摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材
【課題】２つの構成部材の摩擦圧接にあたり、両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を確保して接合部の耐性を向上させ、両構成部材の摩擦圧接時に必要とする推力を低く抑えて小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができ、しかもばりの除去のための後加工を施す必要をなくして部品の加工コストを低く抑える。
【解決手段】第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４を円環状の突部３ａ，４ａで形成する。突部３ａ，４ａの内外側に凹溝７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを設ける。摩擦圧接部３，４を突部３ａ，４ａの内外側の内側壁８及び外側壁９が第２構成部材２に接するまで摩擦圧接する。摩擦圧接で生成されるばりを内側壁８及び外側壁９で掩蔽し、第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる。
【解決手段】第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４を円環状の突部３ａ，４ａで形成する。突部３ａ，４ａの内外側に凹溝７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを設ける。摩擦圧接部３，４を突部３ａ，４ａの内外側の内側壁８及び外側壁９が第２構成部材２に接するまで摩擦圧接する。摩擦圧接で生成されるばりを内側壁８及び外側壁９で掩蔽し、第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやステンレス、あるいは鉄等の同種又は異種の金属からなる２つの構成部材を摩擦圧接により接合するための摩擦圧接工法と、該工法により接合した摩擦圧接部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
相互に接合すべき２つの構成部材を摩擦圧接することにより接合する摩擦圧接工法は、２つの構成部材を接合する接合法の１つとして従来より利用されている。この摩擦圧接工法は、接合すべき２つの構成部材における摩擦圧接部を相互に突合わせながら圧接するとともに、それらの構成部材を相対的に回転運動させ、そのときに発生する摩擦熱により摩擦圧接部に塑性流動を起しながら接合する工法である。
【０００３】
而して、摩擦圧接工法により２つの構成部材を接合した場合、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力（曲げモーメント等）に対する抗力は、各構成部材間の接合部における断面積に依存するため、それらの構成部材間に必要とされる抗力に応じて両構成部材における摩擦圧接部の面積を大きくする必要がある。しかしながら、面積が大きい摩擦圧接部同士を摩擦圧接する場合、両構成部材をそれらの摩擦圧接部の面積に応じた大きさの推力で圧接する必要があるため、それだけ大きな推力を発生させることが可能な大規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行う必要があり、その結果、部品の加工コストが高くなり、延いては部品自体の価格が高くなってしまうという問題点がある。
【０００４】
また、摩擦圧接時に生成されるばりは、部品機能上あるいは外観上問題となる場合があるが、特に、摩擦圧接する２つの構成部材における摩擦圧接部の熱の散逸に関与する部分の体積、形態等が異なる場合、摩擦圧接時における該摩擦圧接部からの熱の散逸が両構成部材間で相違することから、摩擦圧接時の推力（摩擦圧力及びアプセット圧力）を摩擦圧接部の面積に比して大きくする必要があるばかりでなく、両構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量が多くなって摩擦圧接時に生成されるばりの量が多くなるため、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に、摩擦圧接時に発生する摩擦熱が熱損失として伝達して大きな熱影響部が生じてしまい、延いては上記接合部の座屈の原因になる場合が考えられる。さらに、摩擦圧接時に生成されるばりが大きくなると、部品機能上あるいは外観上問題となるため、摩擦圧接後に切削加工等の後加工でそのばりを除去する必要があり、その結果、部品の加工工程が煩雑化して、部品がさらに高価になってしまうという問題点も指摘されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の技術的課題は、相互に接合すべき２つの構成部材を摩擦圧接するにあたって、各構成部材における摩擦圧接部の面積を大きくすることなく、両構成部材間の接合部に作用する曲げモーメント等の外力に対する抗力を確保して、摩擦圧接による接合部の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して向上させることができると同時に、両構成部材の摩擦圧接時に必要とする推力を極力低く抑えることにより、より小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができ、しかも、部品機能上あるいは外観上問題となるようなばりを掩蔽できるように構成することにより、ばりの除去のための後加工を施す必要がなく、延いては、部品の加工コストを低く抑えることが可能な摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の技術的課題は、両構成部材の摩擦圧接時における摩擦圧接部からの熱の散逸を、両構成部材において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制すると同時に、各構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量を極力少なくして、摩擦圧接時に生成されるばりの量を抑制することにより、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによる熱影響部の発生を可及的に抑止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを相対的な回転で摩擦圧接することによりそれらの構成部材を接合する摩擦圧接工法であって、上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方を、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成するとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記外側壁により掩蔽すると同時に、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態においては、第１及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部を円環状の突部により形成するとともに、両構成部材における突部の内外側にばりが収容される凹溝が設けられる。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を形成する突部を、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法として略同体積に形成することにより、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸が両構成部材において均等化される。
本発明の他の好ましい実施形態においては、上記突部の内側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の内側に設けた円環状の内側壁が上記外側壁とともに相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記内側壁及び外側壁により掩蔽すると同時に、該内外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる。
本発明の他の好ましい実施形態においては、当該摩擦圧接工法による上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接が、ブレーキ方式又はイナーシャ方式の摩擦圧接装置により行われる。
【０００９】
