JPWO2008010266A1 - 摩擦圧接部品、該摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドおよび接合方法 - Google Patents

Abstract

設計が容易な摩擦圧接部品、該摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドおよび接合方法を提供することを課題とする。摩擦圧接部品１は、少なくとも第一接合部が円筒状に形成された第一部材１０と、適宜形状を有する第二部材２０とを摩擦圧接してなり、第二部材２０の第二接合部２１を、第一接合部１０Ａに対応する有底円筒状とするとともに、その円筒内を、筒状内壁部２１Ｃと底部２１Ｂとに亘って連続する曲面状に形成し、第一部材１０の第一接合部１０Ａと、第二部材２０の第二接合部２１とを摩擦圧接により接合する。

Description

本発明は、摩擦圧接部品、該摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドおよび接合方法に関する。

近年、パイプ状部材や棒状部材の接合方法として、摩擦圧接による接合方法が広く採用されている。この摩擦圧接は、接合しようとする部材同士の接合端面を相互に回転させながら突き合わせして接合界面を摩擦発熱させた後に、相対回転を停止する直前または相対回転の停止後にアップセット圧力を付与し、部材同士を接合界面で接合するものである。

ところで、アッパリンク、ロアリンク、ラジアスロッド、トルクロッドなど、車両のサスペンションを構成するサスペンションロッドには、鉄鋼材料が用いられていたが、車両の軽量化という観点から、近年では、アルミニウム合金材料が用いられることも多い。例えば、特開平１１−１５６５６２号公報には、アルミニウム合金製のパイプ状部材からなるロッド部材の両端にアルミニウム合金製のエンド部材を摩擦圧接してなるサスペンションロッドが開示されている。

一般的に、パイプ状部材からなるロッド部材に中実材であるエンド部材を摩擦圧接する場合、摩擦圧接される部材同士の熱容量、摩擦圧接時の圧接条件が部材間で大きく異ならないように、摩擦圧接に先立ってエンド部材の接合部をロッド部材の接合部に対応させて中空状に形成することが行われている。これにより、ロッド部材とエンド部材との摩擦圧接を適正に行えるようにしていた。

ところで、前記従来のロッド部材とエンド部材との摩擦圧接による接合では、図６（ａ）（ｂ）に示すように、中実状のエンド部材４０の接合部４１を、パイプ状のロッド部材５０の接合部５１に対応させてドリル加工により中空状に穿設するが、その際に、底部に角部Ｘ、Ｙが生じ、その角部Ｘ、Ｙに応力集中が生じて疲労強度の低下につながる虞があった。このため、強度設計が困難であった。
また、角部Ｘ、Ｙに摩擦圧接時の熱影響部が及ぶと強度設計がさらに困難になるという問題が生じた。
さらに、摩擦圧接による接合では、一般的に、エンド部材の断面変化による応力の変化を考慮しなければならず、サスペンションロッドの設計が煩雑であるのに加え、前記事情によってさらに設計が困難になっていた。
このことは、ロッド部材にエンド部材を摩擦圧接する場合に限らず、第一部材に第二部材を摩擦圧接する場合にも共通して当てはまることである。

このような観点から、本発明は、設計が容易な摩擦圧接部品、該摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドおよび接合方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、少なくとも第一接合部が円筒状に形成された第一部材と、適宜形状を有する第二部材とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品であって、前記第二部材の第二接合部を、前記第一接合部に対応する有底円筒状とするとともに、その円筒内を筒状内壁部と底部とに亘って連続する曲面状に形成し、前記第一部材の前記第一接合部と、前記第二部材の前記第二接合部とを摩擦圧接により接合してなることを特徴とする。

前記構成によれば、第二部材の第二接合部が第一接合部に対応する有底円筒状とされ、その円筒内が筒状内壁部と底部とに亘って連続する曲面状に形成されて角部が形成されないので、穿設して形成された底部付近に応力集中が生じなくなり、摩擦圧接部品の設計が容易になる。また、角部による応力集中が生じなくなるので、強度低下が生じず疲労強度も高い摩擦圧接部品を製造することが可能となる。
また、穿設して形成された底部付近に応力集中が生じなくなるので、応力集中に対応させるための増肉が不要になり、摩擦圧接のために有底円筒状とされた第二接合部の肉厚を薄く形成することができ、これによって、円筒状とされた第一接合部の肉厚も薄く形成することができる。つまり、第一接合部および第二接合部の両方の肉厚を薄く形成することが可能となる。したがって、接合強度を維持しつつ軽量化に寄与する摩擦圧接部品が得られる。

