(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の面板と、該一対の面板の間に形成されたハニカムコアと、上記一対の面板の互いに対向する端縁の間に接着された枠材と、を備えたハニカムパネルを、複数接合してなるハニカムパネル接合体であって、
上記枠材が、上記面板との接着部分より外周方向に３Ｔ〜２０Ｔ（Ｔは上記面板の厚さ）突出して設けられ、
上記枠材の上記突出部分同士を突き合わせ、その突き合わせ部分に沿って回転工具を回転しながら移動させることによって摩擦攪拌接合を行って上記ハニカムパネルが接合されると共に、その摩擦攪拌接合による昇温部が、上記枠材と上記面板との接着部分に達しない状態に設けられたことを特徴とするハニカムパネル接合体。
【請求項２】
上記枠材の一方の上記面板側が他方の上記面板側より外周方向に一層突出して設けられ、その突出部分の先端同士が上記摩擦攪拌接合され、
上記枠材の他方の上記面板側には、上記枠材同士の間に第３の部材が架設され、その第３の部材と上記各枠材との突き合わせ部分にも上記摩擦攪拌接合が施されると共に、その摩擦攪拌接合による昇温部も、上記枠材と上記面板との接着部分に達しない状態に設けられたことを特徴とする請求項１記載のハニカムパネル接合体。
【請求項３】
上記第３の部材を上記各枠材と突き合わせたときに係合する係合部が、上記第３の部材及び上記各枠材にそれぞれ設けられ、かつ、その係合部が、上記第３の部材に上記一方の面板方向に加わる押圧力によってその係合が確保される方向に形成されたことを特徴とする請求項２記載のハニカムパネル接合体。
【請求項４】
上記枠材の上記突出部分同士が、上記各ハニカムパネルの面板が重なり合うように並列に突き合わされ、その突き合わせ部分に沿って上記摩擦攪拌接合がなされたことを特徴とする請求項１記載のハニカムパネル接合体。
【請求項５】
上記摩擦攪拌接合による接合部の表面が、そのまま或いは研削後、パテを塗り、塗装して平滑にされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハニカムパネル接合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の面板と、該一対の面板の間に形成されたハニカムコアと、上記一対の面板の互いに対向する端縁の間に接着された枠材と、を備えたハニカムパネルを、複数接合してなるハニカムパネル接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の面板と、該一対の面板の間に形成されたハニカムコア（単にコアともいう）と、上記一対の面板の互いに対向する端縁の間に接着された枠材と、を備えたハニカムパネル（例えばアルミサンドイッチパネル）は、従来より、軽量で剛性が高いため建材等に広く用いられている。ところが、この種のハニカムパネルを複数接合して使用する場合、高温では接着剤が劣化・溶出するので溶接によって接合することができない。そこで、この種のハニカムパネルはボルト止め，リベット止め，かしめ，はぜ止め等の機械的接合によって接合されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような機械的接合では、接合部の機構が複雑になり、多大な工数を有すると共に、接合部のボルトがゆるんだり、接合面から雨汁が出る等の課題が発生する。一方、入熱が少なく軟化や歪みの程度が軽い接合方法として、近年、摩擦撹拌接合が考えられている（例えば、特許２７１２８３８号）。この方法は、鋼鉄等の硬質の裏当ての上にアルミニウム合金等の軟質素材を突き合わせて拘束し、その突き合わせ部分に沿って硬質のピン型の回転工具を高速回転させながら移動させる方法である。この方法は、接合部が溶融しないのが特徴で、接合部の温度もそれ程上昇しない。
【０００４】
また、この摩擦攪拌接合では、ＭＩＧ，ＴＩＧ等の溶接を行う場合と異なり、熱影響部（ＨＡＺ）が軟化して本来の強度を大きく損ねたり、ブローホールや凝固割れが発生することもない。ところが、摩擦攪拌接合でも、その接合部近傍の温度は２００℃を超えることがあり、この場合、温度が２００℃を超える昇温部で接着剤が溶け出して良好な接合ができない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、接着剤を溶出させることなく摩擦攪拌接合をハニカムパネルの接合に適用することによって、欠陥が少なく製造の容易なハニカムパネル接合体を提供することを目的としてなされた。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達するためになされた請求項１記載の発明は、