また、上記摩擦圧接工法により相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを接合した本発明の摩擦圧接部材は、上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方が、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成されるとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて上記突部の摩擦圧接により生成されたばりが収容されている凹溝を有し、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部が、上記突部の外側の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接され、その摩擦圧接により生成されたばりが、上記外側壁により掩蔽されているとともに、該外側壁と相手側構成部材との接触部が、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上に詳述した本発明によれば、相互に接合すべき第１構成部材及び第２構成部材における摩擦圧接部の面積を小さくすることができると同時に、摩擦圧接時に必要とする推力を極力抑えることができるので、より小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができるうえに、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接することにより、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることができるので、摩擦圧接による接合部の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して向上させることができる。しかも、上記突部の摩擦圧接により生成されるばりは、上記突部の外側の外側壁で掩蔽することができるので、ばりの除去のための後加工を施す必要がなく、延いては、部品の加工コストを低く抑えることができる。
【００１１】
また、上記各構成部材の摩擦圧接部に設けた突部が、それぞれ略同等の摩擦圧接部の面積及び高さ寸法を有するものとして、それらの突部を略同等の体積に形成して、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸を両構成部材において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制することができると同時に、各構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばりの量を抑制することにより、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材を実施するための最良の形態を、図面に基いて詳細に説明する。
本発明において接合の対象とする構成部材は、例えば、流体圧機器を構成する弁ボディとフランジの接合などに適用するのが有効であるが、その他の各種機器における相互に接合すべき２つの構成部材間の摩擦圧接に適用することができるものである。また、接合する両構成部材の材質としては、アルミニウム合金やステンレス鋼、あるいは鉄等の同種又は異種の金属を対象とし、本発明はそれらの２つの構成部材の摩擦圧接に適用することができる。
【００１３】
図１は、本発明に係る摩擦圧接工法によって相互に接合すべき第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接前における構成を、図２は、両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４を対峙させて当接させた状態を示している。
上記第１構成部材１は、全体として略円筒状に形成されており、その軸線方向の一端（図においては下端側）に摩擦圧接部３を形成している。該第１構成部材１の摩擦圧接部３は、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２の摩擦圧接部４に対峙して突出する円環状の突部３ａにより形成されており、該突部３ａにおける上記第２構成部材２に対峙する面を摩擦圧接面３ｂとしている。また、該突部３ａの内外側に同心に隣接位置させて、該突部３ａと後述する第２構成部材２の突部４ａとの摩擦圧接によりそれらの接合部５の内外周に生成されるばり６（図３参照）が収容される凹溝７Ａ，７Ｂがそれぞれ設けられており、上記突部３ａと該凹溝７Ａ，７Ｂを介して隣接位置する円環状の突壁は、それぞれ両構成部材１，２の摩擦圧接時に生成されるばり６を掩蔽するための内側壁８及び外側壁９としている。
【００１４】
一方、上記第２構成部材２は、全体として略直方体状あるいは略円柱状に形成されており、該第２構成部材２における平坦な一面（図においては上面）に摩擦圧接部４を形成している。該第２構成部材の摩擦圧接部４は、上記第１構成部材１における摩擦圧接部３とほぼ同様の形態に形成したもので、相互に摩擦圧接する上記第１構成部材１の摩擦圧接部３に対峙する円環状の突部４ａにより形成されており、該突部４ａにおける上記第１構成部材１に対峙する面を摩擦圧接面４ｂとしている。また、該突部４ａの内側及び外側に隣接位置させて、該突部４ａの摩擦圧接により生成されるばり６が収容される凹溝１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ設けられている。
【００１５】
上記第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４は、上述したように、それらを構成する突部３ａ，４ａ及びそれらの内側及び外側に隣接位置する凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂを、それぞれ同様の形態を有するものとし、具体的には、略同等の幅寸法及び高さ寸法で略同体積のものとして形成している。また、第１及び第２構成部材１，２は同材質である。これは、両構成部材１，２の摩擦圧接時における摩擦圧接部３，４からの熱の散逸を両構成部材１，２間において均等化することにより、両構成部材１，２の摩擦圧接時の推力（摩擦圧力及びアプセット圧力）を可及的に低く抑制すると同時に、各構成部材１，２における摩擦圧接部３，４の溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することにより、そのばり６の近傍における両構成部材１，２間の接合部５の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止するためである。
【００１６】
なお、両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの径及び幅寸法は、それらの大きさによって該突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂの面積、即ち両構成部材１，２間の接合部５の強度が決まることから、該接合部５に必要とされる強度により適宜設定されるものである。また、摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの高さ寸法は、摩擦圧接時に必要とする推力を極力低く抑えること、及び摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することが要求されることから、できるだけ小さくすることが望まれるが、上記接合部５の外力に対する耐性を確保するためにも、相互に接合した両構成部材１，２の接合部５に必要とされる強度を確保することができる最適な寸法とする必要がある。
一方、両構成部材１，２の上記凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂの幅寸法及び深さ寸法は、上記突部３ａ，４ａの幅寸法及び高さ寸法、即ち該突部３ａ，４ａの体積との関連において、それらの摩擦圧接時に生成されるばり６の量を考慮したうえで適宜設定されるものである。
【００１７】
上記構成の第１構成部材１及び第２構成部材２を摩擦圧接するに際しては、図２に示すように、それらの両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４を、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂを相互に突き合わせた状態で相対的に回転運動させ、そのときに発生する摩擦熱によって上記突部３ａ，４ａを塑性流動させることにより、上記第１構成部材１の円環状の内側壁８及び外側壁９における第２構成部材２に対峙する面が該第２構成部材２に接するまで摩擦圧接を継続して、両構成部材１，２間に上記摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａが相互に接合した接合部５を形成させる（図３参照）。このようにして両構成部材１，２を接合することにより、該第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と上記第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の上記接合部５に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることができ、しかも、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、上記内側壁８及び外側壁９により上記凹溝７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ内に掩蔽することができる。
【００１８】
