特許 6345587 摩擦撹拌接合の継手構造及びこれを備える構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6345587

(24)【登録日】2018年6月1日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合の継手構造及びこれを備える構造物

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20180611BHJP

   B61D 17/00 20060101ALN20180611BHJP

   B61D 17/04 20060101ALN20180611BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 366

   B23K20/12 344

   B23K20/12 362

   !B61D17/00 C

   !B61D17/04

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-257717(P2014-257717)

(22)【出願日】2014年12月19日

(65)【公開番号】特開2016-117076(P2016-117076A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年6月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】和木 謙治

(72)【発明者】

【氏名】小浦 公裕

(72)【発明者】

【氏名】佐野 行拓

(72)【発明者】

【氏名】粥川 真樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 英一

(72)【発明者】

【氏名】南元 康文

(72)【発明者】

【氏名】吉田 友祐

(72)【発明者】

【氏名】西田 英人

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０９０３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２０４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２６３７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ６１Ｄ １７／００

Ｂ６１Ｄ １７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いの板面が離隔して対向するように配置された第１板部及び第２板部と、前記第１板部及び前記第２板部の対向方向に前記第１板部及び前記第２板部を連結する連結部とを有する一対の中空形材を備え、前記一対の中空形材において、前記第１板部の接合端部同士と前記第２板部の接合端部同士とをそれぞれ突き合わせてボビンツール型摩擦撹拌接合法で接合してなる継手構造であって、
前記一対の中空形材の各々は、接合相手側の前記中空形材に向かって前記連結部から突出して互いに嵌め合わされる嵌合部をさらに有し、
前記第１板部の前記接合端部同士及び前記第２板部の前記接合端部同士を接合するボビンツールが通過可能な空間を形成するために、前記一対の中空形材の前記連結部同士が互いに離隔し、かつ、前記嵌合部が前記第１板部及び前記第２板部から離隔することで、前記第１板部の前記接合端部同士の突き合わせ部分と前記嵌合部同士の嵌め合い部分との間、及び、前記第２板部の前記接合端部同士の突き合わせ部分と前記嵌合部同士の嵌め合い部分との間に、前記空間がそれぞれ形成され、
前記一対の中空形材の前記嵌合部同士が嵌め合わされることで、前記第１板部の前記接合端部同士と、前記第２板部の前記接合端部同士とが、前記対向方向に相対的に位置決めされている、摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項2】

前記一対の中空形材のうち、少なくとも一方の前記中空形材の前記嵌合部は、接合相手側の前記中空形材に向かって突出したオス型先端部を含み、少なくとも他方の前記中空形材の前記嵌合部は、接合相手側の前記中空形材の前記嵌合部の前記オス型先端部と嵌め合わされるメス型先端部を含む、請求項１に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項3】

前記オス型先端部及び前記メス型先端部は、前記一対の中空形材の突き合わせ方向に対して傾斜した傾斜面を有し、前記一対の中空形材のそれぞれの前記嵌合部は、互いの前記傾斜面が接触することにより嵌め合わされている、請求項２に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項4】

前記一対の中空形材のそれぞれの前記嵌合部は、互いに前記対向方向で逆順に並設された前記オス型先端部及び前記メス型先端部をともに含み、かつ、前記対向方向の中心から、前記対向方向における互いに逆方向に同じ距離だけずれて配置されており、
前記一対の中空形材のそれぞれの前記中空形材は、前記一対の中空形材の突き合わせ方向及び前記対向方向の両方に直交する方向から見て、互いに前記対向方向の中心を対称点として点対称となる形状を有する、請求項２または３に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項5】

前記一対の中空形材の前記嵌合部同士の嵌め合いが完了する前の状態において、前記第１板部の前記接合端部同士と、前記第２板部の前記接合端部同士とがそれぞれ接触する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項6】

前記一対の中空形材のそれぞれの前記嵌合部の先端は、前記第１板部及び前記第２板部の各接合端部の位置よりも接合相手側に近接する位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項7】

互いに突き合わされる前記接合端部同士のそれぞれの組み合わせにおいて、一方の前記接合端部は、他方の前記接合端部に向けて膨出した円弧状断面の凸状端面を有し、他方の前記接合端部は、前記凸状端面と面接触可能な円弧状断面の凹状端面を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合の継手構造。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦撹拌接合の継手構造を備える、構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦撹拌接合の継手構造及びこれを備える構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

一対の板部を各板面を対向配置させた状態で連結部で連結してなる中空形材を複数用い、各中空形材の一対の板部の端部同士を突き合わせて摩擦撹拌接合（Friction stir welding：FSW）で接合した摩擦撹拌接合体が知られている。

【0003】

摩擦撹拌接合体としては、例えば鉄道車両構体が挙げられる。鉄道車両構体では、例えば、複数の中空形材を摩擦撹拌接合し、各中空形材の一方の板部で車外に面する外板部を構成し、かつ他方の板部で車内に面する内板部を構成することにより、ダブルスキン構造が形成される。このダブルスキン構造によって、鉄道車両構体の軽量化と高剛性化とが図られる。