一対の面板と、該一対の面板の間に形成されたハニカムコアと、上記一対の面板の互いに対向する端縁の間に接着された枠材と、を備えたハニカムパネルを、複数接合してなるハニカムパネル接合体であって、
上記枠材が、上記面板との接着部分より外周方向に３Ｔ〜２０Ｔ（Ｔは上記面板の厚さ）突出して設けられ、
上記枠材の上記突出部分同士を突き合わせ、その突き合わせ部分に沿って回転工具を回転しながら移動させることによって摩擦攪拌接合を行って上記ハニカムパネルが接合されると共に、その摩擦攪拌接合による昇温部が、上記枠材と上記面板との接着部分に達しない状態に設けられたことを特徴としている。
【０００７】
本願出願人は、ハニカムパネルに対する摩擦攪拌接合の適用について鋭意検討を行った。この結果、摩擦攪拌接合による接合部と枠材及び面板の接着部分との間の距離が所定値以上であれば、接着剤を溶出させることなく摩擦攪拌接合が可能であることが判明した。そこで、本発明では、ハニカムパネルの枠材を面板との接着部分より外周方向に３Ｔ〜２０Ｔ（Ｔは上記面板の厚さ）突出させ、その枠材の突出部分同士を突き合わせて摩擦攪拌接合を行っている。
【０００８】
この場合、その摩擦攪拌接合による昇温部が枠材と面板との接着部分に達せず、接着剤を溶出させることなく摩擦攪拌接合によってハニカムパネルを接合することができる。従って、本発明のハニカムパネル接合体は、ブローホール，凝固割れ，ボルトのゆるみ等の欠陥がなく、製造も容易である。
【０００９】
なお、枠材の突出量が３Ｔ未満であると、摩擦攪拌接合による昇温によってその接合部近傍の接着剤が溶け出し、接合部に流れ込んで良好な摩擦攪拌接合が行えない場合がある。また、枠材の突出量が２０Ｔを超えると、枠材の占める部分が大きくなってハニカムパネル本来の軽さが徒に失われる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、
上記枠材の一方の上記面板側が他方の上記面板側より外周方向に一層突出して設けられ、その突出部分の先端同士が上記摩擦攪拌接合され、
上記枠材の他方の上記面板側には、上記枠材同士の間に第３の部材が架設され、その第３の部材と上記各枠材との突き合わせ部分にも上記摩擦攪拌接合が施されると共に、その摩擦攪拌接合による昇温部も、上記枠材と上記面板との接着部分に達しない状態に設けられたことを特徴としている。
【００１１】
本発明では、枠材の一方の面板側（以下、仮に下側とする）が上側より外周方向に一層突出して設けられ、その突出部分の先端同士が前述のように摩擦攪拌接合されている。また、枠材の上側同士の間には第３の部材が架設され、その第３の部材と各枠材との突き合わせ部分にも摩擦攪拌接合が施されている。このため、本発明では、先ず、枠材の下側同士を摩擦攪拌接合し、続いて、第３の部材を架設してその第３の部材両端と各枠材の上側とをそれぞれ摩擦攪拌接合すれば、隣接する二つのハニカムパネルの接合が完了する。すなわち、二つのハニカムパネルを接合するに当たって、摩擦攪拌接合はそのハニカムパネルの常に同じ側から行うことができるので、上記接合が極めて容易になる。また、本発明でも、請求項１記載の発明と同様に枠材が３Ｔ〜２０Ｔ突出しているので、上記いずれの摩擦攪拌接合による昇温部も枠材と面板との接着部分に達しない。このため、請求項１記載の発明と同様に、接着剤の溶出等が防止できる。
【００１２】
従って、本発明のハニカムパネル接合体では、請求項１記載の発明の効果に加えて、製造が一層容易になるといった効果が生じる。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成に加え、
上記第３の部材を上記各枠材と突き合わせたときに係合する係合部が、上記第３の部材及び上記各枠材にそれぞれ設けられ、かつ、その係合部が、上記第３の部材に上記一方の面板方向に加わる押圧力によってその係合が確保される方向に形成されたことを特徴としている。
【００１３】
