JPS59127982A - 異種部材の摩擦圧接接合方法 - Google Patents
異種部材の摩擦圧接接合方法Info
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- JPS59127982A JPS59127982A JP58003307A JP330783A JPS59127982A JP S59127982 A JPS59127982 A JP S59127982A JP 58003307 A JP58003307 A JP 58003307A JP 330783 A JP330783 A JP 330783A JP S59127982 A JPS59127982 A JP S59127982A
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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。
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、異種部材を摩擦圧接によって接合させる方
法に関するものである。
法に関するものである。
異種部材例えば異種金属の接合方法としては、溶融接合
、固相接合等の方法が試みられているが、一般的に異種
金属の接合にあっては金属間化合物を生成する゛と継手
部が脆くなることから溶融接合よりは固相接合の方が有
利である。そして、固相接合の中でも摩擦圧接は、継手
部の強度が高く、接合時間が短いなどの高能率な接合方
法であり、異種金属の接合に適したものである。
、固相接合等の方法が試みられているが、一般的に異種
金属の接合にあっては金属間化合物を生成する゛と継手
部が脆くなることから溶融接合よりは固相接合の方が有
利である。そして、固相接合の中でも摩擦圧接は、継手
部の強度が高く、接合時間が短いなどの高能率な接合方
法であり、異種金属の接合に適したものである。
しかし、上記の摩擦圧接による接合でも例えば鋼とアル
ミニウム合金、銅合金とアルミニウム合金等といった異
種金属の組合わせにあっては、接合は可能であるとして
も継手の強度が充分得られなかったり、使用中に金属間
化合物の層を生成して継手強度の劣化を生じることがあ
るという問題点があった。そのほか、異種部材の接合方
法として、一方の部材の外周側に接合フランジ段部とこ
れに続く環状四部とを設け、前記一方の部材に他方の部
材を嵌合して、接合フランジ段部と他方の部材とを突き
合わせて摩擦圧接し、他方の部材の流動膨出部を環状凹
部内に充填するもの(実開昭50−7365号参照)も
あるが、この場合、流動膨出部はその外周側からは何ら
拘束を受けないものであり、接合強度のより一層の向」
二が望まれていた。
ミニウム合金、銅合金とアルミニウム合金等といった異
種金属の組合わせにあっては、接合は可能であるとして
も継手の強度が充分得られなかったり、使用中に金属間
化合物の層を生成して継手強度の劣化を生じることがあ
るという問題点があった。そのほか、異種部材の接合方
法として、一方の部材の外周側に接合フランジ段部とこ
れに続く環状四部とを設け、前記一方の部材に他方の部
材を嵌合して、接合フランジ段部と他方の部材とを突き
合わせて摩擦圧接し、他方の部材の流動膨出部を環状凹
部内に充填するもの(実開昭50−7365号参照)も
あるが、この場合、流動膨出部はその外周側からは何ら
拘束を受けないものであり、接合強度のより一層の向」
二が望まれていた。
この発明は、上述のような問題点に着目してなされたも
ので、従来より実施されてきた通常の摩擦圧接によって
も充分な継手強度を得難いような異種部材の強固な接合
を可能とすることを目的とし、異種部材のうち硬質部材
側の接合端面に環状の突出部をあらかじめ形成しておき
、前記両部材を相対回転させながら前記接合端面同士を
圧接する過程で、前記突出部を軟質部材の接合端面に圧
入し、前記圧入後の加圧によって前記突出部を軟質部材
内で変形させて両部材を接合することを特徴とする接合
方法である。
ので、従来より実施されてきた通常の摩擦圧接によって
も充分な継手強度を得難いような異種部材の強固な接合
を可能とすることを目的とし、異種部材のうち硬質部材
側の接合端面に環状の突出部をあらかじめ形成しておき
