JP6129672B2 - 摩擦撹拌接合用継手及びこの継手を用いた摩擦撹拌接合部 - Google Patents
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Description
摩擦撹拌接合の接合部の温度は、被接合部材の融点より低い温度域(固相接合)において接合されるため、従来の溶融溶接に比較してシールドガスが不要であることに加えて入熱量が小さく、被接合部材の熱変形(歪み)量が小さいなどの利点がある。
このため、ルート割れに起因する接合不良(未溶着部)を低減できるものの、摩擦撹拌接合による接合工程と、余肉部を切削する工程の2工程が必要となる。
ダブルスキン形材同士を接合する際は、リブ直上に形成された突き合わせ面の外方から、回転工具を挿入して摩擦撹拌接合を行うので、回転工具を挿入した面板の裏側は、外方に露出することなく、仕上げ工程を行う必要はない。そもそも、他方の面板により、仕上げ工具自体がアクセスできない。
しかし、特許文献1に開示される摩擦撹拌接合では、例えば、鉄道車両において、内装パネルで覆われる部位等、製品の外観や意匠性に関係がなく、必ずしも平滑に仕上げる必要のない接合部についても、余肉部削除工程を経ない限り、未溶着部が残存し、ルート割れの起点となってしまうため、製造コストを削減する点において、改善すべき課題がある。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の摩擦撹拌接合用継手は、回転工具によって、一方の部材の端部と他方の部材の端部とを突き合わせ部を摩擦撹拌接合によって接合する摩擦撹拌接合用継手であって、前記摩擦撹拌接合用継手は、前記端部の両面に前記部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備える前記一方の部材と、前記端部の両面に前記部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備えるとともに、前記端部の下面の前記凸部から前記一方の部材の前記凸部の下面に沿って延伸する延伸部を有する前記他方の部材とからなり、前記一方の部材の前記端部を前記延伸部の上面に載置するとともに、前記回転工具の先端部を該延伸部の厚さの範囲内まで圧入して摩擦攪接合が行われるようにした。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
側構体2は、鉄道車両構体1の長手方向に沿って並べられた複数のアルミ合金製押出形材をその全長にわたって接合して製作されている。なお、面板状の側構体2の所定の部位に、採光のための窓開口部や、乗客等の乗降に供される出入り口開口部が形成される。
側構体2は、対向する2枚の面板をリブで接続した部位であるダブルスキン部Wと、このダブルスキン部Wに接続する一枚の板部からなるシングルスキン部Sとを有する第1押出形材10と、第1押出形材10と同様の構造を備える第2押出形材20とを、摩擦撹拌接合で接合することによって構成されている。
ここで、継手Cを、第1押出形材10のシングルスキン部Sの端部と、第2押出形材20のシングルスキン部Sの端部とを、幅方向110の方向に突き合わせた際の突き合わせ部位と定義する。
回転工具30を回転した状態で、上述した継手Cに小径部32を圧入するとともに、継手Cの接合線(突き合わせ面P)に沿って被接続部材を押圧しながら移動する。大径部31及び小径部32からなる回転工具30は、被接合部材の材質よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐え得る耐熱材料によって構成されている。
摩擦撹拌接合を行う際に、第1押出形材10の突き合わせ端部と第2押出形材20の突き合わせ端部は、突き合わせ面Pで突き合わせられるとともに、第1押出形材10の第1下面凸部12が、第2押出形材20と一体に成型される延伸部23の上面に載置された状態で、定盤に位置決め、固定される。
すなわち、回転工具30の大径部31の下端面35が、第1上面凸部11及び第2上面凸部21の厚さ分に相当するH1まで押し込まれた時点で、回転工具30の小径部32の先端面33が、突き合わせ面Pを越えて、延伸部23の厚さ内に収まるよう、小径部32の高さ(大径部31の下端面35から小径部32の先端面33に到る距離)と各凸部11、21の厚さの関係が定められている。