本発明では、第３の部材を各枠材と突き合わせたときに係合する係合部が、その第３の部材及び各枠材にそれぞれ設けられている。このため、上記係合部の係合によって第３の部材及びその両側の各枠材が互いに突き合わせた状態に保持され、上記摩擦攪拌接合を一層容易に施すことができる。しかも、上記係合部は、第３の部材に上記一方の面板方向（すなわち下方向）に加わる押圧力によってその係合が確保される方向に形成されている。このため、第３の部材と枠材とを摩擦攪拌接合する際に回転工具から第３の部材に下方向に加わる力によって、上記係合が確保され、延いては、各部材を上記突き合わせた状態に一層良好に保持することができる。
【００１４】
従って、本発明のハニカムパネル接合体では、請求項２記載の発明の効果に加えて、製造が一層容易になるといった効果が生じる。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、
上記枠材の上記突出部分同士が、上記各ハニカムパネルの面板が重なり合うように並列に突き合わされ、その突き合わせ部分に沿って上記摩擦攪拌接合がなされたことを特徴としている。
【００１５】
本発明では、枠材の上記突出部分同士が、各ハニカムパネルの面板が重なり合うように並列に突き合わされ、その突き合わせ部分に沿って上記摩擦攪拌接合がなされている。この場合も、上記突出部分は面板との接着部分より３Ｔ〜２０Ｔ突出しているので、上記摩擦攪拌接合による昇温部は枠材と面板との接着部分に達せず、請求項１記載の発明と同様に接着剤の溶出等が防止できる。また、本発明では、上記突出部分を前述のように並列に突き合わせて摩擦攪拌接合を行っているので、厚いハニカムパネル接合体が容易に得られる。
【００１６】
従って、本発明のハニカムパネル接合体では、請求項１記載の発明の効果に加えて、厚手のものも容易に製造することができるといった効果が生じる。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、
上記摩擦攪拌接合による接合部の表面が、そのまま或いは研削後、パテを塗り、塗装して平滑にされたことを特徴としている。
【００１７】
このため、本発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、上記接合部の表面が極めてなめらかになるといった効果が生じる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。本実施の形態における摩擦攪拌接合とは、図１に概略的に示すように、アルミニウム合金等の軟質素材１０，２０を突き合わせて拘束し、その突き合わせ部分に沿って硬質の回転工具２８を高速回転させながら移動させるものである。
【００１９】
図２は、回転工具２８の構成を表す側面図である。図２に示すように、回転工具２８は、大径の肩部２８ａと、その肩部２８ａの下端から突出した小径の柱２８ｂとから構成され、図示しない駆動系から駆動力を伝達されることにより、柱２８ｂの中心軸回りに回転すると共に軟質素材１０，２０の突き合わせ部分に沿って移動する。すると、その突き合わせ部分には、図１に示すように、柱２８ｂによって軟質素材１０を構成する金属と軟質素材２０を構成する金属とが撹拌して接合された接合部３０が形成される。また、接合部３０の外側の軟質素材１０，２０には、上記撹拌による発熱で昇温した昇温部１０ａ，２０ａがそれぞれ形成される。
【００２０】
軟質素材１０，２０がハニカムパネルの枠材を構成するものである場合、この昇温部１０ａ，２０ａ（例えば、２００℃以上に昇温する部分）が枠材と面板との接着部分に達しないようにすることが、接着剤の溶出等を防止する上で望ましい。以下、その具体的な実施例を説明する。
【００２１】
【実施例】
第１実施例
図３に示すように、アルミニウム合金３００３によって厚さ２．５ｍｍに構成した面板３１，３２と、アルミニウム合金６Ｎ０１によって側面の肉厚５ｍｍ，上下端面の肉厚７．５ｍｍ，全体の高さ６０ｍｍに構成した枠材３３と、アルミニウム合金３００３によって厚さ０．０７ｍｍ，セルサイズ１２ｍｍに構成したコア３５とを有するハニカムパネル３７（全幅１０００ｍｍ，全長３ｍ）を二つ作成した。枠材３３は、上記肉厚を有する断面ロの字状で、かつ、上下端面には面板３１，３２が接着固定される切欠部３３ａが形成されている。ハニカムパネル３７を構成するこれらの部材はエポキシ系の接着剤にて互いに接着した。
【００２２】
