パイプ部材の内面摩擦圧接法
【課題】パイプ部材の接合に適した接合方法であって、外面にバリを発生させない接合方法を得る。またパイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合に、高精度の位置決め停止制御を行う必要のない接合方法を得る。
【解決手段】パイプ１１とパイプ２１、パイプ１４と板材２４、パイプ１２とブロック２２をそれぞれ位置決めして保持する。パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には任意の位置に位置決めして保持する。接合部４ａ、４ｂ、４ｃ付近に接合材３、５、２２ａをセットして、回転工具１を押し付けて加圧した状態を維持しながら回転させる。接合材３、５、２２ａが摩擦熱によって軟化し塑性変形した後に、一部が回転工具の挿入部１ａとパイプ１１、２１、１４、１２との間の空間の部分を適宜充填するまで回転させて摩擦圧接した後に回転工具１を抜き取る加工方法とする。
【解決手段】パイプ１１とパイプ２１、パイプ１４と板材２４、パイプ１２とブロック２２をそれぞれ位置決めして保持する。パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には任意の位置に位置決めして保持する。接合部４ａ、４ｂ、４ｃ付近に接合材３、５、２２ａをセットして、回転工具１を押し付けて加圧した状態を維持しながら回転させる。接合材３、５、２２ａが摩擦熱によって軟化し塑性変形した後に、一部が回転工具の挿入部１ａとパイプ１１、２１、１４、１２との間の空間の部分を適宜充填するまで回転させて摩擦圧接した後に回転工具１を抜き取る加工方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は柱状の貫通した空洞を有する部材（以下単に「パイプ部材」という。）と他の任意の部材との接合方法に関するもので、パイプ部材の貫通した空洞の断面（以下単に「空洞断面」という。）の形状が円形に限定されず多角形や楕円形などであっても接合可能な接合方法であって、被接合部材が異種金属材料の組み合わせ、金属材料とセラミックスの組み合わせさらにはセラミックスと樹脂との組み合わせなど、被接合部材の材料の組み合わせの如何を問わず接合可能な接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの被接合部材を接合する方法としては溶融溶接による方法があるが、溶接には大きな熱量を消費する問題と、局所的な加熱によって溶接部が変形する問題や、被接合材の組み合わせにより接合できない問題があった。
従来から摩擦圧接法は消費する熱量が小さく、短時間で接合でき、高品質な接合強度が得られ、異種材料間の接合が可能な特徴を持った接合方法として知られている。従来の摩擦圧接法では図５に示したようにパイプ部材を押し付けて加圧した状態を維持しながら相対的に回転させていた。
しかし従来の摩擦圧接法にはバリが発生するためこれを除去しなければならない問題と、パイプ部材の空洞断面を正面に見た状態（以下単に「パイプ断面視」という。）における相対的位置関係の精度を要する場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
また従来には図６（ａ）に示したように、基材の欠陥である凹部にインサート材を詰め、消耗ツールをインサート材に押し付けて回転させ、互いに接合した後に図６（ｂ）に示したように消耗ツールを切断し、凹部をインサート材と消耗ツールとで埋める充填摩擦圧接と称する欠陥補修接合の発明があった。
しかしかかる発明では２つの被接合部材を接合することができない問題と、ツール自体が消耗品となるため非経済的で材料の無駄な消費となる問題があった。
本願の発明者は欠陥補修接合の発明を利用して、ツールを切断しないまま片方の被接合部材として活用する発明を考えたが、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することができない問題があった。さらにツールの回転軸に対して直角な面内における相対的位置関係の精度を要する位置制御摩擦圧接の場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
また従来には図７に示したように、パイプ外周部よりパイプ直径よりわずかに大きい直径の拘束リングを開先の切ったパイプにセットし、半径方向から加圧した状態を維持しながら拘束リングを回転させて、拘束リングとパイプを接合するラジアルフリクション圧接なる発明があった。
しかしかかる発明では、パイプの外面にバリが発生する問題と、拘束リングを半径方向から加圧しながら回転させるため、加工する機械の構成が複雑で大型化する問題と被接合部材の外面の形状が円柱形に限定される問題があった。
さらに従来には筒状のワークに軸形状のワークを押し付けた状態を維持しながら両ワークを相対的に回転させ、異種金属のワークを端面で圧接する方法の発明があった（例えば、特許文献１参照。）。しかしかかる発明には被接合材の外側にバリや変形が発生する問題と、接合する部材のいずれかを回転させなければ接合できないため、軸の断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
【特許文献１】特開２００２−２３９７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記した従来技術の欠点を除くためになされたもので、その目的とするところは消費する熱量が少なく、接合部が熱により変形することがなく、高品質な接合強度が得られ、被接合部材の材料の組み合わせについて限定されない接合方法であって、特にパイプ部材と他の任意の部材との接合に適した接合方法を得ることにある。
また他の目的は接合する部材の外面にバリを発生させない接合方法であって、パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合に、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要のない接合方法を得ることにある。
また他の目的は、欠陥補修接合の発明及びその利用発明の有する、材料の無駄な消費となる問題や同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することができないなどの問題をなくし、材料を無駄に消費することなく、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することが可能な接合方法を得ることにある。
また他の目的はラジアルフリクション圧接の如き拘束リングとパイプを接合する発明の有する、加工する機械の構成が複雑で大型化する問題をなくし、単純で小型の機械で加工することを可能とした接合方法を得ることにある。
さらに他の目的は被接合部材の外面の形状について限定されない接合方法であって、空洞断面の形状についても多角形、円形、楕円形さらには直線と円弧を組み合わせて得られる多様な形状まで接合可能とした接合方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも片方がパイプ部材である被接合部材を位置決めして回転しないよう保持する。パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には、パイプ断面視における相対的位置を任意の位置に位置決めして保持する。
その後パイプ部材の空洞の内部であって、２つの被接合部材の接合部付近に接合材をセットして、パイプ部材の空洞の中に回転工具を挿入し、回転工具を接合材に押し付けて加圧した状態を維持しながら、回転工具を回転させる。