また、前記底部は軸線を含む断面において曲面に形成され、例えば、底部中心にあっても角部がない断面形状に形成されることが望ましく、このような構成によれば、断面形状が変化している部位に応力集中が生じなくなり、摩擦圧接部品の設計がより一層容易になる。

さらに、有底円筒状にされた前記第二部材の前記第二接合部の円筒部が、摩擦圧接時の熱影響部を包含可能な長さを備えて形成されることが望ましい。

前記構成によれば、圧接時の摩擦熱によって第二部材の強度と異なる強度・材質を有する熱影響部（ＨＡＺ部＝Heat Affected Zone）が接合界面周辺に不可避的に発生することとなるが、第二接合部がこの熱影響部を包含可能な長さを備えて形成されるので、圧接時の熱影響部は、断面形状の変化のない円筒部においてのみ存在することとなり、断面形状が変化している底部側や、円筒部から該円筒部に連続して形成された例えば中空状の連結部側に亘る部分に及ぶことがない。したがって、底部側について熱影響による強度の変化を考慮する必要がなく、摩擦圧接部品の設計が容易になる。

また、前記第二部材の前記第二接合部が、前記第一部材の前記第一接合部と内径および外径が同径とされている構成とするのが望ましい。

前記構成によれば、第二部材の第二接合部と第一部材の第一接合部とが同じ断面であるので設計が容易になる。また、同じ断面で接合されることとなるので、摩擦圧接時には第二接合部および第一接合部が略同じ状況で摩擦加熱されるとともに、略同じ状況で熱が伝熱されるようになり、相互の圧接バランスが良好となって接合強度が向上するようになる。また、摩擦圧接時における圧接コントロール等も行い易いという利点も得られる。さらに、バリ形状も容易にコントロールすることができる。

また、本発明に係るサスペンションロッドは、前記摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドであって、アルミニウム合金製押出形材を切り出して形成される、前記第一部材としてのロッド部材および前記第二部材としてのエンド部材を備え、前記エンド部材に有底円筒状の前記第二接合部が形成されてなることを特徴とする。

前記構成によれば、第一部材としてのロッド部材および第二部材としてのエンド部材がアルミニウム合金製押出形材を切り出して形成されるのでサスペンションロッドの生産性が向上する。また、強度の割に軽量で腐食しにくいというアルミニウム合金の特性を活かして車両の軽量化を図ることができる。
また、エンド部材に有底円筒状の第二接合部を形成することで、相互に形状が異なるロッド部材とエンド部材とを摩擦圧接によって容易に接合することができ、サスペンションロッドの製造が簡単になる。

さらに、エンド部材は、中空部を有して押出形材により形成され、この中空部は概ねゴムブッシュが装着可能な中空部と同一形状に形成され、前記第二接合部が形成される部位は、アルミニウム合金製押出形材を切り出して形成され、前記第二接合部はこの切り出されたアルミニウム合金製押出形材の前記部位より削り出す等の加工をして形成される構成とするのがよい。

このように構成することで、ゴムブッシュが装着されるために寸法精度を有する中空部を、アルミニウム合金製押出形材を切り出すことによって簡単に形成することができ、生産性が向上する。また、アルミニウム合金押出形材の所定の部位を加工して第二接合部が形成されるので、例えば、切削加工等によりその円筒状部および底部を簡単に形成することができる。また、第二接合部の形成の自由度が高いという利点も得られる。

また、本発明の接合方法は、少なくとも第一接合部が円筒状に形成された第一部材に適宜形状を有する第二部材を摩擦圧接する接合方法であって、前記第二部材の第二接合部を前記第一接合部に対応する有底円筒状とするとともに、その円筒内を筒状内壁部と底部とに亘って連続する曲面状に形成する工程と、前記第一部材の前記第一接合部と、前記第二部材の前記第二接合部とを当接させ、これらの接合部同士を相互に回転させながら突き合わせして摩擦圧接接合する工程と、を備えたことを特徴とする。

