JP2008012573A - 回転摩擦接合方法および回転摩擦接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方の部材をその径方向に掴むことなく保持して回転させる回転摩擦接合方法において、一方の部材の回転方向位置の位置決めを不要にする。
【解決手段】一方の部材１２、４１を、回転軸Ｏを中心として回転させながら、他方の部材１１に対して回転軸Ｏと平行に押圧して接合する回転摩擦接合方法であって、一方の部材１２、４１に回転力を伝達する伝達機構１３に形成され、一方の部材１２、４１側に向かって回転軸Ｏと平行に突き出す突起部１３１ｃを、一方の部材１２、４１に食い込ませる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方の部材を回転させながら、他方の部材に対して押圧して接合する回転摩擦接合方法に関する。

従来、この種の回転摩擦接合方法では、回転摩擦接合装置のチャック機構が一方の部材の軸状部をその径方向に掴むことにより、一方の部材を保持して回転させて、一方の部材を他方の部材に摩擦接合させるようになっている。

一方、特許文献１では、一方の部材が軸状部を有していない場合において、一方の部材をその径方向に掴むことなく良好に保持して回転させる回転摩擦接合方法が提案されている。

この従来方法では、一方の部材の平面形状（回転軸方向と直交する面における形状）が矩形状（非円形状）になっている。また、一方の部材を保持して回転させるホルダ（ツール）に、一方の部材が嵌合する凹部が形成されている。この凹部の平面形状は、一方の部材の平面形状に対応する矩形状（非円形状）になっている。

すなわち、一方の部材とホルダの両者の平面形状が矩形状（非円形状）になっているので、一方の部材がホルダに嵌合すると、一方の部材とホルダとが回り止めされて、ホルダの回転に伴って一方の部材を回転させることができる。
特開平７−２８２６７５号公報

しかし、従来方法では、一方の部材とホルダの両者の平面形状が矩形状（非円形状）になっているので、一方の部材をホルダに嵌合させるためには一方の部材とホルダの両者の回転方向位置を正確に位置決めしなければならない。

このため、一方の部材をホルダに嵌合させる作業が煩雑になってしまうという問題がある。

また、一方の部材にホルダと嵌合させるための矩形状（非円形状）の加工を施す必要があり、コストアップとなる。

本発明は、上記点に鑑み、一方の部材をその径方向に掴むことなく保持して回転させる回転摩擦接合方法において、一方の部材の回転方向位置の位置決めを不要にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合方法であって、
一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達する伝達機構（１３）に形成され、一方の部材（１２、４１）側に向かって回転軸（Ｏ）と平行に突き出す突起部（１３１ｃ）を、一方の部材（１２、４１）に食い込ませることを第１の特徴とする。

これによると、突起部（１３１ｃ）が一方の部材（１２、４１）に回転軸（Ｏ）と平行に食い込むので、一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達することができる。

換言すれば、一方の部材（１２、４１）をその径方向に掴むことなく回転させることができるとともに、一方の部材（１２、４１）を伝達機構（１３）に嵌合させることなく回転させることができる。

このため、一方の部材（１２、４１）の回転方向位置の位置決めを不要にすることができる。

本発明は、具体的には、伝達機構（１３）を回転させながら一方の部材（１２、４１）に向かって前進させることにより、突起部（１３１ｃ）を回転させながら一方の部材（１２、４１）に食い込ませるようになっている。

また、本発明は、具体的には、一方の部材（１２、４１）に他方の部材（１１）に向かって回転軸（Ｏ）と同軸状に突き出す円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）を形成し、
他方の部材（１１）に円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）が挿入される円形穴部（１１ａ）を形成し、
円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）を円形穴部（１１ａ）に挿入したのち、突起部（１３１ｃ）を一方の部材（１２、４１）に食い込ませる。

これにより、一方の部材（１２、４１）が回転しているときに、回転力によって一方の部材（１２、４１）が回転軸（Ｏ）と直交する方向に位置ズレすることを回避できる。

ところで、円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）の外周面（１２ｃ、４１ｄ）と円形穴部（１１ａ）の内周面（１１ｄ）との間の隙間が微小であると、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）がこの微小な隙間を介して回転軸（Ｏ）方向に流出してバリを形成してしまう。

この点に鑑みて、本発明は、より具体的には、円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）の外周面（１２ｃ、４１ｄ）と、円形穴部（１１ａ）の内周面（１１ｄ）との間に、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）を残留させる隙間（２５）を形成する。

これにより、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）が隙間（２５）に残留するので、回転軸（Ｏ）方向に流出することを防止して、バリの発生を防止することができる。

また、本発明は、一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合装置であって、
一方の部材（１２、４１）を回転させる回転力を発生する回転駆動機構と、
一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達する伝達機構（１３）を備え、
伝達機構（１３）には、一方の部材（１２、４１）側に向かって回転軸（Ｏ）と平行に突き出して、一方の部材（１２、４１）に食い込む突起部（１３１ｃ）が形成されていることを第２の特徴とする。

