(57)【要約】【課題】電車等の車両構板を構成する中空押出し形材を接合する際に、作業工数を削減し、作業時間を短縮する効率的な製造が可能な中空押出し形材の接合構造を提供することである。【解決手段】上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する中空押出し形材の接合構造であって、それぞれの形材１０，２０の側端部が縦リブ１４，２４を有すると共に、接合する側端部同士の上下の面板の一方側を圧入構造或いは接着構造の接合とし、他方側を摩擦攪拌接合する構成とし、さらには前記摩擦攪拌接合する際の押圧力Ｆにより、前記圧入構造や接着構造をさらに堅固とするように構成した。【選択図】    図１
2004230412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する中空押出し形材の接合構造であって、それぞれの形材の側端部が縦リブを有すると共に、接合する側端部同士の上下の面板の一方側を圧入構造の接合とし、他方側を摩擦攪拌接合としたことを特徴とする中空押出し形材の接合構造。
【請求項２】
前記圧入構造が、一方の中空押出し形材の下面板側を外方に延設しさらに上方に突出部を有するＬ型状の凸部と、他方の中空押出し形材の下面板側に設けた下向きに開口部を有する凹部とを嵌め合わせるように圧入するものであり、圧入した後で摩擦攪拌接合する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の中空押出し形材の接合構造。
【請求項３】
前記圧入する方向が、前記摩擦攪拌接合する際に押圧される方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の中空押出し形材の接合構造。
【請求項４】
上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する中空押出し形材の接合構造であって、それぞれの形材の側端部が縦リブを有すると共に、接合する側端部同士の上下の面板の一方側を接着構造の接合とし、他方側を摩擦攪拌接合としたことを特徴とする中空押出し形材の接合構造。
【請求項５】
前記接着構造を、接合する一方の中空押出し形材の下面板の一部を外方へ延設して延設下面部を形成すると共に、他方の中空押出し形材の下面板側に前記延設下面部が係合する凹部を設け、前記延設下面部の上面である載置面に接着剤を塗布した後で、他方の中空押出し形材を載置して接着すると共に、接着した後で摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項４に記載の中空押出し形材の接合構造。
【請求項６】
前記摩擦攪拌接合する際の押圧力により、前記接着する面を押圧することを特徴とする請求項４または５に記載の中空押出し形材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空押出し形材同士を接合する接合構造に関し、特に車両構板等の長大な中空押出し形材同士を接合するのに好適な中空押出し形材の接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両等の構体の構造体（パネル）として、中空押出し形材（ダブルスキン形材ともいう）を用いたものは種々知られている。また、車体中央部の側構体を構成する長尺な側板を、上記中空押出し形材を複数並べ、溶接構成することで継合わせて形成することも知られている。
【０００３】
また、摩擦攪拌接合により前記中空押出し形材同士を接合する例も知られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
さらには、中空押出し形材を複数接合する際に、外面板の接合縁を摩擦溶接接合（摩擦攪拌接合）し、他の接合縁を摩擦溶接以外の溶接（アーク溶接、レーザ溶接等）で接合するとした例も知られている。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２８８６６９号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２８４００１号公報（第１−５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アーク溶接や従来の抵抗スポット溶接による接合では大容量の電力を必要とし溶接電極の消耗が激しい等の問題があり、リベットやネジによる機械的接合では接合部材を多数必要とする問題がある。
【０００７】
一方、摩擦接合方法は、接合施工中、回転工具（接合ツール）を直下の部材に強く押圧しながら摩擦攪拌を行うため、接合部に下向きの力が働く。このため、本接合法を二面構造体（パネル）の接合に適用する場合、この下向きの力により接合部の継ぎ手部材が下方向に押し流され、変形を生じ、良好な接合を施工することができなかった。
【０００８】
