(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部材同士の表面が互いに平面状をなすように、係る部材同士の各端部を隣接させて構造材に固定し、係る端部同士間の突き合わせ部または重合部に対し、
摩擦部の長さが０．５〜３．０ｍｍで且つ摩擦部の外径が０．５〜３．０ｍｍの摩擦ピンと、表面抑え部と、を含む工具を用いると共に、この工具を３０００〜３００００ｒｐｍ回転数で回転しつつ上記突き合わせ部または重合部に沿って移動する摩擦攪拌接合により、
上記部材同士の各端部間に水密構造を構成する接合線を形成する、
ことを特徴とする水密施工方法。
【請求項２】
前記工具の前記突き合わせ部または重合部に沿って移動する速度は、０．０２〜２ｍ／分である、
ことを特徴とする請求項１に記載の水密施工方法。
【請求項３】
前記工具に加える押し込み力は、１０〜１０００Ｎである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水密施工方法。
【請求項４】
前記工具における表面抑え部の径は、前記摩擦ピンにおける摩擦部の外径の約２〜３倍である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水密施工方法。
【請求項５】
前記工具を回転する駆動源は、タービンモータである、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の水密施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製からなる複数の押出形材や板材等の部材同士を接合し且つ水密構造を構成する水密施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムまたはアルミニウム合金(以下、アルミニウムと称する)部材は、軽量であると共に耐食性にも優れているため、建築・構築用やトラック等の車両における平面状または立体状の構造に活用されている。この場合、アルミニウム部材同士の接合部における水密構造は、種々のものが考えられていた。
例えば、空間を仕切る壁面等を形成する場合、図１１(Ａ)に示すように、複数のアルミニウム製の断面が略平坦な押出形材１４２のＬ形端部１４４同士を重ね合わせ、その重ね合わせ部の凹溝１４５にシーリング１４６を充填することにより、上記形材１４２同士を接合して水密構造１４０を形成している。尚、各形材１４２は、予めネジ１４８により胴縁１４７に固定されている。
【０００３】
また、図１１(Ｂ)に示すように、複数のアルミニウム製の中空押出形材１５１同士を用いる水密構造１５０も広く行われている。各押出形材１５１は断面全体が偏平した矩形で、一方の端部に沿って底広凹溝１５２を、他方の端部に沿って先太凸条１５４を有し、且つそれらの両側に断面鋭角な段部１５６を有する。
そして、これら底広凹溝１５２と先太凸条１５４とを嵌合すると共に、上記段部１５６同士から形成される図示で上下の各側面の凹部内に、合成樹脂からなる断面台形のパッキン材１５８を強制的に嵌装する。水密構造１５０は、上記形材１５１同士の接合強度を雄雌嵌合部(１５２，１５４)により維持し、形材１５１間の水・気密(密封)性を上記パッキン材１５８により確保するものである。
【０００４】
更に、図１１(Ｃ)に示すように、断面が偏平チャンネル状を呈するアルミニウム製の押出形材１６２同士を用いる水密構造１６０も行われている。各押出形材１６２は、端部に直角に曲げて形成されたフランジ１６４同士を薄いパッキン材１６８を挟んで突合わせている。そして、各フランジ１６４に穿設した複数の通し孔にボルト１６６を貫通し、その各雄ネジ部にナット１６７をそれぞれ螺着する。水密構造１６０は、押出形材１６２間をパッキン材１６８とボルト１６６・ナット１６７とにより水密性を確保している。
【０００５】
更に、図１１(Ｄ)に示す水密構造１７０はカーテンオール(図中右側は屋内、左側は屋外である）の接合部を完全に水密を図る目的で開発されたもので、前記水密構造１５０等で示されるパッキン材１５８，１６８を利用するものを改良したものである。水密構造１７０は、屋内側において上下の部材１７２，１７３間にパッキン材１７７，１７８を設けて当接させ、屋外側に隙間１７６を形成し、パッキン材１７８等と隙間１７６間に大きな空間１７４を形成したものである。
この水密構造１７０によれば、空間１７４は隙間１７６により外気圧と同じ気圧にあり、圧力差により隙間１７６から空間１７４内に雨水が進入しない。また、運動エネルギを伴って隙間１７６から進入した雨水も空間１７４内に進入するが、パッキン材１７８等は隙間１７６から見通せない高い位置にあるのでこれらにまで達しない。更に、空間１７４内に進入した雨水は、該空間１７４内が外気圧と同じ気圧にあるので、重力により隙間１７６よりスムーズに排出される。これにより、空間１７４内でパッキン材１７８等の高さまで進入した水が蓄積されることがなく、これにより完全な水密が図るというものである。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、前記水密構造１４０では、水密性の施工は容易である反面、経年変化により水密性が劣化する、という問題がある。