これにより、上述した第１の特徴による効果と同様の効果を発揮する回転摩擦接合装置を構成することができる。

本発明は、具体的には、突起部（１３１ｃ）が、伝達機構（１３）のうち回転軸（Ｏ）から離れた部位に形成されている。

これにより、一方の部材（１２、４１）に伝達される回転力を大きくできるので、一方の部材（１２、４１）の回転力が一方の部材（１２、４１）と他方の部材（１１）との間に発生する摩擦力に打ち勝つことができ、一方の部材（１２、４１）を良好に回転させることができる。

本発明は、より具体的には、突起部（１３１ｃ）が伝達機構（１３）の回転方向に複数個配置されているので、一方の部材（１２、４１）に伝達される回転力をより大きくでき、一方の部材（１２、４１）をより良好に回転させることができる。

ところで、突起部（１３１ｃ）が一方の部材（１２、４１）に回転軸（Ｏ）と平行に食い込むと、一方の部材（１２、４１）が突起部（１３１ｃ）の食い込み方向と直交する方向（回転軸（Ｏ）と直交する方向）に拡がるように変形しようとする。このような変形が生じると、突起部（１３１ｃ）の食い込み量が浅くなり、一方の部材（１２、４１）に伝達される回転力が減少してしまう。

この点に鑑みて、本発明は、より具体的には、一方の部材（１２、４１）の外形が回転軸（Ｏ）を中心とする円形状を有しており、
伝達機構（１３）には、円形状が嵌合する円形凹部（１３ｃ）が形成されており、
突起部（１３１ｃ）が円形凹部（１３ｃ）の底面から突き出している。

一方の部材（１２、４１）の外形が回転軸（Ｏ）を中心とする円形状に形成されており、
伝達機構（１３）に円形状が嵌合する円形凹部（１３ｃ）を形成し、
突起部（１３１ｃ）を円形凹部（１３ｃ）から突き出すように形成している。

これによると、一方の部材（１２、４１）の円形状が円形凹部（１３ｃ）に嵌合するので、突起部（１３１ｃ）が一方の部材（１２、４１）に回転軸（Ｏ）と平行に食い込んでも、一方の部材（１２、４１）が突起部（１３１ｃ）の食い込み方向と直交する方向（回転軸（Ｏ）と直交する方向）に拡がるように変形することを防止できる。

このため、突起部（１３１ｃ）を一方の部材（１２、４１）に効果的に食い込ませることができ、一方の部材（１２、４１）に回転力を効果的に伝達できる。

ところで、一方の部材（１２、４１）が押圧された状態で一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）が軟化すると、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）が、一方の部材（１２、４１）と他方の部材（１１）との間から回転軸（Ｏ）と直交する方向に押し出されて流出する。

このとき、軟化状態の一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）が自由に流出してしまうと、軟化したときにバリを形成してしまうという問題がある。

この点に鑑みて、本発明は、具体的には、伝達機構（１３）には、回転軸（Ｏ）と同軸状に突き出すとともに一方の部材（１２、４１）を円形状の外径側から囲む円環状突起部（１３１ｃ）が形成されており、
一方の部材（１２、４１）と円環状突起部（１３１ｃ）との間には、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）を残留させる円環状空間（２３）が形成されている。

これにより、軟化した一方の部材（１２、４１）および他方の部材（１１）が一方の部材（１２、４１）と他方の部材（１１）との間から回転軸（Ｏ）と直交する方向に自由に流出することを防止して、バリの発生を防止することができる。

また、本発明は、一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合装置に用いられ、回転摩擦接合装置に保持される保持部（１３ａ）と、一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達する伝達部（１３ｂ）とを備えるツールであって、
伝達部（１３ｂ）には、一方の部材（１２、４１）側に向かって回転軸（Ｏ）と平行に突き出して、一方の部材（１２、４１）に食い込む突起部（１３１ｃ）が形成されていることを第３の特徴とする。

これにより、上述した第１、第２の特徴による効果と同様の効果を発揮する回転摩擦接合装置用ツールを構成することができる。

本発明は、具体的には、回転摩擦接合装置に保持される保持部（１３ａ）が、一方の部材（１２、４１）側と反対側に向かって回転軸（Ｏ）と同軸状に延びる形状に形成されている。

これによると、保持部（１３ａ）をその径方向に掴むことにより、回転摩擦接合装置に保持して回転させることができる。このため、軸状部材をその径方向に掴んで摩擦接合する回転摩擦接合装置に、本発明のツールを装着することができる。

この結果、専用の回転摩擦接合装置を用いることなく、軸状部材を摩擦接合する回転摩擦接合装置を流用して、一方の部材（１２、４１）を他方の部材（１１）に摩擦接合することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。図１は円筒部材１１と、円筒部材１１の円形穴部１１ａを塞ぐ蓋部材１２と、蓋部材１２を円筒部材１１に回転摩擦接合させるためのツール１３とを示す斜視図である。

円筒部材１１および蓋部材１２は、本発明における他方の部材および一方の部材に該当するものであり、アルミニウム合金（例えば、Ａ５０５６）で形成されている。ツール１３は耐磨耗性に優れたダイス鋼（例えば、ＳＫＤ１１）で形成されている。

