(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の板の端部と第２の板の端部とを突き合わせ、
前記突き合わせた前記第１の板の端部は一方の面から該板の厚さ方向に突出した凸部を有し、該凸部は前記第２の板の一方の面よりも突出しており、
大径部の先端に小径部を有する回転工具を用い、前記小径部を前記突き合わせた部分に挿入して摩擦攪拌接合するに当たり、
前記大径部の一部を前記凸部内に挿入し、
前記大径部側から見たとき、前記回転工具を右回転させながら前記突き合わせた部分に沿って相対的に移動させると共に、
前記移動させる方向を向いて見たとき、前記回転工具の軸心よりも右側に前記第２の板を位置させ、
前記回転工具の軸心よりも左側に、前記凸部を位置させていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
請求項１の摩擦攪拌接合方法において、前記第１の板の前記端部の他方の面から前記第２の板に実質的に平行に前記第２の板に向けて突出した突出片を有し、
前記大径部側から見たとき、前記突出片は前記第２の板の前記端部の裏面に重なっており、
前記小径部の先端の一部を前記突出片に挿入した状態で前記摩擦攪拌接合すること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
請求項１の摩擦攪拌接合方法において、前記第１の板および前記第２の板はそれぞれ押し出し形材であり、
前記第１の押し出し形材の押し出し方向に対して、前記第２の押し出し形材の押し出し方向を実質的に直交させて配置し、
かかる状態で前記摩擦攪拌接合を行うこと、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
第１の板の端部と第２の板の端部とを突き合わせ、
前記突き合わせた前記第１の板の端部は一方の面から該板の厚さ方向に突出した凸部を有し、該凸部は前記第２の板の一方の面よりも突出しており、
大径部の先端に小径部を有する回転工具を用い、前記小径部を前記突き合わせた部分に挿入して摩擦攪拌接合するに当たり、
前記大径部の一部を前記凸部内に挿入し、
前記大径部側から見たとき、前記回転工具を左回転させながら前記突き合わせた部分に沿って相対的に移動させると共に、
前記移動させる方向を向いて見たとき、前記回転工具の軸心よりも左側に前記第２の板を位置させ、
前記回転工具の軸心よりも右側に前記凸部を位置させていること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
請求項４の摩擦攪拌接合方法において、前記第１の板の前記端部の他方の面から前記第２の板に実質的に平行に前記第２の板に向けて突出した突出片を有し、
前記大径部側から見たとき、前記突出片は前記第２の板の前記端部の裏面に重なっており、
前記小径部の先端の一部を前記突出片に挿入した状態で前記摩擦攪拌接合すること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
請求項４の摩擦攪拌接合方法において、前記第１の板および前記第２の板はそれぞれ押し出し形材であり、
前記第１の押し出し形材の押し出し方向に対して、前記第２の押し出し形材の押し出し方向を実質的に直交させて配置し、
かかる状態で前記摩擦攪拌接合を行うこと、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
第１の押し出し形材の端部と第２の押し出し形材の端部とを突き合わせ、
前記第１の押し出し形材および前記第２の押し出し形材は鉄道車両の側構体を構成する部材であり、
前記第１の押し出し形材は開口の縁を構成する部材であって、該第１の押し出し形材の一方の面から車外側に突出した凸部と、他方の面から前記第２の押し出し形材に向けて実質的に平行に突出した突出片と、を有し、
前記突出片に前記第２の押し出し形材の前記端部を重ねており、
大径部の先端に小径部を有する回転工具を用い、前記小径部を前記突き合わせた部分に挿入して摩擦攪拌接合するに当たり、
前記大径部の一部を前記凸部内に挿入し、
前記大径部側から見たとき、前記回転工具を右回転させながら前記突き合わせた部分に沿って相対的に移動させると共に、
前記移動させる方向を向いて見たとき、前記回転工具の軸心よりも右側に前記第２押し出し形材および前記突出片を位置させ、
前記回転工具の軸心よりも左側に、前記凸部を位置させ、
前記小径部の先端の一部を前記突出片に挿入していること、
を特徴とする鉄道車両の製作方法。
【請求項８】
請求項７の鉄道車両の製作方法において、前記縁材は前記第１の押し出し形材を少なくとも３辺を有するように折り曲げたものであり、
車外側から見たとき、前記縁材の右辺から中央辺、左辺に向けて順次、前記回転工具を移動させること、
を特徴とする鉄道車両の製作方法。
【請求項９】
第１の押し出し形材の端部と第２の押し出し形材の端部とを突き合わせ、
