(57)【要約】【課題】肉盛り材の材料を十分有効に活用することができる摩擦肉盛り方法を提供する。【解決手段】基材１０に対して肉盛り材２０を回転させつつ押圧して相対的に移動させることにより基材１０に肉盛り材２０を移行させて肉盛り層を形成する摩擦肉盛り方法において、前記基材１０と前記肉盛り材２０との接触部分の側方に添設部材４０を設け、肉盛り材２０の側方に突出するバリを前記添設部材４０に押圧させつつ基材１０に対して肉盛り材２０を相対的に移動させる。なお、添設部材４０を、基材１０側に設けもよく、或は、肉盛り材２０側に設けてもよい。また、添設部材４０に、基材１０と肉盛り材２０との接触部分に対応する部位に逃がし部を設けてもよい。さらに、肉盛り材２０の側面に当接して肉盛り材２０の芯振れを抑制する芯振れ抑制部材を設けてもよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対して肉盛り材を回転させつつ押圧して相対的に移動させることにより基材に肉盛り材を移行させて肉盛り層を形成する摩擦肉盛り方法において、
前記基材と前記肉盛り材との接触部分の側方に添設部材を設け、肉盛り材の側方に突出するバリを前記添設部材に押圧させつつ基材に対して肉盛り材を相対的に移動させることを特徴とする摩擦肉盛り方法。
【請求項２】
前記添設部材は、前記基材の表面において、前記肉盛り材の移動方向に沿って延設されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦肉盛り方法。
【請求項３】
前記添設部材は、前記肉盛り材と共に基材に対して相対的に移動するように、肉盛り材側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦肉盛り方法。
【請求項４】
前記添設部材には、前記基材と前記肉盛り材との接触部分に対応する部位に逃がし部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の摩擦肉盛り方法。
【請求項５】
前記肉盛り材の側面に当接して肉盛り材の芯振れを抑制する芯振れ抑制部材を設け、該芯振れ抑制部材によって回転軸芯を安定させて前記肉盛り材を回転させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の摩擦肉盛り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材に対して肉盛り材を回転させつつ押圧して相対的に移動させることにより基材に肉盛り材を移行させて肉盛り層を形成する摩擦肉盛り方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基材の表面に、この基材と同質または異質の材料を固着させるための方法としては、溶接や蒸着等、種々の方法があるが、中には、摩擦肉盛り方法がある。ここで、摩擦肉盛り方法とは、例えば図５（ａ）に示すように、基材１０の表面に肉盛り材２０を回転させつつ（図示矢印Ａ）押圧して、基材１０と肉盛り材２０との間に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱により肉盛り材２０の温度を融点近くまで上昇させた上で、基材１０の表面に対して相対的に肉盛り材２０を移動させることで（図示矢印Ｂ）、肉盛り材２０の材料をせん断して基材１０に移行させ、図５（ｂ）に示すように、基材１０の表面に肉盛り層３０を形成するものである。このような摩擦肉盛り方法によれば、肉盛り材２０の材料を、溶接等のように溶融させる必要がなく、固相のままで基材１０に移行させることができることから、肉盛り材２０の材料を変質させずに肉盛り層３０を形成することができる。また、蒸着等の表面処理に比して、短時間で厚い肉盛り層３０を形成することができる。
【０００３】
【非特許文献１】
編者：摩擦圧接協会、「摩擦圧接」、発行者：株式会社コロナ社、昭和５４年５月１０日初版第１刷発行、第２３頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の摩擦肉盛り方法では、図５（ｃ）に示すように、肉盛り材２０の先端部分に、側方に突出するバリ２１を生じる。そして、このバリ２１は、基材１０に移行されない余剰な材料となる。よって、従来の摩擦肉盛り方法では、肉盛り材２０の材料を十分有効に活用することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、肉盛り材の材料を十分有効に活用することができる摩擦肉盛り方法の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、
