JPS61154780A - 摩擦圧接方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は形状が異なる二つの加工物を加圧接触させなが
ら相対的に回転させ、発生する摩擦熱により接触部の温
度を上昇させると共に金属のフローを利用して摩擦圧接
する方法に関し、特に形状の異なる両加工物の接合部の
強度および接合特性の向上をはかる手段の改良に関する
。

（発明の技術的背景およびその問題点）一般に形状の興
なる二つの加工物を接合する手段として、アーク溶接や
電子ビームあるいはレーザービーム溶接等の溶接による
接合手段がある。

しかしこれらの溶接による接合手段は、加工物の材料が
同種あるいは同一の材質の金属である場合には比較的容
易に接合可能であるが、例えば加工物の材料が銅とアル
ミニウムのように全く異なった異種金属のような場合、
アーク溶接等の溶融溶接を行なうと、その溶接部には脆
弱な金属間化合物が生成されることになる。上記脆弱な
金属間化合物が生成されると接合特性が著しく低下して
しまう。したがって一般に金属間化合物を生成する可能
性のある材料の組合せの場合には、上記溶融溶接による
接合手段は極力避け、金属間化合物が生成しにくい固相
接合手段を用いることが多い。

同相接合手段には、室温での雰囲気で行なう冷間圧接法
や接合しようとする箇所を加熱して行なう加熱圧接法あ
るいは接合しようとする接合面を相対的に回転させてそ
の摩擦熱を利用して圧接する摩擦圧接法等がある。

このような圧接法の中で、接合される二つの形状が異な
っている場合には摩擦圧接法を用いることが望ましい。

すなわち、製品の形状が例えば第５図に示すようなブロ
ック部１と棒状部２とからなるものである場合に、冷間
圧接法や加熱圧接法の適用はむつかしい。その理由は、
接合原理が接合部の金属のフＯ−に起因するために、組
合せる二つの加工物の形状が異なっている場合には均一
な金属のフローが得られないからである。

第５図に示すような形状の組合せからなる製品を得る場
合、一般には第６図（ａ）に示すようなブロック形状に
前もって加工した加工物３と、第６図（ｂ）に示すよう
な先端を先細に加工した丸棒状の加工物４との組合せに
すれば摩擦圧接法の適用が可能となり、一部では実用化
されている。

摩擦圧接法による特長は、■異形断面の接合が可能であ
ること、■自動制即による圧接方法を採用でき、品質に
ばらつきが生じないこと、■寸法精度が極めて高いこと
、■生産性が高いこと、などである。

しかし、このような摩擦圧接法による接合手段において
も、その接合部の状態如何によっては接合部の強度が不
十分なものとなる場合がある。例えば第６図（ａ）（ｂ
）に示すように接合部にテーパ面を形成した加工物どう
しを接合して、第７図に示すように一体化した場合、矢
印で示すように加工物３と加工物４に引張力が加わると
、両者は比較的容易に分離してしまうおそれがある。

また、第６図（ａ）に示す加工物３の材料をアルミニウ
ムとし、第６図（ｂ）に示す加工物４の材料をステンレ
ス鋼とした場合、すなわち非鉄金属と鋼という異種材料
どうしの組合せにした場合、摩擦圧接時の変形抵抗が著
しく異なるために、圧接に必要な接合部の金属のフロー
が不十分となる。

その結果、接合部の密着性が劣り、接合強度が低下した
ものとなる。このように加工物３と４を摩擦圧接した場
合の接合強度が不十分であると、製品としての信頼性も
低下する。したがって加工物３および４の形状あるいは
材質が著しく異なった製品には適用困難な場合があった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、接合すべき二つの加工物の形状あるい
は材質が著しく異なったものである場合においても両加
工物を十分大きな接合強度をもって接合可能で製品とし
ての信頼性を著しく向上させ得る摩擦圧接方法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために次の如く構成したこ
とを特徴としている。すなわち本発明の摩擦圧接方法は
、形状を異にする第１．第２の加工物を加圧接触させな
がら相対的に回転させ、摩擦圧接により第１の加工物の
少なくとも一部を第２の加工物の一部に挿入接合する場
合において、前記第１の加工物の挿入接合部位を、予め
先細りのテーパ面となし、かつこのテーパ面上に凹凸部
を形成しておくようにしたことを特徴としている。

かくして、圧接時における凹凸部の形状変化によって従
来方法よりも接合強度および接合特性を向上させ得、接
合部の品質を高め得るものとなる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第５図に示すような形状を有する製品を得
る場合に適用した実施例について説明する。

第１図は丸棒からなる第１の加工物５の側面図である。

図示の如く加工物５の先端には所定の傾斜角θをもった
先細りのテーパ面６が形成してあり、このテーパ面６に
は環状をなす複数の凹凸部７が一部ピッチで設けられて
いる。なお、上記テーパ面６および凹凸部７は、例えば
旋盤によるバイト加工により形成するものとする。上記
テーパ面６の傾斜角θは、作業性をよくし、かつ所要接
合強度を確保するために、１００〜３０’の範囲に設定
することが望ましい。

