(57)【要約】【課題】ボビンＦＳＷによる突き合わせ接合方法において、継手部に十分な板厚を確保して安定的な接合を可能にすると共に、接合部の表面に凹みが残るのを確実に防止する手段を提供する。【解決手段】突き合わせ接合すべき一対の被接合材２Ａ，２Ｂの継手部２１ａに、両側表面から膨出する増厚部３ａ，３ｂを接合方向に延在して設ける。両増厚部３ａ，３ｂは、摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側に膨出する一面側の増厚部３ａの厚さが他面側の増厚部３ｂの厚さよりも大きく設定される。【選択図】図１
2015054331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ショルダおよび第２ショルダと撹拌軸部とを有するボビンツールを用いた摩擦撹拌接合によって突き合わせた一対の被接合材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
前記一対の被接合材を突き合わせた継手部には、該被接合材の厚さ方向の両側に突出し、且つ接合方向に延びる増厚部が設けられ、
該増厚部は、前記厚さ方向における摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側に膨出する一方の増厚部の厚さが、材料流動方向に突出する他方の増厚部の厚さよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【請求項２】
前記一対の被接合材がダブルスキン構造の押出型材であり、該押出型材の総厚をｔｓ、該押出型材の表板部の厚さをｔ、前記ボビンツールの前記他方側に配置される第２ショルダを形成する第２径大部の軸方向長さをｔｔ、該第２径大部の先端面と対向する継手部内面との間隔をｔｇ、前記他方の増厚部の厚さをｔｂ、前記第２径大部の第２ショルダ側の継手部内面に対する食い込み量をｋとして、次の関係式（１）；
ｔｓ−２ｔ−２ｔｂ−ｔｔ＋ｋ＞０・・・（１）
を満足する請求項１に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項３】
前記両側に突出する増厚部を含む継手部の板厚が４．０ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項４】
前記ボビンツールの撹拌軸部の表面には、摩擦攪拌時の接合材料を第２ショルダ側へ流動させるねじ部が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項５】
前記継手部の板厚をＴ、前記ボビンツールのショルダ径をＳ、両ショルダの間隔をＧｐ、継手ギャップをＧｊとして、次の関係式（２）；
Ｓ（Ｔ−Ｇｐ）≧Ｔ・Ｇｊ・・・（２）
を満足する請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項６】
前記ボビンツールのショルダ径Ｓが１３〜２０ｍｍ、継手部の板厚Ｔが４．５〜８．０ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の摩擦攪拌接合方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの方法で製造された構造物。
【請求項８】
第１ショルダおよび第２ショルダと撹拌軸部とを有するボビンツールを用いた摩擦攪拌接合によって接合される一対の被接合材を突き合わせた継手部を備えた継手構造であって、
前記継手部には、前記被接合材の厚さ方向の両側に突出し、且つ接合方向に延びる増厚部が設けられ、
該増厚部は、前記厚さ方向における摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側に膨出する一方の増厚部の厚さが、材料流動方向に突出する他方の増厚部の厚さよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする継手構造。