上記構成を有する摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材によれば、第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との密接により、外力に対する抗力を負担させることができるので、相互に接合すべき第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂの面積を小さくすることができると同時に、摩擦圧接時に必要とする推力を極力抑えることができ、それにより小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができる。換言すれば、上記第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４を、上記突部３ａの内外側の内側壁８及び外側壁９における上記第２構成部材２に対峙する面が、該第２構成部材２に接するまで摩擦圧接するという簡単な手段により、上記第１構成部材１の円環状の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の上記接合部５に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させ、それにより、摩擦圧接による該接合部５の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して飛躍的に向上させることができる。しかも、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、上記内側壁８及び外側壁９により凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂ内に掩蔽することができるので、部品機能上及び外観上問題となるばり６を切削加工等の後加工で除去する必要がなく、部品の加工工程を簡易化して部品の加工コストを低く抑えることができる。
【００１９】
また、上記各構成部材１，２の摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａが、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法を有するものとして、それらの突部３ａ，４ａを略同等の体積に形成して、摩擦圧接時の摩擦圧接部３，４からの熱の散逸を両構成部材１，２において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制することができると同時に、各構成部材１，２における摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａの溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することにより、そのばり６の近傍における両構成部材１，２間の接合部５の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止し、延いては、両構成部材１，２間の接合部５に外力が作用することによって、該接合部５における座屈等の破損の発生を可及的に抑止することができる。
【００２０】
なお、上記突部３ａの内外側の内側壁８及び外側壁９は、上記第２構成部材２に対峙する面が該第２構成部材２に接する位置で停止させ、摩擦圧接によって接合されないようにするのが、摩擦圧接時の推力が上昇するのを防止するため、並びに内周壁８及び／又は外側壁９の外周にばりが生成されるのを防止するために望ましいが、両構成部材１，２の摩擦圧接によって形成される摩擦圧接部材の形状や機能により、内周壁８及び／又は外側壁９の外周に生成されるばりが部品機能上あるいは外観上問題にならない場合には、内側壁８及び／又は外側壁９の外周に若干のばりが形成されてもよい。
【００２１】
ここで、相互に接合する第１構成部材及び第２構成部材２における摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａ及び凹溝の構成は、上述した実施例のものに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す実施例のような形態とすることもできる。
即ち、図４（ａ）に示す実施例おいては、第１構成部材１における摩擦圧接部３、凹溝７Ａ，７Ｂ及び内側壁８、外側壁９の構成は前述した実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２の摩擦圧接部４は、上記第１構成部材１の摩擦圧接面３ｂに対峙するところの摩擦圧接面４ｂの内外側にそれぞれ凹溝１０Ａ，１０Ｂを形成して、それらの凹溝１０Ａ，１０Ｂ間に円環状の突部４ａを形成することにより構成している。
また、図４（ｂ）に示す実施例においては、第１構成部材１の摩擦圧接部３を、第２構成部材２の摩擦圧接部４に対峙して突出する円環状の突部３ａを形成することにより構成しており、一方、第２構成部材２における摩擦圧接部４及び凹溝１０Ａ，１０Ｂの構成は、上記図４（ａ）の実施例における第２構成部材２と同様の構成としている。この場合、上記両構成部材１，２の突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、第２構成部材２における内側の凹溝１０Ａの内側壁１１及び外側の凹溝１０Ｂの外側壁１２により掩蔽されることになる。なお、第１構成部材１における突部３ａの内外側には、第２構成部材２側に突出していないが、内側壁８及び外側壁９が形成されている。
さらに、図４（ｃ）に示す実施例においては、第１構成部材１の摩擦圧接部３、凹溝７Ａ，７Ｂ及び内外側壁８，９の構成は前述した図１の実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２の摩擦圧接部４は、何ら加工を施さない平坦な摩擦圧接面４ｂとして構成している。この場合、第２構成部材２に摩擦圧接のための加工を施す必要がないので、部品の加工工程を簡略化することができ、部品の加工コストのより一層の低廉化を図ることができる。
【００２２】
なお、上述した図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す各実施例では、前述した図１の実施例と同様に、第１構成部材１及び第２構成部材２におけるそれぞれの摩擦圧接部３，４の少なくとも一方を円環状の突部３ａ及び／又は４ａで形成するとともに、該突部３ａ及び／又は４ａの内外側に隣接位置させてばり６が収容される凹溝７Ａ，７Ｂ及び／又は１０Ａ，１０Ｂを設けたものとして構成しているが、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す各実施例のように、第２構成部材２２に、摩擦圧接によって円筒状の第１構成部材２１における孔部２１ａに相互に連通する孔部２２ａが形成されている場合で、摩擦圧接部２３，２４における突部２３ａ及び／又は２４ａの内側に形成されるばりが部品機能上問題にならない場合には、上記突部２３ａ及び／又は２４ａの内側の隣接位置に凹溝を設けない構成とすることもできる。
即ち、図５（ａ）に示す実施例においては、第１構成部材２１の摩擦圧接部２３は、該第１構成部材２１における孔部２１ａの内周縁において、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２２の摩擦圧接部２４に対峙して突出する円環状の突部２３ａにより形成して、該突部２３ａの外側に隣接位置させて凹溝２７を設けるとともに、その外側に外側壁２９を設けることにより構成したものであり、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４は、上記第１構成部材２１の摩擦圧接部２３と同様の構成としたもので、相互に摩擦圧接する上記第１構成部材２１の摩擦圧接部２３に対峙して突出する円環状の突部２４ａにより形成して、該突部２４ａの外側に隣接位置させて凹溝３０を設けることにより構成している。
【００２３】
また、図５（ｂ）に示す実施例においては、第１構成部材２１における摩擦圧接部２３及び凹溝２７の構成は上述した図５（ａ）の実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４を、上記第１構成部材２１における摩擦圧接面２３ｂに対峙するところの該第２構成部材２２の摩擦圧接面２４ｂの外側に凹溝３０を形成することにより、該凹溝３０の内側において、上記第２構成部材２２の孔部２２ａに臨む円環状の突部２４ａを形成したものである。
さらに、図５（ｃ）に示す実施例においては、第１構成部材２１の摩擦圧接部２３を、該第１構成部材２１における孔部２１ａの内周縁において、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２２の摩擦圧接部２４に対峙して突出する円環状の突部２３ａを形成することにより構成しており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４及び凹溝３０は、上記図５（ｂ）の実施例における第２構成部材２２と同様の構成としている。この場合、上記両構成部材２１，２２の突部２３ａ，２４ａの摩擦圧接により生成されるばりは、第２構成部材２２における凹溝３０の外側壁３９により掩蔽されることになる。
また、図５（ｄ）に示す実施例においては、第１構成部材２１における摩擦圧接部２３及び凹溝２７の構成は、上記図５（ａ）の実施例における第１構成部材２１と同様のものとしており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部４は、何ら加工を施さない平坦な摩擦圧接面２４ｂとして構成している。この場合、前述した図４（ｃ）に示す実施例と同様に、第２構成部材２２に摩擦圧接のための加工を施す必要がないので、部品の加工工程を簡略化することができ、部品の加工コストのより一層の低廉化を図ることができる。
【００２４】
