(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被接合部材を並べ、
前記被接合部材の複数の接合線に対して１つおきの接合線に複数の摩擦攪拌接合装置を対応させて、摩擦攪拌接合を行い、
次に、未接合の接合線に対して１つおきの接合線に前記複数の摩擦攪拌接合装置を対応させて、摩擦攪拌接合を行うこと、
を特徴とする構造体の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦攪拌接合方法は、接合部に挿入した丸棒（回転工具という。）を回転させながら接合線に沿って移動させ、接合部を発熱、軟化させ、塑性流動させ、固相接合する方法である。回転工具は、接合部の挿入する小径部と、外部に位置する大径部とからなる。小径部と大径部は同軸である。小径部と大径部との境は接合部に若干挿入されている。回転工具は接合の進行方向に対して、後方に傾斜させている。
【０００３】
これは特開平０９−３０９１６４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）に示されている。
【０００４】
鉄道車両の車体は複数の押し出し形材を摩擦攪拌接合して構成している。押し出し形材の長手方向を車体の長手方向に向けている。押し出し形材の幅方向を車体の周方向に沿って並べている。この摩擦攪拌接合設備は、複数の押し出し形材を載せるベッドと、押し出し形材の長手方向に沿って走行する走行体と、走行体から吊り下げられ、昇降自在な摩擦攪拌装置とからなる。摩擦攪拌接合装置は回転工具と押し出し形材を押さえるローラを有する。
【０００５】
これは特開平１１−９０６５５号公報に示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
摩擦攪拌接合がアーク溶接と異なる点は、回転工具の挿入によって被接合部材に大きな荷重が作用することである。この荷重は主として回転工具の挿入方向（軸心の方向）に作用する。このため、この挿入力の反力が回転工具、摩擦攪拌接合装置を介して、走行体のガーダに作用する。
【０００７】
また、摩擦攪拌接合装置はローラを介して押し出し形材を押すので、その反力も作用する。
【０００８】
摩擦攪拌接合装置は、昇降自在であり、また走行体のガーダに対して走行自在である。このため、昇降や走行の部分を大きくしなければならい。また、昇降や走行は木目細かな移動が必要であるが、これが困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、摩擦攪拌接合装置の間隔を大きくでき、摩擦攪拌接合装置を強度的に十分な大きさにできるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の被接合部材を並べ、前記被接合部材の複数の接合線に対して１つおきの接合線に複数の摩擦攪拌接合装置を対応させて、摩擦攪拌接合を行い、次に、未接合の接合線に対して１つおきの接合線に前記複数の摩擦攪拌接合装置を対応させて、摩擦攪拌接合を行うこと、を特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の参考例を図１から図７により説明する。図４は被接合部材を押さえるローラ装置関係を除いて示している。構造体として車両の例である。
【００１２】
車体は、側面を構成する側構体２０１、屋根を構成する屋根構体２０２、床を構成する台枠２０３、長手方向の端部を構成する妻構体２０４からなる。側構体２０１、屋根構体２０２、台枠２０３は、それぞれ複数の押し出し形材を接合して構成している。押し出し形材の長手方向を車体の長手方向にしている。押し出し形材はアルミニウム合金製である。
【００１３】
側構体２０１は、押し出し形材１０、２０、３０、４０からなる。押し出し形材２０、３０の中に窓２１０がある。側構体２０１の出入り口２２０は押し出し形材１０、２０、３０、４０の中にある。出入り口２２０には、押し出し形材１０、２０、３０、４０を接合した後、枠を溶接することが多い。窓２１０も同様である。出入り口２２０の押し出し形材１０、２０、３０は途中を切断している。
