JP2509129B2 - 異種金属材の摩擦接合方法及びこの方法によって製作されるロ―ル。 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異種金属材の摩擦接合
方法及びこの方法によって製作されるロールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】二つの金属材を摩擦圧接してその摩擦熱
と圧接力とによって金属材同士を固相接合する方法は摩
擦圧接方法と呼ばれ、既に実用化されている。この場
合、同種金属材（例えば、鋼材と鋼材あるいはアルミ材
とアルミ材）か又は近い種類の金属材（例えば、炭素鋼
とモリブデン鋼）の接合は比較的簡単で、真っ直ぐな端
面同士を摩擦圧接するだけで接合できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、種類が異なる
金属材（例えば、鋼材とアルミ材）の接合は簡単ではな
い。何故なら、このような異種金属材はその溶解温度が
異なるから、単に摩擦圧接しただけでは、溶解温度の低
い金属材が溶解するのみで、固相接合は行われない。も
ちろん、このような異種金属材同士は溶接もできないか
ら、これを一体化するにはネジ止め等の機械的な結合構
造をとるしか方法はなかった。本発明は、このような課
題を解決するものであって、接合面の形状を工夫するこ
とで、異種金属材同士でも高い強度をもって摩擦接合で
きるようにしたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題の下、本発明
は、低溶解温度の一方の金属材に孔及び端面を、高溶解
温度の他方の金属材に前記孔に挿入可能な挿入方向先端
が径大になったテーパ軸及び端面を、それぞれ軸方向に
一定間隔をおいて少なくとも二つ以上形成し、各端面同
士を摩擦しながら両金属材を圧接し、その摩擦熱と圧接
力とによって一方の金属材の端面部分を溶解させて他方
の金属材の各テーパ軸を緊縛するようその周囲に移動さ
せることで両金属材を接合することを特徴とする異種金
属材の摩擦接合方法を提供する。

【０００５】又、本発明は、前記の他方の金属材のテー
パ軸及び端面との間に挿入方向先端が径小になったテー
パ軸を、一方の金属材の孔及び端面との間に前記テーパ
軸に対応するテーパ孔を、それぞれ少なくとも一つ以上
形成し、端面及びテーパ孔部分を溶解させて前記テーパ
軸を緊縛させることを特徴とする異種金属材の摩擦接合
方法を提供する。

【０００６】更に、本発明は、ロール部の端の内周にア
ルミ材からなる端部を嵌着してこれを前記の一方の金属
材とするとともに、鋼材からなる軸部を同じく前記の他
方の金属材とし、これら両金属材を前記の摩擦接合方法
によって接合してロールにしたことを特徴とする異種金
属材の摩擦接合方法によって製作されるロールを提供す
る。

【０００７】

【作用】以上の手段をとることにより、他方の金属材に
形成された抜け方向後方側が径大になったテーパ軸の外
周は溶解した一方の金属材で緊縛されることになるか
ら、異種金属材同士でも接合（結合）することができ
る。そして、このテーパ軸の部分は一体間隔をおいて少
なくとも二つ以上形成されるから、高い結合強度が保た
れるとともに、結合部の捩じれ、倒れ等の問題も起こら
ない。更に、二つのテーパ軸の間に逆方向のテーパ軸を
形成し、このテーパ軸の外周も一方の金属材で緊縛する
ようにすれば、結合力の強化や倒れ防止は一層顕著にな
る。

【０００８】又、ロール部のボスにアルミ材を使用して
これを一方の金属材とするとともに、軸部に鋼材を使用
してこれを他方の金属材として、両金属材を前記した方
法で一体化してロールとすれば、その重量をより軽量化
できるとともに、そのコストを安く抑えられる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す接合前の両金属
材の側面図及び断面図であるが、本実施例では、一方の
金属材１０として溶解温度の低いアルミ材を選択し、他
方の金属材１２にこれよりも溶解温度が高くて強度の強
い鋼材（Ｓ４５Ｃ）を選択した。一方の金属材１０には
ストレートな孔１４ａ、１４ｂを、他方の金属材１２に
はこの孔１４ａ、１４ｂに挿入可能で、挿入方向先端側
が径大になった（これを順方向という）テーパ軸１６
ａ、１６ｂを形成するのであるが、この組合せを軸方向
一定間隔をおいて少なくとも二つ以上形成する（本実施
例では二個）。尚、孔１４ａ、１４ｂ及びテーパ軸１６
ａ、１６ｂとも、挿入方向先端側の方の径を小さくして
おく。又、本実施例では、この他に、テーパ軸１６ａ、
１６ｂの間に逆方向のテーパ軸１６ｃを形成するととも
に、孔１４ａ、１４ｂの間にテーパ軸１６ｃに対応する
テーパ孔１４ｃを形成してある。

