JP3740104B2

JP3740104B2 - 摩擦圧接方法

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Publication number: JP3740104B2
Application number: JP2002233110A
Authority: JP
Inventors: 圭紀都築; 毅山田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP2004066336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦圧接方法およびこの摩擦圧接により接合された継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属からなる構造物における継手として、プラグ部を有する第１の部材のプラグ部を孔部を有する第２の部材の孔部に挿入して摩擦圧接法（摩擦溶接法）により接合したものがある。すなわち、この継手は、第１の部材のプラグ部を第２の部材の孔部に挿入して突き当て、第１の部材と第２の部材を加圧しつつ突き当て面を相対回転運動させて、突き当てで発生する摩擦熱により第１の部材と第２の部材とを溶接する方法により製作している。
【０００３】
従来、この摩擦圧接法により前記の継手を製作する場合には、第１の部材のプラグ部をストレート形またはテーパ形にする構成が採用されている。図２４はプラグ部にストレート形を採用した代表的な形態を模式的に示す図で、図中１は丸棒からなる第１の部材１、２は板材あるいはブロック材からなるリング形の第２の部材である。第１の部材１は先端部がストレートな丸棒からなるプラグ部１ａとされ、第２の部材２はストレート形をなす円形の孔部２ａが両側面を貫通して形成されている。
【０００４】
そして、図２５に示すように第１の部材１のプラグ部１ａを第２の部材２の孔部２ａに挿入し、初めにプラグ部１ａの先端角縁と孔部２ａの入口角縁（初期当り位置）とを突き当て、さらに両部材１，２に対して互いに突き当てる向きに力を加えるとともに第１の部材１を回転させ、プラグ部１ａの外周面と孔部２ａの内周面とを摩擦させる。これにより図２６に示すように突き当て面で発生する摩擦熱によりプラグ部１ａの外周面と孔部２ａの内周面の表面が軟化し、この軟化した金属によりプラグ部１ａの外周面と孔部２ａ両方の面を接合する。なお、軟化金属Ｗの一部はプラグ部１ａによって孔部２ａの入口および出口から余肉部Ｗａとして外部へ掻き出される。
【０００５】
図２７はプラグ部にテーパ形を採用した代表的な形態を模式的に示す図で、図中３は丸棒からなる第１の部材、４は板材あるいはブロック材からなる第２の部材である。第１の部材３は先端部がテーパ形をなすプラグ部１ａとされ、第２の部材２はテーパ形をなす円形の孔部４ａが両側面を貫通して形成されている。
【０００６】
そして、図２８に示すように第１の部材３のプラグ部３ａを第２の部材４の孔部４ａに挿入して、プラグ部３ａの外周面全体を孔部４ａの内周面全体に突き当てて接触させる。さらに両部材３、４に互いに突き当てる向きに力を加えるとともに第１の部材３を回転させ、プラグ部３ａの外周面と孔部４ａの内周面とを摩擦させる。これにより図２９に示すように摩擦熱によりプラグ部１ａの外周面と孔部２ａの内周面を軟化させて密着化させて接合する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ストレート形のプラグ部を採用した摩擦圧接法には次に述べる問題がある。すなわち、この方法では第１の部材１のプラグ部１ａを第２の部材２の孔部２ａに挿入する時に、両者の初期当り位置が孔部２ａの入口角縁となる。摩擦圧接法ではプラグ部の外周面と孔部の内周面は初期当り位置となる部分が最も多く発熱し、孔部２ａの入口部が他の部分に比較して素材が軟化する割合が多くなる。このため、金属の軟化により孔部２ａの入口の内径が拡大する度合いが孔部２ａの出口に比較して大きくなり、また軟化金属Ｗが孔部２ａの入口から外部へ掻き出される量は出口から外部へ掻き出される量より多くなる。これによりプラグ部１ａと孔部２ａの入口との間が接合できなくなり、この非接合部の孔部軸方向の長さが孔部軸方向の全長の中で占める割合が大きい。これに伴い孔部軸方向の全長においてプラグ部１ａと孔部２ａとが接合する接合部の長さが占める割合（接合率）が低下する。特に孔部２ａの長さ方向中央部における接合部長さが縮小して接合の信頼性の面で不安が生じる。
