JP4467895B2 - ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合による中空パネルの生産方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空材を突合せ、あるいは重ね合せ、ボビンツールを用いて摩擦攪拌接合により接合し中空パネルを生産する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の技術に係る中空材を突合せて摩擦攪拌接合している状況を説明する図である。図７は、従来の技術に係るプローブ型工具を用いて中空材を摩擦攪拌接合する事例を示す図である。図８は、中空材の面板を重ね合せて摩擦攪拌接合する図である。図９は中空パネルで構成された車両の断面図である。図１０は、中空材と補強材の摩擦攪拌接合の説明図である。図１１は、摩擦攪拌接合する面板の始端部に対しボビンツールを側面から押し込んでいく摩擦攪拌接合方法を説明する図である。図１２は、摩擦攪拌接合の作業状況を説明する図である。図１３は、下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールの説明図である。
【０００３】
摩擦攪拌接合に用いる接合工具としては、プローブを用いる工具（以下「プローブ型工具」と記す）とボビンを用いる工具（以下「ボビンツール」と記す）があることが開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
図７に示すように、プローブ型工具４を用いて中空材１，２を摩擦攪拌接合する場合、プローブ型工具４を挿入した面板１ａ，２ａの裏側には、プローブ型工具４による面板１ａ，２ａへの加圧力を支えるための形状保持材５を設ける工夫がなされている（例えば特許文献２参照。）。しかしながら、車両構体のような長尺で、且つパネル厚さも比較的薄い（厚さ１０〜１２０ｍｍ程度）上下面板を有する中空材では、上下面板の間に高い剛性を必要とする形状保持材５を設置するのは、スペース的制約にもとづく困難さ、摩擦攪拌接合後に形状保持材を抜き出す作業の困難さ等の問題があり、余分な加工が必要となる。
【０００５】
その解決方法の１つとして、図６に示す、上ショルダ３ａと下ショルダ３ｂとの間に摩擦攪拌接合する面板１ａ、２ａを挟んで、面板の表裏両面を同時に加圧することにより、面板への加圧力を相殺できる形状保持材を使用しないボビンツールによる摩擦攪拌接合が考案されている（例えば特許文献３参照。）。なお、ボビンツールには回転駆動するための図示しない回転駆動装置が備えられているが、その回転駆動装置に近いショルダを上ショルダ、遠いショルダを下ショルダと称す。
【０００６】
このボビンツールにより、中空材同士、あるいは中空材とその補強材等を、突合せ、あるいは重ね合せ摩擦攪拌接合する従来のやり方を以下に説明する。尚、“中空材の接合”とは、前述のように、単なる中空材同士の突合せ、あるいは重ね合せ接合の他に、接合面に対向する側に他の部材が空間を隔てて存在する部材の突合せ、あるいは重ね合せ接合、又は、前記部材に補強材等の他の部材を突合せ、あるいは重ね合せ接合することを含む。
【０００７】
図６では、２つの中空材１、２の端部が突合され上面板１ａ、２ａがボビンツール３により摩擦攪拌接合されている。反対側の下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合は、通常は、上面の摩擦攪拌接合が終わった後、上下を反転して、同様に行われる。このように、中空材の場合は、ボビンツールを使用することがある。
【０００８】
上記は突合せ接合の例であるが、ボビンツール３による摩擦攪拌接合は図８に示すような重ね合せ接合に対しても用いることができる。図８は、中空材７、８の面板７ａ、８ａを重ね合せて摩擦攪拌接合する例を示している。
【０００９】
図９において、車両は、通常、屋根構体１０、側構体１１および床構体１２をそれぞれ摩擦攪拌接合して形成される。各構体は主に中空材で構成されるが、床構体１２のように大きな荷重のかかるものは適宜の補強材１３で補強される。
【００１０】
図１０（ａ）において、中空材１４の面板１４ａは平坦であり、平坦な面板１４ａにハット型材１３のフランジ部１３ａを重ね、両者をボビンツール３で摩擦攪拌接合する。
【００１１】
図１０（ｂ）の中空材１５では、ハット型材のフランジ１３ａの端部に接する位置に、面板１５ａに突起部１５ｂが突出して設けられており、ハット型材１３の位置決めを正確に行えるようにしている。そして、面板の突起部１５ｂとハット型材１３のフランジ１３ａの端部との突合せ線に沿ってボビンツール３を移動させることにより、突合せ接合と重ね合せ接合を同時に行う形態の摩擦攪拌接合をするものである。
【００１２】
図１０（ｃ）の中空材１６では、面板１６ａに、ハット型材１３が取り付く凹部１６ｂを設けて位置決めを正確にできるようにしている。面板の凹部１６ｂの側面とハット型材１３のフランジ１３ａの端部との突合せ線に沿ってボビンツール３を移動させることにより、突合せ接合と重ね合せ接合を同時に行う形態の摩擦攪拌接合をするのは図１０（ｂ）と同じである。
【００１３】
突合せ接合にしろ、重ね合せ接合にしろ、ボビンツール３により摩擦攪拌接合を開始するとき、図１１（ａ）に示すように、摩擦攪拌接合する面板の始端部Ｓに対しボビンツール３を側面から押し込んでいくような従来のやり方には、摩擦攪拌接合不良を起こすことがあるという問題がある。
【００１４】
図１１及び図１２おいて、矢印Ｒはボビンツールの回転方向を、矢印Ｄはボビンツールの進行方向を示す。図１２おいて、正常な摩擦攪拌接合では、ピン３ｂの進行側でピン３ｂに押しつけられている側の材料が摩擦熱で軟化し、ピン３ｂの回転に導かれて、ピン３ｂの後に一点鎖線の矢印２０のように回り込み、そこで急速に固化し接合ビードＢが形成される。即ちピン３ｂの後には固化したビードＢがあり、面板はショルダ３ａで塞がれているから、ピン３ｂの後は閉鎖された空間が形成されている。そしてこの閉鎖空間にピン３ｂの前方で軟化した材料が回り込み、そこで固化してビードが形成されるという過程が連続して行われることにより、ピン３ｂが進行しながら連続的に欠陥のない摩擦攪拌接合ができる。
【００１５】
ところが図１１（ａ）のようにボビンツール３を始端部Ｓから押し込み、図１１（ｂ）のようにピン３ｂが端部を通過した辺りまで進んだとしても、ピン３ｂの後側は開放されているから、ピン３ｂの後に回り込んだ材料は一点鎖線の矢印２１のようにピン３ｂの背後に流出してしまい、ピン３ｂの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象が生ずる。一旦このような現象が起こってしまうと、あと、ピン３ｂを押し込み続けても、いつまでもピン３ｂの後は埋まることなく、長い接合欠陥が生じてしまうことになる。
【００１６】
また、摩擦攪拌接合する面板に下ショルダの直径に相当する孔を切削し、ボビンツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う方法、及び孔を切削する代わりにエンドタブを用いる方法が開示されている（例えば特許文献４参照。）。孔を切削する場合も、孔の大きさは下ショルダの直径相当であり、ピンよりかなり大きく、上記の問題が起きる場合があることは同じである。
【００１７】
次に、接合工具として、図１３に示すような、下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールを説明する。
【００１８】
図１３（ａ）のボビンツール３０は、本体３１が、上ショルダ３１ａ、ピン３１ｂ、角軸３１ｃ、ねじ部３１ｄから構成されている。そして、取り外し可能な下ショルダ３２が角軸３１ｃ部にはめられ、ねじ部３１ｄにねじ込まれたダブルナット３３で固定するようになっている。
【００１９】
図１３（ｂ）のボビンツール３５は、本体３６の上ショルダ部３６ａの下面にねじ穴が設けられている。一方、取り外し可能な下ショルダ３７はピン３７ａと一体に形成されており、ピン３７ａの先端のねじ部３７ｂを、上ショルダ３６ａのねじ穴にねじ込むことにより組立てるようになっている。ボビンツールは従来組み立てられた後、摩擦攪拌接合する板等に装着され使用されている。
【００２０】
上記のボビンツール３０、３５は上下ショルダの距離が固定であった。しかし、車両等に使用する中空パネルを構成する中空材あるいはその補強材等はかなりの長尺であり、長さ方向に厚みの変動がある場合がある。これをショルダ間隔一定のボビンツールで摩擦攪拌接合すると、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、均質で良好な摩擦攪拌接合できないことが起きる。
【００２１】
【特許文献１】
特表平７−５０５０９０号公報（図１乃至３）
【特許文献２】
特開平１０−５２７７２号公報（段落番号［００１６］及び図１乃至７）
【特許文献３】
特開平１１−３４７７５３号公報（図１）
【特許文献４】
特開平１０−７１４７７号公報（段落番号［００１９］、［００２０］及び図２）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ボビンツールを始端部又は下ショルダの径のような大きい孔から押し込むと、ピンが始端部又は孔縁を通過した辺りまで進んだとしても、ピンの後側は開放されているから、ピンの後に回り込んだ材料はピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象が生ずることがある。
【００２３】
