JP7440762B2 - 接合部材、接合継手、接合継手の製造方法、及び接合部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、接合部材、接合継手、接合継手の製造方法、及び接合部材の製造方法に関する。
部材を接合して接合継手を製造する方法の一つとして、摩擦圧接が知られている。摩擦圧接とは、部材同士を摩擦しながら加圧することにより、部材同士を固相接合する技術である。部材同士の摩擦は、例えば、一方の部材の圧接面を回転対称形状（例えば円状又は多角形形状）とし、これを高速回転させることにより行われる。
摩擦圧接の特徴のひとつは、接合部において部材の溶融又は撹拌が生じない点にある。溶接は、部材を溶融及び再凝固させることにより接合部を形成する接合方法である。摩擦撹拌接合は、圧入部材を高速回転させて部材同士の接触部を撹拌することにより接合部を形成する接合方法である。従って、溶接又は摩擦撹拌接合によって形成された接合継手の接合部では、部材が混じり合っている。一方、摩擦圧接によって形成された接合継手では、部材が混じり合った領域は存在しないか、又は極めて小さい。摩擦圧接によって形成された接合継手の接合部の断面を観察すると、摩擦圧接面を介して部材が分かれている様子が判別できる。
摩擦圧接に関する技術として、例えば特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．１～０．８％、Ｓｉ：０．０５～２．５％、Ｍｎ：０．２～３％、Ａｌ：０．００５～０．１％、Ｎ：０．００１～０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、引張強さが６００ＭＰａ以上の鋼材からなる部材を摩擦圧接した摩擦圧接部品であって、前記摩擦圧接部の表面における圧縮残留応力が、前記鋼材の引張強さの５０～９０％であることを特徴とする、耐疲労特性に優れた摩擦圧接部品が開示されている。
特許文献２には、薄肉パイプと厚肉パイプを同軸配置し、それらの端面を当接させて相対回転することにより生ずる摩擦熱にて両端面を圧接するプロペラシャフトの摩擦圧接方法において、薄肉パイプの内径を厚肉パイプの内径より小径にすることを特徴とするプロペラシャフトの摩擦圧接方法が開示されている。
なお、摩擦圧接においては、接合面（摩擦圧接面）の大きさに上限がある。そのため、大きな非接合材を摩擦圧接する際には、リベット状の接合部材を用いる。具体的には、（１）まず、接合部材を高速回転させながら、その軸部を上板に押し付けることによって、軸部を上板に貫通させ、（２）次いで、接合部材の尖端部を下板に摩擦圧接する。これにより、上板が接合部材の頭部によってかしめられ、上板及び下板が接合される。この場合、摩擦圧接されるのは接合部材及び下板であり、上板及び下板はリベット状の接合部材によって機械的に接合されることになる。しかし、記載の簡便化のために、このような機械接合と摩擦圧接とを組み合わせた接合も、以下では「摩擦圧接」と称する。
このような摩擦圧接を、高強度鋼材の接合に適用することを本発明者らは検討した。近年、高強度鋼材（例えば引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼板）を、機械部品（例えば自動車部品）に適用することが進められている。この過程で、高強度鋼材のスポット溶接部の接合強度の低下が問題となっている。通常、鋼材の強度が向上するほど、これのスポット溶接部の強度も向上する。しかしながら、鋼材の強度が約７８０ＭＰａを越えると、鋼材強度が高いほど、スポット溶接部の強度（特に、十字引張強度ＣＴＳ）は低くなる。これは、鋼材の強度を向上させるために鋼材に含まれる合金元素が、スポット溶接部を脆化させるからであると推定される。
上述の摩擦圧接によって高強度鋼材を接合する場合、鋼材は機械接合される。そのため、摩擦圧接によれば、高強度鋼材の脆化は生じない。本発明者らは、摩擦圧接が、高強度鋼材の接合手段として有望であると考えた。しかしながら、摩擦圧接を高強度鋼材の接合に適用すると、以下に説明するような問題点が知見された。
上述したように、摩擦圧接によって鋼材を接合するためには、（１）接合部材の軸部を一方の鋼材（以下、接合部材によって貫通される部材を第２の鋼材と称する）に貫通させる工程と、（２）接合部材の尖端部を他方の鋼材（以下、接合部材が摩擦圧接する部材を第１の鋼材と称する）に摩擦圧接する工程とが必要である。しかしながら、第２の鋼材が高強度鋼材である場合、接合部材の軸部の尖端部が、第２の鋼材を貫通する前に変形してしまい、第２の鋼材を貫通できなくなる。
一方、貫通を容易にするために軸部の硬さを増大させると、接合部材の尖端部を第１の鋼材に摩擦圧接することが困難になることを本発明者らは知見した。本発明者らは、種々の実験の結果、軸部の硬さを高めた接合部材によっては接合継手の接合強度（剥離方向の引張に耐える力）が十分に確保できないことを見出した。このような接合継手を詳細に調査した結果、接合強度が不足した接合継手の接合部材は、接合強度が十分に確保された接合継手と比較して、その尖端部の塑性変形量が小さく、摩擦圧接面の面積も小さいことがわかった。
摩擦圧接の際に、接合部材の尖端は潰されて、軸線から離れる方向に広がるように塑性変形する。この塑性変形によって、摩擦圧接面の面積が増大する。この摩擦圧接面の面積と、摩擦圧接面の接合強度との間に、強い相関関係があると推定される。換言すると、接合部材の尖端の塑性変形が小さい場合、摩擦圧接面の面積を確保することができず、接合強度が不足すると推定される。
以上述べたように、高強度鋼材を摩擦圧接するための接合部材には、第２の部材を貫通する機能と、第１の部材と摩擦圧接される機能の両方が求められる。これらの機能の両方を強化することは容易ではない。従来技術においては、高強度鋼材を摩擦圧接することを試みた例がほぼ存在しておらず、上述の問題を解決するための手段も、従来技術において検討されていない。
以上の事情に鑑みて、本発明は、高強度鋼材を摩擦圧接によって接合することができる接合部材、及び摩擦圧接によって得られた高強度鋼材の接合継手、並びにこれらの製造方法を提供することを課題とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る接合部材は、第１の鋼材、及び前記第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材を接合する鋼製の接合部材であって、軸部と、前記軸部の第１端に設けられ、前記軸部の軸線方向に垂直な平面視において、前記軸部の外周よりも外方に張り出した頭部とを備え、前記軸部の径が２．５～１０．０ｍｍであり、前記軸部は、前記軸部の第２端に設けられた尖端部を有し、前記尖端部は、前記軸部の軸線を含む平面において、前記軸線に対して４５～７５°の角度をなす斜面から構成され、前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶであり、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが６００ＨＶ以上である。
