(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面の中心軸線上にプローブが垂設された摩擦接合工具を用い、立設部材の下端を水平部材の主面に当接した後、当接部にショルダ面を押圧摩擦回転させながら、前記当接部を摩擦撹拌接合した垂直若しくは傾斜立設継手構造体において、
前記立設部材の下端とその下端当接位置に対応する水平部材の主面部位に互いに係合する凹凸部を形成するとともに、該凹凸面の係合により形成されるショルダ当接面が、前記ショルダ直径より大なる幅域であることを特徴とする垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項２】
前記ショルダ当接面が、水平部材と立設部材の両者にまたがって傾斜平面若しくは水平平面上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項３】
前記ショルダ当接面が立設部材の左右両側に対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項４】
請求項１記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体の内、垂直立設継手構造体において、
前記凹凸部の少なくとも一面に垂直立設部材を垂直に支持するための水平支持面を有することを特徴とする垂直設継手構造体。
【請求項５】
前記立設部材の凸部は左右対称断面略山型形状であり、これと係合する水平部材の凹部は両側面を隆起させた谷形状であり両外側にすそ野部分を有し、前記立設部材の凸部の幅方向傾斜面と水平部材のすそ野部分によって傾斜面として規定された平面が、前記ショルダ直径より大なる幅域であることを特徴とする請求項１に記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項６】
前記立設部材の凸部はその上面が前記主面部位に平行な面であり、前記凸部の上面と前記立設部材の端部とによって前記接合部を前記主面部位に対して平行とする水平面であることを特徴とする請求項１に記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項７】
前記立設部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位であり、該水平支持部位に嵌合する水平部材を矩形状に凹設し、該凹設部位と前記水平支持部位を嵌合した際に水平部材の主面が面一になるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【請求項８】
前記立設部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位であり、該水平支持部位に嵌合する水平部材に矩形状に凹設した凹設部を平面状隆起部に形成するとともに、該隆起部と水平支持部位の上面が面一であり、その左右夫々の面一部が前記ショルダ直径より大なる幅域であることを特徴とする請求項１に記載の垂直若しくは傾斜立設継手構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面の中心軸線上にプローブが垂設された摩擦接合工具を用い、立設部材の下端を水平部材の主面に当接した後、前記当接部にショルダ面を押圧摩擦回転させながら、前記当接部を摩擦撹拌接合したＴ型、Ｌ字形、Ｉ型、Π型、及び∠型等の垂直若しくは傾斜立設継手構造体に関し、特に、鉄道車両、船舶、又は航空機等の大型構造物に用いられる垂直若しくは傾斜立設継手構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄道車両、船舶、及び航空機等の大型構造物に用いられ、長手方向に延在する長尺な中空型材等の二面構造体（パネル）は押し出し成形材を複数平行に配設したものを突き合わせ接合して構成されてあり、このような押し出し型材同士を接合する際には、例えば、ＭＩＧ溶接等を用いて突き合わせ接合部を形成する。しかしながら、溶融接合する方法では熱歪み等の問題が生じる。
【０００３】
一方、特表平７−５０５０９０号公報には、摩擦攪拌接合による部材同士の接合が記載されており固相接合方法として、加工物より実質的に硬い材質からなるツ−ルを加工物の接合部に挿入し、前記ツ−ルを回転させながら移動することにより、該、回転ツ−ルと加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を接合する接合方法がある。
【０００４】
かかる摩擦接合法は、接合部材を固相状態で、該ツ−ルを回転させながら移動して軟化させた固相部分を一体化しながら接合できるために、熱歪みがなく接合方向に対して実質的に無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合できる利点がある。さらに、回転ツ−ルと接合部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく、接合できる。また、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの多くの利点がある。
【０００５】
さらに、特許第３１５２４２０号公報には、鉄道車両、船舶、及び航空機等の大型構造物に用いられる長尺な中空型材等の二面構造体（パネル）を、押し出し成形材を複数平行に配設したものを突き合わせ接合して構成するようにした摩擦攪拌接合による二面構造体（パネル）同士の接合が記載されている。
【０００６】
かかる技術は、第１の板の端部と第２の板の端部との突合わせ部のそれぞれの前記板の一方側の面に裏当てを当てた状態で、他方側の面のみから回転工具を前記突合わせ部に挿入して、前記突合わせ部を摩擦接合するとともに該突合わせ部の前記一方側の面を実質的に平に摩擦接合し、前記摩擦接合によって得られた物の前記一方側の面を構造体の外面に位置させて、構造体を製作することによって達成できるものである。