また、前記特許文献１に記載の発明では、上記強大な押圧力を受けても、接合部の撓みを抑制し変形を防止するような、接合部厚さを備えるホロー材（中空押出し形材）としたものであって、接合面の全てを摩擦攪拌接合するものであり、溶接作業に多大の時間が必要であった。
【０００９】
さらに、特許文献２に記載の発明では、作業工数の削減や作業の簡易化のために接合する中空（押出し）形材同士を、外面板の接合縁を内側から摩擦溶接接合し、該摩擦溶接接合後に他の接合縁を、別途準備する連結板を介装して、摩擦溶接以外の溶接や嵌合、接着等により接合するものである。
【００１０】
そのために、中空押出し形材以外の連結部材が必要であると共に、摩擦溶接接合（摩擦攪拌接合）する際には、接合する両方の中空押出し形材同士の配置位置をずらさないようにして摩擦攪拌接合する必要がある。また、摩擦攪拌接合作業後にさらに他の溶接作業や接着作業により連結板を装着する作業が必要となる。
【００１１】
本発明の目的は、電車等の車両構板を構成する中空押出し形材を接合する際に、作業工数を削減し、作業時間を短縮する効率的な製造が可能な中空押出し形材の接合構造を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１に係る発明は、上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する中空押出し形材の接合構造であって、それぞれの形材の側端部が縦リブを有すると共に、接合する側端部同士の上下の面板の一方側を圧入構造の接合とし、他方側を摩擦攪拌接合としたことを特徴としている。
【００１３】
上記の構成を有する請求項１に係る発明によれば、接合する中空押出し形材同士の上下２枚の面板のうち、一方の面板側を圧入構造とし他方の面板側の一面のみを摩擦攪拌接合するだけで、中空押出し形材による強固な構板を構成することができる。
【００１４】
請求項２に係わる発明は、前記圧入構造が、一方の中空押出し形材の下面板側を外方に延設しさらに上方に突出部を有するＬ型状の凸部と、他方の中空押出し形材の下面板側に設けた下向きに開口部を有する凹部とを嵌め合わせるように圧入するものであり、圧入した後で摩擦攪拌接合する構成としたことを特徴としている。
【００１５】
上記の構成を有する請求項２に係る発明によれば、摩擦攪拌接合する際に、接合する中空押出し形材同士がずれることもなく、確実に摩擦攪拌接合することができる。
【００１６】
請求項３に係わる発明は、前記圧入する方向が、前記摩擦攪拌接合する際に押圧される方向であることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成を有する請求項３に係る発明によれば、摩擦攪拌接合する際に、該摩擦攪拌接合の際の押圧力によりさらに圧入状態を堅固にすることができる。
【００１８】
請求項４に係わる発明は、上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する中空押出し形材の接合構造であって、それぞれの形材の側端部が縦リブを有すると共に、接合する側端部同士の上下の面板の一方側を接着構造の接合とし、他方側を摩擦攪拌接合としたことを特徴としている。
【００１９】
上記の構成を有する請求項４に係る発明によれば、接合する中空押出し形材同士の上下２枚の面板のうち、一方の面板側を接着構造とし他方の面板側一面のみを摩擦攪拌接合するだけで、中空押出し形材による強固な構板を構成することができる。
【００２０】
請求項５に係わる発明は、前記接着構造を、接合する一方の中空押出し形材の下面板の一部を外方へ延設して延設下面部を形成すると共に、他方の中空押出し形材の下面板側に前記延設下面部が係合する凹部を設け、前記延設下面部の上面である載置面に接着剤を塗布した後で、他方の中空押出し形材を載置して接着すると共に、接着した後で摩擦攪拌接合する構成としたことを特徴としている。
【００２１】
上記の構成を有する請求項５に係る発明によれば、接着部面積を大きく取ることができると共に、接合する中空押出し形材同士がずれることもなく、確実に摩擦攪拌接合することができる。
【００２２】
請求項６に係わる発明は、前記摩擦攪拌接合する際の押圧力により前記接着する面を押圧することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成を有する請求項６に係る発明によれば、摩擦攪拌接合の際の押圧力によりさらに接着状態を堅固にすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る中空押出し形材の接合構造の実施の形態について、図１から図４に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明に係る一面板側を摩擦攪拌接合し他面板側を圧入構造とした接合構造を示す断面図である。図２は前記圧入部分の拡大断面図である。図３は本発明に係る一面板側を摩擦攪拌接合し他面板側を接着構造とする一例を示す断面図である。図４は本発明に係る中空押出し形材により構成される構体を備える車両を示す側面図である。