【0004】

摩擦撹拌接合法としては、例えば特許文献１に開示されるように、ボビンツール型摩擦撹拌接合法が挙げられる。この接合法では、例えば、２つの大径のショルダー部とその間に設けられた小径の撹拌軸（プローブ）とを有するボビンツールを用いる。一対の中空形材を突き合わせて固定した状態、または一対の中空形材を突き合わせ方向に押圧した状態で、回転させた２つのショルダー部で一対の中空形材の各板部の両面を挟み込むとともに、一対の中空形材の突き合わせ部分にボビンツールの撹拌軸を挿入する。そして、突き合わせ部分に沿ってボビンツールを一対の中空形材と相対的に移動させることにより、一対の中空形材を摩擦撹拌接合する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５５５９２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

複数の中空形材の摩擦撹拌接合を行う際には、突き合わせ部分の各板部に目違い（段違い）が発生するのを防止するため、各中空形材の正確な位置合わせが求められる。しかしながら、中空形材の重量及びサイズ等の条件によっては、位置合わせが難しいことがある。

【0007】

そこで本発明は、複数の中空形材をボビンツール型摩擦撹拌接合法で接合する場合において、中空形材同士を容易に位置合わせ可能にすることにより作業負担を軽減するとともに、中空形材同士を良好に接合可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る摩擦撹拌接合の継手構造は、互いの板面が離隔して対向するように配置された第１板部及び第２板部と、前記第１板部及び前記第２板部の対向方向に前記第１板部及び前記第２板部を連結する連結部とを有する一対の中空形材を備え、前記一対の中空形材において、前記第１板部の接合端部同士と前記第２板部の接合端部同士とをそれぞれ突き合わせてボビンツール型摩擦撹拌接合法で接合してなる継手構造であって、前記一対の中空形材の各々は、接合相手側の前記中空形材に向かって前記連結部から突出して互いに嵌め合わされる嵌合部をさらに有し、前記第１板部の前記接合端部同士及び前記第２板部の前記接合端部同士を接合するボビンツールが通過可能な空間を形成するために、前記一対の中空形材の前記連結部同士が互いに離隔し、かつ、前記嵌合部が前記第１板部及び前記第２板部から離隔することで、前記第１板部の前記接合端部同士の突き合わせ部分と前記嵌合部同士の嵌め合い部分との間、及び、前記第２板部の前記接合端部同士の突き合わせ部分と前記嵌合部同士の嵌め合い部分との間に、前記空間がそれぞれ形成され、前記一対の中空形材の前記嵌合部同士が嵌め合わされることで、前記第１板部の前記接合端部同士と、前記第２板部の前記接合端部同士とが、前記対向方向に相対的に位置決めされている。

【0009】

上記構成によれば、一対の中空形材の連結部同士を互いに離隔し、かつ、嵌合部を第１板部及び第２板部から離隔させて、第１板部及び第２板部の間にボビンツールを通過可能な空間を形成することで、一対の中空形材の第１板部の接合端部同士及び第２板部の接合端部同士を、ボビンツールを用いてそれぞれ摩擦撹拌接合できる。また、一対の中空形材の各連結部に嵌合部を設け、この嵌合部同士を嵌め合わせることで、一対の中空形材を摩擦撹拌接合する際に、第１板部の接合端部同士と第２板部の接合端部同士とを対向方向に相対的に位置決めするのが容易になる。また、一対の中空形材の嵌合部同士を嵌め合わせることで一対の中空形材がずれにくくなるので、摩擦撹拌接合中に振動や衝撃が各中空形材に伝わっても、第１板部及び第２板部の接合端部同士の位置ずれを防止できる。よって、ボビンツール型摩擦撹拌接合法により一対の中空形材を接合可能にするとともに、作業負担を軽減しながら摩擦撹拌接合を適切に行える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、複数の中空形材をボビンツール型摩擦撹拌接合法で接合する場合において、中空形材同士を容易に位置合わせ可能にすることにより作業負担を軽減するとともに、中空形材同士を良好に接合可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る鉄道車両構体の部分的な断面斜視図である。

【図2】図１の側構体を構成する各中空形材の継手構造を示す部分的な断面図である。

【図3】図２の継手構造の製造手順を説明する断面図である。（ａ）は、第１工程、（ｂ）は、第２工程、（ｃ）は、第３工程をそれぞれ示す図である。

【図4】図３（ａ）の一対の中空形材がずれて接近する様子を示す断面図である。

【図5】第１実施形態の変形例１に係る各中空形材の継手構造を示す部分的な断面図である。

【図6】第２実施形態に係る中空形材を示す断面図である。

【図7】第２実施形態に係る各中空形材の継手構造を示す部分的な断面図である。

【図8】第２実施形態の変形例１に係る各中空形材の継手構造を示す部分的な断面図である。

【図9】第３実施形態に係る各中空形材の継手構造を示す断面図である。

【図10】第４実施形態に係る各中空形材の継手構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態及び変形例について、各図を参照して説明する。以下の説明において、「突き合わせ方向」とは、一対の中空形材を摩擦撹拌接合する際に、接合される接合端部同士を互いに接近させる方向を指す。また、「対向方向」とは、各中空形材の内部の間隙Ｇにおいて、第１板部及び第２板部の対向する各板面に垂直な方向を指す。

