JPH11342481A

JPH11342481A - 厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法及び接合構造並びにこれを用いたクレーンブーム

Info

Publication number: JPH11342481A
Application number: JP15046898A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Sano; 博通佐野; Tadashi Uchida; 正内田
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-12-14
Anticipated expiration: 2018-06-01
Also published as: JP3307330B2

Abstract

(57)【要約】【課題】厚肉の被接合材同士を容易且つ強固に接合で
き、更に接合端における一側面のみから確実に施し得る
摩擦撹拌接合方法及び接合構造を提供する。【解決手段】厚肉のアルミニウム材(被接合材)１，１同
士の接合端に沿って段部２，２を形成し、上記段部２に
より形成される複数の端面３，４同士を隣接させた状態
で最外側の端面３同士間に工具１０により摩擦撹拌接合
を施し、接合線Ｗ₁を形成すると共に、上記端面３の少な
くとも一側面で且つ段部２，２の内側端面４，４間に形
成される凹溝５内にアルミニウム製の接続板６を装入
し、該接続板６と上記各アルミニウム材１の各内側端面
４間に沿って摩擦撹拌接合をそれぞれ施して接合線
Ｗ₂，Ｗ₂を形成した接合構造８と、これを得るための上
記摩擦撹拌接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚肉の被接合材同
士の摩擦撹拌接合方法及び接合構造並びにこの構造を用
いたクレーンブームに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アルミニウム又はアルミニウム合
金(以下、本明細書では単にアルミニウムと称する)材等
の金属部材同士間の接合に、従来からの溶接よりも簡便
で且つ迅速に行える摩擦撹拌接合(Friction Stir Weldi
ng)が試用されている。この摩擦撹拌接合は、接合すべ
き一対の金属板同士を拘束し、その接合端に沿って円筒
体とその下端面の中心から垂下するピンからなる工具を
回転させながら移動することにより、金属板の各接合端
に摩擦による金属の塑性流動を起こさせて固相接合する
方法である(特表平９−５０８０７３号公報参照)。従っ
て、金属板の各接合端は溶融せず、加熱温度が低いた
め、接合部やその付近に変形や欠陥が少ないという利点
がある。

【０００３】しかしながら、接合部の厚さが大きくなる
と、摩擦撹拌接合に用いる装置に要求される能力も大き
くする必要がある。このため、既に用意されている上記
摩擦撹拌接合装置や既存の工作機械を改造して利用する
場合、接合可能な被接合材の厚さには限界があり、それ
よりも厚肉の被接合材の接合は困難であった。また、係
る場合上記工具におけるピンの長さの関係により、図７
(Ａ)に示すように、厚肉アルミニウム板７０同士におけ
る接合すべき端面７２，７２の表裏両側面から２回に分
けて摩擦撹拌接合を施し、図７(Ｂ)に示すように、上下
の接合線Ｗ，Ｗの底部同士が重複するようにしている。
しかし、摩擦撹拌接合に用いる装置が可能とする接合厚
さの限界を仮に５ｍｍとした場合、その表裏両側面の双
方に対し摩擦撹拌接合を行うとしても、板厚が１０ｍｍ
以上の厚肉アルミニウム板同士を接合するには、接合部
の断面において上記各接合線Ｗ，Ｗ同士の底部が離間す
るため、充分な接合強度が得られなくなるという問題点
があった。

【０００４】また、クレーンブームのように一対の半筒
体を筒形状に接合する場合、その中空部側に前記工具及
びこれを駆動する装置が入らず、外側面の端面間に沿っ
てしか摩擦撹拌接合が施せない問題点もあった。一方、
クレーンブームではこれをアルミニウム材として軽量化
することが、車載用等に有効と考えられていた。しか
し、アルミニウムの押出形材でブームを一体に成形でき
ない寸法の場合、ブームを２つ割りした断面を有する一
対の押出形材同士を互いに溶接等によって接合すること
が必要であった。しかも、ＭＩＧ溶接による場合、溶接
熱による接合部付近の強度低下が生じるため、補強等の
工夫も必要であった。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】本発明は、上記した従来の技
術における問題点を解決し、厚肉の被接合材同士を容易
且つ強固に接合でき、更には接合端における一方の側面
のみからも確実に施し得る摩擦撹拌接合方法及び接合構
造並びにこの構造を用いたクレーンブームを提供するこ
とを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、厚肉の被接合材における接合端に段部を形
成し、各段部間に跨って別の接続板を介在させ、厚さ方
向において複数の位置に摩擦撹拌接合を施すことに着想
して成されたものである。即ち、本発明による厚肉の被
接合材の摩擦撹拌接合方法は、厚肉の被接合材同士の接
合端に沿って段部を形成し、上記段部により形成される
複数の端面同士を隣接させた状態で、互いに面接触する
最外側の端面同士間に沿って摩擦撹拌接合を施すと共
に、上記端面の少なくとも一側面で且つ各段部の内側端
面間に形成される凹溝内に、被接合材と同種金属又は摩
擦撹拌接合可能な金属からなる接続板を装入し、該接続
板と上記各被接合材の各内側端面間に沿って摩擦撹拌接
合をそれぞれ施す、ことを特徴とする。