、前記両部材を相対回転させながら前記接合端面同士を
圧接する過程で、前記突出部を軟質部材の接合端面に圧
入し、前記圧入後の加圧によって前記突出部を軟質部材
内で変形させて両部材を接合することを特徴とする接合
方法である。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第1図(a)〜(d)および第2図は、この発明の第一
実施態様を説明する断面図であって、■は丸棒状で接合
端面1aに略同心状の環状突出部2を有する硬質部材、
3は丸棒状で平面状の接合端面3aを有する軟質部材で
ある。
実施態様を説明する断面図であって、■は丸棒状で接合
端面1aに略同心状の環状突出部2を有する硬質部材、
3は丸棒状で平面状の接合端面3aを有する軟質部材で
ある。
まず、第1図(a)に示すように、両方の部材1.3の
接合端面1a、3aを向い合わせ、相対的に回転させな
がら圧接していくと、第1図(b)に示すように、硬質
部材1側の突出部2が軟質部材3側の接合端面3aに食
い込んでいき、突出部2の中空部2a内に@:¥!1部
材3が入り込む。続いて、第1図(c)に示すように、
前記中空部2a内に軟質部材3が充填されたのちさらに
圧力が加わると、前記中空部2a内の軟質部材3の圧力
は突出部2を外方向に押し広げる力となり、次いで第1
図(d)に示すように、前記突出部2は、軟質部材3の
中で先端が外方向に広がった形状に変形する。
接合端面1a、3aを向い合わせ、相対的に回転させな
がら圧接していくと、第1図(b)に示すように、硬質
部材1側の突出部2が軟質部材3側の接合端面3aに食
い込んでいき、突出部2の中空部2a内に@:¥!1部
材3が入り込む。続いて、第1図(c)に示すように、
前記中空部2a内に軟質部材3が充填されたのちさらに
圧力が加わると、前記中空部2a内の軟質部材3の圧力
は突出部2を外方向に押し広げる力となり、次いで第1
図(d)に示すように、前記突出部2は、軟質部材3の
中で先端が外方向に広がった形状に変形する。
すなわち、硬質部材1に形成した突出部2が、軟質部材
3内で掛止するように変形するため、特に引張力に対し
て強度が高く、通常の摩擦圧接法で得られる冶金的な接
合力と、変形した突出部2による機械的な接合力とを備
えた強固な継手を得ることができる。
3内で掛止するように変形するため、特に引張力に対し
て強度が高く、通常の摩擦圧接法で得られる冶金的な接
合力と、変形した突出部2による機械的な接合力とを備
えた強固な継手を得ることができる。
なお、この実施態様によって得られた継手の接合部は、
冶金的接合と機械的接合とを兼ね備えた強度の高いもの
であることは先述の通りであるが、例えば第2図に示す
ように、圧接時の圧力が高すぎると突出部2はさらに外
方向に開き、変形量が大となるので接合部付近に割れを
生じる可能性があり、機械的な接合力を損なう恐れがあ
る。
冶金的接合と機械的接合とを兼ね備えた強度の高いもの
であることは先述の通りであるが、例えば第2図に示す
ように、圧接時の圧力が高すぎると突出部2はさらに外
方向に開き、変形量が大となるので接合部付近に割れを
生じる可能性があり、機械的な接合力を損なう恐れがあ
る。
したがって、突出部2の変形量を制御する加圧が必要で
ある。
ある。
第3図および第4図(a)〜(C)は、この発明の第二
実施態様を説明する図であって、第3図に示すように、
硬質部材1の接合端面1aにおける環状突出部2の先端
部2bの外周側にテーパ部2cを形成した場合を示して
いる。
実施態様を説明する図であって、第3図に示すように、
硬質部材1の接合端面1aにおける環状突出部2の先端
部2bの外周側にテーパ部2cを形成した場合を示して
いる。
上述の突出部2を有する硬質部材1と軟質部材3との接
合は、第4図(a)に示すように、両方の部材1,3の
接合端面1a、3aを対向させ、相対回転ごせながら圧
接していくと、第4図(b)に示すように、硬質部材l
の突出部2が軟質部材3の接合端面に圧入されると共に
、前記突出部2の中空部2a内にも前記軟質部材3が入
り込んでくる。このとき、突出部2の先端部2b外周側
にテーパ部2Cが形成されているため、第3図に示すよ
うに、軟質部材3の流れAによる圧力がテーパ部2Cを
内側(図中矢印B方向)に押圧する作用をし、先端部2