また、前記水密構造１５０は、押出形材１５１同士を嵌合して容易に接合できると共に、嵌合部の両側に形成される凹部内にパッキン材１５８を強制嵌装するだけで形成できる。しかし、形材１５１間に配設されるパッキン材１５８と各形材１５１とは接着されておらず、その内外(図１１(Ｂ)で上下)間に風圧等により気圧の差が生じた場合、パッキン材１５８と形材１５１との間から漏水する、という問題を有する。
【０００７】
更に、前記水密構造１６０も水密構造１５０と同様の問題を有する。
また、前記水密構造１７０では、水密のために接続される部材１７２，１７３間に隣接する部分の部材の形状が複雑になり、その形状に制限が生じると共に、経時変化によるパッキン材１７８等が劣化するという問題を有する。
本発明は、以上に説明した従来における各技術の問題点を解決し、事前の加工や準備作業を最小限とし、建築用や車両用等のアルミニウム製の押出形材や板材からなる部材同士間を、水密性を伴って互いに確実に且つ長期的に接合できると共に、後加工も殆んど不要とし、更には任意の接合部形状の場合にも容易に適用できる水密施工方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、押出形材や板材同士の端部間に沿って、摩擦ピンと表面抑え部とを含む工具を用いる摩擦攪拌接合を僅かな深さで施し、表面が平坦な接合線を形成することに着想して成されたものである。
即ち、本発明の水密施工方法(請求項１)は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部材同士の表面が互いに平面状をなすように、係る部材同士の各端部を隣接させて構造材に固定し、係る端部同士間の突き合わせ部または重合部に対し、摩擦部の長さが０．５〜３．０ｍｍで且つ摩擦部の外径が０．５〜３．０ｍｍの摩擦ピンと、表面抑え部と、を含む工具を用いると共に、この工具を３０００〜３００００ｒｐｍ回転数で回転しつつ上記突き合わせ部または重合部に沿って移動する摩擦攪拌接合により、上記部材同士の各端部間に水密構造を構成する接合線を形成する、ことを特徴とする。
尚、上記部材には、アルミニウムの押出形材および板材が含まれる。
【０００９】
これによれば、押出形材や板材等の部材同士は、予め構造材に対し互いに隣接して固定されており、互いに突合わせ等される上記部材間の隣接する各端部に沿って、表面が平坦な浅い接合線により、金属的に隙間なく確実に接合した平面的または立体的な水密構造を容易に形成することができる。しかも、上記工具を含む接合装置を小型でハンディにできるため、各種の現場にも容易に適用できる。
上記摩擦部の長さを３．０ｍｍ以下としたのは、水密施工は一般に組立現場や、工事現場で行われるため、運搬や操作が容易で簡便な摩擦攪拌接合装置で施工可能にするためである。また、上記摩擦部の最小長さは、確実な接合が行え、水密不良を防ぐため、少なくとも０．５ｍｍとした。
更に、摩擦部の最小外径を０．５ｍｍとしたのは、摩擦ピンが強度上必要とする最小外径に相当するためであり、最大外径は上記接合装置の運搬や操作性の点から３．０ｍｍとされる。即ち、摩擦攪拌接合では、摩擦ピンを押付ける力が大きな要素となるが、係る押付け力が大きくなるに連れて、その接合装置全体が大きくなり、組立現場等での利用に適さなくなるためである。
【００１０】
また、本発明には、前記工具の前記突き合わせ部または重合部に沿って移動する速度は、０．０２〜２ｍ／分である、水密施工方法(請求項２)も含まれる。
更に、本発明には、前記工具に加える押し込み力は、１０〜１０００Ｎである、水密施工方法(請求項３)も含まれる。
加えて、本発明には、前記工具における表面抑え部の径は、前記摩擦ピンにおける摩擦部の外径の約２〜３倍である、水密施工方法(請求項４)も含まれる。
これらによれば、摩擦攪拌接合を小型でハンディな工具により、押出形材や板材の部材同士を確実に突合わせ状態で、水密構造を構成する接合線を確実に形成して接合できる。従って、例えば車両用や建築物の壁面または床・天井面を複数の押出形材により、水密性を付与しつつ形成することができる。
【００１１】
また、本発明には、前記工具を回転する駆動源は、タービンモータである、水密施工方法(請求項５)も含まれる。これによれば、前記回転数で加点可能な工具およびこれを含む接合装置を小型でハンディにできるため、各種の現場にも容易に搬入でき且つ水密構造を要する各種の接合部に適用することが可能となる。
尚、上記タービンモータには、例えば歯科用ドリルに用いられる圧縮空気を用いたタービンモータを適用することができる。
【００１２】
尚、本発明に用いる摩擦攪拌溶接(フリクション・スター・ウェルディング)の具体的な説明は、次述する実施の形態において行うが、その原理については、例えば特表平９−５０８０７３号公報を参照されたい。
【００１３】
一般に、アルミニウム合金製の部材同士をＭＩＧ等のアーク溶接により溶接する場合、溶接品質が良好で密封性に優れたものとすべく、溶接条件を種々に工夫した発明が提案されている（特開平８−１９７２５５、特開平９−１０３８８４号公報参照）。
しかし、これらは、溶接ワイヤ等を別途に必要とし、且つ溶接条件を厳守して行わざるを得ないため、溶接の管理が煩雑になると共に、場合により形成された溶接ビードの頂部分を研削して除去する後加工も必要となるという問題がある。
【００１４】
