JP2001259866A - アルミニウム縞板の摩擦接合方法及び摩擦接合アルミニウム縞板並びに摩擦接合用工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板面に凹凸部があっても、充分な強度の摩擦
接合部が得られ、接合後の凹凸部の形状が鋭利とならず
バリの発生も無いアルミニウム縞板の摩擦接合方法及び
摩擦接合アルミニウム縞板並びに摩擦接合工具を提供す
る。 【解決手段】 板面３に凹凸部２を有するアルミニウム
合金板１の側面４を互いに突き合わせ、これらを裏当て
治具５に拘束し、摩擦接合工具７の肩面１１の縁部１２
に設けた切削刃１３により事前に突合部６に位置する凹
凸部２を鋭利な角が発生させないように切除し、硬質の
圧入ピン８を突合部６に差し込み、突合部に沿って圧入
ピン８を回転させながら移動して、アルミニウム縞板同
士を摩擦接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板面に凹凸部を有
するアルミニウム縞板（板面に凹凸部を有するアルミニ
ウム板を総称するもので、アルミニウム合金縞板を含
む、以下同じ）の摩擦接合方法及び摩擦接合アルミニウ
ム縞板並びに摩擦接合工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム縞板は、滑り止めとして、
トラック等の各種車両の床材、橋や駐車場等の建造物の
床材、船舶の床材等に使用されている。通常、板面の凹
凸は、板表面から２〜４ｍｍ程度のものである。アルミ
ニウム縞板は、凹凸を設けた圧延ロールを使用して圧延
により製造されるため、板幅は圧延機の幅により制限さ
れ、せいぜい２．５ｍ程度の板幅のものしか作製でき
ず、さらに大きいサイズのアルミニウム縞板を得るため
には互いに溶接しなければならない。

【０００３】アルミニウムの溶接は、通常、ＴＩＧ溶接
やＭＩＧ溶接に代表される不活性ガスアーク溶接が適用
されている。この溶接方法は、原理的に母材を溶かして
接合する方法であり、凝固時の収縮により歪みが生じ、
また余盛りが大きく、従って溶接後に歪み直しや余盛り
削除が必要となるという難点がある。

【０００４】これに対して、近年、入熱が少なく、軟化
や歪みの程度が少ないアルミニウム材の突合わせ溶接方
法として摩擦攪拌接合が提案されている。（特許第２７
１２８３８号）この方式は、硬質な材料で作られた裏当
ての上に、アルミニウム材のような軟質の材料を突き合
わせて拘束し、軟質材より硬質な摩擦接合工具の圧入ピ
ンを突合部に高速回転させながら圧入、移動させて、軟
質材同士を摩擦攪拌し接合するものであり、接合部分が
溶融しないのが特徴となっている。

【０００５】しかしながら、この摩擦接合方法を、アル
ミニウム縞板のように、板面に２〜４ｍｍ程度の凹凸部
を設けた板材の溶接に適用した場合、摩擦接合工具の圧
入ピンが凸部に当たる時の抵抗が大きいため、摩擦攪拌
状態が不安定となり、接合部に断続的に未接合部分が生
じたり、摩擦接合部の表面と凹凸部とのなす角度が大き
くなって、凹凸部に鋭利な角（カド）が出来、床材とし
て使用した場合、歩行中にその角に引っ掛かったり、床
面を運搬中の荷物に傷を付けたりするるという問題が生
じる。また、接合部に発生したバリの状態も不均一で、
外観上手直しが必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミニウ
ム縞板を摩擦接合する場合における上記従来の問題点を
解消するためになされたものであり、その目的は、板面
に凹凸部があっても、安定性した摩擦攪拌状態が保持さ
れ、充分な強度を有する欠陥の無い摩擦接合部が形成さ
れ、接合後の凹凸部の形状が鋭利とならず、バリの発生
も無く手直しを必要としないアルミニウム縞板の摩擦接
合方法及び摩擦接合アルミニウム縞板並びに摩擦接合工
具を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１によるアルミニウム縞板の摩擦接
合方法は、アルミニウム板を突合わせ、突合部に摩擦接
合工具の圧入ピンを回転させながら圧入し移動させるこ
とによってアルミニウム板を摩擦接合する方法におい
て、板面に凹凸部を有するアルミニウム縞板の側面を互
いに突き合わせ、これらを裏当て治具に拘束し、突合部
に位置する前記凹凸部を摩擦接合前に切除しながら、圧
入ピンを突合部に沿って回転させながら移動して、アル
ミニウム縞板同士を摩擦接合することを特徴とする。

