摩擦攪拌接合方法及摩擦攪拌接合用構件的製作方法
2023-05-09 17:19:41
專利名稱：摩擦攪拌接合方法及摩擦攪拌接合用構件的製作方法
技術領域：
本發明涉及摩擦攪拌接合方法，特別適合於構成鐵路車輛的中空型材的接合。
對於摩擦攪拌接合，為了將旋轉工具插入想要接合的構件中，需要比較大的力。該力分別作用在旋轉工具、想要接合的構件及支撐該構件的支架上。因此，這些部件需要具有支持前述力的強度。
在摩擦攪拌中空型材的情況下，將連接中空型材的兩個面板的連接板的部分作為與另一個中空型材的摩擦攪拌接合的位置。它利用前述連接板支持前述的力，一面防止中空型材變形，一面進行摩擦攪拌接合。不言而喻，支架也必須有支持該力的強度。這公開於前述日本特開2000-334580號公報(EP1057574A2)中。
此外，也有時把想要接合的構件置於旋轉工具的兩個大直徑部分之間進行摩擦攪拌接合。藉此，可使支架成本降低。這公開在前述日本特許第2712838號公報(USP5460317)中。
如前所述，如果把想要接合的構件置於旋轉工具的兩個大的直徑部分之間進行摩擦攪拌接合的話，可降低支架的成本。如果用於中空型材的接合，可降低中空型材的成本。
然而，在這種方法中，即使把想要接合的構件載置在支架上，也不能用支架支持想要接合的部分。因此會發生各種問題。
想要接合的構件有時會比規定的位置(旋轉工具的大直徑部分的位置)靠上或靠下。如果想要接合的構件位於規定位置的上方，則構件的上面部分被上方的大直徑部分切割掉。如果想要接合的構件位於比規定位置靠下方的部位，則構件的下面部分被下方的大直徑部分切割掉。因此，構件的板厚變薄，造成強度不足。從而，考慮到這種切削的餘量必須加厚接合部分的板厚，結果是造成重量的增加。
當切削麵位於車身的外面上時，會造成外觀上的問題，在塗漆時，為了使其平滑，必須使用大量的油膩子。此外，對於容器，在需要平滑的面時，也會出現同樣的問題。
在想要接合的構件的厚度部分加厚時，殘留切削凹陷，會產生同樣的問題。
本發明的第二目的是，在摩擦攪拌接合長板的情況下，能夠容易地進行摩擦攪拌接合。
本發明的第三目的是，在進行摩擦攪拌的場合，能夠正確地引導旋轉工具進行良好的摩擦攪拌接合。
上述目的可以通過以下方式來達到，即，將第一板的端部與第二板的端部對接，在進行前述對接時，前述第一板的端部或第二板的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面上具有凸出部，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部分之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動。
上述目的可以通過以下方式達到，即，分別使第一中空型材的兩個面板與第二中空型材的兩個面板對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的各個前述面板的端部、或者前述第二中空型材的各個前述面板的端部、或者兩者，在前述對接的部分的兩面具有凸出部，相對於前述中空型材的一個面的前述對接的部分或者相對於兩面的前述對接的部分，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動。
上述目的，可以通過如下方式達到，即，將第一中空型材的一個面板與第二中空型材的一個面板對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的前述面板的端部、或前述第二中空型材的前述面板的端部、或者兩者，在前述對接的部分的兩面上具有凸出部，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部分的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部分之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動，然後，在前述第一中空型材的另一個面板與前述第二中空型材的另一個面板上分別重疊連接材料的同時進行對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的前述另一個面板的端部、或者前述連接材料的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面具有凸出部，另外，在進行前述對接時，前述第二中空型材的前述另一個面板的端部或前述連接材料的端部或者兩者，在前述對接部分的兩面上具有凸出部，相對於前述第一中空型材與前述連接材料的前述對接的部分，或者，相對於前述第一中空型材與前述連接材料的前述對接部分以及前述第二中空型材與前述連接材料的前述對接部分，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部分之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動。
上述第二目的通過以下方式達到，即，將第一中空型材的一個面板與第二中空型材的一個面板對接，從前述對接部分的另一個面板側進行摩擦攪拌接合，然後，將比前述第一中空型材及前述第二中空型材短的多個連接材料、沿前述第一中空型材及前述第二中空型材重疊到前述第一中空型材的另一個面板及前述第二中空型材的另一個面板上，然後，在將前述第一中空型材和前述連接材料接合起來的同時，將前述第二中空型材與前述連接材料進行摩擦攪拌接合。