そこで、近年アーク溶接に比べて簡単に金属材同士を接合できる上記摩擦攪拌接合が注目され始めている。この摩擦攪拌接合は図１２(Ａ)，(ａ)に示すように、互いに端縁を突合わせ且つ拘束された一対のアルミニウム合金製の平板１８０，１８１間の突合わせ面に沿って、回転する工具１８２を押圧しつつ移動させることにより行う。該工具１８２は、被接合材より硬度および軟化温度が高い材料からなり、回転円筒体１８４と、その凹んだ底面である表面抑え部１８６と、その中心から同軸に垂下する摩擦ピン１８８とからなる。そして、工具１８２は上記突合わせ面に沿ってやや傾けた状態で水平(左)方向に移動され、且つ垂直方向の押し込み力が付加される。尚、上記摩擦ピン１８８の周面には、図示しない水平方向に沿ったネジ状の摩擦攪拌翼が形成されている。
【００１５】
このピン１８８の回転と移動とに伴って、各板１８０，１８１の突合わせ面付近のアルミニウムは、摩擦熱により加熱して可塑化されると共に、突合わせ面を挟んで各板１８０，１８１間において水平および垂直方向に流動化される。また、上記表面抑え部１８６は、流動化したアルミニウムの垂直方向の流動を抑制すると共に、摩擦ピン１８８により流動化されたアルミニウムを攪拌する。
これにより、図１２(Ｂ)および(Ｃ)に示すように、上記アルミニウムは固相状態で固化した攪拌部１８９となる。且つ、この攪拌部１８９の表面は、平坦で一定の幅を有する接合線１９０となる。従って、従来のアーク溶接等のように盛り上がった溶接ビートがなく、後加工が容易になる。
【００１６】
係る摩擦攪拌接合の従来考えられている用途は、ＭＩＧ溶接等に替わる接合強度を要求される用途であった為、通常摩擦ピンの摩擦部の長さ３〜１５ｍｍ、径３〜１０ｍｍ、表面抑え部の径６〜２５ｍｍと比較的大きいものであった。
また、この場合、工具１８２の回転速度は５００〜１５０００ｒｐｍ、送り速度は０．０５〜２ｍ／分で、工具１８２に加える押し込み力は１ｋＮ〜２０ｋＮで行われていた。
【００１７】
一方、本発明では、前記のように、工具の摩擦ピンを、摩擦部の長さ０．５〜３ｍｍ、摩擦部の径０．５〜３ｍｍと小型化し、且つ表面抑え部の径を、摩擦ピンの外径の約２〜３倍と小径化している。
しかも、本発明では、工具の回転速度３０００〜３００００ｒｐｍ、送り速度０．０２〜２ｍ／分で、上記工具に加える押し込み力を約１０Ｎ〜１０００Ｎで行うことにしている。上記回転数を大きくしたのは摩擦ピンの外径が小さいため、アルミニウムの軟化に必要な加熱量を得るために必要となるためである。また、押し込み力が小さくてすむのは、摩擦ピンの外径と押し込み深さが小さくなるためである。これにより小型のハンディな装置とすることが可能となり、工事現場等で使用できる可搬式の接合装置になる。
尚、摩擦ピンの寸法が上記より小さいと加工に高い精度が必要となり、ピン素材自体の寸法精度がかなり必要となって実用的でなく、且つ周面に形成する摩擦攪拌翼も十分に形成することが困難になる。また、上記寸法より大きいと上記の如く工具に大きな力が必要となり装置が大掛かりとなり、ピン素材の大きさも大きくせざるを得なくなり実用的でない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の水密施工方法により形成した壁面等を構成する平面状の水密構造１に関し、図１(Ａ)に示すように、複数の押出形材(部材)２をそれぞれの端部８で突合わせて接合するものである。
押出形材２は、アルミニウム合金JIS;Ａ６０６３−Ｔ５またはＴ６等からなり、図示で水平な平板部３と、その下側に断面略Ｌ字形で一対の突条４，４とを左右に対称に有し、且つ平板部３の左右両端から突出するフランジ６，６の先端にはやや厚肉で断面矩形の端部８，８を一体に有し、図示で奥行き(押出)方向に長尺な形材である。上記突条４は、水密構造１が施される押出形材２，２を図示しない柱等の構造材にネジ止め等で固定するために用いられる。
【００１９】
先ず、図１(Ａ)のように、長手方向に隣接する押出形材２，２の各端部８を互いに当接させ、突合わせ部９を形成するように、突条４，４を活用して形材２，２を図示しない柱等の構造材にネジ等で固定する。この状態で押出形材２，２間の突合わせ部９の上面(表面)側に沿って、図２で次述する摩擦攪拌接合を施す。
すると、図１(Ｂ)，(Ｃ)に示すように、各端部８，８間に跨って、摩擦ピンの長さに応じた深さの浅い接合線Ｗが形成される。この接合線Ｗは、各端部８を形成するアルミニウムが固相状態で流動化した後に固化したものであるため、隣接する押出形材２，２を突合わせ部９に沿って金属的に接合し、確実で安定した水密構造１とすることができる。しかも、図１(Ｃ)のように、接合線Ｗの表面は平坦であるため、突出部もなく後加工も殆んど要しない。
尚、接合線Ｗを突合わせ部９の表面側に沿って形成したのは、図１(Ａ)において各押出形材２，２を所定の位置に取付けた後で、水密施工が必要となるケースが多いためである。
【００２０】
次に、上記接合線Ｗを形成する摩擦攪拌接合について、図２により説明する。
図２(Ａ)および(ａ)に示すように、予め各形材２を端部８同士を互い突合わせて柱等に固定した後、その突合わせ部９の表面側に工具１０をセットする。
