JP3030478B2 - 衝撃摩擦接合方法 - Google Patents
衝撃摩擦接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構築物、機械装置、輸
送機関、機器類等の各種構造物の部材の組立、更には機
能材料・素子の接合等に有用な接合方法に関する。
送機関、機器類等の各種構造物の部材の組立、更には機
能材料・素子の接合等に有用な接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】接合技術は、建築・橋梁・タンク・配管
等の構築物、船舶・車輌・自動車等の輸送機関、生産機
械・化学機器・電気電子機器等の機械装置、あるいは宇
宙航空、海洋開発、原子力・太陽エネルギ関連部門等、
各種分野での種々の構造物の組立技術として重要な役割
を有している。
等の構築物、船舶・車輌・自動車等の輸送機関、生産機
械・化学機器・電気電子機器等の機械装置、あるいは宇
宙航空、海洋開発、原子力・太陽エネルギ関連部門等、
各種分野での種々の構造物の組立技術として重要な役割
を有している。
【０００３】部材の接合には、多種多様の接合方法が、
部材の材種・肉厚、所要の継手形状、対象構造物の種類
等に応じて適用される。最も一般的な接合法として知ら
れる被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ＴＩＧ溶
接、ＭＩＧ溶接等の各種アーク溶接、電子ビーム溶接、
あるいはガス溶接等は、部材の接合部に多量の給熱を行
つて接合部を溶融し、凝固させることにより継手を形成
するもので、所謂融接法の範ちゆうに属する接合法であ
る。
部材の材種・肉厚、所要の継手形状、対象構造物の種類
等に応じて適用される。最も一般的な接合法として知ら
れる被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ＴＩＧ溶
接、ＭＩＧ溶接等の各種アーク溶接、電子ビーム溶接、
あるいはガス溶接等は、部材の接合部に多量の給熱を行
つて接合部を溶融し、凝固させることにより継手を形成
するもので、所謂融接法の範ちゆうに属する接合法であ
る。
【０００４】他方、接合しようとする部材同士の接合面
に加圧力を負荷して継手を形成する圧接法として、接合
面を抵抗加熱により溶融し加圧下に融着させる抵抗圧接
法（スポツト溶接、シーム溶接、アプセツト溶接等）、
火薬の爆発エネルギを利用し部材同士を高速度で衝突さ
せることにより衝突面を波状に接合してライニングクラ
ツドを形成する爆発圧接法、あるいは丸棒状ないしパイ
プ状部材の端面同士を突合せ、加圧下に相対回転摩擦を
行なわせ、発生する摩擦熱により端面同士を接合する摩
擦圧接法等が、対象部材の形状・材質等の特殊性に応じ
て適用されている。
に加圧力を負荷して継手を形成する圧接法として、接合
面を抵抗加熱により溶融し加圧下に融着させる抵抗圧接
法（スポツト溶接、シーム溶接、アプセツト溶接等）、
火薬の爆発エネルギを利用し部材同士を高速度で衝突さ
せることにより衝突面を波状に接合してライニングクラ
ツドを形成する爆発圧接法、あるいは丸棒状ないしパイ
プ状部材の端面同士を突合せ、加圧下に相対回転摩擦を
行なわせ、発生する摩擦熱により端面同士を接合する摩
擦圧接法等が、対象部材の形状・材質等の特殊性に応じ
て適用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記アーク溶接等に代
表される融接法は、適用範囲の広い接合法であるが、そ
のいずれも部材の接合部を多量の給熱により溶融し凝固
させるという接合形成の機構上、形成される接合部は組
成および組織の変化、熱影響、応力・ひずみの発生等に
因る寸法形状的、構造的ないし材質的な不連続性・不均
一性を不可避的に付随する。抵抗圧接法についても、上
記融接法と程度の差はあれ、接合部が溶融されることに
伴う組織の変化、熱影響、応力・ひずみ等の発生を免れ