そして接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、接合材の一部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との間の空間の部分を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させた後に、回転工具を抜き取る加工方法とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により消費する熱量が少なく、接合部が熱により変形することがなく、高品質の接合強度が得られ、被接合部材の材料の組み合わせについて限定されない接合方法であって、特にパイプ部材と他の部材との接合に適した接合方法を得ることができた。
また接合する２つの部材の外面にバリを発生させずに接合し、２つの被接合部材を非回転状態で接合可能な接合方法であって、パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合に、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要のない接合方法を得ることができた。
また材料を無駄に消費しない接合方法であって、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することが可能な接合方法を得ることができた。
また被接合部材の外面の形状についても、被接合部材の空洞断面の形状についても限定されない接合方法を得ることができた。
さらに単純で小型の機械で加工することを可能とした接合方法を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
被接合部材の内の少なくとも片方をパイプ部材とし、被接合部材を位置決めして保持する工程と、パイプ部材の空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、接合材に回転工具を押し付けて加圧した状態を維持しながら回転工具を回転させる工程であって、接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、接合材の一部又は全部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させる工程と、回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法とする。
パイプ部材は柱状の貫通した空洞を有する部材であればよく、その外面形状及び空洞断面の形状についてこだわるものではない。例えば空洞断面が円形、楕円形、多角形、直線と円弧を組み合わせた任意の形状などいずれでも構わない。被接合部材の材質については金属材料、セラミックス、樹脂などを接合することが可能である。
被接合部材の肉厚が薄い場合は変形防止のために外部から拘束する治具が必要となる場合があるが、肉厚が厚い部材や高剛性材料の場合など摩擦圧接中に変形が生じない場合は拘束する治具は不要である。
接合材について、被接合部材の一部を接合材としてもよいし、被接合部材とは別の接合材を使用してもよい。多くの場合接合材は回転工具による摩擦熱により融点以下の温度で軟化し塑性変形した後に、接合体となって２つの被接合部材に固相面同士で接合する。また接合材として「はんだ」や「ろう」といったろう接合金を使用すると、一部又は全部が液相化した後に接合体となって液相状態で接合する場合もある。
回転工具との摩擦により接合材が回転してしまう場合は、接合材を溶接、ネジ止め、接着剤又は機械的な勘合などにより補助工具や被接合部材に仮付けすることが好ましいが、回転工具との摩擦により接合材が回転しない場合は仮付けする必要はない。
回転工具には接合材より高温強度の高い材質を使用する。接合材をパイプ断面視において平面である被接合部材に接合する場合は、回転工具の挿入部の先端にネジ状の突起や溝を設けると、接合材が速やかに可塑化すると共に攪拌力が高まるため、接合材の表面の酸化膜が破壊され新生面が露出して強く接合することが可能である。また回転工具の挿入部の側面にネジ状の突起や溝を設けると、側方への圧力が高まるため接合材をパイプ内面に強く接合することが可能である。
被接合部材が２つのパイプ部材の組み合わせの場合は接合材が回転工具の挿入部の側面と２つのパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、被結合部材が平面とパイプ部材の組み合わせの場合は接合材が平面と回転工具の挿入部の先端との空間及び挿入部の側面とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填して接合する。
接合状態は被接合部材と接合材の組み合わせによって異なり、被結合部材と接合材が金属組織学的に接合する場合と、被接合部材と接合材が嵌合状態になって機械的に接合する場合と、金属組織学的に結合しかつ嵌合状態になって機械的に接合する場合とがある。
【０００７】
パイプ部材同士を接合する方法であって、パイプ部材の空洞断面を揃えた状態でパイプ部材を位置決めして保持する工程と、片方のパイプ部材の空洞の中に補助工具を挿入する工程と、パイプ部材の空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、他方のパイプ部材の空洞の中に回転工具を挿入してその先端を接合材に押し当て、補助工具に向かって押し付けることにより接合材を加圧した状態を維持しながら回転工具を回転させる工程であって、接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化し、接合材の一部又は全部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させる工程と、回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法とする。
本発明は上記した発明において、２本のパイプ部材同士を空洞断面を揃えて接合する場合に有用な内面摩擦圧接法であって、片方のパイプ部材の中に補助工具を挿入し、他方のパイプ部材の中に回転工具を挿入して、回転工具の先端を接合材に押し当てて補助工具に向かって接合材を押し付ける点で異なる。既に上記した事項は重複した記載を避けるため省略する。
本発明では接合する両部材の空洞断面は同一である必要はなく、互いに直径の異なる円断面の組み合わせや、円断面と楕円断面の組み合わせや、円断面と矩形断面の組み合わせなどであっても構わない。
本発明では回転工具の先端が接合材を貫通するようにして、接合材が塑性変形した後又は液相化した後に接合体となり、接合体が貫通した筒状になるようにする場合がある。また回転工具の先端が接合材を貫通しないようにして、接合材が塑性変形した後又は液相化した後に接合体となり、接合体が底のある筒状になるようにする場合も考えられる。
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、被接合部材を位置決めして保持する工程において、パイプ断面視における被接合部材の間の相対的位置を任意の位置に位置決めすることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
本発明は、パイプ部材にフランジが附属していたり、パイプ部材の外形の形状が非対称であって任意の位置関係を必要とする場合や、２つのパイプ部材の外形が多角形であってその稜線を一致させて取り付ける場合など、パイプ断面視における相対的位置関係を正確に必要とする場合に有用な接合方法である。