【0013】

（第１実施形態）
［鉄道車両構体］
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両構体１の部分的な断面斜視図である。図２は、図１の側構体３を構成する中空形材５〜８の継手構造１００、１０１を示す部分的な断面図である。図１に示す鉄道車両構体１は、摩擦撹拌接合の継手構造を備える構造物の一例であって、水平に配置された台枠（床構体）２と、車両の幅方向の両側で上下方向に延びるように配置された側構体３と、各側構体３の上方で各側構体３と連結するように配置された屋根構体４とを備える。

【0014】

台枠２は、車外に面する下板部２ａと、車内に面する上板部２ｂと、下板部２ａと上板部２ｂとを各板面で連結する連結部２ｃとを有する。各側構体３は、車外に面する外側板部３ａと、車内に面する内側板部３ｂと、外側板部３ａと内側板部３ｂとを各板面で連結する連結部３ｃとを有する。屋根構体４は、車外に面する外板部４ａと、車内に面する内板部４ｂと、外板部４ａと内板部４ｂとを各板面で連結する連結部４ｃとを有する。台枠２、側構体３及び屋根構体４は、２枚の板部２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂが間隙Ｇをおいてそれぞれ対向配置されてなるダブルスキン構造を有する。台枠２、側構体３及び屋根構体４の各々は、車両の長手方向に延びる複数の中空形材が摩擦撹拌接合されて構成される。

【0015】

側構体３は、中空形材５〜９を有する。中空形材５〜８の各々は、車両の長手方向に延び、かつ板面の輪郭が略長方形状の長尺部材である。中空形材５は、車両の窓に相当する位置に開口３ｄを有する。中空形材６〜８は、中空形材５から下方に順に配置される。中空形材６、７は、同一の構成を有する。中空形材８は、側構体３の下端部に配置される。中空形材９は、中空形材５を挟んで中空形材６の位置とは反対側の位置に配置される。中空形材６〜９は、平坦な表面を有する。

【0016】

［中空形材］
中空形材５〜９の基本構造は、ほぼ同一であるので、中空形材６の構成を主に説明する。図２に示すように、中空形材６は、第１板部６ａ、第２板部６ｂ、連結部６ｃ、６ｄ及び嵌合部６ｅ、６ｆを有する。第１板部６ａ及び第２板部６ｂの各々は、車両の長手方向に延びる長方形状でかつ同一の板厚の板面を有する。第１板部６ａ及び第２板部６ｂは、一例として、互いの板面が略平行に対向された状態で、間隙Ｇをおいて配置される。第１板部６ａは、中空形材７に向かう方向に接合端部６ａ１を有し、中空形材５に向かう方向に接合端部６ａ２を有する。第２板部６ｂは、中空形材７に向かう方向に接合端部６ｂ１を有し、中空形材５に向かう方向に接合端部６ｂ２を有する。接合端部６ａ２、６ｂ２の端面は、対向方向に延びる直線Ｙ１上に位置する。接合端部６ａ１、６ｂ１の端面は、対向方向に延びる直線Ｙ２上に位置する。各接合端部６ａ１、６ｂ１、６ａ２、６ｂ２は、突き合わせ方向に垂直な端面を有する。中空形材６は、一例として、押出成形により製造される。

【0017】

連結部６ｃ、６ｄは、車両の長手方向に延びる板状部である。連結部６ｃ、６ｄは、第１板部６ａ及び第２板部６ｂに直交するように配置されて第１板部６ａ及び第２板部６ｂを連結する。連結部６ｃ、６ｄは、間隙Ｇにおいて、接合端部６ａ１、６ｂ１及び接合端部６ａ２、６ｂ２よりも中空形材６の内部側の位置に配置される。

【0018】

嵌合部６ｅ、６ｆは、連結部６ｃ、６ｄに設けられ、突き合わせ方向に向けて突出する。嵌合部６ｅ、６ｆは、連結部６ｃ、６ｄの対向方向の各中央部Ｒ１、Ｒ２を通る中央線Ｘに沿って、互いに逆方向に突出する。嵌合部６ｅは、中空形材７に向けて突出し、嵌合部６ｆは、中空形材５に向けて突出する。嵌合部６ｆの突出方向の先端には、突き合わせ方向に延びるクサビ状のオス型先端部６ｈが形成される。嵌合部６ｅの突出方向の先端には、２つに分岐して突き合わせ方向に延びるメス型先端部６ｇが形成される。メス型先端部６ｇの内部には、突き合わせ方向に開放された内部空間Ｓ１が形成される。

【0019】

オス型先端部６ｈ及びメス型先端部６ｇは、中央線Ｘの延びる方向に対して傾斜する傾斜面６ｈ１、６ｇ１を有する。オス型先端部６ｈ及びメス型先端部６ｇは、傾斜面６ｈ１、６ｇ１において、接合相手側の中空形材５、７の各嵌合部の先端部とそれぞれ接触する。オス型先端部６ｈの先端は、直線Ｙ１と重なる接合端部６ａ２、６ｂ２の位置よりも、中空形材５に近接する位置に配置される。また、メス型先端部６ｇの先端は、直線Ｙ２と重なる接合端部６ａ１、６ｂ１の位置よりも、中空形材７に近接する位置に配置される。