bを固定するのと同様の効果を有するので、第4図(c
)に示すように、接合後の突出部2は中ぶくれとなり、
先端部2bを内側に巻き込んだ状態に変形する。したが
って、第一実施態様と同様の効果を得ることができると
共に、前記先端部2bのテーパ部2cによって該先端部
2bにおける外方向への変形量が少ないため、急激な変
形を生ずることがなく、適正圧接条件の範囲を広げるこ
とができる。
合は、第4図(a)に示すように、両方の部材1,3の
接合端面1a、3aを対向させ、相対回転ごせながら圧
接していくと、第4図(b)に示すように、硬質部材l
の突出部2が軟質部材3の接合端面に圧入されると共に
、前記突出部2の中空部2a内にも前記軟質部材3が入
り込んでくる。このとき、突出部2の先端部2b外周側
にテーパ部2Cが形成されているため、第3図に示すよ
うに、軟質部材3の流れAによる圧力がテーパ部2Cを
内側(図中矢印B方向)に押圧する作用をし、先端部2
bを固定するのと同様の効果を有するので、第4図(c
)に示すように、接合後の突出部2は中ぶくれとなり、
先端部2bを内側に巻き込んだ状態に変形する。したが
って、第一実施態様と同様の効果を得ることができると
共に、前記先端部2bのテーパ部2cによって該先端部
2bにおける外方向への変形量が少ないため、急激な変
形を生ずることがなく、適正圧接条件の範囲を広げるこ
とができる。
第5図は、この発明の第三実施態様を示す図であって、
接合端面の他の形状例を説明するものである。
接合端面の他の形状例を説明するものである。
図中において4は円盤状の硬質部材、5はパイプ状の軟
質部材であって、硬質部材4の接合端面4aには、軟質
部材5の接合端面5aの径および肉厚に対応する環状の
突出部4b 、4cが二重に形成されている。この両突
出部4b、4cの先端も、第二実施態様に習って外側の
突出部4bは外側に、内側の突出部4cは中心側にテー
パ部を有しているため、圧接後は両突出部4b 、4c
の間に充埴された軟質部材5を巻き込む状態で前記両突
出部4b 、4cが変形し、先述の実施態様と同様の効
果を得ることができる。
質部材であって、硬質部材4の接合端面4aには、軟質
部材5の接合端面5aの径および肉厚に対応する環状の
突出部4b 、4cが二重に形成されている。この両突
出部4b、4cの先端も、第二実施態様に習って外側の
突出部4bは外側に、内側の突出部4cは中心側にテー
パ部を有しているため、圧接後は両突出部4b 、4c
の間に充埴された軟質部材5を巻き込む状態で前記両突
出部4b 、4cが変形し、先述の実施態様と同様の効
果を得ることができる。
第6図はこの発明の第四実施態様を示す図であって、接
合端面のさらに別の形状例を説明するものである。
合端面のさらに別の形状例を説明するものである。
すなわち、図中において、6は円盤状で接合端面6aに
環状の突出部6bを有する硬質部材、7は軸状で接合端
面7aが平面状の軟質部材であり、圧接によって前記突
出部6bを変形させることで先述の実施態様と同様の効
果を得ることができる。
環状の突出部6bを有する硬質部材、7は軸状で接合端
面7aが平面状の軟質部材であり、圧接によって前記突
出部6bを変形させることで先述の実施態様と同様の効
果を得ることができる。
なお、」−記の第一〜第四実施態様にあっては、各突出
部2.6bの中空部内または突出部4b。
部2.6bの中空部内または突出部4b。
4cの間に空気が密封されることがら圧接後に硬質部材
と軟質部材との間に空隙が生じ、冶金的な接合が全面で
得ることが難しいことがある。そこで、第7図に示すよ
うに、硬質部材8の接合端面8aに形成した突出部8b
の付は根に小径の貫通孔8cを開孔させておけば、圧接
時の圧力で中空部8d内の空気は外に排出され、冶金的
な接合が全面で得られるため継手強度を向上させること
ができる。また、第8図に示すように、硬質部材8の先
端付近側面に孔8eを形成し、さらに、突出部8bの底
面から前記孔8eに通じる貫通孔8fを形成しても同様
の効果を得ることができる。
と軟質部材との間に空隙が生じ、冶金的な接合が全面で
得ることが難しいことがある。そこで、第7図に示すよ
うに、硬質部材8の接合端面8aに形成した突出部8b
の付は根に小径の貫通孔8cを開孔させておけば、圧接
時の圧力で中空部8d内の空気は外に排出され、冶金的