前記第１の押し出し形材および前記第２の押し出し形材は鉄道車両の側構体を構成する部材であり、
前記第１の押し出し形材は開口の縁を構成する部材であって、該第１の押し出し形材の一方の面から車外側に突出した凸部と、他方の面から前記第２の押し出し形材に向けて実質的に平行に突出した突出片と、を有し、
前記突出片に前記第２の押し出し形材の板を重ねており、
大径部の先端に小径部を有する回転工具を用い、前記小径部を前記突き合わせた部分に挿入して摩擦攪拌接合するに当たり、
前記大径部の一部を前記凸部内に挿入し、
前記大径部側から見たとき、前記回転工具を左回転させながら前記突き合わせた部分に沿って相対的に移動させると共に、
前記移動させる方向を向いて見たとき、前記回転工具の軸心よりも左側に前記第２押し出し形材および前記突出片を位置させ、
前記回転工具の軸心よりも右側に、前記凸部を位置させ、
前記小径部の先端の一部を前記突出片に挿入していること、
を特徴とする鉄道車両の製作方法。
【請求項１０】
請求項９の鉄道車両の製作方法において、前記縁材は前記第１の押し出し形材を少なくとも３辺を有するように折り曲げたものであり、
車外側から見たとき、前記縁材の左辺から中央辺、右辺に向けて順次、前記回転工具を移動させること、
を特徴とする鉄道車両の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦攪拌接合方法は、接合部に挿入した丸棒（回転工具という）を回転させながら接合線に沿って移動させ、接合部を発熱、軟化させ、塑性流動させ、固相接合する方法である。回転工具は大径部と小径部からなる。小径部を接合すべき部材に挿入し、大径部の端面を前記部材に接触させている。小径部にはねじを設けている。
【０００３】
また、接合すべき２つの部材の回転工具の挿入側に凸部を設け、突き合わせ部に回転工具の小径部を挿入すると共に、回転工具の大径部を凸部内に挿入して、摩擦攪拌接合を行う。凸部の金属を原資として２つの部材の間の隙間を埋めるものである。凸部は一方の部材のみに設けてもよい。これは部材を押し出し形材で作り、押し出し方向を直交させた部分を摩擦攪拌接合する場合に用いる。
これらは特開平１１−９０６５５号公報（ＵＳＰ６０５０４７４）に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、凸部Ｐ１を有する部材Ｍ１と凸部を有しない部材Ｍ２との突き合わせ部の摩擦攪拌接合部の縦断面図を示すものである。図８（Ａ）は２つの部材Ｍ１、Ｍ２の突き合わせ部に回転工具５０を挿入した状態である。図８（Ｂ）は接合後の縦断面図で、ハッチングは攪拌領域を示している。攪拌領域は模式的に示す。摩擦攪拌接合する回転工具５０は、大径部５１と、その先端の小径部５２とからなる。摩擦攪拌接合時には、小径部５２を突き合わせ部に挿入し、大径部５１の一部を凸部Ｐ１に挿入している。小径部５２の先端は部材Ｍ２の裏面に重なった突出片Ｐ２に挿入している。大径部５１の下端を部材Ｍ２の上面に接するように位置させている。これによって接合した場合、図８（Ｂ）のように、凸部の無い部材Ｍ２側の接合部の表面近くに、連続した酸化膜Ａが発生する。この連続した酸化膜Ａは部材の表面の酸化膜が巻き込まれ、拡散しなかったものと考えられる。また、突出片Ｐ２と部材Ｍ２とを重ねた面は、上面側（回転工具Ｔの大径部Ｔ１側）に盛り上がったノッチＢが発生しやすい。連続した酸化膜ＡやノッチＢは強度を低下させると考えられる。
【０００５】
本発明の目的は、欠陥の発生を抑制できる摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
種々の検討により、回転工具の回転によって流動化した金属の圧力は回転工具の軸方向への投影範囲内のすべてにおいて同一ではなく、位置によって圧力が異なると考えられる。圧力が高い位置は、回転工具の回転方向と移動方向とから定まると考えられる。これによって、連続した酸化膜ＡやノッチＢの発生につながると考えられる。
【０００７】
本発明は、回転工具の回転方向と移動方向とから、流動化した金属の圧力が高くなる位置が定まるので、この高圧力が発生する位置に凸部の無い部材を位置させること、を特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１から図６によって説明する。鉄道車両の車体５００は、側面を構成する側構体５０１、屋根を構成する屋根構体５０２、床を構成する台枠５０３、長手方向の端部を構成する妻構体５０４からなる。側構体５０１、屋根構体５０２、台枠５０４は、それぞれ複数の押し出し形材１０、２０を接合して構成している。押し出し形材１０、２０の長手方向（押し出し方向）を車体５００の長手方向に向けている。押し出し形材１０、２０はアルミニウム合金製の中空形材である。
【０００９】
側構体５０１には複数の窓５３０があり、また、人の出入り口５１０がある。出入り口５１０の開口の縁には縁材５２０が接合されている。縁材５２０は肉厚が厚い高強度の部材である。縁材５２０はアルミニウム合金製の押し出し形材であり、出入り口５１０の左右および上方の辺に沿ってＵ状に折り曲げたものである。