【請求項９】
前記一対の被接合材がダブルスキン構造の押出型材であり、該押出型材の総厚をｔｓ、該押出型材の表板部の厚さをｔ、前記ボビンツールの前記他方側に配置される第２ショルダを形成する第２径大部の軸方向長さをｔｔ、該第２径大部の先端面と対向する継手部内面との間隔をｔｇ、前記他方の増厚部の厚さをｔｂ、前記第２径大部の第２ショルダ側の継手部内面に対する食い込み量をｋとして、次の関係式（１）；
ｔｓ−２ｔ−２ｔｂ−ｔｔ＋ｋ＞０・・・（１）
を満足する請求項８に記載の継手構造。
【請求項１０】
前記両側に突出する増厚部を含む継手部の板厚が４．０ｍｍ以上である請求項８又は９に記載の継手構造。
【請求項１１】
前記継手部の板厚をＴ、前記ボビンツールのショルダ径をＳ、両ショルダの間隔をＧｐ、継手ギャップをＧｊとして、次の関係式（２）；
Ｓ（Ｔ−Ｇｐ）≧Ｔ・Ｇｊ・・・（２）
を満足する請求項８〜１０のいずれかに記載の継手構造。
【請求項１２】
前記ボビンツールのショルダ径Ｓが１３〜２０ｍｍ、継手部の板厚Ｔが４．５〜８．０ｍｍである請求項８〜１１のいずれかに記載の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合方法、特にダブルスキン構造の中空押出型材を接合対象とした好適な同接合方法と、該接合方法によって得られる構造物および継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主としてアルミ材を対象とした接合方法として、摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding、以下ＦＳＷと称する）が多用されつつある。このＦＳＷは、被接合材料より硬い材質の回転ツールを回転させながら被接合材の継手部に摺接させ、その摺接部分に発生する摩擦熱によって軟化した材料を塑性流動させつつ、該回転ツールを継手部に沿って相対移動させる形で両被接合材を接合するものであり、溶接のように材料を溶融させないために熱歪みや欠陥が少なく、また環境負荷も低いという利点を有している。
【０００３】
このようなＦＳＷとして、基部側ショルダと先部側ショルダを形成する径大部間に小径のプローブ部（撹拌軸部）を有するボビンツールを用いる方式（以下、ボビンＦＳＷと称する）が知られている。ボビンＦＳＷでは、回転する該ボビンツールの両側のショルダ間に被接合材の継手部を挟み込む形で摩擦熱を発生させることから、ツールから受ける高圧力による変形を阻止するための継手部近傍の補強や、ツールから受ける高圧力に耐えるように被接合材を保持する強固な治具や専用装置が不要である。その反面、ボビンＦＳＷにおいては、安定的に接合する上で被接合材の継手部にある程度以上の厚みが必要であることに加え、継手部の表裏がボビンツールのショルダ−部で押圧されるため、継手部に沿って表裏の両面に凹みを生じて継手部分の板厚が減少してしまう問題があった。この問題に対し、従来、ボビンＦＳＷによるダブルスキン構造の突き合わせ接合に関し、継手部に沿う板厚を裏面側（すなわち、中空部の内側）へ厚くする方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、摩擦発熱によって継手部の増厚部分を軟化させて継手ギャップに供給することで、接合後に継手部の裏面が凹むのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０５２４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来技術のように継手部に沿う板厚を裏面側へ厚くする方法では、安定的な接合を行うための板厚を確保できる一方、継手部に沿って表面側に凹みが発生してしまう。したがって、通常ではこの表面側の凹みをパテ等で埋めて表面を平坦にした上で塗装することになるが、それだけ手間を要する上、特に無塗装仕上げの場合には凹みを隠すことができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、ボビンＦＳＷによる突き合わせ接合において、継手部に十分な板厚を確保して安定的な接合を可能にすると共に、継手部の表面に凹みが残るのを確実に防止する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、ボビンＦＳＷによる突き合わせ接合において、継手部の表裏面のうち、摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側の表面が特に減厚し易いという現象を見出した。