【０００８】
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、被接合部材が同種金属の組み合わせ、異種金属の組み合わせ、金属とセラミックスの組み合わせ、金属と合成樹脂との組み合わせ、同種セラミックスの組み合わせ、異種セラミックスの組み合わせ、セラミックスと合成樹脂との組み合わせ、同種合成樹脂の組み合わせ及び異種合成樹脂の組み合わせのいずれかの組み合わせであることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
金属材料としてはアルミニウム、アルミニウム合金、黄銅、青銅、カドミウム、鋳鉄、コバルト、銅、キュプロニッケル、焼結材、インパ、鉛、マグネシウム、マグネシウム合金、モリブデン、モネル、ニッケル、ニッケル合金、ナイモニック、ニオブ、ニオブ合金、コバルト合金、銀、銀合金、炭素鋼、合金鋼、快削鋼、マレージング鋼、ステンレス鋼、タンタル、トリウム、チタン、チタン合金、タングステン、超硬合金、ウラン、バナジウム、ジリコニウム合金など金属材料一般を接合することができる。なおチタンなどの活性金属ではパイプの内外面に不活性ガスを用いることが好ましい。
セラミックスには陶磁器、ガラス、セメント、石膏、ほうろうなどの伝統的窯業製品から窒化けい素セラミックス、炭化けい素セラミックス、アルミナセラミックス、ジリコニアセラミックスなどファインセラミックスと呼ばれるものも含まれる。
合成樹脂にはセルロイドを含み、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ＰＰＯ樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、テトロン樹脂、ＰＰＳ樹脂、フェノールアラルキル、芳香性ポリエステル、ポリフェニレンエーテルなどのエンジニアリングプラスチックや高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、硬質塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーーン樹脂、熱可塑性ポリウレタンなどを接合することができる。
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、接合材が被接合部材に対して可塑性が同等若しくは良好の材料、又は接合材が被接合部材に対して融点が同等若しくは低融点の材料であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
接合材としては上記した金属材料や熱可塑性の樹脂を使用することが好ましい。例えば銅パイプを接合する場合に銅合金を接合材としたり、アルミ合金を接合材としたり、ろう接合金を接合材とすることは好ましい。ろう接合金の接合材は液相化した液膜が接合界面に浸透して接合力を高めるとともに気密性、水密性をより強固なものとする効果がある。
【０００９】
上記のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材の一部を接合材としたことを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
被接合部材の一部を接合材とすることにより、被接合部材を位置決めして保持するだけで自動的に接合部付近に接合材をセットすることが可能であり、接合材が回転工具との摩擦により回転することはないため好ましい。
上記のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が棒状体、針状体、薄板、箔体、粉体若しくは粒体の集合体又はこれらを組み合わせた集合体であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
さらに上記した内面摩擦圧接法であって、接合材が複数の異なる材料を組み合わせてなる接合材であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
接合材は１個の単独の接合材としてもよいが、細い棒状体や針状体の接合材を複数本立てて並べた集合体としたり、薄板や箔体の接合材を複数枚積み重ねた集合体又は重ねて渦巻き状に巻いた束の集合体としたり、粉体や粒体の接合材を積層した集合体とすることが可能である。
このとき異なる金属からなる棒状体、針状体、薄板、箔体、粉末及び粒体を組み合わせた集合体とすると内面圧接加工後の接合体が合金化するため好ましい。例えば鉄とアルミの混合した集合体を接合材として使用すると、内面圧接加工後に鉄とアルミの合金となった接合体を得ることができる。
回転工具の回転数については接合材に合わせて調整することが好ましいが、回転工具の最外周部の速度が２〜１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で適宜設定することが好ましい。また回転工具で接合材を押し付ける圧力についても接合材に合わせて変更することが好ましいが、室温における材料の降伏強度又は０．５％耐力の１０〜１５０％の範囲において適宜設定することが好ましい。
【実施例１】
【００１０】
被接合部材がともにパイプである実施例１を図１に示し説明する。予め補助工具３１の先端に接合材３を溶接により仮付けしておき、パイプ１１とパイプ２１を図示しない保持機構により保持した後に、パイプ２１の中に補助工具３１を挿入し、接合材３がパイプ１１とパイプ２１の接合部４ａ付近に位置するようにして、図１（ａ）に示したようにパイプ１１の中に回転工具１を挿入した。
さらに回転工具１を回転方向８に回転させながらその先端を接合材３に押し付け、接合材３を加圧しながら進行方向７に向かって前進させる。すると接合材３は回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、図１（ｂ）に示したように回転工具の挿入部１ａが接合材３の中に食い込み、接合材３は挿入部１ａとパイプ１１及びパイプ２１の内面との空間を充填するようになる。
実施例１では回転工具１の先端が接合材３を貫通するまで加工し、補助工具３１と回転工具１を抜き取った後には、図１（ｃ）に示したように加工前の接合材３が加工後には貫通した空洞部３ｂと筒部３ｃとからなる接合体３Ａとなって、パイプ１１とパイプ２１の接合部４ａを中心として接合強度上必要な範囲の内面を接合した。
なお図１ｂに示した回転工具１の先端が接合材３を完全に貫通しない状態においても、パイプ１１とパイプ２１の接合は完了していて接合の機械的性質も良好であった。
【実施例２】
【００１１】
板材２４の被接合部材にパイプ１４の被接合部材を接合する実施例を図２に示し説明する。板材２４に接合材５を載せ、パイプ１４と板材２４を図示しない保持機構により保持した。このとき接合材５はパイプ１４と板材２４の接合部４ｂ付近に位置している。
そして図２（ａ）に示したようにパイプ１４の中に回転工具１を挿入した。回転工具１を回転方向８に回転させながらその先端を接合材５に押し付け、接合材５を加圧しながら進行方向７に向かって前進させる。すると接合材５は回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、図２（ｂ）に示したように回転工具の挿入部１ａが接合材５の中に食い込み、接合材５は挿入部１ａとパイプ１４の内面との空間を充填するようになる。
実施例２では回転工具１の先端が接合材５を貫通しないよう加工し、回転工具１を抜き取った後には、図２（ｃ）に示したように加工前の接合材５が加工後には空洞部５ｂ、筒部５ｃ及び底部５ｄとからなる接合体５Ａとなって、パイプ１４の内面と筒部５ｃとの間及び板材２４と底部５ｄとの間をそれぞれ接合した。