図２（ａ）は、第１実施形態の具体的用途であるオイルフィルターブラケット１４を模式的に示す正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ方向矢視図である。オイルフィルターブラケット１４は、車両用エンジンオイル中の異物を除去するオイルフィルター１５を車両用エンジンから延びるオイル配管１６に固定するために用いられる部材である。図示を省略しているが、オイルフィルターブラケット１４は、オイルフィルター１５およびオイル配管１６に対して、ボルト締め等の締結手段によって固定されている。

オイルフィルターブラケット１４には、エンジンオイルを車両用エンジン側からオイルフィルター１５側へと導く第１オイル流路１７と、オイルフィルター１５のフィルター部１５ａによって異物が除去されたエンジンオイルを車両用エンジン側へと戻す第２オイル流路１８が形成されている。

第１、第２オイル流路１７、１８は、それぞれ、屈曲した流路形状を有している。この第１、第２オイル流路１７、１８はオイルフィルターブラケット１４をドリルで切削加工して形成されている。

より具体的には、第１、第２オイル流路１７、１８は、それぞれ、オイル配管１６側（図２の左方側）からオイル配管１６と平行（図２の左右方向）に切削加工された第１穴部１７ａ、１８ａと、オイルフィルターブラケット１４の一端側（図２の下端側）から第１穴部１７ａ、１８ａに向かって第１穴部１７ａ、１８ａと直交する方向（図２の上下方向）に切削加工された第２穴部１７ｂ、１８ｂと、オイルフィルター１５側（図２の右方側）から第２穴部１７ｂ、１８ｂに向かって第２穴部１７ｂ、１８ｂと直交する方向に（図２の左右方向）に切削加工された第３穴部１７ｃ、１８ｃとによって形成されている。

ここで、第１〜第３穴部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃは、いずれもオイルフィルターブラケット１４を貫通することなく、オイルフィルターブラケット１４の中間部まで設けられている。

そして、第３穴部１７ｃ、１８ｃの開口端部１９、２０に蓋部材１２を接合して、第３穴部１８の開口端部１９、２０を封止している。すなわち、本実施形態における円筒部材１１は、第３穴部１８の開口端部１９、２０を模して製作されたものである。

図３（ａ）は蓋部材１２の断面図であり、図３（ｂ）は円筒部材１１の断面図である。蓋部材１２は、全体として円板形状を有しており、回転軸Ｏを中心とする円板部１２ａと、円板部１２ａから同軸状に突き出して、円筒部材１１の円形穴部１１ａに挿入される円形突出部１２ｂとからなる。本例では、円形突出部１２ｂを円柱状に形成している。

蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外径Ｄ２は、摩擦接合時における蓋部材１２と円筒部材１１との軸ズレと、バリの発生とを防止するために、円筒部材１１の円形穴部１１ａの内径ｄ１よりも所定寸法（本例では２ｍｍ）だけ小さく設定されている。

本例では、蓋部材１２の円板部１２ａの外径Ｄ１を２４ｍｍ、円形突出部１２ｂの外径Ｄ２を１４ｍｍ、蓋部材１２の回転軸Ｏ方向長さＬ１を６ｍｍ、円板部１２ａの厚さＴを２ｍｍに設定している。

一方、円筒部材１１の外径Ｄ３を３０ｍｍ、円形穴部１１ａの内径ｄ１を１８ｍｍ、円筒部材１１の軸方向長さＬ２を２８ｍｍに設定している。

また、円筒部材１１の両端面１１ｂ、１１ｃと、円形穴部１１ａの内周面１１ｄとの間の角部には、面取り部１１ｅ、１１ｆが形成されている。

この面取り部１１ｅ、１１ｆの面取り角度θ１、θ２はともに４５度であり、一方の端面１１ｂ側の面取り部１１ｅの面取り寸法Ｃ１は２ｍｍであり、他方の端面１１ｃ側の面取り部１１ｆの面取り寸法Ｃ２は１．５ｍｍである。

図４（ａ）はツール１３の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ方向矢視図である。図５（ａ）は、図４（ｂ）におけるＥ部拡大図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。

ツール１３は図示しない回転摩擦接合装置の回転駆動機構が発生する回転力を蓋部材１２に伝達する伝達機構をなすものであり、回転摩擦接合装置の可動側チャック機構（図示せず）に保持される保持部１３ａと、回転力を蓋部材１２に伝達する伝達部１３ｂとで構成されている。

ツール１３の一端側（図４（ａ）の左端側）に配置される保持部１３ａは回転軸Ｏと同軸状の小径円柱状に形成されており、図示しない回転摩擦接合装置の可動側チャック機構が保持部１３ａをその径方向に掴むことによって、ツール１３が回転摩擦接合装置に保持されるようになっている。

ツール１３の他端側（図４（ａ）の右端側）に配置される伝達部１３ｂは回転軸Ｏと同軸状の大径円柱状に形成されている。本例では、保持部１３ａの外径Ｄ４を２２ｍｍ、伝達部１３ｂの外径Ｄ５を３０ｍｍ、保持部１３ａの軸方向長さＬ３を５０ｍｍ、伝達部１３ｂの軸方向長さＬ４を１０．６ｍｍに設定している。