【0020】

中空形材５は、第１板部５ａ、第２板部５ｂ、不図示の連結部及び嵌合部５ｅを有する。嵌合部５ｅの先端には、メス型先端部５ｇが形成される。中空形材７は、中空形材６と同一の構造、形状及びサイズを有し、第１板部７ａ、第２板部７ｂ、連結部７ｃ、７ｄ及び嵌合部７ｅ、７ｆを有する。嵌合部７ｆの先端には、オス型先端部７ｈが形成される。嵌合部７ｅの先端には、メス型先端部７ｇが形成される。中空形材８は、第１板部８ａ、第２板部８ｂ、連結部８ｄ及び嵌合部８ｆを有する。嵌合部８ｆの先端には、オス型先端部８ｈが形成される。

【0021】

中空形材６では、内部空間Ｓ１に中空形材７のオス型先端部７ｈが挿入されることにより、メス型先端部６ｇがオス型先端部７ｈと嵌め合わされる。また、オス型先端部６ｈが中空形材５のメス型先端部５ｇの内部空間Ｓ１に挿入されることにより、オス型先端部６ｈがメス型先端部５ｇと嵌め合わされる。オス型先端部６ｈが傾斜面６ｈ１においてメス型先端部５ｇと接触する接触領域は、直線Ｙ１と部分的に重なる。また、メス型先端部６ｇが傾斜面６ｇ１においてオス型先端部７ｈと接触する接触領域は、直線Ｙ２と部分的に重なる。

【0022】

側構体３では、中空形材５〜８の内で隣接する一対の中空形材において、互いの嵌合部同士（５ｅ及び６ｆ、６ｅ及び７ｆ、７ｅ及び８ｆ）がそれぞれの先端部同士（５ｇ及び６ｈ、６ｇ及び７ｈ、７ｇ及び８ｈ）を接触させて嵌め合わされる。このように、前記嵌合部同士が嵌め合わされた状態で、一対の中空形材における一方の中空形材の各接合端部が他方の中空形材の各接合端部に突き合わされ、各接合端部同士（５ａ１及び６ａ２、５ｂ１及び６ｂ２、６ａ１及び７ａ２、６ｂ１及び７ｂ２、７ａ１及び８ａ２、７ｂ１及び８ｂ２）がボビンツール型摩擦撹拌接合で接合される。これにより、側構体３では、中空形材５〜９を備える複数の継手構造１００、１０１が形成される。

【0023】

［摩擦撹拌接合工程］
以下、一例として一対の中空形材６、７の摩擦撹拌接合工程を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、図２の継手構造１００，１０１の製造手順を説明する断面図である。図３（ａ）は、第１工程、図３（ｂ）は、第２工程、図３（ｃ）は、第３工程をそれぞれ示す図である。図４は、図３（ａ）の一対の中空形材６、７がずれて接近する様子を示す断面図である。

【0024】

まず、第１工程として、嵌合部６ｅ、７ｆを中央線Ｘに沿って移動させながら一対の中空形材６、７を接近させ、かつ接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とを接近させる。また、オス型先端部７ｈがメス型先端部６ｇの内部空間Ｓ１に挿入されるように、嵌合部６ｅと嵌合部７ｆとを接近させる（図３（ａ））。中空形材６、７では、嵌合部６ｅ、７ｆの両方が突出しており、嵌合部６ｅ、７ｆの各先端が、接合端部６ａ１、６ｂ１、７ａ２、７ｂ２の位置よりも接合相手側の中空形材に近接する位置に配置される。従って、突き合わせようとする中空形材６、７の間隙を通じて、外部から嵌合部６ｅ、７ｆの各位置を確認し易く、オス型先端部７ｈ及びメス型先端部６ｇを容易に位置合わせできる。

【0025】

次に、第２工程として、メス型先端部６ｇの内部空間Ｓ１にオス型先端部７ｈを挿入する（図３（ｂ））。内部空間Ｓ１にオス型先端部７ｈが挿入され始めると、メス型先端部６ｇ及びオス型先端部７ｈの互いの傾斜面６ｇ１、７ｅ１が接触する。これにより、オス型先端部７ｈは、メス型先端部６ｇにガイドされながら、メス型先端部６ｇに対して相対的に内部空間Ｓ１内を進み、メス型先端部６ｇに嵌合され始める。図４に示すように、中空形材６の中央線Ｘ１と中空形材７の中央線Ｘ２とが若干ずれて、中空形材６の接合端部６ａ１，６ｂ１と中空形材７の接合端部７ａ２，７ｂ２とが板部６ａ，６ｂ，７ａ，７ｎの板厚方向に若干ずれていても、オス型先端部７ｈの一部をメス型先端部６ｇの内部空間Ｓ１に挿入するだけで、メス型先端部６ｇに対するオス型先端部７ｈの相対的な進行方向をメス型先端部６ｇの傾斜面６ｇ１でガイドして適切な進行方向に修正し、メス型先端部６ｇ内の正しい位置にオス型先端部７ｈを嵌め合わせることができる。よって、大掛かりな治具等を用いなくても中空形材６、７を横方向から突き合わせて押圧するだけで正確に位置合わせでき、中空形材６、７を位置合わせする作業負担を軽減できる。また、オス型先端部７ｈをメス型先端部６ｇに挿入することで、嵌合部６ｅ、７ｆを迅速に嵌め合わせることができる。なお、第２工程の実施直後は、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とがそれぞれ接触しているが、嵌合部６ｅ、７ｆは、まだ完全には嵌め合わされていない。このように、嵌合部６ｅ、７ｆ同士の嵌め合いが完了する前の状態において、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とがそれぞれ接触する。