「基材に対して肉盛り材を回転させつつ押圧して相対的に移動させることにより基材に肉盛り材を移行させて肉盛り層を形成する摩擦肉盛り方法において、
前記基材と前記肉盛り材との接触部分の側方に添設部材を設け、肉盛り材の側方に突出するバリを前記添設部材に押圧させつつ基材に対して肉盛り材を相対的に移動させることを特徴とする摩擦肉盛り方法」
を、主要な手段とする。
【０００７】
肉盛り材の側方に突出するバリを添設部材に押圧させつつ基材に対して肉盛り材を相対的に移動させるため、肉盛り材の側方に突出するバリが成長しようとしても、このバリは、肉盛り層を形成する材料として、肉盛り材と基材との接触部分に潜り込む。よって、肉盛り材の側方に無用に大きく突出するバリが生じ難く、大きなバリが生じ難い分だけ、肉盛り材の材料の多くが基材に移行して、基材表面の肉盛り層となる。従って、本発明に係る摩擦肉盛り方法によれば、肉盛り材の材料を十分有効に活用することができる。
【０００８】
上記手段において、
「前記添設部材は、前記基材の表面において、前記肉盛り材の移動方向に沿って延設されていることを特徴とする摩擦肉盛り方法」
としてもよい。
【０００９】
この摩擦肉盛り方法は、添設部材を基材側に配設したものであり、添設部材の配設部位を特定したものである。この摩擦肉盛り方法によれば、基材の表面において、肉盛り材の移動方向に沿って添設部材を延設するだけで、肉盛り材の側方に突出するバリの成長を適確に抑制することができるため、簡単な構造によって、肉盛り材の材料を十分有効に活用することができる摩擦肉盛り方法を実現することができる。
【００１０】
また、上記手段において、
「前記添設部材は、前記肉盛り材と共に基材に対して相対的に移動するように、肉盛り材側に設けられていることを特徴とする摩擦肉盛り方法」
としてもよい。
【００１１】
この摩擦肉盛り方法は、添設部材を肉盛り材側に配設したものであり、添設部材の配設部位を特定したものである。この摩擦肉盛り方法によれば、添設部材が肉盛り材と共に基材に対して相対的に移動されるため、基材の表面に固定的に添設部材を配設する必要がない。よって、基材の表面に多様なパターンで肉盛り層を形成する際の自由度を向上させることができ、汎用性に優れた摩擦肉盛り方法を実現することができる。
【００１２】
また、上記手段において、
「前記添設部材には、前記基材と前記肉盛り材との接触部分に対応する部位に逃がし部が設けられていることを特徴とする摩擦肉盛り方法」
としてもよい。
【００１３】
添設部材にバリを押圧させつつ肉盛り材を回転させると、添設部材に押圧されたバリの反力により、肉盛り材に径方向の応力が生じ、回転する肉盛り材の軸芯が振れ、これにより肉盛り材に振動が生じる可能性がある。このように肉盛り材に振動が生じると、肉盛り材の材料が基材の表面に良好に移行せず、基材の表面に形成された肉盛り層において、基材との固着不良部分が生じる虞がある。
【００１４】
そこで、添設部材における基材と肉盛り材との接触部分に対応する部位に逃がし部を設けることで、肉盛り材の側方に生じるバリを、添設部材の逃がし部に一旦収容することとする。これにより、バリの反力により肉盛り材に径方向の応力が加わり難くなり、肉盛り材の振動が抑制される。
【００１５】
一方、バリが成長して逃がし部での収容許容量を超えると、この許容量を超えた分の材料は、肉盛り材と基材との接触部分に潜り込むのであるが、この時、バリの材料は、逃がし部から、肉盛り材のバリと基材との接触部分を通じて、肉盛り材の先端と基材との間に流動する。よって、肉盛り材の径方向には応力が加わり難く、この点からも、肉盛り材の振動が抑制される。なお、逃がし部の形状として、肉盛り材の径方向の寸法を肉盛り材の軸方向の寸法以上に設定すると、バリの材料を肉盛り材の軸方向に良好に流動させることができ、肉盛り材の径方向に応力が加わり難くすることができることから、好適である。
【００１６】
このように、添設部材に逃がし部を設ければ、多少のバリの発生を許容しつつ、バリの成長に伴ない、肉盛り材に径方向の応力を付与し難い状態で、バリの材料を肉盛り材と基材との接触部分に潜り込ませることができることから、肉盛り材の振動を抑制することができ、肉盛り材の材料を基材に、良好に固着させることができる。
【００１７】
さらに、上記手段において、