また、車両等の構体を構成する中空パネルを生産する場合、中空パネルを構成する中空材の上下の面板の間隔は１０〜１２０ｍｍと狭く、この間で、取り外したショルダを、ピン穴を通して中空材にセットするには、作業スペースが狭く、作業能率が著しく低下する、若しくは、スペース的に不可能な場合も起きる。エンドタブを利用する場合には中空材の始端部にエンドタブを固定または溶接するという作業が必要となる。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑み、中空材の上下面板の間隔の狭い中空材の摩擦攪拌接合を行なう場合にあっても、その始端部でボビンツールのセット作業を容易に行えるようにする。また、エンドタブを備える等の固定または溶接作業の省力化を行うことを課題とする。
【００２５】
また、ボビンツールの上下ショルダの間隔が固定であることにより発生する、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することを課題とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えるとともに、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００２７】
上面板と下面板とを有する中空材において、上面板を相互に突合せた上突合部にエンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有するエンドタブに分割されているボビンツールを組立てるため、孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設ける。下面板の始端部に張り出しがあると、ボビンツールの組立て時に張り出しと下ショルダが接触するという支障がある。エンドタブは冶具等で固定されれば良いが、溶接で上突合部に接合されることが強度上好ましい。
【００２８】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、前記上エンドタブを切断するとともに接合された複数の前記中空材を反転させ、前記中空材の反転により上方となった下突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００２９】
上面板と下面板とを有する中空材のうち、上面板を相互に突合せた上突合部に上エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する上エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の上突合部を摩擦攪拌接合により接合する。次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、既に上面板の始端部に上エンドタブが備えられているので、下面板の同じ始端部に下エンドタブを備えても、下面板の下エンドタブの下方にはボビンツールを組立てできる空間が存在しなくなる。下面板の下エンドタブの孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設けるため、上面板の上突合部の始端部に備えた上エンドタブを切除し、下面板の下突合部の始端部に下エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する下エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合する。
【００３０】
上記課題を解決するために、請求項３に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記中空材の一方の始端部の上突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記中空材の他方の始端部の下突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００３１】
上面板と下面板とを有する中空材において、上面板を相互に突合せた上突合部に上エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する上エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の上突合部を摩擦攪拌接合により接合する。次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、既に上面板の始端部に上エンドタブが備えられているので、下面板の同じ始端部の下突合部に下エンドタブを備えても、下面板の下エンドタブの下方にはボビンツールを組立てできる空間が存在しなくなる。しかしながら、上面板の上エンドタブが供えられた端部に対し、他方の端部の下面板の下突合部に下エンドタブを備えると、下面板の下エンドタブの孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設けることができる。こうしてピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する下エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合できる。
【００３２】
また、請求項１乃至３に記載のボビンツールはエンドタブに組込まれるが、ボビンツールを組込んだエンドタブを突合部の始端部に備えても、突合部の始端部に備えたエンドタブにボビンツールを組込んでも、本発明の技術的範囲であることは言うまでもない。また、孔の上方の上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合してボビンツールを形成するが、エンドタブが突合部の始端部に備えられていない場合は上下の別はない。上下の別なくボビンツールがエンドタブに組込まれて突合部に組込まれても、本発明の技術的範囲であることは言うまでもない。
【００３３】
請求項１乃至３に記載の生産方法によれば、摩擦攪拌接合時にピンの後に回り込んだ材料がピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象を抑止することができる。また、中空パネルを構成する中空材の上下の面板の間隔が狭く、ボビンツールを中空材にセットするには困難を要するか、作業スペースが少ない場合でも、摩擦攪拌接合を容易におこなうことができる。
【００３４】
上記課題を解決するために、請求項４に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、且つ、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００３５】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部にボビンツールのピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、孔の下方の下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが貫通可能な下開口部を設けることにより、孔の下側に下ショルダが取付できるスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して上突合部に前記ボビンツールを容易に組立てることができる。また、エンドタブを用いないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上面板を突合せず、上面板の重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３６】
上記課題を解決するために、請求項５に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の上面板の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記上面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な上開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の下面板の摩擦攪拌接合を行い、且つ、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００３７】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部にボビンツールのピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、孔の下方の下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設けることにより、孔の下側に下ショルダが下面板を貫通できるスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立て、上面板を摩擦攪拌接合により接合する。
【００３８】
次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。この場合、上面板の孔が設けられた端部に対し、他方の端部の下面板の下突合部にピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、その孔の下部の下になった上面の上突合部に前記下ショルダが取付可能な上開口部を設けることにより、下面板の孔の下方に下ショルダが上下移動可能な空間を設けることができる。こうして孔に分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合できる。また、エンドタブを用いないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上下面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。さらに、上開口部及び下開口部は必要に応じて設ければ良く、摩擦攪拌接合を行う前であれば何時設けても本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３９】