【0026】

次に、第３工程として、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とを接触させた状態で、中空形材６、７を突き合わせ方向にさらに押圧する。この作業は、例えば中空形材６、７を万力等のツールを用いて突き合わせ方向に押圧することで実施できる。これにより、オス型先端部７ｈの先端をメス型先端部６ｇの内部空間Ｓ１に相対的にさらに挿入し、嵌合部６ｅ、７ｆを完全に嵌め合わせる（図３（ｃ））。嵌合部６ｅ、７ｆの嵌め合いが完了する際には、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とが強く押圧され、高い密着度で密着する。これにより、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とが対向方向で相対的に強く位置決めされて、位置ずれの発生が抑制される。なお、第３工程では、上記のように中空形材６、７を突き合わせ方向に押圧する以外に、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とを接触させた状態で、中空形材６、７を固定することもできる。このように中空形材６、７を固定することで、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２との位置ずれの発生を抑制できる。

【0027】

次に、二つの大径のショルダー部１０、１１と、その間に設けられた小径の撹拌軸１２とを有するボビンツールを用意する。上記のように嵌合部６ｅ、７ｆを完全に嵌め合わせ、かつ中空形材６、７を突き合わせ方向に押圧した状態、または、上記のように嵌合部６ｅ、７ｆを完全に嵌め合わせて中空形材６、７を固定した状態で、回転させた２つのショルダー部１０、１１で、第１板部６ａ、７ａの両面を挟み込む。これとともに、中空形材６、７の突き合わせ部分に撹拌軸１２を挿入する。その後、接合端部６ａ１、７ａ２の突き合わせ部分に沿って、ボビンツールを中空形材６、７と相対的に移動させ、摩擦撹拌接合を行う。同様の手法で、接触させた接合端部６ｂ１、７ｂ２についても摩擦撹拌接合を行う。ここで、突き合わせた中空形材６、７の内部では、連結部６ｃと連結部７ｄとが互いに離隔し、連結部６ｃと連結部７ｄとの間に空間Ｓ２、Ｓ３が形成される。空間Ｓ２は、接合端部６ａ１、７ａ２の突き合わせ部分と、嵌合部６ｅ、７ｆの嵌め合い部分との間に形成される。空間Ｓ３は、接合端部６ｂ１、７ｂ２の突き合わせ部分と、嵌合部６ｅ、７ｆの嵌め合い部分との間に形成される。空間Ｓ２、Ｓ３は、中空形材６、７の内部に配置されるボビンツールのショルダー部１１の突き合わせ方向の寸法（幅）及び対向方向の寸法（高さ）よりも十分に広く形成されているので、ショルダー部１１が突き合わせ方向及び対向方向で中空形材６、７と干渉するのが防止される。従って、ボビンツールの第２ショルダー部１１を空間Ｓ２、Ｓ３にそれぞれ挿通させることで、摩擦撹拌接合を良好に実施できる。

【0028】

摩擦撹拌接合を行う際には、嵌合部６ｅ、７ｆ同士が嵌め合わされる。さらに、上記のように中空形材６、７の接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とが突き合わせ方向に強く押圧され、または、中空形材６、７が固定されることにより、振動や衝撃がボビンツールから中空形材６、７に伝わっても、中空形材６、７はずれにくい。従って、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２との対向方向における相対的な位置関係を保持しながら、中空形材６、７を適切に接合できる。また、嵌合部６ｅ、７ｆが対向方向の中央を通る中央線Ｘに沿って嵌め合わされることで、中空形材６、７が第１板部６ａ、７ａ及び第２板部６ｂ、７ｂの対向方向の各中央を基準位置として位置合わせされるので、中空形材６、７の対向方向の各幅が公差等のずれを生じていても、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２との各々における位置ずれの発生が最小限に抑制される。

【0029】

上記のように摩擦撹拌接合を行うことで継手構造１００、１０１が形成され、中空形材６、７が接合される。嵌合部６ｅ、７ｆ同士の嵌め合いが完了した状態で、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２とを密着させながら接合することにより、接合端部６ａ１、７ａ２と接合端部６ｂ１、７ｂ２との間に巣またはボイドが発生するのを防止した継手構造１００、１０１が形成される。なお、中空形材６、７の摩擦撹拌接合工程について説明したが、中空形材５、６と、中空形材７、８との各摩擦撹拌接合工程も、上記した第１〜第３工程と同様の各工程を経ることで実施できる。

