JP4138360B2

JP4138360B2 - 摩擦攪拌接合用の継手構造を備えた構造体

Info

Publication number: JP4138360B2
Application number: JP2002114456A
Authority: JP
Inventors: 英之中村; 俊昭牧野; 佳彦稲; 年旦佐川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003311444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦攪拌接合用の継手構造を備えた構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０-２３０３７６号公報は、摩擦攪拌接合による金属部材の接合を開示している。この技術は、二枚の金属板の端部のうちの、一方の接合端部に厚さ方向に平行状に屈曲部を設けて、両金属板の端部を重ね合わせる。そして、屈曲部側から回転工具を挿入して、摩擦攪拌接合を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した摩擦攪拌接合部にあっては、一方の板材の屈曲部の下面と他方の板材の上面が接合面となるので、接合後の両板材に引張応力を加えたときに接合面に回転モーメントが発生し、強度が低下する不具合があった。
【０００４】
本発明は、上述した不具合を解消する摩擦攪拌接合用の継手構造を備えた構造体を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１板状部材と、第１板状部材に実質的に平行な第２板状部材と、両者を接続する第１接続板と、からなる第１中空形材と、第３板状部材と、第３板状部材に実質的に平行な第４板状部材と、両者を接続する第２接続板と、からなる第２中空形材と、前記第１中空形材の前記第２板状部材の端部と前記第２中空形材の前記第４板状部材の端部とに接続した接合板とを備え、前記第１中空形材の前記第１板状部材の端部は該第１中空形材の前記第２板状部材の端部よりも前記第２中空形材側に突出しており、前記第２中空形材の前記第３板状部材の端部は該第２中空形材の前記第４板状部材の端部よりも前記第１中空形材側に突出しており、前記第１中空形材の前記第１板状部材の端部は前記第２中空形材の前記第３板状部材の端部に突き合わせて接合されており、第１中空形材の前記第２板状部材と前記第１接続板との接続部に、第１継手部が形成されており、第２中空形材の前記第４板状部材と前記第２接続板との接続部に、第２継手部が形成されており、前記接合板は、当該接合板をなす板状部の両端部に、第３継手部と第４継手部とを備えており、前記第１中空形材の第１継手部に前記接合板の第３継手部を前記接合板の板厚方向に重ね合わせており、かつ、前記第２中空形材の第２継手部に前記接合板の第４継手部を前記接合板の板厚方向に重ね合わせており、前記第１継手部と前記第３継手部との重ね合せ部および前記第２継手部と第４継手部との重ね合せ部を、それぞれの重ね合わせた面に対して垂直方向から摩擦攪拌接合用回転工具を挿入して摩擦攪拌接合しており、前記第１中空形材の第１継手部と前記接合板の前記第３継手部との接合面および前記第２中空形材の第２継手部と前記接合板の前記第４継手部との接合面は、第１中空形材の前記第１継手部および第２中空形材の前記第２継手部を前記第１中空形材の第２板状部材及び前記第２中空形材の第４板状部材の板厚の半分の高さに凹ませて形成すると共に、前記接合板は第３継手部と第４継手部との間の板状部が前記第１板状部材と第３板状部材との接合部側へ凹んでおり、当該凹みは前記接合板の板状部の板厚の半分の寸法に形成されていることにより、前記第１中空形材の前記第２板状部材の板厚の中心線Ｃ _１と前記第２中空形材の前記第４板状部材の板厚の中心線Ｃ _２と前記接合板の板厚の中心線Ｃ _３の延長線上に位置していること、によって達成できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例に係る摩擦攪拌接合用継手構造を示す断面図である。全体を符号１で示す継手構造は、金属製の第１の板状部材１０と、金属製の第２の板状部材２０の接合端部により形成される。両部材１０，２０は紙面に垂直な方向に延びている。
【０００７】
第１の部材１０及び第２の部材２０は、厚さ寸法Ｔ_１，Ｔ_２を有する板状の部材である。そして、第１の部材１０の端部及び第２の部材２０の端部は、段付状に折り曲げられて継手部１２，２２が形成されている。この継手部１２，２２の段高さは、板厚Ｔ_１，Ｔ_２の半分の寸法に設定される。継手部１２，２２部は、重ね摩擦攪拌接合を行う部分である。つまり、重ねた接合面Ｓ_１は、板厚Ｔ_１，Ｔ_２の中心線Ｃ_１，Ｃ_２の延長線上に位置する。
【０００８】
第２の継手部２２は、第１の部材１０の第１の継手部１２とは反対側に折り曲げられて形成されている。
【０００９】
第１の部材１０の端部の板厚方向の上面側には、厚さ方向に突出する突部１４がある。突部１４は、第１の部材１０の全長にわたって形成されており、その幅寸法は、摩擦攪拌接合用工具の大径部の直径寸法Ｄ_１よりも大きい寸法に設定されている。突部１４に回転工具５０の大径部が若干挿入される。