かかる接合方法によれば、第二部材の第二接合部が第一接合部に対応する有底円筒状とされており、その円筒内が筒状内壁部と底部に亘って連続する曲面状に形成されて角部が形成されないので、摩擦圧接時に、穿設して形成された底部付近に応力集中が生じなくなり、摩擦圧接部品の設計が容易になる。また、角部による応力集中が生じなくなるので、強度低下が生じず疲労強度も高く耐久力も高まる。これにより、長期にわたり使用することができる摩擦圧接部品やサスペンションロッドを製造することが可能となる。
また、角部による応力集中が生じなくなるので、穿設して形成された底部付近に応力集中が生じなくなり、摩擦圧接のために有底円筒状とされた第二接合部の肉厚を薄く形成することができる。これによって、円筒状とされた第一接合部の肉厚も薄く形成することができる。つまり、第一接合部および第二接合部の両方の肉厚を薄く形成することが可能となる。したがって、接合強度を維持しつつ軽量化に寄与する摩擦圧接部品やサスペンションロッドが得られる。

また、前記第二接合部の前記底部が、その軸方向の断面形状が角部のない断面形状に形成される接合方法では、断面形状が変化している部位に応力集中が生じなくなり、設計が容易な摩擦圧接部品やサスペンションロッドを得ることが可能となる。

さらに、有底円筒状にされた前記第二部材の前記第二接合部の円筒部が、摩擦圧接時の熱影響部を包含可能な長さを備えて形成される接合方法では、圧接時の摩擦熱によって発生する熱影響部が、断面形状の変化のない円筒部においてのみ存在することとなり、断面形状が変化している部位（断面変化部）に及ぶことがない。したがって、断面変化部について熱影響による強度の変化を考慮する必要がなく、設計が容易な摩擦圧接部品やサスペンションロッドを得ることが可能となる。

本発明に係る摩擦圧接部品によれば、その設計が容易になる。また、本発明に係るサスペンションロッドによれば、その設計が容易になる。さらに、本発明に係る接合方法によれば、設計が容易な摩擦圧接部品やサスペンションロッドを得ることが可能となる。

（ａ）は摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドを示す断面図、（ｂ）は摩擦圧接前におけるロッド部材およびエンド部材を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はエンド部材の成形手順を示した説明図である。 （ａ）は摩擦圧接された圧接部の周辺を示す拡大断面図、（ｂ）は摩擦圧接により発生したバリを切除した状態を示す拡大断面図である。 摩擦圧接方法を説明するためのタイムチャートである。 その他の摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドを示す断面図、（ｂ）は同じく摩擦圧接前におけるロッド部材およびエンド部材を示す断面図である。 従来のサスペンションロッドを示す図であり、（ａ）は摩擦圧接前におけるロッド部材とエンド部材とを示す断面図、（ｂ）は摩擦圧接後におけるロッド部材とエンド部材とを示す断面図である。

符号の説明

１ サスペンションロッド（摩擦圧接部品）
１０ ロッド部材（第一部材）
１０Ａ，１０Ｂ 端部（第一接合部）
１０ａ，２１ａ 端面
２０ エンド部材（第二部材）
２１ 接合部（第二接合部）
２１Ａ 円筒部
２１Ｂ 底部
２２ 連結部
２２Ａ 中空部
Ｈ 熱影響部
Ｊ 接合界面

本発明を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、摩擦圧接部品がサスペンション部品の一種であるサスペンションロッドである場合を例示するが、本発明に係る摩擦圧接部品の用途を限定する趣旨ではない。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る摩擦圧接部品からなるサスペンションロッド１は、第一部材であるロッド部材１０の両端部１０Ａ，１０Ｂに第二部材であるエンド部材２０，２０を摩擦圧接によりそれぞれ接合してなるものである。ロッド部材１０とエンド部材２０，２０との各接合界面Ｊの周囲には、熱影響部Ｈ（図中斜線で図示した部分）が形成されている。