枠材３３の外側面同士を互いに突き合わせ、接合時に開かないように固定した。そして、肩部２８ａの直径Ｄ＝１２，柱２８ｂの直径ｄ＝５，柱２８ｂの長さＨ＝５（いずれも単位ｍｍ：図２参照）の鋼製の回転工具２８を、回転数１２００ｒｐｍ，接合速度５００ｍｍ／分で水平移動させ、裏と表とを同時に接合した。接合部３０の中心から接着剤塗布部（すなわち切欠部３３ａ）までの距離は１５ｍｍであった。接着剤塗布部において接着剤の溶出等は一切見られず、接合部３０の状態も良好で欠陥等は発見されなかった。
【００２３】
第２実施例
図４に示すように、アルミニウム合金３００３によって厚さ２．５ｍｍに構成した面板４１，４２と、アルミニウム合金６Ｎ０１によって側面の肉厚５ｍｍ，上下端面の肉厚５ｍｍ，全体の高さ６０ｍｍに構成した枠材４３と、アルミニウム合金３００３によって厚さ０．１ｍｍ，セルサイズ１５ｍｍに構成したコア４５とを有するハニカムパネル４７（全幅１０００ｍｍ，全長３ｍ）を二つ作成した。枠材４３は、上記肉厚を有する断面略エの字状で、かつ、上下端面には面板４１，４２が接着固定される切欠部４３ａが形成されると共に、下端面が外周方向に一層突出している。ハニカムパネル４７を構成するこれらの部材はエポキシ系の接着剤にて互いに接着した。
【００２４】
枠材４３の下端外側端面同士を互いに突き合わせ、接合時に開かないように固定した。そして、Ｄ＝１２，ｄ＝５，Ｈ＝４．６（単位ｍｍ：図２参照）の鋼製の回転工具２８を、回転数１２００ｒｐｍ，接合速度５００ｍｍ／分で水平移動させ、上記下端外側端面同士を接合した。次に、厚さ５ｍｍで両端に厚さ６ｍｍ，幅５ｍｍの係合部４９ａを有するアルミニウム合金６Ｎ０１製のカバー材４９を、互いに対向している枠材４３の上端外側端面の間に配置した。Ｄ＝１２，ｄ＝５，Ｈ＝６（単位ｍｍ：図２参照）の鋼製の回転工具２８を、回転数１２００ｒｐｍ，接合速度５００ｍｍ／分で水平移動させ、カバー材４９の両端とそれに隣接する一対の枠材４３の上端とをそれぞれ接合した。
【００２５】
ここで、枠材４３の上端外側には、上方に屈曲した略Ｌ字状の係合部４３ｂが形成され、カバー材４９の両端には、その係合部４３ｂに係合する同じく略Ｌ字状の前述の係合部４９ａが形成されている。本実施例では、この係合部４３ｂ，４９ａの係合により、一対の枠材４３の上端の間に第３の部材としてのカバー材４９を保持し、そのカバー材４９と両側の枠材４３とを互いに摩擦攪拌接合したのである。なお、係合部４３ｂ，４９ａは、回転工具２８からカバー材４９に加わる押圧力によってその係合が確保される方向に形成されているので、摩擦攪拌接合中にカバー材４９と枠材４３とを良好に突き合わせた状態に保持することができた。
【００２６】
接合部３０の中心から接着剤塗布部（すなわち切欠部４３ａ）までの距離は、それぞれ２０ｍｍであった。接着剤塗布部において接着剤の溶出等は一切見られず、接合部３０の状態も良好で欠陥等は発見されなかった。また、接合部３０には、最大深さ０．０５ｍｍの窪み（ビード）ができたが、簡単なパテ塗りと塗装により平坦な大型パネルとすることができた。なお、接合部３０の表面は、研削後に上記パテ塗り及び塗装を施してもよい。
【００２７】
第３実施例
第２実施例において、接着剤として不燃性の弱弾性接着剤を用いた。接着時の加圧力を上げると、接着後の枠材４３の接合部３０と反対側の表面（図４参照）が０．０５ｍｍ窪んだため、図５に示すように、内側に支持部５３ｃを有する枠材５３を使用した。なお、枠材５３は、下端面の肉厚が１０ｍｍと厚い点と支持部５３ｃを有する点とを除いては枠材４３と同様に構成され、切欠部４３ａ及び係合部４３ｂと同様の切欠部５３ａ及び係合部５３ｂを有している。また、面板５１，５２としては、厚さ５ｍｍのステンレス製のものを使用した。この結果、接着後のハニカムパネル５７の表面には測定可能な窪みは見られなかった。
【００２８】
Ｄ＝１５，ｄ＝７，Ｈ＝９（単位ｍｍ：図２参照）の鋼製の回転工具２８を、回転数１２００ｒｐｍ，接合速度３００ｍｍ／分で水平移動させ、上記下端外側端面同士を接合した。接合部３０の中心から接着剤塗布部（すなわち切欠部５３ａ）までの距離は、それぞれ３０ｍｍであった。接着剤塗布部において接着剤の溶出等は一切見られず、接合部３０の状態も良好で欠陥等は発見されなかった。
【００２９】
第４実施例
第１実施例で使用したハニカムパネル３７を、図６に示すように面板３１が重なり合うように上下に重ね、枠材３３を並列に突き合わせた。その突き合わせ部分の横から、Ｄ＝１２，ｄ＝５，Ｈ＝５（単位ｍｍ：図２参照）の鋼製の回転工具２８を、回転数１２００ｒｐｍ，接合速度５００ｍｍ／分で水平移動させ、摩擦攪拌接合を施した。接着剤塗布部において接着剤の溶出等は一切見られず、接合部３０の状態も良好で欠陥等は発見されなかった。