上述第三目的通過具有如下特徵的摩擦攪拌方法來達到，即，將第一板的端部與第二板的端部對接，在進行前述對接時，前述第一板的端部或第二板的端部或者兩者，在前述對接部分的一個面上具有凸出部，在該凸出部上具有第二凸出部，一面檢測前述第二凸出部一面引導插入到前述對接部分中的旋轉工具。
圖1.是本發明的一個實施例的一對中空型材的縱向剖面圖。
圖2.是圖1中的一對中空型材的接頭的部分放大縱剖面圖。
圖3.是圖1的中空型材接合時的主要部分的縱剖面圖。
圖4.是圖1的中空型材接合後的主要部分的縱剖面圖。
圖5.是圖1的旋轉工具的分解縱剖面圖。
圖6.是鐵路車輛的車身的透視圖。
圖7.是本發明的另外的實施例的主要部分的縱剖面圖。
圖8.是本發明的另外的實施例的主要部分的縱剖面圖。
圖9.是本發明的另外一個實施例的一對中空型材的縱剖面圖。
圖10.是圖9的主要部分的縱剖面圖。
圖11.是本發明的另外一個實施例的主要部分的縱剖面圖。
圖12.是本發明的另外一個實施例的主要部分的縱剖面圖。
具體實施例方式
用圖1～圖6說明本發明的一個實施例。圖3是沿著旋轉工具的軸心的剖視圖。圖4是沿中空型材的厚度方向的剖視圖。在圖4是示意地表示用接合部的形狀和陰影線表示的摩擦攪拌區域的圖示。
鐵路車輛的車身500由構成側面的側車體501構成車頂的頂部車身502，構成車輛底板的支架503以及構成長度方向的端部的端部車身504組成。側車身501，頂部車身502，支架503分別將多個擠壓型材10、20接合起來構成。使擠壓型材10、20的長度方向(擠壓方向)指向車身500的長度方向。擠壓型材10、20為鋁合金制的中空型材。
下面對構成側車體501是中空型材10、20的結構進行說明。其它部位的中空型材與此相同。
中空型材10(20)由實質上平行的兩個面板11(21)、12(22)以及連接該兩個面板的多個連接板13(23)構成。連接板13(23)相對面11(21)、12(22)傾斜。即，由面板11(21)、12(22)、連接板13(23)構成桁架。此外，包括面板11(21)相對於面板12(22)傾斜的場合被稱為「實質上平行」。
中空型材10(20)的寬度方向的端部由比連接板13(23)與面板11、12(21、22)的連接部更加突出的面板11b、12b(21b、22b)形成。面板11b、12b(21b、22b)的外面與面板11、12(21、22)的外面位於同一平面上。面板11b、21b的板厚比面板11、21的板厚更厚。
在面板11b、12b(21b、22b)的端部的兩面(厚度方向的兩面)上有凸出部15、16(25、26)。而且，在面部11b、12b的端面上有凹部18。而在另一個中空型材20的面板21b、22b的端面上，具有可插入到前述凹部18內的凸出部28。為了易於將凸出部28插入到凹部18內，凹部18及凸出部28為梯形形狀。凹部18和凸出部28實質上是相似形。在插入時，凹部18的底面與凸出部28的前端之間具有一定的間隙。兩個凹部18、18的深度等的大小相同。凸出部28、28的突出量大小是相同的。
凹部18及凸出部28的上部及下部的一部分可以設在凸出部15、16、25、26的厚度的範圍內。因此，即使面板11b、12b、21b、22b的板厚較薄也可以設置足夠大的凹部18、凸出部28。
所謂凹部18的底面是指凹部深度方向的底面，它是與凸出部28的頂部(前端)相對的面。凹部18、凸出部28除了是梯形外也可以是圓弧形。
在凹部18與凸出部28相互配合的狀態下，將該部分摩擦攪拌接合。中空型材10的面板11b、12b(21b、22b)的各個端面17(27)位於和面板11b、12b的面正交的線上(沿中空型材的厚度方向的線上)。兩個端面17(27)實質上位於一條線上。凹部18的底面及凸出部28的前端實質上與面板11b、12b正交。
從中空型材10的端部的連接板13到另一個中空型材的連接板23的面板11b、21b的長度，比構成另一部分桁架的面板11、21的長度長。因此，面板11b、21b的板厚稍厚。
由於面板12b、22b的長度短，所以從型材10、20的製作方面考慮，也可以使面板12b、22b的上面側的整個範圍處於凸出部16、26的高度的位置處。
連接面板12b、22b的凸出部16、25的頂部與面板12b、22b的內面的線，連接面板11b、21b的凸出部15、25、16、26的頂部與面板11b、21b的線為圓弧狀。該圓弧最好儘可能的大。但是，連接面板12b、22b的凸出部15、25的頂部與面板12b、22b的外面的線與面板12b、22b正交。圓弧的圓弧面不向外側突出。
其它部位處的凸出部在摩擦攪拌接合後不進行切削。當把這種中空型材用作像車身這種強度要求高的構件時，如果連接凸出部的頂部與面板的線為正交線，會局部地將負載加在凸出部的根部，使強度下降。因此用圓弧狀的線進行連接。也可以用斜面代替圓弧。
此外，如後面所述，由於面板外面側的凸出部15、25是光學傳感器的檢測對象，所以為了能夠進行檢測，最好使凸出部的頂部與圓弧的連接部為直線狀。
旋轉工具50在小直徑部51的軸向的兩側具有大直徑部53、54。在把想要接合的部分夾持在兩個大直徑部53、54之間的狀態下，使旋轉工具50旋轉，並沿中空型材的長度方向(接合線)移動，進行摩擦攪拌接合。在小直徑部51的外面具有螺釘。在旋轉工具50的上端具有進行旋轉和移動的驅動裝置。
旋轉工具50的構件，由具有大直徑部53及小直徑部51等的構件以及前端的大直徑部54用的構件構成。具有大直徑部53的構件，從上端側起，具有外徑為圓形的大直徑部53、圓形的小直徑部51、以及設置大直徑部54的構件54b用的小直徑的軸部51c。在軸部51c上具有固定構件54b用的銷孔57。