【０００７】この方法によれば、接合端に沿って摩擦撹
拌接合装置の能力を超えた厚肉の被接合材同士を強固且
つ確実に接合することができる。尚、接続板と厚肉の被
接合材との材質は、同じか又は同種金属、或いは異種金
属であっても摩擦撹拌接合可能な材質同士であれば良
い。本発明の厚肉の被接合材の接合構造は、厚肉の被接
合材同士の接合端に沿って形成した段部同士を隣接させ
て互いに面接触する最外側の端面同士間に沿って摩擦撹
拌接合による接合線が形成されていると共に、少なくと
も一側面の各段部の内側端面間に形成される凹溝内に、
被接合材と同種金属又は摩擦撹拌接合可能な金属からな
る接続板が装入され、該接続板と上記各被接合材の各内
側端面間に沿って摩擦撹拌接合による接合線がそれぞれ
形成されている、ことを特徴とする。この接合構造によ
り、摩擦撹拌接合装置の能力を超える厚肉の被接合材同
士間の接合を、それらの接合端に沿って強固且つ安定し
たものとできる。

【０００８】更に、前記段部が被接合材の同じ側面に複
数段形成され、互いに隣接する各段部間に跨って前記接
続板がそれぞれ装入されると共に、各接続板と各被接合
材における各段部の内側端面間に沿って摩擦撹拌接合に
よる接合線が形成されている、厚肉の被接合材の接合構
造も含まれる。これにより、例えば厚さが摩擦撹拌接合
装置の能力の３倍以上である厚肉の被接合材同士の接合
を、一側面からのみで確実且つ強固に形成することが可
能となる。

【０００９】また、前記段部が各被接合材の両側面の接
合端に沿ってそれぞれ形成され、両側面の段部間から突
出する各被接合材の最外側の端面同士間に沿って摩擦撹
拌接合による接合線が形成されていると共に、両側面に
おける各段部の内側端面間に形成される各凹溝内に前記
接続板がそれぞれ装入され、且つ各接続板と各被接合材
における各段部の内側端面間に沿って摩擦撹拌接合によ
る接合線が形成されている、厚肉の被接合材の接合構造
も含まれる。これによれば、例えば厚さが摩擦撹拌接合
装置の能力の４倍以上と更に厚肉の被接合材同士の接合
を、確実且つ強固なものにすることが可能となる。

【００１０】更に、前記各被接合材における段部に細溝
をそれぞれ形成し、前記接続板の内側面に上記細溝に嵌
合する複数の凸条を設けた、厚肉の被接合材の接合構造
も含まれる。これにより、係る接合部に作用する剪断力
に対する強度も高められる。また、前記各被接合材が互
いに異なる厚さを有し且つ各被接合材の内側端面の高さ
が異なると共に、各段部間に装入される前記接続板の外
側面の中央に傾斜面を形成し、上記装入により各被接合
材と連続した外側面を形成する、厚肉の被接合材の接合
構造。これにより、厚さが相違する被接合材同士に対し
ても、所要の強度を以って体裁の良い接合を与えること
ができる。

【００１１】更に、前記各被接合材が、アルミニウム又
はアルミニウム合金製の押出形材である、厚肉の被接合
材の接合構造も含まれる。これによれば、接合端に沿う
段部の形成も押出成形に際し一体に成形でき、凹凸面又
は湾曲面を有する段部や接合すべき各アルミニウム材の
厚さが相違する場合にも、これらに対応した断面形状を
有する押出形材を用いることにより、厚肉のアルミニウ
ム材同士を容易に位置決めしたり、接合部を含む全体が
カーブしたの断面を有するパイプ等を納まり良く提供す
ることが可能となる。