【０００８】
上記目的を達成するための手段を示せば、請求項１および８の発明は、一対の被接合材を突き合わせた継手部に、各被接合材の厚さ方向の両側に突出する増厚部が接合方向に延びて設けられ、増厚部は、厚さ方向における摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側に膨出する一方の増厚部の厚さが、材料流動方向に突出する他方の増厚部の厚さよりも大きくなるように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２及び９の発明は、一対の被接合材がダブルスキン構造の押出型材であり、該押出型材の総厚をｔｓ、該押出型材の表板部の厚さをｔ、ボビンツールの他方側に配置される第２ショルダを形成する第２径大部の軸方向長さをｔｔ、該第２径大部の先端面と対向する継手部内面との間隔をｔｇ、前記他方の増厚部の厚さをｔｂ、前記第２径大部の第２ショルダ側の継手部内面に対する食い込み量をｋとして、次の関係式（１）；
ｔｓ−２ｔ−２ｔｂ−ｔｔ＋ｋ＞０・・・（１）
を満足するものとしている。
【００１０】
更に、本発明に係る摩擦攪拌接合方法又は継手構造の好適態様として、請求項３及び１０の発明では両側表面の増厚部を含む継手部の板厚が４．０ｍｍであること、請求項４の発明ではボビンツールの撹拌軸部の表面に、接合材料を他方側へ流動させるねじ部が形成されてなること、をそれぞれ規定している。
【００１１】
同じく好適態様として、請求項５及び１１の発明では、継手部の板厚をＴ、ボビンツールのショルダ径をＳ、両ショルダの間隔をＧｐ、継手ギャップをＧｊとして、次の関係式（２）；
Ｓ（Ｔ−Ｇｐ）≧Ｔ・Ｇｊ・・・（２）
を満足するものとしている。
【００１２】
また、請求項６及び１２の発明では、ボビンツール１のショルダ径Ｓが１３〜２０ｍｍ、継手部２１ａの板厚Ｔが４．５〜８．０ｍｍであることを規定している。一方、請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの方法で製造された構造物としている。
【発明の効果】
【００１３】
次に、本発明の効果について説明する。請求項１および８の発明によれば、突き合わせ接合すべき一対の被接合材の継手部は、その両側表面から膨出する増厚部により、ボビンＦＳＷによる安定した接合を可能にする板厚が確保される。しかも、ボビンＦＳＷにおいては、突き合わせた一対の被接合材の継手部の表裏両面のうち、摩擦攪拌時の材料流動方向の反対側の表面が特に減厚し易いが、本発明では、この減厚し易い一方側の増厚部の厚さが他方側の増厚部の厚さよりも大きく設定されているため、継手部の前記表面が凹むのを防止することができる。この結果、接合後に一方の増厚部を研削除去することにより、継手部の一方側の表面を容易に平坦にすることができる。
【００１４】