上記課題を解決するために、請求項６に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００４０】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部に、ピンの径より大なる上開口部を設け、上開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を上突合部より離して備えることにより、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を上開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の上面板の上突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。また、エンドタブを用いず溶接しないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。上開口部の大きさは下ショルダの径より大なる方がボビンツールの組立てに都合が良く、好ましい。
【００４１】
上記課題を解決するために、請求項７に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ピンの径より大なる下開口部を設けるとともに、前記下開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記下突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記下突合部の端部の前記下開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００４２】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部に、ピンの径より大なる上開口部を設け、上開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を上突合部より離して備えることにより、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を上開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の上面板の上突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００４３】
次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、下面板の下突合部の端部に、ピンの径より大なる下開口部を設け、下開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を下突合部より離して備え、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組み立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を下開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の下面板の下突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。また、エンドタブを用いず溶接しないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上下面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００４４】
上記課題を解決するために、請求項８に記載の本発明は、請求項１乃至７に記載の中空パネルの生産方法において、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００４５】
上記課題を解決するために、請求項９に記載の本発明は、請求項８に記載の中空パネルの生産方法において、摩擦攪拌接合時に、前記油圧シリンダで、ボビンツールの前記上ショルダ又は前記下ショルダの少なくとも一方を前記上面板または前記下面板に押しつける押付力を一定に保持することにより前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００４６】
請求項８または９に記載の方法によれば、ボビンツールの上下ショルダの距離が固定であることにより発生する、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することができる。
【００４７】
請求項１乃至９に記載の本発明に使用されるボビンツールは上ショルダと下ショルダとが分離でき、組立て可能な構造のものを使用する。エンドタブまたは上下突合部または嵌合板に設けられた孔の径は、ピン径よりも大きく開けられ、孔の径は下ショルダより小さい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に従って詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部の端部にピン穴を設け、下面板の接合部の端部を切欠いた図を示す。図２は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた図を示す。図３は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の重ね合せ部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた図である。図４は、本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合する上下面板の始端部に孔を設けたエンドタブを接合した図である。図５は、上下ショルダ間隔が可変で、且つショルダの加圧力を所定の大きさに制御できる加圧力制御式ボビンツールの構造図である。
【００４９】
（本発明の第１の実施の形態）
図１において、中空材１，２の摩擦攪拌接合する側の上面板１ａ、２ａが突合された上突合部９の端部である始端部Ｓの近傍にピン穴４０が設けてある。上下反対側の下面板１ｂ、２ｂには、前記ピン穴４０に対応する位置に下ショルダ３７より大きな適宜の範囲の切欠７０が設けてある。ピン穴４０の上に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピン３７ａを通し、ボビンツール３５を螺子でセットするとき、穴４０の下方は切欠７０が切り欠かれているから、セットの邪魔をするものはなくなっている。
【００５０】
ピン穴４０にセットされたボビンツール３５の回転移動により、中空材１，２は上突合部９に沿って摩擦攪拌接合される。ピン穴４０の径はピン３７ａの径より大きく、下ショルダの径より小さいが、できるだけピン３７ａに近い方が好ましい。切欠７０は下ショルダの取付けが可能な範囲で小さいほど好ましい。
【００５１】
また、下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合のために中空材を上下反転させた場合に、下になる上面板の１ａ、２ａの他方の端部の始端部Ｓ’に切欠７５を行なっている。また、下面板１ｂ、２ｂが突合された下突合部９’の端部である始端部Ｓ’の近傍にピン穴４０’が設けてある。これは、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’のピン穴４０’にボビンツール３５をセットして、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成したものである。
【００５２】
（本発明の第２の実施の形態）
図２において、摩擦攪拌接合する面板１ａ、２ａの始端部Ｓに予め角形の切欠７５を設ける。そして、この切欠７５にちょうど嵌め合う、面板１ａ、２ａと同じ厚さ、同じ材質の嵌合板７６を準備し、この切欠７５より離れた作業しやすい場所で、この嵌合板７６に設けたピン穴４０上方に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピンを通し、ボビンツール３５を螺子でセットする。そして、摩擦攪拌接合を施工するときに、この切欠７５に、嵌合板７６をはめ込む。嵌合板７６は切欠７５の平行部で回転を阻止されるから、ボビンツール３５を回転移動しても嵌合板７６が回転することはなく、摩擦攪拌接合することができる。嵌合板７６は一枚板で、適宜の場所でボビンツール３５をセットできるから、スペース的に邪魔されることはない。
【００５３】
図２おいては、切欠７５は図１のピン穴４０の代わりに設けられたが、本発明の第１の実施の形態と同様、図１のピン穴４０’の位置に図示しない切欠７０を設け、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’を、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成することも本発明の技術的範囲である。
【００５４】
上記は突合せ接合の場合であったが、重ね合せ接合の場合でも全く同様の方法を適用できる。図３は重ね合せ接合の始端部Ｓに切欠８２を設け、これにボビンツールをセットした嵌合板８３を嵌め合う方法を示すが、図２と異なるのは、嵌合板８３の厚さが、面板７ａと面板８ａの和（即ち、Ｔ１＋Ｔ２）になっている点である。なお、上記の重ね合せ接合は、図８の最も典型的な例で説明したが、図１０に示す種々の重ね合せ接合形態に適用できる。
【００５５】
（本発明の第３の実施の形態）
図４において、中空材１，２の摩擦攪拌接合する側の上面板１ａ、２ａが突合された上突合部９の端部である始端部にピン穴４０を有するエンドタブが設けてある。ピン穴４０の下方には板等の張り出しは存在しない。ピン穴４０の上に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピン３７ａを通し、ボビンツール３５を螺子でセットするとき、穴４０の下方は板等の張り出しが存在しないから、セットの邪魔をするものはなくなっている。
