(57)【要約】【課題】  変形や歪を少なくすることができる接合材とその継手構造、接合材の製造方法及び交通通輸送手段の構体を提供することである。【解決手段】  接合材３は、鉄道車両などの交通輸送手段の構体に使用される。接合材３は、金属３ａと金属３ｂとを接着材層３ｋによって接合したサンドイッチ構造の合せ板材（クラッド材）である。金属３ａは、アルミニウム合金であり、金属３ｂはマグネシウム合金である。金属３ａの接合面３ｉ同士及び金属３ｂの接合面３ｊ同士を突き合わせた状態で、図５及び図６に示す回転ツール５を回転させながら接合面３ｉ，３ｊに金属３ｂ側から押し付けて侵入させ、接合面３ｉ，３ｊに沿って移動させると接合面３ｉと接合面３ｊとが摩擦撹拌接合される。その結果、接合材３を長尺化することができるとともに、変形や割れの少ない接合材３を製造することができる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材であって、
前記第１の金属は、アルミニウム合金であり、
前記第２の金属は、マグネシウム合金であり、
前記第１及び前記第２の金属は、摩擦撹拌接合されており、
前記第１の金属は、空隙部を有する軽量構造体であること、
を特徴とする接合材。
【請求項２】
請求項１に記載の接合材において、
前記軽量構造体は、ハニカム構造体又は発泡構造体であること、
を特徴とする接合材。
【請求項３】
第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材同士を継手部で接合した接合材の継手構造であって、
前記接合材は、前記継手部で摩擦撹拌接合されていること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項４】
請求項３に記載の接合材の継手構造において、
前記第１及び前記第２の金属は、接着剤によって接合されていること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項５】
請求項３に記載の接合材の継手構造において、
前記第１及び前記第２の金属は、摩擦撹拌接合されていること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、
前記接合材は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属側から摩擦撹拌接合されていること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項７】
請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、
前記第１の金属は、アルミニウム合金であり、
前記第２の金属は、マグネシウム合金であること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項８】
請求項７に記載の接合材の継手構造において、
前記アルミニウム合金は、空隙部を有する軽量構造体であること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項９】
請求項８に記載の接合材の継手構造において、
前記軽量構造体は、ハニカム構造体又は発泡構造体であること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項１０】
請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、
前記接合材は、前記第１の金属同士を接合する接合面と前記第２の金属同士を接合する接合面とが平坦面であること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項１１】
請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、
前記接合材は、前記第２の金属同士を接合する接合面が段差面であること、
を特徴とする接合材の継手構造。
【請求項１２】
第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材の製造方法であって、
前記第１及び前記第２の金属を重ね合わせ接合する第１の接合工程と、
前記第１の接合工程後に前記第１の金属同士及び前記第２の金属同士を継手部で摩擦撹拌接合する第２の接合工程と、
を含む接合材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の接合材の製造方法において、
前記第１の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を摩擦撹拌接合する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の接合材の製造方法において、
前記第１及び前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属側から摩擦撹拌接合する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の接合材の製造方法において、
前記第１の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を接着する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１６】
第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材の製造方法であって、