「前記肉盛り材の側面に当接して肉盛り材の芯振れを抑制する芯振れ抑制部材を設け、該芯振れ抑制部材によって回転軸芯を安定させて前記肉盛り材を回転させることを特徴とする摩擦肉盛り方法」
としてもよい。
【００１８】
この摩擦肉盛り方法では、芯振れ抑制部材により肉盛り材に生じる芯振れの振動が抑制されるため、肉盛り材の材料を基材に、良好に固着させることができる。なお、芯振れ抑制部材を、肉盛り材に対して相対的に移動するように、基材側に配設してもよく、或は、基材に対して相対的に移動するように、肉盛り材側に配設してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る摩擦肉盛り方法の実施形態の一例を、図面に従って詳細に説明する。なお、本発明に係る摩擦肉盛り方法は、基材の表面に、基材と同質又は異質の材質からなる厚い肉盛り層を短時間で形成することができるものであり、特に限定するものではないが、鋼や鋳鉄等の鉄系金属の表面改質として、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅等の非鉄金属、或は、これら非鉄金属の合金等、異質金属の表面層を形成したり、金型修正等において、同質金属の肉盛り層を形成する際等に好適に用いることができる手法である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、摩擦肉盛り方法では、基材１０に対して肉盛り材２０を回転させつつ（図示矢印Ａ）押圧して相対的に移動させる（図示矢印Ｂ）ことにより、基材１０に肉盛り材２０を移行させて肉盛り層を形成するのであるが、本発明に係る摩擦肉盛り方法においては、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材１０と肉盛り材２０との接触部分の側方に添設部材４０が設けられており、肉盛り材２０の側方に生じるバリがこの添設部材４０に押圧されるようにして、基材１０に対して肉盛り材２０を相対的に移動させる。
【００２１】
ここで、本例においては、肉盛り材２０が円柱状に形成されている。一方、添設部材４０は四角柱状で長尺状に形成されており、基材１０の表面において、肉盛り材２０の移動方向に沿って延設された状態で基材１０に固定されている。また、添設部材４０は、肉盛り材２０の周面に接触する状態で、配置されている。さらに、添設部材４０は、肉盛り材２０と添設部材４０との接触部分において、肉盛り材２０の回転方向が、添設部材４０に対する肉盛り材２０の移動方向と対向する側に配置されている。このような添設部材４０の配置態様は、肉盛り材２０を回転する刃具と想定し、添設部材４０をワークと想定した場合に、フライス加工等の切削加工におけるダウンカットの態様となる。
【００２２】
このような摩擦肉盛り方法では、肉盛り材２０の側方に突出するバリが添設部材４０によって押圧されるため、バリの材料が肉盛り材２０と基材１０との接触部分に潜り込み、肉盛り層を形成する材料として活用される。よって、バリとなる余剰な材料を削減することができる。
【００２３】
次に、添設部材４０を設けない従来の摩擦肉盛り方法と、本発明に係る摩擦肉盛り方法とで、肉盛効率（％）に着目した比較例を説明する。ここで、肉盛効率とは、基材１０に移行された材料及びバリとなった材料を含めて、原材料としての円柱状の肉盛り材２０から消費された材料に対して、基材１０に移行した材料、すなわち、肉盛り層を形成する材料として活用された材料、の割合を示すものである。
【００２４】
本比較例では、基材１０として、一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００を材質とする長さ２３０ｍｍ×幅７５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの板材を採用し、肉盛り材２０として、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６を材質とする直径２０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの棒材を採用し、添設部材４０として、一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００を材質とする１辺２５ｍｍの角材を採用した。また、摩擦肉盛り方法の各種条件として、基材１０に対して肉盛り材２０を押圧する摩擦圧力：Ｐ（ＭＰａ）、肉盛り材２０の回転数：Ｎ（ｒｐｍ）、基材１０に対する肉盛り材２０の相対的な送り速度：Ｖ（ｍｍ／ｓ）を以下のように４種類設定し、実験を行った。