【００５６】
ピン穴４０にセットされたボビンツール３５の回転移動により、中空材１，２は上突合部９に沿って摩擦攪拌接合される。ピン穴４０の径はピン３７ａの径より大きく、下ショルダの径より小さいが、できるだけピン３７ａに近い方が好ましい。
【００５７】
また、下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合のために中空材を上下反転させた場合に、下になる上面板の１ａ、２ａの他方の端部の始端部Ｓ’にピン穴４０’を有するエンドタブ７２’が設けられている。これは、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’のピン穴４０’にボビンツール３５をセットして、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成したものである。エンドタブは面板に冶具で固定されても良く、また、溶接されても良い。
【００５８】
また、上下の同じ始端部Ｓにエンドタブを備える場合、上接合部の上エンドタブを先に備えて上接合部を摩擦攪拌接合を行った後、上エンドタブを切除すると共に中空材を反転させ、しかる後に下接合部に下エンドタブを備えて下接合部を摩擦攪拌接合することができる。
【００５９】
ボビンツールは符号３５（図１３−（ｂ）に示す形態）で記載しているが、ボビンツール３０（図１３−（ａ）に示す形態）であっても本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００６０】
（本発明の第４の実施の形態）
本発明の第１乃至３の実施の形態で説明した摩擦攪拌接合時において、中空材の接合部の板厚が変化する場合、前記ボビンツール３０、３５の上下ショルダの間隔が固定されており、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合が発生する。この不具合を解消するために使用するボビンツールを、図５に、本発明の第４の実施の形態として示す。
【００６１】
図５において、回転主軸５１にシリンダ５２がシャンク５２ａで取り付けられている。シリンダ５２の内部は円筒状の空洞となっており、ここにガイド筒５３がはまり、ボルト５４でシリンダ５２に固定されている。シリンダ５２の内部にはピストン５５が摺動可能にはめ込まれており、ピストンロッド５５ａは前記ガイド筒５３の穴に、軸方向に摺動可能にはまっている。ガイド筒５３とピストンロッド５５ａとの間には滑りキー５６があり、ガイド筒５３の回転がピストンロッド５５ａに、従ってピストン５５に伝達される。
【００６２】
ガイド筒５３には上ショルダ５７がボルト５８で取り付けられている。ピストンロッド５５ａの先はピン５５ｂになっており、ピン５５ｂはガイド筒５３および上ショルダ５７を貫通して外部に突き出している。外部に突き出したピン５５ｂの先には角軸５５ｃが設けられており、更にその先にねじ部５５ｄが設けられている。角軸５５ｃには下ショルダ５９がはまり、ダブルナット６０により固定される。
【００６３】
シリンダ５２の外側にはベアリング６２に支持された外筒６１が設けられており、図示しない機械本体に固定されている。外筒６１には油圧配管６３が接続され、図示しない油圧源から所定の圧力の圧油が供給される。供給された圧油は油穴６１ａ、油溝６１ｂを経て、シリンダ５２の油穴５２ｂからシリンダ５２の内部に導入され、この圧油によりピストン５５は上方に押し上げられる。従って、ピストン５５と一体となった下ショルダ５９が上ショルダ５７との間に面板を加圧する加圧力が働くようになる。圧油の圧力を一定に制御することにより、この加圧力を一定値に制御し、下ショルダ５９を板厚に応じて上下移動させることができる。なお、シリンダ５２に設けられた空気穴５２ｃは、ピストン５５の上部空間の空気を排出したり、逆に流入させたりするための穴である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下面板等にピンが貫通できピンの径より大きく下ショルダの径より小さい径で開けられた小さなピン穴を設けたので、前述の従来の技術に於ける摩擦攪拌接合時にピンの後に回り込んだ材料がピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象を抑止することができる。
【００６５】
また、上下面板の間隔の狭い中空材の摩擦攪拌接合を行なう場合にあっても、その始端部でボビンツールのセット作業を容易に行うことができる。
【００６６】
エンドタブを使用しない場合は、さらに、エンドタブの設置作業等の省力化ができる。
【００６７】
また、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、上面板または下面板の板厚に応じてボビンツールの上ショルダと下ショルダとの間隔を制御するようにした場合は、前述の従来の技術に於けるボビンツールの上下ショルダの距離が固定であることにより摩擦攪拌接合時に発生する、面板の厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部の端部にピン穴を設け、下面板の接合部の端部を切欠いた斜視図。
【図２】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた斜視図。
【図３】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の重ね合せ部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた斜視図。
【図４】 本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合する上下面板の始端部に孔を設けたエンドタブを接合した斜視図。
【図５】 上下ショルダ間隔が可変で、且つショルダの加圧力を所定の大きさに制御できる加圧力制御式ボビンツールの構造図。
【図６】 従来の技術に係る中空材を突合せて摩擦攪拌接合している状況を説明する図。
【図７】 従来の技術に係るプローブ型工具を用いて中空材を摩擦攪拌接合する事例を示す図。
【図８】 従来の技術に係る中空材の面板を重ね合せて摩擦攪拌接合する図。
【図９】 従来の技術に係る中空パネルで構成された車両の断面図。
【図１０】 従来の技術に係る中空材と補強材の摩擦攪拌接合の説明図。
【図１１】 従来の技術に係る摩擦攪拌接合する面板の始端部に対しボビンツールを側面から押し込んでいく摩擦攪拌接合方法の説明図。
【図１２】 従来の技術に係る摩擦攪拌接合の作業状況の説明図。
【図１３】 従来の技術に係る下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールの説明図。
【符号の説明】
１，２…中空材
１ａ、１ｂ…上面板
２ａ、２ｂ…下面板
９…上突合部
９’…下突合部
３６…ボビンツール
３６ａ…上ショルダ
３７…下ショルダ
３７ａ…ピン
４０…ピン穴
７０…切欠
７２…上エンドタブ
７２’…下エンドタブ
７５…切欠
７６…嵌合板
７２…上エンドタブ
７２’…下エンドタブ
７５…切欠
７６…嵌合板
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空材を突合せ、あるいは重ね合せ、ボビンツールを用いて摩擦攪拌接合により接合し中空パネルを生産する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の技術に係る中空材を突合せて摩擦攪拌接合している状況を説明する図である。図７は、従来の技術に係るプローブ型工具を用いて中空材を摩擦攪拌接合する事例を示す図である。図８は、中空材の面板を重ね合せて摩擦攪拌接合する図である。図９は中空パネルで構成された車両の断面図である。図１０は、中空材と補強材の摩擦攪拌接合の説明図である。図１１は、摩擦攪拌接合する面板の始端部に対しボビンツールを側面から押し込んでいく摩擦攪拌接合方法を説明する図である。図１２は、摩擦攪拌接合の作業状況を説明する図である。図１３は、下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールの説明図である。
【０００３】
摩擦攪拌接合に用いる接合工具としては、プローブを用いる工具（以下「プローブ型工具」と記す）とボビンを用いる工具（以下「ボビンツール」と記す）があることが開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
図７に示すように、プローブ型工具４を用いて中空材１，２を摩擦攪拌接合する場合、プローブ型工具４を挿入した面板１ａ，２ａの裏側には、プローブ型工具４による面板１ａ，２ａへの加圧力を支えるための形状保持材５を設ける工夫がなされている（例えば特許文献２参照。）。しかしながら、車両構体のような長尺で、且つパネル厚さも比較的薄い（厚さ１０〜１２０ｍｍ程度）上下面板を有する中空材では、上下面板の間に高い剛性を必要とする形状保持材５を設置するのは、スペース的制約にもとづく困難さ、摩擦攪拌接合後に形状保持材を抜き出す作業の困難さ等の問題があり、余分な加工が必要となる。
【０００５】
その解決方法の１つとして、図６に示す、上ショルダ３ａと下ショルダ３ｂとの間に摩擦攪拌接合する面板１ａ、２ａを挟んで、面板の表裏両面を同時に加圧することにより、面板への加圧力を相殺できる形状保持材を使用しないボビンツールによる摩擦攪拌接合が考案されている（例えば特許文献３参照。）。なお、ボビンツールには回転駆動するための図示しない回転駆動装置が備えられているが、その回転駆動装置に近いショルダを上ショルダ、遠いショルダを下ショルダと称す。
【０００６】