ロッド部材１０は、図１（ｂ）に示すように、円管状を呈するアルミニウム合金製の押出形材を切り出してなり、全体が等断面で形成されている。つまり、摩擦圧接前におけるロッド部材１０は、押出方向（長手方向）に内径および外径がそれぞれ同じ大きさとされ、断面変化のない円筒状を呈している。なお、ロッド部材１０は、全体を等断面に形成する必要はなく、少なくともエンド部材２０，２０との間で摩擦圧接される両端部１０Ａ，１０Ｂが等断面とされていればよい。ここで、両端部１０Ａ，１０Ｂは、請求の範囲第１項における「第一接合部」に相当する。なお、「アルミニウム合金製押出形材を切り出して」とは、「アルミニウム合金製押出形材を切断して」の意味であり、ノコ、フライス等を用いて切断されることをいう（以下同じ）。

摩擦圧接後におけるロッド部材１０は、図１（ａ）に示すように、両端部１０Ａ，１０Ｂが、接合界面Ｊおよびその近傍で摩擦圧接前の肉厚ｔ（図１（ｂ）参照）よりも分厚くなっている。

エンド部材２０，２０は、アルミニウム合金製の押出形材をそれぞれ切り出して形成されたものであり、接合部２１，２１と、これらの接合部２１，２１に連続して形成された連結部２２，２２とを備えている。なお、二つのエンド部材２０，２０の主要な構成は同様であるので、以下の説明においては、一方のエンド部材２０について説明を行う。ここで、接合部２１は、請求の範囲第１項における「第二接合部」に相当する。

エンド部材２０の接合部２１は、有底円筒状を呈しており、断面変化のない、等断面で形成された円筒部２１Ａと、この円筒部２１Ａに連続する底部２１Ｂとを備えている。
本実施形態では、円筒部２１Ａが、ロッド部材１０の端部１０Ａと同一の断面形状に形成されている。つまり、エンド部材２０の円筒部２１Ａは、ロッド部材１０の端部１０Ａと内径および外径が同径となっている。
また、円筒部２１Ａは、摩擦圧接時の接合部２１側の熱影響部Ｈを包含する長さ（すなわち円筒部２１Ａは熱影響部Ｈより長く形成される）を備えて形成されており、後記するように、摩擦圧接時には、熱影響部Ｈが円筒部２１Ａから断面変化のある底部２１Ｂ側に及ばないようになっている。つまり、摩擦圧接時に、熱影響部Ｈは、円筒部２１Ａにのみ生じることとなり、これによって、摩擦圧接時の熱影響を考慮した設計を、底部２１Ｂ側の断面が変化する部位において行う必要がなくなる。なお、底部２１Ｂは、接合部２１側から連結部２２の内側に至る深さをもって設けてもよい。
なお、ロッド部材１０を全体が等断面でない構造とした場合は、ロッド部材１０の両端部１０Ａ、１０Ｂにも熱影響部Ｈを包含する長さの等断面部分を形成する必要がある。

接合部２１は、その円筒内が、筒状内壁部２１Ｃと底部２１Ｂに亘って連続する曲面状に形成され、底部２１Ｂは、接合部２１の軸線を含む断面において角部のない曲面に形成されている。本実施形態では、底部２１Ｂの形状を断面半円形状としている。なお、底部２１Ｂは、全体が角部のない曲面状に形成されているものに限られることはなく、隅部（底部と筒状内壁部２１Ｃとで形成される隅部分）を備えて形成されていてもよい。この場合、応力集中の生じ易い隅部が少なくとも曲面状に形成されていればよく、その他の底面等が平らに形成されていてもよい。

図１（ｂ）に示すように、エンド部材２０の連結部２２は、中空部２２Ａを備えている。中空部２２Ａは、不図示のゴムブッシュがカラー等を介して装着される大きさに形成されている。なお、エンド部材２０には、図示しない肉抜き孔等を形成してもよい。

このようなエンド部材２０は、図２（ａ）に示すように、押出方向に長く形成されたアルミニウム合金製の押出形材Ｋを、所定の寸法に切り出してこれに加工を施すことにより形成される。