【００２６】
本発明に係る中空押出し形材は例えば図４に示すように、電車等の車両４０の車両構体である側部材４１を製造する際に使用される長尺な形材であって、細長い側板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを構成する部材であり、それぞれの側板を溶接構成にて接合して一枚の側部材４１を形成するものである。
【００２７】
長さＬの側板３０Ａと３０Ｂとを接合部３１にて接合し、さらに同じ長さＬの側板３０Ｃを前記側板３０Ｂに接合していく。この際の接合部が３２であり、この接合作業を順次繰り返して、長大な（２０ｍ程度の長さである）側部材４１を形成している。
【００２８】
この時に、図１および図２に示すように、形材１０と形材２０とを接合する際に、形材１０の下面板１３の端部に設けられた凸部１６を形材２０の下面板２３の端部に設けた凹部２６Ａに嵌合させて、それぞれの形材の上面板の接合部１を摩擦攪拌接合する構成としている。
【００２９】
この時に、前記凸部１６と凹部２６Ａとを圧入する構造とすれば、嵌合強度が向上し、それぞれの形材の上面板の接合部１を摩擦攪拌接合する際に、形材同士がずれることがない。そのために、アルミ合金製である形材１０の凸部１６の嵌合面１６ａを微小な波形とし、相対する同じくアルミ合金製の形材２０の嵌合部である凹部２６Ａの嵌合面２６ａも微小な波形とした。
【００３０】
また、この際に凸部１６の先端部にテーパ部を設けて、前記凹部２６Ａに圧入し易くすると好適である。
【００３１】
圧入した後で、形材１０の上面板１１の端部に形成した肉厚部１２と、形材２０の上面板２１の端部に形成した肉厚部２２とが接する接合部１を接合する。この時に、接合ツール２の接合ピン３を前記接合部１に押圧力Ｆにて押し付けるようにして摩擦攪拌接合する。前記接合ピン３は接合ツール２の本体ショルダー部２ａから突出して形成されており、形材１０や形材２０の材質よりも硬質なピンである。接合ツール２が高速回転することで、前記ピン３が高速で回転しながら接合部１に沿って進むことで、摩擦熱で接合部を塑性流動化し接合するものである。
【００３２】
摩擦攪拌接合する際の前記押圧力Ｆは、前記形材１０と形材２０とを圧入する方向と同一方向の押圧力であり、前記両形材同士の圧入状態をさらに確実にする方向であって、寸法精度をさらに高めながら形材同士を接合することになる。
【００３３】
前記形材１０は、上面板１１と下面板１３と、該２枚の面板を接続する複数のリブとを備えるアルミ合金製の中空押出し形材である。また、前記リブは、それぞれ複数の縦リブ１５ａと傾斜リブ１５ｂとを備えている。さらに、その側端部には縦リブ１４を備えている。それから、上面板１１の接合される端部には肉厚部１２が形成されており、摩擦攪拌接合する際に部材の肉厚が減少しないように考慮されている。
【００３４】
さらに、側端部の縦リブ１４の下面板側を外方に延設しさらに上方に突出させて凸部１６を形成し、他の形材と嵌合あるいは圧入可能な構造としている。
【００３５】
形材２０は形材１０と同様に、上面板２１と下面板２３と、該２枚の面板を接続する複数のリブを構成する縦リブ２５ａと傾斜リブ２５ｂとを備えたアルミ合金製の中空押出し形材であり、その側端部に縦リブ２４を備えている。
【００３６】
また、上面板２１の接合される端部に肉厚部２２を形成し、摩擦攪拌接合する際に部材の肉厚が減少しないように考慮していることも同じである。さらに、前記側端部の縦リブ２４の下面板側には、前記形材１０の凸部１６が嵌合する凹部２６Ａが下向きに開口部を持って形成されている。
【００３７】
前記凹部２６Ａは、側端部の縦リブ２４と、該縦リブ２４と距離Ｅ１離れて部材内側に設けられる別の縦リブ２６とにより形成される空隙であって、その下面板２３からの深さはＡである。該深さＡは形材１０に設けた凸部１６の下面板１３からの高さＢと略同じか僅かに大きな寸法とされている。
【００３８】
そのために、先ず定盤Ｄ上に形材１０を載置し、次いで形材２０をその配置位置を正確に維持しながら圧入していく。その際に、前記凹部２６Ａの深さが形材１０に設けた凸部１６の下面板１３からの高さＢと同じか僅かに大きな寸法であり、空隙の幅Ｅ１が凸部１６の幅Ｅ２と圧入可能な幅であるので、形材２０の下面板２３が定盤Ｄに到達するまで押圧することができる。
【００３９】
上記したように、形材２０の下面板２３が定盤Ｄに到達するまで押圧して、形材１０と形材２０とを圧入構造とした後で、前記当接状態の肉厚部１２と２２とで形成される接合部１に沿って、接合ツール２の接合ピン３を押圧力Ｆにて押し付け回転させながら前進させて摩擦攪拌接合を行う。そのために、摩擦攪拌接合の際には、既に前記形材１０と形材２０とは、お互いの肉厚部１２と２２とが同一高さで揃った状態で接合することになる。また、前記圧入状態が不完全である場合には、その圧入方向に摩擦攪拌接合時の強大な押圧力が作用することで、前記不完全な圧入状態を補正しながら、正しい圧入状態を達成して摩擦攪拌接合することになる。
【００４０】