（１）Ｐ＝５０．９ＭＰａ、Ｎ＝８００ｒｐｍ、Ｖ＝８ｍｍ／ｓ
（２）Ｐ＝７０．０ＭＰａ、Ｎ＝８００ｒｐｍ、Ｖ＝８ｍｍ／ｓ
（３）Ｐ＝５０．９ＭＰａ、Ｎ＝１２００ｒｐｍ、Ｖ＝８ｍｍ／ｓ
（４）Ｐ＝５０．９ＭＰａ、Ｎ＝８００ｒｐｍ、Ｖ＝２ｍｍ／ｓ
【００２５】
実験の結果、図２に示すように、従来の摩擦肉盛り方法では、棒グラフａ（斜線のグラフ）に示すように、全ての条件下において、４０％に満たない低い肉盛効率であったのに対して、本発明に係る摩擦肉盛り方法では、棒グラフｂ（白抜きのグラフ）に示すように、全ての条件下において、最低でも７５％に達し、最高で９０％を超えた高い肉盛効率を得ることができ、従来の肉盛効率を２倍以上に向上させることができた。
【００２６】
ところで、本発明に係る摩擦肉盛り方法は、上述の例に限らず、例えば添設部材４０の配置態様において、以下のように種々の変更が可能である。
【００２７】
例えば、肉盛り材２０の周面に接触するように添設部材４０を配置するに限らず、肉盛り材２０と添設部材４０との間に、例えば直径２０ｍｍの肉盛り材２０に対して１ｍｍ等、適宜のクリアランスが設けられるように添設部材４０を配置してもよい。ここで、クリアランスを設ける場合、クリアランスが大きすぎるとバリの抑制効果が低下するため、クリアランスとしては、肉盛り材２０の直径に対して２％以下、好適には１％以下、さらに好適には０．５％以下とするのがよい。
【００２８】
また、添設部材４０の配置部位を、肉盛り材２０と添設部材４０との接触部分において、肉盛り材２０の回転方向が、添設部材４０に対する肉盛り材２０の移動方向と同方向となる側に配置してもよい。このような添設部材４０の配置態様は、肉盛り材２０を回転する刃具と想定し、添設部材４０をワークと想定した場合に、フライス加工等の切削加工におけるアップカットの態様となる。
【００２９】
但し、このようなアップカットの態様では、肉盛り材２０のバリの材料が、基材１０に対して相対的に移動する肉盛り材２０の移動方向の後側から基材１０と肉盛り材２０との接触部分に供給されることになるため、肉盛り材２０の先端から基材１０に移行する材料にバリの材料が衝突するような状態となり、肉盛り材２０に振動が生じ易くなる。これに対して、上述した例のようにダウンカットの態様では、肉盛り材２０のバリの材料が、基材１０に対して相対的に移動する肉盛り材２０の移動方向の前側から基材１０と肉盛り材２０との接触部分に供給されることになるため、バリの材料が円滑に流動し、肉盛り材２０に振動が生じ易くなる。よって、ダウンカットの態様となるように添設部材４０を配置するのが好適である。
【００３０】
ところで、例えば図３（ａ）に示すように、肉盛り材２０の側面に当接して肉盛り材２０の芯振れを抑制する芯振れ抑制部材５０を設けてもよい。このように芯振れ抑制部材５０を設けることで、肉盛り材２０に生じる振動を抑制して、肉盛り材２０の回転軸芯を安定させることができ、肉盛り材２０の材料を基材１０の表面に良好に固着させることができる。
【００３１】
図３（ａ）に示す例では、基材１０の表面における添設部材４０と対向する部位に、肉盛り材２０の側面に当接して肉盛り材２０の移動のガイドとなる長尺状の芯振れ防止部材５０が、肉盛り材２０の移動方向に沿って延設されている。ここで、芯振れ防止部材５０を、肉盛り材２０との接触部分が添設部材４０よりも上方に位置する部位となるような形態とすると、肉盛り材２０に生じたバリが芯振れ防止部材５０に干渉し難くなり、好適である。なお、芯振れ防止部材５０としては、基材１０側に設けられるもの限らず、肉盛り材２０と共に基材１０に対して相対的に移動するように、肉盛り材２０側に設けてもよい。
【００３２】
また、例えば図３（ｂ）に示すように、添設部材４０において、基材１０と肉盛り材２０との接触部分に対応する部位に逃がし部４１を設けてもよい。ここで、図３（ｂ）に示す例では、逃がし部４１として、基材１０と肉盛り材２０との接触部分に対応する部位をＣ面取りしてなる断面三角形状のものを示したが、これに限らず、図３（ｃ）に示すように、断面矩形状の逃がし部４１等、種々の形状のものを採用することができる。
【００３３】