切り出された状態のエンド部材２０は、接合部２１が角柱状となっているので、これに対して切削加工を施し、図２（ｂ）に示すように、接合部２１を円柱状に形成する。

そして、図２（ｃ）に示すように、接合部２１に穴あけ加工を施して、接合部２１を有底円筒状に形成するとともに、円筒内部の隅部を曲面状に加工して底部２１Ｂを断面半円形状に形成する。これにより、等断面の円筒部２１Ａを有し、円筒内が、筒状内壁部２１Ｃと底部２１Ｂとに亘って連続する曲面状に形成された有底円筒状の接合部２１が得られる。なお、円筒部２１は、前記した切削加工による形成に限らず、鍛造や後方押出によって形成してもよい。また、円筒部２１Ａを含めてエンド部材２０全体を鍛造、鋳造によって形成してもよい。さらに、連結部２２を鍛造、鋳造により形成しておいてから、円筒部２１を前記した切削加工、鍛造および後方押出等によって形成してもよい。

なお、アルミニウム合金の種類に特に制限はないが、摩擦圧接部品１をサスペンション部品として用いる場合には、Ｔ６処理をしたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金であって溶体化処理後に焼入れ処理をし、その後に人工時効処理をしたもの）であることが望ましい。特に、Ｔ６処理をしたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格のアルミニウム合金６０６１−Ｔ６）であれば、強度が高く（０．２％耐力が２４５ＭＰａ以上）、耐久性（応力腐食割れ性や耐候性など）も高いので、より一層望ましい。

次に、ロッド部材１０と、エンド部材２０とを摩擦圧接する方法（すなわち、摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドの製造方法）を図１、図３、図４を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る摩擦圧接方法では、準備過程と摩擦過程とアップセット過程とを含んでいる。
準備過程では、ロッド部材１０を図示しない摩擦圧接装置のクランプで把持するとともに、エンド部材２０を、その接合部２１の中心軸線がロッド部材１０の端部１０Ａの中心軸線と同軸となるように図示しない摩擦圧接装置の主軸にチャックで把持する。

摩擦過程では、ロッド部材１０とエンド部材２０とを相対回転させつつ、エンド部材２０をロッド部材１０に向かって移動させて、ロッド部材１０の端部１０Ａの端面１０ａ（図１（ｂ）参照）とエンド部材２０の円筒部２１Ａの端面２１ａ（図１（ｂ）参照）とを突き合わせ、その突合面（すなわち、ロッド部材１０の端面１０ａおよびエンド部材２０の端面２１ａ）に、図４に示すように、摩擦圧力Ｐ_１を付与する。このようにロッド部材１０とエンド部材２０とを相対回転させつつ突合面に摩擦圧力Ｐ_１を付与すると、摩擦熱によって突合面の周囲に母材よりも軟らかい軟化部が形成される。そして、この軟化部の流動性が高まると、軟化部は、端部１０Ａおよび円筒部２１Ａの内外へ押し出されてバリとなり、その結果、接合界面Ｊ付近の肉厚ｔ’が増加することになる（図３（ａ）参照）。このとき、摩擦圧接前のロッド部材１０の端面１０ａおよびエンド部材２０の端面２１ａに存在している酸化皮膜や付着物などは、バリとともに排出されることとなる。

図４に示すように、相対回転数（主軸の回転数）は、ロッド部材１０とエンド部材２０とを突き合わせた時点（時刻Ｔ_０）からの相対変位量（主軸の前進量）が摩擦寄り代ｘに達する時刻Ｔ_１まで一定に保ち、少なくとも、ロッド部材１０とエンド部材２０とを突き合せて相対回転数Ｎを保持している間、一定に保つ。なお、本実施形態では、相対回転を停止し始めた後（すなわち、摩擦寄り代ｘに達した後）も、時刻Ｔ_２までは突合面に摩擦圧力Ｐ_１を付与している。