【００１０】
摩擦攪拌接合用回転工具５０を第１の部材１０の第１の継手部１２の外側から継手部１２，２２に圧入し、紙面に垂直な方向に相対移動させることで、第１の部材１０と第２の部材２０とは摩擦攪拌接合される。
【００１１】
この状態で、第１の部材１０と第２の部材２０をテーブル上に固定し、摩擦攪拌接合用回転工具５０を第１の部材の突部１４側から挿入して摩擦攪拌接合を施す。
【００１２】
この際に、摩擦攪拌接合用回転工具５０の先端の小径部は直径寸法Ｄ_２を有し、ねじ部が形成されているが、この小径部の先端は、第２の部材２０の第２の継手部２２の上面に挿入される（第２の継手部２２の下面２４のわずかに上に挿入される）ようにする。工具５０の直径寸法Ｄ_１を有する大径部は第１の継手部１２の突部１４に圧入される。
【００１３】
以上のように接合された継手構造１に対して、矢印Ｐ１で示す水平方向への引張荷重を与えたときに、継手構造１の接合面Ｓ_１は、第１の部材１０の板厚中心線Ｃ_１と第２の部材２０の板厚中心線Ｃ_２と同一平面にあるので、接合面に回転モーメントが発生しない。
【００１４】
したがって、剥離が起こりにくく、強度の高い継手構造を得ることができる。
【００１５】
図２は、本発明の第２の実施例に係る継手構造の断面図である。第１の中空形材１１０（第１中空形材）は、平行に形成される第１及び第２の板状の部材１１１（第１板状部材），１１２（第２板状部材）と、両者を接続した第３の板状の部材１１３（第１接続板）と、からなる。
【００１６】
第２の中空形材１２０（第２中空形材）は、平行に形成される第１及び第２の板状の部材１２１（第３板状部材），１２２（第４板状部材）と、両者を接続した第３の板状の部材１２３（第２接続板）と、からなる。
【００１７】
第１の中空形材１１０の第１の部材１１１の端部は第２の部材１１２の端部よりも第２の中空形材１２０側に突出して、第２の中空形材１２０の第１の部材１２１の端部に突き合せられている。第２の中空形材１２０の第１の部材１２１の端部は第２の部材１２２の端部よりも第１の中空形材１１０側に突出して、第１の中空形材１１０の第１の部材１１１の端部に突き合せられている。突き合せ部は第２の部材１１２，１２２側から摩擦攪拌接合して接合部Ｓ _３を構成している。
【００１８】
第１の中空形材１１０の第２の部材１１２と第３の部材１１３との接続部に凹んだ第１の継手部１１４（第１継手部）を有する。第２の中空形材１２０は、第２の部材１２２と第３の部材１２３との接続部に凹んだ第２の継手部１２４（第２継手部）を有する。
【００１９】
第１及び第２の継手部１１４，１２４の上面（重ね面、接合面）は、板状の第２の部材１１２の板厚の中心線Ｃ_１，Ｃ_２の延長上に形成される。
【００２０】
第１の継手部１１４と第２の継手部１２４は開口部を隔てて互いに離れており、この開口部を覆う第３部材１３０（接合板）が両継手部１１４，１２４の間に載置され、摩擦攪拌接合により第１の継手構造１０１と、第２の継手構造１０２が形成される。
【００２１】
第３の部材１３０は、板状の部材であって、両端部に段付の第１及び第２の継手部１３２（第３継手部），１３６（第４継手部）が形成されている。第１及び第２の継手部１３２，１３６の段差寸法は、板状部１３１の板厚の寸法Ｔ_３の半分の寸法に設定される。両端の第１及び第２の継手部１３２，１３６の間の板状部１３１は凹んでいる。すなわち、継手部１３２，１３６の重ね面（接合面）は、板厚Ｔ_３の中心線Ｃ_３やＣ_１Ｃ_１，Ｃ_２の延長線上に位置している。
【００２２】
第１及び第２の継手部１３２，１３６の上面には、突部１３４，１３８が設けられている。
【００２３】
第１の部材１１１，１２１を摩擦攪拌接合で接合した後、第１及び第２の継手部１１４，１２４の上に第３の部材１３０を載置し、摩擦攪拌接合用回転工具５０を第１の継手部１３２に圧入して、第１の継手部に摩擦攪拌接合を施して第１の継手構造１０１を形成する。
【００２４】
同様に、第２の継手部１３６に摩擦攪拌接合を施して、第２の継手構造１０２を形成する。
【００２５】
この継手構造は以上のように形成されるので、第１の中空形材１１０と第３の部材１３０の接合面Ｓ_１は、両部材の板厚中心線と同一平面を形成する。したがって、水平方向の引張荷重に対して、高い強度を持つ。同様に第２の中空形材１２０と第３の部材１３０の接合面Ｓ_２も、両部材の板厚中心線と同一平面を形成し、引張応力に対して、高い強度を持つ。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように、２つの部材を重ね合わせて接合面を形成し、この接合面に対して、垂直な方向から摩擦攪拌接合用回転工具を挿入し、接合面を摩擦攪拌接合して継手構造を形成する際に、接合面が２つの部材の板厚中心線と同一の平面になるように、各部材の接合部を加工したものである。
【００２７】
したがって、継手構造に接合面に平行な引張応力が加えられたときにも、接合面に回転モーメントが発生しない。よって、強度の高い継手構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１摩擦攪拌接合用継手構造
１０第１の部材
１２第１の継手部
１４突部
２０第２の部材
２２第２の継手部
５０摩擦攪拌接合用回転工具