係る工具１０は、押出形材２より硬度および軟化温度が高い材料からなり、回転円筒体１２と、その底面であって緩く湾曲して凹んだ外径４ｍｍの表面抑え部１４と、その中心から同軸にて垂下する摩擦ピン１６とからなる。この摩擦ピン１６は外径が１．８ｍｍ、長さが１．５ｍｍの円柱体で、その外周面には図示しないネジ状の小さな摩擦攪拌翼が形成されている。
そして、図示のように上記円筒体１２と摩擦ピン１６の中心軸を、各形材２の端部８，８に対して直角から僅かに斜めにした状態で、図示しないモータにより工具１０を回転させると共に、突合わせ部９に向けて下降させる。上記工具１０の回転速度は、３０００〜３００００ｒｐｍの範囲内で適宜選択される。
【００２１】
次いで、図２(Ｂ)，(ｂ)に示すように、工具１０を各形材２に対し垂直方向に押圧し、上記表面抑え部１４全体が各端部８の表面に達するまで摩擦ピン１６を押し込む。この状態で、工具１０をその傾斜した向きと反対方向の図２(ｂ)で左方に移動させる。この送り速度は、０．０５〜２メートル／分の範囲内において適宜選択される。
工具１０の回転と移動に伴って、各端部８の突合わせ部９付近を形成するアルミニウムは、上記摩擦ピン１６により加熱され可塑化されると共に、突合わせ部９を挟んで左右の形材２，２間において水平および垂直方向に流動化される。また、流動化されたアルミニウムは、上記抑え部１４により垂直方向(表面方向)の流動に対し一定の圧力を与えられると共に、接合される各端部８の表面付近から外部に飛散することを阻止される。
【００２２】
そして、図２(Ｂ)および(Ｃ)に示すように、工具１０が通過した後において、流動化されたアルミニウムは流動化状態から固化して、摩擦ピン１６の大きさに応じた概ね逆三角形の断面を有する前記接合線Ｗとなる。
図２(ｃ)に示すように、接合線Ｗの表面は、表面抑え部１４によりその直径の幅相当分が僅かに凹むが、突合わせ部９に沿って連続する平坦な表面Ｗａとなる。また、接合線Ｗの内部には、上記抑え部１４の存在により空気の巻き込みが生じないので、空孔が形成されない。
【００２３】
以上の接合方法により形成される接合線Ｗにより複数の押出形材２を浅く接合して得られる水密構造１は、事前の加工を要さず、形材２同士を突合わせて拘束するのみで金属的な接合が突合わせ部９の全長に沿って形成されるので、平面状にした壁・床・天井面に対し、確実に水密性を長期的に安定して付与することができる。しかも、接合線Ｗの表面Ｗａは平坦なため、研削等の後加工も殆ど不要である。尚、形材２の平板部３の中間を直角に折り曲げた形材か、または予め断面全体が略へ形状である形材を複数の水密構造１，１間に介在させて、上記同様の接合方法による接合線Ｗにて接合することにより、壁面と床面および／または天井面を連続して密封した立体的な水密構造にすることもできる。
【００２４】
図３は、前記水密構造１の適用例を関し、図３(Ａ)は建物Ｈの屋根部構造材Ｌの上下面に前記形材２を連続して配設し、これらを前記接合方法による接合線Ｗで互いに接合すると共に、壁部構造材Ｋの内外面にも前記形材２を連続して配設し、外側面のみ接合線Ｗで接合したものである。尚、軒先と外面側の下端には水切り片を有する端部用の形材２′を配置し、床部構造材Ｆ上には形材２，２を敷設している。
また、図３(Ｂ)は、前記水密構造１を適用したドライタイプのバン型車両Ｖの貨物室の縦断面図で、屋根部構造材Ｌの上面と壁部構造材Ｋの外面に沿って前記形材２を連続して配設し、これらを前記接合方法による接合線Ｗで互いに接合したものである。屋根部構造材Ｌと壁部構造材Ｋの出隅部にはコーナ用形材２″が、壁部構造材Ｋの下端には端部用の形材２′が配置されている。尚、上記建物Ｈや車両Ｖの屋根部構造材Ｌと壁部構造材Ｋが各形材２，２の支持強度を有するので、浅い接合線Ｗによっても充分な水密性を得ることができる。
【００２５】
図４は、異なる形態の水密構造を得るための水密施工方法に関する。尚、以下において前記の形態と共通する要素には同じ符号を用いるものとする。
図４は、バン型車両等の貨物室の屋根面等を構成する平面状の水密構造２０に関し、図４(Ａ)に示すように、アルミニウム製で複数の押出形材(部材)２１をそれぞれの端部２４，２６における係合部２５，２８により、その付近に形成される突合わせ部２９を、前記接合方法による浅い接合線Ｗで接合するものである。
各押出形材２１も、前記と同様の材質からなり、平板部２２の図示で下側面に、断面略Ｌ字形の一対の突条２３を有する。各突条２３も水密構造２０にした押出形材２１，２１をネジＮで梁Ｌ等に固定される。
【００２６】
図４(Ａ)で中央の押出形材２１における平板部２２の左端には、厚肉且つ矩形断面の端部２６と、その先端に断面Ｌ字形の係合部２８とが形成される。また、平板部２２の右端には、鉤形の端部２４と、その先端に断面が逆Ｌ字形の係合部２５とが形成されている。尚、左右に位置する形材２１も同じ断面を有する。
そして、図４(Ｂ)に示すように、互いに長手方向に沿って隣接した複数の押出形材２１の各係合部２５，２８を係合して、その付近に突合わせ部２９を形成した状態で、梁Ｌに固定して各形材２１を拘束し、上記突合わせ部２９に沿ってその表面側から前記工具１０を用いた摩擦攪拌接合を施す。
すると、図示のように各端部２４，２６に跨って、前記摩擦ピン１６の大きさに応じた接合線Ｗが形成される。
【００２７】
係る水密構造２０によれば、各押出形材２１は、予め係合部２５，２８による係合により互いに位置決めされると共に、両者間の突合わせ部２９に沿って、前記接合方法による接合線Ｗが正確に形成されるので、各形材２１の平板部２２を平面状に連続させた水密性に優れた屋根面等を形成することができる。