このボビンツールにより、中空材同士、あるいは中空材とその補強材等を、突合せ、あるいは重ね合せ摩擦攪拌接合する従来のやり方を以下に説明する。尚、“中空材の接合”とは、前述のように、単なる中空材同士の突合せ、あるいは重ね合せ接合の他に、接合面に対向する側に他の部材が空間を隔てて存在する部材の突合せ、あるいは重ね合せ接合、又は、前記部材に補強材等の他の部材を突合せ、あるいは重ね合せ接合することを含む。
【０００７】
図６では、２つの中空材１、２の端部が突合され上面板１ａ、２ａがボビンツール３により摩擦攪拌接合されている。反対側の下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合は、通常は、上面の摩擦攪拌接合が終わった後、上下を反転して、同様に行われる。このように、中空材の場合は、ボビンツールを使用することがある。
【０００８】
上記は突合せ接合の例であるが、ボビンツール３による摩擦攪拌接合は図８に示すような重ね合せ接合に対しても用いることができる。図８は、中空材７、８の面板７ａ、８ａを重ね合せて摩擦攪拌接合する例を示している。
【０００９】
図９において、車両は、通常、屋根構体１０、側構体１１および床構体１２をそれぞれ摩擦攪拌接合して形成される。各構体は主に中空材で構成されるが、床構体１２のように大きな荷重のかかるものは適宜の補強材１３で補強される。
【００１０】
図１０（ａ）において、中空材１４の面板１４ａは平坦であり、平坦な面板１４ａにハット型材１３のフランジ部１３ａを重ね、両者をボビンツール３で摩擦攪拌接合する。
【００１１】
図１０（ｂ）の中空材１５では、ハット型材のフランジ１３ａの端部に接する位置に、面板１５ａに突起部１５ｂが突出して設けられており、ハット型材１３の位置決めを正確に行えるようにしている。そして、面板の突起部１５ｂとハット型材１３のフランジ１３ａの端部との突合せ線に沿ってボビンツール３を移動させることにより、突合せ接合と重ね合せ接合を同時に行う形態の摩擦攪拌接合をするものである。
【００１２】
図１０（ｃ）の中空材１６では、面板１６ａに、ハット型材１３が取り付く凹部１６ｂを設けて位置決めを正確にできるようにしている。面板の凹部１６ｂの側面とハット型材１３のフランジ１３ａの端部との突合せ線に沿ってボビンツール３を移動させることにより、突合せ接合と重ね合せ接合を同時に行う形態の摩擦攪拌接合をするのは図１０（ｂ）と同じである。
【００１３】
突合せ接合にしろ、重ね合せ接合にしろ、ボビンツール３により摩擦攪拌接合を開始するとき、図１１（ａ）に示すように、摩擦攪拌接合する面板の始端部Ｓに対しボビンツール３を側面から押し込んでいくような従来のやり方には、摩擦攪拌接合不良を起こすことがあるという問題がある。
【００１４】
図１１及び図１２おいて、矢印Ｒはボビンツールの回転方向を、矢印Ｄはボビンツールの進行方向を示す。図１２おいて、正常な摩擦攪拌接合では、ピン３ｂの進行側でピン３ｂに押しつけられている側の材料が摩擦熱で軟化し、ピン３ｂの回転に導かれて、ピン３ｂの後に一点鎖線の矢印２０のように回り込み、そこで急速に固化し接合ビードＢが形成される。即ちピン３ｂの後には固化したビードＢがあり、面板はショルダ３ａで塞がれているから、ピン３ｂの後は閉鎖された空間が形成されている。そしてこの閉鎖空間にピン３ｂの前方で軟化した材料が回り込み、そこで固化してビードが形成されるという過程が連続して行われることにより、ピン３ｂが進行しながら連続的に欠陥のない摩擦攪拌接合ができる。
【００１５】
ところが図１１（ａ）のようにボビンツール３を始端部Ｓから押し込み、図１１（ｂ）のようにピン３ｂが端部を通過した辺りまで進んだとしても、ピン３ｂの後側は開放されているから、ピン３ｂの後に回り込んだ材料は一点鎖線の矢印２１のようにピン３ｂの背後に流出してしまい、ピン３ｂの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象が生ずる。一旦このような現象が起こってしまうと、あと、ピン３ｂを押し込み続けても、いつまでもピン３ｂの後は埋まることなく、長い接合欠陥が生じてしまうことになる。
【００１６】
また、摩擦攪拌接合する面板に下ショルダの直径に相当する孔を切削し、ボビンツールを挿入して摩擦攪拌接合を行う方法、及び孔を切削する代わりにエンドタブを用いる方法が開示されている（例えば特許文献４参照。）。孔を切削する場合も、孔の大きさは下ショルダの直径相当であり、ピンよりかなり大きく、上記の問題が起きる場合があることは同じである。
【００１７】
次に、接合工具として、図１３に示すような、下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールを説明する。
【００１８】
図１３（ａ）のボビンツール３０は、本体３１が、上ショルダ３１ａ、ピン３１ｂ、角軸３１ｃ、ねじ部３１ｄから構成されている。そして、取り外し可能な下ショルダ３２が角軸３１ｃ部にはめられ、ねじ部３１ｄにねじ込まれたダブルナット３３で固定するようになっている。
【００１９】
図１３（ｂ）のボビンツール３５は、本体３６の上ショルダ部３６ａの下面にねじ穴が設けられている。一方、取り外し可能な下ショルダ３７はピン３７ａと一体に形成されており、ピン３７ａの先端のねじ部３７ｂを、上ショルダ３６ａのねじ穴にねじ込むことにより組立てるようになっている。ボビンツールは従来組み立てられた後、摩擦攪拌接合する板等に装着され使用されている。
【００２０】
上記のボビンツール３０、３５は上下ショルダの距離が固定であった。しかし、車両等に使用する中空パネルを構成する中空材あるいはその補強材等はかなりの長尺であり、長さ方向に厚みの変動がある場合がある。これをショルダ間隔一定のボビンツールで摩擦攪拌接合すると、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、均質で良好な摩擦攪拌接合できないことが起きる。
【００２１】
【特許文献１】
特表平７−５０５０９０号公報（図１乃至３）
【特許文献２】
特開平１０−５２７７２号公報（段落番号［００１６］及び図１乃至７）
【特許文献３】
特開平１１−３４７７５３号公報（図１）
【特許文献４】
特開平１０−７１４７７号公報（段落番号［００１９］、［００２０］及び図２）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ボビンツールを始端部又は下ショルダの径のような大きい孔から押し込むと、ピンが始端部又は孔縁を通過した辺りまで進んだとしても、ピンの後側は開放されているから、ピンの後に回り込んだ材料はピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象が生ずることがある。
【００２３】
また、車両等の構体を構成する中空パネルを生産する場合、中空パネルを構成する中空材の上下の面板の間隔は１０〜１２０ｍｍと狭く、この間で、取り外したショルダを、ピン穴を通して中空材にセットするには、作業スペースが狭く、作業能率が著しく低下する、若しくは、スペース的に不可能な場合も起きる。エンドタブを利用する場合には中空材の始端部にエンドタブを固定または溶接するという作業が必要となる。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑み、中空材の上下面板の間隔の狭い中空材の摩擦攪拌接合を行なう場合にあっても、その始端部でボビンツールのセット作業を容易に行えるようにする。また、エンドタブを備える等の固定または溶接作業の省力化を行うことを課題とする。
【００２５】
また、ボビンツールの上下ショルダの間隔が固定であることにより発生する、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することを課題とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えるとともに、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００２７】
上面板と下面板とを有する中空材において、上面板を相互に突合せた上突合部にエンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有するエンドタブに分割されているボビンツールを組立てるため、孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設ける。下面板の始端部に張り出しがあると、ボビンツールの組立て時に張り出しと下ショルダが接触するという支障がある。エンドタブは冶具等で固定されれば良いが、溶接で上突合部に接合されることが強度上好ましい。
【００２８】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、前記上エンドタブを切断するとともに接合された複数の前記中空材を反転させ、前記中空材の反転により上方となった下突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００２９】
上面板と下面板とを有する中空材のうち、上面板を相互に突合せた上突合部に上エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する上エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の上突合部を摩擦攪拌接合により接合する。次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、既に上面板の始端部に上エンドタブが備えられているので、下面板の同じ始端部に下エンドタブを備えても、下面板の下エンドタブの下方にはボビンツールを組立てできる空間が存在しなくなる。下面板の下エンドタブの孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設けるため、上面板の上突合部の始端部に備えた上エンドタブを切除し、下面板の下突合部の始端部に下エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する下エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合する。