【０００８】請求項２によるアルミニウム縞板の摩擦接
合方法は、請求項１において、前記凹凸部の切除は、圧
入ピンを支持する摩擦接合工具の回転軸の肩面の縁部に
設けた切削刃により行われることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項３による摩擦接合アルミニ
ウム縞板は、摩擦接合された板面に凹凸部を有するアル
ミニウム縞板の摩擦接合部が、該アルミニウム縞板の板
厚の３〜６倍の幅を有し、且つ摩擦接合部の表面と切除
後の凹凸部の切除面とのなす角度γが１２０°以上であ
ることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項４による摩擦接合工具は、
板面に凹凸部を有するアルミニウム縞板同士を突合わせ
摩擦接合するための工具であって、該摩擦接合工具の回
転軸の肩面の軸中心に摩擦接合に供する圧入ピンを設
け、前記回転軸の肩面の縁部から外側に切削刃を設けて
なり、前記アルミニウム縞板の突合部に位置する凹凸部
を前記切削刃により事前に切除できるようにしたことを
特徴とする。

【００１１】また、請求項５による摩擦接合工具は、請
求項４において、前記切削刃の刃面と前記肩面とのなす
角度βが６０°以下であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜７に基づいて説明する。図１は本発明によるアルミニ
ウム縞板の摩擦接合方法の一実施形態を示す平面図、図
２は同じく側面図であり、図３は本発明の摩擦接合工具
の一実施形態を示す平面図である。なお、これらの実施
形態は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明は
これらに限定されるものではない。

【００１３】本発明のアルミニウム縞板の摩擦接合方法
においては、図１〜２に示すように、板面３に凹凸部ま
たは凸部（以下、凹凸部）２を有するアルミニウム縞板
１の側面４を互いに突き合わせ、これらを裏当て治具５
に拘束し、突合部６に位置する凹凸部２を摩擦接合前に
切除しながら、圧入ピン８を突合部６に沿って回転させ
ながら移動して、アルミニウム縞板３同士を摩擦接合す
る。

【００１４】図１に示すように、凹凸部２が摩擦接合の
開始端に存在する場合は、まず凹凸部２が切除され、つ
いで摩擦接合工具７の圧入ピン８が突合部６に差し込ま
れるが、凹凸部２が摩擦接合の開始端にない場合には、
まず突合部６に摩擦接合工具７の圧入ピン８が差し込ま
れて摩擦接合が開始された後、凹凸部２を切除しなが
ら、圧入ピン８を突合部６に沿って回転、移動させて摩
擦接合を行う。なお、図１〜２に示すように、摩擦接合
が突き合わせたアルミニウム縞板の側端部から行われる
場合は、接合開始時に攪拌部が側方に飛散して接合端部
に接合不良が生じるのを防止するため、通常、端部にタ
ブ板（捨て板）２２を適宜の治具で拘束した状態で、摩
擦接合工具７をタブ板上方から下降させて圧入ピンをタ
ブ板に圧入した後、水平方向に摩擦接合工具７を移動さ
せ、他端部に配置したタブ板まで摩擦接合した後、摩擦
接合工具７を上昇させ、摩擦接合を終了する。

【００１５】アルミニウム縞板１は、板面３に凹凸部２
を有すること以外特に限定がなく、更に、板面３に付け
られた凹凸部２の形状、目的についても限定がない。一
般的には、この凹凸部２の目的は、スリップ防止用であ
り、その形状はスリップし難くするよう形成、配置され
ている。本発明の前提は、アルミニウム縞板１を互いに
その側面４を突き合わせた際、突合部６に凹凸部２が位
置することが必要である。

【００１６】裏当て治具５は、アルミニウム縞板１より
硬質のものであり、アルミニウム縞板１の側面４を互い
に突き合わせた状態で拘束し、摩擦接合工具７により突
合部６に位置する凹凸部２を事前に切除しつつ摩擦接合
しても、アルミニウム合金板１が移動して突合部６にず
れが生じないようになっている。

【００１７】摩擦接合工具７には、図２〜３に示すよう
に、回転軸１０の一端面、すなわち、肩面１１の軸中心
に摩擦接合に供する圧入ピン８を設けられ、回転軸１０
の肩面１１の縁部１２から外側に切削刃１３が設けられ
ており、アルミニウム縞板１同士の突合部６に位置する
凹凸部２を、圧入ピン８による摩擦接合前に、切削刃１
３により切除できるようになっている。