相當於大直徑部54的構件，其外徑為圓形，具有配合到軸51c上的孔54c及銷孔58。大直徑部53、54靠近小直徑部51側的端面，如圖5所示，具有傾斜的凹入部分。該凹入部用於將被攪拌的金屬壓入內側，防止向外部流出。
這樣，在製作成部件之後，將相當於大直徑部54的構件配合到軸51c上，將定位銷59配合到銷孔57、58上，將大直徑部54固定。
小直徑部5 1的長度(從大直徑部53的端面到大直徑部54的端面的距離)L大於面板11b、21b(12b、22b)的板厚(除凸出部15、16、25、26之外)t。但是，L比包含凸出部15、16、25、26在內的面板11b、21b(12b、22b)的板厚小。由於上面的面板11b、21b的板厚與下面的面板12b、22b的板厚不同，所以在上面用的旋轉工具50與下面用的旋轉工具50中小直徑部51的長度L各異。大直徑部53、54各自的直徑D小於將凸出部15、25、凸出部16、26加起來的寬度W。
下面說明兩個中空型材的接合步驟。將兩個中空型材10、20載置於支架100上，將另一個中空型材20的面板21b、22b對接到中空型材10的面板11b、12b上。藉此，將面板21b、22b的凸出部28嵌入面板11b、12b的凹部18內。在這種狀態下將中空型材10、20固定在支架100上。將下面的面板12b、22b的凸出部15、25嵌入到支架100的凹部101內。同時，將上面的面板11b、21b的凸出部15、25進行間斷式地電弧焊接。這是用於暫時固定用的焊接。
在這種狀態下，首先將中空型材10、20的上面的面板11b、21b進行摩擦攪拌接合。從長度方向的端面使旋轉工具50一面旋轉一面將其移動到中空型材10、20一側，使想要接合的部分(面板11b、21b的對接部)進入兩個大直徑部53、54之間(小直徑部51)。通過旋轉工具50的移動，使想要接合的部分相互接合。
在進行摩擦攪拌接合時，使旋轉工具50的軸心位於凹部18的深度的中心。這樣，即使在凹部18的深度大時以及對接部的間隙大時，凹部18、凸出部28以及對接部也能夠充分地摩擦攪拌接合。
用設在旋轉工具50的移動方向的前方的光學傳感器檢測出凸出部15、25，對旋轉工具50進行引導。即，光學傳感器檢測出由凸出部15、25構成的寬度W，使旋轉工具50的中心與凹部18的深度的中心相一致。當檢測出寬度時，就檢測出由凸出部15、25構成的一個凸出部的寬度方向的兩端的位置。同時，光學傳感器檢測出凸出部的上面或者凸出部附近的面板的上面，求出接合部的高度位置，確定旋轉工具50的垂直方向的位置。藉此，使旋轉工具50的大直徑部53、54夾持面板的兩面的凸出部。
如眾所周知的那樣，在摩擦攪拌接合時，在旋轉工具50的移動方向上，旋轉工具50的軸心向後方傾斜。旋轉工具50的軸心，其下部的大直徑54側比上部的大直徑部53側位於更靠近移動方向的前方的位置處。
在摩擦攪拌接合時，上部的大直徑部53的後端位於凸出部15、25內。所謂大直徑部53的後端位於凸出部15、25內的位置處指的是，大直徑部53的後端位於除凸出部15、25之外的面板11b、21b的外面(上面)與凸出部15、25的頂部之間的位置處。
另一方面，下部的大直徑部54的前端位於凸出部16、26內。所謂大直徑部54的前端位於凸出部16、26內指的是大直徑部54的前端位於除凸出部16、26之外的面板11b、21b的外面(上面)與凸出部15、25的頂部之間的位置處。
因此，在圖4所示的接合部的上下面上，產生比凸出部15、25、16、26的頂部下凹的接合部的面。上部接合部的面，以大直徑部53的後端的位置作為基準。下部接合部的面以大直徑部的前端的位置作為基準。但是，在大直徑部54的後端，金屬稍稍隆起。圖4是示意地表示接合後的斷面的圖示。
通過上述方式，接合部的面比面板11b、21b的上下面更靠近外側，面板11b、21b的厚度不會變薄。即，在旋轉工具50的移動方向上，即使面板11b、21b、12b、22b沿上下方面稍有彎曲，只是大直徑部53、54相對於凸出部15、16、25、26的深度有所不同，不必分別對面板11b、21b、12b、22b本身進行切削。從而，不會減薄板厚。同時，不必嚴格控制旋轉工具50相對於面板的位置，可以容易地進行摩擦攪拌接合。此外，在外觀設計上及功能上也不會引起什麼問題。
當面板11b、21b側的接合完畢時，將中空型材10、20的上下進行反轉，使面板11、21處於下方，並將其固定在支架100上，進行面板12b、22b的對接部的暫時焊接固定。然後，和前面所述的一樣，進行面板12b、22b的對接部的摩擦攪拌接合。
然後，對成為車身外側的面板(例如12b、22b)的凸出部15、25進行切削，使接合部與面板12b、22b處於同一平面。由於接合部的外面位於面板12b、22b與凸出部15、25的頂部之間，所以，通過切削可使之與面板12b、22b處於同一平面上。這種切削，例如可以通過手動操作移動砂輪來進行。由於凸出部15、25的頂部與面板12b、22b以正交的線相互連接，所以，與用圓弧形的方式連接凸出部15、25與面板12b、22b的情況相比，可減少切削量。
由於車身的內面側用裝飾板覆蓋，所以內面側的面板11b、21b的凸出部15、25沒有必要為了外觀而進行切削。
在摩擦攪拌接合中，應該接合的部分的間隙(例如，凹部18與凸出部28之間的間隙、端面17與端面27之間的間隙)，以凸出部15、25、16、26的金屬作為原始材料，將間隙覆蓋。餘下的金屬從大直徑部53、54的周圍飛散。由於車身500的長度約為20m，所以前述間隙容易產生。