【００１０】
側構体５０１を構成する押し出し形材１０、２０の押出し方向は車体すなわち側構体５０１の長手方向である。縁材５２０も押し出し形材であるので、出入り口５１０の左右の辺の部分は、縁材５２０の押し出し方向と、形材１０、２０の押し出し方向とは直交している。押し出し形材１０、２０は中空形材である。
【００１１】
中空形材１０（２０）は、実質的に平行な２枚の面板１１（２１）、１２（２２）と、この２枚の面板を接続する複数の接続板１３（２３）、１４（２４）と、からなる。
【００１２】
中空形材１０（２０）の幅方向の端部の接続板１４（２４）は面板１１、１２（２１、２２）に対して直交している。接続板１４と面板１１（１２）との接続部の外面側には中空形材２０の面板２１（２２）が重なる凹部がある。中空形材１０の端部には中空形材２０の面板２１、２２が重なる。面板１１、１２の端部には面板２１、２２を支える突出片１５がある。突出片１５は接続板１４から突出している。突出片１５は前記凹部に接続している。
【００１３】
面板１１、１２（２１、２２）の端部には中空形材１０、２０の外面側（厚さ方向の外側）に突出する凸部１７（２７）がある。面板１１、２１および凸部１７の端面（すなわち、凹部の面板１１、１２側）は接続板１４の板厚の中心付近にある。中空形材１０の面板１１（１２）および凸部１７の端面と中空形材２０の面板２１（２２）および凸部２７の端面とが突き合わせられている。
【００１４】
面板１１（１２）と面板２１（２２）は同一面にあり、凸部１７、２７の突出代は同一である。２つの凸部１７、２７の幅は同一である。２つの凸部の幅は回転工具５０の大径部５１の径よりも大きい。凸部１７、２７の金属は、突き合わせた部分の隙間を埋める金属の原資となる。
【００１５】
図５のように、まず、形材１０、２０同士を説明する。接合に当たって、２つの中空形材１０、２０は架台１００に載せて固定する。回転工具５０は大径部５１の先端に小径部５２を設けている。小径部５２にはねじを設けている。接合に際しては、突き合わせ部に回転工具５０を挿入する。大径部５１の下端を凸部１７、２７内に位置させる。小径部５２は面板１１、２１の突き合わせ部に入れる。小径部５２の下端は突出片１５に若干挿入している。回転工具５０を回転させながら、突き合わせ部の接合線に沿って移動させる。凸部１７、２７は突き合わせ部の隙間を埋める原資となる。
図５の上面側の摩擦攪拌接合が終了したら、中空形材１０、２０を上下に反転させ、同様に摩擦攪拌接合を行う。
【００１６】
このようにして、側構体５０１を構成するすべての中空形材１０、２０を接合したならば、車内側を上方にして、窓５３０や出入り口５１０の開口の周囲の不要部分を切削で除去する。車外側の面板２１（１１）の端部は車内側の面板２２（１２）や接続板２３（２４，１３，１４）の端部よりも開口側に突出している。次に、Ｕ状に曲げた縁材５２０に上記のように加工した側構体５１０を載せる。
【００１７】
次に、出入り口５１０の縁材５２０を中空形材１０、２０に摩擦攪拌接合する。図１において、Ｕ状に曲げた縁材５２０を出入り口５１０のための開口に配置する。縁材５２０は、中空形材１０、２０の端部を閉鎖する片５２１と、車外側の面板２１（１１）の外面よりも外方に突出する凸部５２３と、面板２１（１１）の内面に重なる突出片５２５と、車内側の面板の外面２２（１２）に重なる突出片５２７とからなる。凸部５２３を除く片５２１の車外側の端面は面板２１（１１）の外面と実質的に同一面にある。車外側の突出片５２５は車外側から凹んだ位置にある。面板２１（１１）の端部は縁材５２０に突き合わせられている。
【００１８】
この突き合わせ部を上方から摩擦攪拌接合する。縁材５２０は架台１００に固定されている。縁材５２０と突き合わせる面板２１、１１の端部は押し出し方向の端部であるので、面板１１、２１には凸部１７、２７が無い。Ｕ状の縁材５２０の中央片５２０Ｃに接する中空形材１０は幅方向の端部を切削しているので、凸部が無い。
【００１９】
次に、面板２１（１１）と縁材５２０との突き合わせ部を上方から摩擦攪拌接合する。回転工具５０の小径部５２は突き合わせ部に挿入する。小径部５２の先端は突出片５２５に挿入されている。大径部５１の一部は凸部５２３に入る。大径部５１の下端と面板２１の上面との間に若干の隙間があるように挿入する。回転工具５０は移動方向に対して大径部５１側を後方に傾斜させて挿入するので、大径部５１の最下端と面板２１（１１）の上面との間に隙間があるようにする。
【００２０】
上記のように回転工具５０を接合すべき部分に挿入した後、回転工具５０を回転させながら、接合線に沿って移動させる。図１において紙面の手前から紙面の奥側に向かって移動させる。図１の平面図である図２において、Ｙが回転工具５０の移動方向であり、Ｒが回転工具５０の回転方向である。小径部５２のねじは左ねじである。回転工具５０の大径部５１側から小径部５２側を見たとき、回転工具５０の回転方向は右（時計方向）である。回転工具５０から移動方向の前方を見たとき、図１のように、回転工具５０の軸心よりも左側に凸部５２３があり、右側に突出片５２５がある。回転工具５０の回転中心は傾斜している。移動方向において、大径部５１の軸心が小径部５２の軸心よりも後方に位置する。