【００１８】好ましい実施形態においては、切削刃１３
が８枚切られており、これらの切削刃１３は、刃面が湾
曲して、例えば、その曲率半径ｒが３０ｍｍ以上となっ
ている。また、回転軸１０における切削刃１３の刃面と
肩面１１とのなす角度βは、６０°以下、好ましくは４
５°以下となっている。

【００１９】図１及び２に示すように、アルミニウム縞
板１同士を突合わせ、図４に示すように、摩擦接合工具
７を回転させた状態で、突合部６の一端部に圧入ピン８
を差し込んで矢印Ｙの方向に回転させ、回転状態の圧入
ピン８を突合部６に沿って矢印Ｘの方向に移動して行く
一方、回転軸１０の肩面にて攪拌部を押圧することによ
って突合部６を摩擦攪拌し接合することができる。

【００２０】突合部６に凹凸部２が位置していると、図
４に示すように、圧入ピン８より先に切削刃１３が凹凸
部２に当たり凹凸部２を切除するから、圧入ピン８は凹
凸部２に邪魔されずに、突合部６を摩擦攪拌し接合する
ことができ（図５参照）、安定した摩擦攪拌状態を保持
しながら、摩擦接合工具７が突合部６の一端部から他端
部まで移動し（第６図参照）、欠陥が無く充分な接合強
度をそなえた摩擦接合部２０が形成された摩擦接合アル
ミニウム縞板２１が作製される（図６〜７参照）。

【００２１】この場合、切削刃１３の刃面が、前記のよ
うに３０ｍｍ以上の曲率半径ｒを有する湾曲面となって
いるから、凹凸部２を滑らかに切削することが出来てバ
リ等を発生することがなく、回転軸１０における切削刃
１３の刃面と肩面１１とのなす角度βは６０°以下、好
ましくは４５°以下であるから、板面３と切除された凹
凸部２との角度α（図５、図７参照）は６０°以下、好
ましくは４５°以下となり、従って、摩擦接合部２０の
表面と切除後の凹凸部２の切除面とのなす角度γ（図７
参照）は１２０°以上、好ましくは１３５°以上の範囲
となって、切除後の凹凸部２に鋭利な角（カド）が形成
されない。

【００２２】充分な接合強度を有する摩擦接合部２０を
形成するためには、アルミニウム縞板１の厚さの３〜６
倍の径の肩面１１を備えた回転摩擦接合工具７を用いる
ことが好ましく、摩擦接合後の摩擦接合板２１には、板
厚の３〜６倍の幅を有する欠陥の無い摩擦接合部２０が
形成され、しかも、凹凸部２を切除した後、鋭利な角角
（カド）が形成されないから、歩行中に凹凸部２に脚を
引っ掛ける等してケガをしたり、また荷物を損傷したり
することはない。

【００２３】次に、本発明の効果を確認するための実施
例について説明する。

【実施例】図１〜２に示すように、アルミニウム合金縞
板（材質：５０５２、調質：Ｈ１１２、厚さ：３ｍｍ、
凸部高さ：２．５ｍｍ、サイズ：幅１５００ｍｍ、長さ
４０００ｍｍ）を幅方向に突き合わせ、タブ板を配置し
て、ＴＩＧ溶接で仮止めし、鋼板製の裏当て治具上で拘
束した。

【００２４】鋼製の摩擦接合工具は、図２、３に示すも
のを使用した。すなわち、圧入ピンは径３ｍｍ、長さ３
ｍｍのものであり、肩面径は１０ｍｍ、切削刃は等間隔
に８枚設けられ、各切削刃の刃面は、曲率半径３０ｍｍ
に湾曲し、肩面に対し４５°の角度で肩面の縁部から径
方向に向かって３ｍｍにわたり付けられているものであ
る。

【００２５】この摩擦接合工具を、回転数１０００ｒｐ
ｍ、摩擦接合速度３００ｍｍ／分で接合部に沿って水平
移動して摩擦接合した。得られた摩擦接合アルミニウム
合金縞板は、その摩擦接合部の幅が平均して約１２ｍｍ
（注：板厚３ｍｍ×３〜６倍＝９〜１８ｍｍの範囲内）
であり、摩擦接合部には外観上及び強度上の欠陥が無
く、その周辺部にもバリの発生が無く、摩擦接合面と切
除後の凹凸部の切除面とのなす角度γは約１３５°であ
り、鋭利な角の形成は見られなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上のとおり、請求項１の発明によれ
ば、アルミニウム縞板の側面を互いに突き合わせ、生じ
た突合部に凹凸部があっても摩擦接合する前に凹凸部を
切除するから、その後は通常の平らなアルミニウム板の
摩擦接合の場合と同様、安定した摩擦攪拌状態が保持さ
れ充分な強度の接合部が形成され、平坦で歪みのない大
型の摩擦接合板を得ることが出来る。