車身500其長度大約20m，面板11b、12b、21b、22b大多沿中空型材10、20的厚度方向有一定的變形。但是，由於兩個面板11b、21b(12b、22b)藉助凹部18與凸出部28相互鑲嵌配合，所以不會造成應該接合的部分的面板11b(12b)的端部的高度位置與面板21b(22b)的端部的高度位置不同的高低錯位。一旦產生這種高低錯位，就容易在接合部內生成空隙。因此，藉助這種鑲嵌配合可以形成缺陷少的摩擦攪拌接合。
在間隙摩擦攪拌接合時，由於兩個面板被夾持在大直徑部53、54之間，在接合面板11b、21b一側時，不會產生把旋轉工具50插入到面板12、22一側的力。因此，即使在接合部沒有支撐板，也可以進行不會使中空型材變形的接合。
如果在大直徑部53的下端的外周設置切削用刀刃，可以在進行攪拌接合的同時，對前述刀刃上方的凸出部15、25以及接合部進行切削。至少可以將由摩擦攪拌接合產生的毛刺切削掉。令由於旋轉工具50的旋轉引起的前述刀刃的旋轉直徑大於兩個凸出部15、25的寬度W。切削之後，凸出部15、26仍然殘留下來。這樣，上部接合部的面與凸出部15、25實質上處於同一個平面上。但是，由於在旋轉工具上設置刀刃，所以如圖4中所示的接合面為圓弧狀，切削麵為圓弧狀。藉此，可使接合後的中空型材輕量化。這公開在前述日本特開2001-047262號公報(EP1057575A2)中。此外，如果相對於面板12b、22b的凸出部15、25切削的話，可以使此後切削成直到面板12b、22b處於同一個平面上的作業更加容易。
也可以在大直徑部54上設置切削刀刃。刀刃的位置處於大直徑部54的上端的下方。由於大直徑部54相對於凸出部16、26的傾斜方向與大直徑部53相對於凸出部15、25的傾斜方向相反，所以位於垂直方向的刀刃的位置在接合前處於不切削凸出部16、26的位置處。為了切削由於摩擦攪拌接合產生的毛刺，切削凸出部16、26的頂部的下方。由於旋轉工具50是傾斜的，可以把大直徑部54稱作在旋轉工具的移動方向上的前方側的大直徑部。由於這種切削產生的的切屑和由於摩擦攪拌接合產生的切屑藉助從中空部的一端噴出的空氣排出。
在上述實施例中，在中空型材10的面板11b、12b上分別設置凹部18，在另一個中空型材20的面板21b、22b上設置凸出部28。但也可以在面板11b、22b上設置凹部18，在面板12b、21b上設置凸出部28。
下面說明圖7的實施例。在用前述光學傳感器35檢測的凸出部15、25的上面(頂面)上設置第二凸出部31、32。第二凸出部31、32的高度約1mm。兩個凸出部31、32合起來的寬度W2約為15mm。光學傳感器35檢測出第二凸出部31、32，引導旋轉工具50。通過摩擦攪拌接合將第二凸出部31、32除掉。
為了高精度地檢測出凸出部的寬度及高度的位置，必須使從光學傳感器35到凸出部31、32的距離H2在該傳感器的規定值以下(實質上在焦點距離以下)。由於設置第二凸出部31、32，可以縮小其寬度W2，使距離H2處於規定的範圍內，可以進行高精度的檢測。因此，可以加大凸出部15、25的寬度W。其原因是，在凹部18的深度大時、以及希望接合部的寬度大時、以及在具有兩個大直徑部53、54的旋轉工具50等情況下，希望加大凸出部15、25的寬度W。由於當寬度W大時，必須加大從傳感器到凸出部的距離H2，所以不能使該距離H2處於規定值以下，不能進行高精度的位置檢測。但是，當具有第二凸出部31、32時，就可以進行高精度的檢測。此外，也可以只在一個凸出部(15或25)上設置第二凸出部。
下面說明圖8的實施例。在面板11b、12b的端部沒有凸出部，實質上是板狀的。在中空型材20的面板21b、22b的端部的兩個面上具有凸出部25b、26b。凸出部25b、26b向面板21b、22b的厚度方向突出，沿面板21b、22b進一步從面板的端面突出。這種突出的部分稱之為突出片25c、26c。在兩個突出片25c、26c之間構成面板11b(12b)的插入凹部。凹部的寬度及面板11b、12b的前端的形狀分別為，容易把面板11b、12b插入到凹部的寬度及梯形的形狀。該凹部的深度也比圖2所示的情況深。
包括突出片25c、26c的凸出部25b、26b的寬度與前述寬度W相同。旋轉工具50的中心位於凹部的底面上。實質上，把凹部的底面設置在包含突出片25c、26c在內的凸出部25b、26b的寬度的中心處。凹部的底面及面板11b、12b的端面實質上與面板正交。凸出部25b、26b的高度與凸出部15、16、25、26相同。
雖然也可以沒有突出片25c、26c，但通過設置這些突出片可以獲得良好的接合。
也可以在面板11b、22b上設置凹部，在面板21b、12b上設置凸出部。
下面說明圖9和圖10的實施例。這是將中空型材從一方的兩側將中空型材的兩個面接合起來的實施例。將面板12b的端部與面板22b的端部對接，鑲嵌配合。面板12b、22b的端部結構與圖2相同。面板12b(22b)比上面的面板11b(21b)更向端部側突出。面板11b與面板2 1b通過連接材料40相結合。連接材料40在板41的兩端上設置凸出部。
面板11b的端部的上面沒有凸出部。在下面設有凸出部16b。在連接材料40的一端的上面具有凸出部42。凸出部42向上方突出，沿板41比板41的端面更向面板11b側突出。凸出部42的突出片42c搭載(重疊)到面板11b上。在連接材料40的一端的下面具有凸出部43。面板11b與凸出部16b的端面對接到板41與凸出部43的端面上。