【0030】

［変形例１］
図５は、第１実施形態の変形例１に係る各中空形材１６〜１８の継手構造を示す部分的な断面図である。第１実施形態との違いとして、中空形材１６〜１８では、第１板部１６ａ〜１８ａ及び第２板部１６ｂ〜１８ｂの対向方向の各中央を通る中央線Ｘに対してずれた位置に嵌合部１６ｅ、１７ｅ、１７ｆ、１８ｆが配置される。中空形材１７では、連結部１７ｄに対し、中央部Ｒ３から一定距離Ｄ１をおいて第１板部１７ａに近接する位置に嵌合部１７ｆが設けられ、連結部１７ｃに対し、中央部Ｒ４から一定距離Ｄ１をおいて第２板部１７ｂに近接する位置に嵌合部１７ｅが設けられる。中空形材１６の嵌合部１６ｅと、中空形材１８の嵌合部１８ｆとは、連結部１６ｃ、１８ｄに対し、嵌合部１７ｆ、１７ｅと嵌合可能な位置にそれぞれ設けられる。以下、本発明の別の実施形態及び変形例について、第１実施形態との差異を中心に説明する。

【0031】

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る中空形材２６を示す断面図である。図７は、第２実施形態に係る各中空形材２５〜２８の継手構造１０２、１０３を示す部分的な断面図である。中空形材２５〜２８は、同一の構造、形状及びサイズを有するので、主に中空形材２６について説明する。中空形材２６は、第１板部２６ａ及び第２板部２６ｂと、第１板部２６ａ及び第２板部２６ｂを対向方向に連結する連結部２６ｃ、２６ｄと、連結部２６ｃ、２６ｄに設けられた嵌合部２６ｅ、２６ｆとを有する。

【0032】

図６に示すように、嵌合部２６ｅ、２６ｆは、連結部２６ｃ、２６ｄから突き合わせ方向に突出し、かつ、対向方向に並設された２本のクサビ状の突出部２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌを有する。嵌合部２６ｆでは、第２板部２６ｂに近接する突出部２６ｊが、オス型先端部２６ｍとして機能し、２本の突出部２６ｉ、２６ｊの向かい合った各斜面部２６ｉ１、２６ｊ１が、メス型先端部２６ｎとして機能する。嵌合部２６ｅでは、第１板部２６ａに近接する突出部２６ｋが、オス型先端部２６ｏとして機能するとともに、２本の突出部２６ｋ、２６ｌの向かい合った各斜面部２６ｋ１、２６ｌ１が、メス型先端部２６ｐとして機能する。このように嵌合部２６ｅ、２６ｆは、対向方向で逆順に並設されたオス型先端部２６ｍ、２６ｏ及びメス型先端部２６ｎ、２６ｐをともに含んでいる。嵌合部２６ｅ、２６ｆは、同一の構造、形状及びサイズを有し、嵌合部２６ｅ、２６ｆの各先端は、接合端部２６ａ１、２６ａ２、２６ｂ１、２６ｂ２よりも接合相手側の中空形材に近接する位置に配置される。

【0033】

嵌合部２６ｅ、２６ｆの各々は、第１板部２６ａ及び第２板部２６ｂの対向方向の中心（中央部Ｒ５、Ｒ６）から、対向方向に沿って互いに逆方向に同じ距離Ｄ２だけずれて配置される。対向方向における嵌合部２６ｆの中央部Ｑ１は、連結部２６ｄの中央部Ｒ５から一定距離Ｄ２をおいて、第１板部２６ａに近接する位置に設けられる。対向方向における嵌合部２６ｅの中央部Ｑ２は、連結部２６ｃの中央部Ｒ６から一定距離Ｄ２をおいて、第２板部２６ｂに近接する位置に設けられる。

【0034】

接合端部２６ａ２、２６ｂ１は、接合相手側の接合端部に向けて円弧状断面の凸状端面を有する。接合端部２６ａ１、２６ｂ２は、接合相手側の接合端部の凸状端面と面接触可能な円弧状断面の凹状端面を有する。図６に示すように、中空形材２６は、その断面方向において、中心Ｐを対称点とする点対称の形状を有する。なお、ここでいう「円弧」とは、半円周分の円弧（１８０°円弧）のみに限定されず、半円周分よりも短い長さの円弧も含む。

【0035】

図７に示すように、中空形材２５は、第１板部２５ａ、第２板部２５ｂ、連結部２５ｃ及び嵌合部２５ｅを有する。中空形材２７は、第１板部２７ａ、第２板部２７ｂ、連結部２７ｃ、２７ｄ及び嵌合部２７ｅ、２７ｆを有する。中空形材２８は、第１板部２８ａ、第２板部２８ｂ、連結部２８ｄ及び嵌合部２８ｆを有する。嵌合部２５ｅ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆは、嵌合部２６ｅ、２６ｆと同一の構造、形状及びサイズを有する。連結部２５ｃ、２７ｃに対する嵌合部２５ｅ、２７ｅの各位置は、連結部２６ｃに対する嵌合部２６ｅの位置と同じ位置に設定され、連結部２７ｄ、２８ｄに対する嵌合部２７ｆ、２８ｆの各位置は、連結部２６ｄに対する嵌合部２６ｆの位置と同じ位置に設定される。中空形材２５、２７、２８の接合端部２５ａ１、２７ａ１、２７ｂ２、２８ｂ２の各端面は、接合端部２６ａ１、２６ｂ２の凹状端面と同じ円弧状断面の凹状端面である。中空形材２５、２７の接合端部２５ｂ１、２７ａ２、２７ｂ１、２８ａ２の各端面は、接合端部２６ａ２、２６ｂ１の凸状端面と同じ円弧状断面の凸状端面である。これにより、接合端部２５ｂ１、２６ａ２、２６ｂ１、２７ａ２、２７ｂ１、２８ａ２の凸状端面と、接合端部２５ａ１、２６ａ１、２６ｂ２、２７ａ１、２７ｂ２、２８ｂ２の凹状端面とを面接触させた状態で、中空形材２５〜２８が摩擦撹拌接合される。