請求項２及び９の発明によれば、ダブルスキン構造の押出型材の突き合わせ接合において、該押出型材の総厚ｔｓ、該押出型材の表板部の厚さｔ、ボビンツールの他方側に配置される第２ショルダを形成する第２径大部の軸方向長さｔｔ、該第２径大部の先端面と対向する継手部内面との間隔ｔｇ、前記他方の増厚部の厚さｔｂ、前記第２径大部の第２ショルダ側の継手部内面に対する食い込み量ｋが特定の関係を満足するように設定しているため、ボビンＦＳＷによる安定した接合が可能になる。すなわち、従来のボビンＦＳＷによる突き合わせ接合では、被接合材が鉄道車両等の車両構体や艤装品に軽量化目的で多用されるダブルスキン構造の押出型材である場合、継手ギャップによる裕度の制約、ボビンツールの先部側ショルダを形成する第２径大部が中空部内を通過するためのサイズ及び形態的な制約、接合条件による第２径大部の熱容量の制約等より、継手としての適用範囲が限られ、特に側引戸パネルのように設計総厚の薄い部位には適用困難であった。しかるに、本発明では、上記特定の関係を満足するように設定していることで、継手部に十分な板厚を確保して安定的な接合を可能にすることに加え、重量増を少なくしてダブルスキン構造による軽量化の利点を活かせると共に、側引戸パネルのように設計総厚の薄いダブルスキン構造でも、中空部内にボビンツールの第２径大部を通過させる空間を十分に確保でき、また該第２大部を長い接合長さに対応し得る熱容量を持つサイズに設定できる。
【００１５】
請求項３および１０の発明によれば、継手部の両側の増厚部を含む板厚を特定値以上に設定しているため、ボビンＦＳＷによる接合をより安定した状態で行える。
【００１６】
請求項４の発明によれば、ボビンツールの撹拌軸部の表面に、接合材料を他方側へ流動させるねじ部が形成されているから、被接合材の継手部は、該ボビンツールの第１ショルダが摺接する面側に厚い増厚部を、同第２ショルダが摺接する側に薄い増厚部を設けることになる。従って、被接合材がダブルスキン構造の押出型材であれば、その継手部の表面側に厚い増厚部、裏面側に薄い増厚部を有する形になるから、接合後に表面側の増厚部を研削除去することで、表板部の表面全体を容易に平坦化できる一方、裏面側（内面側）の増厚部は研削除去できなくても薄いため、その存在による重量増は僅かであり、ダブルスキン構造による軽量化の利点を損なわずに済む。また、ダブルスキン構造としての総厚が薄い場合でも、裏面側の増厚部が薄いことで、摩擦攪拌時の接合部の内側にボビンツールの第２径大部を通過させる空間を確保することが容易になるから、該第２径大部を長い接合長さに対応し得る熱容量を持つサイズに設定できる。
【００１７】
請求項５および１１の発明によれば、継手部の板厚Ｔ、ボビンツールのショルダ径Ｓ、両ショルダの間隔Ｇｐ、継手ギャップＧｊ、が特定の関係を満足するように設定しているため、ボビンＦＳＷによって高品位の継手を安定的に施工できる。
【００１８】
請求項６および１２の発明によれば，ボビンツールのショルダ径Ｓと継手部の板厚Ｔを特定範囲に設定しているから、ボビンＦＳＷによって高品位の継手を効率よく安定的に施工できる。
【００１９】
請求項７の発明に係る構造物は、請求項１〜６の何れかの方法で製造されることから、高強度で高品位な継手部を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るボビンＦＳＷによる接合方法を（ａ）〜（ｄ）の工程順に示す要部の縦断面図である。
【図２】同接合方法における摩擦攪拌接合の状態を示す要部の拡大縦断面図である。
【図３】同摩擦攪拌接合の実施例におけるギャップ裕度と実継手板厚及び設計板厚の相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係るボビンＦＳＷによる接合方法について、図面を参照して具体的に説明する。この実施形態では、鉄道車両の乗降口用側引戸の如き車両用引戸式扉に適用するダブルスキン構造のパネルの継手として、被接合材に設計総厚の薄い中空アルミ押出型材を用いている。
【００２２】
図１（ａ）は、一対の中空アルミ押出型材２Ａ，２Ｂの接合前の配置を示す。両押出型材２Ａ，２Ｂは、両側の表板部２１，２１が一定間隔置きに配置した厚み方向に沿う仕切壁２２を介して一体化しており、各仕切壁２２，２２間が断面矩形の中空部２０を構成している。尚、両表板部２１，２１と各仕切壁２２は略同じ厚さに設定されている。
【００２３】