ツール１３のうち、伝達部１３ｂ側の端面には、蓋部材１２の円板部１２ａが嵌合する円形凹部１３ｃが、保持部１３ａと同軸状に形成されている。本例では、円形凹部１３ｃの内径ｄ２を２４ｍｍ、円形凹部１３ｃの深さＺを１ｍｍに設定している。円形凹部１３ｃには、その底面からその縁部に沿って突き出す４つの突起部１３１ｃが、その周方向に等間隔に形成されている。

４つの突起部１３１ｃは、円形凹部１３ｃの縁部から円形凹部１３ｃの中心側に向かって、所定長さＸだけ断面三角状に延びている。本例では、突起部１３１ｃの長さＸを１．５ｍｍ、突起部１３１ｃの幅寸法Ｗを１．１５ｍｍに設定している。突起部１３１ｃのうち円形凹部１３ｃの中心側に位置する角部は、半径Ｒ１の円弧状に面取りされている。本例では、Ｒ１を０．５ｍｍに設定している。また、突起部１３１ｃの突出高さＨ１を１ｍｍ、突起部１３１ｃの頂点角度αを６０度に設定している。

突起部１３１ｃの幅方向両側（図５（ａ）の左右両側）における円形凹部１３ｃの縁部には、突起部１３１ｃの幅方向に延びる直線状縁部１３ｅが形成されている。本例では、幅方向一方側（図５（ａ）の左方側）の直線状縁部１３ｅの端部から幅方向他方側（図５（ａ）の右方側）の直線状縁部１３ｅの端部までの寸法Ｙが４ｍｍに設定されている。

この直線状縁部１３ｅの両端部（図５（ａ）の左右方向端部）は、それぞれ、半径Ｒ２の円弧状に面取りされている。本例では、Ｒ２を０．２ｍｍに設定している。

円形凹部１３ｃの外周側には、摩擦接合時におけるバリの発生を防止する円環状突起部１３ｄが、保持部１３ａおよび円形凹部１３ｃと同軸状に形成されている。円環状突起部１３ｄの内周面１３１ｄは円筒面を形成している。本例では、円環状突起部１３ｄの内径ｄ３を２６．５ｍｍ、円環状突起部１３ｄの突出高さＨ２を０．６ｍｍに設定している。

円環状突起部１３ｄの外周面、換言すれば、ツール１３の一端部（図４（ａ）の右端部）における外周面は所定角度θ３（本例では、４５度）で傾斜したテーパ面を形成している。

次に、本実施形態による蓋部材１２と円筒部材１１との回転摩擦接合方法を具体的に説明する。

（１）円筒部材１１および蓋部材１２のセット工程
円筒部材１１の一端面１１ｂと反対側の端部（図６（ａ）の下端部）を、図示しない回転摩擦接合装置の固定側チャック機構により保持する。図６（ａ）の例では、固定側チャック機構にて円筒部材１１を鉛直方向に保持している。

次に、蓋部材１２の円形突出部１２ｂが円筒部材１１の円形穴部１１ａに挿入されるように、蓋部材１２を円筒部材１１の上に載せる。これにより、蓋部材１２の円板部１２ａの平板面が円筒部材１１の一端面１１ｂに当接する。

この際、円筒部材１１の円形穴部１１ａの蓋部材１２側の端部に面取り部１１ｅを形成しているので、蓋部材１２の円形突出部１２ｂを円筒部材１１の円形穴部１１ａに容易に挿入できる。

（２）ツール１３の回転および前進工程
回転摩擦接合装置の可動側チャック機構（図示せず）を回転駆動機構（図示せず）により所定回転数、例えば、３０００ｒｐｍで回転させ、ツール１３をこの所定回転数で回転させながら蓋部材１２に向かって前進（下降）させる。そして、ツール１３の円形凹部１３ｃと、蓋部材１２の円板部１２ａとが嵌合する。

このとき、図６（ａ）に示すように、円形凹部１３ｃの底面１３１ｃから４つの突起部１３１ｃが突き出しているので、４つの突起部１３１ｃが、蓋部材１２の円板部１２ａに対して、回転軸Ｏ方向（図６（ａ）の上下方向）と平行に食い込む。これにより、ツール１３の回転力が蓋部材１２に伝達され、蓋部材１２がツール１３とともに回転する。

このとき、ツール１３から蓋部材１２に加えられる加圧力が小さいと、突起部１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａに十分に食い込まないので、ツール１３の回転力が蓋部材１２に伝達されず、突起部１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａを円周方向に削ってしまう。

このため、ツール１３から蓋部材１２に加えられる加圧力を所定加圧力以上にする必要がある。本例では、このときの加圧力を後述の第１加圧力（摩擦圧力）Ｐ１と同じ加圧力（本例では、３ＭＰａ）にしている。

ここで、蓋部材１２の円板部１２ａがツール１３の円形凹部１３ｃに嵌合しているので、突起部１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａに食い込んだときに円板部１２ａが回転軸Ｏ方向と直交する方向に拡がるように変形することを、円形凹部１３ｃによって防止できる。このため、突起部１３１ｃを蓋部材１２の円板部１２ａに効果的に食い込ませることができる。