【００１４】
この側構体２０１は４つの押し出し形材からなるが、中空の押し出し形材の場合はさらに多数の押し出し形材から構成される。また、窓２１０は３つの押し出し形材で構成されることがある。この場合、中央の押し出し形材は途中を切断したものになる。
【００１５】
側構体２０１の押し出し形材の構成について説明する。ここでは押し出し形材２０、３０について説明する。他の形材１０、４０も同様である。押し出し形材２０、３０は中空形材である。中空形材２０、３０は、２枚の面板２１、２２、３１、３２と、両者を接続するものであってトラス状に配置した複数のリブ２３、３３と、中空形材の幅方向の端部（接合部）において２つの面板を接続する支え板２４、３４と、からなる。
【００１６】
面板２１、２２、３１、３２の幅方向の端部（接合部）には面板の外側に突出する凸部２５、３５を有する。中空形材３０の幅方向の端部には相手方の中空形材２０に向けて突出する突出片３６、３６がある。突出片３６、３６は中空形材２０の面板２１、２２の間に入っている。中空形材２０の面板２１、２２の端部が突出片３６、３６に載る。突出片３６は回転工具３４０の挿入力を支える座になる。
【００１７】
凸部２５と凸部３５の幅は同一である。凸部２５に対向する凸部３５の端面は支え板３４の板厚の幅内にある。２つの凸部２５、３５の中心に摩擦攪拌接合装置３３０の回転工具３４０の回転軸心を位置させる。
【００１８】
側構体２０１を構成する押し出し形材１０、２０、３０、４０は摩擦攪拌接合設備３００のベッド３１０に載せられ、固定されている。複数の押し出し形材（被接合部材）の上方を走行体３２０が走行する。走行体３２０はベッド３１０の両側のレール３２９を走行する。走行体３２０は脚の上部に２列のガーダ３２１、３２２を有する。
【００１９】
ガーダ３２１からは３つの摩擦攪拌接合装置３３０を吊下げている。摩擦攪拌接合装置３３０は下端に接合用の回転工具３４０を有する。装置３３０は２列のガーダ３２１と３２２の間から吊下げられている。ガーダ３２１の一方の側面には装置３３０が走行する複数のレール３３１がある。装置３３０は、レール３３１を走行する走行体３３３と、その駆動手段と、走行体３３３に設置され、鉛直方向に昇降する昇降体３３５と、その駆動手段と、回転工具３４０を回転させるための電動機３３６と、とからなる。ガーダ３２１、３２２の縦断面積はガーダ３２１の方が大きい。
【００２０】
回転工具３４０、電動機３３６は昇降体３３５の下端に水平軸を中心として回転する座３３７に設置している。座３３７には接合部を検出する光学センサ３３８を設置している。座３３７の回転軸は走行体２２０の走行方向に沿っている。座３３７は電動機で回転する。座３３７が回転することによって、回転工具３４０、センサ３３８は接合部に直交する。
【００２１】
光学センサ３３８は凸部２５、３５の頂までの距離を検出して、回転工具３４０の挿入量を所定にする。また、センサ３３８は２つの凸部２５、３５の幅を検出して、その中央に回転工具３４０の軸心を一致させる。
【００２２】
それぞれの摩擦攪拌接合装置３３０は、ガーダ３２１に沿った走行、回転工具３４０の昇降、座３３７の回転、回転工具３４０の回転が単独でできる。
【００２３】
回転工具３４０の進行方向の前後にはローラ３５８、３６８を介して押し出し形材２０、３０押さえる装置３５０、３６０がある。押さえ装置３５０、３６０は摩擦攪拌接合装置３３０と同数ある。押さえ装置３５０、３６０は、ガーダ３２１、３２２に沿った走行、回転工具３４０の昇降が単独でできる。下端のローラ３５８、３６８は回転自在である。
【００２４】
押さえ装置３５０はガーダ３２１の他方の側面（走行体３２０の走行方向の上流側の面）から吊下げられている。押さえ装置は３５０は下面側に傾斜した面のレール３５１に沿って走行する。走行体は３５３傾斜している。これによってローラ３５８は回転工具３４０に近接する。