ない。
表される融接法は、適用範囲の広い接合法であるが、そ
のいずれも部材の接合部を多量の給熱により溶融し凝固
させるという接合形成の機構上、形成される接合部は組
成および組織の変化、熱影響、応力・ひずみの発生等に
因る寸法形状的、構造的ないし材質的な不連続性・不均
一性を不可避的に付随する。抵抗圧接法についても、上
記融接法と程度の差はあれ、接合部が溶融されることに
伴う組織の変化、熱影響、応力・ひずみ等の発生を免れ
ない。
【０００６】一方、爆薬の爆発エネルギで部材の高速度
衝突を行なわせる爆発圧接法では瞬間的に部材同士の接
合が行なわれ、その接合機構は固相接合であり、前述の
接合法と異なつて溶融および組織変化や熱影響等を付随
しないので、熱処理調質材の接合や、活性金属部材の大
気中での接合が可能であるほか、異種材料の接合も容易
である等の利点を有している。しかし反面爆薬の取扱い
に関する煩瑣な管理や、爆発エネルギを効率よく部材に
伝達するための部材同士の配置構成や爆薬の配置等につ
いての制約と特殊な仕掛け等を必要とする。
衝突を行なわせる爆発圧接法では瞬間的に部材同士の接
合が行なわれ、その接合機構は固相接合であり、前述の
接合法と異なつて溶融および組織変化や熱影響等を付随
しないので、熱処理調質材の接合や、活性金属部材の大
気中での接合が可能であるほか、異種材料の接合も容易
である等の利点を有している。しかし反面爆薬の取扱い
に関する煩瑣な管理や、爆発エネルギを効率よく部材に
伝達するための部材同士の配置構成や爆薬の配置等につ
いての制約と特殊な仕掛け等を必要とする。
【０００７】また、摩擦圧接法は、部材の接合部の溶融
はなく固相接合である点で上記爆発圧接法と一部共通す
るが、部材の突合せ面を摩擦熱により接合可能な温度ま
で加熱昇温させるには、その回転摩擦をかなりの時間
（概ね数分間程度）継続することが必要であり、このた
め瞬間的に接合を発現する上記爆発圧接法と異なり、そ
の接合部はかなりの層厚領域（例えば数ｍｍ）に亘つて
伝導伝熱による熱影響を生じ、また部材に加わる圧縮応
力により接合端面部に大きな坐屈変形（材料のはみ出
し）が生じるので、その後工程として形状修正のための
機械加工仕上げの実施を余儀なくされる。
はなく固相接合である点で上記爆発圧接法と一部共通す
るが、部材の突合せ面を摩擦熱により接合可能な温度ま
で加熱昇温させるには、その回転摩擦をかなりの時間
（概ね数分間程度）継続することが必要であり、このた
め瞬間的に接合を発現する上記爆発圧接法と異なり、そ
の接合部はかなりの層厚領域（例えば数ｍｍ）に亘つて
伝導伝熱による熱影響を生じ、また部材に加わる圧縮応
力により接合端面部に大きな坐屈変形（材料のはみ出
し）が生じるので、その後工程として形状修正のための
機械加工仕上げの実施を余儀なくされる。
【０００８】そこで本発明は、部材の寸法形状変化や、
組織の変化、熱影響、その他の構造的・材質的な不連続
性を実質的に付随することなく、簡素な操作により瞬間
的に接合を達成することができ、更には一般的な構造物
の組立てのみならず、電子材料用微細チツプ等の機能材
料・素子等の接合手段として有用な新規接合方法を提供
しようとするものである。
組織の変化、熱影響、その他の構造的・材質的な不連続
性を実質的に付随することなく、簡素な操作により瞬間
的に接合を達成することができ、更には一般的な構造物
の組立てのみならず、電子材料用微細チツプ等の機能材
料・素子等の接合手段として有用な新規接合方法を提供
しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の接合
方法は、接合しようとする部材の互いの表面を当接さ
せ、少くとも一方の部材に衝撃的荷重を負荷し、部材の
当接界面に予め加えておいた面圧力、または上記衝撃的
荷重の負荷に伴って生じる面圧力の作用下に、上記衝撃
的荷重による高速度摩擦を行わせ、その高速度摩擦下に