両押出型材２Ａ，２Ｂの両側の各継手部２１ａは、各表板部２１の延長上にあって対向配置しているが、その表面側及び裏面側に表板部２１から膨出した増厚部３ａ，３ｂが接合方向に延在して設けられて厚肉化している。そして、表面側の増厚部３ａの厚みｔａ（図２参照）は、裏面側の増厚部３ｂの厚みｔｂ（図２参照）よりも大きく設定されている。なお、継手ギャップＧｊについては、存在しない（つまり、０ｍｍである）ことが望ましいが、実際には数ｍｍ程度で発生してしまう。
【００２４】
図１（ｂ）は、ボビンツール１により、両押出型材２Ａ，２Ｂの片面側の継手部２１ａ，２１ａを突き合わせ接合している状態を示す。このボビンツール１は、図示省略した回転駆動部に保持された基部側の円柱状をなす第１径大部１１と、先部側の同径短円柱状をなす第２径大部１２と、両径大部１１，１２間に位置する小径の撹拌軸部１０とが同軸に一体化されている。そして、第１径大部１１の下端面が第１ショルダ１１ａを構成すると共に、これに対向する第２径大部１２の上端面が第２ショルダ１２ａを構成している。
【００２５】
また、撹拌軸部１０の周面には、摩擦攪拌時の材料流動方向を先部側へ誘導するためのねじ部１０ａが刻設されている。なお、撹拌軸部１０の長さつまり両ショルダ１１ａ，１２ａの間隔は、押出型材２Ａ，２Ｂの継手部２１ａの厚さよりも若干小さく設定されている。
【００２６】
突き合わせ接合は、図１（ｂ）に示すように、両押出型材２Ａ，２Ｂの片面側の継手部２１ａ，２１ａをボビンツール１を回転させながら、その撹拌軸部１０が両押出型材２Ａ，２Ｂの片面側の継手部２１ａ，２１ａの継手ギャップＧｊに位置して、両ショルダ１１ａ，１２ａ間に継手部２１ａ，２１ａを挟み込む形で摺接させ、その摺接部で発生する摩擦熱によって軟化した継手部２１ａ，２１ａの材料を塑性流動させつつ、該ボビンツール１を接合方向に沿って相対移動させる。このとき、継手部２１ａの厚さに対して両ショルダ１１ａ，１２ａの間隔が狭い分、両ショルダ１１ａ，１２ａが継手部２１ａに食い込むが、その食い込みで排除される材料によって継手ギャップＧｊが埋められる形になる。
【００２７】
かくして両押出型材２Ａ，２Ｂの片面側の継手部２１ａ，２１ａの突き合わせ接合が終了すれば、両押出型材２Ａ，２Ｂの表裏を反転させ、同様にしてボビンツール１によって他面側の継手部２１ａ，２１ａの突き合わせ接合を行う。なお、ボビンツール１の回転は、その撹拌軸部１０のねじ部１０ａによる材料流動方向が先部側になる回転方向に設定する。つまり、ねじ部１０ａが左ねじの場合は時計回りの回転、右ねじの場合は反時計回りの回転である。
【００２８】
図１（ｃ）は突き合わせ接合後の継手断面を示す。図示のように、得られた継手の各接合部２３は、ボビンツール１の両ショルダ１１ａ，１２ａの押圧によって表裏両面に凹み３１，３２を生じているが、ボビンツール１の撹拌軸部１０のねじ部１０ａにより、摩擦攪拌時の材料の流動方向が該ボビンツール１の先部側へ向けられていることから、表面側の凹み３１が深くなっているのに対し、裏面側の凹み３２は浅く止まっている。しかるに、深い凹み３１のある表面側は増厚部３ａが厚いため、該凹み３１が表板部２１の元の表面レベルより低くはならない。従って、仕上げ工程として、各接合部２３の表面側の増厚部３ａを研削除去することにより、表板部２１の表面側全体を容易に平坦化できる。また、浅い凹み３２のある裏面側は、非増厚表面よりも低位にならず、継手の強度を確保することができる。
【００２９】
図１（ｄ）は上記表面側の増厚部３ａを研削除去した最終的なパネル形態を示す。図示のように、突き合わせ接合したパネルＰは、その両側表面が接合部２３を含めて面一な平坦面をなす一方、各接合部２３の裏面（内面）には増厚部３ｂが残っているが、その増厚部３ｂの厚みは薄いため、ダブルスキン構造による軽量化の利点を損なう程の重量増にはならない。
【００３０】