尚、各突条２３による梁Ｌ等への固定は、複数の形材２１を、予め梁Ｌ等に固定した後、これらに摩擦攪拌接合を施して水密構造２０を形成する。
【００２８】
図５(Ａ)、(Ｂ)は、参考形態の水密構造に関する。
図５(Ａ)は、トラックの荷台における自立式の側壁(以下、アオリと称す)３０のの垂直断面を示す。アオリ３０はアルミニウムの押出形材からなるアッパーレール３１、複数のミドルレール３２、およびロアーレール３３とから構成される。
各レール(部材)３１，３２，３３は中空部３５を有し、アッパーレール３１とロアーレール３３は、図示で右側の荷台側に開いた開口部３４を有する。更に、各レール３１，３２，３３を貫通する長尺なボルト３７の両端のネジ部３８は、アッパーレール３１とロアーレール３３の各開口部３４内に位置し、座金およびダブルナット３９により、各レール３１，３２，３３を締結している。尚、各開口部３４は、カバー３６をリベット止め(図示せず)等することで閉塞される。
【００２９】
加えて、上記各レール３１，３２，３３間の突合わせ部には、図５(Ｂ)に示すように、それらの内外側面に沿って前記接合方法による浅い接合線Ｗが形成されている。この接合線Ｗを所望数のレール間の突合わせ部に沿って施すことにより、平面状の水密構造を有するアオリ３０を形成することができる。
係るアオリ３０は、複数のレール３１，３２，３３をボルト３７とナット３９とで緊密に結合すると共に、内外の各目地を前記接合方法による浅い接合線Ｗにより接合したことにより、アオリ３０の各表面が金属的に連続する。このため、従来のように、各レール３１，３２，３３同士の嵌合部等において、連続走行に伴う摩擦によるアルミニウムの微粉末を生じることがなくなり、この粉末の酸化物にレール３１，３２，３３間に進入した雨水が混じって黒い液体となってアオリの表面を汚したり、積み荷を損なう等の不都合を解消することができる。
【００３０】
図５(Ｃ)は、本発明の水密施工方法により得られる例えば平面状の水密構造を有する間仕切４０の縦断面図を示す。
間仕切４０は、天井面ｃｅと床面ｆに固定されるアルミニウムの押出形材４１と、その間に積層される複数の形材４６とから構成される。各形材(部材)４１，４６は断面が略矩形状の中空部４３を有する。
また、上下端の各形材４１からは水平なフランジ４２が延在し、ボルト・ナット４７により天井面ｃｅと床面ｆに固定される。更に、各形材４１，４６の上下部の一側には上下方向に延びるフランジ４４と、その反対側に位置し上下に隣接する形材の上記フランジ４４を受け入れる段部４５が形成されている。
【００３１】
そして、各形材４１，４６を突合わせ、各フランジ４４を対向する段部４５内に挿入して嵌合し、且つ各フランジ４４から段部４５に向けてネジ４８を螺入する。この結果、各形材４１，４６同士が強固に結合された間仕切４０となる。
更に、図５(Ｄ)に示すように、上下の形材４１，４６の目地に沿って、その外側から前記工具１０を用いて摩擦攪拌接合を施す。
その結果、図示のようにフランジ４４と段部４５とに跨って、前記接合方法による深さの浅い接合線Ｗが形成され、この接合線Ｗを所望数の形材４１，４６間の接続部に施すことで、所望のサイズで平面状の水密構造を有する間仕切４０を形成することができる。尚、接合線Ｗは、各形材４１，４６間の何れかの表面にのみ形成しても良い。この場合、フランジ４４の板厚は、前記摩擦ピン１６の長さより小さくすることが必要である。
【００３２】
図６(Ａ)は、本発明の水密施工方法により得られる室内に敷設される平面状の水密構造を有する床ユニット５０の一部の断面を示す。この床ユニット５０は、アルミニウム製で複数の押出形材(部材)５１から構成される。各押出形材５１は、断面が偏平な矩形の本体５２内に略矩形の中空部５３を有する。
各形材５１の左端部には、本体５２の上面から連続して水平に突出するフランジ５６と、該フランジ５６先端から垂下する凸条５４と、本体５２の下面から水平に突出する小フランジ５８が形成されている。また、各形材５１の右端部には、本体５２の出隅部に位置する上向きの凹溝５５と、本体５２の下面から水平に突出する断面略クランク形の押え条５７が形成されている。
【００３３】
そして、先ず図示で左側に位置する押出形材５１における押え条５７に桁等の床部構造材Ｆにから立設するアンカーボルトｂを貫通し、ナット５９を螺着して固定する。次に、この形材５１の右側に別の形材５１を配置し、その凸条５４を固定済の上記形材５１の凹溝５５内に嵌合すると共に、その小フランジ５８を上記固定済形材５１の押え条５７の下部に進入させる。この作業を繰り返して、複数の押出形材５１を互いに結合しつつ、床部構造材Ｆ上に固定する。
更に、各形材５１の上記凸条５４と凹溝５５との嵌合部５１ａに沿ってその上側から前記工具１０を用いて摩擦攪拌接合を施す。
その結果、図６(Ｂ)に示すように、凸条５４と凹溝５５の嵌合部５１ａに跨って深さの浅い接合線Ｗが形成される。係る摩擦攪拌接合による接合線Ｗを、所望数の形材５１間の上面側の嵌合部５１ａに施すことで、所望の広さで平面状の水密構造と強固な連結構造とを有する床ユニット５０を形成することができる。
【００３４】
図７は、異なる参考形態の水密構造に関する。