【００１２】加えて、本発明のクレーンブームは、断面
ほぼコ字形である一対のアルミニウム合金製の押出形材
における各接合端同士を当接させ、且つ各接合端の外側
面に沿って形成した段部間における最外側の端面同士間
に沿って摩擦撹拌接合による接合線が形成されていると
共に、上記各段部の内側端面間に形成される各凹溝内に
アルミニウム合金製の接続板が装入され、該接続板と上
記各押出形材における各内側端面間とに沿って摩擦撹拌
接合による接合線がそれぞれ形成されている、ことを特
徴とする。これにより、クレーンブームとして必要とす
る厚さで且つ所要断面寸法のブームを一対の押出形材に
より、強固且つ軽量で精度良く形成できる。しかも、互
いに断面形状が相似形の複数のブーム同士を精度良くス
ムースに嵌合するクレーンブームを、比較的小型の摩擦
撹拌装置装置を用いて提供することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。尚、以下の説明において
は、被接合材として厚肉アルミニウム材を用い、且つ摩
擦撹拌接合装置の接合能力が厚さ５ｍｍの場合を基とし
ている。図１，図２により本発明の摩擦撹拌接合方法を
説明する。図１(Ａ)に示すように、先ず接合すべき一対
の厚さが５〜１０ｍｍの厚肉アルミニウム材１,１を、
それぞれの最外側の端面３,３で面接触させ、図示しな
い治具で拘束する。各アルミニウム材１には、図示で上
方の側面に段部２，２とその基部側の内側端面４，４が
設けられ、これらに囲まれて凹溝５が形成される。尚、
厚肉アルミニウム材１にはアルミニウムの圧延板を切削
加工したものか、或いは、上記段部２を予め一体に形成
したアルミニウム(JIS；Ａ６０６３−Ｔ５又はＴ６等)
の押出形材が用いられる。

【００１４】次に、図１(Ｂ)に示すように、各端面３，
３上に、工具１０をセットする。この工具１０は、工具
鋼からなり、回転円筒体１２と、その底面であって緩く
湾曲して凹んだ表面抑え部１３の中心から同軸にて垂下
する摩擦ピン１４とからなる。この摩擦ピン１４の長さ
は前記端面３，４の高さ(厚さ)より若干短く、その周面
には、図示しないネジ状の小さな摩擦撹拌翼が形成され
ている。そして、図１(Ｃ)及び(ｃ)に示すように、上記
円筒体１２と摩擦ピン１４の中心軸を、各アルミニウム
材１,１の端面３,３間に沿ってやや斜めにした状態で、
図示しないモータにより工具１０を回転させると共に、
端面３，３間に向けて進入させる。上記工具１０の回転
速度は、５００〜１５０００ｒｐｍの範囲内において適
宜選択される。尚、アルミニウム材１同士は予め互いに
長手及び幅方向に移動しないように拘束されている。

【００１５】次いで、図示のように、工具１０を各アル
ミニウム材１に対し垂直方向に押圧し、上記表面抑え部
１３全体が各段部２，２の表面に達するまで摩擦ピン１
４を押し込む。この状態で、工具１０をその傾斜した向
きと反対方向の図１(ｃ)で左方に移動させる。この送り
速度は、０.０２〜２メートル／分の範囲内において適宜
選択される。この工具１０の回転と移動に伴って、各端
面３，３付近を形成するアルミニウムは上記摩擦ピン１
４により加熱され可塑化されると共に、端面３，３間を
挟んで左右のアルミニウム材１,１間において水平及び
垂直方向に流動化される。

【００１６】また、流動化されたアルミニウムは、上記
工具１０の抑え部１３により垂直方向(表面方向)の流動
に対し一定の圧力を与えられると共に、接合部(３，３)
の表面付近から外部に飛散することを阻止される。この
結果、図１(Ｄ)及び(ｄ)に示すように、工具１０が通過
した後において、流動化されたアルミニウムは、流動化
状態から固化して断面略半楕円形の接合線Ｗ₁となる。
該接合線Ｗ₁の表面は、上記表面抑え部１３により、そ
の直径の幅相当分が僅かに凹むが、端面３，３間に沿っ
て所要の長さで連続し、且つ表面が平らな接合線Ｗ₁と
なる。尚、接合線Ｗ₁の内部は、上記抑え部１３により
空気の巻き込みが生じないので、空孔が形成されない。