第２図は上記の如く形成した第１の加工物５と、ブロッ
ク状をなす第２の加工物８とを摩擦圧接機１０により接
合する手段を示す図である。第２図に示すように、まず
第１の加工物５を摩擦圧接機１０のスピンドル１１にチ
ャッキングし、第２の加工物８をクランプ１２にクラン
プして対向配置する。そしてスピンドル１１を所定の速
度で回転駆動すると共に、加圧機構であるシリンダ装置
１３を作動させてピストンロッド１４を伸ばし、スライ
ド機構であるスライダー１５を矢印で示す圧接方向へベ
ース１６上を移動させる。そうすると、第１．第２の加
工物５および８の接合面が互いに接触し、接合面に摩擦
熱が発生して、第１．第２の加工物５および８の接合面
付近は一部溶融する。

なおこのとき、加工物５および８の間にはシリンダ装置
１３により常時一定の加圧力が加えられている。

一方、加工物５および８の一部が溶融するにつれて、ス
ライダー１５は圧接方向に移動する。そして、ある距離
だけ移動したとき、スピンドル１１の回転を停止させる
と共に、シリンダ装置１３を作動させて、加工物５およ
び８の圧接を行なう。

第３図は上記の工程で接合されたものを示す側面図であ
る。なお圧接時に圧接部外ヘフローしたバリ１７は次の
工程で機械加工により除去される。

第３図に示す如く、ブロック状の第２の加工物８に対し
て、丸棒状の第１の加工物５における凹凸部７が係合し
た状態で接合されている。したがって接合面積が大きく
なるうえ、加工物５と加工物８との接合部１８での接合
状態が機械的にかみ合った状態を呈することから、たと
え接合部１８の接合特性が接合条件などのばらつきによ
り、摩擦圧接の本来の特性値を示さないような場合でも
（例えば冶金的に接合されていなくても）、所要の接合
特性を満たし得るものとなる。

第４図は本発明の第２の実施例における第１の加工物１
９を示す側面図である。この実施例では先端に加工され
ている凹凸部２０がスクリューネジのように螺旋状に加
工されている。第４図に示したものを用いて前述同様の
摩擦圧接を行なうと、第２の加工物８に対し第１の加工
物１９の螺旋状の凹凸部２０が矢印で示す如く回転しな
がらねじ込まれる状態を呈するので、摩擦圧接に必要な
加工物１９および８の接合部での金属のフローがよりス
ムーズに良好に行なえることになる。

このように本実施例によれば、接合しようとする第１の
加工物の挿入接合部位に環状あるいは螺旋状の凹凸部が
形成されているため、次のような作用効果を奏する。

（１）凹凸部により接合部の接触面積が増加し、接合強
度および接合部の信頼性向上がはかれる。

（２）摩擦圧接法による接合特性を満足させ得ると共に
、凹凸部による機械的なかみ合い状態を呈するので、接
合強度が助勢され、従来の方法に比べて接合強度および
接合部の信頼性を著しく高め得る。

（３）第１の加工物に螺旋状の凹凸を設け、その螺旋状
の加工方向を摩擦圧接の回転方向と一致させてＩＩ擦圧
接を行なう場合には、摩擦圧接に必要な二つの加工物の
接合面における金属のフローがよりスムーズとなり、接
合特性がさらに向上すると共に、接合部の品質も安定化
する。

なお本発明は前記実施例に限定されるものではない。た
とえば前記実施例では凹凸部を一部ピッチで設ける場合
を示したが、ランダムなピッチであってもよい。また凹
凸部７の形状は必ずしも環状あるいは螺旋状のものでな
くてもよく、たとえば粒状のものを多数個点在させるよ
うにしたものであってもよい。このほか本発明の要旨を
越えない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、形状を異にする第
１．第２の加工物を加圧接触させながら相対的に回転さ
せ、摩擦圧接により第１の加工物の少なくとも一部を第
２の加工物の一部に挿入接合する場合において、前記第
１の加工物の挿入接合部位を、予め先細りのテーパ面と
なし、かつこのテーパ面上に凹凸部を形成しておくよう
にしたので、接合すべき二つの加工物の形状あるいは材
質が著しく異なったものである場合においても両加工物
を十分大きな接合強度をもって接合可能で、製品として
の信頼性を著しく向上させ得る摩擦圧接方法を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示す図で、第
１図は第１の加工物の形状を示す側面図、第２因は第１
の加工物と第２の加工物とを摩擦圧接機で摩擦圧接する
手段を示す側面図、第３図は摩擦圧接により得られた物
の状態を示す側面図である。第４図は本発明の第２の実
施例における第１の加工物の形状を示す側面図である。 第５図〜第７図は従来例を示す図で、第５図は異種形状
の二つの部分からなる製品例を示す斜視図、第６図（ａ
）（ｂ）は第５因のものを得る場合の加工物の組合せ例
を示す斜視図、第７図は第６図の加工物の組合せによる
接合手段における欠点を示す斜視図である。 ３．５．１９・・・第１の加工物、４．８・・・第２の
加工物、６・・・テーパ面、７・・・環状の凹凸部、１
０・・・摩擦圧接機、２０・・・螺旋状の凹凸部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第５ｒＩ！Ｊ （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） ｓ７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）形状を異にする第１、第２の加工物を加圧接触さ
   せながら相対的に回転させ、摩擦圧接により第１の加工
   物の少なくとも一部を第２の加工物の一部に挿入接合す
   るようにした摩擦圧接方法において、前記第１の加工物
   の挿入接合部位を予め先細りのテーパ面となし、かつこ
   のテーパ面上に凹凸部を形成しておくようにしたことを
   特徴とする摩擦圧接方法。
2. （２）テーパ面の傾斜角は軸心に対して１０°〜３０°
   であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の摩擦圧接方法。