【００３０】
上記課題を解決するために、請求項３に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記中空材の一方の始端部の上突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記中空材の他方の始端部の下突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００３１】
上面板と下面板とを有する中空材において、上面板を相互に突合せた上突合部に上エンドタブを備え、ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する上エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の上突合部を摩擦攪拌接合により接合する。次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、既に上面板の始端部に上エンドタブが備えられているので、下面板の同じ始端部の下突合部に下エンドタブを備えても、下面板の下エンドタブの下方にはボビンツールを組立てできる空間が存在しなくなる。しかしながら、上面板の上エンドタブが供えられた端部に対し、他方の端部の下面板の下突合部に下エンドタブを備えると、下面板の下エンドタブの孔の下方に下ショルダが取付可能な空間を設けることができる。こうしてピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する下エンドタブに分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合できる。
【００３２】
また、請求項１乃至３に記載のボビンツールはエンドタブに組込まれるが、ボビンツールを組込んだエンドタブを突合部の始端部に備えても、突合部の始端部に備えたエンドタブにボビンツールを組込んでも、本発明の技術的範囲であることは言うまでもない。また、孔の上方の上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合してボビンツールを形成するが、エンドタブが突合部の始端部に備えられていない場合は上下の別はない。上下の別なくボビンツールがエンドタブに組込まれて突合部に組込まれても、本発明の技術的範囲であることは言うまでもない。
【００３３】
請求項１乃至３に記載の生産方法によれば、摩擦攪拌接合時にピンの後に回り込んだ材料がピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象を抑止することができる。また、中空パネルを構成する中空材の上下の面板の間隔が狭く、ボビンツールを中空材にセットするには困難を要するか、作業スペースが少ない場合でも、摩擦攪拌接合を容易におこなうことができる。
【００３４】
上記課題を解決するために、請求項４に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、且つ、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００３５】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部にボビンツールのピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、孔の下方の下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが貫通可能な下開口部を設けることにより、孔の下側に下ショルダが取付できるスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して上突合部に前記ボビンツールを容易に組立てることができる。また、エンドタブを用いないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上面板を突合せず、上面板の重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３６】
上記課題を解決するために、請求項５に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の上面板の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記上面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な上開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の下面板の摩擦攪拌接合を行い、且つ、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００３７】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部にボビンツールのピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、孔の下方の下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設けることにより、孔の下側に下ショルダが下面板を貫通できるスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立て、上面板を摩擦攪拌接合により接合する。
【００３８】
次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。この場合、上面板の孔が設けられた端部に対し、他方の端部の下面板の下突合部にピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設け、その孔の下部の下になった上面の上突合部に前記下ショルダが取付可能な上開口部を設けることにより、下面板の孔の下方に下ショルダが上下移動可能な空間を設けることができる。こうして孔に分割されているボビンツールを組立て、中空材の下突合部を摩擦攪拌接合により接合できる。また、エンドタブを用いないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上下面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。さらに、上開口部及び下開口部は必要に応じて設ければ良く、摩擦攪拌接合を行う前であれば何時設けても本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３９】
上記課題を解決するために、請求項６に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００４０】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部に、ピンの径より大なる上開口部を設け、上開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を上突合部より離して備えることにより、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を上開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の上面板の上突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。また、エンドタブを用いず溶接しないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。上開口部の大きさは下ショルダの径より大なる方がボビンツールの組立てに都合が良く、好ましい。
【００４１】
上記課題を解決するために、請求項７に記載の本発明の中空パネルの生産方法は、上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ピンの径より大なる下開口部を設けるとともに、前記下開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記下突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記下突合部の端部の前記下開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする。
【００４２】
上記方法によれば、ボビンツールを用いて中空材を摩擦攪拌接合で接合する場合に、中空材の上面板を相互に突合せて、上面板の上突合部の端部に、ピンの径より大なる上開口部を設け、上開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を上突合部より離して備えることにより、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を上開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の上面板の上突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００４３】