上記の図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す各実施例では、両構成部材２１，２２の摩擦圧接部２３，２４における突部２３ａ，２４ａの摩擦圧接により生成されるばりは、該突部２３ａ，２４ａの内側においては、両構成部材２１，２２の孔部２１ａ，２２ａ内に掩蔽され、該突部２３ａ，２４ａの外側においては第１構成部材２１の外側壁２９又は第２構成部材２２の外側壁３９により掩蔽される。また、それらの外側壁２９，３９と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材２１，２２間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させるので、摩擦圧接のみで接合した場合に比して、両構成部材２１，２２の接合部の外力に対する耐性を向上させることができる。
【００２５】
概して、摩擦圧接とは、上述したように、相互に接合しようとする２つの構成部材を突き合わせて接触させて、加圧しながら接触面に起こす相対運動により摩擦熱を発生させ、そのエネルギーにより接合する接合方法であり、その代表的なものとして回転摩擦圧接がある。そして、本発明で使用する回転摩擦圧接装置には、連続駆動式摩擦圧接装置（ブレーキ方式あるいは制動方式）や、蓄勢式摩擦圧接装置（イナーシャ方式あるいはフライホイール方式）があり、前者は摩擦圧力、回転数、時間、よりしろで制御する方式で、後者は初期の回転数、摩擦圧力によって所定の摩擦力が働いたときに接合が完了する方式である。
以下に説明する実施例においては、サーボモーターとボールねじ軸を用いて推力を発生させるブレーキ方式の電動サーボ式摩擦圧接装置を使用しているが、この電動サーボ式摩擦圧接装置を用いることで、摩擦圧接部を構成する突部の外側（内側）の外側壁（内側壁）と相手側の構成部材とが摩擦圧接されずに密接する位置で停止させることが可能になる。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明に係る摩擦圧接工法及び該工法の実施例について説明するが、本発明はこの実施例によって限定的に解されるべきものではない。
以下に説明する実施例においては、６０００系アルミニウム合金（アルミニウム−マグネシウム−ケイ素（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）系合金）からなる２つの構成部材を使用した。また、摩擦圧接装置として、サーボモーターとボールねじ軸を用いて推力を発生させるブレーキ方式の電動サーボ式摩擦圧接装置を使用した。この電動サーボ式摩擦圧接装置を用いることで、摩擦圧接部を構成する突部の外側（内側）の外側壁（内側壁）と相手側の構成部材とが摩擦圧接されずに密接する位置で停止させることが可能になる。
なお、相互に摩擦圧接する各構成部材の形状は、上述した図１の実施例において説明した各構成部材の形状と同様のものとした。
以下に、本実施例における摩擦圧接時の圧接条件を示す。
・主軸回転数（Ｎ）：２０００／ｍｉｎ
・摩擦圧力（Ｐ１圧力）：３３ＭＰａ
・アプセット圧力（Ｐ２圧力）：１６５ＭＰａ
【００２７】
圧接条件で重要なことは、Ｐ２圧力をかけるタイミングである。Ｐ２圧力をかけるタイミングが早い（Ｐ１圧力で両構成部材の摩擦圧接面が十分に摩擦発熱していない）と、Ｐ２圧力で押し切れずに第１構成部材における摩擦圧接部の内側及び／又は外側の内側壁及び／又は外側壁と第２構成部材との間に隙間が生じる。逆に、Ｐ２圧力をかけるタイミングが遅い（Ｐ１圧力により両構成部材の摩擦圧接面が過熱している）と、Ｐ２圧力で押し切る前に上記第１構成部材の内側壁及び／又は外側壁と第２構成部材が接触し、それらの摩擦圧接部の接合部にクラックが生じる。
【００２８】
上記の点に配慮し、Ｐ１圧力によって加圧して両構成部材の摩擦圧接部を十分に発熱させ、各構成部材の特性に合った最適な加熱状態において、ブレーキをかけて主軸の回転を急停止させ、さらにＰ１圧力よりさらに高いＰ２圧力で加圧し、上記第１構成部材における円環状の内側壁及び外側壁が第２構成部材に接するまで摩擦圧接した。それにより、それぞれの構成部材の摩擦圧接部における突部が内外側の凹溝内に均等に膨出してばりが生成され、良好な接合状態が得られた。
上述のようにして接合した摩擦圧接部材においては、第１構成部材における円環状の外側壁及び内側壁と第２構成部材との接触部が密接することで、それらの内外側壁が梁としての役割を担い、相互に接合した両構成部材の接合部に作用する外力（曲げモーメント）に対する抗力を負担することができるので、摩擦圧接のみで接合した場合と比較して、該接合部の外力に対する耐性が飛躍的に向上した。
【００２９】
ここで、本発明に係る摩擦圧接工法は、上述した実施例において使用したブレーキ方式（連続駆動式）の摩擦圧接装置だけでなく、イナーシャ方式（蓄勢式）の摩擦圧接装置においても行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接前の側断面図である。
【図２】同摩擦圧接前における摩擦圧接部の要部拡大断面図である。
【図３】同摩擦圧接後における摩擦圧接部の要部拡大断面図である。
【図４（ａ）】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材の別の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図４（ｂ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図４（ｃ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ａ）】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材のさらに別の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｂ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｃ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｄ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２１ 第１構成部材
２，２２ 第２構成部材
３，４，２３，２４ 摩擦圧接部
３ａ，４ａ，２３ａ，２４ａ 突部
５ 接合部
６ ばり
７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，２７，３０ 凹溝
８，１８ 内側壁
９，１９，２９，３９ 外側壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやステンレス、あるいは鉄等の同種又は異種の金属からなる２つの構成部材を摩擦圧接により接合するための摩擦圧接工法と、該工法により接合した摩擦圧接部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
相互に接合すべき２つの構成部材を摩擦圧接することにより接合する摩擦圧接工法は、２つの構成部材を接合する接合法の１つとして従来より利用されている。この摩擦圧接工法は、接合すべき２つの構成部材における摩擦圧接部を相互に突合わせながら圧接するとともに、それらの構成部材を相対的に回転運動させ、そのときに発生する摩擦熱により摩擦圧接部に塑性流動を起しながら接合する工法である。
【０００３】
而して、摩擦圧接工法により２つの構成部材を接合した場合、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力（曲げモーメント等）に対する抗力は、各構成部材間の接合部における断面積に依存するため、それらの構成部材間に必要とされる抗力に応じて両構成部材における摩擦圧接部の面積を大きくする必要がある。しかしながら、面積が大きい摩擦圧接部同士を摩擦圧接する場合、両構成部材をそれらの摩擦圧接部の面積に応じた大きさの推力で圧接する必要があるため、それだけ大きな推力を発生させることが可能な大規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行う必要があり、その結果、部品の加工コストが高くなり、延いては部品自体の価格が高くなってしまうという問題点がある。
【０００４】