【００１７】次いで、図２(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、
アルミニウム材１,１の段部２,２の内側端面４，４間に
形成された凹溝５内に、この凹溝５と同じ断面を有する
アルミニウム製の接続板６を装入する。そして、図２
(Ｃ)及び(Ｄ)に示すように、接続板６の左右の端面とア
ルミニウム材１,１の各内側端面４,４との間に沿って、
前記同様に工具１０を用いて摩擦撹拌接合を順次施す。
その結果、図２(Ｅ)に示すように、アルミニウム材１，
１の上側面における接続板６の両端面に沿って、該接続
板６と各アルミニウム材１とを接合する平行な一対の接
合線Ｗ₂,Ｗ₂が形成され、最外側の端面３,３間に設けた
接合線Ｗ₁と共に、接合構造８を得ることができる。

【００１８】この摩擦撹拌接合方法及び接合構造８によ
れば、拘束された厚肉アルミニウム材１，１の最外側の
端面３,３間、及び各内側端面４,４と接続板６間を上面
側から摩擦撹拌接合するのみで、板厚が５〜１０ｍｍの
アルミニウム材１同士を各接合線Ｗ₁，Ｗ₂により強固に
接合できる。また、従来の溶接のように接合線のＷ₁,Ｗ
₂付近に熱影響部を形成しにくいので、高く安定した接合
構造８を提供できる。更に、上側面に露出する接合線Ｗ
2の表面は平坦であるため、研削等の後処理工程を殆んど
要しない。しかも、事前の作業も厚肉アルミニウム材１
に段部２を形成し、且つ両アルミニウム材１，１を拘束
するだけで済み、途中では段部２間形成される凹溝５内
に接続板６を装入する作業だけで済む。尚、前記工具１
０における摩擦ピン１４を端面３,３間に挿入・回転し、
これを表面抑え部１３と共に所定の位置に保持するに
は、充分な押圧力を工具１０に対し下向きに加える必要
がある。

【００１９】図３は上記摩擦撹拌接合方法及び接合構造
８の応用又は変形形態に関する。尚、前記と同じか同様
の部分又は要素には、同じか同様の符号を用いる。図３
(Ａ)は、前記接合構造８の応用形態である接合構造９を
示す。左右のアルミニウム材１,１は厚さ１０〜１５ｍ
ｍで、最外側の端面３に沿って上側面に広狭２段の段部
２,２′を形成し、各段部２,２′は内側端面４,４′を有
する。前記同様に、予め拘束したアルミニウム材１,１
の面接触する端面３,３間に沿って接合線Ｗ₁を形成し、
段部２,２と内側端面４,４に囲まれた下側の凹溝５内に
接続板６を装入し、この接続板６と各内側端面４,４間
に沿ってＷ₂を形成する。次いで、上側の段部２′,２′
と内側端面４′,４′に囲まれた上側の凹溝５′内に幅
広の接続板７を装入し、この接続板７と各内側端面４′,
４′間に沿って前記工具１０を用いて接合線Ｗ₃,Ｗ₃を
形成することにより、接合構造９を得る。係る上側面か
らのみの摩擦撹拌接合方法及び接合構造９により、厚さ
が１０〜１５ｍｍのアルミニウム材１同士についても、
その接合端に沿って強固且つ確実に接合を施すことがで
きる。

【００２０】また、図３(ｂ)及び(Ｂ)は異なる形態の接
合構造２８に関し、左右の各アルミニウム材１６は、最
外側の端面１８の上側面に段部２０とその基部側の底広
細溝(細溝)２３、及び内側端面２２を有する。また、接
続板２４は、図示のように底面(内側面)の左右両縁に沿
って先広凸条(凸条)２６，２６とその間の浅い底広凹溝
２７を有する。上記アルミニウム材１６と接続板２４に
は、アルミニウムの押出形材が用いられる。先ず、各ア
ルミニウム材１６を拘束し、互いに面接触する最外側の
端面１８,１８に沿って前記工具１０を用いて摩擦撹拌
接合を施し、やや深めの接合線Ｗ₁を形成する。