【００２７】請求項２の発明によれば、凹凸部の切除を
摩擦接合工具の回転軸に設けた切削刃で摩擦接合直前に
行うから、摩擦接合と凹凸部の切除とが同一作業工程内
で行われ、従って、上記効果に加えて、突合部に凹凸部
があるアルミニウム縞板を極めて効率よく摩擦接合する
ことが出来る。

【００２８】請求項３の発明によれば、アルミニウム縞
板の板厚の３〜６倍の摩擦接合部を有するから充分な接
合強度が得られ、凹凸部の切除面が板面に対し６０〜４
５°以下の勾配であるから、凹凸部の切除面と摩擦接合
面とのなす角度は１２０〜１３５°以上となり、鋭利な
角が形成されない。従って、上記効果に加えて、充分な
強度を備え、且つ摩擦接合後の凹凸部により、引っ掛か
ったり損傷を与える等の弊害が解消出来る。

【００２９】請求項４の発明によれば、アルミニウム縞
板同士の突合部に位置する凹凸部を切削刃により事前に
切除し、後は圧入ピンによる単純な摩擦接合とすること
ができ、従って、凹凸部の事前切除と摩擦接合とを前後
して同一作業工程で連続的に行うことができる。

【００３０】請求項５の発明によれば、切削刃と肩面と
のなす角度βが６０°以下、好ましくは４５°以下であ
るから、凹凸部の切除面が板面に対し６０〜４５°以下
の勾配、凹凸部の切除面が摩擦接合面に対し１２０〜１
３５°以上の勾配となるから、凹凸部による上記の弊害
が解消出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミニウム縞板の摩擦接合方法の実
施形態を示す平面図である。

【図２】本発明のアルミニウム縞板の摩擦接合方法の実
施形態を示す側面図である。

【図３】本発明の摩擦接合工具の実施例を示す平面図で
ある。

【図４】本発明によるアルミニウム縞板の摩擦接合作業
の実施形態を示す一部断面図である。

【図５】本発明によるアルミニウム縞板の摩擦接合作業
の実施形態を示す一部断面図である。

【図６】本発明の摩擦接合アルミニウム縞板を示す平面
図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１ アルミニウム縞板 ２ 凹凸部 ３ 板面 ４ 側面 ５ 裏当て治具 ６ 突合部 ７ 摩擦接合工具 ８ 圧入ピン 10 回転軸 11 肩面 12 縁部 13 切削刃 20 摩擦接合部 21 摩擦接合板 22 タブ板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム板を突合わせ、突合部に摩
   擦接合工具の圧入ピンを回転させながら圧入し移動させ
   ることによってアルミニウム板を摩擦接合する方法にお
   いて、板面に凹凸部を有するアルミニウム縞板の側面を
   互いに突き合わせ、これらを裏当て治具に拘束し、突合
   部に位置する前記凹凸部を摩擦接合前に切除しながら、
   圧入ピンを突合部に沿って回転させながら移動して、ア
   ルミニウム縞板同士を摩擦接合することを特徴とするア
   ルミニウム縞板の摩擦接合方法。
2. 【請求項２】 前記凹凸部の切除は、圧入ピンを支持す
   る摩擦接合工具の回転軸の肩面の縁部に設けた切削刃に
   より行われることを特徴とする請求項１記載のアルミニ
   ウム縞板の摩擦接合方法。
3. 【請求項３】 摩擦接合された板面に凹凸部を有するア
   ルミニウム縞板の摩擦接合部が、該アルミニウム縞板の
   板厚の３〜６倍の幅を有し、且つ摩擦接合部の表面と切
   除後の凹凸部の切除面とのなす角度γが１２０°以上で
   あることを特徴とする摩擦接合アルミニウム縞板。
4. 【請求項４】 板面に凹凸部を有するアルミニウム縞板
   同士を突合わせ摩擦接合するための工具であって、該摩
   擦接合工具の回転軸の肩面の軸中心に摩擦接合に供する
   圧入ピンを設け、前記回転軸の肩面の縁部から外側に切
   削刃を設けてなり、前記アルミニウム縞板の突合部に位
   置する凹凸部を前記切削刃により事前に切除できるよう
   にしたことを特徴とする摩擦接合工具。
5. 【請求項５】 前記切削刃の刃面と前記肩面とのなす角
   度βが６０°以下であることを特徴とする請求項４記載
   の摩擦接合工具。