このように添設部材４０に逃がし部４１を設けることで、肉盛り材２０から生じるバリをある程度許容しつつ、許容量を超えたバリの材料を、逃がし部４１からバリの下面を通じて基材１０と肉盛り材２０との接触部分に流動させることができる。よって、肉盛り材２０のバリが添設部材４０によって押圧されても、肉盛り材２０に径方向の応力が加わり難く、肉盛り材２０の芯振れを生じ難くすることができる。なお、逃がし部４１の形状として、肉盛り材２０の径方向の寸法を大きく、肉盛り材２０の軸方向の寸法を小さく設定すれば、逃がし部４１によって許容される肉盛り材２０の側方に突出するバリを、肉盛り材２０の径方向に大きく広がらせることができる。これにより、許容量を超えたバリの材料を、肉盛り材２０の径方向に大きな応力を与えることなくバリの下面に潜り込ませることができる。
【００３４】
一方、添設部材４０を基材１０側に設けるに限らず、肉盛り材２０と共に基材１０に対して相対的に移動するように、肉盛り材２０側に設けてもよい。例えば図４に、添設部材４０を肉盛り材２０側に設けた例を示す。
【００３５】
この例では、肉盛り材２０を回転駆動させると共に基材１０に押圧する装置（図示省略）側の部材に、肉盛り材２０を挿通して肉盛り材２０の回転軸芯を安定させる芯出し装置（図示省略）が設けられている。そして、芯出し装置には、肉盛り材２０の回転軸芯と略平行な回転軸芯を有する１個以上のローラ６０が具備されている。ここで、各ローラ６０は、肉盛り材２０の外周面に当接するようにして肉盛り材２０の周囲に配設され、肉盛り材２０の回転軸芯の振れを抑制するものであり、芯振れ抑制部材５０を構成するものである。また、各ローラ６０は、その下面が基材１０に当接するように、または、その下面と基材１０の表面との間に僅かなクリアランスを確保して配置されている。このようなローラ６０は、肉盛り材２０の回転に伴ない、肉盛り材２０先端に生じるバリを押圧して、肉盛り材２０と基材１０との接触部分にバリの材料を潜り込ませるものであり、添設部材４０を構成するものでもある。なお、本例では、３個のローラ６０を具備したものを示すが、このローラ６０は、単数であってもよく、或は、複数であってもよい。
【００３６】
このように、本例では、芯振れ抑制部材５０と添設部材４０とが、芯出し装置の各ローラ６０によって兼用して構成されており、全体の構成がコンパクトに納められている。また、芯出し装置は、基材１０に対して肉盛り材２０と共に相対的に移動するため、芯振れ抑制部材５０や添設部材４０を基材１０側に設けた場合とは異なり、芯振れ抑制部材５０や添設部材４０の形態に束縛されず、肉盛り材２０を基材１０表面上にて自由に移動させることができ、基材１０表面に多様なパターンで肉盛り層を形成することができる。よって、芯振れ抑制部材５０や添設部材４０を基材１０側に設けた場合に比して、肉盛り層の形成パターンの自由度が高く、汎用性が向上される。なお、添付部材４０として機能する各ローラ６０において、基材１０と肉盛り材２０との接触部分側となる下面の外周縁部分に、上述のような種々の形状の逃がし部４１を設けることも好適である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、肉盛り材の材料を十分有効に活用することができる摩擦肉盛り方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係る摩擦肉盛り方法の概略を示す斜視図であり、（ｂ）は、断面正面図である。
【図２】従来の摩擦肉盛り方法と本発明に係る摩擦肉盛り方法との比較例を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、芯振れ抑制部材の一例を示す断面正面図であり、（ｂ）は、添設部材に逃がし部を設けた一例を示す断面正面図であり、（ｃ）は、添設部材に逃がし部を設けた別例を示す断面正面図である。
【図４】添設部材及び芯振れ抑制部材の別例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、従来の摩擦肉盛り方法の概略を示す斜視図であり、（ｂ）は、肉盛り層を示す断面正面図であり、（ｃ）は、肉盛り材のバリを示す断面正面図である。
【符号の説明】
１０  基材
２０  肉盛り材
２１  バリ
３０  肉盛り層
４０  添設部材
４１  逃がし部
５０  芯振れ抑制部材
６０  ローラ
【図１】
2005014030.tif 000003
【図２】
2005014030.tif 000004
【図３】
2005014030.tif 000005
【図４】
2005014030.tif 000006
【図５】
2005014030.tif 000007