前記第１の金属同士を継手部で摩擦撹拌接合するとともに、前記第２の金属同士を継手部で摩擦撹拌接合する第１の接合工程と、
前記第１の接合工程後に前記第１及び前記第２の金属を重ね合わせて接合する第２の接合工程と、
を含む接合材の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の接合材の製造方法において、
前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を接着する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の接合材の製造方法において、
前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を摩擦撹拌接合する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の接合材の製造方法において、
前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属側から摩擦撹拌接合する工程であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項２０】
請求項１又は請求項２に記載の接合材を備える交通輸送手段の構体。
【請求項２１】
請求項３から請求項１１までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造を備える交通輸送手段の構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材とこの接合材同士を継手部で接合した接合材の継手構造、第１及び第２の金属を重ね合わせ接合した接合材の製造方法、及び交通輸送手段の構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の構体には、軽量化を図るために高強度鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金及び繊維強化プラスティック(FRP)が使用されている。特に、アルミニウム合金は、押し出し性、中強度、溶接性に優れた軽量金属材料であり、新幹線などの高速車両に使用されている。このような従来の鉄道車両の構体は、ダブルスキン構体工法（トラス状の構体）によって製造されており、アルミニウム合金の中空押し出し材同士を長さ方向の端部で突き合わせて継手部材を介してアーク溶接によって接合され長尺化されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開2000-272512号公報（段落番号0024〜0026及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の鉄道車両の構体では、アルミニウム合金の中空押し出し材同士をアーク溶接によって接合しているため、溶接時の加熱によって変形したり歪みが発生したりする問題がある。一方、マグネシウム合金は、FRP程度の密度でありアルミニウム合金と比べて軽量の金属材料である。しかし、マグネシウム合金を溶融溶接した場合には、溶接部にブローホールが発生し健全な溶接部を得ることが困難であり、熱膨張係数が大きいため溶接熱による影響で溶接歪みや変形が大きくなるおそれがある。また、固相接合である摩擦圧接法では、ブローホールなどの凝固現象に関係する欠陥を発生しないが、適用可能な部材形状に大きな制約があり薄板には適用が困難である。このため、鉄道車両の構体にマグネシウム合金を適用する場合には最適な接合工法を検討する必要がある。
【０００５】
この発明の課題は、変形や歪などを少なくすることができる接合材とその継手構造、接合材の製造方法及び交通通輸送手段の構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、第１（３ａ）及び第２の金属（３ｂ）を重ね合わせ接合した接合材であって、前記第１の金属は、アルミニウム合金であり、前記第２の金属は、マグネシウム合金であり、前記第１及び前記第２の金属は、摩擦撹拌接合されており、前記第１の金属は、空隙部（３ｄ）を有する軽量構造体であることを特徴とする接合材（３）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の接合材において、前記軽量構造体は、ハニカム構造体又は発泡構造体であることを特徴とする接合材である。
【０００８】
請求項３の発明は、第１（３ａ）及び第２の金属（３ｂ）を重ね合わせ接合した接合材（３）同士を継手部（３ｈ）で接合した接合材の継手構造であって、前記接合材は、前記継手部で摩擦撹拌接合されていることを特徴とする接合材の継手構造である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の接合材の継手構造において、前記第１及び前記第２の金属は、接着剤（３ｋ）によって接合されていることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３に記載の接合材の継手構造において、前記第１及び前記第２の金属は、摩擦撹拌接合されていることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、前記接合材は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属