また、摩擦圧接時に生成されるばりは、部品機能上あるいは外観上問題となる場合があるが、特に、摩擦圧接する２つの構成部材における摩擦圧接部の熱の散逸に関与する部分の体積、形態等が異なる場合、摩擦圧接時における該摩擦圧接部からの熱の散逸が両構成部材間で相違することから、摩擦圧接時の推力（摩擦圧力及びアプセット圧力）を摩擦圧接部の面積に比して大きくする必要があるばかりでなく、両構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量が多くなって摩擦圧接時に生成されるばりの量が多くなるため、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に、摩擦圧接時に発生する摩擦熱が熱損失として伝達して大きな熱影響部が生じてしまい、延いては上記接合部の座屈の原因になる場合が考えられる。さらに、摩擦圧接時に生成されるばりが大きくなると、部品機能上あるいは外観上問題となるため、摩擦圧接後に切削加工等の後加工でそのばりを除去する必要があり、その結果、部品の加工工程が煩雑化して、部品がさらに高価になってしまうという問題点も指摘されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の技術的課題は、相互に接合すべき２つの構成部材を摩擦圧接するにあたって、各構成部材における摩擦圧接部の面積を大きくすることなく、両構成部材間の接合部に作用する曲げモーメント等の外力に対する抗力を確保して、摩擦圧接による接合部の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して向上させることができると同時に、両構成部材の摩擦圧接時に必要とする推力を極力低く抑えることにより、より小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができ、しかも、部品機能上あるいは外観上問題となるようなばりを掩蔽できるように構成することにより、ばりの除去のための後加工を施す必要がなく、延いては、部品の加工コストを低く抑えることが可能な摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の技術的課題は、両構成部材の摩擦圧接時における摩擦圧接部からの熱の散逸を、両構成部材において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制すると同時に、各構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量を極力少なくして、摩擦圧接時に生成されるばりの量を抑制することにより、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによる熱影響部の発生を可及的に抑止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを相対的な回転で摩擦圧接することによりそれらの構成部材を接合する摩擦圧接工法であって、上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方を、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成するとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記外側壁により掩蔽すると同時に、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態においては、第１及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部を円環状の突部により形成するとともに、両構成部材における突部の内外側にばりが収容される凹溝が設けられる。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を形成する突部を、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法として略同体積に形成することにより、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸が両構成部材において均等化される。
本発明の他の好ましい実施形態においては、上記突部の内側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の内側に設けた円環状の内側壁が上記外側壁とともに相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記内側壁及び外側壁により掩蔽すると同時に、該内外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる。
本発明の他の好ましい実施形態においては、当該摩擦圧接工法による上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接が、ブレーキ方式又はイナーシャ方式の摩擦圧接装置により行われる。
【０００９】
また、上記摩擦圧接工法により相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを接合した本発明の摩擦圧接部材は、上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方が、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成されるとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて上記突部の摩擦圧接により生成されたばりが収容されている凹溝を有し、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部が、上記突部の外側の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接され、その摩擦圧接により生成されたばりが、上記外側壁により掩蔽されているとともに、該外側壁と相手側構成部材との接触部が、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上に詳述した本発明によれば、相互に接合すべき第１構成部材及び第２構成部材における摩擦圧接部の面積を小さくすることができると同時に、摩擦圧接時に必要とする推力を極力抑えることができるので、より小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができるうえに、上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接することにより、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることができるので、摩擦圧接による接合部の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して向上させることができる。しかも、上記突部の摩擦圧接により生成されるばりは、上記突部の外側の外側壁で掩蔽することができるので、ばりの除去のための後加工を施す必要がなく、延いては、部品の加工コストを低く抑えることができる。
【００１１】
また、上記各構成部材の摩擦圧接部に設けた突部が、それぞれ略同等の摩擦圧接部の面積及び高さ寸法を有するものとして、それらの突部を略同等の体積に形成して、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸を両構成部材において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制することができると同時に、各構成部材における摩擦圧接部の溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばりの量を抑制することにより、そのばりの近傍における両構成部材間の接合部の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材を実施するための最良の形態を、図面に基いて詳細に説明する。
本発明において接合の対象とする構成部材は、例えば、流体圧機器を構成する弁ボディとフランジの接合などに適用するのが有効であるが、その他の各種機器における相互に接合すべき２つの構成部材間の摩擦圧接に適用することができるものである。また、接合する両構成部材の材質としては、アルミニウム合金やステンレス鋼、あるいは鉄等の同種又は異種の金属を対象とし、本発明はそれらの２つの構成部材の摩擦圧接に適用することができる。
【００１３】
図１は、本発明に係る摩擦圧接工法によって相互に接合すべき第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接前における構成を、図２は、両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４を対峙させて当接させた状態を示している。
上記第１構成部材１は、全体として略円筒状に形成されており、その軸線方向の一端（図においては下端側）に摩擦圧接部３を形成している。該第１構成部材１の摩擦圧接部３は、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２の摩擦圧接部４に対峙して突出する円環状の突部３ａにより形成されており、該突部３ａにおける上記第２構成部材２に対峙する面を摩擦圧接面３ｂとしている。また、該突部３ａの内外側に同心に隣接位置させて、該突部３ａと後述する第２構成部材２の突部４ａとの摩擦圧接によりそれらの接合部５の内外周に生成されるばり６（図３参照）が収容される凹溝７Ａ，７Ｂがそれぞれ設けられており、上記突部３ａと該凹溝７Ａ，７Ｂを介して隣接位置する円環状の突壁は、それぞれ両構成部材１，２の摩擦圧接時に生成されるばり６を掩蔽するための内側壁８及び外側壁９としている。
【００１４】
一方、上記第２構成部材２は、全体として略直方体状あるいは略円柱状に形成されており、該第２構成部材２における平坦な一面（図においては上面）に摩擦圧接部４を形成している。該第２構成部材の摩擦圧接部４は、上記第１構成部材１における摩擦圧接部３とほぼ同様の形態に形成したもので、相互に摩擦圧接する上記第１構成部材１の摩擦圧接部３に対峙する円環状の突部４ａにより形成されており、該突部４ａにおける上記第１構成部材１に対峙する面を摩擦圧接面４ｂとしている。また、該突部４ａの内側及び外側に隣接位置させて、該突部４ａの摩擦圧接により生成されるばり６が収容される凹溝１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ設けられている。
【００１５】