將旋轉工具50的中心置於包含突出片42c的凸出部42的寬度的中心上。因此，可以說將旋轉工具50的中心置於面板11b、凸出部16b、板41、凸出部43的端面(對接部的面)上。包含突出片42c的凸出部42的寬度大於大直徑部53的直徑。面板11b、凸出部16b、板41、凸出部43的端面實質上與面板11b、板41正交。凸出部16b、42、43的高度與凸出部15、16、25、26的高度相同。
在連接材料40的另一端的上下面上具有凸出部45、46。在凸出部45、46的端部上具有沿著板41突出的突出片45c、46c。突出片45c的長度與凸出部45的寬度相同。突出片46c的長度短。突出片45c與46c之間形成凹部。板41的端面位於包含突出片45c的凸出部45的寬度的中心。在面板21b的下面上具有與突出片46c的端部對接的凸出部26d。將凸出部26d與突出片46c合起來的寬度等於凸出部46的寬度。
在這種結構中，令面板12b、22b位於下方，將中空型材10、20固定在支架100上，將對接的面板12b與面板22b暫時固定焊接。然後，用旋轉工具50從上方的面板11b、21b側(上方)摩擦攪拌接合。支架100的凹部101的大小由大直徑部54的大小來決定。
然後，將連接材料40組裝到面板11b、21b上。即，沿其寬度方向移動連接材料40，將面板21b的端部插入到突出片45c與46c之間。然後，使連接材料40的另一端下降，把突出片16c搭載在面板11b上。連接材料40的兩端支撐在面板11b、21b上，不會下落。由於下方的突出片46c的長度短，所以易於把面板2 1b插入。然後將連接材料40的兩端暫時固定焊接到面板11b、21b上。
在連接材料40上沒有肋等，在連接材料40的長度方向上容易產生沿厚度方向的彎曲。因此，這種組裝作業變得困難。因此使連接材料40的長度比中空型材10、20的長度(一般地該長度為車身的長度，所以約為20m)短得多。例如令連接材料40的長度為數米。因此，多個連接材料40沿著一組中空型材的接合線設置。沿著接合線的連接材料40與連接材料40之間用電弧焊暫時焊接起來。焊接的位置為一個連接材料40的凸出部42、42c、45、45c與另一個連接材料40的凸出部42、42c、45、45c的對接部。板41與板41的對接部沒有必要焊接。即，只在旋轉工具50的大直徑部53通過的範圍進行焊接就可以了。以對接部沒有間隙的方式進行焊接。即，使得在對接部處凸出部42、42c(45、45c)是連續的。這樣可減少對接部的接合缺陷。
然後將連接材料40與面板11b、21b的對接部摩擦攪拌接合。即可以將連接材料40的兩端同時接合，也可以先把一端接合後再連接另一端。
在接合一端之後接合另一端的場合，最初將面板11b與連接材料40的對接部接合，然後將面板21b與連接材料40的對接部接合。這樣，即使由於最初摩擦攪拌接合時的熱量，連接材料40變形，未接合部側(凸出部25b、26b側)隆起，但由於這部分是鑲嵌配合的，所以不會隆起。因此，可以將這部分很好的接合。
然後，將面板12b、22b的外面側進行平滑的切削，將該面用作車身的外面。
下面說明圖11的實施例。它表示面板11b與連接材料40之間的接頭。該實施例相對於圖8的實施例而言是上下相反的。
下面說明圖12的實施例。它表示面板11b與連接材料40之間的接頭。在面板11b的端部的上面上沒有凸出部。在下面上具有凸出部16b。在凸出部16b向下方突出，沿面板11b比面板11b的端面更向連接材料40側突出。連接材料40的一端的下面重疊在凸出部16b的突出片16c上。在連接材料40的一端的上面上具有和前述實施例相同的凸出部42。凸出部42的突出片42c重疊在面板11b上。但是，即使上下的突出片42c、16c重疊在另外的構件上，與另外的構件接觸的實質上也只是一個突出片。
即，本實施例在接頭的各個構件上設置與另外的構件重疊的凸出部。
在圖10、圖11、圖12的各實施例中，作為面板21b與連接材料40的接頭，可以適當地採用圖2、圖7的接頭。此外，面板12b與面板22b的接頭可以採用圖8的接頭。此外，作為圖1的接頭可以適當採用圖10、圖11、圖12的面板11b與連接材料40的接頭，此外可以採用圖10的面板21b和連接材料40的接頭。此外，中空型材10、20的端部的連接材料13、23可以與面板11b、12b、21b、22b正交。
上述各實施例的接頭可以作為板等各種構件的接合部的接頭使用。
本發明的技術範圍並不局限於權利要求書中各項權利要求中所使用的描述語句及解決問題的方法項目中所使用的描述語句，同時也包括從事本領域的工作人員很容易地進行替換的範圍。
根據本發明，在利用具有兩個大直徑部的旋轉工具進行攪拌接合的情況下，可以獲得良好的摩擦攪拌接合。
此外，根據本發明，在對長板進行摩擦攪拌接合的情況下，可以容易地進行摩擦攪拌接合。
同時，根據本發明，在進行摩擦攪拌時可以對旋轉工具進行正確引導，獲得良好的摩擦攪拌接合。
權利要求
1.一種摩擦攪拌接合方法，其特徵為，將第一板的端部與第二板的端部對接，在進行前述對接時，前述第一板的端部或第二板的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面具有凸出部，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動。
2.如權利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，前述第一板及前述第二板的各自的前述端部在兩面具有凸出部，將這種第一板與第二板進行前述的對接。