瞬間的に発生する摩擦熱により、当接界面からの摩擦熱
の実質的な熱拡散のない微小時間内に当接界面に極薄層
厚の接合層を形成せしめることを特徴としている。
方法は、接合しようとする部材の互いの表面を当接さ
せ、少くとも一方の部材に衝撃的荷重を負荷し、部材の
当接界面に予め加えておいた面圧力、または上記衝撃的
荷重の負荷に伴って生じる面圧力の作用下に、上記衝撃
的荷重による高速度摩擦を行わせ、その高速度摩擦下に
瞬間的に発生する摩擦熱により、当接界面からの摩擦熱
の実質的な熱拡散のない微小時間内に当接界面に極薄層
厚の接合層を形成せしめることを特徴としている。
【００１０】以下、本発明について図面を参照して詳し
く説明する。図１において、１０および２０は接合しよ
うとする部材であり、２つの部材１０と２０は、互いの
接合されるべき表面を向い合わせて重ねられ、これに垂
直な向きの押圧力（静荷重）Ｓが負荷されて重ね合せ界
面に所定の面圧力（高圧力）が与えられている。この高
面圧力が加えられた状態のもとで、いずれか一方の部材
１０に、重ね合せ面と平行な向きの衝撃力（衝撃的荷
重）Ｉを負荷すると、その衝撃力により、重ね合せ界面
に瞬間的な微小距離の高速度摩擦を生じる。
く説明する。図１において、１０および２０は接合しよ
うとする部材であり、２つの部材１０と２０は、互いの
接合されるべき表面を向い合わせて重ねられ、これに垂
直な向きの押圧力（静荷重）Ｓが負荷されて重ね合せ界
面に所定の面圧力（高圧力）が与えられている。この高
面圧力が加えられた状態のもとで、いずれか一方の部材
１０に、重ね合せ面と平行な向きの衝撃力（衝撃的荷
重）Ｉを負荷すると、その衝撃力により、重ね合せ界面
に瞬間的な微小距離の高速度摩擦を生じる。
【００１１】本発明は、この重ね合せ界面の瞬間的な高
速度摩擦により発生する摩擦熱を利用して重ね合せ界面
の接合を発現させるものである。すなわち、部材の重ね
合せ界面は、衝撃力の負荷に伴つて瞬間的に発生する摩
擦熱により、その摩擦面からの実質的な熱拡散のない極
微小時間内に、極く薄い表皮層（例えば数μｍないし数
十μｍの厚さ）のみが急速に高温度に上昇すると共に、
その衝撃力が瞬間的に負荷された後は、高面圧力が加わ
つた静止状態に保持されることにより、両部材１０，２
０の重ね合せ面に、両部材を強固に結合する極く薄い層
厚の接合層が形成される。
速度摩擦により発生する摩擦熱を利用して重ね合せ界面
の接合を発現させるものである。すなわち、部材の重ね
合せ界面は、衝撃力の負荷に伴つて瞬間的に発生する摩
擦熱により、その摩擦面からの実質的な熱拡散のない極
微小時間内に、極く薄い表皮層（例えば数μｍないし数
十μｍの厚さ）のみが急速に高温度に上昇すると共に、
その衝撃力が瞬間的に負荷された後は、高面圧力が加わ
つた静止状態に保持されることにより、両部材１０，２
０の重ね合せ面に、両部材を強固に結合する極く薄い層
厚の接合層が形成される。
【００１２】本発明により部材の接合を行うに当つて
は、接合面（摩擦面）の均一確実な摩擦を確保するため
に、予め機械加工により、または機械加工と研磨加工等
を施して、その表面を適当な表面粗さ（例えば、１２．
５Ｓ（▽▽））、適当な表面うねり（例えば、摩擦方向
の表面うねり １２Ｗ）等を有する表面状態に仕上げて
おき、また酸化皮膜や油脂、その他の接合を阻害するよ
うな異物質が生成・付着している場合は、これらを除去
して清浄な表面状態を与えておく。
は、接合面（摩擦面）の均一確実な摩擦を確保するため
に、予め機械加工により、または機械加工と研磨加工等
を施して、その表面を適当な表面粗さ（例えば、１２．
５Ｓ（▽▽））、適当な表面うねり（例えば、摩擦方向
の表面うねり １２Ｗ）等を有する表面状態に仕上げて
おき、また酸化皮膜や油脂、その他の接合を阻害するよ
うな異物質が生成・付着している場合は、これらを除去
して清浄な表面状態を与えておく。
【００１３】接合しようとする部材に負荷すべき面圧力