また、蓋部材１２の円板部１２ａの平板面と円筒部材１１の一端面１１ｂとの間に大きな摩擦トルク（摩擦トルク）が発生するが、突起部１３１ｃが円板部１２ａの最外周部（回転軸Ｏから離れた部位）に食い込むので、蓋部材１２の回転力（回転トルク）を大きくでき、蓋部材１２の回転力（回転トルク）が摩擦トルク（摩擦トルク）に打ち勝つことができる。

ここで、突起部１３１ｃを回転方向に複数個（本例では４つ）配置しているので、蓋部材１２の回転力（回転トルク）をより大きくできる。

また、蓋部材１２の円形突出部１２ｂが円筒部材１１の円形穴部１１ａに挿入されているので、蓋部材１２を回転させても、回転力によって蓋部材１２が回転軸Ｏと直交する方向に位置ズレすることを防止できる。

（３）蓋部材１２と円筒部材１１との回転摩擦接合工程
ツール１３の突起部１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａに食い込むとともに、ツール１３の円形凹部１３ｃの底面１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａに当接するので、円板部１２ａの平板面が円筒部材１１の一端面１１ｂを回転軸Ｏ方向と平行に圧接する。ここで、蓋部材１２に加える第１加圧力（摩擦圧力）Ｐ１は、例えば、３ＭＰａである。

円板部１２ａの平板面が第１加圧力Ｐ１でもって円筒部材１１の一端面１１ｂに圧接しながら、円板部１２ａの平板面が円筒部材１１の一端面１１ｂに対して相対的に回転するので、円板部１２ａの平板面と円筒部材１１の一端面１１ｂとの間の圧接部で摩擦熱が発生し、圧接部が高温となる。この摩擦熱により、図６（ｂ）に示すように、蓋部材１２と円筒部材１１とが圧接部近傍で軟化する。

本例では、第１加圧力Ｐ１でもって０．５秒間圧接したのち、回転を止める。そして、蓋部材１２に加える加圧力を第１加圧力Ｐ１よりも所定値大きい第２加圧力（アプセット圧力）Ｐ２（例えば、１０ＭＰａ）に自動的に切り替える。これにより、圧接部近傍における軟化金属の拡散が促進され、強力な固相接合が得られる。

本例では、第２加圧力Ｐ２でもって５秒間圧接したのち、ツール１３を蓋部材１２と反対側に向かって後退（上昇）させて、加圧力を解放し、摩擦接合を完了する。

本発明者は、本実施形態による円筒部材１１と蓋部材１２との接合性が良好であることを試験によって確認している。すなわち、摩擦接合後の円筒部材１１、蓋部材１２で破壊試験を実施したところ、蓋部材１２が母材破壊したことから、接合部の接合強度が十分に得られていることがわかった。

また、摩擦接合後の円筒部材１１、蓋部材１２において、円筒部材１１の円形穴部１１ａの内部の空間を高圧化（具体的には、１ＭＰａまで加圧）したところ、円筒部材１１と蓋部材１２との接合部において空気洩れが発生しなかったことから、接合部の気密性が十分に確保されていることがわかった。

図７は、比較例１を示す断面図である。この比較例１では、摩擦熱によって軟化した金属は、第１、第２加圧力Ｐ１、Ｐ２によって円筒部材１１と蓋部材１２との間から外部に押し出され、軟化してバリ２１、２２を形成する。

より具体的には、蓋部材１２の円板部１２ａの平板面と円筒部材１１の一端面１１ｂとの間から、回転軸Ｏと直交する方向（図７では左右方向）に押し出されて流出した軟化金属がバリ２１となる。

また、蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外周面１２ｃと円筒部材１１の円形穴部１１ａの内周面１１ｄとの間の微小な隙間を介して、回転軸Ｏ方向（図７では下方）に押し出されて流出した軟化金属がバリ２２となる。

このようなバリ２１、２２は外観品質を損なうのみならず、円筒部材１１および蓋部材１２から剥がれると、異物となって種々の不具合を引き起こしてしまう。

この点、本実施形態では、以下のようにして、比較例１におけるバリ２１、２２の発生を防止するようになっている。

すなわち、ツール１３に円環状突起部１３ｄを形成するとともに、蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外径Ｄ２を円筒部材１１の円形穴部１１ａの内径ｄ１よりも所定寸法（本例では２ｍｍ）だけ小さく設定している。

圧接部が軟化すると、第１、第２加圧力Ｐ１、Ｐ２によって蓋部材１２が円筒部材１１側に沈み込み、ツール１３の円環状突起部１３ｄの突出端部１３１ｃが円筒部材１１の一端面１１ｂに当接する。

すると、ツール１３の円環状突起部１３ｄの内周面１３１ｄと、蓋部材１２の円板部１２ａの外周面と、円筒部材１１の一端面１１ｂとに囲まれた円環状空間２３が形成される。

そして、蓋部材１２の円板部１２ａの平板面と円筒部材１１の一端面１１ｂとの間から、回転軸Ｏと直交する方向に押し出された軟化金属２４がこの円環状空間２３に封じ込まれる。このため、比較例１のようなバリ２１が形成されることを防止できる。