つまり、溶接工程は一面のみの作業でよく、効率化が図れると共に、摩擦攪拌接合であるために高速化が実現可能となる。また、大容量の電力も必要としない。さらに、圧入する面側を室内側とすることで、溶接跡等の見られない綺麗な表面の外装面を得ることができる。
【００４１】
図３に示す例は、下面板側を接着構造とする例であって、形材１０Ａの下面板１３Ａの端部を一部外方へ延設して延設下面部１７を設け、該延設下面部１７の上面に当たる載置面１７Ａに形材２０Ａの端部下面板２７の接着面２７Ａを載置する構成である。この時に、予め前記載置面１７Ａに接着剤を塗布しておき、前記接着面２７Ａを載置して接着構造とするものである。
【００４２】
もちろん、延設下面部１７に端部下面板２７がぴったりと嵌まり込むように各寸法が規定されており、例えば端部下面板２７の幅Ｅ３は延設下面部１７に形成される凹溝の幅Ｅ４よりも僅かに小さな寸法に規定されている。また、延設下面部１７の先端に倒立板１８Ａを設けて、形材２０Ａ側に設ける凹部２８に嵌まり込む構成にすれば、形材１０Ａと形材２０Ａとの接合関係がさらに強固になり、接着強度をさらに増大させるので好適である。
【００４３】
形材１０Ａは、上面板１１Ａと下面板１３Ａとを備えるアルミ合金製の中空押出し形材であって、上面板１１Ａの側端部に肉厚部１２Ａを形成している。また、形材２０Ａは、上面板２１Ａと下面板２３Ａとを備え、さらに上面板２１Ａの側端部に肉厚部２２Ａを形成した中空押出し形材である。
【００４４】
形材１０Ａと形材２０Ａとを接合する際に、先ず前記載置面１７Ａに所定の接着剤を塗布し、前記接着面２７Ａを載置して両形材を接合する。この時にそれぞれの配置位置を正確にして接合することが大事であり、所望の組み付けゲージ等を使用すればよい。
【００４５】
所定の位置に接着した後で、前記肉厚部１２Ａと２２Ａとの接合部１を接合ツール２の接合ピン３を押圧力Ｆにて押し付け回転させながら前進させて摩擦攪拌接合を行う構成である。
【００４６】
上記摩擦攪拌接合時に、大きな押圧力Ｆを付加しながら接合するので、載置面１７Ａと接着面２７Ａとの接着面を強く押圧することになり、接着強度を増加させ確実な接着を達成することができる。また前記接着面を強く押圧することで、余分な接着剤が周囲の間隙に押出され、結果として接着部面積を増大させるという効果も生じる。
【００４７】
また、形材２０Ａ側に設ける凹部２８に嵌まり込む構造の倒立板１８Ａを、たんに嵌め込む構造ではなく、圧入構造とすることも可能である。この場合は、接着構造と圧入構造とを併用した下面板部と摩擦攪拌接合する上面板部とから構成される中空押出し形材の接合形態となり、接合強度のさらに大きな構体を得ることができる。
【００４８】
上述したように、中空押出し形材同士を接合する際に、揃えられた側端部の上下の面板の一面（下面板部）を接着構造としたので、溶接工程は一面のみの作業でよく、効率化が図れると共に、その溶接工程が摩擦攪拌接合であるために高速化が実現可能となる。また、接着する面側を室内側とすることで、溶接跡等の見られない綺麗な表面の外装面を得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、上下２枚の面板と、該２枚の面板を接続する複数のリブとから構成される中空押出し形材同士を接合する際に、接合する側端部の一方の面板側を圧入構造または接着構造の接合とし、他方の面板側の接合部のみを摩擦攪拌接合とするだけで、中空押出し形材による強固な構板を構成するので、溶接工程の効率化が図れると共に高速化が達成できる。
【００５０】
さらには、摩擦攪拌接合する際に、接合する中空押出し形材同士がずれることもなく、確実に摩擦攪拌接合することができる。また摩擦攪拌接合の際の強大な押圧力によりさらに圧入状態若しくは接着状態を堅固にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一方の面板側を摩擦攪拌接合し他方の面板側を圧入構造とした接合構造を示す断面図である。
【図２】前記圧入部分の拡大断面図である。
【図３】本発明に係る一方の面板側を摩擦攪拌接合し他方の面板側を接着構造とする一例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る中空押出し形材により構成される構体を備える車両を示す側面図である。
【符号の説明】
１  接合部
２  接合ツール
３  接合ピン
１０、１０Ａ、２０、２０Ａ  形材（中空押出し形材）
１１、１１Ａ、２１、２１Ａ  上面板
１３、１３Ａ、２３、２３Ａ  下面板
１２、１２Ａ、２２、２２Ａ  肉厚部
１４、２４  縦リブ（側端部）
１５ａ、２５ａ  縦リブ
１５ｂ、２５ｂ  傾斜リブ
１７  延設下面部
１７Ａ  載置面
２７Ａ  接着面
２８  凹部
Ｆ  押圧力
【図１】
2004230412.tif 000003
【図２】
2004230412.tif 000004
【図３】
2004230412.tif 000005
【図４】
2004230412.tif 000006