【００２５】
押さえ装置３６０はガーダ３２２の一方の側面（走行体３２０の走行方向の下流側の面）から鉛直方向に吊り下げられている。ガーダ３２２は小さいので、ローラ３６８は回転工具３４０に近接する。
【００２６】
ガーダ３２１の上面および他方の側面の傾斜面には装置３５０が走行する複数のレール３５１がある。ガーダ３２２の上面および側面には装置３６０が走行するレール３６１がある。装置３５０、３６０はレール３５１、３６１を走行する走行体３５３、３６３と、その駆動手段と、走行体３５３、３６３に設置され、昇降する昇降体３５５、３６５と、その駆動手段と、ローラ３５８、３６８と、からなる。
【００２７】
昇降体３５５、３６５の下端には水平な部材３５５b、３６５bを設け、その先端にローラ３５８、３６８を設置している。これによって、ローラ３５８、３６８は回転工具３４０に近接する。
【００２８】
ローラ３５８、３６８は水平部材３５５ｂ、３５５ｂの先端に水平軸を中心として回転する座３５７、３６７に設置している。座３５７、３６７の回転軸は走行体２２０の走行方向に沿っている。座３５７、３６７は電動機で回転する。座３５７、３６７が回転することによって、ローラ３５８、３６８は接合部に直交する。
【００２９】
ローラ３５８、３６８は弾性支持装置３５９、３６９を介して座３５７、３６７に設置している。弾性支持装置３５９、３６９はスプリングや空気ばね等である。
【００３０】
それぞれの押さえ装置３５０、３６０は、ガーダ３２１、３２２に沿った走行、ローラ３５８、３６８の昇降、座３５７、３６７の回転が単独でできる。
【００３１】
次に、押し出し形材について説明する。窓２１０が設けられる押し出し形材２０、３０には予め窓の位置に実質的に窓の形状の開口（切り欠き）を設けている。これは押し出し形材２０、３０を切削して設ける。
【００３２】
出入り口２２０が設けられる押し出し形材１０、２０、３０は切断されて、出入り口の間隔で配置される。出入り口２２０の上端を構成する押し出し形材４０には予め実質的に出入り口の形状の開口（切り欠き）を設けている。これは押し出し形材４０を切削して設ける。
【００３３】
窓２１０の切り欠きについて説明する。押し出し形材２０、３０の接合部は、窓２１０内に接合線の始端、終端を有するようにしている。このため、接合線の近傍の押し出し形材２０、３０は窓２１０内に突出する片２８、３８、２９、３９を残して切削している。片２８、３８、２９、３９の幅は支え板２４、３４、凸部２５、３５を有する大きさである。
【００３４】
出入り口２２０を構成する切り欠きも同様である。押し出し形材１０、２０、３０、４０のそれぞれに片を残して切削している。なお、側構体２０１の長手方向の両端にもそれぞれ前記片を有する。
【００３５】
中空形材１０、２０、３０、４０はベッド３１０に載せられて、ベッド３１０に治具で固定されている。固定したならば、中空形材１０、２０、３０、４０の突き合わせ部の凸部２５、３５を接合線に沿って間欠的にアーク溶接によって仮止めする。接合線の始端、終端の片２８、３８、２９、３９の最端部はアーク溶接によって仮止めする。Ｗは仮止め溶接を示している。特に、始端の仮止め溶接Ｗは、凸部２５、３５の上面と、中空形材の長手方向の最端部の面に行っている。この最端部の面の仮止め溶接Ｗの範囲は凸部２５、３５の上面から突出片３６までの範囲である。仮止め溶接ＷはＶ形開先を設けないで、すなわち、Ｉ形開先で行っている。
【００３６】
この状態で、それぞれの摩擦攪拌接合装置３３０の回転工具３４０を中空形材１０、２０、３０、４０の接合線の上方に位置させる。車体のように接合線が傾斜した位置にある場合は座３３７を傾斜させて回転工具３４０、センサ３３８を接合部に直交させる。押さえ装置３５０、３６０のローラの位置も同様に合わせる。
【００３７】