【００２１】次いで、図３(Ｂ)に示すように、各底広細
溝２３内に各先広凸条２６が嵌合すると共に、一対の段
部２０からなる巾広凸条２１と上記底広凹溝２７が嵌合
するように、内側端面２２,２２間に形成される凹溝２
５内に、接続板２４を図示で奥行き方向にスライドして
装入する。これにより、接続板２４は各アルミニウム材
１６と幅方向において拘束される。更に、接続板２４と
各アルミニウム材１６の内側端面２２間に沿って一対の
接合線Ｗ₂,Ｗ₂を形成することにより、上側面からの摩擦
撹拌接合のみで、一層強固な接合構造２８を得ることが
できる。これにより、各段部２０と接続板２４間は互い
に嵌合され、上記接続構造２８に作用する剪断力に対す
る強度を高めることができる。尚、互いに嵌合する上記
細溝２３及び凸条２６は互いに相似形の矩形断面として
も良い。

【００２２】更に、図３(ｃ)及び(Ｃ)は、更に異なる形
態の接合構造３８に関する。図示で左方のアルミニウム
材３０は右方のアルミニウム材３１よりもやや厚肉で、
両者は互いに面接触する最外側の端面３２の上側面の同
じレベルに段部３４，３４と、その基部側に高さ(厚さ)
の異なる内側端面３５,３５′を有する。先ず、各アルミ
ニウム材３０,３１を拘束し、面接触する最外側の端面
３２,３２に沿って、前記工具１０を用いて摩擦撹拌接
合を施し、接合線Ｗ₁を形成する。次いで、各段部３４と
内側端面３５,３５′に囲まれた凹溝３３内に、図３
(Ｃ)に示すように、凹溝３３の外形と相似形断面を有す
る接続板３６を装入する。

【００２３】この接続板３６はその上面(外側面)の中央
に傾斜面３７を有し、両端面の高さ(厚さ)を内側端面３
５，３５′と同じとしたアルミニウムの押出形材からな
る。そして、厚肉のアルミニウム材３０の内側端面３５
と接続板３６の間に沿って摩擦撹拌接合を施し、接合線
Ｗ₂を形成し、且つ薄肉のアルミニウム材３１の内側端
面３５′と接続板３６の間に浅い接合線Ｗ₂を形成す
る。これにより、上側面からの摩擦撹拌接合のみで、厚
さが相違するアルミニウム材３０，３１同士を接合端に
沿って強固且つ体裁良く確実に接合する接合構造３８を
得ることができる。

【００２４】図４は接合すべきアルミニウム材の両側面
から摩擦撹拌接合を行う方法とこれにより得られる接合
構造の形態に関する。図４(ａ)に示すように、厚さ１０
〜１５ｍｍのアルミニウム材４０，４０には、各接合端
における両側面に沿って段部４２と内側端面４３が形成
され、上下の段部４２間に最外側の端面４１が突出して
いる。予め各アルミニウム材４０を拘束し、互いに面接
触する各端面４１間に沿って接合線Ｗ₁を前記同様に形
成する。次に、図４(Ａ)に示すように、上下両側面にお
ける各段部４２と内側端面４３に囲まれた各凹溝４４ａ
内にこれと相似形断面の接続板４４，４４を装入する。
そして、図示で上側面の接続板４４と各内側端面４３の
間に沿って接合線Ｗ₂を形成し、下側面の接続板４４と各
内側端面４３間にも接合線Ｗ₃を形成することにより、厚
さ方向に３段で上下に略対称の接合線Ｗ₁,Ｗ₂,Ｗ₃を有
する厚肉用で強固な接続構造４５を得ることができる。

【００２５】図４(ｂ)に示すように、厚さ１０〜１５ｍ
ｍの一対のアルミニウム材４６には、各々の接合端にお
ける上側面に沿って段部４２と内側端面４３が形成さ
れ、下側面寄りに高さ(厚さ)が約５ｍｍ以上で且つ１０
ｍｍ以下の最外側の端面４７が突出している。先ず、各
アルミニウム材４６を拘束し、互いに面接触する各端面
４７間の上側面に沿って、前記同様に接合線Ｗ₁を形成
する。次いで、各段部４２と内側端面４３に囲まれた上
側面の凹溝４４ａ内にこれと相似形断面の接続板４４を
装入し、この接続板４４と各内側端面４３の間に一対の
接合線Ｗ₂を形成する。そして、各端面４７間の下側面
に沿って、接合線Ｗ₃を上記接合線Ｗ₁の底部に接するよ
うに形成することにより、厚肉のアルミニウム材４６同
士を強固に接合する接合構造４８を得ることができる。
尚、接合線Ｗ₂と接合線Ｗ₃の形成する順序を上記と逆に
しても良い。