突合面の温度が摩擦圧接に必要な温度に昇温するまでの時間は、主軸の回転数（ロッド部材１０とエンド部材２０の相対回転数）が小さいほど、また、摩擦圧力Ｐ_１が小さい（すなわち、摩擦寄り速度が小さい）ほど、長くなるが、時間をかけて突合面を昇温させると、摩擦熱が突合面から各母材側に放散されるため、摩擦圧接に利用される摩擦熱の割合が低下するばかりでなく、熱影響部Ｈの範囲が増大することになる。このような観点から、好適には、主軸の回転数を毎分１０００回転以上に設定するとともに、摩擦圧力Ｐ_１を１５ＭＰａ以上に設定することが望ましい。また、摩擦圧力Ｐ_１は、４０ＭＰａを超えると、回転力によって端部１０Ａ、円筒部２１Ａ等をねじ切ってしまう虞があるので、４０ＭＰａ以下に設定することが望ましい。例えば、ロッド部材１０の端部１０Ａおよびエンド部材２０の円筒部２１Ａの肉厚を２〜５ｍｍの範囲に設定すると、主軸の回転数を１８００回転／分程度に設定し、摩擦圧力Ｐ_１を３０ＭＰａ程度に設定すると、昇温した突合面の温度分布が安定し、かつ、熱影響部Ｈの範囲が小さくなる。

ここで、熱影響部Ｈは、摩擦熱による熱履歴によって、母材の強度・材質と異なる強度・材質に変質した部位であり、例えばＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）の摩擦圧接である場合には、およそ３００℃以上に昇温した部位が相当する。
本実施形態では、エンド部材２０における熱影響部Ｈが、前記したように、等断面とされた円筒部２１Ａにのみに形成されるようになり、断面が変化する底部２１Ｂないし連結部２２側には及んでいない。
なお、熱影響部Ｈの強度は、ロッド部材１０およびエンド部材２０，２０が熱処理型合金（ＪＩＳ規格の２０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）、ＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）、ＪＩＳ規格の７０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金））からなる場合には、母材よりも小さくなり、非熱処理型合金（ＪＩＳ規格の１０００系アルミニウム合金（純アルミニウム系）、ＪＩＳ規格の３０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、ＪＩＳ規格の５０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金））からなる場合には、母材よりも大きくなる。

摩擦寄り速度は、相対回転数Ｎと摩擦圧力Ｐ_１で定まる。相対回転数Ｎを毎分１０００回転以上に設定し、摩擦圧力Ｐ_１を１５〜４０ＭＰａに設定すると、摩擦寄り速度は、２．５〜８.０ｍｍ／秒になる。

摩擦寄り代ｘは、端部１０Ａ、円筒部２１Ａの肉厚ｔ以上とすることが望ましい。摩擦寄り代ｘがｔ未満である場合には、端部１０Ａ、円筒部２１Ａの端面１０ａ，２１ａ（図１（ｂ）参照）に存在している酸化皮膜や付着物等が完全に排出されないまま圧接が終了する虞があるからである。接合界面Ｊに酸化皮膜等が残存していると、引張強さが不足する虞がある。また、摩擦寄り代ｘが２ｔを超えると、摩擦による発熱が多く、ロッド部材１０およびエンド部材２０への入熱が過剰になるため、材質の軟化によって必要以上のバリが発生したり、熱影響部Ｈが広範に広がる虞がある。
なお、前記のように、ロッド部材１０の端部１０Ａおよびエンド部材２０の円筒部２１Ａの肉厚ｔを２〜５ｍｍの範囲にした場合には、摩擦寄り代ｘを１．５ｔ程度に設定するとよい。なお、摩擦寄り代は一箇所の摩擦接合部におけるロッド部材１０とエンド部材２０の移動距離をいう。

アプセット過程は、アプセット圧力Ｐ_２を付与する過程である。本実施形態では、相対回転を停止し始める時刻Ｔ_１（すなわち、摩擦寄り代ｘに達した時点）よりも後であって相対回転数Ｎがゼロになる時刻Ｔ_３よりも前の時刻Ｔ_２から突合面の圧力をアプセット圧力Ｐ_２に向けて増加させ始めている。圧力がアプセット圧力Ｐ_２に達したら、これを所定時間保持して端部１０Ａ、円筒部２１Ａを圧着する。
なお、アルミニウム合金などの熱伝達率が高い材料は、鉄系材料に比べて部材の温度が低下し易いので、相対回転を停止し始める時刻Ｔ_１からアプセット圧力Ｐ_２に達するまでの時間（すなわち、Ｔ_４−Ｔ_１）が長いと、急激な温度低下に伴う収縮により接合部に隙間が発生し、当該隙間に空気が入り込んで酸化皮膜が形成される虞がある。このような観点から、ロッド部材１０とエンド部材２０との相対回転を停止し始めた時点（時刻Ｔ_１）から０．５秒以内に、予め規定されたアプセット圧力Ｐ_２を付与することが望ましい。