（３ｂ）側から摩擦撹拌接合されていることを特徴としている接合材の継手構造である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、前記第１の金属は、アルミニウム合金であり、前記第２の金属は、マグネシウム合金であることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の接合材の継手構造において、前記アルミニウム合金は、空隙部（３ｄ）を有する軽量構造体であることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項８に記載の接合材の継手構造において、前記軽量構造体は、ハニカム構造体又は発泡構造体であることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、前記接合材は、前記第１の金属同士を接合する接合面（３ｉ）と前記第２の金属同士を接合する接合面（３ｊ）とが平坦面であることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の継手構造において、前記接合材は、前記第２の金属同士を接合する接合面（３ｊ）が段差面であることを特徴とする接合材の継手構造である。
【００１７】
請求項１２の発明は、第１（３ａ）及び第２の金属（３ｂ）を重ね合わせ接合した接合材の製造方法であって、前記第１及び前記第２の金属を重ね合わせ接合する第１の接合工程（＃１００，２００）と、前記第１の接合工程後に前記第１の金属同士及び前記第２の金属同士を継手部（３ｈ）で摩擦撹拌接合する第２の接合工程（＃１１０，２１０）とを含む接合材（３）の製造方法である。
【００１８】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の接合材の製造方法において、前記第１の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を摩擦撹拌接合する工程（＃２００）であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１９】
請求項１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の接合材の製造方法において、前記第１及び前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属（３ｂ）側から摩擦撹拌接合する工程であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００２０】
請求項１５の発明は、請求項１２に記載の接合材の製造方法において、前記第１の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を接着する工程（＃１００）であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００２１】
請求項１６の発明は、第１（３ａ）及び第２の金属（３ｂ）を重ね合わせ接合した接合材の製造方法であって、前記第１の金属同士を継手部（３ｎ）で摩擦撹拌接合するとともに、前記第２の金属同士を継手部で摩擦撹拌接合する第１の接合工程（＃３００，＃３１０）と、前記第１の接合工程後に前記第１及び前記第２の金属を重ね合わせて接合する第２の接合工程（＃３２０，＃３３０）とを含む接合材の製造方法である。
【００２２】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の接合材の製造方法において、前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を接着する工程（＃３２０）であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００２３】
請求項１８の発明は、請求項１６に記載の接合材の製造方法において、前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属を摩擦撹拌接合する工程（＃３３０）であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００２４】
請求項１９の発明は、請求項１８に記載の接合材の製造方法において、前記第２の接合工程は、前記第１及び前記第２の金属のうち熱伝導率が高く融点が低い金属（３ｂ）側から摩擦撹拌接合する工程であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００２５】
請求項２０の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接合材（３）を備える交通輸送手段（１）の構体（２）である。
【００２６】
請求項２１の発明は、請求項３から請求項１１までのいずれか１項に記載の接合材（３）の継手構造を備える交通輸送手段（１）の構体（２）である。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によると、変形や歪などを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る接合材を備える交通輸送手段の構体の断面図である。