および衝撃力は、部材の変形や界面の塑性流動ないし溶
融を生起することなく、界面の瞬間的な摩擦により接合
の発現に必要な摩擦熱量が確保されるように、部材の降
伏強度、硬さ、融点等の材料特性、界面の摩擦係数、接
合面積等の具体的条件に応じて個々に設定される。その
衝撃力の負荷により重ね合せ界面に瞬間的に生じる摩擦
の摩擦速度は、例えば５〜７ｍ／ｓであり、その摩擦距
離は、概ね数ｍｍないしそれ以下（例えば１ｍｍ前後）
である。
および衝撃力は、部材の変形や界面の塑性流動ないし溶
融を生起することなく、界面の瞬間的な摩擦により接合
の発現に必要な摩擦熱量が確保されるように、部材の降
伏強度、硬さ、融点等の材料特性、界面の摩擦係数、接
合面積等の具体的条件に応じて個々に設定される。その
衝撃力の負荷により重ね合せ界面に瞬間的に生じる摩擦
の摩擦速度は、例えば５〜７ｍ／ｓであり、その摩擦距
離は、概ね数ｍｍないしそれ以下（例えば１ｍｍ前後）
である。
【００１４】本発明による部材の接合態様は、前記図１
のそれに限定されず、図２〜図５に例示するように種々
の態様が可能である。図２は、３つの部材１０，２０，
３０を重ね合せて面圧力を加え、重ね合せ面に平行な向
きの衝撃力を負荷して３部材の接合を同時に行なう例を
示している。この場合、上側の部材１０と下側の部材３
０を固定状態として中間の部材２０のみに衝撃力Ｉ1 を
負荷し、またはそれとは逆に中間の部材２０を固定して
上下両側の部材１０と３０に衝撃力Ｉ2 ，Ｉ3 （Ｉ2 と
Ｉ3 の大きさは必ずしも同一でなく、方向は互いに逆向
とする場合もある）を負荷し、あるいは３つの部材１
０，２０，３０のそれぞれを可動状態に保持して適宜の
大きさと方向の衝撃力を負荷するようにしてもよい。
のそれに限定されず、図２〜図５に例示するように種々
の態様が可能である。図２は、３つの部材１０，２０，
３０を重ね合せて面圧力を加え、重ね合せ面に平行な向
きの衝撃力を負荷して３部材の接合を同時に行なう例を
示している。この場合、上側の部材１０と下側の部材３
０を固定状態として中間の部材２０のみに衝撃力Ｉ1 を
負荷し、またはそれとは逆に中間の部材２０を固定して
上下両側の部材１０と３０に衝撃力Ｉ2 ，Ｉ3 （Ｉ2 と
Ｉ3 の大きさは必ずしも同一でなく、方向は互いに逆向
とする場合もある）を負荷し、あるいは３つの部材１
０，２０，３０のそれぞれを可動状態に保持して適宜の
大きさと方向の衝撃力を負荷するようにしてもよい。
【００１５】図３は、曲面（図では波状凹凸曲面）を接
合面とする部材１０と２０を接合する例を示している。
部材１０と２０の互いの曲面を重ね合せ、面圧力を加え
て衝撃力Ｉにより曲面の母線方向に瞬間的な摩擦を生じ
させることにより、前記図１や図２の直面の場合と同様
にその重ね合せ面の接合が達成される。
合面とする部材１０と２０を接合する例を示している。
部材１０と２０の互いの曲面を重ね合せ、面圧力を加え
て衝撃力Ｉにより曲面の母線方向に瞬間的な摩擦を生じ
させることにより、前記図１や図２の直面の場合と同様
にその重ね合せ面の接合が達成される。
【００１６】図４は、柱状部材４０の端面に軸状部材５
０を取着固定するための接合例を示している。柱状部材
４０の端面に軸状部材５０の外径に略等しい孔径の軸孔
４１を穿設し、これに軸状部材５０の一端を圧入して面
圧力を付与したうえ、部材４０または５０のいずれか一
方または両者に回転トルクとしての衝撃力Ｉを負荷し、
両部材の嵌合界面に瞬間的な回転摩擦を行なわせること
により両部材は接合固定される。
０を取着固定するための接合例を示している。柱状部材
４０の端面に軸状部材５０の外径に略等しい孔径の軸孔
４１を穿設し、これに軸状部材５０の一端を圧入して面
圧力を付与したうえ、部材４０または５０のいずれか一
方または両者に回転トルクとしての衝撃力Ｉを負荷し、
両部材の嵌合界面に瞬間的な回転摩擦を行なわせること
により両部材は接合固定される。