【００２６】図４(ｃ)に示すように、厚さ１５〜２０ｍ
ｍの一対のアルミニウム材４９には、各々の接合端にお
ける上下側面に沿って段部４２と内側端面４３が上下対
称に形成され、これらの間に高さ(厚さ)が約５ｍｍ以上
で且つ１０ｍｍ以下の最外側の端面４９ａが突出してい
る。先ず、各アルミニウム材４９を拘束し、互いに面接
触する各端面４９ａ間の上下側面に沿って、前記同様に
接合線Ｗ₁，Ｗ₂を上下対称で互いに接するように形成す
る。次に、図４(Ｃ)に示すように、各段部４２と内側端
面４３に囲まれた上下側面の各凹溝４４ａ内にこれと相
似形断面の接続板４４をそれぞれ装入する。そして、各
接続板４４と各内側端面４３の間に一対ずつの接合線Ｗ
₃，Ｗ₄を形成することにより、かなり厚肉のアルミニウ
ム材４９同士を強固に接合する接合構造５０を得ること
ができる。尚、接合線Ｗ₃，Ｗ₄を形成する順序は任意で
ある。

【００２７】図５は以上の接合方法と接合構造を用いた
クレーンブームに関する。図５(Ａ)はブームを形成する
一対のJIS;Ａ６０６１−Ｔ６よりなるアルミニウム押出
形材５１，５１を示し、各形材５１は断面全体の高さと
幅が各々約２００ｍｍ程度、肉厚が５〜１０ｍｍである
断面略コ字形の本体５２と、互いに接合すべき接合端に
おける最外側の端面５３と、その外側面に沿って段部５
４及び内側端面５５を有する。各形材５１は、図５(ｂ)
に示すように、各最外側の端面５３同士を面接触し、各
段部５４と内側端面５５に囲まれた凹溝５６を形成した
状態で拘束される。

【００２８】次に、図５(Ｂ)に示すように、各端面５３
間に沿って外側面から前記工具１０により摩擦撹拌接合
を施し、接合線Ｗ₁を形成する。更に、上記凹溝５６内に
これと相似形断面の接続板５７を装入する。そして、接
続板５７と各内側端面５５の間に沿って外側面から摩擦
撹拌接合を施し、一対の接合線Ｗ₂，Ｗ₂を形成すること
により、接合構造５８が得られる。両形材５１の図示し
ない下方の接合端にも同様にして接合構造５８が対称に
形成される。その結果、図５(Ｃ)に示すように、厚肉の
各形材５１の各接合端に沿って、強固な接合構造５８，
５８を対称に形成し、角筒状で巾(縦寸法)４００ｍｍ、
高さ(横寸法)２００ｍｍ程度の一体の中空体たるクレー
ンブーム６０を得ることができる。

【００２９】このブーム６０は、単一のアルミニウム形
材に押出成形ができない断面寸法であっても、厚肉の押
出形材を一対成形し、外側面のみから摩擦撹拌接合によ
る強固な接合構造を形成して、所望サイズの角形中空体
たるブームとなる。しかも、外側面に露出する接合線Ｗ
₂，Ｗ₂の表面は平坦であるため、簡単な仕上げ加工で、
互いに相似形断面を有する複数のブーム同士を互いにス
ライド自在に嵌合させることにより、全体に軽量で操作
し易く強固なクレーンブームとすることができる。尚、
係るブーム６０と同様にして、例えば各種のダクトや支
柱、又は煙道や煙突等を製作することもできる。

【００３０】本発明は、以上において説明した各形態に
限定されるものではない。例えば、図６(Ａ)に示すよう
に、厚さが５ｍｍ以上で湾曲した断面を有する一対のア
ルミニウム押出形材６１を対向させ、各最外側の端面６
２同士を面接触させて、その外側面の各段部６４と内側
端面６５に囲まれたカーブした凹溝６６を形成した状態
で拘束する。次に、図６(Ｂ)に示すように、各端面６２
間に沿って外側面から前記工具１０により摩擦撹拌接合
を施し、接合線Ｗ₁を形成する。更に、上記凹溝６６内に
これと相似形断面の接続板６７を装入する。