また、蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外径Ｄ２を円筒部材１１の円形穴部１１ａの内径ｄ１よりも所定寸法（本例では２ｍｍ）だけ小さく設定しているので、蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外周面１２ｃと円筒部材１１の円形穴部１１ａの内周面１１ｄとの間には所定寸法（本例では２ｍｍ）の隙間２５が形成される。この隙間２５内に、回転軸Ｏ方向に押し出された軟化金属２６が残留する。

このため、蓋部材１２の円形突出部１２ｂの外周面１２ｃと円筒部材１１の円形穴部１１ａの内周面１１ｄとの間の隙間を介して軟化金属が流出してバリ２２が発生することを防止できる。なお、円環状空間２３の体積、および、隙間２５の寸法は、第１、第２加圧力Ｐ１、Ｐ２によって押し出される軟化金属の体積に基づいて設定すればよい。

図８は比較例２を示す斜視図である。この比較例２では、蓋部材１２の円板部１２ａのツール１３側（図８では上方側）の面に、平面形状が十字状の溝部３１を形成している。そして、ツール１３の伝達部１３ｂ側の端面（図８では下方側）に第１、第２凹部１３ｃ、１３ｄを形成せず、その代わりに、蓋部材１２の溝部３１に嵌合する嵌合突起部３２を、溝部３１に対応する十字状に形成している。

この比較例２では、ツール１３の嵌合突起部３２が、蓋部材１２の溝部３１に嵌合することにより、ツール１３の回転力を蓋部材１２に伝達でき、蓋部材１２をツール１３とともに回転させることができる。すなわち、蓋部材１２を径方向に掴むことなく保持して回転させることができる。

しかしながら、この比較例２では、ツール１３の嵌合突起部３２を蓋部材１２の溝部３１に嵌合させるために、ツール１３と蓋部材１２の回転方向位置を正確に位置決めしなければならない。このため、ツール１３と蓋部材１２とを嵌合させる作業が煩雑になってしまうという問題がある。

さらに、蓋部材１２に溝部３１をあらかじめ成形しておく必要があるので、加工コストが高くなってしまうという問題がある。

この点、本実施形態では、ツール１３と蓋部材１２の回転方向位置に関わらず、ツール１３の円形凹部１３ｃと蓋部材１２の円板部１２ａとが嵌合できる。このため、ツール１３と蓋部材１２の回転方向位置を位置決めすることなく、ツール１３と蓋部材１２とを容易に嵌合させることができる。

さらに、蓋部材１２に回転摩擦接合のための特別な形状を成形する必要がないので、加工コストが高くなることがない。このため、簡便かつ低コストで、蓋部材１２を円筒部材１１に良好に摩擦接合させることができる。

ところで、従来、軸状部材を摩擦接合させる回転摩擦接合装置においては、軸状部材をチャック機構でその径方向に掴むことにより、軸状部材を保持して回転させるようになっている。

一方、本実施形態では、ツール１３に保持部１３ａを形成し、回転摩擦接合装置の可動側チャック機構が保持部１３ａをその径方向に掴むことによって、ツール１３を保持するようになっている。すなわち、本実施形態における可動側チャック機構は、軸状部材を摩擦接合させる回転摩擦接合装置におけるチャック機構と同一の構成のものでよい。

このため、本実施形態の回転摩擦接合装置として、専用の回転摩擦接合装置を用いることなく、軸状部材を摩擦接合させる従来の回転摩擦接合装置を流用できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、全体として円板形状を有する蓋部材１２を円筒部材１１に摩擦接合しているが、本第２実施形態では、図９に示すように、鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１に摩擦接合している。

本例では、鍔付き軸状部材４１をアルミニウム合金（例えば、Ａ５０５６）で形成している。鍔付き軸状部材４１の円環状の鍔部４１ａは、上記第１実施形態における蓋部材１２の円板部１２ａに相当するものであり、鍔部４１ａの平板面が円筒部材１１の一端面１１ｂに摩擦接合される。

この鍔部４１ａは、軸状部材４１の軸方向中央部よりも一端部寄りの部位（図９では下端部寄りの部位）に形成されている。したがって、軸状部の軸方向において、鍔部４１ａよりも一方側（図９では上方側）に第１円柱部４１ｂが形成され、他方側（図９では下方側）には、第１円柱部４１ｂよりも短い第２円柱部４１ｃが形成されている。

なお、第２円柱部４１ｃは、上記第１実施形態における蓋部材１２の円形突出部１２ｂに相当するものである。第２円柱部４１ｃの外径を円筒部材１１の円形穴部１１ａの内径ｄ１よりも所定寸法だけ小さく設定しているので、第２円柱部４１ｃの外周面４１ｄと円筒部材１１の円形穴部１１ａの内周面１１ｄとの間には所定寸法の隙間が形成される。また、本例では、第１円柱部４１ｂの外径は、第２円柱部４１ｃの外径よりも小さく設定されている。