交通輸送手段１は、電車や気動車などの鉄道車両である。構体２は、交通輸送手段１の主構造である。構体２は、図１に示すように、乗客などの重量を支持し車体の床部分や台枠を構成する床構え２ａと、この床構え２ａの両縁に固定され車体の側面部分を構成する一対の側構え２ｂ，２ｃと、この一対の側構え２ｂ，２ｃの上縁に固定され車体の屋根部分を構成する屋根構え２ｄと、車両の両端部分を構成する図示しない妻構えなどから構成されている。構体２は、例えば、接合材３によって形成された車外面板と室内面板とをトラスやリブで結合したダブルスキン構体である。
【００２９】
図２は、この発明の第１実施形態に係る接合材の一部を破断して示す斜視図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る接合材の断面図である。
接合材３は、金属３ａ及び金属３ｂを重ね合わせて接合した部材である。接合材３は、図２及び図３に示すように、金属３ａと、金属３ｂと、接合部３ｃとから構成されており、金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせて摩擦撹拌接合したサンドイッチ構造の合せ板材（クラッド材）である。接合材３は、熱伝導率が高く融点が低い金属３ｂ側から摩擦撹拌接合されている。接合材３は、例えば、従来の鉄道車両の構体を構成する板材と同じ厚さに形成して、金属３ｂと金属３ａとを略同じ厚さに形成することができる。
【００３０】
金属３ａは、アルミニウム合金であり空隙部３ｄを有するハニカム構造体（軽量構造体）である。アルミニウム合金には、Al-Mg-Si系合金である6000系アルミニウム合金や、Al-Cu-Mg系合金である高力アルミニウム合金（ジュラルミン）などがある。アルミニウム合金としては、例えば、圧延や押し出しなどの塑性加工を施して板材や形材などを容易に作製でき展延性に優れた展伸用アルミニウム合金が好ましく、強度と耐食性に優れ時効硬化により所定の強度を得ることができる6000系アルミニウム合金などの熱処理型合金が特に好ましい。金属３ａは、隙間なく配列された断面形状が六角形のコア部３ｅと、このコア部３ｅの両側に固定され厚さが１mm〜３mm程度の板状部３ｆ，３ｇとから構成されたハニカム材であり、コア部３ｅ内には空隙部３ｄが形成されている。この第１実施形態では、金属３ａと金属３ｂとが強固に接合するように、板状部３ｆの厚さｔ1を板状部３ｇの厚さｔ2よりも厚く形成することが好ましい。例えば、板状部３ｆの厚さｔ1を３mm程度に形成し、板状部３ｇの厚さｔ2を１mm程度に形成することができる。
【００３１】
金属３ｂは、押し出し加工がされたマグネシウム合金押し出し材である。マグネシウム合金は、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、ジルコニウム(Zr)、希土類元素などのうち一つ以上を加えて合金として使用される。接合材３は、強度や剛性が高い金属３ａを車外側に向け、強度や剛性が金属３ａに比べて低い金属３ｂを車内側に向けることが好ましい。
【００３２】
接合部３ｃは、摩擦撹拌接合によって接合された部分である。接合部３ｃは、金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせた状態で摩擦撹拌接合(摩擦撹拌溶接)(Friction Stir Welding：FSW)によって溶接したときに、金属３ｂと板状部３ｆとが接合する部分である。接合部３ｃは、金属３ａ，３ｂの長さ方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。
【００３３】
溶接装置４は、金属３ａと金属３ｂとを摩擦撹拌接合によって溶接する装置である。溶接装置４は、図３に示すように、回転ツール５と、定盤６などを備えている。回転ツール５は、軸心回りに回転する硬質な丸棒であり、図示しない駆動装置によって軸線回りに回転し、水平方向に移動する際には垂直軸に対して３〜５°程度傾斜した前進角が付与される。回転ツール５は、ピン部５ａとショルダ部５ｂとを備えている。ピン部５ａは、接合面を摩擦撹拌する機能を有する突起部であり、回転ツール５の先端部に形成されておりこのピン部５ａの外周面にはねじ部５ｃが形成されている。ピン部５ａの長さは、金属３ｂ及び板状部３ｆに侵入可能なように、金属３ｂの厚さと板状部３ｆの厚さの合計と同一又は僅かに短く設計されている。ショルダ部５ｂは、ピン部５ａによって撹拌された金属３ａ，３ｂを押さえ込む機能を有する段差部である。ショルダ部５ｂは、回転ツール５の先端の段差部に形成されており、ショルダ部５ｂには軸心側よりも外周部側の方が僅かに高くなるように軸心から外周に向かってテーパ面が形成されている。定盤６は、回転ツール５との間で接合材３を挟み込み、回転ツール５からの摩擦圧力に耐え得るバックアップ材（ベース）である。
【００３４】
次に、この発明の第１実施形態に係る接合材の製造方法を説明する。
図２及び図３に示すように、金属３ａに金属３ｂを重ね合わせた状態で定盤６に設置する。次に、金属３ｂ及び板状部３ｆにピン部５ａを金属３ｂ側から所定の荷重で押し付けて侵入させ、回転速度880〜1750rpmで回転ツール５を回転させながら金属３ａ，３ｂの長さ方向と直交する方向に移動速度50〜500mm/min程度で移動させる。その結果、金属３ａ及び板状部３ｆが回転ツール５との間の摩熱によって軟化して、回転ツール５の回転に引きずられるように塑性流動し、金属３ｂと板状部３ｆとが融点以下の温度で固相接合される。金属３ｂ及び板状部３ｆにピン部５ａが侵入して金属３ｂ及び板状部３ｆが切削状態になると、これらが外部に排出されるのをショルダ部５ｂが防止するとともに、このショルダ部５ｂが金属３ｂの表面に摩擦熱を付与する。ピン部５ａからの摩擦熱とショルダ部５ｂからの摩擦熱とを金属３ａ及び板状部３ｆが受けて、図３に示すように略逆三角形状の接合部３ｃが形成される。