次に、上記のボビンＦＳＷによる突き合わせ接合における寸法的な制約条件について、図２によって説明する。図中、ｔｓは押出型材２Ａ，２Ｂの総厚、Ｔは継手部２１ａの板厚（実継手板厚）、ｔは表板部２１の板厚（設計板厚）、ｔａは表面側の増厚部３ａの厚み、ｔｂは裏面（内面）側の増厚部３ｂの厚み、ｔｔはボビンツール１の第２径大部１２の軸方向長さ、ｔｇは同第２径大部１２の先端面１２ｂと対向する継手部２１ａの内面との間隔、Ｓはボビンツール１のショルダ径、Ｇｐは両ショルダ１１ａ，１２ａの間隔、Ｇｊは継手ギャップ、ｋは継手部２１ａの内面に対するボビンツール１の第２径大部１２における第２ショルダ１２ａ側の食い込み量である。
【００３１】
まず、ボビンＦＳＷによるダブルスキン構造の突き合わせ接合を安定的に行うには、次の関係式（１）を満足する必要がある。
ｔｓ−２ｔ−２ｔｂ−ｔｔ＋ｋ＞０・・・（１）
すなわち、上記不等式の左辺はダブルスキン構造における中空部２０の接合部でパネル厚み方向の両側内面９に増厚部３ｂを設けた接合位置において、ボビンツール１の第２径大部１２の先端面１２ｂと対向する継手部２１ａの内面との間隔ｔｇを表すから、これが０ｍｍより大きいことにより、前記接合位置においてボビンツール１の第２径大部１２が通過可能な空間を確保できるようになる。なお、一般的にｔｇは、１〜２ｍｍ以上確保することが推奨される。
【００３２】
継手部２１ａの板厚（実継手板厚）Ｔは、４．０ｍｍ以上であることが望ましく、特にボビンツール１のショルダ径Ｓが１３〜２０ｍｍである場合には４．５〜８．０ｍｍの範囲に設定することが推奨される。これは、ボビンＦＳＷによる突き合わせ接合では、継手部２１ａが片持ち支持された状態になるため、該板厚Ｔが薄過ぎると継手部２１ａの剛性不足により、回転するボビンツール１の摺接部分でばたつくような振動を生じ易く、安定した接合が困難になることによる。そして、ショルダ径Ｓは大きいほど摩擦攪拌時の摺接抵抗が増大し、上記振動等の問題がより顕著になるから、上記ショルダ径Ｓの範囲では接合不良を回避する上で継手部２１ａの板厚Ｔを４．５ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、ショルダ径Ｓが２０ｍｍを越えたり、継手部２１ａの板厚Ｔが８．０ｍｍより厚くなると、過度な摺接抵抗によって施工能率が著しく低下することになる。
【００３３】
また、Ｔ＝ｔ＋ｔａ＋ｔｂになるが、本発明では既述のようにｔａ＞ｔｂに設定し、且つボビンツール１を撹拌軸部１０のねじ部１０ａによる材料流動方向が先部側になる回転方向に設定する。これにより、接合後に表面側の増厚部３ａを研削除去して表板部２１の表面全体を容易に平坦化できると共に、裏面側の薄い増厚部３ｂは研削除去できなくても重量増が僅かで済む。一方、裏面側の増厚部３ｂが薄いことにより、総厚（パネル厚）の薄いダブルスキン構造でも、摩擦攪拌時の接合部の内側にボビンツール１の先側径大部１２を通過させる空間を確保することが容易になる。これは、接合長さが長い場合に、ボビンツール１の先側径大部１２を対応する十分な熱容量を持つサイズにできることに繋がる。なお、ｔｂは０．３〜１．０ｍｍ程度、ｔａは１．０〜２．０ｍｍ程度あればよいが、継手部２１ａの板厚Ｔは４．５ｍｍ以上あるることが望ましいため、継手部２１ａ以外の表板部２１の板厚ｔに最小限のｔａ及びｔｂを足した寸法が４．５ｍｍ以下であった場合は、ｔａの厚み（ｍｍ）は式：ｔａ≧４．５−ｔ−ｔｂで決める必要がある。
【００３４】
既述のように、継手部２１ａの板厚Ｔに対して、ボビンツール１の両ショルダ１１ａ，１２ａの間隔Ｇｐは若干小さく設定され、これによって両ショルダ１１ａ，１２ａが継手部２１ａに食い込み、その食い込みで排除される材料によって継手ギャップＧｊが埋められる。従って、継手ギャップＧｊを埋める材料の不足を回避するための計算式は次のようになる。すなわち、（Ｓ−Ｇｊ）・（Ｔ−Ｇｐ）≧Ｇｊ・Ｇｐであり、これを整理すれば、次の関係式（２）となる。
Ｓ（Ｔ−Ｇｐ）≧Ｔ・Ｇｊ・・・・（２）
【００３５】
上記関係式（２）では、Ｔ−Ｇｐを一定とすると、継手部２１ａの板厚Ｔが大きいほど、ボビンツール１のショルダ径Ｓも大きくする必要があることが示される。なお、通常のボビンＦＳＷでは、Ｔ−Ｇｐは０．１〜０．４ｍｍの範囲である。従って、ボビンツール１の両ショルダ１１ａ，１２ａの押圧によって継手部２１ａの表裏両面が均等に減厚されると仮定すれば、Ｔ−Ｇｐの下限０．１ｍｍより、ｔａ≧ｔｂ≧０．０５ｍｍ、Ｔ≧ｔ＋０．１ｍｍとなる。