アプセット圧力Ｐ_２を付与すると、摩擦過程に引き続き、摩擦過程で形成された軟化部が端部１０Ａ、円筒部２１Ａの内外へ押し出され、その結果、酸化皮膜等のない接合界面Ｊが形成される。このように軟化部が端部１０Ａ、円筒部２１Ａの内外へ押し出されることで、接合界面Ｊ付近の肉厚ｔ’は、摩擦圧接前における肉厚ｔよりも分厚く形成される。

ところで、アプセット圧力Ｐ_２は、摩擦圧力Ｐ_１よりも大きければよいが、５０ＭＰａ未満とすると、温度低下に伴う熱収縮が発生して部材界面に隙間が生じ、そこに空気が入り込み酸化皮膜が形成される虞があるため、５０ＭＰａ以上とすることが望ましい。また、アプセット圧力Ｐ_２を２００ＭＰａよりも大きくすると、大型の摩擦圧接装置が必要になるだけでなく、母材の座屈や変形が発生する虞があることから、望ましくは、２００ＭＰａ以下とすることが望ましい。なお、前記のように、ロッド部材１０の端部１０Ａおよびエンド部材２０の円筒部２１Ａの肉厚ｔを２〜５ｍｍの範囲にした場合には、アプセット圧力Ｐ_２を１１０ＭＰａ程度に設定すると、酸化皮膜等が確実に排出されるので、引張強度の高い接合部を形成することが可能となる。

なお、図３（ｂ）に示すように、アプセット過程が終了した後に、必要に応じて、圧接部の外周側に形成されたバリを切除し、圧接部を滑らかに成形してもよい。

このような摩擦圧接方法を実施することにより得られたサスペンションロッド１においては、エンド部材２０の接合部２１がロッド部材１０の端部１０Ａに対応した有底円筒状とされて、その底部２１Ｂが角部のない曲面状に形成されているので、この部分（断面形状が変化している部位）に対して摩擦圧接後の使用時に応力集中が生じなくなる。これにより、この部分の応力集中を考慮したサスペンションロッド１の設計を行う必要がなくなり、設計が容易になる。また、このように応力集中が生じなくなるので、強度低下が生じず疲労強度も高く、耐久力も高まる。これにより、長期にわたり使用することができるサスペンションロッド１を製造することが可能となる。
また、穿設して形成した底部２１Ｂ付近に応力集中が生じなくなるので、応力集中に対応させるための増肉が不要になり、摩擦圧接のためにエンド部材２０に形成した接合部２１の円筒部２１Ａの肉厚ｔを薄く形成することができ、これによって、ロッド部材１０の端部１０Ａの肉厚ｔも薄く形成することができる。つまり、接合部２１および端部１０Ａの両方の肉厚ｔを薄く形成することが可能となる。したがって、接合強度を維持しつつ軽量化に寄与するサスペンションロッド１が得られる。

さらに、接合部２１の円筒部２１Ａが、摩擦圧接時の熱影響部Ｈを包含可能な長さを備えて形成されているので、摩擦圧接時の熱影響部Ｈは、等断面とされた円筒部２１Ａにおいてのみ存在することとなり、断面形状が変化している底部２１Ｂ側に及ぶことがない。したがって、底部２１Ｂ側について熱影響による強度の変化を考慮する必要がなく、サスペンションロッド１の設計が容易になる。

また、ロッド部材１０の端部１０Ａとエンド部材２０の円筒部２１Ａとが同じ断面であるので設計が容易になる。また、同じ断面で接合されることとなるので、摩擦圧接時には端部１０Ａの端面１０ａおよび円筒部２１Ａの端面２１ａが略同じ状況で摩擦加熱されるとともに、略同じ状況で母材側に熱が伝熱されるようになり、相互の圧接バランスが良好となって接合強度が向上するようになる。また、摩擦圧接時における圧接コントロール等も行い易いという利点も得られる。さらに、バリ形状も容易にコントロールすることができる。