【０００７】
このような技術は、長尺な中空型材等の二面構造体（パネル）を製造するのに適した技術であるが、航空機及び鉄道車両等の製造にあたっては前記フロア用パネル等のハニカムパネル体のみならず、断面Ｔ字状、Ｔ型、Ｌ字形、Ｉ型、Π型、又は∠型等になるよう継手溶接された継手部材をハニカムパネル体の隅部等に接合して鉄道車両等の構造体を製造する必要がある。
【０００８】
このような継手部材は、例えば、Ｔ形継手の場合、水平面の主面に垂直板を立設して垂直板下端隅部を継手溶接する必要がある。このような隅部を接合する際、前述の摩擦攪拌接合法を用いると、すみ肉は矩形状であるために、工具のショルダ部がすみ肉に面接触することができず、工具のショルダ部を当接しての摩擦撹拌接合を行うことが難しい。
【０００９】
このような不具合に対処するため、従来、特開２００１−３２１９６５公報に記載された摩擦攪拌によるすみ肉接合法が知られている（以下従来例と呼ぶ）。
【００１０】
従来例では、隅部が形成される二つの接合部材（例えば、Ｔ継手）を摩擦攪拌接合する際、隅部に断面直角三角形状の接合補助材を配置して、工具を回転させつつ、そのプローブを接合部材の合わせ部（突き合わせ部）に向かって接合補助材に挿入する。そして、工具のショルダ部を接合補助材の外面に圧接させる。この状態を保って、プローブを突き合わせ部に沿って相対的に移動させて、摩擦攪拌接合によって接合部材同士の隅部を接合している。
【００１１】
このように、従来例では、隅部に断面直角三角形状の接合補助材を配置しているから、ショルダ部が接合補助材の傾斜外面を面接触にて圧接して、摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例では、Ｔ型継手等を摩擦攪拌接合によって接合する際、別に接合補助材を準備しなければならず、このため、摩擦攪拌接合を行う際のコストがアップしてしまうという課題がある。
【００１３】
さらに、従来例では、単に接合部材同士が突き合わされているだけであるから、接合部材同士の位置決め及びセッティングが難しく、しかもプローブを突き合わせ部に沿って相対的に移動させる際、接合部材のみならず、接合補助材が動かないように保持する必要があり、摩擦攪拌接合を行う際の工程が面倒になってしまうという課題もある。
【００１４】
また、従来例では、主に接合補助材自体をショルダ部によって摩擦して摩擦攪拌接合を行っている関係上、接合部材同士に直接的に摩擦熱が発生せず、このため、接合が不十分となってしまうという課題がある。
【００１５】
本発明の目的は、被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面の中心軸線上にプローブが垂設された摩擦接合工具を用い、立設部材の下端を水平部材の主面に当接した後、当接部にショルダ面を押圧摩擦回転させながら、当接部を摩擦撹拌接合する際、容易にしかも精度よく安価に摩擦攪拌接合を行うことのできる垂直若しくは傾斜立設継手構造体を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｔ型、Ｌ字形、Ｉ型、Π型、及び∠型等の垂直若しくは傾斜立設継手構造体を摩擦攪拌接合にて容易にしかも精度よく製造する方法にある。
【００１７】
本発明は、被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面の中心軸線上にプローブが垂設された摩擦接合工具を用い、立設部材の下端を水平部材の主面に当接した後、前記当接部にショルダ面を押圧摩擦回転させながら、前記当接部を摩擦撹拌接合した垂直若しくは傾斜立設継手構造体において、前記立設部材の下端とその下端当接位置に対応する水平部材の主面部位に互いに係合する凹凸部を形成するとともに、該凹凸面の係合により形成されるショルダ当接面が前記ショルダ直径より大なる幅域であることを特徴とするものである。
【００１８】
このようにすれば、補助接合部材を必要とすることなく、隅部を摩擦攪拌接合することができ、コストを低減することができる。さらに、摩擦攪拌接合を行う際、水平部材に立設部材の端部と水平部材の主面との間の凹凸部を係合するだけで、垂直維持等の位置決め及びセッティングが極めて容易となり、又前記係合によりショルダ当接面が自動的に形成されるから、該当接面を利用して精度よく摩擦攪拌接合を行うことができる。この結果従来技術のように接合補助材を用いる必要がないために、摩擦攪拌接合を行う際の工程が非常に容易になる。
【００１９】
そして本発明の具体的な構成は、前記ショルダ当接面が、水平部材と立設部材の両者にまたがって傾斜平面若しくは水平平面上に形成されている。これにより前記傾斜平面若しくは水平平面上に形成されている凹凸係合部の接合線に沿って容易に精度よく摩擦攪拌接合を行うことができる。また、前記ショルダ当接面を立設部材の左右両側に対称に形成するようにしてもよい。これにより一方熱歪みが生じることなく、垂直若しくは所定傾斜角度を維持して精度良く摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００２０】
さらに、本発明では、前記凹凸部の少なくとも一面に垂直立設部材を垂直に支持するための水平支持面を有している。水平支持面のために、その両側の接合線上に摩擦撹拌接合の塑性流動が生成されてもそれに引っ張られることなく、水平支持面で立設部材の垂直若しくは所定傾斜角度を維持して精度良く摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００２１】
そして、例えば、前記立設部材の凸部は左右対称断面略山型形状(山型には水平支持面を有する逆台形も含む)であり、これと係合する水平部材の凹部すそ野部分が隆起した谷形状であり、前記凸部の幅方向傾斜面と水平部材のすそ野部分によって傾斜面として規定された平面が、前記ショルダ直径より大なる幅域として形成される。この場合は、傾斜面として規定された平面に直交してショルダ面が斜めに当接して摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００２２】