ツール１３には、鍔付き軸状部材４１の第２円柱部４１ｃが挿入される挿入穴１３ｇが形成されている。本例では、挿入穴１３ｇがツール１３を軸方向に貫通しているが、必ずしも貫通する必要はなく、円形凹部１３ｃの底面１３１ｃ側から所定寸法だけ、具体的には、第２円柱部４１ｃの長さ寸法以上に形成されていればよい。

鍔付き軸状部材４１の鍔部４１ａを円筒部材１１の一端面１１ｂに摩擦接合させる際に、鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１に対して回転させると、鍔付き軸状部材４１の鍔部４１ａと円筒部材１１の一端面１１ｂとの間に大きな摩擦トルクが発生する。

ここで、第１円柱部４１ｂの外周面のみを掴むことにより鍔付き軸状部材４１を保持して回転させると、第１円柱部４１ｂの鍔部４１ａへの付け根部に摩擦トルクによる応力が集中して作用して、第１円柱部４１ｂと鍔部４１ａとが破断してしまう。

この点、本実施形態では、ツール１３の円形凹部１３ｃの４つの突起部１３１ｃが鍔付き軸状部材４１の鍔部４１ａに食い込むことにより、鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１に対して回転させるので、第１円柱部４１ｂの鍔部４１ａへの付け根部に摩擦トルクによる応力が集中して作用することを回避でき、第１円柱部４１ｂと鍔部４１ａとが破断することを回避できる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、円筒部材１１、蓋部材１２および鍔付き軸状部材４１をアルミニウム合金（例えば、Ａ５０５６）で形成しているが、アルミニウム合金に限定されず、銅、真鍮等の金属で形成された円筒部材１１、蓋部材１２および鍔付き軸状部材４１に対しても、上記各実施形態と同様に摩擦接合が可能である。

また、上記各実施形態では、ツール１３の回転および前進工程において、ツール１３が回転している状態でツール１３を蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１に向かって前進させて、突起部１３１ｃを蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１に食い込ませているが、ツール１３の回転および前進工程において、ツール１３の回転が停止している状態でツール１３を蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１に向かって前進させて、突起部１３１ｃを蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１に食い込ませたのち、ツール１３の回転を開始するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、円筒部材１１を鉛直方向に保持して、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１に対して鉛直下方向に押圧することにより摩擦接合しているが、円筒部材１１を水平方向に保持して、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１に対して水平方向に押圧することにより摩擦接合してもよい。

この場合には、蓋部材１２の円形突出部１２ｂまたは鍔付き軸状部材４１の第２円柱部４１ｃを円筒部材１１の円形穴部１１ａに水平方向に挿入するので、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１が円筒部材１１から落下したり、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１がツール１３に対して位置ズレしたりしやすい。

このため、空気の負圧等を利用して蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１を円筒部材１１側に吸引したり、磁力を利用して蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１をツール１３に固定させたりすることにより、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１が円筒部材１１から落下したり、蓋部材１２または鍔付き軸状部材４１がツール１３に対して位置ズレしたりすることを防止するのが好ましい。

また、上記各実施形態では、ツール１３を回転摩擦接合装置と別体に形成して、ツール１３を回転摩擦接合装置の可動側チャック機構によって保持しているが、ツール１３を回転摩擦接合装置と一体に形成してもよい。

また、上記第１実施形態では、蓋部材１２に円形突出部１２ｂを形成し、上記第２実施形態では、鍔付き軸状部材４１に第２円柱部４１ｃを形成しているが、円形突出部１２ｂおよび第２円柱部４１ｃを廃止してもよい。

この場合には、円形突出部１２ｂまたは第２円柱部４１ｃが円筒部材１１の円形穴部１１ａに挿入されないので、蓋部材１２を回転させると、蓋部材１２と円筒部材１１との軸ズレが生じやすくなることに留意する必要がある。

また、上記第１実施形態では、ツール１３に、蓋部材１２の円板部１２ａが嵌合する円形凹部１３ｃを形成しているが、円形凹部１３ｃを廃止してもよい。

この場合には、蓋部材１２がツール１３に嵌合しないので、円板部１２ａを円板以外の形状、例えば矩形板状等の形状にすることができるが、突起部１３１ｃが蓋部材１２の円板部１２ａに食い込むと蓋部材１２が回転軸Ｏ方向と直交する方向に拡がるように変形しやすくなるので、突起部１３１ｃを蓋部材１２に食い込ませる効果が減少することに留意する必要がある。

また、上記第１実施形態では、オイルフィルターブラケットのオイル流路において、最終製品としては不要な穴を封止する場合に対して本発明を適用しているが、これに限定されるものではなく、種々の穴を封止する場合に対して本発明を広く適用することができることはもちろんである。さらに、穴の封止に限定されるものではなく、２つの部材を接合する場合に対して本発明を広く適用することができる。