中空形材の長手方向の一端から摩擦攪拌接合を開始する。接合線の開始端の片の凸部２５、３５にそれぞれの回転工具３４０を回転させながら下降させ、挿入する。挿入位置は片の端部の仮止め溶接Ｗの位置よりも接合線の終端側である。挿入位置は図６の回転工具３４０Ａの位置Ｐ４であるといえる。押さえ装置３５０、３６０のローラ３５８、３６８は中空形材を押さえる位置に下降する。
【００３８】
回転工具３４０の小径部３４１の先端は突出片３６の上面に達するまで挿入する。回転工具３４０の大径部３４２の最下端の位置は面板２１、３１（２２、３２）の外面と凸部２５、３５の頂との間である。回転工具３４０の軸心の位置は２つの凸部２５、３５の間である。小径部３４１と大径部３４２の軸心は同一である。小径部はねじである。
【００３９】
所定深さに挿入したならば、摩擦攪拌接合装置３３０を有する走行体３２０を他端に向けて走行を開始させ、摩擦攪拌接合を行う。
【００４０】
所定深さに挿入したならば、複数の摩擦攪拌接合装置３３０を有する走行体３２０を他端に向けて走行を開始させ、摩擦攪拌接合を行う。センサ３３８によって２つの凸部の中心に回転工具３４０の軸心を一致するように、走行体３３３を移動させる。これによって、押さえ装置３５０、３６０を移動させることができる。ローラ３５８、３６８は凸部を押さえる。ローラ３５８、３６８の幅は２つの凸部の幅よりも十分に大きい。ローラ３５８、３６８は凸部の上面の仮止め溶接Ｗを乗り越える。これは弾性支持装置３５９、３６９によってローラ３５８、３６８を後退させて行う。
【００４１】
次に、窓２１０や出入り口２２０の周辺の摩擦攪拌接合装置３３０の動作を図６によって説明する。ここでは窓２１０を対象とする。窓２１０がある接合線の回転工具３４０を「３４０Ａ」とし、窓２１０のない接合線の回転工具３４０を「３４０Ｂ」とする。回転工具３４０Ａ、３４０Ｂは同一線上にある。回転工具３４０Ａ、３４０Ｂは図１において左から右に移動する。
【００４２】
押し出し形材の端部からの摩擦攪拌接合が進行して、回転工具３４０Ａ、３４０Ｂが窓２１０の片２８、３８の位置Ｐ１に達したら、回転工具３４０Ａを回転させながら、回転工具３４０Ａを中空形材に対して後退させる。すなわち、回転工具３４０Ａを上昇させる。走行（移動）は継続している。このため、回転工具３４０Ａは徐々に上昇する。摩擦攪拌接合後、片２８、３８は切断する。このため、位置Ｐ１が片２８、２９よりも上流側にある場合は接合深さが強度の点で問題のない位置とする。位置Ｐ１は走行体３２０の走行量によって求める。位置Ｐ１は予め定めておく。
【００４３】
窓２１０のない位置の回転工具３４０Ｂは上昇させない。回転工具３４０Ｂは移動を継続しており、摩擦攪拌接合を継続している。
【００４４】
このように走行しながら回転工具３４０Ａを上昇させるので、回転工具３４０Ａ、３４０Ｂの走行を停止しないで、回転工具３４０Ａを中空形材２０、３０から抜くことができるので、接合のための時間を短縮できる。
【００４５】
回転工具３４０Ａが所定位置まで上昇する（位置Ｐ２）と、回転工具３４０Ａの回転を停止させる。回転工具３４０Ａの上昇位置は凸部２５、３５と干渉しない十分な高さ位置である。回転工具３４０Ａの小径部３４１が凸部２５、３５から抜かれる（退避）ことによって摩擦攪拌接合は停止する。
【００４６】
回転工具３４０Ａ、３４０Ｂが窓２１０の他端、すなわち、接合部の開始端の片２９、３９内に達すると、回転工具３４０Ａを回転させながら下降させ、所定深さまで挿入する。片２９、３９への回転工具３４０Ａの挿入位置Ｐ４は仮止め溶接部Ｗよりも内側（下流側）である。
【００４７】
回転工具３４０Ａは下降と走行を行っているので、接合深さが徐々に深くなる。回転工具３４０Ａの挿入量が所定になると、下降を停止する（位置Ｐ５）。これによって、定常の深さの摩擦攪拌接合が行われることになる。この挿入量が定常になる位置Ｐ５は片２９、３９内にする。接合後、片２９、３９を切断するためである。光学センサによって回転工具３４０Ａの挿入量は所定に制御される。
【００４８】
このように走行しながら回転工具３４０Ａを下降させるので、回転工具３４０Ａ、３４０Ｂの走行を停止しないで、回転工具３４０Ａを中空形材２０、３０に挿入するので、接合のための時間を短縮できる。