上記第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４は、上述したように、それらを構成する突部３ａ，４ａ及びそれらの内側及び外側に隣接位置する凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂを、それぞれ同様の形態を有するものとし、具体的には、略同等の幅寸法及び高さ寸法で略同体積のものとして形成している。また、第１及び第２構成部材１，２は同材質である。これは、両構成部材１，２の摩擦圧接時における摩擦圧接部３，４からの熱の散逸を両構成部材１，２間において均等化することにより、両構成部材１，２の摩擦圧接時の推力（摩擦圧力及びアプセット圧力）を可及的に低く抑制すると同時に、各構成部材１，２における摩擦圧接部３，４の溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することにより、そのばり６の近傍における両構成部材１，２間の接合部５の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止するためである。
【００１６】
なお、両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの径及び幅寸法は、それらの大きさによって該突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂの面積、即ち両構成部材１，２間の接合部５の強度が決まることから、該接合部５に必要とされる強度により適宜設定されるものである。また、摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの高さ寸法は、摩擦圧接時に必要とする推力を極力低く抑えること、及び摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することが要求されることから、できるだけ小さくすることが望まれるが、上記接合部５の外力に対する耐性を確保するためにも、相互に接合した両構成部材１，２の接合部５に必要とされる強度を確保することができる最適な寸法とする必要がある。
一方、両構成部材１，２の上記凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂの幅寸法及び深さ寸法は、上記突部３ａ，４ａの幅寸法及び高さ寸法、即ち該突部３ａ，４ａの体積との関連において、それらの摩擦圧接時に生成されるばり６の量を考慮したうえで適宜設定されるものである。
【００１７】
上記構成の第１構成部材１及び第２構成部材２を摩擦圧接するに際しては、図２に示すように、それらの両構成部材１，２の摩擦圧接部３，４を、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂを相互に突き合わせた状態で相対的に回転運動させ、そのときに発生する摩擦熱によって上記突部３ａ，４ａを塑性流動させることにより、上記第１構成部材１の円環状の内側壁８及び外側壁９における第２構成部材２に対峙する面が該第２構成部材２に接するまで摩擦圧接を継続して、両構成部材１，２間に上記摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａが相互に接合した接合部５を形成させる（図３参照）。このようにして両構成部材１，２を接合することにより、該第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と上記第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の上記接合部５に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させることができ、しかも、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、上記内側壁８及び外側壁９により上記凹溝７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ内に掩蔽することができる。
【００１８】
上記構成を有する摩擦圧接工法及び該工法により接合した摩擦圧接部材によれば、第１構成部材１の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との密接により、外力に対する抗力を負担させることができるので、相互に接合すべき第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４における上記突部３ａ，４ａの摩擦圧接面３ｂ，４ｂの面積を小さくすることができると同時に、摩擦圧接時に必要とする推力を極力抑えることができ、それにより小規模な摩擦圧接装置で摩擦圧接を行うことができる。換言すれば、上記第１構成部材１及び第２構成部材２の摩擦圧接部３，４を、上記突部３ａの内外側の内側壁８及び外側壁９における上記第２構成部材２に対峙する面が、該第２構成部材２に接するまで摩擦圧接するという簡単な手段により、上記第１構成部材１の円環状の内側壁８及び外側壁９と第２構成部材２との接触部を、両構成部材１，２間の上記接合部５に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させ、それにより、摩擦圧接による該接合部５の外力に対する耐性を、摩擦圧接のみで接合した場合に比して飛躍的に向上させることができる。しかも、それらの突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、上記内側壁８及び外側壁９により凹溝７Ａ，７Ｂ及び凹溝１０Ａ，１０Ｂ内に掩蔽することができるので、部品機能上及び外観上問題となるばり６を切削加工等の後加工で除去する必要がなく、部品の加工工程を簡易化して部品の加工コストを低く抑えることができる。
【００１９】
また、上記各構成部材１，２の摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａが、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法を有するものとして、それらの突部３ａ，４ａを略同等の体積に形成して、摩擦圧接時の摩擦圧接部３，４からの熱の散逸を両構成部材１，２において均等化することにより、摩擦圧接時の推力を可及的に低く抑制することができると同時に、各構成部材１，２における摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａの溶け込み量を可及的に少なくして、摩擦圧接時に生成されるばり６の量を抑制することにより、そのばり６の近傍における両構成部材１，２間の接合部５の母材に、摩擦圧接時の摩擦熱が伝達することによって熱影響部が生じるのを可及的に抑止し、延いては、両構成部材１，２間の接合部５に外力が作用することによって、該接合部５における座屈等の破損の発生を可及的に抑止することができる。
【００２０】
なお、上記突部３ａの内外側の内側壁８及び外側壁９は、上記第２構成部材２に対峙する面が該第２構成部材２に接する位置で停止させ、摩擦圧接によって接合されないようにするのが、摩擦圧接時の推力が上昇するのを防止するため、並びに内周壁８及び／又は外側壁９の外周にばりが生成されるのを防止するために望ましいが、両構成部材１，２の摩擦圧接によって形成される摩擦圧接部材の形状や機能により、内周壁８及び／又は外側壁９の外周に生成されるばりが部品機能上あるいは外観上問題にならない場合には、内側壁８及び／又は外側壁９の外周に若干のばりが形成されてもよい。
【００２１】
ここで、相互に接合する第１構成部材及び第２構成部材２における摩擦圧接部３，４の突部３ａ，４ａ及び凹溝の構成は、上述した実施例のものに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す実施例のような形態とすることもできる。
即ち、図４（ａ）に示す実施例おいては、第１構成部材１における摩擦圧接部３、凹溝７Ａ，７Ｂ及び内側壁８、外側壁９の構成は前述した実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２の摩擦圧接部４は、上記第１構成部材１の摩擦圧接面３ｂに対峙するところの摩擦圧接面４ｂの内外側にそれぞれ凹溝１０Ａ，１０Ｂを形成して、それらの凹溝１０Ａ，１０Ｂ間に円環状の突部４ａを形成することにより構成している。
また、図４（ｂ）に示す実施例においては、第１構成部材１の摩擦圧接部３を、第２構成部材２の摩擦圧接部４に対峙して突出する円環状の突部３ａを形成することにより構成しており、一方、第２構成部材２における摩擦圧接部４及び凹溝１０Ａ，１０Ｂの構成は、上記図４（ａ）の実施例における第２構成部材２と同様の構成としている。この場合、上記両構成部材１，２の突部３ａ，４ａの摩擦圧接により生成されるばり６は、第２構成部材２における内側の凹溝１０Ａの内側壁１１及び外側の凹溝１０Ｂの外側壁１２により掩蔽されることになる。なお、第１構成部材１における突部３ａの内外側には、第２構成部材２側に突出していないが、内側壁８及び外側壁９が形成されている。
さらに、図４（ｃ）に示す実施例においては、第１構成部材１の摩擦圧接部３、凹溝７Ａ，７Ｂ及び内外側壁８，９の構成は前述した図１の実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２の摩擦圧接部４は、何ら加工を施さない平坦な摩擦圧接面４ｂとして構成している。この場合、第２構成部材２に摩擦圧接のための加工を施す必要がないので、部品の加工工程を簡略化することができ、部品の加工コストのより一層の低廉化を図ることができる。