また、前記立設部材の凸部はその上面が前記主面部位に平行な面であり、前記凸部の上面と前記立設部材の端部とによって前記接合部を前記主面部位に対して平行とする水平面であるようにしてもよい。加えて、前記立設部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位であり、該水平支持部位に嵌合する水平部材を矩形状に凹設し、該凹設部位と前記水平支持部位を凹設した際に水平部材の主面が面一になるように構成するようにしてもよい。この場合は、水平面に直交する垂直方向にショルダを位置させて摩擦攪拌接合を行うことができるために、極めて効率的である。
【００２３】
また、前記立設部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位であり、該水平支持部位に嵌合する水平部材を矩形状に凹設した凹設部材を平面状隆起部に形成するとともに、該隆起部と水平支持部位の上面が面一であり、その左右夫々の面一部が前記ショルダ直径より大なる幅域であるようにしてもよい。これにより摩擦撹拌接合によって生じた隙間部が前記平面状隆起部によって充填されてほぼ面一になり、後加工が容易である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図示の例に記載された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に限定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
図１を参照して、ここでは、長手方向（図１において、紙面の表側から裏側に向かう方向）に延びる水平板状部材（水平部材）１１の主面の溝部（凹部）に対して、同様に長手方向に延びる垂直板状部材（立設部材）１２の下端凸部２２を係合した状態で垂直に位置保持させて接合して、所謂Ｔ字状継手を形成する場合について説明する。
【００２８】
水平板状部材１１は、長手方向に延びる長尺板材であり、例えば、約２５メートル程度の板材である。同様に、垂直板状部材１２も、長手方向に延びる長尺板材であり、例えば、約２５メートル程度の板材である。水平及び垂直板状部材１１及び１２は、例えば、アルミニウム合金製のプレス若しくは押し出し成形部材であり、水平板状部材１１の主面（一面）溝部（凹部）２１に垂直板状部材１２の下端凸部２２が係合されてその凹凸係合位置にある左右対称の傾斜面が、前記ショルダ当接面として、水平部材と立設部材の両者にまたがって傾斜平面Ｓとなす。そして、後述するように、傾斜平面Ｓをショルダ当接部として摩擦攪拌接合によって接合して水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合してＴ型継手を形成する。
【００２９】
図１に示すように、水平板状部材１１の主面には長手方向に延びる断面三角形状の凸部２２，２３とその間に水平支持面を有する台形溝部（凹部）２１が形成されている。溝部２１は幅方向に予め定められた間隔をおいて水平板状部材１１の主面上に形成された一対の凸部２２及び２３によって規定されており、これら凸部２２及び２３は長手方向に延びている。図１に示す例では、凸部２２及び２３は山型形状であり、各凸部２２及び２３はそれぞれ内側に位置する内側面２２ａ及び２３ａと外側に位置する外側面２２ｂ及び２３ｂとを有している。つまり、溝部２１はその裾野部分が隆起した谷形状となっている。
【００３０】
垂直板状部材１２の端部には溝部２１に係合する凸部体３１が形成されている。つまり、凸部体３１は溝部２１の底面（つまり、水平板状部材１１の主面）１１ａに当接する端面３１ａとこの端面３１ａの両端から図中斜め上方向に延びる一対の斜面（内斜面）３１ｂ及び３１ｃとを有している。この結果、凸部体３１は外側に面する一対の斜面（外斜面）３１ｄ及び３１ｅを有することになる。つまり、凸部体３１は左右対称断面略山型形状である。なお、水平及び垂直板状部材１１及び１２を押し出し成形する際に、前述の溝部２１及び凸部体３１はそれぞれ水平及び垂直板状部材１１及び１２に形成されることになる。
【００３１】
ここで、図２も参照して、水平板状部材１１の溝部２１に垂直板状部材１２の端部である凸部体３１を係合すると、溝部２１の底面１１ａに凸部体３１の端面３１ａが当接するとともに、内側面２２ａ及び２３ａにそれぞれ内斜面３１ｂ及び３１ｃが当接する。この際、溝部２１の底面１１ａ及び凹部体３１の端面３１ａによって水平支持される。そして、外側面２２ｂと外斜面３１ｄとが同一傾斜面（以下接合斜面４１ａと呼ぶ）を規定し、外側面２３ｂと外斜面３１ｅとが同一傾斜面（以下接合斜面４１ｂと呼ぶ）を規定する。このようにして、溝部２１及び凸部体３１によって接合部が規定され、後述するようにして、接合斜面４１ａ及び４１ｂから摩擦接合工具が挿入されることになる。
【００３２】
ここで、図２及び図３を参照して、水平板状部材１１及び垂直板状部材１２とを接合してＴ字型継手を形成する際には、前述のようにして、水平板状部材１１の溝部２１に垂直板状部材１２の端部である凸部体３１を係合される。この際、水平板状部材１１は架台（図示せず）に載せられ、移動しないように固定され、この状態で垂直板状部材１２が水平板状部材１１に係合される。そして、垂直板状部材１２は支持体（図示せず）によって固定支持される。
【００３３】
図３に示すように、ここでは、摩擦接合工具として、工具５１が用いられ、工具５１はショルダ部５１ａとこのショルダ部５１ａに備えられてピン（プローブ）５１ｂとを有しており、ショルダ部５１ａには被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面が規定されている。そして、円形ショルダ面の中心軸線上にプローブ５１ｂが垂設されている。いま、ショルダ部５１ａ、つまり、円形ショルダ面の径（直径）をＢとし、接合斜面４１ａ及び４１ｂの幅をＳとすると、Ｓ≧Ｂに規定される。例えば、Ｓ＝１〜３×Ｂに規定される。一方、内斜面３１ｂ及び３１ｃ（内側面２２ａ及び２３ａ）の深さ（裾野の長さ）をｈ、プローブの長さをＰとすると、ｈ≦Ｐに規定される（望ましくは、ｈ＝Ｐに規定される）。