3.如權利要求2所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在前述第一板的前述對接的部分的端面上具有第二凸出部，在前述第二板的端面上，具有接納前述第二凸出部的凹部，在把前述第二凸出部插入到前述凹部的狀態下，對前述插入部分進行摩擦攪拌接合。
4.如權利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，前述第一板的前述端部，其兩面突出，且分別具有沿著第一板指向第二板的凸出部，前述兩面的凸出部之間構成凹部，前述第二板的前述端部插入到前述凹部中，在這種狀態下，進行摩擦攪拌接合。
5.如在權利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在進行前述對接時，在對接部，至少在第一面板的端部兩面上具有凸出部，所述兩個凸出部之間構成凹部，將前述第二板的端部插入前述凹部內，對所述的插入部分進行摩擦攪拌接合。
6.如權利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，通過前述對接形成中空狀，在前述摩擦攪拌接合後，從前述中空的一端向另一端噴射空氣。
7.如權利要求1所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，利用在前述各個大直徑部的外周上設置刀刃的旋轉工具進行摩擦攪拌接合時，切削因摩擦攪拌接合產生的毛刺。
8.一種摩擦攪拌接合方法，其特徵為，分別將第一中空型材的兩個面板與第二中空型材的兩個面板對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的各個前述面板的端部、或者在前述第二中空型材的各個前述面板的端部、或者兩者，在前述對接的部分的兩面上具有凸出部，相對於前述中空型材的一個面的前述對接的部分，或者相對於兩面的前述對接的部分，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿著對接的部分移動。
9.如權利要求8所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在進行前述對接時，在各個對接部，至少一個面板的端部的兩面具有凸出部，所述兩個凸出部之間構成凹部，另一個前述面板的端部被插入到前述凹部中，將該插入部分摩擦攪拌接合。
10.一種摩擦攪拌接合方法，其特徵為，將第一中空型材的一個面板與第二中空型材的一個面板對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的前述面板的端部或者前述第二中空型材的前述面板的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面上具有凸出部，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的前述兩個大直徑部之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動，然後，將連接材料分別重疊到前述第一中空型材的另一個面板與前述第二中空型材的另一個面板上的同時，將它們對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的前述另一個面板的端部或前述連接材料的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面上具有凸出部，此外，在進行前述對接時，前述第二中空型材的前述另一個面板的端部或前述連接材料的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩面具有凸出部，相對於前述第一中空型材與前述連接材料的前述對接的部分，或者，相對於前述第一中空型材與前述連接材料的前述對接的部分以及前述第二中空型材與前述連接材料的前述對接的部分，利用在小直徑部的兩側分別具有大直徑部的旋轉工具，在把前述兩面的前述凸出部夾持在該旋轉工具的兩個大直徑部之間的狀態下，使該旋轉工具一面旋轉一面沿前述對接的部分移動。
11.如權利要求10所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在進行前述一個面板彼此之間的對接時，在對接部，至少一個面板的端部的兩面具有凸出部，該兩個凸出部之間構成凹部，把另一個前述面板的端部插入前述凹部內，摩擦攪拌接合該插入部分。
12.如權利要求10所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在分別將前述連接材料與第一中空型材對接、以及將前述連接材料與前述第二中空型材對接時，至少在一個對接部的、前述連接材料的端部與前述另一個面板的端部的至少一個的兩面上具有凸出部，該兩個凸出部之間構成凹部，將前述連接材料的端部與前述另外的面板的端部的另外的構件插入前述凹部中，摩擦攪拌接合該插入部分。
13.如權利要求10所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，在前述連接材料分別與前述第一中空型材及前述第二中空型材對接時，在一個對接部，前述連接材料的端部與前述另一個面板的端部的至少一個的兩面上具有凸出部，該兩個凸出部之間構成凹部，前述連接材料的端部與前述另一個面板的端部的另一個構件插入前述凹部內，而另一個對接部不插入，用前述摩擦攪拌接合所述另一個對接部，然後，摩擦攪拌接合前述插入部分。