【実施例３】
【００１２】
７Ｎ０１アルミ合金のブロック２２にアルミ合金のパイプ１２を接合する実施例を図３に示し説明する。実施例３ではパイプの外径は２２ｍｍ、内径は１６ｍｍ、回転工具１の挿入部１ａの外径は１２ｍｍ、回転工具の回転数は２００〜２０００ｒｐｍとした。また７Ｎ０１アルミ合金の０．５％耐力の３０〜６０％の圧力をかけて加工した。
実施例３ではブロック２２の一部を接合材２２ａとし、接合材２２ａをパイプ１２の中に挿入することにより、接合材２２ａを接合部４ｃ付近に位置させ、パイプ１２とブロック２２を図示しない保持機構により保持した。
そして図３（ａ）に示したようにパイプ１２の中に回転工具１を挿入した。回転工具１を回転させながらその先端を接合材２２ａに押し付け、接合材２２ａを加圧しながら前進させた。すると接合材２２ａは回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、回転工具の挿入部１ａが接合材２２ａの中に食い込み、接合材２２ａは挿入部１ａとパイプ１２の内面との空間を充填するようになる。
実施例３では回転工具１の先端が接合材２２ａを貫通しないよう加工し、回転工具１を抜き取った後には、図３（ｂ）に示したように加工前の接合材２２ａが加工後には空洞部２２ｂと筒部２２ｃとからなる接合体２２Ａとなって、パイプ１２の内面と筒部２２ｃとの間を接合する。
実施例３では内側にも外側にも全くバリは発生しなかった。
【実施例４】
【００１３】
ともにフランジ１５ａ、２５ａを有するパイプ部材１５、２５を接合した実施例４を図４に示し説明する。実施例４はパイプ断面視におけるパイプ部材１５、２５間の相対的位置を、取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるよう一致させ、接合部４ｄを合わせて接合する実施例である。
実施例４では接合部４ｄを合わせてパイプ部材１５とパイプ部材２５を保持するときに、パイプ断面視において取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるような位置に位置決めする点で実施例１と異なるが、他の工程は実施例１と同じである。そこで重複した記載を避けるため既に上記した内容は省略する。
実施例４ではパイプ部材１５、２５を保持するときに、パイプの断面視における相対的位置関係を位置決めするだけで、取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるようにしてパイプ部材１５とパイプ部材２５を接合体６Ａにより接合することができた。
従来のようにサーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要がないため、安価で単純な構成の加工機械を使用して接合することが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は被接合部材を接合する用途を有し加工産業で利用されるだけでなく、鋳造や鍛造などの素形材産業や、窯業、ニューセラミックス及び樹脂などの製品を製造販売する産業や、内面摩擦圧接法を使用した加工機を製造販売する産業でも利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】パイプとパイプを接合する工程を３つの図に表した断面図である。
【図２】板とパイプを接合する工程を３つの図に表した断面図である。
【図３】ブロックにパイプを接合する実施例の接合前と接合後の断面図である。
【図４】フランジ付きのパイプ部材の接合後の一部切り欠いた斜視図である。
【図５】従来の方法によりパイプを圧接する加工例と加工後の断面図である。
【図６】従来の欠陥補修接合の例を２つの図に表した断面図である。
【図７】従来の拘束リングとパイプを接合する例の一部切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ ：回転工具 １ａ：挿入部 ３ ：接合材
３Ａ：接合体 ３ｂ：空洞部 ３ｃ：筒部
４ａ：接合部 ４ｂ：接合部 ４ｃ：接合部
４ｄ：接合部 ５ ：接合材 ５Ａ：接合体
５ｂ：空洞部 ５ｃ：筒部 ５ｄ：底部
６Ａ：接合体 ７ ：進行方法 ８ ：回転方向
９ ：中心軸 １１ ：パイプ １２ ：パイプ
１４ ：パイプ １５ ：パイプ部材 １５ａ：フランジ
１５ｂ：取付穴 ２１ ：パイプ ２２ ：ブロック
２２ａ：接合材 ２２Ａ：接合体 ２２ｂ：空洞部
２２ｃ：筒部 ２４ ：板材 ２５ ：パイプ部材
２５ａ：フランジ ２５ｂ：取付穴 ３１ ：補助工具
【技術分野】
【０００１】
本発明は柱状の貫通した空洞を有する部材（以下単に「パイプ部材」という。）と他の任意の部材との接合方法に関するもので、パイプ部材の貫通した空洞の断面（以下単に「空洞断面」という。）の形状が円形に限定されず多角形や楕円形などであっても接合可能な接合方法であって、被接合部材が異種金属材料の組み合わせ、金属材料とセラミックスの組み合わせさらにはセラミックスと樹脂との組み合わせなど、被接合部材の材料の組み合わせの如何を問わず接合可能な接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの被接合部材を接合する方法としては溶融溶接による方法があるが、溶接には大きな熱量を消費する問題と、局所的な加熱によって溶接部が変形する問題や、被接合材の組み合わせにより接合できない問題があった。
従来から摩擦圧接法は消費する熱量が小さく、短時間で接合でき、高品質な接合強度が得られ、異種材料間の接合が可能な特徴を持った接合方法として知られている。従来の摩擦圧接法では図５に示したようにパイプ部材を押し付けて加圧した状態を維持しながら相対的に回転させていた。
しかし従来の摩擦圧接法にはバリが発生するためこれを除去しなければならない問題と、パイプ部材の空洞断面を正面に見た状態（以下単に「パイプ断面視」という。）における相対的位置関係の精度を要する場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
また従来には図６（ａ）に示したように、基材の欠陥である凹部にインサート材を詰め、消耗ツールをインサート材に押し付けて回転させ、互いに接合した後に図６（ｂ）に示したように消耗ツールを切断し、凹部をインサート材と消耗ツールとで埋める充填摩擦圧接と称する欠陥補修接合の発明があった。
しかしかかる発明では２つの被接合部材を接合することができない問題と、ツール自体が消耗品となるため非経済的で材料の無駄な消費となる問題があった。
本願の発明者は欠陥補修接合の発明を利用して、ツールを切断しないまま片方の被接合部材として活用する発明を考えたが、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することができない問題があった。さらにツールの回転軸に対して直角な面内における相対的位置関係の精度を要する位置制御摩擦圧接の場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
また従来には図７に示したように、パイプ外周部よりパイプ直径よりわずかに大きい直径の拘束リングを開先の切ったパイプにセットし、半径方向から加圧した状態を維持しながら拘束リングを回転させて、拘束リングとパイプを接合するラジアルフリクション圧接なる発明があった。
しかしかかる発明では、パイプの外面にバリが発生する問題と、拘束リングを半径方向から加圧しながら回転させるため、加工する機械の構成が複雑で大型化する問題と被接合部材の外面の形状が円柱形に限定される問題があった。