Claims

第１板状部材と、第１板状部材に実質的に平行な第２板状部材と、両者を接続する第１接続板と、からなる第１中空形材と、
第３板状部材と、第３板状部材に実質的に平行な第４板状部材と、両者を接続する第２接続板と、からなる第２中空形材と、
前記第１中空形材の前記第２板状部材の端部と前記第２中空形材の前記第４板状部材の端部とに接続した接合板とを備え、
前記第１中空形材の前記第１板状部材の端部は該第１中空形材の前記第２板状部材の端部よりも前記第２中空形材側に突出しており、前記第２中空形材の前記第３板状部材の端部は該第２中空形材の前記第４板状部材の端部よりも前記第１中空形材側に突出しており、
前記第１中空形材の前記第１板状部材の端部は前記第２中空形材の前記第３板状部材の端部に突き合わせて接合されており、
第１中空形材の前記第２板状部材と前記第１接続板との接続部に、第１継手部が形成されており、第２中空形材の前記第４板状部材と前記第２接続板との接続部に、第２継手部が形成されており、
前記接合板は、当該接合板をなす板状部の両端部に、第３継手部と第４継手部とを備えており、
前記第１中空形材の第１継手部に前記接合板の第３継手部を前記接合板の板厚方向に重ね合わせており、かつ、前記第２中空形材の第２継手部に前記接合板の第４継手部を前記接合板の板厚方向に重ね合わせており、前記第１継手部と前記第３継手部との重ね合せ部および前記第２継手部と第４継手部との重ね合せ部を、それぞれの重ね合わせた面に対して垂直方向から摩擦攪拌接合用回転工具を挿入して摩擦攪拌接合しており、
前記第１中空形材の第１継手部と前記接合板の前記第３継手部との接合面および前記第２中空形材の第２継手部と前記接合板の前記第４継手部との接合面は、第１中空形材の前記第１継手部および第２中空形材の前記第２継手部を前記第１中空形材の第２板状部材及び前記第２中空形材の第４板状部材の板厚の半分の高さに凹ませて形成すると共に、前記接合板は第３継手部と第４継手部との間の板状部が前記第１板状部材と第３板状部材との接合部側へ凹んでおり、当該凹みは前記接合板の板状部の板厚の半分の寸法に形成されていることにより、
前記第１中空形材の前記第２板状部材の板厚の中心線Ｃ _１と前記第２中空形材の前記第４板状部材の板厚の中心線Ｃ _２と前記接合板の板厚の中心線Ｃ _３の延長線上に位置していること、
を特徴とする構造体。