【００３４】
摩擦攪拌接合を行う際には、工具５１を回転させつつ、プローブ５１ｂを接合部、つまり、溝部２１と凸部体３１との当接面（隙間）に挿入して、接合部に沿って（図１において実線矢印で示す方向に）工具５１を移動させる。この際、プローブ５１ｂの回転中心は、水平及び垂直板状部材１１及び１２の間にある（つまり、溝部２１と凸部体３１との間にある）。そして、摩擦攪拌接合の際には、ショルダ部５１ａが接合斜面４１ａ及び４１ｂに押しつけられることになる。なお、摩擦攪拌接合に当たっては、例えば、工具５１の回転数は８００〜２０００ｒｐｍ、送り速度（工具５１の移動速度）は１００〜１０００ｍｍ／分とされる。
【００３５】
前述のようにして、工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うと、図４に示すように、水平及び垂直板状部材１１及び１２は接合部において摩擦攪拌接合されることになり、接合部には接合ビード５２が形成される。この接合ビード５２は溝部２１と凸部体３１との当接面の延長線上にその幅の中心が位置する。接合ビード５１の深さは接合部に挿入したプローブ５１ｂの高さ（長さ）によって決定される。つまり、プローブ５１ｂの長さに応じて図４又は図５に示すように接合ビードの深さが決定されることになる。
【００３６】
このように、図１〜図５に示す例では、水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合してＴ字型継手とする際、つまり、水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合部である隅肉部で接合する際、補助接合部材を必要とすることなく、隅部を摩擦攪拌接合することができる。しかも、前述の溝部及び凸部体には押し出し成形によって容易に形成することができるから、Ｔ字型継手を形成する際のコストを低減することができることになる。
【００３７】
さらに、図１〜図５に示す例では、摩擦攪拌接合を行う際、左右に隆起傾斜面を有する溝部２１に左右に前記傾斜面と面一状態で傾斜面を有する凸部体３１を係合セッティングした後に摩擦攪拌接合すればよいから、位置決め及びセッティングが極めて容易となり、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという利点がある。そして、前述のように、接合斜面４１ａ及び４１ｂの幅≧ショルダ部５１ａの直径に規定したから、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部５１ａによって接合部を均等に押圧することができ、この点においても、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができることになる。なお、プローブ５１ｂの長さは、内斜面３１ｂ及び３１ｃの深さに応じて適宜設定される。
【００３８】
図６を参照して、図示の例では、垂直板状部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持板(フランジ部)であり、該水平支持板に嵌合する水平板状部材の主面を矩形状に薄肉板状に平面矩形状に隆起させるとともに、該隆起部に矩形状に凹設した凹設部を形成するとともに、該隆起部と水平支持部位の上面が面一であり、その左右夫々の面一部が前記ショルダ直径より大なる幅域に設定してある。即ち隆起部の左右両側の凸部２２及び２３はその上面２２ｃ及び２３ｃが水平板状部材１１の主面に対して平行となっている（これら上面２２ｃ及び２３ｃは長手方向に延びている）。そして、図６に示す例では、内側面２２ａ及び２３ａと外側面２２ｂ及び２３ｂとは水平板状部材１１の主面に対して垂直となっており、凸部２２及び２３によって水平支持面として機能する溝部２１が規定されている。
【００３９】
一方、垂直板状部材１２の端部には、溝部２１に係合するフランジ部（当接部：水平支持部位）２４が形成されており、このフランジ部２４は長手方向に延びるとともに幅方向に水平板状部材１１の主面に対して平行となっている。なお、フランジ部２４の高さ（図中上下方向）は溝部の深さ（つまり、凸部２２及び２３の高さ）と同一である。また、フランジ部２４の幅（図中左右方向）は溝部２１の幅に等しい。
【００４０】
水平板状部材１１及び垂直板状部材１２とを接合してＴ字型継手を形成する際には、水平板状部材１１の溝部２１に垂直板状部材１２の端部であるフランジ部２４を係合する。これによって、フランジ部２４の外面は凸部２２及び２３の内側面２２ａ及び２３ａに当接する（この際わずかな隙間ができる）。この際、水平板状部材１１は架台に載せられ、移動しないように固定され、この状態で垂直板状部材１２が水平板状部材１１に係合される。そして、垂直板状部材１２は支持体によって固定支持される。前述のように、フランジ部２４の高さは溝部の深さと同一であるから、凸部２２及び２３の上面２２ｃ及び２３ｃとフランジ部２４の上面とは実質的に同一平面を形成し、この平面は水平板状部材１１の主面と平行になる。
【００４１】
上述の状態において、垂直板状部材１２の中心軸（図中上下方向に延びる軸）は溝部の中心軸と一致している（なお、垂直板状部材１２の中心軸は必ずしも溝部の中心軸と一致していなくてもよい）。垂直板状部材１２の一面（図６において、左側面）から凸部２２の外側面２２ｂまでの距離をＳとすると（同様に、垂直板状部材１２の他面（図６において、右側面）から凸部２３の外側面２３ｂまでの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂ（Ｂは工具５１のショルダ部５１ａの直径）とされるとともに、上述の凸部２２及び２３の上面２２ｃ及び２３ｃの幅ＤはＤ≧Ｂ／２とされる（例えば、Ｓ＝１〜４×Ｂに規定される）。また、凸部２２及び２３の高さをｈとすると、ｈ≦Ｐ（Ｐはプローブ５１ｂの長さ）とされる。