【０００８】
孔部２ａの入口から軟化金属Ｗが外部へ掻き出されて生じた余肉部Ｗａはその量が多いことから図２６に示すように断面が塊としてまとまらず分岐し切り込まれた形状となる。このため、この余肉部Ｗａの分岐部した部分に応力が集中し易く、この応力集中により余肉部Ｗａからプラグ部１ａと孔部２ａとの間の接合部金属Ｗに到る亀裂が生じてプラグ部１ａと孔部２ａとの接合が不確実になることがある。
【０００９】
この対策として余肉部Ｗａを後加工で切除する方法があるが、この場合には加工が困難で経費もかかり、仮に余肉部Ｗａを切除しても応力集中を確実に防止できる訳ではない。
【００１０】
このように摩擦圧接を行なう場合に、プラグ部１ａと孔部２ａとの初期当り位置が孔部軸方向の中央部に対して片寄った位置にあることから，プラグ部１ａと孔部２ａとの接合の信頼性が低下する問題があった。
【００１１】
テーパ形のプラグ部を採用した摩擦圧接法には次に述べる問題がある。すなわち、この方法では図２８に示すように第１の部材３のプラグ部３ａのテーパをなす外周面全体を、第２の部材４の孔部４ａのテーパをなす内周面全体に突き当てるために両面が接触する面積が大きい。このため、プラグ部１ａを回転する時にプラグ部１ａの外周面と孔部２の内周面との間の摩擦抵抗が大きいので、両者の摩擦圧接の進行が遅く図２９に示すように孔部軸方向の中央部では未接合部分が発生することがある。すなわち、プラグ部１ａの外周面と孔部２の内周面との間の接合金属Ｗが少量で空白部が生じる。これによりプラグ部３ａと孔部４ａとの接合の信頼性が低下する問題があった。
【００１２】
本発明は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部とを高い信頼性で接合できる摩擦圧接方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部との接合の信頼性を高めた継手を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の摩擦圧接方法は、第１の部材に設けられて先端面に向かうにしたがって直径が順次縮小してゆくテーパをなす外周面を有するプラグ部を、第２の部材に設けられてプラグ部が挿入される入口から出口にかけて直径が順次縮小してゆくテーパをなすとともに出口の内周縁に周方向全体に亘りフランジ形をなす堰部が形成された内周面を有する孔部に挿入し、プラグ部の外周面と孔部の内周面との初期当り位置として孔部の軸方向中央部で突き当て、第１の部材と第２の部材を加圧しつつ突き当て面で相対運動させて、突き当て面で発生する摩擦熱により第１の部材と第２の部材とを接合する。
【００１５】
本発明の継手は、先端面に向かうにしたがって外周面の直径が順次縮小してゆくテーパをなすプラグ部を有する第１の部材と、プラグ部が挿入される入口から出口にかけて内周面の直径が順次縮小してゆくテーパをなすとともに出口の内周縁に周方向全体に亘りフランジ形をなす堰部が形成された孔部を有する第２の部材とを具備し、プラグ部が孔部に挿入されて、プラグ部または孔部の一方に周方向に沿って形成される突部を初期突き当り位置として、プラグ部の外周面と孔部の内周面とが、孔部の軸方向中央部で突き当たる状態から摩擦圧接される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明の摩擦圧接方法にかかわる第１の実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部の組合せる前の状態を模式的に示す断面図、図２はプラグ部を孔部に挿入した状態を模式的に示す断面図、図３はプラグ部と孔部とを摩擦圧接した状態を示す模式的に示す断面図である。