（２）上記（１）に記載の接合部材では、前記軸部の軸芯における化学成分が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．５０％、Ｓｉ：０．０２～３．００％、Ｍｎ：０．０５～３．００％、Ｃｒ：０．０２～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．００１～０．０５％、を含有し、残部がＦｅ及び不純物であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の接合部材は、前記軸部及び前記尖端部の表面に浸炭処理層を有してもよい。
（４）上記（１）又は（２）に記載の接合部材は、前記軸部及び前記尖端部の表面に窒化処理層を有してもよい。
（５）上記（１）～（４）の何れか一項に記載の接合部材は、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの前記深さにおける前記ビッカース硬さが７１１ＨＶ以上であってもよい。
（６）本発明の別の態様に係る接合継手は、第１の鋼材と、第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材と、軸部と、前記軸部の第１端に設けられて前記第２の鋼材をかしめる頭部とを有する接合部材とを備え、前記接合部材の前記軸部が前記第２の鋼材を貫通し、前記軸部の第２端が前記第１の鋼材に摩擦圧接されており、前記第２の鋼材が前記頭部によってかしめられており、前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１５０～５５０ＨＶであり、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが３５０ＨＶ以上である。
（７）上記（６）に記載の接合継手では、前記第２の鋼材の引張強さが１５０～２１００ＭＰａであり、前記第２の鋼材の厚さが０．３～２．５ｍｍであってもよい。
（８）本発明の別の態様に係る接合継手の製造方法は、第１の鋼材及び第２の鋼材を重ね合わせる工程と、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の接合部材を回転させながら前記第２の鋼材に押し付けて、前記第２の鋼材に対して前記接合部材の軸部を貫通させる工程と、前記接合部材を回転させながら前記第１の鋼材に押し付けて、前記軸部の尖端部を前記第１の鋼材に摩擦圧接する工程と、を備える。
（９）本発明の別の態様に係る接合部材の製造方法は、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の接合部材の製造方法であって、鋼材を成形して、接合部材を得る工程と、前記接合部材の軸部及び尖端部を熱処理して、その表面を硬化させる工程とを備える。
（１０）上記（９）に記載の接合部材の製造方法では、前記熱処理が、浸炭処理、窒化処理、浸炭窒化処理、又は軟窒化処理であってもよい。
（１）本発明の一態様に係る接合部材は、第１の鋼材、及び前記第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材を接合する鋼製の接合部材であって、軸部と、前記軸部の第１端に設けられ、前記軸部の軸線方向に垂直な平面視において、前記軸部の外周よりも外方に張り出した頭部とを備え、前記軸部の径が２．５～１０．０ｍｍであり、前記軸部は、前記軸部の第２端に設けられた尖端部を有し、前記尖端部は、前記軸部の軸線を含む平面において、前記軸線に対して４５～７５°の角度をなす斜面から構成され、前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶであり、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが６００ＨＶ以上である。
（２）上記（１）に記載の接合部材では、前記軸部の軸芯における化学成分が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．５０％、Ｓｉ：０．０２～３．００％、Ｍｎ：０．０５～３．００％、Ｃｒ：０．０２～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．００１～０．０５％、を含有し、残部がＦｅ及び不純物であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の接合部材は、前記軸部及び前記尖端部の表面に浸炭処理層を有してもよい。
（４）上記（１）又は（２）に記載の接合部材は、前記軸部及び前記尖端部の表面に窒化処理層を有してもよい。
（５）上記（１）～（４）の何れか一項に記載の接合部材は、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの前記深さにおける前記ビッカース硬さが７１１ＨＶ以上であってもよい。
（６）本発明の別の態様に係る接合継手は、第１の鋼材と、第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材と、軸部と、前記軸部の第１端に設けられて前記第２の鋼材をかしめる頭部とを有する接合部材とを備え、前記接合部材の前記軸部が前記第２の鋼材を貫通し、前記軸部の第２端が前記第１の鋼材に摩擦圧接されており、前記第２の鋼材が前記頭部によってかしめられており、前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１５０～５５０ＨＶであり、前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが３５０ＨＶ以上である。
（７）上記（６）に記載の接合継手では、前記第２の鋼材の引張強さが１５０～２１００ＭＰａであり、前記第２の鋼材の厚さが０．３～２．５ｍｍであってもよい。