【００２２】
なお、上述した図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す各実施例では、前述した図１の実施例と同様に、第１構成部材１及び第２構成部材２におけるそれぞれの摩擦圧接部３，４の少なくとも一方を円環状の突部３ａ及び／又は４ａで形成するとともに、該突部３ａ及び／又は４ａの内外側に隣接位置させてばり６が収容される凹溝７Ａ，７Ｂ及び／又は１０Ａ，１０Ｂを設けたものとして構成しているが、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す各実施例のように、第２構成部材２２に、摩擦圧接によって円筒状の第１構成部材２１における孔部２１ａに相互に連通する孔部２２ａが形成されている場合で、摩擦圧接部２３，２４における突部２３ａ及び／又は２４ａの内側に形成されるばりが部品機能上問題にならない場合には、上記突部２３ａ及び／又は２４ａの内側の隣接位置に凹溝を設けない構成とすることもできる。
即ち、図５（ａ）に示す実施例においては、第１構成部材２１の摩擦圧接部２３は、該第１構成部材２１における孔部２１ａの内周縁において、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２２の摩擦圧接部２４に対峙して突出する円環状の突部２３ａにより形成して、該突部２３ａの外側に隣接位置させて凹溝２７を設けるとともに、その外側に外側壁２９を設けることにより構成したものであり、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４は、上記第１構成部材２１の摩擦圧接部２３と同様の構成としたもので、相互に摩擦圧接する上記第１構成部材２１の摩擦圧接部２３に対峙して突出する円環状の突部２４ａにより形成して、該突部２４ａの外側に隣接位置させて凹溝３０を設けることにより構成している。
【００２３】
また、図５（ｂ）に示す実施例においては、第１構成部材２１における摩擦圧接部２３及び凹溝２７の構成は上述した図５（ａ）の実施例と同様のものとしており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４を、上記第１構成部材２１における摩擦圧接面２３ｂに対峙するところの該第２構成部材２２の摩擦圧接面２４ｂの外側に凹溝３０を形成することにより、該凹溝３０の内側において、上記第２構成部材２２の孔部２２ａに臨む円環状の突部２４ａを形成したものである。
さらに、図５（ｃ）に示す実施例においては、第１構成部材２１の摩擦圧接部２３を、該第１構成部材２１における孔部２１ａの内周縁において、相互に摩擦圧接する上記第２構成部材２２の摩擦圧接部２４に対峙して突出する円環状の突部２３ａを形成することにより構成しており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部２４及び凹溝３０は、上記図５（ｂ）の実施例における第２構成部材２２と同様の構成としている。この場合、上記両構成部材２１，２２の突部２３ａ，２４ａの摩擦圧接により生成されるばりは、第２構成部材２２における凹溝３０の外側壁３９により掩蔽されることになる。
また、図５（ｄ）に示す実施例においては、第１構成部材２１における摩擦圧接部２３及び凹溝２７の構成は、上記図５（ａ）の実施例における第１構成部材２１と同様のものとしており、一方、第２構成部材２２の摩擦圧接部４は、何ら加工を施さない平坦な摩擦圧接面２４ｂとして構成している。この場合、前述した図４（ｃ）に示す実施例と同様に、第２構成部材２２に摩擦圧接のための加工を施す必要がないので、部品の加工工程を簡略化することができ、部品の加工コストのより一層の低廉化を図ることができる。
【００２４】
上記の図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す各実施例では、両構成部材２１，２２の摩擦圧接部２３，２４における突部２３ａ，２４ａの摩擦圧接により生成されるばりは、該突部２３ａ，２４ａの内側においては、両構成部材２１，２２の孔部２１ａ，２２ａ内に掩蔽され、該突部２３ａ，２４ａの外側においては第１構成部材２１の外側壁２９又は第２構成部材２２の外側壁３９により掩蔽される。また、それらの外側壁２９，３９と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材２１，２２間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させるので、摩擦圧接のみで接合した場合に比して、両構成部材２１，２２の接合部の外力に対する耐性を向上させることができる。
【００２５】
概して、摩擦圧接とは、上述したように、相互に接合しようとする２つの構成部材を突き合わせて接触させて、加圧しながら接触面に起こす相対運動により摩擦熱を発生させ、そのエネルギーにより接合する接合方法であり、その代表的なものとして回転摩擦圧接がある。そして、本発明で使用する回転摩擦圧接装置には、連続駆動式摩擦圧接装置（ブレーキ方式あるいは制動方式）や、蓄勢式摩擦圧接装置（イナーシャ方式あるいはフライホイール方式）があり、前者は摩擦圧力、回転数、時間、よりしろで制御する方式で、後者は初期の回転数、摩擦圧力によって所定の摩擦力が働いたときに接合が完了する方式である。
以下に説明する実施例においては、サーボモーターとボールねじ軸を用いて推力を発生させるブレーキ方式の電動サーボ式摩擦圧接装置を使用しているが、この電動サーボ式摩擦圧接装置を用いることで、摩擦圧接部を構成する突部の外側（内側）の外側壁（内側壁）と相手側の構成部材とが摩擦圧接されずに密接する位置で停止させることが可能になる。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明に係る摩擦圧接工法及び該工法の実施例について説明するが、本発明はこの実施例によって限定的に解されるべきものではない。
以下に説明する実施例においては、６０００系アルミニウム合金（アルミニウム−マグネシウム−ケイ素（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）系合金）からなる２つの構成部材を使用した。また、摩擦圧接装置として、サーボモーターとボールねじ軸を用いて推力を発生させるブレーキ方式の電動サーボ式摩擦圧接装置を使用した。この電動サーボ式摩擦圧接装置を用いることで、摩擦圧接部を構成する突部の外側（内側）の外側壁（内側壁）と相手側の構成部材とが摩擦圧接されずに密接する位置で停止させることが可能になる。
なお、相互に摩擦圧接する各構成部材の形状は、上述した図１の実施例において説明した各構成部材の形状と同様のものとした。
以下に、本実施例における摩擦圧接時の圧接条件を示す。
・主軸回転数（Ｎ）：２０００／ｍｉｎ
・摩擦圧力（Ｐ１圧力）：３３ＭＰａ
・アプセット圧力（Ｐ２圧力）：１６５ＭＰａ
【００２７】
圧接条件で重要なことは、Ｐ２圧力をかけるタイミングである。Ｐ２圧力をかけるタイミングが早い（Ｐ１圧力で両構成部材の摩擦圧接面が十分に摩擦発熱していない）と、Ｐ２圧力で押し切れずに第１構成部材における摩擦圧接部の内側及び／又は外側の内側壁及び／又は外側壁と第２構成部材との間に隙間が生じる。逆に、Ｐ２圧力をかけるタイミングが遅い（Ｐ１圧力により両構成部材の摩擦圧接面が過熱している）と、Ｐ２圧力で押し切る前に上記第１構成部材の内側壁及び／又は外側壁と第２構成部材が接触し、それらの摩擦圧接部の接合部にクラックが生じる。
【００２８】
上記の点に配慮し、Ｐ１圧力によって加圧して両構成部材の摩擦圧接部を十分に発熱させ、各構成部材の特性に合った最適な加熱状態において、ブレーキをかけて主軸の回転を急停止させ、さらにＰ１圧力よりさらに高いＰ２圧力で加圧し、上記第１構成部材における円環状の内側壁及び外側壁が第２構成部材に接するまで摩擦圧接した。それにより、それぞれの構成部材の摩擦圧接部における突部が内外側の凹溝内に均等に膨出してばりが生成され、良好な接合状態が得られた。
上述のようにして接合した摩擦圧接部材においては、第１構成部材における円環状の外側壁及び内側壁と第２構成部材との接触部が密接することで、それらの内外側壁が梁としての役割を担い、相互に接合した両構成部材の接合部に作用する外力（曲げモーメント）に対する抗力を負担することができるので、摩擦圧接のみで接合した場合と比較して、該接合部の外力に対する耐性が飛躍的に向上した。
【００２９】
ここで、本発明に係る摩擦圧接工法は、上述した実施例において使用したブレーキ方式（連続駆動式）の摩擦圧接装置だけでなく、イナーシャ方式（蓄勢式）の摩擦圧接装置においても行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接前の側断面図である。
【図２】同摩擦圧接前における摩擦圧接部の要部拡大断面図である。
【図３】同摩擦圧接後における摩擦圧接部の要部拡大断面図である。
【図４（ａ）】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材の別の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図４（ｂ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図４（ｃ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ａ）】本発明に係る摩擦圧接工法により接合する第１構成部材及び第２構成部材のさらに別の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｂ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｃ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【図５（ｄ）】同他の実施例を示す摩擦圧接前の側断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２１ 第１構成部材