さらに従来には筒状のワークに軸形状のワークを押し付けた状態を維持しながら両ワークを相対的に回転させ、異種金属のワークを端面で圧接する方法の発明があった（例えば、特許文献１参照。）。しかしかかる発明には被接合材の外側にバリや変形が発生する問題と、接合する部材のいずれかを回転させなければ接合できないため、軸の断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要があった。
【特許文献１】特開２００２−２３９７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記した従来技術の欠点を除くためになされたもので、その目的とするところは消費する熱量が少なく、接合部が熱により変形することがなく、高品質な接合強度が得られ、被接合部材の材料の組み合わせについて限定されない接合方法であって、特にパイプ部材と他の任意の部材との接合に適した接合方法を得ることにある。
また他の目的は接合する部材の外面にバリを発生させない接合方法であって、パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合に、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要のない接合方法を得ることにある。
また他の目的は、欠陥補修接合の発明及びその利用発明の有する、材料の無駄な消費となる問題や同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することができないなどの問題をなくし、材料を無駄に消費することなく、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することが可能な接合方法を得ることにある。
また他の目的はラジアルフリクション圧接の如き拘束リングとパイプを接合する発明の有する、加工する機械の構成が複雑で大型化する問題をなくし、単純で小型の機械で加工することを可能とした接合方法を得ることにある。
さらに他の目的は被接合部材の外面の形状について限定されない接合方法であって、空洞断面の形状についても多角形、円形、楕円形さらには直線と円弧を組み合わせて得られる多様な形状まで接合可能とした接合方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも片方がパイプ部材である被接合部材を位置決めして回転しないよう保持する。パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合には、パイプ断面視における相対的位置を任意の位置に位置決めして保持する。
その後パイプ部材の空洞の内部であって、２つの被接合部材の接合部付近に接合材をセットして、パイプ部材の空洞の中に回転工具を挿入し、回転工具を接合材に押し付けて加圧した状態を維持しながら、回転工具を回転させる。
そして接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、接合材の一部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との間の空間の部分を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させた後に、回転工具を抜き取る加工方法とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により消費する熱量が少なく、接合部が熱により変形することがなく、高品質の接合強度が得られ、被接合部材の材料の組み合わせについて限定されない接合方法であって、特にパイプ部材と他の部材との接合に適した接合方法を得ることができた。
また接合する２つの部材の外面にバリを発生させずに接合し、２つの被接合部材を非回転状態で接合可能な接合方法であって、パイプ断面視における相対的位置関係の精度を要する場合に、サーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要のない接合方法を得ることができた。
また材料を無駄に消費しない接合方法であって、同じ外径を有する２つの被接合部材を接合することが可能な接合方法を得ることができた。
また被接合部材の外面の形状についても、被接合部材の空洞断面の形状についても限定されない接合方法を得ることができた。
さらに単純で小型の機械で加工することを可能とした接合方法を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
被接合部材の内の少なくとも片方をパイプ部材とし、被接合部材を位置決めして保持する工程と、パイプ部材の空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、接合材に回転工具を押し付けて加圧した状態を維持しながら回転工具を回転させる工程であって、接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、接合材の一部又は全部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させる工程と、回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法とする。
パイプ部材は柱状の貫通した空洞を有する部材であればよく、その外面形状及び空洞断面の形状についてこだわるものではない。例えば空洞断面が円形、楕円形、多角形、直線と円弧を組み合わせた任意の形状などいずれでも構わない。被接合部材の材質については金属材料、セラミックス、樹脂などを接合することが可能である。
被接合部材の肉厚が薄い場合は変形防止のために外部から拘束する治具が必要となる場合があるが、肉厚が厚い部材や高剛性材料の場合など摩擦圧接中に変形が生じない場合は拘束する治具は不要である。
接合材について、被接合部材の一部を接合材としてもよいし、被接合部材とは別の接合材を使用してもよい。多くの場合接合材は回転工具による摩擦熱により融点以下の温度で軟化し塑性変形した後に、接合体となって２つの被接合部材に固相面同士で接合する。また接合材として「はんだ」や「ろう」といったろう接合金を使用すると、一部又は全部が液相化した後に接合体となって液相状態で接合する場合もある。
回転工具との摩擦により接合材が回転してしまう場合は、接合材を溶接、ネジ止め、接着剤又は機械的な勘合などにより補助工具や被接合部材に仮付けすることが好ましいが、回転工具との摩擦により接合材が回転しない場合は仮付けする必要はない。
回転工具には接合材より高温強度の高い材質を使用する。接合材をパイプ断面視において平面である被接合部材に接合する場合は、回転工具の挿入部の先端にネジ状の突起や溝を設けると、接合材が速やかに可塑化すると共に攪拌力が高まるため、接合材の表面の酸化膜が破壊され新生面が露出して強く接合することが可能である。また回転工具の挿入部の側面にネジ状の突起や溝を設けると、側方への圧力が高まるため接合材をパイプ内面に強く接合することが可能である。
被接合部材が２つのパイプ部材の組み合わせの場合は接合材が回転工具の挿入部の側面と２つのパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、被結合部材が平面とパイプ部材の組み合わせの場合は接合材が平面と回転工具の挿入部の先端との空間及び挿入部の側面とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填して接合する。