（８）本発明の別の態様に係る接合継手の製造方法は、第１の鋼材及び第２の鋼材を重ね合わせる工程と、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の接合部材を回転させながら前記第２の鋼材に押し付けて、前記第２の鋼材に対して前記接合部材の軸部を貫通させる工程と、前記接合部材を回転させながら前記第１の鋼材に押し付けて、前記軸部の尖端部を前記第１の鋼材に摩擦圧接する工程と、を備える。
（９）本発明の別の態様に係る接合部材の製造方法は、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の接合部材の製造方法であって、鋼材を成形して、接合部材を得る工程と、前記接合部材の軸部及び尖端部を熱処理して、その表面を硬化させる工程とを備える。
（１０）上記（９）に記載の接合部材の製造方法では、前記熱処理が、浸炭処理、窒化処理、浸炭窒化処理、又は軟窒化処理であってもよい。
本発明によれば、高強度鋼材を摩擦圧接によって接合することができる接合部材、及び摩擦圧接によって得られた高強度鋼材の接合継手、並びにこれらの製造方法を提供することができる。
高強度鋼材を摩擦圧接するための接合部材は、一方の鋼材（以下、接合部材によって貫通される部材を第２の鋼材と称する）を貫通しやすく、且つ、他方の鋼材（以下、接合部材が摩擦圧接する部材を第１の鋼材と称する）と摩擦圧接されやすいものとされなければならない。本発明者らは、この両方の条件を満たす接合部材について鋭意検討した。その結果、軸部の尖端部の貫通能力は軸部の表層の硬さに大きく依存し、一方、尖端部の変形能力は軸部の内部の硬さに大きく依存することを本発明者は知見した。この知見によれば、軸部の表層硬度だけを高めたとしても、第２の鋼材を貫通する能力を強化できる。また、軸部の表層の硬さを高めた場合であっても、軸部の内部を軟質にしておけば摩擦圧接面の面積を確保して接合強度を高めることができる。
以上の知見により得られた本発明の一態様に係る接合部材１は、図１に示されるように、第１の鋼材２１、及び第１の鋼材２１に重ね合わされた第２の鋼材２２を接合する鋼製の接合部材１であって、軸部１１と、軸部１１の第１端に設けられ、軸部１１の軸線Ａ方向に垂直な平面視において、軸部１１の外周よりも外方に張り出した頭部１２とを備え、軸部１１の径が２．５～１０．０ｍｍであり、軸部１１は、軸部１１の第２端に設けられた尖端部１１１を有し、尖端部１１１は、軸部１１の軸線Ａを含む平面において、軸線Ａに対して４５～７５°の角度をなす斜面１１１１から構成され、軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶであり、軸部１１の、表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが６００ＨＶ以上である。以下、本実施形態に係る接合部材１について詳細に説明する。
接合部材１は、軸部１１と、軸部１１の一方の端部（以下、便宜上、第１端と称する）に設けられた頭部１２とを有する。また、軸部１１は、その他方の端部（以下、便宜上、第２端と称する）に尖端部１１１を有する。
（頭部１２）
頭部１２は、接合部材１の尖端部１１１が第１の鋼材２１に接合された後で、第２の鋼材２２を挟持する役割を有する。そのため、頭部１２の径は、第２の鋼材２２に軸部１１が貫通して形成される穴の径よりも大きくされる。第２の鋼材２２に形成される穴の径と、軸部１１の径とは実質的に同一であるので、頭部１２は、軸部１１の外周よりも外方に張り出した形状とされる。
頭部１２は、接合部材１の尖端部１１１が第１の鋼材２１に接合された後で、第２の鋼材２２を挟持する役割を有する。そのため、頭部１２の径は、第２の鋼材２２に軸部１１が貫通して形成される穴の径よりも大きくされる。第２の鋼材２２に形成される穴の径と、軸部１１の径とは実質的に同一であるので、頭部１２は、軸部１１の外周よりも外方に張り出した形状とされる。
頭部１２の具体的な大きさは特に規定されず、第２の鋼材２２を第１の鋼材２１に機械的に接合しうる程度とすればよい。例えば、頭部１２の径を軸部１１の径の１．１倍以上、１．２倍以上、又は１．５倍以上と規定してもよい。ここで、頭部１２の径及び軸部１１の径とは、これらのＣ断面（軸部１１の軸線Ａに垂直な断面）における形状が円であれば、その断面の直径を意味し、これらのＣ断面における形状が円以外の形状（例えば多角形）であれば、その断面の最も長い幅を意味する。多くの場合、断面の最も長い幅は、断面の最小包含円の直径である。
（軸部１１）
軸部１１は、その先端が、軸部１１の第２端に近づくに従って細くなる、いわゆる先細り形状とされている。以下、軸部１１の先端を尖端部１１１と称する。尖端部１１１は、接合部材１による第２の鋼材２２の貫通を促進する役割を担う。
軸部１１は、その先端が、軸部１１の第２端に近づくに従って細くなる、いわゆる先細り形状とされている。以下、軸部１１の先端を尖端部１１１と称する。尖端部１１１は、接合部材１による第２の鋼材２２の貫通を促進する役割を担う。
軸部１１の径は、２．５～１０．０ｍｍとされる。軸部１１の径とは、軸部１１（尖端部１１１とされている箇所を除く）のＣ断面における軸部形状が円以外の形状（例えば多角形）であれば、その断面の最も長い幅を意味し、このＣ断面における軸部形状が円であれば、その直径を意味する。軸部１１の径が２．５ｍｍ未満である場合、接合継手２の接合強度を確保することが困難となる。一方、軸部１１の径が１０．０ｍｍ超である場合、軸部１１が第２の鋼材２２を貫通することが困難となる。
なお、図１において、軸部１１の径は、その長手方向に沿って一定とされている。一方、軸部１１がテーパー形状とされ、その径が先端に向けて徐々に狭められていてもよい。この場合、軸部１１の長手方向全体（尖端部１１１とされている箇所を除く）にわたって、その径が２．５～１０．０ｍｍとされていればよい。
軸部１１の長さ（軸部１１及び頭部１２の境界と、軸部１１及び尖端部１１１の境界との間の、軸線Ａに沿った距離）は、接合部材１が第２の鋼材２２を板厚方向に貫通して第１の鋼材２１に至ることができる範囲内で、適宜選択することができる。即ち、軸部１１の長さは、第２の鋼材２２の厚さに応じて選択すればよい。従って、本実施形態に係る接合部材１において、軸部１１の長さは特に限定されない。後述する第２の鋼材２２の好ましい厚さに鑑みて、軸部１１の長さを３．０ｍｍ以上９．０ｍｍ以下としてもよい。