次に、接合された中空材を上下反転し、上面になった下面板の摩擦攪拌接合を行う。その場合、下面板の下突合部の端部に、ピンの径より大なる下開口部を設け、下開口部に嵌合しボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する嵌合板を下突合部より離して備え、孔の下側にスペースができるので、孔の上方に上ショルダを設置し、上ショルダに下方よりピンを介して下ショルダを結合して前記ボビンツールを容易に組み立てることができる。このボビンツールが組み立てられた嵌合板を下開口部に嵌合すると、ボビンツールを回転させても嵌合板が移動しないので、中空材の下面板の下突合部の摩擦攪拌接合を行うことができる。また、エンドタブを用いず溶接しないので、エンドタブを備える等の余分な作業が発生しない。中空材の上下面板を突合せず、重ね合せを行って構成しても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００４４】
上記課題を解決するために、請求項８に記載の本発明は、請求項１乃至７に記載の中空パネルの生産方法において、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００４５】
上記課題を解決するために、請求項９に記載の本発明は、請求項８に記載の中空パネルの生産方法において、摩擦攪拌接合時に、前記油圧シリンダで、ボビンツールの前記上ショルダ又は前記下ショルダの少なくとも一方を前記上面板または前記下面板に押しつける押付力を一定に保持することにより前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする。
【００４６】
請求項８または９に記載の方法によれば、ボビンツールの上下ショルダの距離が固定であることにより発生する、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することができる。
【００４７】
請求項１乃至９に記載の本発明に使用されるボビンツールは上ショルダと下ショルダとが分離でき、組立て可能な構造のものを使用する。エンドタブまたは上下突合部または嵌合板に設けられた孔の径は、ピン径よりも大きく開けられ、孔の径は下ショルダより小さい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に従って詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部の端部にピン穴を設け、下面板の接合部の端部を切欠いた図を示す。図２は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた図を示す。図３は、本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の重ね合せ部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた図である。図４は、本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合する上下面板の始端部に孔を設けたエンドタブを接合した図である。図５は、上下ショルダ間隔が可変で、且つショルダの加圧力を所定の大きさに制御できる加圧力制御式ボビンツールの構造図である。
【００４９】
（本発明の第１の実施の形態）
図１において、中空材１，２の摩擦攪拌接合する側の上面板１ａ、２ａが突合された上突合部９の端部である始端部Ｓの近傍にピン穴４０が設けてある。上下反対側の下面板１ｂ、２ｂには、前記ピン穴４０に対応する位置に下ショルダ３７より大きな適宜の範囲の切欠７０が設けてある。ピン穴４０の上に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピン３７ａを通し、ボビンツール３５を螺子でセットするとき、穴４０の下方は切欠７０が切り欠かれているから、セットの邪魔をするものはなくなっている。
【００５０】
ピン穴４０にセットされたボビンツール３５の回転移動により、中空材１，２は上突合部９に沿って摩擦攪拌接合される。ピン穴４０の径はピン３７ａの径より大きく、下ショルダの径より小さいが、できるだけピン３７ａに近い方が好ましい。切欠７０は下ショルダの取付けが可能な範囲で小さいほど好ましい。
【００５１】
また、下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合のために中空材を上下反転させた場合に、下になる上面板の１ａ、２ａの他方の端部の始端部Ｓ’に切欠７５を行なっている。また、下面板１ｂ、２ｂが突合された下突合部９’の端部である始端部Ｓ’の近傍にピン穴４０’が設けてある。これは、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’のピン穴４０’にボビンツール３５をセットして、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成したものである。
【００５２】
（本発明の第２の実施の形態）
図２において、摩擦攪拌接合する面板１ａ、２ａの始端部Ｓに予め角形の切欠７５を設ける。そして、この切欠７５にちょうど嵌め合う、面板１ａ、２ａと同じ厚さ、同じ材質の嵌合板７６を準備し、この切欠７５より離れた作業しやすい場所で、この嵌合板７６に設けたピン穴４０上方に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピンを通し、ボビンツール３５を螺子でセットする。そして、摩擦攪拌接合を施工するときに、この切欠７５に、嵌合板７６をはめ込む。嵌合板７６は切欠７５の平行部で回転を阻止されるから、ボビンツール３５を回転移動しても嵌合板７６が回転することはなく、摩擦攪拌接合することができる。嵌合板７６は一枚板で、適宜の場所でボビンツール３５をセットできるから、スペース的に邪魔されることはない。
【００５３】
図２おいては、切欠７５は図１のピン穴４０の代わりに設けられたが、本発明の第１の実施の形態と同様、図１のピン穴４０’の位置に図示しない切欠７０を設け、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’を、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成することも本発明の技術的範囲である。
【００５４】
上記は突合せ接合の場合であったが、重ね合せ接合の場合でも全く同様の方法を適用できる。図３は重ね合せ接合の始端部Ｓに切欠８２を設け、これにボビンツールをセットした嵌合板８３を嵌め合う方法を示すが、図２と異なるのは、嵌合板８３の厚さが、面板７ａと面板８ａの和（即ち、Ｔ１＋Ｔ２）になっている点である。なお、上記の重ね合せ接合は、図８の最も典型的な例で説明したが、図１０に示す種々の重ね合せ接合形態に適用できる。
【００５５】
（本発明の第３の実施の形態）
図４において、中空材１，２の摩擦攪拌接合する側の上面板１ａ、２ａが突合された上突合部９の端部である始端部にピン穴４０を有するエンドタブが設けてある。ピン穴４０の下方には板等の張り出しは存在しない。ピン穴４０の上に上ショルダ３６ａを配置し、ピン穴４０に下ショルダ３７のピン３７ａを通し、ボビンツール３５を螺子でセットするとき、穴４０の下方は板等の張り出しが存在しないから、セットの邪魔をするものはなくなっている。
【００５６】
ピン穴４０にセットされたボビンツール３５の回転移動により、中空材１，２は上突合部９に沿って摩擦攪拌接合される。ピン穴４０の径はピン３７ａの径より大きく、下ショルダの径より小さいが、できるだけピン３７ａに近い方が好ましい。
【００５７】
また、下面板１ｂ、２ｂの摩擦攪拌接合のために中空材を上下反転させた場合に、下になる上面板の１ａ、２ａの他方の端部の始端部Ｓ’にピン穴４０’を有するエンドタブ７２’が設けられている。これは、上面板１ａ、２ａの上接合部９が摩擦攪拌接合された後、中空材を上下反転させ、上になった下面板１ｂ、２ｂの下接合部９’のピン穴４０’にボビンツール３５をセットして、上接合部９と同様に摩擦攪拌接合できるように構成したものである。エンドタブは面板に冶具で固定されても良く、また、溶接されても良い。
【００５８】
また、上下の同じ始端部Ｓにエンドタブを備える場合、上接合部の上エンドタブを先に備えて上接合部を摩擦攪拌接合を行った後、上エンドタブを切除すると共に中空材を反転させ、しかる後に下接合部に下エンドタブを備えて下接合部を摩擦攪拌接合することができる。
【００５９】
ボビンツールは符号３５（図１３−（ｂ）に示す形態）で記載しているが、ボビンツール３０（図１３−（ａ）に示す形態）であっても本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００６０】
（本発明の第４の実施の形態）
本発明の第１乃至３の実施の形態で説明した摩擦攪拌接合時において、中空材の接合部の板厚が変化する場合、前記ボビンツール３０、３５の上下ショルダの間隔が固定されており、厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合が発生する。この不具合を解消するために使用するボビンツールを、図５に、本発明の第４の実施の形態として示す。
【００６１】
図５において、回転主軸５１にシリンダ５２がシャンク５２ａで取り付けられている。シリンダ５２の内部は円筒状の空洞となっており、ここにガイド筒５３がはまり、ボルト５４でシリンダ５２に固定されている。シリンダ５２の内部にはピストン５５が摺動可能にはめ込まれており、ピストンロッド５５ａは前記ガイド筒５３の穴に、軸方向に摺動可能にはまっている。ガイド筒５３とピストンロッド５５ａとの間には滑りキー５６があり、ガイド筒５３の回転がピストンロッド５５ａに、従ってピストン５５に伝達される。
【００６２】
ガイド筒５３には上ショルダ５７がボルト５８で取り付けられている。ピストンロッド５５ａの先はピン５５ｂになっており、ピン５５ｂはガイド筒５３および上ショルダ５７を貫通して外部に突き出している。外部に突き出したピン５５ｂの先には角軸５５ｃが設けられており、更にその先にねじ部５５ｄが設けられている。角軸５５ｃには下ショルダ５９がはまり、ダブルナット６０により固定される。