接合状態は被接合部材と接合材の組み合わせによって異なり、被結合部材と接合材が金属組織学的に接合する場合と、被接合部材と接合材が嵌合状態になって機械的に接合する場合と、金属組織学的に結合しかつ嵌合状態になって機械的に接合する場合とがある。
【０００７】
パイプ部材同士を接合する方法であって、パイプ部材の空洞断面を揃えた状態でパイプ部材を位置決めして保持する工程と、片方のパイプ部材の空洞の中に補助工具を挿入する工程と、パイプ部材の空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、他方のパイプ部材の空洞の中に回転工具を挿入してその先端を接合材に押し当て、補助工具に向かって押し付けることにより接合材を加圧した状態を維持しながら回転工具を回転させる工程であって、接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化し、接合材の一部又は全部が回転工具の挿入部とパイプ部材の空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで回転工具を回転させる工程と、回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法とする。
本発明は上記した発明において、２本のパイプ部材同士を空洞断面を揃えて接合する場合に有用な内面摩擦圧接法であって、片方のパイプ部材の中に補助工具を挿入し、他方のパイプ部材の中に回転工具を挿入して、回転工具の先端を接合材に押し当てて補助工具に向かって接合材を押し付ける点で異なる。既に上記した事項は重複した記載を避けるため省略する。
本発明では接合する両部材の空洞断面は同一である必要はなく、互いに直径の異なる円断面の組み合わせや、円断面と楕円断面の組み合わせや、円断面と矩形断面の組み合わせなどであっても構わない。
本発明では回転工具の先端が接合材を貫通するようにして、接合材が塑性変形した後又は液相化した後に接合体となり、接合体が貫通した筒状になるようにする場合がある。また回転工具の先端が接合材を貫通しないようにして、接合材が塑性変形した後又は液相化した後に接合体となり、接合体が底のある筒状になるようにする場合も考えられる。
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、被接合部材を位置決めして保持する工程において、パイプ断面視における被接合部材の間の相対的位置を任意の位置に位置決めすることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
本発明は、パイプ部材にフランジが附属していたり、パイプ部材の外形の形状が非対称であって任意の位置関係を必要とする場合や、２つのパイプ部材の外形が多角形であってその稜線を一致させて取り付ける場合など、パイプ断面視における相対的位置関係を正確に必要とする場合に有用な接合方法である。
【０００８】
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、被接合部材が同種金属の組み合わせ、異種金属の組み合わせ、金属とセラミックスの組み合わせ、金属と合成樹脂との組み合わせ、同種セラミックスの組み合わせ、異種セラミックスの組み合わせ、セラミックスと合成樹脂との組み合わせ、同種合成樹脂の組み合わせ及び異種合成樹脂の組み合わせのいずれかの組み合わせであることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
金属材料としてはアルミニウム、アルミニウム合金、黄銅、青銅、カドミウム、鋳鉄、コバルト、銅、キュプロニッケル、焼結材、インパ、鉛、マグネシウム、マグネシウム合金、モリブデン、モネル、ニッケル、ニッケル合金、ナイモニック、ニオブ、ニオブ合金、コバルト合金、銀、銀合金、炭素鋼、合金鋼、快削鋼、マレージング鋼、ステンレス鋼、タンタル、トリウム、チタン、チタン合金、タングステン、超硬合金、ウラン、バナジウム、ジリコニウム合金など金属材料一般を接合することができる。なおチタンなどの活性金属ではパイプの内外面に不活性ガスを用いることが好ましい。
セラミックスには陶磁器、ガラス、セメント、石膏、ほうろうなどの伝統的窯業製品から窒化けい素セラミックス、炭化けい素セラミックス、アルミナセラミックス、ジリコニアセラミックスなどファインセラミックスと呼ばれるものも含まれる。
合成樹脂にはセルロイドを含み、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ＰＰＯ樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、テトロン樹脂、ＰＰＳ樹脂、フェノールアラルキル、芳香性ポリエステル、ポリフェニレンエーテルなどのエンジニアリングプラスチックや高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、硬質塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーーン樹脂、熱可塑性ポリウレタンなどを接合することができる。
上記したいずれかの内面摩擦圧接法であって、接合材が被接合部材に対して可塑性が同等若しくは良好の材料、又は接合材が被接合部材に対して融点が同等若しくは低融点の材料であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
接合材としては上記した金属材料や熱可塑性の樹脂を使用することが好ましい。例えば銅パイプを接合する場合に銅合金を接合材としたり、アルミ合金を接合材としたり、ろう接合金を接合材とすることは好ましい。ろう接合金の接合材は液相化した液膜が接合界面に浸透して接合力を高めるとともに気密性、水密性をより強固なものとする効果がある。
【０００９】
上記のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材の一部を接合材としたことを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
被接合部材の一部を接合材とすることにより、被接合部材を位置決めして保持するだけで自動的に接合部付近に接合材をセットすることが可能であり、接合材が回転工具との摩擦により回転することはないため好ましい。
上記のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が棒状体、針状体、薄板、箔体、粉体若しくは粒体の集合体又はこれらを組み合わせた集合体であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
さらに上記した内面摩擦圧接法であって、接合材が複数の異なる材料を組み合わせてなる接合材であることを特徴とする内面摩擦圧接法とする。
接合材は１個の単独の接合材としてもよいが、細い棒状体や針状体の接合材を複数本立てて並べた集合体としたり、薄板や箔体の接合材を複数枚積み重ねた集合体又は重ねて渦巻き状に巻いた束の集合体としたり、粉体や粒体の接合材を積層した集合体とすることが可能である。
このとき異なる金属からなる棒状体、針状体、薄板、箔体、粉末及び粒体を組み合わせた集合体とすると内面圧接加工後の接合体が合金化するため好ましい。例えば鉄とアルミの混合した集合体を接合材として使用すると、内面圧接加工後に鉄とアルミの合金となった接合体を得ることができる。
回転工具の回転数については接合材に合わせて調整することが好ましいが、回転工具の最外周部の速度が２〜１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で適宜設定することが好ましい。また回転工具で接合材を押し付ける圧力についても接合材に合わせて変更することが好ましいが、室温における材料の降伏強度又は０．５％耐力の１０〜１５０％の範囲において適宜設定することが好ましい。