【００１８】
先ず、図１に示すように金属からなる第１の部材１１と、第１の部材１１の金属と同じ金属または異なる金属からなる第２の部材１２を用意する。第１の部材１１は丸棒からなるもので、その一端部はプラグ部１１ａとなっている。このプラグ部１１ａは外周面が先端面に向かうに従って直径が順次縮小してゆくテーパをなしている。このプラグ部１は基端が第１の部材１１と同じ直径を有し、先端面が基端より小さい直径を有する円板をなしており、基端と先端面との間における先端面に近い位置には円周方向に沿う突部１１ｂが形成されている。この突部１１ｂは基端の直径より小さく、先端面の直径より大きい円環形をなすもので、基端から突部１１ｂに到るまでのテーパ面と突部１１ｂから先端面に到るテーパ面との中央軸線に対する角度が異なり、両方のテーパ面が交叉することにより突部となっている。すなわち、突部１１ａは断面山形をなすものである。
【００１９】
第２の部材１２は板材あるいはブロック材からなるもので、中央部には両方の側面に貫通する孔部１２ａが形成された例えばリング形をなしている。この孔部１２ａの内周面は一端開口（入口）から他端開口（出口）にかけて直径が順次縮小してゆくテーパをなしている。また、孔部１２ａの小径端開口である出口の内周縁には円周方向全体に亘りフランジ形をなす堰部１２ｂが形成されている。
【００２０】
第１の部材１１のプラグ部１１ａと第２の部材１２の孔部１２ａとは、プラグ部１１ａの先端から入口を通して孔部１２ａに挿入し、この挿入時にプラグ部１１ａの突部１１ｂが初めに孔部１２ａの内周面における軸方向中央部に突き当るように寸法が設定されている。孔部１２ａの内周面における軸方向中央部Ｌは、孔部軸方向の中心点Ｏを中心として軸方向両側に夫々孔部軸方向長さの１／６の長さの部分を含む範囲である。すなわち、軸方向中央部Ｌの長さは孔部軸方向全長の１／３の長さである。
【００２１】
例えば、孔部１２ａの入口の直径はプラグ部１１ａの先端面直径より大きく基端直径より小さい。孔部１２ａの出口に形成した堰部１２ｂの外周直径は第１の部材１１の先端面直径と同じであり、内周直径は先端面直径より小さい。孔部１２ａのテーパ角度θ２はプラグ部１１ａのテーパ部のテーパ角度θ１より大きい。孔部１２ａの軸方向長さはプラグ部１１ａの軸方向長さより小さい。孔部１２ａの入口から堰部１２ｂまでの距離はプラグ部１１ａの基端から突部１１ｂまでの距離より小さい。
【００２２】
次いで、図２に示すように第１の部材１１と第２の部材１２とをプラグ部１１ａと孔部１２ａとを向合わせて同一軸線上に配置し、第１の部材１１を第２の部材１２に接近する向きに移動させてプラグ部１１ａを孔部１２ａの内部に挿入する。プラグ部１１ａを孔部１２ａの内部に挿入すると、プラグ部１１ａの突部１１ｂの周方向全体が孔部１２ａの内周面における軸方向中央部Ｌの範囲の周方向全体に突き当る（初期当り位置Ｐ）。ここで、孔部１２ａの内周面における軸方向中央部Ｌとは、孔部軸方向の中心点Ｏを中心として軸方向両側に夫々孔部軸方向長さの１／６の長さの部分を含む範囲である。図２では突部１１ｂが孔部軸方向の中心点Ｏに突き当った場合を示している。
【００２３】
さらに、図２に示すように第１の部材１１に対して第２の部材１２と突き当てる向きに力を加えるとともに、第１の部材１１をその軸線を中心として回転させる。第２の部材１２は固定している。プラグ部１１ａの突部１１ｂが孔部１２ａの内周面に接触しながら回転して両者間に摩擦による熱が発生する。この摩擦熱によりプラグ部１１ａの突部１１ｂが軟化して孔部軸方向に沿って広がり平面の状態で孔部１２ａの内周面に接触する。
【００２４】
そして、図３に示すように摩擦によりプラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面が温度上昇して軟化し、この軟化金属Ｗにより両方の表面が接合する。軟化金属Ｗの一部はプラグ部１１ａによって孔部１２ａの入口および出口から余肉部Ｗａとして外部へ掻き出される。１３は接合部である。