【００１０】一方、順方向のテーパ軸１６ａ、１６ｂの
挿入方向後側にはそれぞれ端面１８ａ、１８ｂを形成し
ておくとともに、孔１４ａ、１４ｂ側にもこの端面１８
ａ、１８ｂに対応してそれぞれ端面２０ａ、２０ｂを形
成しておく。尚、このときの孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃ
側及びテーパ軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃ側とも、それぞ
れの端面１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ間の長さをほ
ぼ同しに設定し（本実施例では約５６ｍｍ）、逆方向の
テーパ軸１６ｃの最小径と逆方向のテーパ孔１４ｃの最
小径もほぼ同じに設定しておく（本実施例では約４５ｍ
ｍ）。

【００１１】以上の他方の金属材１２を摩擦接合機のク
ランプで固定し、一方の金属材１０をチャックで掴んで
回転させながらテーパ軸１６ａ、１６ｂを孔１４ａ、１
４ｂに挿入するとともに、各々の端面１８ａ、１８ｂ、
２０ａ、２０ｂ同士を当接させる。このときの圧力（摩
擦圧という）を８５Ｋｇ／ｃｍ^２程度に設定して端面１
８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ同士を摩擦圧接すれば、
当接部は発熱して一方の金属材１０が溶解を始める。一
方の金属材１０が溶解を始めると、他方の金属材１２の
端面２０ａ、２０ｂは一方の金属材１０の端面１８ａ、
１８ｂに食い込むから、これを約４ｍｍ程度食い込ませ
たなら（これを摩擦寄り代という）、一方の金属材１０
の回転を止め、圧力を１７５Ｋｇ／ｃｍ^２程度の高圧
（これをアプセット圧という）にして更に４ｍｍ程度押
し込む（これをアプセット寄り代という）。

【００１２】図２はこのときの状態を示す断面図である
が、アプセット圧により、一方の金属材１０の主として
端面１８ａ、１８ｂの溶解した部分は他方の金属材１２
の順方向のテーパ軸１６ａ、１６ｂ側に押し出され、テ
ーパ軸１６ａ、１６ｂの外周に移動する。従って、スト
レートな孔１４ａ、１４ｂは順方向のテーパ孔形状にな
り、テーパ軸１６ａ、１６ｂの外周を緊縛する。と同時
に、端面２０ｂ及び逆方向のテーパ孔１４ｃの周囲も溶
解、移動して逆方向のテーパ軸１６ｃの外周を緊縛す
る。尚、孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃ側の溶解した部分は
テーパ軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃ部分だけでなく、当然
ながら端面１８ａの外にも膨出する（この部分は後に機
械加工等で削り取る）。

【００１３】この他、順方向のテーパ軸１６ａと逆方向
のテーパ孔１６ｃが交わる部分が嵌合するストレートな
孔１４ａの径は順方向のテーパ軸１６ａの最大径よりも
やや大きくしておき、溶解して押し出されて来る部分の
逃げ部２０にしておく。以上により、テーパ軸１６ａ、
１６ｂ、１６ｃの外周は孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃの部
分で強く緊縛され、その接触長全長に亘って一体化され
る。

【００１４】図３は他の実施例の接合状態を示す断面図
であるが、本実施例のものは、逆方向のテーパ軸１６ｃ
とこれに対応するテーパ孔１４ｃを廃し、これをストレ
ートな軸とこれよりも径の大きなストレートな孔にした
ものである。この場合、二つの順方向のテーパ軸１６
ａ、１６ｂの部分だけで接合されるが、いわゆる、二点
支持されることになり、強度的な不満はあまりない。こ
の方法は逆方向のテーパ軸１６ｃとこれに対応するテー
パ孔１４ｃ等の加工が不要であるから、それだけ加工が
容易である利点がある。

【００１５】ところで、以上は一例であって、テーパ軸
や孔の数もこれに限定されるものではなく、これ以上に
することもできる。テーパの数が多ければ多いほど強度
は強くなる。更に、金属材の種類にしても以上は一例で
あって、この他に溶解温度の低いものには銅、真鍮、青
銅等を、又、溶解温度の高いものにはニッケル鋼やクロ
ム鋼等を採択することが考えられる。