【実施例１】
【００１０】
被接合部材がともにパイプである実施例１を図１に示し説明する。予め補助工具３１の先端に接合材３を溶接により仮付けしておき、パイプ１１とパイプ２１を図示しない保持機構により保持した後に、パイプ２１の中に補助工具３１を挿入し、接合材３がパイプ１１とパイプ２１の接合部４ａ付近に位置するようにして、図１（ａ）に示したようにパイプ１１の中に回転工具１を挿入した。
さらに回転工具１を回転方向８に回転させながらその先端を接合材３に押し付け、接合材３を加圧しながら進行方向７に向かって前進させる。すると接合材３は回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、図１（ｂ）に示したように回転工具の挿入部１ａが接合材３の中に食い込み、接合材３は挿入部１ａとパイプ１１及びパイプ２１の内面との空間を充填するようになる。
実施例１では回転工具１の先端が接合材３を貫通するまで加工し、補助工具３１と回転工具１を抜き取った後には、図１（ｃ）に示したように加工前の接合材３が加工後には貫通した空洞部３ｂと筒部３ｃとからなる接合体３Ａとなって、パイプ１１とパイプ２１の接合部４ａを中心として接合強度上必要な範囲の内面を接合した。
なお図１ｂに示した回転工具１の先端が接合材３を完全に貫通しない状態においても、パイプ１１とパイプ２１の接合は完了していて接合の機械的性質も良好であった。
【実施例２】
【００１１】
板材２４の被接合部材にパイプ１４の被接合部材を接合する実施例を図２に示し説明する。板材２４に接合材５を載せ、パイプ１４と板材２４を図示しない保持機構により保持した。このとき接合材５はパイプ１４と板材２４の接合部４ｂ付近に位置している。
そして図２（ａ）に示したようにパイプ１４の中に回転工具１を挿入した。回転工具１を回転方向８に回転させながらその先端を接合材５に押し付け、接合材５を加圧しながら進行方向７に向かって前進させる。すると接合材５は回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、図２（ｂ）に示したように回転工具の挿入部１ａが接合材５の中に食い込み、接合材５は挿入部１ａとパイプ１４の内面との空間を充填するようになる。
実施例２では回転工具１の先端が接合材５を貫通しないよう加工し、回転工具１を抜き取った後には、図２（ｃ）に示したように加工前の接合材５が加工後には空洞部５ｂ、筒部５ｃ及び底部５ｄとからなる接合体５Ａとなって、パイプ１４の内面と筒部５ｃとの間及び板材２４と底部５ｄとの間をそれぞれ接合した。
【実施例３】
【００１２】
７Ｎ０１アルミ合金のブロック２２にアルミ合金のパイプ１２を接合する実施例を図３に示し説明する。実施例３ではパイプの外径は２２ｍｍ、内径は１６ｍｍ、回転工具１の挿入部１ａの外径は１２ｍｍ、回転工具の回転数は２００〜２０００ｒｐｍとした。また７Ｎ０１アルミ合金の０．５％耐力の３０〜６０％の圧力をかけて加工した。
実施例３ではブロック２２の一部を接合材２２ａとし、接合材２２ａをパイプ１２の中に挿入することにより、接合材２２ａを接合部４ｃ付近に位置させ、パイプ１２とブロック２２を図示しない保持機構により保持した。
そして図３（ａ）に示したようにパイプ１２の中に回転工具１を挿入した。回転工具１を回転させながらその先端を接合材２２ａに押し付け、接合材２２ａを加圧しながら前進させた。すると接合材２２ａは回転工具１との摩擦熱により軟化し塑性変形して、回転工具の挿入部１ａが接合材２２ａの中に食い込み、接合材２２ａは挿入部１ａとパイプ１２の内面との空間を充填するようになる。
実施例３では回転工具１の先端が接合材２２ａを貫通しないよう加工し、回転工具１を抜き取った後には、図３（ｂ）に示したように加工前の接合材２２ａが加工後には空洞部２２ｂと筒部２２ｃとからなる接合体２２Ａとなって、パイプ１２の内面と筒部２２ｃとの間を接合する。
実施例３では内側にも外側にも全くバリは発生しなかった。
【実施例４】
【００１３】
ともにフランジ１５ａ、２５ａを有するパイプ部材１５、２５を接合した実施例４を図４に示し説明する。実施例４はパイプ断面視におけるパイプ部材１５、２５間の相対的位置を、取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるよう一致させ、接合部４ｄを合わせて接合する実施例である。
実施例４では接合部４ｄを合わせてパイプ部材１５とパイプ部材２５を保持するときに、パイプ断面視において取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるような位置に位置決めする点で実施例１と異なるが、他の工程は実施例１と同じである。そこで重複した記載を避けるため既に上記した内容は省略する。
実施例４ではパイプ部材１５、２５を保持するときに、パイプの断面視における相対的位置関係を位置決めするだけで、取付穴１５ｂと取付穴２５ｂとが同じ中心軸９になるようにしてパイプ部材１５とパイプ部材２５を接合体６Ａにより接合することができた。
従来のようにサーボモータを使用した高精度の位置決め停止制御を行う必要がないため、安価で単純な構成の加工機械を使用して接合することが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は被接合部材を接合する用途を有し加工産業で利用されるだけでなく、鋳造や鍛造などの素形材産業や、窯業、ニューセラミックス及び樹脂などの製品を製造販売する産業や、内面摩擦圧接法を使用した加工機を製造販売する産業でも利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】パイプとパイプを接合する工程を３つの図に表した断面図である。
【図２】板とパイプを接合する工程を３つの図に表した断面図である。
【図３】ブロックにパイプを接合する実施例の接合前と接合後の断面図である。
【図４】フランジ付きのパイプ部材の接合後の一部切り欠いた斜視図である。
【図５】従来の方法によりパイプを圧接する加工例と加工後の断面図である。
【図６】従来の欠陥補修接合の例を２つの図に表した断面図である。
【図７】従来の拘束リングとパイプを接合する例の一部切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ ：回転工具 １ａ：挿入部 ３ ：接合材
３Ａ：接合体 ３ｂ：空洞部 ３ｃ：筒部
４ａ：接合部 ４ｂ：接合部 ４ｃ：接合部
４ｄ：接合部 ５ ：接合材 ５Ａ：接合体
５ｂ：空洞部 ５ｃ：筒部 ５ｄ：底部
６Ａ：接合体 ７ ：進行方法 ８ ：回転方向
９ ：中心軸 １１ ：パイプ １２ ：パイプ
１４ ：パイプ １５ ：パイプ部材 １５ａ：フランジ
１５ｂ：取付穴 ２１ ：パイプ ２２ ：ブロック
２２ａ：接合材 ２２Ａ：接合体 ２２ｂ：空洞部
２２ｃ：筒部 ２４ ：板材 ２５ ：パイプ部材
２５ａ：フランジ ２５ｂ：取付穴 ３１ ：補助工具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材の内の少なくとも片方を柱状の貫通した空洞を有する部材（以下単に「パイプ部材」という。）とし、前記被接合部材を位置決めして保持する工程と、パイプ部材の前記空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、前記接合材に回転工具を押し付けて加圧した状態を維持しながら前記回転工具を回転させる工程であって、前記接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、前記接合材の一部又は全部が前記回転工具の挿入部とパイプ部材の前記空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで前記回転工具を回転させる工程と、前記回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法。
