JPS60240351A - 異種材料の部材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は異種材料の部材の接合方法に関する。

即ち材料の異なる２つの部材を塑性流動（塑性変形）を
利用して結合しようとするものである。

従来２種の材料を結合するためにねじ機構のほか各種の
方法が考案され実施されている。その代表的なものを挙
げると、（１１溶接、溶着　（２）ろう付け、はんだ付
け　（３）鋳ぐるみ　（４）焼結　（５）拡散接合、化
学反応等々の物理、化学的方法のほか、（６）圧着、（
７）焼きばめ（冷しばめ）（８）弾性ばめ（圧入）（９
）シェービング接合等々の機械的方法がある。機械的方
法には更に００）折曲げ、かしめ等接合せんとする物体
に変形を与えて一体化する方法もある。

以上の方法のうち、比較的材料の組合せが自由で材料の
特性を問題にしなくてもよく、簡便に広く用いられる可
能性があるのは（７）〜（９）である。しかしこれらの
場合、結合の強度は熱応力や弾性回復力だけに基づいて
いるもので、材料が本来有する強度水準には、かなり劣
るのが通例である。またとくにニューセラミックスや高
性能金属をはじめ次々に登場する新材料を活用しうるか
否かは、その材料をいかに巧に他の安価な材料に組込む
かあるいは接合するかにかかつているといっても過言で
はない。新材料は、大ていの場合難加工性であり、加工
できても性能を保存したまま必要な形状に仕上げるのは
容易でない。そこで自由な組合せができ、接合時に性能
劣化を伴わず、しかも接合部が材料の保有する強度水準
まで達しうるような簡単な接合方法の開発が強く−まれ
てきた。

そこでこの発明の方法は、これらの要請に十分応えるた
めに発明されたものである。

図について説明すれば、第１図（鉛は接合しようとする
異種材料の部材１．２を示している。部材ｌは通常の機
械切削等の方法でつけられた溝１２を有している。溝１
２は入口開口１１よシ広くなっている。部側２は部材１
の溝に丁度はまりこむ大きさで、溝と体積が等しいか数
係以内小さい突起２１を有している。

第１図（ｈｌは接合作業の初期の状態を示している。

部材２の突起２１が部材１の開口１１を通って溝１２の
内部に挿入された状態を示している。第１図（ｃ）は第
１図（ｂ）の状態を矢印Ｆで示す如く両部材の背後から
プレスして接合された状態を示している。すなわちこの
場合部材２の突起部２１が強い圧力をかけられたことに
よって、塑性変形を生じ横に広がって部材１の溝１２に
充満する形になる。同時圧部材１と部材２とが面を接触
して、接合作業を完了し、接合製品ができ上る。２２は
溝に充填したところを示している。

この場合部材ｌの溝と部材２の突起の双方が塑性変形し
たとしても何等差障シはなく、むしろ接触面積が増して
望ましい。また接合個所は複数の方が強い接合になるの
はいうまでもない。さらに得られた接合製品の接合強度
は今の場合部材２の突起２１が塑性変形して横に流動し
た部分がせん断される強さ、つまり部材２のせん断強さ
と同等である。プレス作業は普通の作業でよい。鬼起を
塑性変形させるに必要な荷重を与えることができればよ
い。なお接合の際潤滑剤を用いない方が塑性変形で生じ
た新生面の接触をよシ完全にし、同時に焼きつき効果を
得ることができるのでむしろ好ましい。

このように非常に簡単な方法であるけれども、必要な条
件として接合しようとする２種の材料のうち、少くとも
一方が塑性変形できるものでなければならない。第１図
に示す例では部材２の少くとも突起２１は塑性変形して
横圧広がらなければならない。しかしこのことはこの発
明の効果が及ぶ範囲を小さなものに限定するものではな
い。何故ならば、セラミック等きわめて特殊な材料を除
けば、大ていの材料は室温でも塑性変形できるからであ
る。鉄と鋼や、アルミニウムとその合金、熱可塑性プラ
スチック等を突起を持つ側圧選ぶとよい。これらは普通
に用いられる材料であるから、高性能材に溝を持たせて
接合作業を行うことで問題はない。もちろん塑性変形で
横に広げようとする程度にもよるが、通例突起の直径を
元の値よりも数チ大きく塑性変形するだけで、接合の効
果が生じるので、一般の金属材料はほとんどがこの方法
の対象となる。また突起と溝の両方に変形な生ぜしめる
ことや、あるいは溝の方に変形を期待することも容易に
考えられる。

もしプレスの能力が小さいとか室温よりも大きな塑性変
形を与えたい場合は、材料の変形抵抗が小さくなシ変形
能（延性）も大きくなるように突起部分を加熱して局部
的に高温下で接合作業を行うとよい。なお溝や突起の形
状については特別な条件はない。横断面の形状（輪郭）
を円形とするかどうか、また縦断面の形状（プロフィル
）を段差とするか、内へ末広が９とするか等も形状をつ
ける際の切削等の作業のしやすい方を選ぶとよい。