【００２５】
孔部１２ａの出口に形成した堰部１２ｂは、プラグ部１１ａにより掻き出される孔部１２ａの出口から外部へ掻き出される軟化金属Ｗを抑えて掻き出される量を抑制するものである。すなわち、プラグ部１１ａを孔部１２ａに挿入すると、その圧力を受けて軟化金属Ｗは孔部１２ａの入口側より出口側から掻き出される量が多くなる。そこで、堰部１２ｂを孔部１２ａに設けて軟化金属Ｗの掻き出し量を抑えて、孔部１２ａの入口と出口から掻き出す軟化金属の量をほぼ均一にすることに役立つようにしている。
【００２６】
このように摩擦圧接方法により継手を製作する。この摩擦圧接方法では、プラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面とは孔部軸方向の中心点Ｏを中心として軸方向両側、すなわち孔部１２ａの入口側と出口側とにほぼ均等に振り分けた長さの範囲で接合する。すなわち、プラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面は孔部軸方向の中央部で接合する。そして、この接合部１３は孔部１２ａの入口側と出口側に夫々充分に伸びて大きな長さとなる。
【００２７】
この接合部１３の長さは、プラグ部１１ａが孔部１２ａに初めに突き当る初期当り位置Ｐが位置する孔部軸方向中央部Ｌの範囲である中心点Ｏを中心として軸方向両側に夫々孔部軸方向長さの１／６の長さの部分を含む範囲の長さに制約されない。また、この接合部１３の長さは従来の軸方向に片寄った位置に形成される接合部の長さより大きい。このため、孔部軸方向の全長においてプラグ部１１ａと孔部１２ａとが接合する接合部の長さが占める割合（接合率）が従来の場合に比較して高い値を得ることができる。
【００２８】
さらに、プラグ部１１ａと孔部１２ａとを突き当てる際に、プラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面とを部分的に接触させるので、従来のテーパ形のプラグ部を採用した場合に比較して摩擦抵抗が小さく摩擦圧接の進行が順調に進行して未接合部分が発生しない。
【００２９】
また、プラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面とが孔部軸方向の中央部で接合されることから、軟化金属Ｗがプラグ部１１ａによって孔部１２ａの入口および出口から夫々ほぼ均一な量で余肉部Ｗａとしての外部へ掻き出される。そして、孔部１２ａの入口および出口から掻き出される軟化金属Ｗの量は、従来孔部２ａの入口から片寄って多量に掻き出される軟化金属Ｗの量より少ない。このため、孔部１２ａの入口および出口から軟化金属Ｗが外部へ掻き出されて生じた余肉部Ｗａはその量が少ないことから断面が塊としてまとまる。余肉部Ｗａが塊としてまとまると、応力集中が発生し易い分岐して切り込まれた形状にならない。従って、この余肉部Ｗａで応力集中が発生せず亀裂が発生することがない。
【００３０】
そして、プラグ部１１ａの突部１１ｂが孔部１２ａの内周面に突き当る位置Ｐの範囲である孔部１２ａの軸方向中央部Ｌを、孔部軸方向の中心点Ｏを中心として軸方向両側に夫々孔部軸方向長さの１／６の長さの部分を含む範囲Ｌに設定することにより、プラグ部１１ａと孔部１２ａとを孔部軸方向中央部で長い接合部をもって接合するとともに軟化金属Ｗの掻き出しの片寄りを抑えることを確実に実現できる。
第１の部材１１のプラグ部１１ａの外周面に周方向に沿う突部１１ｂを形成することにより、第１の部材１１のプラグ部１１ａを第２の部材１２の孔部１２ａに挿入する時に、プラグ部１１ａの外周面と孔部１２ａの内周面との初期当り位置Ｐを孔部軸方向の中央部とすることを確実に実現できる。また、プラグ部に突部１１ｂを形成することは加工が容易である。
【００３１】