な接合が全面で得られるため継手強度を向上させること
ができる。また、第8図に示すように、硬質部材8の先
端付近側面に孔8eを形成し、さらに、突出部8bの底
面から前記孔8eに通じる貫通孔8fを形成しても同様
の効果を得ることができる。
先述の各実施態様で説明した接合方法によって継手を得
た異種部材の接合物は、その応用例として例えば自動車
用エンジンのブツシュロッドなどとして製作されること
があり、前記プッシュッロッドにおいて、耐摩耗性が要
求される両端部には鋼を用い、軸部をアルミニウム合金
にして1量化を図ることによりエンジン効率を向上させ
ることができる。その他にも同様に、カム部を耐摩耗性
のある鋼にし、軸部を軒量なアルミニウム合金としたカ
ムシャフトを接合成形することができる。そのほか、こ
の発明における異種部材としては、熱可塑性樹脂との組
合わせも考えられる。
た異種部材の接合物は、その応用例として例えば自動車
用エンジンのブツシュロッドなどとして製作されること
があり、前記プッシュッロッドにおいて、耐摩耗性が要
求される両端部には鋼を用い、軸部をアルミニウム合金
にして1量化を図ることによりエンジン効率を向上させ
ることができる。その他にも同様に、カム部を耐摩耗性
のある鋼にし、軸部を軒量なアルミニウム合金としたカ
ムシャフトを接合成形することができる。そのほか、こ
の発明における異種部材としては、熱可塑性樹脂との組
合わせも考えられる。
次に、この発明の実施例を比較例と共に説明する。また
、第9図(a)〜(d)には比較例および実施例による
供試材の形状を示す。
、第9図(a)〜(d)には比較例および実施例による
供試材の形状を示す。
第9図(a) 〜(d)において、10−13は中実丸
棒状の軟鋼(JIS、520C)からなる硬質部材、2
0は同じく中実丸棒状のアルミニウム合金(JIS;A
3052)からなる軟質部材テあって、双方の部材10
−13.20はいずれも直1’ld=30mmである。
棒状の軟鋼(JIS、520C)からなる硬質部材、2
0は同じく中実丸棒状のアルミニウム合金(JIS;A
3052)からなる軟質部材テあって、双方の部材10
−13.20はいずれも直1’ld=30mmである。
また、比較例用としては、第9図(a)に示すように、
従来の平面状接合端面10a、20aを有する各部材1
0.20を用い、実施例として1士、第9図(b)に示
スように、硬質部材11の接合端面11aにテーパなし
の突出部11bを有するものと、第9図(c)に示すよ
うに、同じく突出部12bの先端外側にテーパ部12c
を有するものと、第9図(d)に示すように、同じく突
出部13bの先端外周側にテーパ部13cおよび付は根
に空気排出用の貫通孔13dを有するものとの三種類を
使用し、前記各突出部11b、12b、13bの寸法は
、いずれも外fJdl=18mm、内径d2=12mm
、長さ文−10mm ((b)参照)である。なお、軟
質部材20の接合端面2 ’Oaはいずれも平面状であ
る。
従来の平面状接合端面10a、20aを有する各部材1
0.20を用い、実施例として1士、第9図(b)に示
スように、硬質部材11の接合端面11aにテーパなし
の突出部11bを有するものと、第9図(c)に示すよ
うに、同じく突出部12bの先端外側にテーパ部12c
を有するものと、第9図(d)に示すように、同じく突
出部13bの先端外周側にテーパ部13cおよび付は根
に空気排出用の貫通孔13dを有するものとの三種類を
使用し、前記各突出部11b、12b、13bの寸法は
、いずれも外fJdl=18mm、内径d2=12mm
、長さ文−10mm ((b)参照)である。なお、軟
質部材20の接合端面2 ’Oaはいずれも平面状であ
る。
次に、摩擦圧接方式は、端面同士を突き合わせて相対的
に回転させ、相互の摩擦による熱を発生させたのち、軸
推力であるアプセット圧を加えて接合をするという、い
わゆるブレーキ方式であり、軸の回転数180 Or、
p、m、 、予熱圧5kgf/mm2.アプセット圧1
0kgf/mm2の条件で、各供試材について、予熱時
間をいくつか異ならせて圧接を行った。
に回転させ、相互の摩擦による熱を発生させたのち、軸
推力であるアプセット圧を加えて接合をするという、い
わゆるブレーキ方式であり、軸の回転数180 Or、
p、m、 、予熱圧5kgf/mm2.アプセット圧1
