微小（例え
ば、０．１ｍｍ未満）に抑えることができ、したがっ
て、接合ツールによる押圧力による接合部の変形によ
る、接合部の変形、接合強度の低下を確実に防止するこ
とができる。したがって、接合ツールによる押圧力を支
持するためにホロー材の両端に垂直支持部をあらたに設
ける従来のものに比して、ホロー材の断面構造が単純で
あり、したがって、押出成形金型の複雑化が回避され、
上記垂直支柱付加に伴う重量増加、使用材料の増加を回
避できるので、摩擦撹拌接合に供されるホロー材の製造
コストの増大が回避される。また、押出成形金型の複雑
化に伴って生じるホロー材の平面曲り（スキン表面内で
の曲り）の増大が回避され、この平面曲りの増大に伴っ
て種々の問題を生じることもない。
ｍのトラス構造のホロー材について、その構造を上記解
決手段のようにすることによって、接合ツールによる押
圧力を縦リブだけで支持させてその変形を微小（例え
ば、０．１ｍｍ未満）に抑えることができ、したがっ
て、接合ツールによる押圧力による接合部の変形によ
る、接合部の変形、接合強度の低下を確実に防止するこ
とができる。したがって、接合ツールによる押圧力を支
持するためにホロー材の両端に垂直支持部をあらたに設
ける従来のものに比して、ホロー材の断面構造が単純で
あり、したがって、押出成形金型の複雑化が回避され、
上記垂直支柱付加に伴う重量増加、使用材料の増加を回
避できるので、摩擦撹拌接合に供されるホロー材の製造
コストの増大が回避される。また、押出成形金型の複雑
化に伴って生じるホロー材の平面曲り（スキン表面内で
の曲り）の増大が回避され、この平面曲りの増大に伴っ
て種々の問題を生じることもない。
【図１】は実施例の正面図である。
【図２】はトラス構造のホロー材の従来の継手構造を示
す正面図である。
す正面図である。
【図３】は摩擦撹拌接続法による平板の突合接合状態の
斜視図である。
斜視図である。
【図４】は図３におけるＹ−Ｙ断面図である。
１１：トラス構造のホロー材 １２：ハの字状縦リブの個々の縦リブ １３：ハの字状縦リブの上端平坦部 １４：Ｌ形段部 １５：表スキン １６：裏スキン １６ａ：裏スキンの継手部 １７：継手板 Ｈ：トラス構造のホロー材の厚さ Ｗ１：ハの字状縦リブの下端間幅 Ｗ２：ハの字状縦リブの上端平坦部の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2001−150157（ＪＰ，Ａ) 特開2001−205456（ＪＰ，Ａ) 特開2001−71897（ＪＰ，Ａ) 特開2000−334581（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−309164（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 20/12
Claims (4)
- 【請求項１】ハの字状の縦リブを備えたトラス構造のホ
ロー材の摩擦撹拌接合の継手構造において、 上記ホロー材が、表スキンの幅より裏スキンの幅が長
い、表裏両スキンをハの字状の縦リブで繋いだ台形の断
面形状のトラス構造であり、 上記表裏両スキンの板厚が２〜３ｍｍであり、 上記ハの字状縦リブの上端平坦部の厚さが表スキンの厚
さのほぼ２倍以上であり、 上記ホロー材の両端のハの字状縦リブの上端平坦部の幅
が接合ツール本体の肩部の直径以上で、上記平坦部の外
側部が表スキンの板厚に等しい高さでＬ形に切欠かれた
Ｌ形段部になっており、 トラス構造の上記ホロー材を突合せ、突合されたホロー
材の上記Ｌ形段部の間に継手板の端部を嵌め、該継手板
の端部と上記ホロー材の表スキンのＬ形段部の垂直面と
の突合面を摩擦撹拌接合し、突合されたホロー材の裏ス
キンの突合面を摩擦撹拌接合するようになっている摩擦
撹拌接合ホロー材の継手構造。 - 【請求項２】上記縦リブの厚さが５〜８ｍｍである請求
項１の摩擦撹拌接合ホロー材の継手構造。 - 【請求項３】上記縦リブの表裏両スキンに対する傾斜角
度（θ）を２５度以上とした請求項１の摩擦撹拌接合ホ
ロー材の継手構造。 - 【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３の継手
構造を備えたホロー材を摩擦撹拌接合して形成したパネ
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015600A JP3288669B2 (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 摩擦撹拌接合ホロー材の継手構造 |
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|---|---|---|---|
| JP2000015600A JP3288669B2 (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 摩擦撹拌接合ホロー材の継手構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001205458A JP2001205458A (ja) | 2001-07-31 |
| JP3288669B2 true JP3288669B2 (ja) | 2002-06-04 |
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ID=18542870
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103775136A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 一种叶片 |
| CN108515282A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-09-11 | 江苏恒久钢构有限公司 | 一种防止工件变形的焊接方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3563003B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2004-09-08 | 株式会社日立製作所 | 構造体の摩擦攪拌接合方法 |
| JP2007167924A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Kinki Sharyo Co Ltd | 鉄道車両の構体材溶接接合方法とそれに用いる継手構造 |
| JP5649465B2 (ja) * | 2011-01-18 | 2015-01-07 | 日立機材株式会社 | パネル構造 |
| WO2012098810A1 (ja) * | 2011-01-19 | 2012-07-26 | 日本軽金属株式会社 | 回転ツールユニット、摩擦攪拌接合方法、ダブルスキンパネルの組立体及びダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法 |
| CN109469230B (zh) * | 2018-12-27 | 2020-08-07 | 湖北鸿路钢结构有限公司 | 一种内折式骨架轻钢隔墙及其拼装安装方法 |
-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000015600A patent/JP3288669B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103775136A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 一种叶片 |
| CN103775136B (zh) * | 2012-10-23 | 2015-06-10 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 一种叶片 |
| CN108515282A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-09-11 | 江苏恒久钢构有限公司 | 一种防止工件变形的焊接方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001205458A (ja) | 2001-07-31 |
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