このように摩擦圧接を行なう場合、プラグ部１１ａと孔部１２ａとの初期当り位置を孔部軸方向の中央部の範囲Ｌにすることにより、プラグ部１１ａと孔部１２ａとを高い信頼性を持って接合することができる。
【００３２】
そして、このように摩擦圧接方法により製作された継手は、第１の部材１１のプラグ部１１ａの外周面と第２の部材１２の孔部１２ａの内周面とが接合される接合部１３の孔部軸方向長さが、この接合部１３に対して孔部軸方向の両端側に位置する非接合部の孔部軸方向より大きいので、第１の部材１１のプラグ部１１ａと第２の部材１２の孔部１２ａとの接合の信頼性を高めることができる。この継手は第１の部材１１を棒材とすることにより、棒材に適宜な部品を接合した構造物製品を製作する上で大変用途が広い。
【００３３】
図４ないし図６は本発明の摩擦圧接方法にかかわる第２の実施の形態を示している。図４は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部の組合せる前の状態を模式的に示す断面図、図５はプラグ部を孔部に挿入した状態を模式的に示す断面図、図６はプラグ部と孔部とを摩擦圧接した状態を模式的に示す断面図である。
【００３４】
この実施の形態は、図４に示すようにテーパ形をなすプラグ部２１ａを有する第１の部材２１と、テーパ形の孔部２２ａを有する第２の部材２２を組合せて摩擦圧接して継手を製作するものである。第１の部材２１のプラグ部２１ａの外周面にはプラグ部２１ａの直径より大きい直径を有する突部２１ｂが形成されている。この突部２１ｂはプラグ部２１ａの軸方向に沿う幅を有するもので、この幅はプラグ部２１ａの突部２１ｂが孔部２２ａの内周面に突き当る位置Ｐの範囲である孔部２２ａの軸方向中央部Ｌの幅に収まる大きさに設定されている。ここでは例えば突部２１ｂの幅は孔部軸方向中央部Ｌの幅と同じ大きさに設定されている。
【００３５】
そして、プラグ部２１ａを孔部２２ａに挿入すると、図５に示すようにプラグ部２１ａの突部２１ｂが、孔部２２ａの内周面に軸方向中央部の範囲で突き当る。ここが初期突き当り位置Ｐである。すなわち、初期突き当り位置Ｐがそのまま孔部２２ａの軸方向中央部Ｌと重なる。さらに、摩擦圧接を行ないプラグ部２１ａと孔部２２ａとを接合する。この実施の形態でも、図６に示すようにプラグ部２１ａの外周面と孔部２２ａの内周面とが孔部軸方向中央部で接合する。２３はこの接合部である。
【００３６】
第１および第２の実施では、第１の部材のプラグ部を第２の部材の孔部に突き当てるためにプラグ部に突部を形成している。しかし、孔部に突部を形成してプラグ部を突き当てるようにしても良い。
【００３７】
図７および図８はこの内容に基づいたの第３の実施の形態を示すものである。図７は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部の組合せる前の状態を模式的に示す断面図、図８はプラグ部を孔部に挿入した状態を模式的に示す断面図である。図中３１はテーパ形のプラグ部３１ａを有する第１の部材、３２はテーパ形の孔部３２ａを有する第２の部材である。第２の部材３２の孔部３２ａの内周面には周方向に沿う断面山形をなす突部３２ｂが形成されている。この突部３２ｂは孔部３２ａの直径より小さい直径を有して孔部３２ａの内周面から突出している。３２ｃは第２の部材３２の出口内周部に形成された堰部である。
【００３８】
そして、プラグ部３１ａを孔部３２ａに挿入すると、図８に示すように孔部３２ａの突部３２ｂがプラグ部３１ａの外周面における軸方向中央部Ｌの範囲、例えば中心点Ｏで突き当る。ここが初期突き当り位置Ｐである。
【００３９】
図９および図１０はこの内容の第４の実施の形態を示すものである。図９は第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部の組合せる前の状態を模式的に示す断面図、図１０はプラグ部を孔部に挿入した状態を模式的に示す断面図である。図中４１はテーパ形のプラグ部４１ａを有する第１の部材、４２はテーパ形の孔部４２ａを有する第２の部材である。第２の部材４２の孔部４２ａの内周面に周方向に沿う帯形をなす突部４２ｂが形成されている。この突部４２ｂはプラグ部４１ａの軸方向に沿う幅を有するもので、この幅は突部４２ｂがプラグ部４１ａの外周面に突き当る範囲である孔部軸方向中央部Ｌの幅に収まる大きさに設定されている。ここでは例えば突部４１ａの幅は孔部軸方向中央部Ｌの幅と同じ大きさに設定されている。