図７(Ａ)は、アルミニウム板６１同士を接合した参考形態である平面状の水密構造６０に関する。各アルミニウム板(部材)６１には、図示で左端にその板本体６２から板厚分だけ上側に偏寄した端縁６３が形成されている。そして、隣接する複数のアルミニウム板６１の平坦な端部６２ａと上記端縁６３とを重ね合わせて重合部６４を形成すると共に、各アルミニウム板６１の板本体６２同士が同一平面内に位置するようにして、各アルミニウム板６１をその長手及び幅方向に対し拘束する。そして、上記重合部５９に沿って、一方の側から前記工具１０を用いた前記接合方法を施す。
【００３５】
その結果、図７(Ａ)に示すように、各アルミニウム板６１の端部６２ａと端縁６３とに跨って、深さの浅い接合線Ｗが形成される。各アルミニウム板６１の平面視における矩形の互いに隣接する２辺に上記の偏寄した端縁６３を形成しておき、これらアルミニウム板６１同士を上記接合線Ｗにより互いに全周辺を接合することにより、平面状の広い水密構造６０を形成することができる。
尚、一部のアルミニウム板６１の中間を直角等に折り曲げ、この曲ったアルミニウム板６１を直線状にして接合し、上記の平坦な多数のアルミニウム板６１同士の水密構造６０の全周辺に同様にして、上記接合線Ｗにより垂直に接合することにより、立体的な水密構造として、水密性を確実にした貯水槽やプールを構成することもできる。
【００３６】
図７(Ｂ)は、アルミニウム板６６同士を接合した参考形態である平面状の水密構造６５に関する。各アルミニウム板(部材)６６は、その板本体６７の端縁が断面略Ｕ字形状に折り曲げられた曲折縁６８を有する。また、隣接する複数のアルミニウム板６６の曲折縁６８同士は、図示のように互いに巻付け、複数の重合部６９を形成する。更に、各アルミニウム板６６をその長手および幅方向に対し拘束し、何れかの重合部６９に沿って、前記工具１０を用いた摩擦攪拌接合を施す。
その結果、図示のように各アルミニウム板６６の曲折縁６８同士の厚さ方向に跨って、深さの浅い接合線Ｗが形成される。該接合線Ｗを複数のアルミニウム板６６同士の全周辺における重合部６９に沿って形成することにより、平面状の広い水密構造６５を形成することができる。尚、一部のアルミニウム板６６を前記のように折り曲げものにすることで、立体的な水密構造にすることもできる。
【００３７】
図７(Ｃ)は、断面半円形にしたやや厚肉のアルミニウム板(部材)７２同士を接合した参考形態の水密構造を有する円筒体７０に関する。半円形に湾曲する両アルミニウム板７２は、図７(ｃ)に示すように、その端縁７３同士が当接して突合わせ部７４を形成する。この突合わせ部７４に沿って内側から、前記工具１０を用いた摩擦攪拌接合を施すと、各端縁７３間に跨って深さの浅い接合線Ｗが形成される。係る接合線Ｗを両アルミニウム板７２同士の各突合わせ部７４に沿って形成することで、円筒体の水密構造を有する円筒体７０を形成することができる。
この円筒体７０は、複数の架台７１上に支持され、その両端を別途に図示しないアルミニウムからなる円形の鏡板により閉塞することにより、各種の薬液や溶液等の貯蔵用または輸送用タンクとすることができる。尚、接合線Ｗは、タンクの仕様に応じて突合わせ部７４の内外両側に沿って形成することもできる。
【００３８】
図７(Ｄ)は、アルミニウムでやや厚肉の押出形材(部材)７７同士を接合した参考形態の水密構造を有するパイプ７５に関する。中央が湾曲する上下一対の各形材７７の両端には、水平なフランジ７８が外側に向けて対称に突設されている。両形材７７のフランジ７８同士を突合わせ、その突合わせ部７８ａに沿って前記工具１０を用いた前記接合方法を施すと、図７(ｄ)に示すように、各形材７７の端部に跨って深さの浅い接合線Ｗが形成され、円筒状の密封構造を有するパイプ７５が得られる。このパイプ７５は、複数の架台７６の湾曲部７６ａにその下側面を支持されると共に、左右の各フランジ７８はボルト７９等により、架台７６左右の各中空部７６ｂの上に固定される。即ち、各形材７７同士の結合強度は、上記ボルト７９等により得られるので、内側の接合線Ｗは浅いものにできる。
【００３９】
図８は、本発明の水密施工方法により得られる複数のパネル８２同士を接合した箱形状の水密構造８０を示す。
各パネル８５は、一対のアルミニウム板(部材)８７，８７と、その間に充填したグラスウール等の芯材８６とからなるサンドイッチ構造を有する。また、互いに隣接する各パネル８５間には、パネル８５の端部同士を直線状に連結するアルミニウムの押出形材８１、または直角に連結するアルミニウムの押出形材８３が配置される。各形材(部材)８１，８３の中央に中空部８２が位置し、その両側または直角方向にパネル８５の端部を受け入れる凹部８４が形成されている。
【００４０】
各形材８１，８３の凹部８４にパネル８５の端部を挿入し、図９(Ａ)，(Ｂ)に示すように、ブラインドリベット８９を打込みことにより、形材８１または形材８３とパネル８５とを固定する。更に、各形材８１，８３の中空部８２に沿って前記工具１０を用いた前記接合方法を施すと、形材８１，８３とパネル８５のアルミニウム板８７間との重合部８０ａに、深さの浅い接合線Ｗが形成される。
係る接合線Ｗを形材８１または形材８３とパネル８５に沿って順次形成することにより、箱形状の水密構造８０を形成することができる。