14.一種摩擦攪拌接合方法，其特徵為，將第一中空型材的一個面板與第二中空型材的一個面板對接，從另一個面板側摩擦攪拌接合前述對接的部分，然後，將比前述第一中空型材及前述第二中空型材短的多個連接材料，沿著前述第一中空型材和前述第二中空型材重疊到前述第一中空型材的另一個面板、及前述第二中空型材的另一個面板上，然後，在將前述第一中空型材與前述連接材料接合的同時，將前述第二中空型材與前述連接材料摩擦攪拌接合。
15.如權利要求14中所述的摩擦攪拌接合方法，其特徵為，將前述連接材料重疊在前述第一中空型材和前述第二中空型材上，在前述連接材料彼此之間對前述重疊部分的近旁進行焊接，然後，將前述重疊的部分摩擦攪拌接合。
16.一種摩擦攪拌接合方法，其特徵為，將第一板的端部與第二板的端部對接，在進行前述對接時，前述第一板的端部或者第二板的端部或者兩者，在前述對接的部分的一個面上具有凸出部，在該凸出部上具有第二凸出部，一面檢測前述第二凸出部，一面引導插入到前述對接的部分中的旋轉工具。
17.一種結構體，其特徵為，將兩個板的對接部進行摩擦攪拌接合，在前述摩擦攪拌接合的部分，在前述板的兩面上具有凸出部，連接前述板的一個面與所述一個前述凸出部的頂部的線相對於前述板厚度的方向實質上是正交的，連接前述板的另一個面與該另一個前述凸出部的頂部的線是圓弧狀的或者是傾斜的線。
18.一種結構體，其特徵為，第一中空型材的兩個面板與第二中空型材的兩個面板的各個對接部被摩擦攪拌接合，在各個前述摩擦攪拌接合的部分，前述面板的兩面具有凸出部。
19.一種結構件，其特徵為，第一中空型材的兩個面板與第二中空型材的兩個面板的各個對接部分被摩擦攪拌接合，在利用前述摩擦攪拌接合一個前述面板的部分，前述中空型材的外面側的前述接合的面與前述面板實質上是同一個面，在前述一個面板的前述摩擦攪拌接合的部分，在前述中空型材的內面側的面上具有凸出部，在另一個前述面板的前述摩擦攪拌接合的部分上，在該面板的兩面上具有凸出部。
20.如權利要求19所述的結構體，其特徵為，連接各個前述凸出部的頂部與各個前述面板的線是圓弧狀的或者是傾斜的線。
21.一種結構體，其特徵為，第一中空型材的第一面板與第二中空型材的第一面板的對接部是被摩擦攪拌接合的，前述第一中空型材的第二面板與前述第二中空型材的第二面板通過連接材料被摩擦攪拌接合，這種摩擦攪拌接合相對於前述第二面板與前述連接材料的對接部進行，在各個前述摩擦攪拌接合的部分，在前述面板的兩面上具有凸出部。
22.一種結構體，其特徵為，第一中空型材的第一面板與第二中空型材的第一面板的對接部是被摩擦攪拌接合的，前述第一中空型材的第二面板與前述第二中空型材的第二面板通過連接材料被摩擦攪拌接合，這種摩擦攪拌接合是對前述第二面板與前述連接材料的對接部進行的，在前述摩擦攪拌接合前述第一面板的部分，前述中空型材的外面側的前述接合面與前述第一面板實質上是同一個面，在前述摩擦攪拌接合前述第一面板的部分，在前述中空型材的內面側的面上具有凸出部，在前述第二面板的前述摩擦攪拌接合的部分，前述第一面板的兩面具有凸出部。
23.如權利要求22所述的結構體，其特徵為，連接各個前述凸出部的頂部與各個前述面板的線是圓弧狀或者是傾斜的線。
24.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在板的端部的兩面上，具有分別向該板的厚度方向突出的同時、還沿著該板的面比前述端部更加突出的凸出部，在前述兩面的凸出部之間的前述板的端面上，具有凹部，實質上在至少一個凸出部的寬度中心的附近，具有前述凹部的底面，前述端部是摩擦攪拌接合的部分。
25.如權利要求24所述的摩擦攪拌接合構件，其特徵為，前述凹部的底面實質上位於兩面的凸出部的寬度的中心附近。
26.如權利要求24所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，一個凸出部沿前述板的面突出的長度比另一個凸出部沿前述板的面突出的長度長。
27.一種摩擦攪拌接合構件，其特徵為，在板的一端的一個面上具有向該板的厚度方向突出的第一凸出部，在前述板的前述一端的另一個面上具有向該板的厚度方向突出、且沿所述另一個面比前述端部更加突出的第二凸出部，前述一端是摩擦攪拌接合的部分。
28.如權利要求27所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，前述板的前述一端的端面實質上與該板的厚度方向正交。
29.如權利要求27所述的摩擦攪拌接合用構件中，其特徵為，從前述一端的端面到另一端側的前述第一凸出部的端部的距離，與從前述一端的端面到另一端側的前述第二凸出部的端部的距離實質上相同，前述板的前述一端的端面實質上位於前述第二凸出部的寬度的中心。
30.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在板的一端的兩個面上具有分別向該板的厚度方向突出的第一凸出部，在前述板的另一端的一個面上具有向該板的厚度方向突出、且沿著該面進一步比板的另一端更加突出的第二凸出部，前述板的前述一端及另一端是摩擦攪拌接合的部分。
31.如權利要求30所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在前述板的一端的端面上具有在前述兩個面的第一凸出部的頂部之間的凹部，前述凹部的底面實質上位於前述第一凸出部的寬度的中心。
32.如權利要求30所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，前述板的前述另一端的端面實質上位於前述第二凸出部的寬度的中心。
