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公開番号2025149150
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024049612
出願日2024-03-26
発明の名称線形摩擦接合方法および線形摩擦接合装置
出願人カナデビア株式会社,国立大学法人大阪大学
代理人弁理士法人松阪国際特許事務所,個人,個人,個人
主分類B23K 20/12 20060101AFI20251001BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】線形摩擦接合において、強度差が大きい2つの部材を適切に接合する。
【解決手段】線形摩擦接合方法は、第1部材81の第1面811と、第1部材81よりも強度が低い第2部材82の第2面821とを接合するものであり、第1部材81の補助加熱を行う工程(ステップS12)と、ステップS12に並行して、第1部材81の第1面811と第2部材82の第2面821とを所定方向に繰り返し摺動させ、第1面811および第2面821において新生面を形成する工程(ステップS13)と、第1面811と第2面821との摺動を停止し、第1面811および第2面821の新生面同士を接合させる工程(ステップS14)とを備える。ステップS12が、第1面811と第2面821との摺動以外により第1部材81の補助加熱を行う動作である。上記線形摩擦接合方法では、強度差が大きい第1部材81および第2部材82を適切に接合することができる。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
第１部材の第１面と、前記第１部材よりも強度が低い第２部材の第２面とを接合する線形摩擦接合方法であって、
ａ）前記第１部材の補助加熱を行う工程と、
ｂ）前記ａ）工程に並行して、または、前記ａ）工程の後に、前記第１部材の前記第１面と前記第２部材の前記第２面とを所定方向に繰り返し摺動させ、前記第１面および前記第２面において新生面を形成する工程と、
ｃ）前記第１面と前記第２面との摺動を停止し、前記第１面および前記第２面の前記新生面同士を接合させる工程と、
を備え、
前記ａ）工程が、前記第１面と前記第２面との摺動以外により前記第１部材の補助加熱を行う線形摩擦接合方法。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の線形摩擦接合方法であって、
前記ｂ）工程における前記第１面と前記第２面との摺動に並行して、前記第１部材が、前記第２部材よりも強度が高い補助部材とも摺動し、前記第１部材と前記補助部材との摩擦熱により、前記ａ）工程における前記第１部材の補助加熱が行われる線形摩擦接合方法。
【請求項３】
請求項１に記載の線形摩擦接合方法であって、
前記ｂ）工程において、前記第２部材の前記第２面を含む先端部位の、前記所定方向の一方側を向く面、および、他方側を向く面のそれぞれに対して、前記第２部材よりも強度が高い補助部材を接触させることにより、前記所定方向への前記先端部位の変形を拘束する拘束状態が形成されている線形摩擦接合方法。
【請求項４】
請求項３に記載の線形摩擦接合方法であって、
前記ｂ）工程における前記第１面と前記第２面との摺動に並行して、前記第１部材が、前記補助部材とも摺動し、前記第１部材と前記補助部材との摩擦熱により、前記ａ）工程における前記第１部材の補助加熱が行われる線形摩擦接合方法。
【請求項５】
第１部材の第１面と、前記第１部材よりも強度が低い第２部材の第２面とを接合する線形摩擦接合方法であって、
ａ）前記第２部材の前記第２面を含む先端部位において、前記第２面に平行な所定方向の一方側を向く面、および、他方側を向く面のそれぞれに対して、前記第２部材よりも強度が高い補助部材を接触させることにより、前記所定方向への前記先端部位の変形を拘束する拘束状態を形成する工程と、
ｂ）前記拘束状態を維持しつつ、前記第１部材の前記第１面と前記第２部材の前記第２面とを前記所定方向に繰り返し摺動させ、前記第１面および前記第２面において新生面を形成する工程と、
ｃ）前記第１面と前記第２面との摺動を停止し、前記第１面および前記第２面の前記新生面同士を接合させる工程と、
を備える線形摩擦接合方法。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１つに記載の線形摩擦接合方法であって、
前記拘束状態において、前記第２面に平行、かつ、前記所定方向に垂直な方向への前記先端部位の変形も拘束される線形摩擦接合方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の線形摩擦接合方法であって、
前記第１部材および前記第２部材における温度と強度との関係を示すグラフにおいて、前記第１部材および前記第２部材の融点を下回る温度範囲で、前記第１部材の前記関係を示す線と前記第２部材の前記関係を示す線とが交わらない線形摩擦接合方法。
【請求項８】
第１部材の第１面と、前記第１部材よりも強度が低い第２部材の第２面とを接合する線形摩擦接合装置であって、
前記第１部材を保持する第１保持部と、
前記第２部材を保持する第２保持部と、
前記第１部材の補助加熱を行う補助加熱手段と、
前記第１保持部を前記第２保持部に対して所定方向に相対的に振動させることにより、前記第１部材の前記第１面と前記第２部材の前記第２面とを前記所定方向に繰り返し摺動させ、前記第１面および前記第２面において新生面を形成する加振機と、
前記新生面の形成後、前記加振機を制御して前記第１面と前記第２面との摺動を停止し、前記第１面および前記第２面の前記新生面同士を接合させる制御部と、