【００６３】
シリンダ５２の外側にはベアリング６２に支持された外筒６１が設けられており、図示しない機械本体に固定されている。外筒６１には油圧配管６３が接続され、図示しない油圧源から所定の圧力の圧油が供給される。供給された圧油は油穴６１ａ、油溝６１ｂを経て、シリンダ５２の油穴５２ｂからシリンダ５２の内部に導入され、この圧油によりピストン５５は上方に押し上げられる。従って、ピストン５５と一体となった下ショルダ５９が上ショルダ５７との間に面板を加圧する加圧力が働くようになる。圧油の圧力を一定に制御することにより、この加圧力を一定値に制御し、下ショルダ５９を板厚に応じて上下移動させることができる。なお、シリンダ５２に設けられた空気穴５２ｃは、ピストン５５の上部空間の空気を排出したり、逆に流入させたりするための穴である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下面板等にピンが貫通できピンの径より大きく下ショルダの径より小さい径で開けられた小さなピン穴を設けたので、前述の従来の技術に於ける摩擦攪拌接合時にピンの後に回り込んだ材料がピンの背後に流出してしまい、ピンの後が回り込んだ材料で埋まらないという現象を抑止することができる。
【００６５】
また、上下面板の間隔の狭い中空材の摩擦攪拌接合を行なう場合にあっても、その始端部でボビンツールのセット作業を容易に行うことができる。
【００６６】
エンドタブを使用しない場合は、さらに、エンドタブの設置作業等の省力化ができる。
【００６７】
また、摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、上面板または下面板の板厚に応じてボビンツールの上ショルダと下ショルダとの間隔を制御するようにした場合は、前述の従来の技術に於けるボビンツールの上下ショルダの距離が固定であることにより摩擦攪拌接合時に発生する、面板の厚みの薄いところではショルダによる摩擦力が小さく、熱の発生量が不足したり、逆に厚みの厚いところでは、熱が発生し過ぎて過剰に軟化したりしてしまう等、の不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部の端部にピン穴を設け、下面板の接合部の端部を切欠いた斜視図。
【図２】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の接合部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた斜視図。
【図３】 本発明の実施の形態に係る中空材の上面板の重ね合せ部を切欠き、その切欠きと嵌め合う嵌合板にピン穴を設けた斜視図。
【図４】 本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合する上下面板の始端部に孔を設けたエンドタブを接合した斜視図。
【図５】 上下ショルダ間隔が可変で、且つショルダの加圧力を所定の大きさに制御できる加圧力制御式ボビンツールの構造図。
【図６】 従来の技術に係る中空材を突合せて摩擦攪拌接合している状況を説明する図。
【図７】 従来の技術に係るプローブ型工具を用いて中空材を摩擦攪拌接合する事例を示す図。
【図８】 従来の技術に係る中空材の面板を重ね合せて摩擦攪拌接合する図。
【図９】 従来の技術に係る中空パネルで構成された車両の断面図。
【図１０】 従来の技術に係る中空材と補強材の摩擦攪拌接合の説明図。
【図１１】 従来の技術に係る摩擦攪拌接合する面板の始端部に対しボビンツールを側面から押し込んでいく摩擦攪拌接合方法の説明図。
【図１２】 従来の技術に係る摩擦攪拌接合の作業状況の説明図。
【図１３】 従来の技術に係る下ショルダが取り外し可能な構造のボビンツールの説明図。
【符号の説明】
１，２…中空材
１ａ、１ｂ…上面板
２ａ、２ｂ…下面板
９…上突合部
９’…下突合部
３６…ボビンツール
３６ａ…上ショルダ
３７…下ショルダ
３７ａ…ピン
４０…ピン穴
７０…切欠
７２…上エンドタブ
７２’…下エンドタブ
７５…切欠
７６…嵌合板
７２…上エンドタブ
７２’…下エンドタブ
７５…切欠
７６…嵌合板
Claims (9)
- 上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えるとともに、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、前記上エンドタブを切断するとともに接合された複数の前記中空材を反転させ、前記中空材の反転により上方となった下突合部の始端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記中空材の一方の始端部の上突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて上エンドタブとし、前記中空材の他方の始端部の下突合部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造のエンドタブを備えて下エンドタブとし、前記上エンドタブの孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記上突合部の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下エンドタブの前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造のエンドタブを前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記下突合部の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、且つ、
摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成されるボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
複数の前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、複数の前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記下面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な下開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の上面板の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ボビンツールの前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を設けるとともに、前記孔の下方の前記上面板に前記ボビンツールの前記下ショルダが取付可能な上開口部を設け、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合して前記ボビンツールを形成し、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の下面板の摩擦攪拌接合を行い、且つ、
摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 上ショルダとピンと下ショルダとで構成される上下分離型のボビンツールを用いて上面板と下面板とを有する複数の中空材を摩擦攪拌接合で接合する中空パネルの生産方法において、
前記上面板を相互に突合せて上突合部を構成し、前記下面板を相互に突合せて下突合部を構成し、前記上突合部の端部に前記ピンの径より大なる上開口部を設けるとともに、前記上開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記上突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記上突合部の端部の前記上開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行い、接合された複数の前記中空材を反転させ、反転により上方に位置した前記下突合部の他方の端部に前記ピンの径より大なる下開口部を設けるとともに、前記下開口部に嵌合すると共に前記ピンが貫通でき同ピンの径より大きく前記下ショルダの径より小さい径で開けられた孔を有する一体構造の嵌合板を前記下突合部より離して備え、前記孔の上方に前記上ショルダを設置し、前記上ショルダに下方より前記ピンを介して前記下ショルダを結合することにより前記一体構造の嵌合板を前記上ショルダと前記下ショルダとの間に挟み込んで前記ボビンツールを形成し、前記下突合部の端部の前記下開口部に前記ボビンツールが形成された前記嵌合板を嵌合せしめ、前記ボビンツールを回転移動させて前記中空材の摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする中空パネルの生産方法。 - 摩擦攪拌接合時に、圧油の圧力を一定に制御した油圧シリンダにより、前記上面板または前記下面板の板厚に応じて前記ボビンツールの前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする請求項１〜３、６および７のいずれか１つに記載の中空パネルの生産方法。
- 摩擦攪拌接合時に、前記油圧シリンダで、ボビンツールの前記上ショルダ又は前記下ショルダの少なくとも一方の前記上面板または前記下面板に押しつける押付力を一定に保持することにより前記上ショルダと前記下ショルダとの間隔を制御することを特徴とする請求項８に記載の中空パネルの生産方法。
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