【００３５】
この発明の第１実施形態に係る接合材とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、アルミニウム合金である金属３ａとマグネシウム合金である金属３ｂとが摩擦撹拌接合されている。その結果、異種金属同士を溶接可能であり変形や割れなどが少ない接合材３を製造することができる。
【００３６】
(2) この第１実施形態では、金属３ａが空隙部３ｄを有する軽量構造体である。このため、接合材３の軽量化を図ることができるとともに、防音効果や振動吸収効果を向上させることができる。特に、金属３ａがハニカム構造体であるため接合材３の強度を向上させることができる。例えば、従来の鉄道車両の構体を構成するアルミニウム合金などのハニカム材の厚さを半分に薄くして、この薄くした分と同じ厚さのマグネシウム合金を貼り付けて軽量化を図ることができる。
【００３７】
(3) この第１実施形態では、熱伝導率が高く融点が低い金属３ｂ側から摩擦撹拌接合されている。その結果、熱伝導率が高く融点の低いマグネシウム合金側からアルミニウム合金側に摩擦熱が伝わり良好に加工することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る接合材の断面図である。以下では、図２及び図３に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図４に示す金属３ａは、空隙部３ｄを有する発泡構造体（軽量構造体）である。金属３ａは、厚さｔ1が３mm程度の板状部３ｆと厚さｔ2が１mm程度の板状部３ｇとの間に空隙部３ｄが形成された板状の発泡金属材であり、空隙部３ｄ及び板状部３ｆ，３ｇは一体に形成されている。金属３ａは、立体網状構造を有し気孔率が著しく大きい金属多孔体であり、溶融金属中にガス発生物質を加えたり発泡樹脂の骨格の周りに金属を付けて焼結したりして製造される。この第２実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、金属３ａに空隙部３ｄが形成されているためより一層軽量化を図ることができるとともに、防音効果や振動吸収効果を向上させることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態に係る接合材の一部を省略して示す斜視図である。図６は、この発明の第３実施形態に係る接合材の断面図であり、図６（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、図６（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
図５及び図６に示す接合材３は、金属３ａがアルミニウム合金の板材（バルク材）であり、継手部３ｈで摩擦撹拌接合された継手構造を備えている。接合材３は、金属３ａと金属３ｂとが接着剤層３ｋによって重ね合わせて接合されており、継手部３ｈは、図６（Ａ）に示すように、接合材３の長さ方向の端部である金属３ａの接合面３ｉ同士及び金属３ｂの接合面３ｊ同士を直線上に突き合わせた状態で接合され形成された突合せ継手である。接合面３ｉ，３ｊは、図５及び図６（Ａ）に示すように平坦面である。
【００４０】
接着剤層３ｋは、金属３ａと金属３ｂとを接合する部材である。接着剤としては、例えば、エポキシ系やイソシアナート系のような二液接着剤（反応型接着剤）や、エポキシ系やフェノール系などの熱硬化性接着剤や、空気中の水分によって高速でアニオン重合して硬化するα−シアノアクリラート型の瞬間接着剤などが好ましい。接着剤層３ｋは、塗布後に加熱処理する場合にはエポキシ接着剤などの強力接着剤によって形成することが好ましく、塗布後に加熱処理しない場合にはエポキシ接着剤以外の他の接着剤によって形成することもできる。
【００４１】
次に、この発明の第３実施形態に係る接合材の製造方法について説明する。
図７は、この発明の第３実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
接着工程＃１００は、金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせて接着する工程であり、図６に示すように金属３ａと金属３ｂとの間に接着剤を塗布して接着剤層３ｋを形成し金属３ａと金属３ｂとを接合する。摩擦撹拌接合工程＃１１０は、接着工程＃１００後の金属３ａ同士及び金属３ｂ同士を継手部３ｈで摩擦撹拌接合する工程である。この摩擦撹拌接合工程＃１１０では、金属３ａの接合面３ｉ同士及び金属３ｂの接合面３ｊ同士を突き合わせて、図５及び図６に示す回転ツール５を回転させながら接合面３ｉ，３ｊに金属３ｂ側からピン部５ａを押し付けて侵入させ、接合面３ｉ，３ｊに沿って移動させて接合面３ｉ同士及び接合面３ｊ同士を摩擦撹拌接合する。
【００４２】
この第３実施形態では、異種金属同士を接合した接合材３同士を継手部３ｈで摩擦撹拌接合して接合材３を長尺化することができるとともに、変形や割れの少ない接合材３を製造することができる。
【００４３】
（第４実施形態）
図８は、この発明の第４実施形態に係る接合材の断面図であり、図８（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、図８（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。図９は、この発明の第４実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