【００４０】
そして、プラグ部４１ａを孔部４２ａに挿入すると、図１０に示すように孔部４２ａの突部４２ｂがプラグ部４１ａの外面面に軸方向中央部の範囲で突き当る。ここが初期突き当り位置Ｐである。
【００４１】
このように第２の部材の孔部の内周面に周方向に沿う突部を形成することにより、第１の部材のプラグ部を第２の部材の孔部に挿入する時に、プラグ部の外周面と孔部の内周面との初期当り位置を孔部軸方向の中央部とすることを確実に実現できる。
【００４２】
図１１は第５の実施の形態を示すもので、第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部の組合せる前の状態を模式的に示す断面図である。この実施の形態は、第２の部材にその両側面間を貫通する孔部を形成するのではなく、両側面間を貫通しない所謂、盲孔である孔部を形成したものである。第１の部材としては例えば第１の部材１１と同じ形態の第１の部材５１を用いている。第２の部材５２にはテーパ形をなす盲孔からなる孔部５２ａを形成している。孔部５２ａの出口には、この出口から掻き出される軟化金属を逃す逃し部５２bを形成している。この逃し部５２bの存在により摩擦圧接を行なう場合に、孔部５２ａの出口から掻き出される軟化金属を逃すことができる。
【００４３】
次に実施例について説明する。
【００４４】
図１２ないし図１８に示すように本発明の各実施の形態にかかわる第１の部材と第２の部材との組合せと、従来の各形態にかかわる第１の部材と第２の部材との組合せを用意した。これら各組合せにおける各部材の各部の寸法は図に示す通りである。
【００４５】
図１２、図１３および図１４は夫々従来の摩擦圧接方法における第１の部材と第２の部材との組合せを示すもので、第１の部材のプラグ部はストレート形をなしている。ここでは図１２のものをストレート形Ａタイプ，図１３のものをストレート形Ｂタイプおよび図１４をストレート形Ｃタイプと称する。図１７は従来の摩擦圧接方法における第１の部材と第２の部材との組合せを示すもので、第１の部材のプラグ部はテーパ形（全面当り）をなしている。ここでは図１７のものをテーパ形Ｆタイプと称する。
【００４６】
図１５、図１６は夫々本発明の摩擦圧接方法における第１の部材と第２の部材との組合せを示すもので、第１の部材のプラグ部はテーパ形（中央当り）をなしている。ここでは図１５のものをテーパ形Ｄタイプ、図１６のものをテーパ形Ｅタイプと称する。図１８は本発明の摩擦圧接方法における第１の部材と第２の部材との組合せを示すもので、第１の部材のプラグ部はテーパ形（中央当り）をなしている。ここでは図１８のものをテーパ形Ｇタイプと称する。
【００４７】
そして、図１９で示すように図１２ないし図１４で示す従来対象のストレート形ＡないしＣタイプの組合せを試験片１ないし８に採用し、図１７で示す従来対象のテーパ形Ｆタイプを試験片１３に採用し、図１５、図１６および図１８で示す本発明対象のテーパ形Ｄ、ＥおよびＧタイプを試験片９ないし１２，１４に採用している。
【００４８】
これら各試験片の組合せに対して図１９に示すように摩擦圧接条件を種々変更して摩擦圧接を行なった。摩擦圧接条件は、接合面の角度、摩擦圧力、アップセット圧力、圧接時間、寄り代である。寄り代は、第１の部材を第２の部材に向けて移動させる距離で、摩擦圧力を加える時の摩擦寄り代、アップセットの時の寄り代およびこれらの合計である全寄り代を挙げている。
【００４９】
摩擦圧接は図２０でサイクルで行なった。すなわち、第１の部材を第２の部材に対して突合せて摩擦寄り代で接近移動させつつ第１の部材を回転させて摩擦圧力を加える。これが摩擦発熱工程である。次いで、第１の部材の回転を停止し、第１の部材を第２の部材に対してアップセット寄り代で接近移動させつつ摩擦圧力より高いアップセット圧力を加える。これがアップセット加圧工程である。