【００３１】そして、接続板６７と各内側端面６５の間
に沿って外側面から摩擦撹拌接合を施し、一対の接合線
Ｗ₂，Ｗ₂を形成することにより、接合構造６８が得られ
る。両形材６１が半円形又は半楕円形断面の場合、図示
しない下方の接合端にも同様にして接合構造６８を対称
に形成すると、円形又は楕円断面のパイプが形成され
る。このパイプも各種のダクトや支柱、又は煙道や煙突
等に適用可能である。尚、各接合線Ｗ₁，Ｗ₂はその表面
が幅巾方向に略平坦化にできる程度に、アルミニウム材
６１及び接続板６７の断面が湾曲していれば良い。

【００３２】また、前記各凹溝及び接続板は、その長手
方向において互いに平行な内側端面や両端面を有する前
記各図の平面視で長方形に限らず、内側端面や両端面が
一点に向って接近する平面視で細長い台形、三角形、又
は楕円形等の形態にすることも可能である。更に、前記
各凹溝及び接続板は、接合すべき一対の厚肉アルミニウ
ム材の接合端の全長に設ける形態に限らず、接合端に沿
って部分的に複数ヶ所に分散して設けることも可能であ
る。この際、凹溝及び接続板はアルミニウム材の接合端
に沿う端面やこれと直角の端面にも摩擦撹拌接合を施し
て接合線を形成しても良い。尚、前記各形態のアルミニ
ウム材を押出成形する場合、前記段部や細溝を予め一体
に成形することができる。また、前記各形態には被接合
材に厚肉アルミニウム材を用いたが、摩擦撹拌接合が可
能なその他の金属や合金材に対しても適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上において説明した本発明の摩擦撹拌
接合方法は、厚肉の被接合材同士を接合端に沿って形成
した段部間内に装入した接続板を介して厚さ方向に２段
以上の摩擦撹拌接合を互いに近接させて施せるので、厚
さが摩擦撹拌装置の能力を超える厚肉の被接合材を強固
且つ確実に接合することができる。また、上記摩擦撹拌
接合方法により得られる接合構造は、厚肉の被接合材同
士の接合端に沿って複数段の接合線を確実に形成してい
るので、強固な接合構造を得ると共に、各被接合材の一
側面のみからも複数段の接合線を得ることも可能であ
る。

【００３４】更に、被接合材の段部と接続板を互いに嵌
合する接続構造によれば、接合強度が一層高まり、或い
は、接続板の断面形状や各段部の内側端面の高さを調整
する接続構造によれば、異なる厚さの被接合材同士間に
体裁良い接合を付与できる。加えて、上記接合構造を用
いたクレーンブームは、一対のアルミニウム合金製の押
出形材同士の接合端に沿って、その外側面のみから複数
段の接合線が強固に形成され、且つ接合部の外側面も平
坦なため、複数のブーム同士のスライド嵌合もスムース
に成さしめることが可能となり、車載用として適切な軽
量のブームを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)乃至(Ｄ)は何れも本発明の摩擦撹拌接合方
法の各工程を示す部分概略図、(ｃ)は(Ｃ)中のｃ−ｃ断
面図、(ｄ)は(Ｄ)中のｄ−ｄ断面図。

【図２】(Ａ)は摩擦撹拌接合方法の一工程を示す部分斜
視図、(Ｂ)乃至(Ｄ)は摩擦撹拌接合方法の各工程を示す
部分概略図、(Ｅ)は得られた接合構造を示す断面図。

【図３】(Ａ)乃至(Ｃ)は共に異なる形態の接合構造を示
す断面図、(ｂ)及び(ｃ)それぞれ(Ｂ)及び(Ｃ)の接合構
造を得るための接合方法の工程を示す部分概略図。

【図４】(ａ)乃至(ｃ)は更に異なる形態の接合方法の工
程を示す部分概略図、(Ａ)乃至(Ｃ)はこれらによって得
られる接合構造を示す断面図。

【図５】(Ａ)はブームを形成する一対のアルミニウム押
出形材の断面図、(ｂ)と(Ｂ)は上記形材同士の接合端に
おける接合工程と得られる接合構造を示す部分断面図、
(Ｃ)はこれらによって得られたクレーンブームの断面
図。