【００１７】図５は、厚板等の部材６０にテーパーピン
７０を植設固定する接合例であり、部材６０の板面に、
テーパーピン７０の外形状に対応したテーパを有するピ
ン孔６１を形成してこれにテーパーピン７０を差し込ん
だうえ、テーパーピン７０に軸心方向の衝撃力Ｉを負荷
してテーパーピン７０の打込みを行う。その打込みに伴
つて、テーパーピン７０の外周面とピン孔６１の孔壁面
との当接界面に高面圧力が作用すると共に、その当接界
面に瞬間的な摩擦を生じて両部材の接合が達成される。
７０を植設固定する接合例であり、部材６０の板面に、
テーパーピン７０の外形状に対応したテーパを有するピ
ン孔６１を形成してこれにテーパーピン７０を差し込ん
だうえ、テーパーピン７０に軸心方向の衝撃力Ｉを負荷
してテーパーピン７０の打込みを行う。その打込みに伴
つて、テーパーピン７０の外周面とピン孔６１の孔壁面
との当接界面に高面圧力が作用すると共に、その当接界
面に瞬間的な摩擦を生じて両部材の接合が達成される。
【００１８】上記図５の例に示したように、部材の接合
面の面圧力は、必ずしも衝撃力の負荷に先立つて付与し
ておく必要はなく、衝撃力が負荷されることによつて所
要の面圧力と摩擦熱とが同時に発生する機構にしておけ
ば、衝撃力を負荷することのみで部材の接合を発現させ
ることができる。
面の面圧力は、必ずしも衝撃力の負荷に先立つて付与し
ておく必要はなく、衝撃力が負荷されることによつて所
要の面圧力と摩擦熱とが同時に発生する機構にしておけ
ば、衝撃力を負荷することのみで部材の接合を発現させ
ることができる。
【００１９】本発明の接合方法は、同種または異種の金
属部材同士の接合はもとより、金属部材と非金属部材
（例えばセラミツク部材や金属間化合物部材）との接
合、または非金属部材同士の接合にも適用される。
属部材同士の接合はもとより、金属部材と非金属部材
（例えばセラミツク部材や金属間化合物部材）との接
合、または非金属部材同士の接合にも適用される。
【００２０】部材の接合に先立つて、その接合面を適当
な表面粗さ・平面度を有する表面状態に調整するための
表面加工は、前記のように、機械加工により、または機
械加工と研磨加工等を併用して行うことができるが、こ
のほかに、例えば、部材の接合面同士を重ね合せて適度
の面圧力を加え、室温下または加熱下に動的ないし衝撃
的荷重を負荷して重ね合せ面の摺り合せを行なうこと
も、効果的な表面調整法の１つとして採用される。その
場合に、例えば振動エネルギを付加して表面調整効果を
より高めることも可能である。
な表面粗さ・平面度を有する表面状態に調整するための
表面加工は、前記のように、機械加工により、または機
械加工と研磨加工等を併用して行うことができるが、こ
のほかに、例えば、部材の接合面同士を重ね合せて適度
の面圧力を加え、室温下または加熱下に動的ないし衝撃
的荷重を負荷して重ね合せ面の摺り合せを行なうこと
も、効果的な表面調整法の１つとして採用される。その
場合に、例えば振動エネルギを付加して表面調整効果を
より高めることも可能である。
【００２１】また、接合しようとする部材が軟質である
ために、瞬間的な高速度摩擦を行なわせるべく衝撃力を
負荷しても接合界面に塑性流動を生じるような場合に
は、塑性流動を回避するために予め部材の接合面に硬化
処理（例えばレーザ焼入れ、高周波焼入れ等）を施して
必要な硬度を付与しておくとよい。これと逆に、部材の
硬度が高過ぎるために、事前に行なわれる表面調整のた
めの機械加工に困難をきたし、あるいは相手部材との硬
度差が大き過ぎて接合界面に適切な接合層を形成するこ
とが容易でないような場合には、軟化処理（例えば軟化
焼鈍）を施して接合面に適度の硬さを付与するようにす
るとよい。部材の材種により、必要に応じて接合促進物
質（例えば、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属またはその
合金の微粉末）を塗布することができる。