尖端部１１１は、軸部１１の軸線Ａを含む平面において、軸線Ａに対して４５～７５°の角度をなす斜面から構成される。換言すると、軸部１１の軸線Ａを含む平面において接合部材１を切断した場合に、図１に示される符号θが付された箇所の角度を、４５～７５°とされていなければならない。θが７５°超である場合、軸部１１が第２の鋼材２２を貫通することが困難となる。一方、θが４５°未満である場合、穿孔工程の早期段階において尖端部１１１が変形及び鈍磨し、θが７５°超である場合と同様に、軸部１１が第２の鋼材２２を貫通することが困難となる。θを４８°以上、５０°以上、又は５２°以上としてもよい。θを７０°以下、６０°以下、５８°以下、５５°以下、又は５３°以下としてもよい。
さらに、軸部１１においては、その表面から１．２５ｍｍの深さの位置（内部）のビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶとされ、表面から０．０５ｍｍの深さの位置（表層）のビッカース硬さが６００ＨＶ以上とされる。
軸部１１の表層の硬さを６００ＨＶ以上とすることにより、接合部材１の貫通能力を高めることができ、例えば引張強さが１５０ＭＰａ以上の鋼材を貫通させられるようになる。軸部１１の表層の硬さを６２０ＨＶ以上、６５０ＨＶ以上、又は７００ＨＶ以上としてもよい。
なお、軸部１１の表層の硬さの上限を設ける必要はない。後述する軸部１１の内部の硬さが適切である限り、軸部１１の表層の硬さは大きいほど好ましい。一方、製造設備の能力を考慮して、軸部１１の表層の硬さを１０００ＨＶ以下、９００ＨＶ以下、又は８００ＨＶ以下としてもよい。
さらに、軸部１１の内部の硬さを５５０ＨＶ以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を高め、摩擦圧接面の拡大及び接合強度の向上を達成することができる。軸部１１の内部の硬さを５００ＨＶ以下、４５０ＨＶ以下、又は４００ＨＶ以下としてもよい。
ただし、軸部１１の内部の硬さが低すぎる場合、接合部材１の貫通能力、及び接合強度が不足するおそれがある。そのため、軸部１１の内部の硬さを１８０ＨＶ以上とする。軸部１１の内部の硬さを２００ＨＶ以上、２５０ＨＶ以上、又は３００ＨＶ以上としてもよい。
なお、尖端部１１１の硬さは特に規定しない。通常、上述のように軸部１１の表層の硬さを上昇させた場合、尖端部１１１の表層の硬さは軸部１１よりも若干（例えば０％超１５％以下）高くなる傾向にあるからである。このような現象は、例えば森田敏之、松村康志「真空浸炭におけるエッジ部過剰浸炭に対する合金成分の影響」（電気製鋼、第８１巻２号、２０１０年、ｐ１０９～ｐ１１６）等において報告されている。尖端部１１１の表層では、軸部１１の表層よりも、浸炭後の炭素濃度が高くなる。そのため、軸部１１よりも尖端部１１１の方が高い硬度を有することが通常である。一方、尖端部１１１の内部における、浸炭などの表面処理の影響が小さい箇所においては、その硬さが軸部１１の内部と同様になる。従って、軸部１１の硬さを上述の通り規定すれば、接合部材１の貫通性能は確保されると考えられる。このことは、発明者らの実験結果によって裏付けられている。
なお、尖端部１１１の硬さは特に規定しない。通常、上述のように軸部１１の表層の硬さを上昇させた場合、尖端部１１１の表層の硬さは軸部１１よりも若干（例えば０％超１５％以下）高くなる傾向にあるからである。このような現象は、例えば森田敏之、松村康志「真空浸炭におけるエッジ部過剰浸炭に対する合金成分の影響」（電気製鋼、第８１巻２号、２０１０年、ｐ１０９～ｐ１１６）等において報告されている。尖端部１１１の表層では、軸部１１の表層よりも、浸炭後の炭素濃度が高くなる。そのため、軸部１１よりも尖端部１１１の方が高い硬度を有することが通常である。一方、尖端部１１１の内部における、浸炭などの表面処理の影響が小さい箇所においては、その硬さが軸部１１の内部と同様になる。従って、軸部１１の硬さを上述の通り規定すれば、接合部材１の貫通性能は確保されると考えられる。このことは、発明者らの実験結果によって裏付けられている。
軸部１１の表層の硬さは、樹脂包埋された接合部材１を、軸部１１の軸線Ａを実質的に含む面において切断し、切断面を研磨し、表面から０．０５ｍｍの深さにおいて荷重を０．３ｋｇｆとしてビッカース硬さ試験を５回実施し、この測定値を平均することによって得られる。軸部１１の内部の硬さは、表面から１．２５ｍｍの深さにおいて、上述の測定をすることによって得られる。
接合部材１の化学成分は、軸部１１の硬さが上述の範囲内となるように適宜選択することができる。以下に、化学成分の好適な一例について述べる。ただし、下記の化学成分は一例にすぎず、上述の要件が満たされる限り、接合部材１の各部位の化学成分は限定されない。
軸部１１の軸芯における化学成分は、質量％で、例えばＣ：０．１０～０．５０％、Ｓｉ：０．０２～３．００％、Ｍｎ：０．０５～３．００％、Ｃｒ：０．０２～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、及びＮ：０．００１～０．０５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物である。以下、接合部材の軸部１１の軸芯における化学成分を、単に、接合部材１の化学成分と記載する場合がある。
（Ｃ：好ましくは０．１０～０．５０％）
Ｃは、鋼の強度を確保する上で必須の元素である。接合部材１のＣ含有量を０．１０％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＣ含有量を０．５０％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
Ｃは、鋼の強度を確保する上で必須の元素である。接合部材１のＣ含有量を０．１０％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＣ含有量を０．５０％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
（Ｓｉ：好ましくは０．０２～３．００％）
Ｓｉは、鋼の焼入れ性を高め、且つ焼戻し軟化抵抗を増加させる元素である。接合部材１のＳｉ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＳｉ含有量を３．００％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
Ｓｉは、鋼の焼入れ性を高め、且つ焼戻し軟化抵抗を増加させる元素である。接合部材１のＳｉ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＳｉ含有量を３．００％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