【００１６】図４はこの方法によって得られた異種金属
材の結合体を所定の部品形状に仕上げたものの断面図で
あるが、この方法によれば、ネジ止め、溶接等を必要と
しないで異種金属材を一体化できる（一体化されたもの
に必要な機械加工を施すのはもちろんである）。尚、異
種金属材を用いる目的は重量の軽減、強度の向上、耐熱
性の付与等様々であるが、重量を軽減させる目的でドラ
ム、ロール、ホイル類のボス部に適用するのが最適であ
る。図５は印刷機のロール２２を示す断面図であるが、
この種のロール２２は再々取り替える必要があるから、
その重量はできるだけ軽いのが望まれる。そこで、以上
のような異種金属材を一体化したものでそのボス部２４
を構成することが考えられる。

【００１７】この目的のため、ポス部２４の端部２６を
軽量材で、ベアリング等を装着するために強度の必要な
軸部２８を強度材で構成する。具体的には、ロール部３
０の端にアルミ材からなる端部２６を嵌着してこれを一
方の金属材とするとともに、軸部２８を鋼材で構成して
これを他方の金属材として両者を前記した方法で接合す
るのである。尚、ロール部３０も軽くて強度の高いカー
ボン材で構成すれば（３２はゴムのライニング）、ロー
ル２２全体の重量を非常に軽くすることができる。この
場合、カーボンとアルミ等の結合は接着剤で容易にでき
るから、ロール部３０と端部２６との一体化も容易であ
る。又、このときの軸部２６も長くて径の太いものであ
れば、これもアルミ材と鋼材とに分けてもよいし、その
場合、アルミ材をパイプにすれば重量は一層軽くなる。
この点、従来までのものは、鋼材の軸をアルミ材の端部
に通し、廻り止め構造を施してナットで締め付ける等し
て固定していたのであるか、このような複雑な構造は必
要なくなる。

【００１８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、異種金属材同士
を強度を有する構造で一体化する場合も、前記した摩擦
接合方法で確実に達成できるから、その工作が簡単で、
コストも安くなる。又、この方法でそれぞれの部位に適
した材質で一体化したロールを製作すれば、非常に重量
の軽いものができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す接合前の状態の両金属材
の断面図及び側面図である。

【図２】本発明の実施例を示す接合後の状態の両金属材
の断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す接合後の状態の両金
属材の断面図である。

【図４】本発明の他の実施例によって接合した金属材を
ロールのボス部にした断面図である。

【図５】本発明によって製作したロールの一部の断面図
である。

【符号の説明】

１０ 一方の金属材 １２ 他方の金属材 １４ａ 孔 １４ｂ 孔 １４ｃ テーパ孔 １６ａ テーパ軸 １６ｂ テーパ軸 １６ｃ テーパ軸 １８ａ 端面 １８ｂ 端面 ２０ａ 端面 ２０ｂ 端面 ２２ ロール ２４ ロールのボス部 ２６ ボス部の端部 ２８ ボス部の軸部 ３０ ロールのロール部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低溶解温度の一方の金属材に孔及び端面
   を、高溶解温度の他方の金属材に前記孔に挿入可能な挿
   入方向先端が径大になったテーパ軸及び端面を、それぞ
   れ軸方向に一定間隔をおいて少なくとも二つ以上形成
   し、各端面同士を摩擦しながら両金属材を圧接し、その
   摩擦熱と圧接力とによって一方の金属材の端面部分を溶
   解させて他方の金属材の各テーパ軸を緊縛するようその
   周囲に移動させることで両金属材を接合することを特徴
   とする異種金属材の摩擦接合方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の他方の金属材のテーパ軸
   及び端面との間に挿入方向先端が径小になったテーパ軸
   を、一方の金属材の孔及び端面との間に前記テーパ軸に
   対応するテーパ孔を、それぞれ少なくとも一つ以上形成
   し、端面及びテーパ孔部分を溶解させて前記テーパ軸を
   緊縛させることを特徴とする異種金属材の摩擦接合方
   法。
3. 【請求項３】 ロール部の端の内周にアルミ材からなる
   端部を嵌着してこれを請求項１又は２記載の一方の金属
   材とするとともに、鋼材からなる軸部を請求項１又は２
   記載の他方の金属材とし、これら両金属材を請求項１又
   は２記載の摩擦接合方法によって接合してロールにした
   ことを特徴とする異種金属材の摩擦接合方法によって製
   作されるロール。
4. 【請求項４】 ロール部がカーボンで構成されることを
   特徴とする請求項３記載の異種金属材の摩擦接合方法に
   よって製作されるロール。