【0036】

嵌合部２６ｆのオス型先端部２６ｍが嵌合部２５ｅのメス型先端部に挿入され、嵌合部２５ｅのオス型先端部が嵌合部２６ｆのメス型先端部２６ｎに挿入されることにより、嵌合部２５ｅ、２６ｆが嵌め合わされる。また、嵌合部２６ｅのオス型先端部２６ｏが嵌合部２７ｆのメス型先端部に挿入され、嵌合部２７ｆのオス型先端部が嵌合部２６ｅのメス型先端部２６ｐに挿入されることにより、嵌合部２６ｅ、２７ｆが嵌め合わされる。嵌合部２７ｅ、２８ｆは、嵌合部２５ｅ、２６ｆ及び嵌合部２６ｅ、２７ｆと同様に嵌め合わされる。

【0037】

第２実施形態では、中空形材２５〜２８の嵌合部２５ｅ、２６ｅ、２６ｆ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆが、オス型先端部及びメス型先端部をともに有し、接合相手側の嵌合部と広い接触面積で接触しながら嵌め合わされる。このため、中空形材２５〜２８の摩擦撹拌接合時には、上記各接合端部の位置ずれがより一層防止され、目違いの発生が高度に抑制された継手構造１０２、１０３を形成できる。また、オス型先端部とメス型先端部をともに有する構造で嵌合部２５ｅ、２６ｅ、２６ｆ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆを形成することで、互いに嵌合可能な嵌合部を簡素な構造で実現できるので、中空形材２５〜２８の製造効率の向上と、中空形材２５〜２８の接合効率の向上とを図れる。また、中空形材２５〜２８では、互いに突き合わされる前記各接合端部同士のそれぞれの組み合わせにおいて、一方の接合端部２５ｂ１、２６ａ２、２６ｂ１、２７ａ２、２７ｂ１、２８ａ２の凸状端面を、他方の接合端部２５ａ１、２６ａ１、２６ｂ２、２７ａ１、２７ｂ２、２８ｂ２の凹状端面に嵌まり込むように面接触させることで、突き合わされた上記各接合端部同士がずれにくくなる。このため、中空形材２５〜２８を良好に摩擦撹拌接合できる。

【0038】

なお、第２実施形態では、各嵌合部２５ｅ、２６ｅ、２６ｆ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆは、その根元部分において、対向方向にある程度の厚みを有する。このため、嵌合部２５ｅ、２６ｅ、２６ｆ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆにおいて、例えば、各嵌合部同士の嵌め合い時に接合相手側の嵌合部と接触しない部分の厚みを、これ以外の部分に比べて薄くしてもよい。これにより、中空形材２５〜２８の軽量化を図ることができる。

【0039】

［変形例１］
図８は、第２実施形態の変形例に係る各中空形材３５〜３８の継手構造１０４、１０５を示す部分的な断面図である。第２実施形態との違いとして、中空形材３５〜３８の第１板部３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａの各接合端部３５ａ１、３６ａ１、３６ａ２、３７ａ１、３７ａ２、３８ａ２の端面と、第２板部３５ｂ、３６ｂ、３７ｂ、３８ｂの各接合端部３５ｂ１、３６ｂ１、３６ｂ２、３７ｂ１、３７ｂ２、３８ｂ２の端面とが、突き合わせ方向に対して傾斜した傾斜面として形成される。これにより、中空形材３５〜３８で突き合わされる上記各接合端部は、互いの傾斜面において面接触する。従って、摩擦撹拌接合を行う際には、上記各接合端部が対向方向に位置ずれを生じるのが防止され、継手構造１０４、１０５における目違いの発生を抑制できる。

【0040】

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る各中空形材４６、４７の継手構造１０６、１０７を示す断面図である。第１実施形態との違いとして、中空形材４６は、嵌合部として、オス型先端部を有する嵌合部４６ｅのみを有する。中空形材４７は、嵌合部として、メス型先端部を有する嵌合部４７ｆのみを有する。嵌合部４６ｅは嵌合部６ｅと同一構造であり、嵌合部４７ｆは嵌合部７ｆと同一の構造である。中空形材４６の連結部４６ｄは、それぞれ第１板部４６ａ及び第２板部４６ｂの端部４６ａ２、４６ｂ２を連結する。中空形材４７の連結部４７ｃは、第１板部４７ａ及び第２板部４７ｂの端部４７ａ２、４７ｂ２を連結する。中空形材４６、４７では、嵌合部４６ｅ、４７ｆが嵌め合わされた状態で、接合端部４６ａ１、４７ａ１及び接合端部４６ｂ１、４７ｂ１がそれぞれ摩擦撹拌接合される。これにより、中空形材４６、４７を備える継手構造１０６、１０７が形成される。