【００３０】
比較例
第１実施例において、接合部３０の中心から接着剤塗布部（すなわち切欠部３３ａ）までの距離を７ｍｍとした。接合部３０近傍の接着剤塗布部では接着剤が溶け出し、接合部３０の表面も荒れて良好な接合ができなかった。すなわち、アルミニウム合金の攪拌の際に加工の抵抗が大幅に異なる接着剤が紛れ込み、アルミニウム合金が途切れて連続した攪拌ができず、切削屑のようなバリが多量に発生して断続的に溝のある接合部３０が形成された。
【００３１】
このように、上記各実施例では、ハニカムパネル３７〜５７の枠材３３〜５３を面板３１〜５２との接着部分より外周方向に３Ｔ〜２０Ｔ（より望ましくは５Ｔ〜１５Ｔ：但し、Ｔは面板３１〜５２の厚さ）突出させ、その枠材３３〜５３の突出部分同士を突き合わせて摩擦攪拌接合を行っている。このため、その摩擦攪拌接合による昇温部が上記接着部分（接着剤塗布部）に達せず、接着剤を溶出させることなく良好にハニカムパネル３７〜５７を接合することができた。従って、こうして得られた上記各実施例のハニカムパネル接合体は、ブローホール，凝固割れ，ボルトのゆるみ等の欠陥がなく、製造も容易である。
【００３２】
なお、枠材３３〜５３の突出量が３Ｔ未満であると、上記比較例のように、摩擦攪拌接合による昇温によって接合部３０の近傍の接着剤が溶け出し、接合部３０に流れ込んで良好な摩擦攪拌接合が行えない場合がある。また、枠材３３〜５３の突出量が２０Ｔを超えると、枠材３３〜５３の占める部分が大きくなってハニカムパネル３７〜５７の本来の軽さが徒に失われる。
【００３３】
また、第２実施例及び第３実施例では、先ず、枠材４３または５３の下端同士を摩擦攪拌接合し、続いて、カバー材４９を架設してそのカバー材４９の両端と枠材４３または５３の上端とをそれぞれ摩擦攪拌接合すれば、隣接する二つのハニカムパネル４７または５７の接合が完了する。すなわち、二つのハニカムパネル４７または５７を接合するに当たって、摩擦攪拌接合はそのハニカムパネル４７または５７の常に同じ側から行うことができるので、上記接合が極めて容易になる。しかも、第２実施例及び第３実施例では、係合部４９ａと係合部４３ｂまたは５３ｂとの係合によってカバー材４９及び枠材４３または５３が互いに突き合わせた状態に保持され、更に、回転工具２８からカバー材４９に加わる力によってその係合が確保される。従って、各部材を上記突き合わせた状態に極めて良好に保持することができ、製造が一層容易になる。よって、第２実施例または第３実施例のハニカムパネル接合体は、製造が極めて容易である。
【００３４】
更に、第４実施例では、ハニカムパネル３７を上下に重ねて枠材３３を並列に突き合わせ、その突き合わせ部分を摩擦攪拌接合している。このため、厚手のハニカムパネル接合体が容易に得られる。
なお、本発明は上記実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、上記各実施例では、枠材３３〜５３をアルミニウム合金によって構成した場合について説明したが、銅等の摩擦攪拌接合が可能な他の金属によって構成した場合にも、本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した摩擦撹拌接合の形態を概略的に表す説明図である。
【図２】  その摩擦撹拌接合に使用される回転工具を表す側面図である。
【図３】  第１実施例の構成を概略的に表す説明図である。
【図４】  第２実施例の構成を概略的に表す説明図である。
【図５】  第３実施例の構成を概略的に表す説明図である。
【図６】  第４実施例の構成を概略的に表す説明図である。
【符号の説明】
２８…回転工具                      ３０…接合部
３１，３２，４１，４２，５１，５２…面板
３３，４３，５３…枠材              ３５，４５…コア
３７，４７，５７…ハニカムパネル    ４３ｂ，４９ａ，５３ｂ…係合部
４９…カバー材
【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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