尚、図８において大引等の床部構造材Ｆ上には、前記押出形材２１と同様な断面の形材８８を複数敷設し、図示しないネジ等により床部構造材Ｆに固定されると共に、互いに接合線Ｗで接合する。また、端部の形材８８は、コーナ部の形材８３とリベット８９で固定され、且つ接合線Ｗが形成されている。
【００４１】
図９(Ａ)，(Ｂ)に示すように、天井側の形材８１に対し梁等の屋根部構造材Ｌからタッピングネジ９０を螺入して固定したり、コーナ部の形材８３に対し屋根部構造材Ｌから同じネジ９０を螺入して固定し、水密構造８０を支持しても良い。
また、図９(Ａ)に替えて、図９(ａ)に示すように、形材９１を梁等の屋根部構造材Ｌに固定することもできる。即ち、断面略工の字形の形材９１の各凹部９３内には芯材９６とアルミニウム板９７とからなるパネル９５の端部が挿入され、形材９１の各フランジ９２からブラインド・リベット９９と前記接合方法による接合線Ｗとが形成される。形材９１の上側には圧肉のリブ９４が立設し、屋根部構造材Ｌとボルト・ナット９８によって支持される。
【００４２】
更に、図９(Ｂ)に替え、図９(ｂ)に示すように、形材１００を梁等の屋根部構造材Ｌに固定することもできる。即ち、形材８３と同様な断面を有する形材１００の各凹部１０３内には芯材１０６とアルミニウム板１０７からなるパネル１０５の端部が挿入され、形材１００の各フランジ１０１からリベット１０９と前記接合方法による浅い接合線Ｗが形成されている。形材１００の上側には圧肉のリブ１０５が立設し、屋根部構造材Ｌとボルトナット１０８によって支持される。
尚、上記水密構造８０を電磁波シールドルーム、防音室、食品加工室、または医療用手術・処置室等に適用することもできる。また、パネル８５等はサンドイッチ構造に限らず、アルミニウム板８７のみを箱型形状に折り曲げ加工したものを用いても良い。
【００４３】
図１０は、更に別の参考形態の水密構造に関する。図１０(Ａ)は、アルミニウムからなる複数の押出形材(部材)１１２,１１４,１１６を接合した断面角筒状の水密構造を有するダクト１１０を示す。
形材１１２は断面略チャンネル形で、その底板となる形材１１６との間に一対のコーナ形材１１４が介在されている。そして、各形材１１２,１１４,１１６間の突合わせ部に沿って、外側から前記工具１０を用いた前記接合方法を施すと、深さの浅い接合線Ｗが形成され、断面略正方形の水密構造を有するダクト１１０を得ることができる。このダクト１１０は、図示のようにブラケット１１８上に図示しないＵ形ボルトとナットによって固定され、内部に装入される各種ケーブルや配管類を水密性を持たせて覆うものである。
【００４４】
図１０(Ｂ)は、アルミニウム製で一対の押出形材(部材)１２２を接合した六角筒形状の水密構造を有するケーブルカバー１２０を示す。各形材１２２は、断面略台形状で、一端に平板の端部１２４を、他端に厚肉で断面略Ｌ形の端部１２６をそれぞれ一体に有している。係る一対の形材１２２同士を点対称にして対向し、各端部１２４をＬ形の各端部１２６を当接して、一対の突合わせ部を対称に形成する。係る突合わせ部に沿って、外側から前記工具１０を用いた摩擦攪拌接合、即ち本発明の接合方法を施すと、各端部１２４，１２６間に跨って深さの浅い接合線Ｗが形成され、断面六角形の水密構造を有するケーブルカバー１２０を得ることができる。尚、係る水密構造の六角柱体は、例えば給排気用ダクトや建物の間柱、或いは建具の方立材等にも使用できる。また、各形材の断面形状を変更することにより任意の多角形断面のケーブルカバー等にすることもできる。
【００４５】
また、図１０(Ｃ)は、アルミニウム製で一対の押出形材(部材)１３１を接合した円筒形の水密構造を有するパイプ１３０を示す。各押出形材１３１はやや厚肉で且つ断面半円形であり、一端に平らな端部１３２と、他端に断面略Ｌ字形の端部１３３とを有する。両形材１３６同士を点対称にして対向させ、Ｌ字形の各端部１３３に他方の各端部１３２を当接して、一対の突合わせ部１３４を対称に形成する。係る突合わせ部１３４に沿って、前記工具１０を用いた本発明の接合方法を施すと、各端部１３２，１３３間に跨って深さの浅い接合線Ｗが形成され、断面円形の水密構造を有するパイプ１３０を得ることができる。
【００４６】
更に、図１０(Ｄ)は、アルミニウム製で断面が半円形の一対の押出形材(部材)１３６をその両端の内凸条１３７と外凸条１３８とを互いに嵌合し突合わせて接合したパイプ１３５の断面を示す。上記凸条１３８に隣接する突合わせ部１３９に沿って外側から、前記工具１０を用いて前記接合方法を施すと、深さの浅い接合線Ｗが形成され、断面円形の水密構造を有するパイプ１３５が得られる。
上記水密構造を有するパイプ１３０，１３５は、各種の液体や気体用の低圧送給用パイプや通信ケーブルの保護カバー等に使用することができる。
【００４７】
本発明は、以上に説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、アルミニウムの押出形材とアルミニウム板材の端部同士で、突合わせ部又は重合部を形成し、これらに沿って前記接合線Ｗを形成することもできる。
また、アルミニウムからなる複数の押出形材(部材)を長手方向の端部同士において突合わせ部を形成し、これに沿って前記接合方法による接合線Ｗを形成したり、あるいは長手方向と幅方向の各端部同士を連続して接合線Ｗにより接合し、大型の平面状または立体状の水密構造を形成することもできる。