【００５０】
このようにして各試験片に対して摩擦圧接を行ない継手を製作し、製作した各継手における接合部の長さ、接合率および角度、接合不良の長さ（前方、後方）およびリング（第２の部材）の変形量について測定した。この測定結果を図２１に示す。図２２は試験片１から８までの継手における測定部分を示し、図２３は試験片９から１４までの継手における測定部分を示している。
【００５１】
なお、接合部の接合率は孔部軸方向の全長においてプラグ部と孔部とが接合する接合部の長さが占める割合で表す。
【００５２】
この測定結果によると、本発明の摩擦圧接方法により製作した継手は、第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部との接合率が大変高く、接合不良は大変小さいことが判る。
【００５３】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の摩擦圧接方法によれば、第１の部材のプラグ部を第２の部材の孔部に挿入する時に、プラグ部の外周面と孔部の内周面との初期当り位置を孔部軸方向の中央部とすることにより、プラグ部と孔部とを孔部軸方向中央部で長い接合部をもって接合するとともに軟化金属の掻き出しの片寄りを抑えて第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部とを高い信頼性で接合できる。
【００５５】
本発明の摩擦圧接方法によれば、プラグ部の外周面と孔部の内周面との初期当り位置がある孔部の軸方向中央部を、孔部軸方向の中心点を中心として軸方向両側に夫々孔部軸方向長さの１／６の長さの部分を含む範囲に設定することにより、プラグ部と孔部とを孔部軸方向中央部で長い接合部をもって接合するとともに軟化金属の掻き出しの片寄りを抑えることを確実に実現できる。
本発明の摩擦圧接方法によれば、第１の部材のプラグ部の外周面、または第２の部材の孔部の内周面に周方向に沿う突部を形成することにより、第１の部材のプラグ部を第２の部材の孔部に挿入する時に、プラグ部の外周面と孔部の内周面との初期当り位置を孔部軸方向の中央部とすることを確実に実現できる。
【００５６】
本発明の摩擦圧接方法によれば、第２の部材の孔部において第１の部材のプラグ部を挿入する端部とは反対側の端部に堰部部を設けることにより、孔部の出口から軟化金属が外部へ出ることを抑えて孔部の入口と出口における軟化金属の掻き出しを均一にすることに寄与することができる。
【００５７】
本発明の継手によれば、第１の部材のプラグ部の外周面と前記第２の部材の孔部の内周面とが接合される接合部の孔部軸方向長さが、この接合部に対して孔部軸方向の両端側に位置する非接合部の孔部軸方向より大きいので、第１の部材のプラグ部と第２の部材の孔部との接合の信頼性を高めることができる。
【００５８】
本発明の継手によれば、第１の部材を棒材とすることにより、請求項７の継手を活かした構造物製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかわる摩擦圧接方法に用いる部材を示す断面図。
【図２】同実施の形態の摩擦圧接方法における部材の組合せを示す断面図。
【図３】同実施の形態の摩擦圧接方法で接合した部材を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態にかかわる摩擦圧接方法に用いる部材を示す断面図。
【図５】同実施の形態の摩擦圧接方法における部材の組合せを示す断面図。
【図６】同実施の形態の摩擦圧接方法で接合した部材を示す断面図。
【図７】第３の実施の形態にかかわる摩擦圧接方法に用いる部材を示す断面図。
【図８】同実施の形態の摩擦圧接方法における部材の組合せを示す断面図。
【図９】第４の実施の形態にかかわる摩擦圧接方法に用いる部材を示す断面図。