また、ロッド部材１０およびエンド部材２０は、アルミニウム合金製押出形材を切り出して形成されるので、サスペンションロッド１の生産性が向上する。また、強度の割に軽量で腐食しにくいというアルミニウム合金の特性を活かして、これが適用される車両の軽量化を図ることができる。

さらに、エンド部材２０の中空部２２Ａは、アルミニウム合金製押出形材Ｋを切り出すことによって簡単に形成することができるので、生産性が向上する。また、エンド部材２０を切り出した後に、加工を施すことにより接合部２１の円筒部２１Ａおよび底部２１Ｂを簡単に形成することができ、接合部２１の形成の自由度が高いという利点も得られる。

なお、ロッド部材１０およびエンド部材２０，２０は、押出形材である必要はなく、鋳造品（ダイカストを含む）であっても差し支えない。ちなみに、鋳造品からなるロッド部材１０およびエンド部材２０を用いてサスペンション部品を構成する場合には、ＡＣ４Ｃ系合金やＡＤＣ３系合金を用いることが望ましい。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、これらをさらに種々変更して用いることも可能である。
例えば、図５に示すように、エンド部材２０の接合部２１の底部２１Ｂを半楕円形状に形成してもよい。このような底部２１Ｂを有する接合部２１とすることにより、底部２１Ｂを半円形に形成した場合に比べて、隅部に相当する部分の曲面をより緩やかに形成することができ、この部分における応力集中がより一層防止され、より強度が向上されたサスペンションロッド１が得られる。

Claims (9)

1. 少なくとも第一接合部が円筒状に形成された第一部材と、適宜形状を有する第二部材とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品であって、
   前記第二部材の第二接合部を、前記第一接合部に対応する有底円筒状とするとともに、その円筒内を筒状内壁部と底部とに亘って連続する曲面状に形成し、
   前記第一部材の前記第一接合部と、前記第二部材の前記第二接合部とを摩擦圧接により接合してなることを特徴とする摩擦圧接部品。
2. 前記底部は、軸線を含む断面において曲面に形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の摩擦圧接部品。
3. 有底円筒状にされた前記第二部材の前記第二接合部の円筒部が、摩擦圧接時の熱影響部を包含可能な長さを備えて形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の摩擦圧接部品。
4. 前記第二部材の前記第二接合部が、前記第一部材の前記第一接合部と内径および外径が同径とされていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の摩擦圧接部品。
5. 請求の範囲第１項に記載の摩擦圧接部品からなるサスペンションロッドであって、
   アルミニウム合金製押出形材を切り出して形成される、前記第一部材としてのロッド部材および前記第二部材としてのエンド部材を備え、前記エンド部材に有底円筒状の前記第二接合部が形成されてなることを特徴とするサスペンションロッド。
6. 前記エンド部材は、中空部を有するアルミニウム合金製押出形材により形成され、前記中空部および前記第二接合部が形成される部位が、該押出形材を切り出して形成され、前記第二接合部はこの切り出されたアルミニウム合金製押出形材の前記部位を加工して形成され、前記中空部にはゴムブッシュが装着されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のサスペンションロッド。
7. 少なくとも第一接合部が円筒状に形成された第一部材に適宜形状を有する第二部材を摩擦圧接する接合方法であって、
   前記第二部材の第二接合部を前記第一接合部に対応する有底円筒状とするとともに、その円筒内を筒状内壁部と底部とに亘って連続する曲面状に形成する工程と、
   前記第一部材の前記第一接合部と、前記第二部材の前記第二接合部とを当接させ、これらの接合部同士を相互に回転させながら突き合わせして摩擦圧接接合する工程と、
   を備えたことを特徴とする接合方法。
8. 前記第二接合部の前記底部は、軸線を含む断面において曲面に形成されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の接合方法。
9. 有底円筒状にされた前記第二部材の前記第二接合部の円筒部が、摩擦圧接時の熱影響部を包含可能な長さを備えて形成されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の接合方法。

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