【００４８】
更に、平面視で矩形、正五六角形、または正六角形を呈する複数のアルミニウム板材(部材)がそれぞれ所望の曲率で全方向に湾曲しており、これらのアルミニウム板材の端部同士の突合わせ部または重合部に沿って、前記接合方法による接合線Ｗを形成することにより、全体が球形の水密構造を形成することもできる。且つ、各アルミニウム板材の曲率を相違させることで、楕円形体を呈する水密構造を得ることも可能である。
また、比較的薄肉のアルミニウム板材(部材)の端部同士によって突合わせ部を形成する場合には、前記接合方法を施す側面と反対側の側面に別の裏当材となるアルミニウム板をロウ付け等によって予め仮止めしておくこともできる。
尚、本発明の接合方法は、前述した他に、例えば側壁と屋根材との半分を一体にした断面逆Ｌ型の荷物室ユニットを上下に開閉するウィング車両や、各種の船舶の船体や操舵室等の上部構造体等に適用することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上において説明した本発明の水密施工方法(請求項１)によれば、事前の加工や準備作業を最小限にして、構造材に対し固定したアルミニウム製の複数の部材同士間に浅い接合線を形成することにより、確実且つ安定して接合することができ、且つ後加工も殆んど要しなくて済む。更に、浅い接合線によって例えば充分な水密構造を要する接合部において、摩擦ピンの小さい工具を用いるので、これを含む接合装置の軽量・簡素化にも寄与し、現場施工も容易となる。これにより、摩擦攪拌接合の技術を有効に活用することができる。しかも、複数の構築用パネルにより形成される壁面や床面等、あるいは、各種用途の部屋または室内に高い水密性を有する水密構造を与ることができる。
【００５０】
また、請求項２乃至４の接合方法によれば、複数の部材同士による突合わせ部や重合部に、前記工具による接合方法を一層適切に行え、且つ上記突合わせ部等により部材間の接合強度が保たれるので、浅い接合線により確実に接合できる。
更に、請求項５の接合方法によれば、前記回転数で回転可能な工具およびこれを含む接合装置を小型でハンディにできるため、各種の現場にも容易に搬入でき且つ各種の接合部に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ａ)は本発明の水密施工方法における押出形材同士の突合わせ状態を示す断面図、(Ｂ)は本発明の水密施工方法による接合線付近を示す部分断面図、(Ｃ)は(Ｂ)中の一点鎖線部分Ｃの拡大図。
【図２】(Ａ)〜(Ｃ)および(ａ)〜(ｃ)は本発明に用いる接合方法を示す部分概略図。
【図３】(Ａ)，(Ｂ)は図１の水密構造の適用例を示す部分断面図。
【図４】(Ａ)は本発明の水密施工方法により得られる異なる形態の水密構造を示す断面図、(Ｂ)は(Ａ)中の一点鎖線部分Ｂの拡大図。
【図５】(Ａ)は参考形態の水密構造を示す断面図、(Ｂ)は(Ａ)中の一点鎖線部分Ｂの部分拡大図、(Ｃ)は本発明の水密施工方法により得られる異なる形態の水密構造を示す断面図、(Ｄ)は(Ｃ)中の一点鎖線部分Ｄの部分拡大図。
【図６】(Ａ)は本発明の水密施工方法により得られる別形態の水密構造を示す部分断面図、(Ｂ)は(Ａ)中の一点鎖線部分Ｂの拡大図。
【図７】(Ａ)〜(Ｄ)は更に別の参考形態の水密構造を示す断面図、(ｃ),(ｄ)は(Ｃ),(Ｄ)中の部分拡大図。
【図８】本発明の水密施工方法により得られる別異の水密構造を示す部分断面図。
【図９】(Ａ)，(Ｂ)は図８中の一点鎖線部分Ａ，Ｂの拡大図、(ａ),(ｂ)は(Ａ)，(Ｂ)の変形形態を示す部分断面図。
【図１０】(Ａ)〜(Ｄ)は、更に別異の参考形態の水密構造を示す断面図。
【図１１】(Ａ)〜(Ｄ)は、従来の技術による水密構造を示す部分断面図。
【図１２】(Ａ),(Ｂ),(ａ)は一般的な摩擦攪拌接合の各工程を示す概略図、(Ｃ)は(Ｂ)中のＣ−Ｃ線に沿った矢視の断面図。
【符号の説明】
２，２１，４１，４６，５１，８１，８３，９１，１００…押出形材(部材)
８，２４，２６………………………………………………端部
９，２９，３９，４９，５９，８８………………………突合わせ部
１０……………………………………………………………工具
１４……………………………………………………………表面抑え部
１６……………………………………………………………摩擦ピン
３１,３２,３３………………………………………………レール(部材)
８７……………………………………………………………アルミニウム板(部材)
８０ａ…………………………………………………………重合部
Ｗ………………………………………………………………接合線
【図１】
0003750601.tif 000002
【図２】
0003750601.tif 000003
【図３】
0003750601.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003750601.tif 000008
【図８】
0003750601.tif 000009
【図９】
0003750601.tif 000010
【図１０】
0003750601.tif 000011
【図１１】
0003750601.tif 000012
【図１２】
0003750601.tif 000013