【００３６】
次に、ｍｍ単位で、ショルダ径Ｓを１３、１６、１８、Ｔ−Ｇｐを0.1、0.3、0.5、継手ギャップＧｊを０〜３の範囲で0.5刻み、継手部２１ａの板厚Ｔを３，４，4.5，６，８，１０として、上記関係式（２）に当てはめて計算した結果を表１〜表３に示す。なお、表中、○及び△は関係式（２）の成立、×は不成立を表すが、△は関係式（２）が成立しても継手部の振動等によって安定した加工ができないことを示す。
【００３７】
【表１】
2015054331.tif 000003
【００３８】
【表２】
2015054331.tif 000004
【００３９】
【表３】
2015054331.tif 000005
【００４０】
図３に、実際のボビンＦＳＷによる突き合わせ接合の施工結果に基づく、ショルダ径Ｓが１５ｍｍであるときの実継手板厚（継手部２１ａの板厚）Ｔ、設計板厚（表板部２１の板厚）ｔ及び継手ギャップＧｊの関係を示す。図中の数値はｍｍ単位である。なお、使用したボビンツール１の先側径大部１２の軸方向長さｔｔは１８ｍｍ、同先側径大部１２の先端面１２ｂと対向する継手部２１ａの内面との間隔ｔｇは２ｍｍ以上としている。図中の○△×の印は、○：安定して施工できる、△：施工できるが安定性が低い、×：欠陥が発生して施工できない、という評価を表している。
【００４１】
図３から明らかなように、ショルダ径Ｓが一定の場合、実継手板厚Ｔが増加するほど、継手ギャップＧｊの裕度が低下している。これは、前記関係式（２）で表されるように、ショルダ径Ｓに対する継手ギャップＧｊの容積が増加するためである。また、実継手板厚Ｔが４．５ｍｍ未満の場合、継手部２１ａの剛性が不足して振動を生じるため、安定して施工できず、継手ギャップＧｊの裕度が殆どなくなることが判る。そして、図中の斜線を施した部分が安定施工領域になるが、ある程度の継手ギャップＧｊの裕度を得る上で板厚Ｔは４．５〜８．０ｍｍの範囲が好ましく、特に板厚Ｔが４．５〜６．０ｍｍ程度で継手ギャップＧｊの裕度は最も大きくなる。
【００４２】
上記実施形態ではダブルスキン構造の突き合わせ接合を例示しているが、本発明はボビンＦＳＷによる単板構造の突き合わせ接合方法にも適用できる。また、本発明においては、ダブルスキン構造における中空部２０及び仕切壁２２の断面形状と配置構成、ボビンツール１の基部側径大部１１及び先側径大部１２のショルダ部１１ａ，１２ａを含む細部形状等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１          ボビンツール
１０        撹拌軸部
１０ａ      ねじ部
１１        基部側径大部
１１ａ      基部側ショルダ
１２        先側径大部
１２ａ      先部側ショルダ
１２ｂ      先側径大部の先端面
２Ａ，２Ｂ  押出型材（被接合材）
２０        中空部
２１        表板部
２１ａ      継手部
３ａ        表面側の増厚部
３ｂ        裏面側の増厚部
Ｇｊ        継手ギャップ
Ｇｐ        両ショルダの間隔
Ｓ          ショルダ径
Ｔ          継手部の板厚
ｔ          表板部の以下厚
ｔａ        表面側の増厚部の厚み
ｔｂ        裏面側の増厚部の厚み
ｔｇ        ボビンツールの第２径大部の先端面と対向する継手部内面との間隔
ｔｓ        押出型材の総厚
ｔｔ        ボビンツールの第２径大部の軸方向長さ
ｋ          同第２径大部の第２ショルダ側の継手部内面に対する食い込み量
【図１】
2015054331.tif 000006
【図２】
2015054331.tif 000007
【図３】
2015054331.tif 000008