【0041】

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る各中空形材５６、５７の継手構造１０８、１０９を示す断面図である。第３実施形態との違いとして、中空形材５６、５７は、実施形態２の嵌合部２６ｅ、２７ｆと同一構成の嵌合部５６ｅ、５７ｆを有する。連結部５６ｃ、５７ｄに対する嵌合部５６ｅ、５７ｆの各位置は、第２実施形態の連結部２６ｃ、２７ｄに対する嵌合部２６ｅ、２７ｆの位置と同様である。

【0042】

中空形材５６、５７では、中空形材５６の第１板部５６ａ及び第２板部５６ｂの対向方向において、嵌め合い状態にある嵌合部５６ｅ、５７ｆの中央部Ｒ７の位置が、間隙Ｇの中心Ｇ１の位置と一致している。これにより、中空形材５６、５７は、その突き合わせ方向及び対向方向の両方に直交する方向（図１０の紙面に垂直な方向）から見て、中心Ｇ１を対称点とする互いに点対称の形状を有する。このように、中空形材５６、５７は、同一の構造、形状及びサイズを有するように構成される。

【0043】

これにより第４実施形態では、同一の２つの中空形材を一対の中空形材５６、５７として用いることができるので、中空形材５６、５７の製造コストの低減を図れる。具体的に、中空形材５６、５７を押出成形により製造する際には、１つの同じ型を用いて中空形材５６、５７を製造できる。

【0044】

（その他）
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成を他の実施形態に適用してもよい。

【0045】

また、上記各実施形態及び上記各変形例において、摩擦撹拌接合される中空形材の第１板部及び第２板部の形状は、平板状に限定されず、曲板状であってもよい。また、対向方向における複数の連結部の長さは、同一でなくてもよい。この場合、例えば、中空形材の突き合わせ方向の両端に位置する２つの連結部の対向方向における長さを互いに異ならせることにより、中空形材の突き合わせ方向及び対向方向の両方に直交する方向から見た断面を略台形形状にしてもよい。

【0046】

上記各実施形態及び上記各変形例では、複数の中空形材を摩擦撹拌接合して鉄道車両構体の側構体を構成する例を示したが（図１参照）、複数の中空形材を第１実施形態で示した第１〜第３工程と同様の各工程で摩擦撹拌接合することで、屋根構体及び床構体の少なくともいずれか、または不図示の枕梁を構成することもできる。また、上記各実施形態及び変形例では、摩擦撹拌接合の継手構造を備える構造物として鉄道車両構体を例示したが、当該構造物は鉄道車両構体以外でもよい。

【符号の説明】

【0047】

Ｓ１〜Ｓ３ 空間
１ 鉄道車両構体（構造物）
５〜９、１６〜１８、２５〜２８、３５〜３８、４６、４７、５６、５７ 中空形材
５ａ〜８ａ、１６ａ〜１８ａ、２５ａ〜２８ａ、３５ａ〜３８ａ、４６ａ、４７ａ、５６ａ、５７ａ 第１板部
５ａ１、５ｂ１、６ａ１、６ａ２、６ｂ１、６ｂ２、７ａ１、７ａ２、７ｂ１、７ｂ２、８ａ２、８ｂ２、２５ａ１、２５ｂ１、２６ａ１、２６ａ２、２６ｂ１、２６ｂ２、２７ａ１、２７ａ２、２７ｂ１、２７ｂ２、２８ａ２、２８ｂ２ 接合端部
５ｂ〜８ｂ、１６ｂ〜１８ｂ、２５ｂ〜２８ｂ、３５ｂ〜３８ｂ、４６ｂ、４７ｂ、５６ｂ、５７ｂ 第２板部
６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄ、８ｄ、１６ｃ、１７ｃ、１７ｄ、１８ｄ、２５ｃ、２６ｃ、２６ｄ、２７ｃ、２７ｄ、２８ｄ、４６ｃ、４６ｄ、４７ｃ、４７ｄ、５６ｃ、５６ｄ、５７ｃ、５７ｄ 連結部
５ｅ、６ｅ、６ｆ、７ｅ、７ｆ、８ｆ、１６ｅ、１７ｆ、１７ｅ、１８ｆ、２５ｅ、２６ｅ、２６ｆ、２７ｅ、２７ｆ、２８ｆ、４６ｅ、４７ｆ、５６ｅ、５７ｆ 嵌合部
５ｇ、６ｇ、７ｇ、１６ｅ、１７ｅ、２６ｎ、２６ｐ メス型先端部
６ｆ、７ｆ、８ｆ、１７ｆ、１８ｆ、２６ｍ、２６ｏ オス型先端部
５ｇ１、６ｇ１、６ｈ１ 傾斜面
１０ 第１ショルダー部（ボビンツール）
１１ 第２ショルダー部（ボビンツール）
１０１〜１０９ 継手構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】