（Ｍｎ：好ましくは０．０５～３．００％）
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高める元素である。接合部材１のＭｎ含有量を０．０５％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＭｎ含有量を３．００％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高める元素である。接合部材１のＭｎ含有量を０．０５％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＭｎ含有量を３．００％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
（Ｃｒ：好ましくは０．０２～１．５０％）
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を高める元素である。接合部材１のＣｒ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＣｒ含有量を１．５０％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を高める元素である。接合部材１のＣｒ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＣｒ含有量を１．５０％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
（Ｐ：好ましくは０．０３０％以下）
Ｐは、粒界に偏析して粒界強度を下げる元素である。接合部材１のＰ含有量を０．０３０％以下とすることにより、接合部材１の粒界割れを防止し、接合強度を一層高めることができる。Ｐ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ｐ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
Ｐは、粒界に偏析して粒界強度を下げる元素である。接合部材１のＰ含有量を０．０３０％以下とすることにより、接合部材１の粒界割れを防止し、接合強度を一層高めることができる。Ｐ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ｐ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
（Ｓ：好ましくは０．０３０％以下）
Ｓは、鋼の熱間延性を下げる元素である。従って、接合部材１のＳ含有量を０．０３０％以下とすることにより、接合部材１の製造を一層容易にすることができる。Ｓ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ｓ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
Ｓは、鋼の熱間延性を下げる元素である。従って、接合部材１のＳ含有量を０．０３０％以下とすることにより、接合部材１の製造を一層容易にすることができる。Ｓ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ｓ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
（Ａｌ：好ましくは０．１００％以下）
Ａｌは脱酸作用を有し、接合部材１の靭性を高めることができる。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると上述の効果が飽和する。従って、接合部材１のＡｌ含有量を０．１００％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ａｌ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
Ａｌは脱酸作用を有し、接合部材１の靭性を高めることができる。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると上述の効果が飽和する。従って、接合部材１のＡｌ含有量を０．１００％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は０％であってもよい。ただし、製造設備の能力、及び製造コストを考慮して、Ａｌ含有量の下限を０．００１％以上、０．００２％以上、又は０．００５％以上としてもよい。
（Ｎ：好ましくは０．００１～０．０５％）
Ｎは、窒化物を形成し、析出強化によって鋼の強度を高める元素である。接合部材１のＮ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＮ含有量を０．０５％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
Ｎは、窒化物を形成し、析出強化によって鋼の強度を高める元素である。接合部材１のＮ含有量を０．０２％以上とすることにより、接合部材１の強度を一層高め、貫通能力及び接合強度を確保することができる。一方、接合部材１のＮ含有量を０．０５％以下とすることにより、尖端部１１１の変形能力を確保し、摩擦圧接面の面積を一層大きくすることができる。
接合部材１の化学成分の残部は、例えば鉄及び不純物とすることができる。不純物とは、例えば鋼材を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る接合部材１に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
なお、上述した化学成分は、軸部１１の軸芯における測定値である。測定は、軸部１１の軸芯より採取した切粉を用いた高周波燃焼法によって実施する。具体的には、軸部１１の軸芯を中心とした直径１００μｍの領域から、切粉を採取し、ＣおよびＳの含有量は高周波誘導加熱燃焼法により求め、Ｎ含有量は不活性ガス融解－熱伝導度法によって求め、その他の元素の含有量は誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって求める。