ために、瞬間的な高速度摩擦を行なわせるべく衝撃力を
負荷しても接合界面に塑性流動を生じるような場合に
は、塑性流動を回避するために予め部材の接合面に硬化
処理（例えばレーザ焼入れ、高周波焼入れ等）を施して
必要な硬度を付与しておくとよい。これと逆に、部材の
硬度が高過ぎるために、事前に行なわれる表面調整のた
めの機械加工に困難をきたし、あるいは相手部材との硬
度差が大き過ぎて接合界面に適切な接合層を形成するこ
とが容易でないような場合には、軟化処理（例えば軟化
焼鈍）を施して接合面に適度の硬さを付与するようにす
るとよい。部材の材種により、必要に応じて接合促進物
質（例えば、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属またはその
合金の微粉末）を塗布することができる。
【００２２】更に、部材に衝撃力を負荷して接合を行う
に際しては、所望により、接合面に適宜の加熱手段（例
えば、レーザ加熱、高周波加熱等）による予熱処理が施
こされる。部材の接合面の予熱処理は、衝撃力による接
合面の摩擦熱の発生量が比較的少なく接合の発現に要す
る熱量が不足するような部材に対し、その熱量の不足を
補償するのに有効であり、また瞬間的摩擦により十分な
摩擦熱量を得ることができるような部材に対して予熱処
理を施す場合は、その予熱効果に相当する分だけ、接合
に必要な摩擦発熱量が少なくて済むので、瞬間的摩擦を
行なわせるための部材に対する面圧力や衝撃力の負荷を
それだけ軽減することができる。
に際しては、所望により、接合面に適宜の加熱手段（例
えば、レーザ加熱、高周波加熱等）による予熱処理が施
こされる。部材の接合面の予熱処理は、衝撃力による接
合面の摩擦熱の発生量が比較的少なく接合の発現に要す
る熱量が不足するような部材に対し、その熱量の不足を
補償するのに有効であり、また瞬間的摩擦により十分な
摩擦熱量を得ることができるような部材に対して予熱処
理を施す場合は、その予熱効果に相当する分だけ、接合
に必要な摩擦発熱量が少なくて済むので、瞬間的摩擦を
行なわせるための部材に対する面圧力や衝撃力の負荷を
それだけ軽減することができる。
【００２３】そのほか、例えば、接合しようとする部材
の一方または両者が磁性材料である場合において、部材
を磁場中に置き、磁場の作用により、重ね合せ界面の面
圧力や、瞬間的摩擦熱の発生が付加・増強される構成と
して本発明を実施することもできる。
の一方または両者が磁性材料である場合において、部材
を磁場中に置き、磁場の作用により、重ね合せ界面の面
圧力や、瞬間的摩擦熱の発生が付加・増強される構成と
して本発明を実施することもできる。
【００２４】
（Ｉ）部材の接合 炭素鋼部材（いずれもＳ５０Ｃ相当，降伏強度：４４ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 ，硬さ（ＨV ）：２０９，融点：約１５０
０℃）の接合面に機械加工仕上げを施して図２に示すよ
うに重ね合せて面圧力を加え、これに重ね合せ面と平行
な向きの衝撃力を負荷して接合する。 (1) 部材のサイズ：肉厚 ９ｍｍ，接合面積 １０×
４，ｍｍ（１０×２，ｍｍが上下２面） (2) 接合表面状態：表面粗さ Ｒmax ２μｍ，表面うね
り６Ｗ (3) 摩擦係数：衝撃静摩擦係数 ０．０７，衝撃動摩擦
係数 ０．０５ (4) 面圧力（静荷重）：３０ｋｇｆ／ｍｍ2 (5) 衝撃力：Ｉ2 ＋Ｉ3 ５５００ｋｇｆ，Ｉ1 １２
００ｋｇｆ 上記部材の衝撃力の負荷により瞬間的に生じる重ね合せ
界面の摩擦速度は約６．２ｍ／ｓ、摩擦距離は約３ｍｍ
であり、重ね合せ界面の温度（摩擦前：常温）は瞬間的
に約１４００℃まで上昇した。
ｇｆ／ｍｍ2 ，硬さ（ＨV ）：２０９，融点：約１５０
０℃）の接合面に機械加工仕上げを施して図２に示すよ
うに重ね合せて面圧力を加え、これに重ね合せ面と平行
な向きの衝撃力を負荷して接合する。 (1) 部材のサイズ：肉厚 ９ｍｍ，接合面積 １０×