【００４２】
摩擦攪拌接合を行う際には、工具５１を回転させつつ、プローブ５１ｂを接合部、つまり、溝部２１とフランジ部２４との当接面（隙間）に挿入して、接合部に沿って（図６において紙面表側から裏側に向かう方向に）工具５１を移動させる。この際、プローブ５１ｂの回転中心は、水平及び垂直板状部材１１及び１２の間にある（つまり、溝部２１とフランジ部２４との間にある）。そして、摩擦攪拌接合の際には、ショルダ部５１ａが凸部２２及び２３の上面２２ｃ及び２３ｃとフランジ部２４の上面に押しつけられることになる。なお、摩擦攪拌接合に当たっては、例えば、工具５１の回転数は８００〜２０００ｒｐｍ、送り速度（工具５１の移動速度）は１００〜１０００ｍｍ／分とされる。
【００４３】
このようにして、工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うと、水平及び垂直板状部材１１及び１２は接合部において摩擦攪拌接合されることになり、接合部には接合ビード（図示せず）が形成される。この接合ビードは溝部２１とフランジ部２４との当接面の延長線上にその幅の中心が位置する。接合ビードの深さは接合部に挿入したプローブ５１ｂの高さ（長さ）によって決定される。
【００４４】
このように、図６に示す例では、水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合してＴ字型継手とする際、補助接合部材を必要とすることなく、摩擦攪拌接合することができる。しかも、前述の溝部及びフランジ部は押し出し成形によって容易に形成することができるから、Ｔ字型継手を形成する際のコストを低減することができることになる。
【００４５】
さらに、図６に示す例では、摩擦攪拌接合を行う際、溝部２１にフランジ部２４を係合すればよいから、位置決め及びセッティングが極めて容易となり、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという利点がある。そして、前述のように、垂直板状部材１２の一面から凸部の外側面までの距離≧ショルダ部５１ａの直径に規定したから、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部５１ａによって接合部を均等に押圧することができ、この点においても、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができることになる。なお、プローブ５１ｂの長さは、凸部２２及び２３の高さに応じて適宜設定される。また、水平板状部材に矩形状に凹設した凹設部を平面状隆起部に形成して、水平支持部位であるフランジ部２４を凹設部に係合し、隆起部と水平支持部位の上面とを面一とするようにしてもよい。
【００４６】
図７を参照して更に前記垂直板状部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位(フランジ部)であり、該水平支持部位に嵌合する水平板状部材の主面を矩形状に凹設し、該凹設部位と前記水平支持部位を嵌合した際に水平部材の主面が面一になるように構成したものである。
【００４７】
図示の例では、水平板状部材１１には長手方向に延びる矩形状溝部２５が形成されている。この溝部２５は主面に平行な底面２５ａと主面に対して垂直な壁面２５ｂ及び２５ｃとを有しており、垂直板状部材１２の端部に形成されたフランジ部２４の高さと溝部２５の深さとは等しくなっている。そして、フランジ部２４の幅（図中左右方向）は溝部２５の幅に等しい。
【００４８】
水平板状部材１１及び垂直板状部材１２とを接合してＴ字型継手を形成する際には、水平板状部材１１の溝部２５に垂直板状部材１２の端部であるフランジ部２４を係合する。これによって、フランジ部２４の外面は溝部２５の壁面２５ｂ及び２５ｃに嵌合当接する。この際、水平板状部材１１は架台に載せられ、移動しないように固定され、この状態で垂直板状部材１２が水平板状部材１１に係合される。そして、垂直板状部材１２は支持体によって固定支持される。前述のように、フランジ部２４の高さは溝部２５の深さと同一であるから、水平板状部材１１の主面とフランジ部２４の上面とは実質的に同一平面を形成する。
【００４９】
上述の状態において、垂直板状部材１２の中心軸（図中上下方向に延びる軸）は溝部２５の中心軸と一致している。垂直板状部材１２の一面（図７において、左側面）からフランジ部２４の外面までの距離をＳとすると（同様に、垂直板状部材１２の他面（図７において、右側面）からフランジ部２４の外面までの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂ／２（Ｂは工具５１のショルダ部５１ａの直径）とされる（例えば、Ｓ＝０．５〜３×Ｂに規定される）。また、溝部２５の深さをｈとすると、ｈ≦Ｐ（Ｐはプローブ５１ｂの長さ）とされる。
【００５０】
摩擦攪拌接合を行う際には、工具５１を回転させつつ、プローブ５１ｂを接合部、つまり、溝部２５とフランジ部２４との当接面（隙間）に挿入して、接合部に沿って（図７において紙面表側から裏側に向かう方向に）工具５１を移動させる。この際、プローブ５１ｂの回転中心は、水平及び垂直板状部材１１及び１２の間にある（つまり、溝部２５とフランジ部２４との間にある）。そして、摩擦攪拌接合の際には、ショルダ部５１ａが水平板状部材１１の主面とフランジ部２４の上面とに押しつけられることになる。なお、摩擦攪拌接合に当たっては、例えば、工具５１の回転数は８００〜２０００ｒｐｍ、送り速度（工具５１の移動速度）は１００〜１０００ｍｍ／分とされる。
【００５１】
このようにして、工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うと、水平及び垂直板状部材１１及び１２は接合部において摩擦攪拌接合されることになり、接合部には接合ビード（図示せず）が形成される。この接合ビードは溝部２５とフランジ部２４との当接面の延長線上にその幅の中心が位置する。接合ビードの深さは接合部に挿入したプローブ５１ｂの高さ（長さ）によって決定される。