33.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在板的一端的兩個面上具有分別向厚度方向突出的第一凸出部，在前述板的另一端的一個面上具有向該板的厚度方向突出的第二凸出部，前述板的前述一端及另一端為摩擦攪拌接合部分。
34.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在板的端部的兩個面上具有分別向該板的厚度方向突出的凸出部，連接前述板的一個面一側的凸出部的頂部與該面的線實質上與前述板正交，連接前述板的另一個面一側的凸出部的頂部與該另一個面的線是圓弧狀或者是傾斜的線，前述端部是摩擦攪拌接合的部分。
35.一種中空型材，其特徵為，它具有實質上平行的兩個面板、連接兩者的連接板、至少一個前述面板在該面板的端部的兩個面上、向該面板的厚度方向分別突出的同時、沿該面板的面從前述端部突出的凸出部，在前述兩個面的凸出部之間的前述板的端面上具有凹部，實質上在至少一個凸出部的寬度的中心附近，具有前述凹部的底面，前述端部是摩擦攪拌接合的部分。
36.如權利要求35所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，前述凹部的底面實質上位於兩個面的凸出部的寬度中心附近。
37.如權利要求35所述的摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，前述一個凸出部沿前述板的面突出的長度比前述另一個凸出部沿前述板的面突出的長度長。
38.一種中空型材，其特徵為，它具有實質上平行的兩個面板、連接兩者的連接板、至少一個前述面板在該面板的一端的一個面上、向該板的厚度方向突出的第一凸出部，在前述面板的前述一端的另一個面上具有向該板的厚度方向突出的、且沿該另一個面比前述一端更加突出的第二凸出部，前述的一端為摩擦攪拌接合的部分。
39.如權利要求38所述的中空型材，其特徵為，前述第一凸出部位於中空型材的外面側。
40.如權利要求38所述的中空型材，其特徵為，從前述面板的前述一端的端面至另一端側的前述第一凸出部的端部的距離，與從前述板的前述一端的端面到另一端側的前述第二凸出部的端部的距離實質上相同，前述面板的前述一端的端面實質上位於前述第二凸出部的寬度的中心。
41.一種中空型材，其特徵為，它具有實質上平行的兩個面板、連接兩者的連接板、在至少一個前述面板的端部的一個面上、向該板的厚度方向突出的、且沿該面進一步從該面板的端部突出的凸出部，前述端部是摩擦攪拌接合的部分。
42.如權利要求41所述的中空型材，其特徵為，前述凸出部位於中空型材的內側。
43.如權利要求41所述的中空型材，其特徵為，前述一個面板的端部實質上位於前述凸出部的寬度的中心。
44.一種中空型材，其特徵為，它具有實質上平行的兩個面板、連接兩者的連接板、在前述兩個面板的各個端部的兩面上、分別向該面板的厚度方向突出的凸出部，連接一個前述面板的外面側的凸出部的頂部與前述一個面板的外面的線實質上與前述板正交，連接另一個凸出部的頂部與另一個面的各個線為圓弧狀或傾斜的線，前述端部是摩擦攪拌接合的部分。
45.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，在板的端部具有向厚度方向突出的第一凸出部，在前述第一凸出部內具有向前述板的厚度方向突出的第二凸出部。
46.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，它由第一構件和第二構件構成，前述第一構件的端部與前述第二構件的端部對接，在進行前述對接時，前述第一板的端部或者第二板的端部或者兩者，在前述對接部分的兩個面上具有凸出部。
47.一種中空型材，其特徵為，它由第一中空型材和第二中空型材構成，前述第一中空型材的各個面板的端部與前述第二中空型材的各個面板的端部對接，在進行前述對接時，前述第一中空型材的面板的端部或者第二中空型材的面板的端部或者兩者，在前述對接的部分的兩個面上具有凸出部。
48.一種摩擦攪拌接合用構件，其特徵為，它由第一中空型材、第二中空型材以及連接材料構成，前述第一中空型材的一個面板的端部與前述第二中空型材的一個面板的端部對接，分別將前述第一中空型材的另一個面板與前述連接材料的板的一端對接、將前述第二中空型材的另一個面板與前述連接材料的另一端對接，在進行各個對接時，對接部的一個構件或另一個構件、或者兩者，在前述對接的部分的兩個面上具有凸出部。
全文摘要
一種在利用具有兩個大直徑部的旋轉工具進行摩擦攪拌接合時，獲得良好的摩擦攪拌接合的摩擦攪拌接合方法及摩擦攪拌接合用構件。將中空型材10的面板11b、12b與中空型材20的面板21b、22b對接。在對接部的面板的兩個面上具有凸出部15、16、25、26。旋轉工具50在大直徑部53與大直徑部54之間具有小直徑部51。將需要接合的部分11b、21b(12b、22b)的凸出部15、16、25、26夾持在兩個大直徑部53、54之間，進行摩擦攪拌接合。藉此，即使對接部的高度位置相對於旋轉工具的兩個大直徑部53、54不相同，也只是大直徑部相對於凸出部的深度不同，不會切削麵板11b、21b(12b、22b)。因此，不會造成面板變薄，也不會產生圖案設計上及功能上的問題。
文檔編號B61D17/04GK1403237SQ0210323
公開日2003年3月19日 申請日期2002年1月30日 優先權日2001年9月3日
發明者江角昌邦, 福寄一成, 岡村久宣 申請人:株式會社日立製作所