もちろん突起は接合しようとする棒自体であってもよい
。

〔実施例　１〕 挿入する側（部材２に相当する側）は直径１０群、高さ
５０顛のＺｒＬ−２２％Ｍ　の超塑性合金棒であり、そ
の先端のみ変形しやすい２５０℃に加熱する。溝をもつ
方の側（部材１に相当する側）は第２図（α）に示す直
径Ｄ□が５０ｘｍ、仝じくＨｌに示す厚さ１５闘のねず
み鋳鉄（Ｆｅ１２）であって、溝は仝じく第２図（α）
に示す間口の直径ｄ１が１０．１ｔ＋ａ、深さｈｏが５
ｍｔｔ、内部の直径ｄ２が１０．６＋１、深さＡ２が５
＋＠の寸法をもつ。棒の先端を溝に挿入し、油圧プレス
で軸方向に圧縮してフランジ形状を得た。

室温に冷却した後棒の引抜き試験をしたところ、２４５
０に９ｆで棒がぜん断されて抜き出された。これは超塑
性合金のモん断水率の約８０％に匹敵する。

〔実施例　２〕 部材１に相当する円板の材料をＳｔ：３Ｎ４セラミツク
とし、その直径（第２図（α）の直径Ｄ１）を４０ｍｍ
。

厚さくＨｌ）を１０　ｍｍとし、溝の間口直径（ｄｌ）
を８．０５朋、深さくＡ１）　３間、内部の直径（ｄ２
）を１０．０韮、深さくＡ２）を３．０　ｍｍとする。

相対する部材２に相当する突起を有する部材の直径（第
２図（ｈ）のＤ２）を１００ｕ、厚さく）Ｉ２）を２０
間とし、中央突起の直径（ｄ３）を８．０門、高さくＡ
３）を７．５　’Ｉｎｒｌとする。この部材の材料は高
力アルミニウム合金（Ａ２０１７−０）で突起を溝に入
れ、プレスにて塑性流動接合を行うことができた。

第３図は別な実施例を示し、第３図（α）は流動性の材
料３に溝３１を設けたところを示し、溝の径をＤ、深さ
をんとする。第３図（ｂ）はその溝に挿入する異種材料
の部材４であって、上方にフランジ部４１、下方に凹み
４２を有している。部材４の直径は溝径と同じＤで、フ
ランジ部Ｃの下端からの長さＨは溝の深さｈより大きい
。第３図（Ｃ）は両者を締結したところを示し、部材４
を部材３の溝３１中に圧入すると、材料３が流動性であ
るため、凹みＣ中に入シ、両者は一体化される。

第４図は更に別な実施例を示し、第４図（α）は第３図
（ｔｔ）と同じであって、流動性の材料３に直径Ｄ、深
さｈの溝を示す。第４図（ｈ）は異種材料の部材４であ
って、上方にフランジ部を有するが、側面に凹みはガく
、ストレートな側面をしている。Ｄは部材４の直径、Ｈ
は部材４のフランジ部の下端からの長さで、Ｈはｈより
大きい。

このように部材４の側面がストレートの場合でも、圧力
をかけて、強制的に部材４を溝３１に圧入すると、先端
部が塑性変形して噛合い、噛合部５を形成し、両者は一
体化される。

【図面の簡単な説明】

第１図（α）は異種材料の２つの部材を示し、第１図（
ｈ）は接合の初期の状態を示し、第１図（Ｃ）は接合後
の状態を夫々示す。第２図（α）は溝を有する部材の寸
法関係の一実施例を示す図、第２図＜ｂ＞は突起を有す
る部材の寸法関係の一実施例を示す図、第３図、第４図
は別な実施例を示す図で、第３図（α）は溝を示す図、
第３図（ｈ）は異種材料の部材を示す図、第３図（ｃ）
は接合状態を示す図、第４図体）は溝を示す図、第４図
（ｂ）は異種材料の部材の変形例を示す図、第４図（ｃ
）は接合状態を示す図である。 符号の説明 １．２・・・部材、１１・・・溝の入口、１２・・・溝
、２１・・・突起、３・・・流動性劇料、３Ｊ・・・溝
、４・・・部材、４１・・・７ランＣほか３名） 第　１　図 第　２　図 （ａ） （ｂ） 第　３ ） 第　４　図 （ａ）　（ｂ） （Ｃ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 接合しようとする異種材料の部材の一方に溝を形成し、
   他方の部材にその溝に対応する溝深さ以上の長さを持つ
   突起を形成し、その突起を溝の中に差し込み、これら二
   つの部材を背後から加圧して塑性変形を生せしめ、その
   突起及び／又は溝に少（とも局部に軸方向と垂直方向の
   流動部を形成して両部材を噛合せて一体化することを特
   徴とする異種材料の部材の接合方法。