なお、上述した化学成分は、軸部１１の軸芯における測定値である。測定は、軸部１１の軸芯より採取した切粉を用いた高周波燃焼法によって実施する。具体的には、軸部１１の軸芯を中心とした直径１００μｍの領域から、切粉を採取し、ＣおよびＳの含有量は高周波誘導加熱燃焼法により求め、Ｎ含有量は不活性ガス融解－熱伝導度法によって求め、その他の元素の含有量は誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）によって求める。
軸部１１の表層の硬さは、内部より大きくされる必要がある。硬さを制御するための手段は特に限定されず、例えば種々の熱処理によって軸部１１の表層の硬さを高めればよい。例えば、軸部の表面に浸炭処理層又は窒化処理層を設け、これにより軸部及び尖端部の表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さを６００ＨＶ以上としてもよい。また、高周波焼入れ層を軸部の表面に設けてもよい。なお、浸炭処理層、窒化処理層、及び高周波焼入れ層などの表面処理層を軸部１１の表面に設けた場合、尖端部１１１及び頭部１２等にもこれらの表面処理層が形成されることが通常である。
次に、本発明の別の態様に係る接合継手２について説明する。本発明の別の態様に係る接合継手２は、図２に示されるように、第１の鋼材２１と、第１の鋼材２１に重ね合わされた第２の鋼材２２と、軸部１１と、軸部１１の第１端に設けられて第２の鋼材２２をかしめる頭部１２とを有する接合部材１とを備え、接合部材１の軸部１１が第２の鋼材２２を貫通し、軸部１１の第２端が第１の鋼材２１に摩擦圧接されており、第２の鋼材２２が頭部１２によってかしめられており、軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１５０～５５０ＨＶであり、軸部１１の、表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが３５０ＨＶ以上である。
接合継手２の第１の鋼材２１は、接合部材１が摩擦圧接される鋼材である。第１の鋼材２１においては、接合部材１が圧接される面が、接合部材１の軸部１１よりも大きいことが望ましい。第１の鋼材２１において、接合部材１が圧接される面が接合部材１の軸部１１よりも小さい場合、第１の鋼材２１が接合部材１の軸部１１の内部に食い込むこととなり、正常な摩擦圧接が困難となるからである。
しかしながら、上述の事項を換言すると、第１の鋼材２１に接合部材１の軸部１１の第２端が摩擦圧接されている接合継手２においては、第１の鋼材２１が上述の要件を満たすことが通常である。従って、本実施形態に係る接合継手２において、第１の鋼材２１に特段の限定は設けられない。強度、及び化学成分等は特に限定されない。溶接とは異なり、摩擦圧接は異種金属を接合可能であるからである。例えば、第１の鋼材２１の引張強さを１５０～２１００ＭＰａとしてもよい。
第２の鋼材２２は、接合部材１が貫通した鋼材であり、接合部材１の第１端に配された頭部１２によってかしめられて、第１の鋼材２１と機械的に接合されている。本実施形態に係る接合継手２において、第２の鋼材２２に特段の限定は設けられない。強度、及び化学成分等は特に限定されない。溶接とは異なり、本実施形態に係る接合継手２の第２の鋼材２２は、第１の鋼材２１と機械接合されているからである。また、本実施形態に係る接合継手２においては、接合部材１が高い貫通能力を有するので、第２の鋼材２２が高強度鋼材であっても、接合部材１を貫通させることができる。
第２の鋼材２２の好ましい態様は以下の通りである。第２の鋼材２２の引張強さは、例えば１５０～２１００ＭＰａとしてもよい。第２の鋼材２２の引張強さを１５０ＭＰａ以上とすることで、接合継手２の強度を一層高めることができる。また、第２の鋼材２２の引張強さを２１００ＭＰａ以下とすることで、接合不良の発生を一層抑制することができる。第２の鋼材２２の引張強さを２５０ＭＰａ以上、５５０ＭＰａ以上、又は９５０ＭＰａ以上としてもよい。第２の鋼材２２の引張強さを１９００ＭＰａ以下、１７００ＭＰａ以下、又は１５００ＭＰａ以下としてもよい。
また、第２の鋼材２２の厚さは、例えば０．３ｍｍ～２．５ｍｍとしてもよい。第２の鋼材２２の厚さを０．３ｍｍ以上とすることで、接合継手２の強度を一層高めることができる。また、第２の鋼材２２の厚さを２．５ｍｍ以下とすることで、接合不良の発生を一層抑制することができる。第２の鋼材２２の厚さを０．５ｍｍ以上、０．７ｍｍ以上、又は０．９ｍｍ以上としてもよい。第２の鋼材２２の厚さを２．２ｍｍ以下、２．０ｍｍ以下、又は１．８ｍｍ以下としてもよい。
接合部材１は、軸部１１と、軸部１１の第１端に設けられ、軸部１１の軸線Ａ方向に垂直な平面視において、軸部１１の外周よりも外方に張り出した頭部１２とを有する。さらに、接合部材１の軸部１１は第２の鋼材２２を貫通し、接合部材１の軸部１１の第２端は第１の鋼材２１に摩擦圧接されている。これらの構成により、接合部材１は、第１の鋼材２１に接合された第２端と頭部１２との間に第２の鋼材２２を挟持し、第１の鋼材２１と第２の鋼材２２とを機械接合する。
ただし、本実施形態に係る接合継手２において、接合部材１の尖端部１１１の痕跡は確認できないことが通常である。図２に示されるように、接合部材１の尖端部１１１は、摩擦圧接の際に大きく塑性変形するからである。そのため、本実施形態に係る接合継手２において、尖端部１１１は特に規定されない。
また、接合部材１においては、軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さの位置（内部）におけるビッカース硬さが１５０～５５０ＨＶとされ、表面から０．０５ｍｍの深さの位置（表層）におけるビッカース硬さが３５０ＨＶ以上とされる。接合部材１の表層の硬さが適切に制御されているので、本実施形態に係る接合継手２においては、第２の鋼材２２に軸部１１を容易に貫通させることができる。また、接合部材１の内部の硬さが適切に制御されているので、本実施形態に係る接合継手２においては、軸部１１を大きく塑性変形させて、摩擦圧接面の面積を確保し、接合部材１と第１の鋼材２１との接合強度を高めることができる。なお、本発明者らの実験結果によれば、摩擦圧接後の接合部材１の硬さは、特に表層部において、摩擦圧接前よりも低くなる傾向にある。軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さの位置におけるビッカース硬さが１６０ＨＶ以上、１８０ＨＶ以上、又は２００ＨＶ以上でもよい。軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さの位置におけるビッカース硬さが５２０ＨＶ以下、５００ＨＶ以下、又は４５０ＨＶ以下でもよい。軸部１１の、表面から０．０５ｍｍの深さの位置におけるビッカース硬さが３８０ＨＶ以上、４００ＨＶ以上、又は４２０ＨＶ以上でもよい。