４，ｍｍ（１０×２，ｍｍが上下２面） (2) 接合表面状態：表面粗さ Ｒmax ２μｍ，表面うね
り６Ｗ (3) 摩擦係数：衝撃静摩擦係数 ０．０７，衝撃動摩擦
係数 ０．０５ (4) 面圧力（静荷重）：３０ｋｇｆ／ｍｍ2 (5) 衝撃力：Ｉ2 ＋Ｉ3 ５５００ｋｇｆ，Ｉ1 １２
００ｋｇｆ 上記部材の衝撃力の負荷により瞬間的に生じる重ね合せ
界面の摩擦速度は約６．２ｍ／ｓ、摩擦距離は約３ｍｍ
であり、重ね合せ界面の温度（摩擦前：常温）は瞬間的
に約１４００℃まで上昇した。
【００２５】（ＩＩ）接合品質 図６は、上記により形成された部材接合部の断面の組織
を示している（腐食液：ピクリン酸（４ｇ）＋エタノー
ル（１００ｃｃ），倍率：４００）。部材の重ね合せ面
は薄い接合層を介して接合されている。その接合層厚は
約１０μｍで、その両側に約１５〜２０μｍの塑性流動
層が観察される。上記接合部材を材料試験機によるせん
断試験に付し、静的に接合面と平行な向きに力を加えて
接合面のせん断強度を測定した。そのせん断強度は５５
ｋｇｆ／ｍｍ2 （引張強さ９５ｋｇｆ／ｍｍ2 に相当）
と、母材強度とほゞ等しく、十分な接合強度を有してい
た。
を示している（腐食液：ピクリン酸（４ｇ）＋エタノー
ル（１００ｃｃ），倍率：４００）。部材の重ね合せ面
は薄い接合層を介して接合されている。その接合層厚は
約１０μｍで、その両側に約１５〜２０μｍの塑性流動
層が観察される。上記接合部材を材料試験機によるせん
断試験に付し、静的に接合面と平行な向きに力を加えて
接合面のせん断強度を測定した。そのせん断強度は５５
ｋｇｆ／ｍｍ2 （引張強さ９５ｋｇｆ／ｍｍ2 に相当）
と、母材強度とほゞ等しく、十分な接合強度を有してい
た。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、部材の組成・組織の変
化や、熱影響、寸法形状変化等を付随することなく、接
合を達成することができ、その接合部は構造的・材質的
な均質性を帯有している。本発明の接合方法は、各種の
構造物の部材の組立・連結に有用なことは言うまでもな
く、また衝撃力により瞬間的に発生する摩擦熱で接合面
の極く薄い層を瞬時に昇熱させて接合するという接合発
現の機構上、活性金属の大気中での接合や、金属部材と
セラミツク部材等の異種材料間の接合も可能であり、更
には機能性が重視される電子材料等の微細チツプをはじ
め、各種の機能性材料・素子の接合法としても有用であ
り、その適用範囲は広く、工業的に大きな意義を有する
ものである。
化や、熱影響、寸法形状変化等を付随することなく、接
合を達成することができ、その接合部は構造的・材質的
な均質性を帯有している。本発明の接合方法は、各種の
構造物の部材の組立・連結に有用なことは言うまでもな
く、また衝撃力により瞬間的に発生する摩擦熱で接合面
の極く薄い層を瞬時に昇熱させて接合するという接合発
現の機構上、活性金属の大気中での接合や、金属部材と
セラミツク部材等の異種材料間の接合も可能であり、更
には機能性が重視される電子材料等の微細チツプをはじ
め、各種の機能性材料・素子の接合法としても有用であ
り、その適用範囲は広く、工業的に大きな意義を有する
ものである。
【図１】本発明の接合態様の例を模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の接合態様の例を模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の接合態様の例を模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の接合態様の例を模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図５】本発明の接合態様の例を模式的に示す説明図で
ある。
ある。
【図６】本発明により形成された部材の接合部の金属組