【００５２】
このように、図７に示す例では、水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合してＴ字型継手とする際、補助接合部材を必要とすることなく、摩擦攪拌接合することができる。しかも、前述の溝部及びフランジ部は押し出し成形によって容易に形成することができるから、Ｔ字型継手を形成する際のコストを低減することができることになる。
【００５３】
さらに、図７に示す例では、摩擦攪拌接合を行う際、溝部２５にフランジ部２４を係合すればよいから、位置決め及びセッティングが極めて容易となり、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという利点がある。そして、前述のように、垂直板状部材１２の一面からフランジ部の外面までの距離≧ショルダ部５１ａの直径の半分に規定したから、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部５１ａによって接合部を均等に押圧することができ、この点においても、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができることになる。なお、プローブ５１ｂの長さは、溝部２５の深さに応じて適宜設定される。
【００５４】
図８も同様にＴ型継手を摩擦撹拌接合により製造するもので、前記垂直板状部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位(フランジ部)であり、該水平支持部位が前記ショルダ直径より大なる幅域であるものである。
【００５５】
図示の例では、水平板状部材１１の主面に垂直板状部材１２の端部に形成されたフランジ部２４がその下面で当接される。この際、水平板状部材１１は架台に載せられ、移動しないように固定され、この状態で垂直板状部材１２が水平板状部材１１に当接される。そして、垂直板状部材１２は支持体によって固定支持される。
【００５６】
上述の状態において、垂直板状部材１２の一面（図８において、左側面）からフランジ部２４の外面までの距離をＳとすると（同様に、垂直板状部材１２の他面（図８において、右側面）からフランジ部２４の外面までの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂ（Ｂは工具５１のショルダ部５１ａの直径）とされる。また、フランジ部２４の高さをｈとすると、ｈ＜Ｐ（Ｐはプローブ５１ｂの長さ）とされる。
【００５７】
摩擦攪拌接合を行う際には、工具５１を回転させつつ、プローブ５１ｂを接合部（接合すべき箇所）、つまり、フランジ部２４に挿入して、接合部に沿って（図８において紙面表側から裏側に向かう方向に）工具５１を移動させる。この際、プローブ５１ｂは少なくともフランジ部２４を貫通して水平板状部材１１の主面に達する。そして、摩擦攪拌接合の際には、ショルダ部５１ａがフランジ部２４の上面とに押しつけられることになる。なお、摩擦攪拌接合に当たっては、例えば、工具５１の回転数は８００〜２０００ｒｐｍ、送り速度（工具５１の移動速度）は１００〜１０００ｍｍ／分とされる。
【００５８】
このようにして、工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うと、水平及び垂直板状部材１１及び１２は接合部において摩擦攪拌接合されることになり、接合部には接合ビード（図示せず）が形成される。接合ビードの深さは接合部に挿入したプローブ５１ｂの高さ（長さ）によって決定される。
【００５９】
このように、図８に示す例では、水平及び垂直板状部材１１及び１２を接合してＴ字型継手とする際、補助接合部材を必要とすることなく、摩擦攪拌接合することができるものである。しかも、前述のフランジ部は押し出し成形によって容易に形成することができるから、Ｔ字型継手を形成する際のコストを低減することができることになる。
【００６０】
さらに、図８に示す例では、摩擦攪拌接合を行う際、水平板状部材１１の主面にフランジ部２４を当接させればよいから、垂直板状部材１２の接合位置を任意に設定することができる。そして、前述のように、垂直板状部材１２の一面からフランジ部の外面までの距離≧ショルダ部５１ａの直径に規定したから、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部５１ａによって接合部を均等に押圧することができ、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができることになる。なお、プローブ５１ｂの長さは、フランジ部２４の高さ（厚さ）に応じて適宜設定される。
【００６１】
なお、上述の説明では、Ｔ型継手について説明したが、Ｌ字形、Ｉ型、Π型、及び∠型等の継手についても同様にして摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００６２】
例えば、図９に示すように、断面略コ字形状の長尺部材６１を水平板状部材１１に接合する際には、水平板状部材１１の主面には長手方向に延びる断面三角形状（山型形状）の凸部２２及び２３が長尺部材６１の開口端幅に応じた間隔で形成される。長尺部材６１は一対の脚部６１ａ及び６１ｂを有しており、これら脚部６１ａ及び６１ｂが立設部材（垂直板状部材）となる。脚部６１ａ及び６１ｂの端部にはそれぞれ凸部２２及び２３の斜面（内側の斜面）及び水平板状部材１１の主面に当接する凸部体６２ａ及び６２ｂが形成されている。そして、凸部体６２ａ及び６２ｂはそれぞれ外側に面する一対の斜面（外斜面）６３ａ及び６３ｂを有している。
【００６３】