接合継手２において、接合部材１の軸部１１の表層の硬さは、樹脂包埋された接合継手２を、軸部１１の軸線Ａを実質的に含む面において切断し、切断面を研磨し、接合部材１の軸部１１の表面から０．０５ｍｍの深さにおいて荷重を０．３ｋｇｆとしてビッカース硬さ試験を５回実施し、この測定値を平均することによって得られる。軸部１１の内部の硬さは、表面から１．２５ｍｍの深さにおいて、上述の測定をすることによって得られる。
なお、上述の測定は原則的に、軸部１１のうち実質的に塑性変形していない箇所において行われる。軸部１１の第２端の変形が著しく、軸部１１のあらゆる箇所が激しく塑性変形している場合は、頭部１２において上述の測定を行ってもよい。通常、摩擦圧接前の接合部材１においては、表層硬さ及び内部硬さが全体的に均一である。従って、摩擦圧接後において、頭部１２の表層硬さ及び内部硬さが上述の範囲内である場合、軸部１１の表層硬さ及び内部硬さも上述の範囲内であるとみなすことができる。
接合継手２における接合部材１のその他の要件は、特に限定されない。接合部材１の好ましい化学成分、及び好ましい表面構造は、上述された摩擦圧接前の接合部材１のそれらに準じる。
次に、本発明の別の態様に係る接合継手２の製造方法について説明する。本発明の別の態様に係る接合継手２の製造方法は、図３に示されるように、第１の鋼材２１及び第２の鋼材２２を重ね合わせる工程Ｓ１と、本実施形態に係る接合部材１を回転させながら第２の鋼材２２に押し付けて、第２の鋼材２２に対して接合部材１の軸部１１を貫通させる工程Ｓ２と、接合部材１を回転させながら第１の鋼材２１に押し付けて、軸部１１の尖端部１１１を第１の鋼材２１に摩擦圧接する工程Ｓ３と、を有する。
接合継手２の製造方法では、接合部材１の軸部１１の、表面から０．０５ｍｍの深さの位置（表層）のビッカース硬さが６００ＨＶ以上とされる。そのため、たとえ第２の鋼材２２が高強度鋼材であっても、第２の鋼材２２に対して接合部材１の軸部１１を容易に貫通させることができる。また、接合継手２の製造方法では、接合部材１の軸部１１の、表面から１．２５ｍｍの深さの位置（内部）のビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶとされる。そのため、第１の鋼材２１に対して接合部材１の尖端部１１１を容易に摩擦圧接させることができる。
接合部材１が上述のものとされる限り、接合継手２の製造方法では、その他の条件は特に規定されない。第１の鋼材２１及び第２の鋼材２２の好ましい態様は、上述された本実施形態に係る接合継手２において説明された態様に準じる。摩擦圧接の際の、接合部材１の回転数、加圧力、及び加圧時間等は、接合部材１、第１の鋼材２１、及び第２の鋼材２２の諸態様に応じて、適宜選択することができる。例えば、接合部材１の回転数を１０００～８０００ｒｐｍとし、接合部材の加圧力を３～９ｋＮとしてもよいが、これに限定されない。
次に、本発明の別の態様に係る接合部材１の製造方法について説明する。本発明の別の態様に係る接合部材１の製造方法は、鋼材を成形して接合部材１を得る工程と、接合部材１の軸部１１を熱処理して、その表面を硬化させる工程とを備える。
鋼材を成形するための手段は特に限定されず、例えば切削、熱間加工、及び冷間加工等である。鋼材を成形して得られる接合部材１は、上述された形状を有する。
次に、少なくとも接合部材１の軸部１１が熱処理され、その表面が硬化される。当然のことながら、頭部１２を含む接合部材１全体が熱処理され、接合部材１の表面全体にわたって硬化を生じさせてもよい。熱処理の種類は特に限定されないが、例えば浸炭処理、窒化処理、浸炭窒化処理、又は軟窒化処理である。高周波焼入れによって、軸部１１の表層を硬化させてもよい。複数の熱処理を組み合わせてもよい。ただし、接合部材１の内部まで硬化させるような熱処理（例えば炉加熱による焼入れ焼戻し）は好ましくない。
具体的な熱処理条件は特に限定されない。最終的に得られる接合部材１の軸部１１の表層硬さ及び内部硬さが上述の範囲内とされる限り、接合部材１の化学成分及び形状に応じた種々の条件を採用することができる。
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。
表１に記載の化学成分を有する種々の鋼材を成形して、接合部材を作製した。接合部材の形状は以下の通りとした。
・軸部の断面形状：円形
・軸部の径：直径４．５ｍｍ
・頭部の径：直径９．０ｍｍ
・尖端部を構成する斜面が、軸線となす角度θ：７０°
・軸部の断面形状：円形
・軸部の径：直径４．５ｍｍ
・頭部の径：直径９．０ｍｍ
・尖端部を構成する斜面が、軸線となす角度θ：７０°
次に、接合部材に種々の熱処理を実施した。熱処理条件を図４－１～図４－６に示す。なお、これらの図における「Ｃｐ」とは、カーボンポテンシャルのことであり、「Ｃ２Ｈ２」の値は、真空浸炭のために用いられたアセチレンガスの流量であり、「ＮＨ３」「Ｎ２」「ＣＯ２」の値は、種々の窒化処理のために用いられたガス成分の流量である。なお、接合部材は１条件につき複数個作成し、その一部を硬さ測定に供し、その一部を摩擦圧接に供した。また、これら熱処理条件のいずれも、本実施例の接合部材の軸芯における化学成分に影響するものではない。表１に記載の化学成分は鋼材の化学成分であるが、これは軸部の軸芯における化学成分に等しいと推定される。
製造された接合部材を樹脂包埋し、これらの接合部材を軸部の軸線を実質的に含む面において切断し、切断面を研磨し、表面から１．２５ｍｍの深さにおいて荷重を０．３ｋｇｆとしてビッカース硬さ試験を５回実施し、この測定値を平均することによって、軸部及び尖端部の内部の硬さを得た。また、この切断面の、軸部表面から０．０５ｍｍの深さにおいて、荷重を０．３ｋｇｆとしてビッカース硬さ試験を５回実施し、この測定値を平均することによって、軸部及び尖端部の表層の硬さを得た。表２に、各接合部材の軸部の硬さを示す。
そして、第１の鋼材及び第２の鋼材を重ね合わせた後で、上述の種々の接合部材を回転させながら第２の鋼材に押し付けて、第２の鋼材に対して接合部材の軸部を貫通させた。さらに、接合部材を回転させながら第１の鋼材に押し付けて、軸部の尖端部を第１の鋼材に摩擦圧接した。全ての実施例において、第１の鋼材の厚さは１．６ｍｍとし、第１の鋼材の引張強さは９８０ＭＰａとした。第２の鋼材の厚さは１．０～１．４ｍｍの範囲内とし、第２の鋼材の引張強さは５９０ＭＰａ又は９８０ＭＰａとした。摩擦圧接の際に、接合部材の回転数は８０００ｒｐｍとし、接合部材の加圧力は９ｋＮとした。各実施例における、接合部材の成分、接合部材の熱処理条件、並びに第２の鋼材の引張強さ及び厚さを、表２に示す。