【００２１】
図４において、回転工具５０は、まず、Ｕ状の縁材５２０の右片５２０Ｒの下端の突き合わせ部に挿入され、ここから移動を開始する。回転工具５０は右片５２０Ｒから、中央片５２０Ｃに向かって移動し、中央片５２０Ｃから左片５２０Ｌに移動する。最後に左片５２０Ｌの下端に至り、接合を終了する。
【００２２】
摩擦攪拌接合において、凸部５２３の金属は面板２１（１１）の上面側に移動させられるとともに、面板２１（１１）と縁材５２０との突き合わせ部の隙間を埋める原資となる。
【００２３】
摩擦攪拌接合後、面板２１（１１）の外面よりも上方の凸部５２３や接合部はグラインダで切削する。摩擦攪拌接合後、またはその前に突出片５２７と面板２２（１２）とを隅肉溶接する。
【００２４】
これによれば、図３のように、従来、接合部の上面近傍に発生していた連続した酸化膜Ａが少なくなるか無くなるものである。また、突出片５２５と面板２１（１２）との重ね面に発生していたノッチＢが小さくなるか無くなるものである。図３のハッチングは攪拌領域を示している。攪拌領域は模式的に示している。
【００２５】
回転工具５０によって流動化した接合部の金属の圧力は、回転工具５０の移動方向において、回転工具５０の軸心よりも右側の方が左側よりも大きいと考えられる。これは回転工具５０が右回転しているので、回転工具５０の前方の接合されていない金属が右側に寄せられるためと考えられる。これによって、右側に面板２１（１１）との接合部があっても連続した酸化膜Ａが少なくなるかまたは無くなるものと考えられる。また、右側に重ね面があっても重ね面にノッチＢが少なくなるかまたは無くなるものと考えられる。
【００２６】
一方、回転工具５０の左側の圧力は右側に比べて低い。これは回転工具５０の後方には接合されていない金属がないため、左側には新たな金属が供給されないためと考えられる。このため、左側には連続した酸化膜Ａが少なくなるかまたは無くなるものと考えられる。また、左側には重ね面がない。
【００２７】
小径部５２のねじが右ねじの場合の回転方向は左（反時計方向）である。この場合の高圧部は、回転工具５０から移動方向を見たとき、軸心よりも左側に発生する。このため、左側に重ね面があり、右側に凸部５２７があるようにする。つまり、縁材５２０の左片５２０Ｌから中央片５２０Ｃを経て右片５２０Ｒに向けて回転工具５０を移動させる。
【００２８】
図７の実施例を説明する。面板１２１の端部の表面側には凸部１２３が突出している。凸部１２３の先端から面板１２１に平行に突出片１２５が突出している。板１２１の裏面側には突出片１２５に平行に突出片１２７が突出している。面板１３１が２つの突出片１２５，１２７の間に入り、板１２１に突き合わせられている。面板１２１の端部と面板１２１の端部とが突き合わせられている。回転工具５０の大径部５１の下端は凸部１２３と突出片１２５内に位置する。
図７の実施例において、突出片１２５、１２７を除いてもよい。突出片１２７を除いた場合は連続した酸化膜の発生の抑制のみとなる。
【００２９】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のよれば、欠陥の発生を抑制できる摩擦攪拌接合を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の縁材と中空形材との接合中の縦断面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１の接合後の縦断面図。
【図４】本発明の一実施例の側構体の正面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【図６】鉄道車両の車体の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例の接合部の縦断面図。
【図８】従来の接合部の縦断面図。
【符号の説明】
１０、２０：中空形材、１１、１２、２１、２２：面板、５０：回転工具、５１：小径部、５２：大径部、５１０：出入り口、５２０：縁材、５２３：凸部、１２１、１３１：面板、１２３：凸部、１２５、１２７：突出片、５２５，５２７：突出片、Ｙ：回転工具５０の移動方向、Ｒ：回転工具５０の回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003575749.tif 000007
【図７】
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【図８】
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