【図６】(Ａ)は別形態の接合方法の工程を示す部分概略
図、(Ｂ)はこれらによって得られる接合構造を示す断面
図。

【図７】(Ａ)及び(Ｂ)は従来摩擦撹拌接合方法の各工程
を示す部分概略図。

【符号の説明】

１，１６,３０,３１,４０,４６,４９,６１……厚肉アル
ミニウム材(被接合材) ２,２′,２０,３４,４２,５４,６４……………段部３，１８,３２,４１,４７,４９ａ,５３,６２…最外側の
端面４，４′,２２,３５,３５′,４３,５５,６５…内側端面５,５′,２５,３３,４４ａ,５６,６６…………凹溝６,７,２４,３６,４４,５７,６７………………接続板２３…………………………………………………底広細溝
(細溝) ２６…………………………………………………先広凸条
(凸条) ３７…………………………………………………傾斜面５１…………………………………………………アルミニ
ウム合金製の押出形材６０…………………………………………………クレーン
ブームＷ₁，Ｗ₂,Ｗ₃,Ｗ₄…………………………………接合線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚肉の被接合材同士の接合端に沿って段部
を形成し、上記段部により形成される複数の端面同士を隣接させた
状態で、互いに面接触する最外側の端面同士間に沿って
摩擦撹拌接合を施すと共に、上記端面の少なくとも一側面で且つ各段部の内側端面間
に形成される凹溝内に、被接合材と同種金属又は摩擦撹
拌接合可能な金属からなる接続板を装入し、該接続板と
上記各被接合材の各内側端面間に沿って摩擦撹拌接合を
それぞれ施す、ことを特徴とする厚肉の被接合材の摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】厚肉の被接合材同士の接合端に沿って形成
した段部同士を隣接させて互いに面接触する最外側の端
面同士間に沿って摩擦撹拌接合による接合線が形成され
ていると共に、少なくとも一側面の各段部の内側端面間に形成される凹
溝内に、被接合材と同種金属又は摩擦撹拌接合可能な金
属からなる接続板が装入され、該接続板と上記各被接合
材の各内側端面間に沿って摩擦撹拌接合による接合線が
それぞれ形成されている、ことを特徴とする厚肉の被接
合材の接合構造。
【請求項３】前記段部が各被接合材の同じ側面に複数段
形成され、互いに隣接する各段部間に跨って前記接続板
がそれぞれ装入されると共に、各接続板と各被接合材に
おける各段部の内側端面間に沿って摩擦撹拌接合による
接合線が形成されている、ことを特徴とする請求項２に
記載の厚肉の被接合材の接合構造。
【請求項４】前記段部が各被接合材の両側面の接合端に
沿ってそれぞれ形成され、両側面の段部間から突出する
各被接合材の最外側の端面同士間に沿って摩擦撹拌接合
による接合線が形成されていると共に、両側面における各段部の内側端面間に形成される各凹溝
内に前記接続板がそれぞれ装入され、且つ各接続板と各
被接合材における各段部の内側端面間に沿って摩擦撹拌
接合による接合線が形成されている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の厚肉の被接合
材の接合構造。
【請求項５】前記各被接合材における段部に細溝をそれ
ぞれ形成し、前記接続板の内側面に上記細溝に嵌合する
複数の凸条を設けた、ことを特徴とする請求項２乃至４
の何れかに記載の厚肉の被接合材の接合構造。
【請求項６】前記各被接合材が互いに異なる厚さを有し
且つ各被接合材の内側端面の高さが異なると共に、各段
部間に装入される前記接続板の外側面の中央に傾斜面を
形成し、上記装入により各被接合材と連続した外側面を
形成する、ことを特徴とする請求項２乃至５の何れかに
記載の厚肉の被接合材の接合構造。
【請求項７】前記厚各被接合材が、アルミニウム又はア
ルミニウム合金製の押出形材である、ことを特徴とする
請求項２乃至６の何れかに記載の厚肉の被接合材の接合
構造。
【請求項８】断面ほぼコ字形である一対のアルミニウム
合金製の押出形材における各接合端同士を当接させ、且
つ各接合端の外側面に沿って形成した段部間における最
外側の端面同士間に沿って摩擦撹拌接合による接合線が
形成されていると共に、上記各段部の内側端面間に形成される各凹溝内にアルミ
ニウム合金製の接続板が装入され、該接続板と上記各押
出形材における各内側端面間とに沿って摩擦撹拌接合に
よる接合線がそれぞれ形成されている、ことを特徴とするクレーンブーム。