を備え、
前記補助加熱手段が、前記第１面と前記第２面との摺動以外により前記第１部材の補助加熱を行う線形摩擦接合装置。
【請求項９】
第１部材の第１面と、前記第１部材よりも強度が低い第２部材の第２面とを接合する線形摩擦接合装置であって、
前記第１部材を保持する第１保持部と、
前記第２部材の前記第２面を含む先端部位において、前記第２面に平行な所定方向の一方側を向く面、および、他方側を向く面のそれぞれに対して、前記第２部材よりも強度が高い補助部材を接触させることにより、前記所定方向への前記先端部位の変形を拘束する拘束状態を維持しつつ、前記第２部材を保持する第２保持部と、
前記第１保持部を前記第２保持部に対して前記所定方向に相対的に振動させることにより、前記第１部材の前記第１面と前記第２部材の前記第２面とを前記所定方向に繰り返し摺動させ、前記第１面および前記第２面において新生面を形成する加振機と、
前記新生面の形成後、前記加振機を制御して前記第１面と前記第２面との摺動を停止し、前記第１面および前記第２面の前記新生面同士を接合させる制御部と、
を備える線形摩擦接合装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、線形摩擦接合方法および線形摩擦接合装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄と非鉄金属等の異材接合を行う場合、アーク溶接やレーザ溶接等の溶融溶接では、脆弱な金属間化合物の生成等が問題となるため、固相接合が適用されることがある。固相接合の１つとして、線形摩擦接合が知られている。線形摩擦接合では、部材同士を摺動（加圧および振動）させることにより摩擦熱で界面が軟化し、軟化した部位がバリとして排出されることにより新生面同士が接合される。本接合法では材料が溶融しないため、金属間化合物の生成を抑制しつつ異材接合が可能となる。
【０００３】
特許文献１では、一方の部材と他方の部材とを線形摩擦接合によって突合せ接合するとともに、当該一方の部材を第三の部材とも接合する手法について記載されている。当該一方の部材と第三の部材との接合は、線形摩擦接合における被接合界面で発生する摩擦熱の熱伝導により、当該一方の部材が昇温されることにより実現される。なお、当該一方の部材と第三の部材とは摺動しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７３６５６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、線形摩擦接合で異材接合を行う場合、温度と強度（降伏強度）との関係を示すグラフ（後述の図２参照）において、一方の部材の当該関係を示す線と他方の部材の当該関係を示す線との交点の強度に合わせて接合条件を調整することにより、双方の部材からバリを排出して新生面を形成することが可能となる。一方、鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）、鉄とアルミニウム（Ａｌ）等、強度差が大きい材料の部材の組合せでは、上記交点（すなわち、強度が一致する温度）が存在しない（後述の図３参照）。このような部材同士を摺動させても、強度が低い部材のみからバリが排出され、強度が高い部材には新生面が形成されない。その結果、両部材を適切に接合することができず、強度が高い（信頼性の高い）継手を得ることができない。
【０００６】
また、上記交点が存在する部材の組合せであっても、上記交点の温度よりも低い目標温度にて接合を行うことが好ましい場合がある。この場合に、当該目標温度における２つの部材の強度差が大きいときには、両部材を適切に接合することができない。したがって、線形摩擦接合において、強度差が大きい２つの部材を適切に接合する手法が求められている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、線形摩擦接合において、強度差が大きい２つの部材を適切に接合することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１は、第１部材の第１面と、前記第１部材よりも強度が低い第２部材の第２面とを接合する線形摩擦接合方法であって、ａ）前記第１部材の補助加熱を行う工程と、ｂ）前記ａ）工程に並行して、または、前記ａ）工程の後に、前記第１部材の前記第１面と前記第２部材の前記第２面とを所定方向に繰り返し摺動させ、前記第１面および前記第２面において新生面を形成する工程と、ｃ）前記第１面と前記第２面との摺動を停止し、前記第１面および前記第２面の前記新生面同士を接合させる工程とを備え、前記ａ）工程が、前記第１面と前記第２面との摺動以外により前記第１部材の補助加熱を行う。
【０００９】
本発明の態様２は、態様１の線形摩擦接合方法であって、前記ｂ）工程における前記第１面と前記第２面との摺動に並行して、前記第１部材が、前記第２部材よりも強度が高い補助部材とも摺動し、前記第１部材と前記補助部材との摩擦熱により、前記ａ）工程における前記第１部材の補助加熱が行われる。
【００１０】
本発明の態様３は、態様１の線形摩擦接合方法であって、前記ｂ）工程において、前記第２部材の前記第２面を含む先端部位の、前記所定方向の一方側を向く面、および、他方側を向く面のそれぞれに対して、前記第２部材よりも強度が高い補助部材を接触させることにより、前記所定方向への前記先端部位の変形を拘束する拘束状態が形成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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