図８に示す接合材３は、金属３ａと金属３ｂとが摩擦撹拌接合によって接合部３ｃで接合されており、接合面３ｉ同士及び接合面３ｊ同士を突き合わせて継手部３ｈで摩擦撹拌接合された継手構造を備えている。図９に示す摩擦撹拌接合工程＃２００は、金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせて接合部３ｃで摩擦撹拌接合する工程であり、摩擦撹拌接合工程＃２１０は金属３ａと金属３ｂとを第３実施形態と同様に継手部３ｈで摩擦撹拌接合する工程である。この第４実施形態には、第３実施形態と同様の効果がある。
【００４４】
（第５実施形態）
図１０は、この発明の第５実施形態に係る接合材の断面図であり、図１０（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、図１０（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
図１０に示す接合材３は、金属３ａが空隙部３ｄを有するハニカム構造体であり、接合面３ｉ同士及び接合面３ｊ同士を突き合わせて継手部３ｈで摩擦撹拌接合された継手構造を備えている。接合材３は、金属３ａと金属３ｂとが接着剤層３ｋによって重ね合わせて接合されており、継手部３ｈは接合材３の長さ方向の端部である金属３ａの接合面３ｉ同士及び金属３ｂの接合面３ｊ同士を直線上に突き合わせた状態で接合され形成されている。金属３ａには、長さ方向の端部に厚肉部３ｍが形成されており、この厚肉部３ｍの外側端面には接合面３ｉが形成されている。厚肉部３ｍの厚さＬは、回転ツール５の半径よりも僅かに大きく設計されている。この接合材３は、図７に示す工程と同一の工程によって製造され、この第５実施形態には第１実施形態及び第４実施形態と同様の効果がある。
【００４５】
（第６実施形態）
図１１は、この発明の第６実施形態に係る接合材の断面図であり、図１１（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、図１１（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
図１１に示す接合材３は、金属３ａが空隙部３ｄを有する発泡構造体であり、金属３ａには、第５実施形態と同様に厚肉部３ｍが形成されている。この接合材３は、図７に示す工程と同一の工程によって製造され、この第６実施形態には第１実施形態及び第４実施形態と同様の効果がある。
【００４６】
（第７実施形態）
図１２は、この発明の第７実施形態に係る接合材の断面図であり、図１２（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり図１２（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
図１２に示す接合材３は、金属３ａ同士を接合する接合面３ｉが平坦面であり、金属３ｂ同士を接合する接合面３ｊが段差面である。ピン部５ａの直径は、接合面３ｊの段差面の高さＨよりも僅かに大きく設計されている。この接合材３は、図７に示す工程と同一の工程によって製造される。この第７実施形態では、第３実施形態の効果に加えて、接合面３ｊが段差面であるため接合部の面積が広くなる。その結果、アルミニウム合金に比べて疲労き裂が発生し易いマグネシウム合金側の接合面積を広くして疲労き裂が直線状に進むのを抑えることができる。
【００４７】
（第８実施形態）
図１３は、この発明の第８実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。図１４は、この発明の第８実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための断面図であり、図１４（Ａ）（Ｂ）摩擦撹拌接合工程を示し図１４（Ｃ）は接着工程を示す。
図１３に示す摩擦撹拌接合工程＃３００は、図１４（Ａ）に示すように金属３ａ同士を継手部３ｎで摩擦撹拌接合する工程であり、摩擦撹拌接合工程＃３１０は図１４（Ｂ）に示すように金属３ｂ同士を継手部３ｐで摩擦撹拌接合する工程である。接着工程＃３２０は、摩擦撹拌接合工程＃３００，＃３１０後に、図１４（Ｃ）に示すように金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせて接着剤層３ｋによって接着する工程である。この第８実施形態には、第３実施形態と同様の効果があり、金属３ａ，３ｂを摩擦撹拌接合によってそれぞれ長尺化した後に、金属３ａ，３ｂを接着して長尺化された接合材３を製造することができる。
【００４８】
（第９実施形態）
図１５は、この発明の第９実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。図１６は、この発明の第９実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための断面図であり、図１６（Ａ）〜（Ｃ）は摩擦撹拌接合工程を示す。なお、図５では、図１３に示す工程と同一の工程については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１５に示す摩擦撹拌接合工程＃３３０は、図１６（Ａ）に示す摩擦撹拌接合工程＃３００及び図１６（Ｂ）に示す摩擦撹拌接合工程＃３１０後に、図１６（Ｃ）に示すように金属３ａと金属３ｂとを重ね合わせて接合部３ｃで摩擦撹拌接合する工程である。この第９実施形態には、第８実施形態と同様の効果がある。