【請求項２】
パイプ部材同士を接合する方法であって、前記パイプ部材の柱状の貫通した空洞の断面（以下単に「空洞断面」という。）を揃えた状態で前記パイプ部材を位置決めして保持する工程と、片方のパイプ部材の前記空洞の中に補助工具を挿入する工程と、パイプ部材の前記空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、他方のパイプ部材の前記空洞の中に回転工具を挿入してその先端を前記接合材に押し当て、前記補助工具に向かって押し付けることにより前記接合材を加圧した状態を維持しながら前記回転工具を回転させる工程であって、前記接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化し、前記接合材の一部又は全部が前記回転工具の挿入部とパイプ部材の前記空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで前記回転工具を回転させる工程と、前記回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材を位置決めして保持する工程において、パイプ部材の空洞断面を正面に見た状態（以下単に「パイプ断面視」という。）における前記被接合部材の間の相対的位置を任意の位置に位置決めすることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材が同種金属の組み合わせ、異種金属の組み合わせ、金属とセラミックスの組み合わせ、金属と樹脂との組み合わせ、同種セラミックスの組み合わせ、異種セラミックスの組み合わせ、セラミックスと樹脂との組み合わせ、同種樹脂の組み合わせ及び異種樹脂の組み合わせのいずれかの組み合わせであることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が被接合部材に対して可塑性が同等若しくは良好の材料、又は接合材が被接合部材に対して融点が同等若しくは低融点の材料であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材の一部を接合材としたことを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が棒状体、針状体、薄板、箔体、粉体若しくは粒体の集合体又はこれらを組み合わせた集合体であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項８】
請求項７に記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が複数の異なる材料を組み合わせてなる接合材であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項１】
被接合部材の内の少なくとも片方を柱状の貫通した空洞を有する部材（以下単に「パイプ部材」という。）とし、前記被接合部材を位置決めして保持する工程と、パイプ部材の前記空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、前記接合材に回転工具を押し付けて加圧した状態を維持しながら前記回転工具を回転させる工程であって、前記接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化した後に、前記接合材の一部又は全部が前記回転工具の挿入部とパイプ部材の前記空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで前記回転工具を回転させる工程と、前記回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法。
【請求項２】
パイプ部材同士を接合する方法であって、前記パイプ部材の柱状の貫通した空洞の断面（以下単に「空洞断面」という。）を揃えた状態で前記パイプ部材を位置決めして保持する工程と、片方のパイプ部材の前記空洞の中に補助工具を挿入する工程と、パイプ部材の前記空洞の内部であって接合部付近に接合材をセットする工程と、他方のパイプ部材の前記空洞の中に回転工具を挿入してその先端を前記接合材に押し当て、前記補助工具に向かって押し付けることにより前記接合材を加圧した状態を維持しながら前記回転工具を回転させる工程であって、前記接合材が摩擦熱によって軟化し塑性変形又は液相化し、前記接合材の一部又は全部が前記回転工具の挿入部とパイプ部材の前記空洞の内面との空間を適宜充填し、摩擦圧接するまで前記回転工具を回転させる工程と、前記回転工具を抜き取る工程とからなる内面摩擦圧接法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材を位置決めして保持する工程において、パイプ部材の空洞断面を正面に見た状態（以下単に「パイプ断面視」という。）における前記被接合部材の間の相対的位置を任意の位置に位置決めすることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材が同種金属の組み合わせ、異種金属の組み合わせ、金属とセラミックスの組み合わせ、金属と樹脂との組み合わせ、同種セラミックスの組み合わせ、異種セラミックスの組み合わせ、セラミックスと樹脂との組み合わせ、同種樹脂の組み合わせ及び異種樹脂の組み合わせのいずれかの組み合わせであることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が被接合部材に対して可塑性が同等若しくは良好の材料、又は接合材が被接合部材に対して融点が同等若しくは低融点の材料であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、被接合部材の一部を接合材としたことを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が棒状体、針状体、薄板、箔体、粉体若しくは粒体の集合体又はこれらを組み合わせた集合体であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【請求項８】
請求項７に記載した内面摩擦圧接法であって、接合材が複数の異なる材料を組み合わせてなる接合材であることを特徴とする内面摩擦圧接法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２９７４（Ｐ２００９−２２９７４Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８７８１１（Ｐ２００７−１８７８１１）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（３９００１３７６７）光生アルミニューム工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（３９００１３７６７）光生アルミニューム工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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