0kgf/mm2の条件で、各供試材について、予熱時
間をいくつか異ならせて圧接を行った。
そして、摩擦圧接後、各供試材について引張試験を行っ
た結果、次表に示す値を得た。
た結果、次表に示す値を得た。
なお、軟質部材20であるアルミニウム合金(A505
2)の引張強さは約30kgf 7mm2であった。
2)の引張強さは約30kgf 7mm2であった。
この表から明らかなように、接合端面に突出部を有する
硬質部材を使用して圧接した継手部は、接合端面同士が
平面状で圧接した継手部の2〜3倍の引張強度を得るこ
とができた。
硬質部材を使用して圧接した継手部は、接合端面同士が
平面状で圧接した継手部の2〜3倍の引張強度を得るこ
とができた。
なお、実施例にあっては、供試材に軟鋼とアルミニウム
合金を使用したが、その他アルミニウム合金と銅、チタ
ン合金とアルミニウム合金等の接合に適用できることは
いうまでもない。また、熱可塑性樹脂との組合わせも可
能である。
合金を使用したが、その他アルミニウム合金と銅、チタ
ン合金とアルミニウム合金等の接合に適用できることは
いうまでもない。また、熱可塑性樹脂との組合わせも可
能である。
以上説明してきたように、この発明によれば、異種部材
を摩擦圧接によって接合するに際し、両γ73材のうち
硬質部材の接合端面に環状の突出部をあらかじめ形成し
ておき、前記両部材を相対回転させながら前記接合端面
同士を圧接する過程で、前記突出部を軟質部材の接合端
面に圧入し、前記圧入後の加圧によって前記突出部を軟
質部材内で変形させる方法としたため、摩擦圧接による
冶金的な接合力に加えて、前記突出部の変形による機械
的な接合力を兼ね備えた継手にすることができ、従来の
一般的な摩擦圧接によっては充分な継手強度が得難いよ
うな異種部材の強固な接合を得ることができるという著
大なる効果を有している。
を摩擦圧接によって接合するに際し、両γ73材のうち
硬質部材の接合端面に環状の突出部をあらかじめ形成し
ておき、前記両部材を相対回転させながら前記接合端面
同士を圧接する過程で、前記突出部を軟質部材の接合端
面に圧入し、前記圧入後の加圧によって前記突出部を軟
質部材内で変形させる方法としたため、摩擦圧接による
冶金的な接合力に加えて、前記突出部の変形による機械
的な接合力を兼ね備えた継手にすることができ、従来の
一般的な摩擦圧接によっては充分な継手強度が得難いよ
うな異種部材の強固な接合を得ることができるという著
大なる効果を有している。
第1図(a)〜(d)および第2図はこの発明の第一実
施態様による圧接過程を順次説明する断面説明図および
加圧が過剰である場合の断面説明図、第3図および第4
図(a)〜(C)はこの発明の第二実施態様による突出
部の拡大断面説明図および圧接過程を順次説明する断面
説明図、第5図はこの発明の第三実施態様による接合部
材の他の形状例を説明する断面図、第6図はこの発明の
第四実施態様による接合部材のさらに他の形状例を説明
する断面図、第7図および第8図は突出部の付は根およ
び底部に空気排出用の孔を形成した場合を示す各々断面
説明図、第9図(a)〜(d)はこの発明による実施例
において使用した各供試材の形状。 寸法を説明する各々断面説明図である。 1.4,6,8,10,11,12.13・・・硬質部
材、la、4a、6a、8a、10a。 11a、12a、13a・・・硬質部材の接合端面、2
.4b、4c、6b、8b、llb、12b。 13b・・・突出部、3,5,7.20・・・軟質部材
、3a、5a、7a、20a・・・軟質部材の接合端面
。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 笛ζM :QJ L/ 白 第6図 第7仄 第8図 (
施態様による圧接過程を順次説明する断面説明図および
加圧が過剰である場合の断面説明図、第3図および第4
図(a)〜(C)はこの発明の第二実施態様による突出
部の拡大断面説明図および圧接過程を順次説明する断面
説明図、第5図はこの発明の第三実施態様による接合部
材の他の形状例を説明する断面図、第6図はこの発明の
第四実施態様による接合部材のさらに他の形状例を説明
する断面図、第7図および第8図は突出部の付は根およ
び底部に空気排出用の孔を形成した場合を示す各々断面