【００４９】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両の構体２に接合材３を適用した場合を例に挙げて説明したが、自動車、船舶、航空機などの他の交通輸送手段の構体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、二種類の金属３ａ，３ｂを接合した場合を例に挙げて説明したが、二種類以上の金属を積層して接合した接合材についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、ピン部５ａがねじ部５ｃを有し、ショルダ部５ｂがテーパ面を有する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、ピン部５ａをテーパ状にしたりねじ部５ｃを省略したりショルダ部５ｂを水平面にしたりすることもできる。
【００５０】
(2) この実施形態では、金属３ａと金属３ｂとの厚さを同じにした場合を例に挙げて説明したが、金属材料の価格、剛性、加工の容易性などを考慮して任意の厚さにすることができる。また、この第５実施形態〜第７実施形態では、金属３ａと金属３ｂとを接着剤層３ｋによって接合しているがこれらを摩擦撹拌接合によって接合することもできる。さらに、この第７実施形態では、金属３ｂの接合面３ｊを段差面にした場合を例に挙げて説明したが、第４実施形態〜第６実施形態の接合面３ｊを段差面にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の第１実施形態に係る接合材を備える交通輸送手段の構体の断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る接合材の一部を破断して示す斜視図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る接合材の断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る接合材の断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係る接合材の一部を省略して示す斜視図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る接合材の断面図であり、（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
【図７】この発明の第３実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
【図８】この発明の第４実施形態に係る接合材の断面図であり、（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
【図９】この発明の第４実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
【図１０】この発明の第５実施形態に係る接合材の断面図であり、（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
【図１１】この発明の第６実施形態に係る接合材の断面図であり、（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
【図１２】この発明の第７実施形態に係る接合材の断面図であり、（Ａ）は溶接前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は溶接中の状態を示す断面図である。
【図１３】この発明の第８実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
【図１４】この発明の第８実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための断面図であり、（Ａ）（Ｂ）摩擦撹拌接合工程を示し、（Ｃ）は接着工程を示す。
【図１５】この発明の第９実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための工程図である。
【図１６】この発明の第９実施形態に係る接合材の製造方法を説明するための断面図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は摩擦撹拌接合工程を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  交通輸送手段（鉄道車両）
２  構体
３  接合材
３ａ  金属（第１の金属）
３ｂ  金属（第２の金属）
３ｃ  接合部
３ｄ  空隙部
３ｈ  継手部
３ｉ，３ｊ  接合面
３ｋ  接着剤層
３ｎ，３ｐ  継手部
５  回転ツール
５ａ  ピン部
５ｂ  ショルダ部
【図１】
2005040851.tif 000003
【図２】
2005040851.tif 000004
【図３】
2005040851.tif 000005
【図４】
2005040851.tif 000006
【図５】
2005040851.tif 000007
【図６】
2005040851.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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