図９に示すように、脚部６１ａ及び６１ｂの端部をそれぞれ凸部２２及び２３の斜面及び水平板状部材１１の主面に当接させると、長尺部材６１は水平板状部材１１に水平支持される。そして、凸部２２の外側斜面と外斜面６３ａとが同一傾斜面（以下接合斜面と呼ぶ）を規定し、凸部２３の外側斜面と外斜面６３ｂとが同一傾斜面（以下接合斜面と呼ぶ）を規定する。このようにして、凸部２２及び２３と凸部体６２ａ及び６２ｂとによって接合部が規定され、図１〜図５で説明したように、接合斜面から工具５１が挿入されて、摩擦攪拌接合が行なわれて、水平板状部材１１と長尺部材６１とが接合されることになる。
【００６４】
なお、図９においても、円形ショルダ面の径（直径）をＢとし、接合斜面の幅をＳとすると、Ｓ≧Ｂに規定される。一方、当接面の深さをｈ、プローブの長さをＰとすると、ｈ≦Ｐに規定される（望ましくは、ｈ＝Ｐに規定される）。
【００６５】
さらに、図１０に示すように、長尺部材６１の脚部６１ａ及び６１ｂに長手方向と直交する方向に突出するフランジ部（水平支持板部）６４ａ及び６４ｂを設けるようにしてもよい。これらフランジ部６４ａ及び６４ｂは長手方向に延びるとともに幅方向に水平板状部材１１の主面に対して平行となっている。この際、水平板状部材１１においては、凸部２２及び２３はその上面２２ｃ及び２３ｃが水平板状部材１１の主面に対して平行となっている。そして、図１０に示す例では、凸部２２及び２３の各側面は水平板状部材１１の主面に対して垂直となっている。なお、フランジ部６４ａ及び６４ｂの高さは凸部２２及び２３の高さ）と同一である。
【００６６】
図１０に示すように、フランジ部６４ａ及び６４ｂをそれぞれ凸部２２及び２３の側面及び水平板状部材１１の主面に当接させると、長尺部材６１は水平板状部材１１に水平支持される。フランジ部６４ａ及び６４ｂの高さは凸部２２及び２３の高さと同一であるから、凸部２２の上面２２ｃ及び凸部の上面２３ｃとフランジ部６４ａ及び６４ｂの上面とは実質的に同一平面を形成し、この平面は水平板状部材１１の主面と平行になる。
【００６７】
摩擦攪拌接合を行う際には、例えば、摩擦接合工具としてボビンツール７１が用いられる。このボビンツール７１は、細いプローブ７１ａとこのプローブ７１ａを挟む一対の断面円形のショルダ部７１ｂ及び７１ｃを有しており、ショルダ部７１ｂの下面及びショルダ部７１ｃの上面にはそれぞれ円形ショルダ面が規定されている。そして、ショルダ面によって被加工物である突合せ部（接合部）に摩擦熱が付与される。ショルダ部７１ｂ及び７１ｃの直径はプローブ７１ａの直径よりも太く、ショルダ部７１ｂ及び７１ｃの間隔は接合部の厚さに応じて設定さ
れる。
【００６８】
いま、脚部６１ｂの一面から凸部２３の外側面までの距離をＳとすると（同様に、脚部６１ａの一面から凸部２２の外側面までの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂ（Ｂはショルダ部７１ｂ及び７１ｃの直径）とされるとともに、上述の凸部２２及び２３の幅ＤはＤ≧Ｂ／２とされる。そして、ボビンツール７１によって、摩擦攪拌接合が行なわれて、水平板状部材１１と長尺部材６１とが接合されることになる。なお、図６で説明したように、摩擦接合工具として工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うようにしてもよく、同様に、図６に示す例においても、摩擦接合工具としてボビンツール７１を用いるようにしてもよい。
【００６９】
図１１に示す例では、水平板状部材１１には長手方向に延びる矩形状溝部２５が形成されている。この溝部２５は主面に平行な底面と主面に対して垂直な壁面とを有しており、フランジ部６４ａ及び６４ｂの高さと溝部２５の深さとは等しくなっている。図１１に示すように、フランジ部６４ａ及び６４ｂをそれぞれ溝部２５の壁面及び水平板状部材１１の主面に当接させると、長尺部材６１は水平板状部材１１に水平支持される。フランジ部６４ａ及び６４ｂの高さは溝部２５の深さと同一であるから、水平板状部材１１の主面とフランジ部６４ａ及び６４ｂの上面とは実質的に同一平面を形成する。摩擦攪拌接合に当たっては、図１０で説明したボビンツール７１が用いられる。脚部６１ａの一面からフランジ部６４ａの外面までの距離をＳとすると（同様に、脚部６１ｂの一面からフランジ部６４ｂの外面までの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂ／２とされる。なお、図７で説明したように、摩擦接合工具として工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うようにしてもよく、同様に、図７に示す例においても、摩擦接合工具としてボビンツール７１を用いるようにしてもよい。
【００７０】
図１２に示す例では、水平板状部材１１の主面に脚部６１ａ及び６１ｂに形成されたフランジ部６４ａ及び６４ｂがその下面で当接される。この際、水平板状部材１１は架台に載せられ、移動しないように固定され、この状態で長尺部材６１が水平板状部材１１に当接される。摩擦攪拌接合に当たっては、図１０で説明したボビンツール７１が用いられる。脚部６１ａの一面からフランジ部６４ａの外面までの距離をＳとすると（同様に、脚部６１ｂの一面からフランジ部６４ｂの外面までの距離はＳである）、Ｓ≧Ｂとされる。なお、図８で説明したように、摩擦接合工具として工具５１を用いて摩擦攪拌接合を行うようにしてもよく、同様に、図８に示す例においても、摩擦接合工具としてボビンツール７１を用いるようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被加工物に摩擦熱を付与する円形ショルダ面の中心軸線上にプローブが垂設された摩擦接合工具を用い、立設部材の下端を水平部材の主面に当接した後、当接部にショルダ面を押圧摩擦回転させながら、当接部を摩擦撹拌接合する際、立設部材の下端とその下端当接位置に対応する水平部材の主面部位に互いに係合する凹凸部を形成するとともに、この凹凸面の係合により形成されるショルダ当接面が、ショルダ直径より大なる幅域であるようにしたから、補助接合部材を必要とすることなく、隅部を摩擦攪拌接合することができ、コストを低減することができるという効果がある。さらに、摩擦攪拌接合を行う際、凹凸部によって水平部材と立設部材とを係合すればよいから、位置決め及びセッティングが極めて容易となり、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００７２】