【図１０】同実施の形態の摩擦圧接方法における部材の組合せを示す断面図。
【図１１】第５の実施の形態にかかわる摩擦圧接方法に用いる部材を示す断面図。
【図１２】本発明の実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１３】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１４】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１５】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１６】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１７】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１８】同実施例に試験片として用いる部材を示す断面図。
【図１９】同実施例における摩擦圧接方法を示す図。
【図２０】同実施例における摩擦圧接方法の工程を示す図。
【図２１】同実施例における摩擦圧接した試験片の状態を示す図。
【図２２】同実施例における摩擦圧接した試験片の状態を示す図。
【図２３】同実施例における摩擦圧接した試験片の状態を示す図。
【図２４】従来の摩擦圧接方法に用いる部材を示す図。
【図２５】従来の摩擦圧接方法において部材を組合せた状態を示す図。
【図２６】従来の摩擦圧接方法により部材を接合した状態を示す図。
【図２７】従来の摩擦圧接方法に用いる部材を示す図。
【図２８】従来の摩擦圧接方法において部材を組合せた状態を示す図。
【図２９】従来の摩擦圧接方法により部材を接合した状態を示す図。
【符号の説明】
１１…第１の部材、１１ａ…プラグ部、１１ｂ…突部、１２…第２の部材、１２ａ…孔部、１２ｂ…堰部、１３…接合部、２１…第１の部材、２１ａ…プラグ部、２１ｂ…突部、２２…第２の部材、２２ａ…孔部、２３…接合部、３１…第１の部材、３１ａ…プラグ部、３２…第２の部材、３２ａ…孔部、３２ｂ…突部、３２ｃ…堰部、４１…第１の部材、４１ａ…プラグ部、４２…第２の部材、４２ａ…孔部、４２ｂ…突部、５１…第１の部材、５１ａ…プラグ部、５２…第２の部材、５２ａ…孔部、５２ｂ…逃げ部。

Claims

第１の部材に設けられて先端面に向かうにしたがって直径が順次縮小してゆくテーパをなす外周面を有するプラグ部を、第２の部材に設けられて前記プラグ部が挿入される入口から出口に掛けて直径が順次縮小してゆくテーパをなすとともに前記出口の内周縁に周方向全体に亘りフランジ形をなす堰部が形成された内周面を有する孔部に挿入し、
前記プラグ部の前記外周面と前記孔部の前記内周面との初期当り位置として前記孔部の軸方向中央部で突き当て、
前記第１の部材と前記第２の部材を加圧しつつ突き当て面で相対運動させて、突き当て面で発生する摩擦熱により前記第１の部材と前記第２の部材とを接合することを特徴とする摩擦圧接方法。
前記孔部の軸方向中央部は、この孔部の軸方向の中心点を中心として前記軸方向へ両側に夫々前記孔部の前記軸方向の長さの１／６の長さの部分を含む範囲であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接方法。
前記初期当り位置は、前記プラグ部の前記外周面に周方向に沿って設けられる突部であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接方法。
前記初期当り位置は、前記孔部の前記内周面に周方向に沿って設けられる突部であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接方法。
前記堰部は、前記プラグ部により前記孔部の前記出口から外部へ軟化金属が掻き出される量を抑制し、施工完了時には接合部よりも外部へ押し出されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接方法。