本発明の第１実施形態による円筒部材、蓋部材およびツールを示す斜視図である。 （ａ）は、第１実施形態の具体的用途であるオイルフィルターブラケットを模式的に示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ方向矢視図である。 （ａ）は図１における蓋部材の断面図であり、（ｂ）は図１における円筒部材の断面図である。 （ａ）は図１におけるツールの断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ方向矢視図である。 （ａ）は図４（ｂ）におけるＥ部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態によるツールと蓋部材とが嵌合した状態を示す断面図であり、（ｂ）は蓋部材と円筒部材とが固相接合している状態を示す断面図である。 比較例１による蓋部材と円筒部材とが固相接合している状態を示す断面図である。 比較例２によるツールと蓋部材とを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態による円筒部材、蓋部材およびツールを示す斜視図である。

符号の説明

１１…円筒部材（他方の部材）、１１ａ…円形穴部、１１ｄ…内周面、
１２…蓋部材（一方の部材）、１２ｂ…円形突出部、１２ｃ…外周面、
１３…ツール（伝達機構）、１３ａ…保持部、１３ｂ…伝達部、１３ｃ…円形凹部、
１３１ｃ…突起部。

Claims (11)

1. 一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して前記回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合方法であって、
   前記一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達する伝達機構（１３）に形成され、前記一方の部材（１２、４１）側に向かって前記回転軸（Ｏ）と平行に突き出す突起部（１３１ｃ）を、前記一方の部材（１２、４１）に食い込ませることを特徴とする回転摩擦接合方法。
2. 前記伝達機構（１３）を回転させながら前記一方の部材（１２、４１）に向かって前進させることにより、前記突起部（１３１ｃ）を回転させながら前記一方の部材（１２、４１）に食い込ませることを特徴とする請求項１に記載の回転摩擦接合方法。
3. 前記一方の部材（１２、４１）に前記他方の部材（１１）に向かって前記回転軸（Ｏ）と同軸状に突き出す円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）を形成し、
   前記他方の部材（１１）に前記円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）が挿入される円形穴部（１１ａ）を形成し、
   前記円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）を前記円形穴部（１１ａ）に挿入したのち、突起部（１３１ｃ）を前記一方の部材（１２、４１）に食い込ませることを特徴とする請求項１または２に記載の回転摩擦接合方法。
4. 前記円形突出部（１２ｂ、４１ｃ）の外周面（１２ｃ、４１ｄ）と、前記円形穴部（１１ａ）の内周面（１１ｄ）との間に、軟化した前記一方の部材（１２、４１）および前記他方の部材（１１）を残留させる隙間（２５）を形成することを特徴とする請求項３に記載の回転摩擦接合方法。
5. 一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して前記回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合装置であって、
   前記一方の部材（１２、４１）を回転させる回転力を発生する回転駆動機構と、
   前記一方の部材（１２、４１）に前記回転力を伝達する伝達機構（１３）を備え、
   前記伝達機構（１３）には、前記一方の部材（１２、４１）側に向かって前記回転軸（Ｏ）と平行に突き出して、前記一方の部材（１２、４１）に食い込む突起部（１３１ｃ）が形成されていることを特徴とする回転摩擦接合装置。
6. 前記突起部（１３１ｃ）が、前記伝達機構（１３）のうち前記回転軸（Ｏ）から離れた部位に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転摩擦接合装置。
7. 前記突起部（１３１ｃ）が前記伝達機構（１３）の回転方向に複数個配置されていることを特徴とする請求項６に記載の回転摩擦接合装置。
8. 前記一方の部材（１２、４１）の外形が前記回転軸（Ｏ）を中心とする円形状を有しており、
   前記伝達機構（１３）には、前記円形状が嵌合する円形凹部（１３ｃ）が形成されており、
   前記突起部（１３１ｃ）が前記円形凹部（１３ｃ）の底面から突き出していることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の回転摩擦接合装置。
9. 前記伝達機構（１３）には、前記回転軸（Ｏ）と同軸状に突き出すとともに前記一方の部材（１２、４１）を前記円形状の外径側から囲む円環状突起部（１３１ｃ）が形成されており、
   前記一方の部材（１２、４１）と前記円環状突起部（１３１ｃ）との間には、軟化した前記一方の部材（１２、４１）および前記他方の部材（１１）を残留させる円環状空間（２３）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の回転摩擦接合装置。
10. 一方の部材（１２、４１）を、回転軸（Ｏ）を中心として回転させながら、他方の部材（１１）に対して前記回転軸（Ｏ）と平行に押圧して接合する回転摩擦接合装置に用いられ、前記回転摩擦接合装置に保持される保持部（１３ａ）と、前記一方の部材（１２、４１）に回転力を伝達する伝達部（１３ｂ）とを備えるツールであって、
    前記伝達部（１３ｂ）には、前記一方の部材（１２、４１）側に向かって前記回転軸（Ｏ）と平行に突き出して、前記一方の部材（１２、４１）に食い込む突起部（１３１ｃ）が形成されていることを特徴とする回転摩擦接合装置用ツール。
11. 前記保持部（１３ａ）が、前記伝達部（１３ｂ）から前記一方の部材（１２、４１）側と反対側に向かって前記回転軸（Ｏ）と同軸状に突き出す軸形状を有していることを特徴とする請求項１０に記載の回転摩擦接合装置用ツール。

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