【００４９】
片２９、３９の端部の仮止め溶接部Ｗよりも内側を回転工具２４０Ａの挿入位置としているので、仮止め溶接を切断することがなく、接合線の間隔が大きく広がることがない。このため、良好な接合を行うことができる。
【００５０】
回転工具３４０の挿入位置（接合線の始端）の２つの部材の間隔は拡大しやすいが、凸部２５、３５の上面を仮止め溶接するのみでなく、片２９、３９の端部を厚さ方向にも仮止め溶接している。このため、始端を強固に結合できる。このため、始端が拡大することを容易に防止できるものである。
【００５１】
なお、中空形材２０、３０の端部、すなわち、回転工具３４０Ａ、３４０Ｂの最初の挿入位置にも片２９、３９があり、その仮止め溶接Ｗ、回転工具３４０Ａ、３４０Ｂの挿入位置も前記回転工具３４０Ｂの場合と同様である。このため、中空形材の上面のみを仮止め溶接Ｗする場合に比べて、片の長さを短くできる。このため、中空形材の長さを短くできるものである。
【００５２】
次の窓２１０の場合も同様である。また、出入り口２２０における回転工具３４０の上昇、下降も同様である。なお、全ての回転工具３４０は同一線上にある必要はない。
【００５３】
このようにして他端まで接合したら、複数の中空形材からなる構造体を反転させ、前記と同様に摩擦攪拌接合を行う。車体の外面側の凸部は切削して、面板と同一面にする。
【００５４】
図８の本発明の一実施例は、７つの中空形材１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０によって１つの側構体２０１を製作する場合である。回転工具３４０、３４０、３４０は１つおきの接合線に配置される。押さえ装置３５０、４６０は回転工具３４０に対応した位置にある。まず、中空形材１０と２０、３０と４０、５０と６０の接合線を接合する。次に、中空形材２０と３０、４０と５０、６０と７０の接合線を接合する。
【００５５】
これによれば、接合線を１つおきに接合するので、摩擦攪拌接合装置３３０の間隔を大きくできる。このため、摩擦攪拌接合装置３３０を強度的に十分な大きさにできる。
【００５６】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、摩擦攪拌接合装置の間隔を大きくでき、摩擦攪拌接合装置を強度的に十分な大きさにできる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明
本発明によれば、摩擦攪拌接合装置と押さえ装置とを分離して設置したので、摩擦攪拌接合装置の走行体等に過大な荷重が発生せず、良好な接合ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例の摩擦攪拌接合設備の走行方向に沿った縦断面図である。
【図２】  図１の平面図である。
【図３】  図１の３−３線の断面図である。
【図４】  図１の摩擦攪拌接合設備の斜視図である。
【図５】  被接合部材の要部の縦断面図である。
【図６】  本発明の参考例の動作説明図である。
【図７】  鉄道車両の車体の斜視図である。
【図８】  本発明の一実施例の接合の説明図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０：中空形材、２０１：側構体、２０２：屋根構体、２０３：台枠、２１０：窓、３００：摩擦攪拌接合設備、３２０：走行体、３３０：摩擦攪拌接合装置、３４０、３４０Ａ、３４０Ｂ：回転工具、３５０、３６０：押さえ装置、３５８、３６８：ローラ、３５９、３６９：弾性支持装置
【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】
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【図８】
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