２，２２ 第２構成部材
３，４，２３，２４ 摩擦圧接部
３ａ，４ａ，２３ａ，２４ａ 突部
５ 接合部
６ ばり
７Ａ，７Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，２７，３０ 凹溝
８，１８ 内側壁
９，１９，２９，３９ 外側壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを相対的な回転で摩擦圧接することによりそれらの構成部材を接合する摩擦圧接工法であって、
上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方を、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成するとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記外側壁により掩蔽すると同時に、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる、
ことを特徴とする摩擦圧接工法。
【請求項２】
第１及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部を円環状の突部により形成するとともに、両構成部材における突部の内外側にばりが収容される凹溝を設けた、
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接工法。
【請求項３】
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を形成する突部を、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法として略同体積に形成することにより、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸を両構成部材において均等化する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦圧接工法。
【請求項４】
上記突部の内側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の内側に設けた円環状の内側壁が上記外側壁とともに相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記内側壁及び外側壁により掩蔽すると同時に、該内外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦圧接工法。
【請求項５】
当該摩擦圧接工法による上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接を、ブレーキ方式又はイナーシャ方式の摩擦圧接装置により行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦圧接工法。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦圧接工法により相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを接合した摩擦圧接部材であって、
上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方が、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成されるとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて上記突部の摩擦圧接により生成されたばりが収容されている凹溝を有し、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部が、上記突部の外側の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接され、その摩擦圧接により生成されたばりが、上記外側壁により掩蔽されているとともに、該外側壁と相手側構成部材との接触部が、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接している、
ことを特徴とする摩擦圧接部材。
【請求項１】
相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを相対的な回転で摩擦圧接することによりそれらの構成部材を接合する摩擦圧接工法であって、
上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方を、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成するとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の外側に設けた円環状の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記外側壁により掩蔽すると同時に、該外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる、
ことを特徴とする摩擦圧接工法。
【請求項２】
第１及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部を円環状の突部により形成するとともに、両構成部材における突部の内外側にばりが収容される凹溝を設けた、
ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接工法。
【請求項３】
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を形成する突部を、それぞれ略同等の幅及び高さ寸法として略同体積に形成することにより、摩擦圧接時の摩擦圧接部からの熱の散逸を両構成部材において均等化する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦圧接工法。
【請求項４】
上記突部の内側に同心に隣接位置させて該突部の摩擦圧接により生成されるばりが収容される凹溝を設け、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部を、上記突部の内側に設けた円環状の内側壁が上記外側壁とともに相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接し、該突部の摩擦圧接により生成されるばりを、上記内側壁及び外側壁により掩蔽すると同時に、該内外側壁と相手側構成部材との接触部を、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接させる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦圧接工法。
【請求項５】
当該摩擦圧接工法による上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接を、ブレーキ方式又はイナーシャ方式の摩擦圧接装置により行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦圧接工法。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦圧接工法により相互に接合すべき第１構成部材と第２構成部材とを接合した摩擦圧接部材であって、
上記第１構成部材及び第２構成部材におけるそれぞれの摩擦圧接部の少なくとも一方が、他方の摩擦圧接部に対峙する円環状の突部により形成されるとともに、該突部の少なくとも外側に同心に隣接位置させて上記突部の摩擦圧接により生成されたばりが収容されている凹溝を有し、
上記第１構成部材及び第２構成部材の摩擦圧接部が、上記突部の外側の外側壁が相手側の構成部材に接するまで摩擦圧接され、その摩擦圧接により生成されたばりが、上記外側壁により掩蔽されているとともに、該外側壁と相手側構成部材との接触部が、相互に接合した両構成部材間の接合部に作用する外力に対する抗力を負担させ得る程度に密接している、
ことを特徴とする摩擦圧接部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図５（ｃ）】
【図５（ｄ）】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図５（ｃ）】
【図５（ｄ）】
【公開番号】特開２００８−１５５２４７（Ｐ２００８−１５５２４７Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６６４４（Ｐ２００６−３４６６４４）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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