本発明によれば、ショルダ当接面が、水平部材と立設部材の両者にまたがって傾斜平面若しくは水平平面上に形成されているから、隅部を容易に摩擦攪拌接合できるという効果がある。
【００７３】
本発明によれば、ショルダ当接面が立設部材の左右両側に対称に形成されているから、隅部を同時に摩擦攪拌接合できるという効果がある。
【００７４】
本発明によれば、凹凸部の少なくとも一面に垂直立設部材を垂直に支持するための水平支持面が規定されているから、水平部材に対して立設部材を垂直に保持できるという効果がある。
【００７５】
本発明によれば、立設部材の凸部を左右対称断面略山型形状として、これと係合する水平部材の凹部すそ野部分が隆起した谷形状として、凸部の幅方向傾斜面と水平部材のすそ野部分によって傾斜面として規定された平面が、ショルダ直径より大なる幅域であるので、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部によって接合部を均等に押圧することができ、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという効果がある。
【００７６】
本発明によれば、立設部材の凸部をその上面が前記主面に平行な面として、凸部の上面と立設部材の端部とによって接合部を主面に対して平行とする水平面としたので、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部によって接合部を均等に押圧することができ、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという効果がある。
【００７７】
本発明によれば、立設部材の下端を左右水平方向に延在する水平支持部位として、水平支持部位に嵌合する水平部材を矩形状に凹設し、凹設部位と水平支持部位を凹設した際に水平部材の主面が面一になるように構成したので、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部によって接合部を均等に押圧することができ、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという効果がある。
【００７８】
本発明によれば、立設部材の下端が左右水平方向に延在する水平支持部位であり、水平支持部位に嵌合する水平部材を矩形状に凹設した凹設部材を平面状隆起部に形成するとともに、隆起部と水平支持部位の上面が面一として、その左右夫々の面一部がショルダ直径より大なる幅域としたので、摩擦攪拌接合の際、ショルダ部によって接合部を均等に押圧することができ、精度よく摩擦攪拌接合を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の水平の例を水平部材及び立設部材を係合した状態で示す斜視図である。
【図２】  図１の断面図である。
【図３】  図１に示す係合状態において工具を挿入する状態を示す図である。
【図４】  図１において工具による摩擦攪拌接合の状態の一例を示す断面図である。
【図５】  図１において工具による摩擦攪拌接合の状態の他の例を示す断面図である。
【図６】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第２の例を水平部材及び立設部材を係合した状態で工具とともに示す断面図である。
【図７】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第３の例を水平部材及び立設部材を係合した状態で工具とともに示す断面図である。
【図８】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第４の例を水平部材及び立設部材を係合した状態で工具とともに示す断面図である。
【図９】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第５の例を水平部材及び立設部材（断面略コ字状長尺部材）を当接した状態で工具とともに示す断面図である。
【図１０】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第６の例を水平部材及び立設部材（断面略コ字状長尺部材）を当接した状態でボビンツールとともに示す断面図である。
【図１１】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第７の例を水平部材及び立設部材（断面略コ字状長尺部材）を当接した状態でボビンツールとともに示す断面図である。
【図１２】  本発明による垂直若しくは傾斜立設継手構造体の第８の例を水平部材及び立設部材（断面略コ字状長尺部材）を当接した状態でボビンツールとともに示す断面図である。
【符号の説明】
１１  水平板状部材（水平部材）
１２  垂直板状部材（立設部材）
２１，２５  溝部
２２，２３  凸部
２４  フランジ部
３１  凸部体
５１  工具
５２  接合ビード
６１  断面略コ字状長尺部材（立設部材）
７１  ボビンツール
【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】
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【図７】
0004195580.tif 000008
【図８】
0004195580.tif 000009
【図９】
0004195580.tif 000010
【図１０】
0004195580.tif 000011
【図１１】
0004195580.tif 000012
【図１２】
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