説明図、第9図(a)〜(d)はこの発明による実施例
において使用した各供試材の形状。 寸法を説明する各々断面説明図である。 1.4,6,8,10,11,12.13・・・硬質部
材、la、4a、6a、8a、10a。 11a、12a、13a・・・硬質部材の接合端面、2
.4b、4c、6b、8b、llb、12b。 13b・・・突出部、3,5,7.20・・・軟質部材
、3a、5a、7a、20a・・・軟質部材の接合端面
。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 笛ζM :QJ L/ 白 第6図 第7仄 第8図 (
Claims (1)
- (1)異種部材を摩擦圧接によって接合するに際し、両
部材のうち硬質部材の接合端面に環状の突出部をあらか
じめ形成しておき、前記両部材を相対回転させながら前
記接合端面同士を圧接する過程で、前記突出部を軟質部
材の接合端面に圧入し、前記圧入後の加圧によって前記
突出部を軟質部材内で変形させて両部材を接合すること
を特徴とする異種部材の摩擦圧接接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58003307A JPS59127982A (ja) | 1983-01-14 | 1983-01-14 | 異種部材の摩擦圧接接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58003307A JPS59127982A (ja) | 1983-01-14 | 1983-01-14 | 異種部材の摩擦圧接接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59127982A true JPS59127982A (ja) | 1984-07-23 |
Family
ID=11553695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58003307A Pending JPS59127982A (ja) | 1983-01-14 | 1983-01-14 | 異種部材の摩擦圧接接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59127982A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0627276A2 (en) * | 1993-05-20 | 1994-12-07 | The Welding Institute | Friction joining |
US9120139B2 (en) * | 2008-07-15 | 2015-09-01 | Yamanoiseiki Co., Ltd. | Method of and a device for forming a projection on a metal member and a metal part processed by the method of forming a projection |
-
1983
- 1983-01-14 JP JP58003307A patent/JPS59127982A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0627276A2 (en) * | 1993-05-20 | 1994-12-07 | The Welding Institute | Friction joining |
EP0627276A3 (en) * | 1993-05-20 | 1995-12-20 | Welding Inst | Friction connection. |
US9120139B2 (en) * | 2008-07-15 | 2015-09-01 | Yamanoiseiki Co., Ltd. | Method of and a device for forming a projection on a metal member and a metal part processed by the method of forming a projection |
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