織を示す図面代用顕微鏡写真である。
織を示す図面代用顕微鏡写真である。
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０：部材，
Ｉ，Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ：衝撃力
Ｉ，Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ：衝撃力
Claims (1)
- 【請求項１】 接合しようとする部材の互いの表面を当
接させ、少くとも一方の部材に衝撃的荷重を負荷し、部
材の当接界面に予め加えておいた面圧力、または上記衝
撃的荷重の負荷に伴って生じる面圧力の作用下に、上記
衝撃的荷重による高速度摩擦を行わせ、その高速度摩擦
下に瞬間的に発生する摩擦熱により、当接界面からの摩
擦熱の実質的な熱拡散のない微小時間内に当接界面に極
薄層厚の接合層を形成せしめることを特徴とする衝撃摩
擦接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3313330A JP3030478B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 衝撃摩擦接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3313330A JP3030478B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 衝撃摩擦接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05123876A JPH05123876A (ja) | 1993-05-21 |
| JP3030478B2 true JP3030478B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=18039942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3313330A Expired - Lifetime JP3030478B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 衝撃摩擦接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3030478B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5853405B2 (ja) | 2011-04-25 | 2016-02-09 | 株式会社Ihi | 摩擦接合方法及び接合構造体 |
| JP6615087B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2019-12-04 | アイシン軽金属株式会社 | 摩擦圧接接合体 |
| KR102320366B1 (ko) * | 2020-04-13 | 2021-11-01 | 기언관 | 철근연결구 |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3313330A patent/JP3030478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05123876A (ja) | 1993-05-21 |
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Legal Events
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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