上述したように、回転工具30の小径部32の先端面33が、第2下面凸部22及び延伸部23の厚さの範囲内に到るまで圧入され、しかも、継手Cを構成する第2押出形材20に第2延伸部23が形成されているので、摩擦撹拌部が、第1押出形材10と第2押出形材20との突き合わせ面Pを突き抜け、未溶着部が存在しない。
このため、鉄道車両構体1を構成する第1押出形材10及び第2押出形材20の接続部である継手Cに、第1押出形材10と第2押出形材20とを引き離す方向に荷重が作用したとしても、突き合わせ面Pに未溶着部が存在しないため、それがルート割れの起点となることはない。
つまり、本実施例による継手Cには未溶着部が存在しないので、接合部の割れ(ルート割れ等)が生じる可能性が小さい高品質な接続部が得られる摩擦撹拌接合用継手を提供することができる。また、継手Cの回転工具が挿入される側の反対側の面の切削工程を省略して、低コストの接続部が得られる摩擦撹拌接合用継手を提供することができる。
2:側構体 3:台枠 4:屋根構体 5:妻構体
10:第1押出形材
11:第1上面凸部 12:第1下面凸部
20:第2押出形材
21:第2上面凸部 22:第2下面凸部 23;延伸部
30:回転工具
31:大径部 32:小径部 33:小径部先端面 35:大径下端面
55:バリ
C:継手
S:シングルスキン部 W:ダブルスキン部 P:突き合わせ面
Claims (4)
- 回転工具によって、一方の部材の端部と他方の部材の端部との突き合わせ面を摩擦撹拌接合によって接合する摩擦撹拌接合用継手であって、
前記摩擦撹拌接合用継手は、
前記一方の部材の端部の両面に前記一方の部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備える前記一方の部材と、
前記他方の部材の端部の両面に前記他方の部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備えるとともに、前記他方の部材の端部の下面の前記凸部から前記一方の部材の前記凸部の下面に沿って延伸する延伸部を有する前記他方の部材と、
からなり、
前記一方の部材の前記端部を前記延伸部の上面に載置するとともに、前記回転工具の先端部を該延伸部の厚さの範囲内まで圧入して摩擦撹拌接合が行われるようにしたこと
を特徴とする摩擦撹拌接合用継手。 - 前記回転工具は、大径部と、該大径部の下面から下方に延び前記突き合わせ面に圧入される小径部とを有し、前記大径部の下面が、前記突き合わせ面の上端に達した状態で、前記小径部の先端面が前記延伸部の厚さの範囲内に収まるよう、前記小径部の高さと前記延伸部の厚さの関係が定められていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌接合用継手。
- 回転工具によって、一方の部材の端部と他方の部材の端部との突き合わせ面を摩擦撹拌接合によって接合した摩擦撹拌接合部であって、
前記摩擦撹拌接合部は、
前記一方の部材の端部の両面に前記一方の部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備える前記一方の部材と、
前記他方の部材の端部の両面に前記他方の部材の厚さ方向に厚みを増した凸部を備えるとともに、前記他方の部材の端部の下面の前記凸部から前記一方の部材の前記凸部の下面に沿って延伸する延伸部を有する前記他方の部材と、
からなり、
前記一方の部材の前記端部が前記延伸部の上面に載置された状態で、前記回転工具の先端部を該延伸部の厚さの範囲内まで圧入することにより、摩擦撹拌部が前記延伸部に至るまで形成されていること
を特徴とする摩擦撹拌接合部。 - 前記回転工具は、大径部と、該大径部の下面から下方に延び前記突き合わせ面に圧入される小径部とを有し、前記大径部の下面が、前記突き合わせ面の上端に達した状態で、前記小径部の先端面が前記延伸部の厚さの範囲内に収まるよう、前記小径部の高さと前記延伸部の厚さの関係が定められていることを特徴とする請求項3に記載の摩擦撹拌接合部。
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