このようにして得られた種々の接合部材の接合強度を、ＪＩＳ Ｚ ３１４４：２０１３に規定されたたがね試験を準用して評価した。具体的には、摩擦圧接部の近くの適切な位置の、第１の鋼材及び第２の鋼材の界面部にたがねを当てて、圧入した。試験後に破断が生じなかった接合部材を、接合強度に優れたものと判断した。判断結果を表２に示す。
製造Ｎｏ．１７の比較例では、接合部材の内部硬さが過剰であった。そのため、製造Ｎｏ．１７の比較例では、接合部材の尖端部が十分に変形せず、摩擦圧接面の面積が不足し、たがね試験の結果が不合格となった。
製造Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９の比較例は、高炭素鋼材を通常の焼入れに供して、その表層から内部まで一様に硬化させた例である。製造Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９の比較例では、接合部材の内部硬さが過剰であった。そのため、製造Ｎｏ．１８及びＮｏ．１９の比較例では、接合部材の尖端部が十分に変形せず、摩擦圧接面の面積が不足し、たがね試験の結果が不合格となった。
製造Ｎｏ．２０の比較例では、接合部材の表層硬さが不足していた。そのため、製造Ｎｏ．２０の比較例では、接合部材が第２の鋼材を貫通することができず、接合部材を製造することができなかった。そのため、試験結果には「×」と記載した。
一方、接合部材の表層硬さ及び内部硬さが適切であった製造Ｎｏ．１～１５の発明例は、たがね試験の結果が合格となった。即ち、製造Ｎｏ．１～１５の発明例は、高強度鋼材を摩擦圧接によって接合することができる接合部材であった。
本発明によれば、高強度鋼材を摩擦圧接によって接合することができる接合部材、及び摩擦圧接によって得られた高強度鋼材の接合継手、並びにこれらの製造方法を提供することができる。本発明を、例えば引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の接合に適用した場合、接合部の脆化を防止し、従来のスポット溶接継手よりも高い接合強度を有する接合継手を製造することができる。従って、本発明は高い産業上の利用可能性を有する。
１ 接合部材
１１ 軸部
１１１ 尖端部
１１１１ 斜面
１２ 頭部
２ 接合継手
２１ 第１の鋼材
２２ 第２の鋼材
Ａ 軸線
１１ 軸部
１１１ 尖端部
１１１１ 斜面
１２ 頭部
２ 接合継手
２１ 第１の鋼材
２２ 第２の鋼材
Ａ 軸線
Claims (10)
- 第１の鋼材、及び前記第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材を接合する鋼製の接合部材であって、
軸部と、
前記軸部の第１端に設けられ、前記軸部の軸線方向に垂直な平面視において、前記軸部の外周よりも外方に張り出した頭部と
を備え、
前記軸部の径が２．５～１０．０ｍｍであり、
前記軸部は、前記軸部の第２端に設けられた尖端部を有し、
前記尖端部は、前記軸部の軸線を含む平面において、前記軸線に対して４５～７５°の角度をなす斜面から構成され、
前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１８０～５５０ＨＶであり、
前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが６００ＨＶ以上である
接合部材。 - 前記軸部の軸芯における化学成分が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．５０％、
Ｓｉ：０．０２～３．００％、
Ｍｎ：０．０５～３．００％、
Ｃｒ：０．０２～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎ：０．００１～０．０５％、
を含有し、残部がＦｅ及び不純物であることを特徴とする請求項１に記載の接合部材。 - 前記軸部及び前記尖端部の表面に浸炭処理層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合部材。
- 前記軸部及び前記尖端部の表面に窒化処理層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合部材。
- 前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの前記深さにおける前記ビッカース硬さが７１１ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の接合部材。
- 第１の鋼材と、
第１の鋼材に重ね合わされた第２の鋼材と、
軸部と、前記軸部の第１端に設けられて前記第２の鋼材をかしめる頭部とを有する接合部材と
を備え、
前記接合部材の前記軸部が前記第２の鋼材を貫通し、
前記軸部の第２端が前記第１の鋼材に摩擦圧接されており、
前記第２の鋼材が前記頭部によってかしめられており、
前記軸部の、表面から１．２５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが１５０～５５０ＨＶであり、
前記軸部の、前記表面から０．０５ｍｍの深さにおけるビッカース硬さが３５０ＨＶ以上である
接合継手。 - 前記第２の鋼材の引張強さが１５０～２１００ＭＰａであり、
前記第２の鋼材の厚さが０．３～２．５ｍｍである
ことを特徴とする請求項６に記載の接合継手。 - 第１の鋼材及び第２の鋼材を重ね合わせる工程と、
請求項１～５のいずれか一項に記載の接合部材を回転させながら前記第２の鋼材に押し付けて、前記第２の鋼材に対して前記接合部材の軸部を貫通させる工程と、
前記接合部材を回転させながら前記第１の鋼材に押し付けて、前記軸部の尖端部を前記第１の鋼材に摩擦圧接する工程と、
を備える接合継手の製造方法。 - 鋼材を成形して、接合部材を得る工程と、
前記接合部材の軸部及び尖端部を熱処理して、その表面を硬化させる工程と
を備える請求項１～５のいずれか一項に記載の接合部材の製造方法。 - 前記熱処理が、浸炭処理、窒化処理、浸炭窒化処理、又は軟窒化処理であることを特徴とする請求項９に記載の接合部材の製造方法。
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