(57)【要約】    設計が容易な摩擦圧接部品および摩擦圧接方法を提供する。  断面変化のない等断面部（１１）を有するアルミニウム合金製の第一部材（１０）と、断面変化のない等断面部（２１）を有するアルミニウム合金製の第二部材（２０）とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品（１）である。等断面部（１１，２１）が摩擦圧接されており、かつ、摩擦圧接により生じた熱影響部（Ｈ）が、等断面部（１１，２１）のみに形成されている。第一部材（１０）の等断面部（１１）および第二部材（２０）の等断面部（２１）は、それぞれ円筒状を呈しており、かつ、断面寸法が同一であることが望ましい。
2008010265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面変化のない等断面部を有するアルミニウム合金製の第一部材と、断面変化のない等断面部を有するアルミニウム合金製の第二部材とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品であって、
前記等断面部同士が摩擦圧接されており、かつ、摩擦圧接により生じた熱影響部が、前記等断面部のみに形成されていることを特徴とする摩擦圧接部品。
【請求項２】
前記第一部材の前記等断面部および前記第二部材の前記等断面部は、それぞれ円筒状を呈しており、かつ、断面寸法が同一であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の摩擦圧接部品。
【請求項３】
摩擦圧接後における前記各等断面部の長さが、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の摩擦圧接部品。
【請求項４】
前記各等断面部の肉厚ｔが２〜５ｍｍの範囲にあり、
摩擦圧接後における前記各等断面部の長さが、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の摩擦圧接部品。
【請求項５】
摩擦圧接前における前記各等断面部の長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の摩擦圧接部品。
【請求項６】
前記第一部材は、パイプ状の押出形材よりなり、
前記第二部材は、押出形材を利用して形成したエンド部材よりなり、
前記第二部材の前記等断面部は、前記押出形材の一部に切削加工と穴あけ加工とを施すことで形成されたものであり、円筒状を呈しており、かつ、摩擦圧接前における長さが、外径以下であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記載の摩擦圧接部品。
【請求項７】
肉厚ｔが２〜５ｍｍの範囲にあり、長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上である円筒状の等断面部を有するアルミニウム合金製の第一部材と、
前記第一部材の前記等断面部と同一断面形状を有し、かつ、長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上である円筒状の等断面部を有するアルミニウム合金製の第二部材と、を摩擦圧接する方法であって、
前記第一部材と前記第二部材とを相対回転させつつ前記等断面部同士を突き合せて摩擦圧力を付与する摩擦過程と、
前記相対回転を停止し始めた時点から０．５秒以内に、前記摩擦圧力よりも大きなアプセット圧力を付与するアプセット過程と、を含み、
全寄り代をｔ以上とし、かつ、摩擦圧接後における前記各等断面部の長さを５ｍｍ以上とすることを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項８】
前記第一部材は、パイプ状の押出形材よりなり、
前記第二部材は、押出形材を利用して形成したエンド部材よりなり、
前記第二部材の前記等断面部は、前記押出形材の一部に切削加工を施すことで形成されたものであり、円筒状を呈しており、かつ、摩擦圧接前における長さが、外径以下であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の摩擦圧接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦圧接部品および摩擦圧接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アッパリンク、ロアリンク、ラジアスロッドなどサスペンションを構成する棒状部品（以下、「サスペンション部品」という。）には、鉄鋼材料が用いられていたが、車両の軽量化という観点から、近年では、アルミニウム合金材料が用いられることも多く、例えば特開平１１−１５６５６２号公報には、アルミニウム合金製のパイプ状部材の両端にアルミニウム合金製のエンド部材を摩擦圧接してなるサスペンション部品が開示されている。【０００３】
なお、摩擦圧接は、固相接合の一種であることから、溶融溶接に見られる欠陥が発生せず、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接のような特殊な技能を必要とせずに種々の部材を一定の品質で接合できることから、広範な分野で使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
摩擦圧接をすると、圧接時の摩擦熱によって、母材の強度と異なる強度・材質を有する熱影響部（ＨＡＺ＝Heat Affected Zone）が接合界面の周辺に不可避的に発生するところ、この熱影響部が応力集中の生じ易い断面変化部（断面形状が変化している部位）に及んでいると、サスペンション部品の設計が煩雑になってしまう。つまり、断面変化部に熱影響部が及んでいると、断面変化による応力の変化と、熱影響による強度の変化とを考慮しなければならず、サスペンション部品の設計が難しくなってしまう。【０００５】
なお、前記した問題は、パイプ状部材とエンド部材とを摩擦圧接してなるサスペンション部品に限らず、第一部材と第二部材とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品にも共通して当てはまる問題である。【０００６】
このような観点から、本発明は、設計が容易な摩擦圧接部品および摩擦圧接方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決する本発明に係る摩擦圧接部品は、断面変化のない等断面部を有するアルミニウム合金製の第一部材と、断面変化のない等断面部を有するアルミニウム合金製の第二部材とを摩擦圧接してなる摩擦圧接部品であって、前記等断面部同士が摩擦圧接されており、かつ、摩擦圧接により生じた熱影響部が、前記等断面部のみに形成されていることを特徴とする。なお、本発明は、上記のように一般的な摩擦圧接部品に利用されるが、特に、乗用車のサスペンションロッド等のサスペンション部品に最適に利用されるものである。【０００８】
要するに、本発明は、摩擦圧接される第一部材および第二部材の各々に等断面部を設けるとともに、摩擦圧接により生じる熱影響部が等断面部以外の部位に及ばないようにしたところに意義がある。このようにすると、熱影響による強度の変化が等断面部のみに発生することになるので、第一部材または第二部材に断面変化部が存在する場合であっても、その設計が容易になる。すなわち、本発明に係る摩擦圧接部品によれば、摩擦圧接部品の断面変化部を設計する際に、熱影響による強度の変化を考慮する必要がなくなるので、その分だけ設計が容易になる。【０００９】
なお、前記第一部材の前記等断面部および前記第二部材の前記等断面部が、それぞれ円筒状を呈している場合には、両等断面部を同一の断面形状とすることが望ましい。等断面部を円筒状にすると、等断面部同士を摩擦圧接したときに、等断面部の端面（突合面）に形成されている酸化皮膜がバリとともに排出され易くなる。また、両等断面部を同一の断面形状とすると、接合界面で発生した摩擦熱が各等断面部に均等に伝達し、強度分布が左右対称になるので、設計がより一層容易になる。さらに、バリの形状を左右同じにすることが容易となり、その結果、接合部の有効接合面積を得るための摩擦圧接条件を容易に設定できることになる。【００１０】
本発明者らは、第一部材の等断面部と第二部材の等断面部が円筒状を呈しており、かつ、断面寸法が同一である場合には、摩擦圧接後における前記各等断面部の長さを５ｍｍ以上確保すれば、断面変化部に熱影響部が及ばないとの知見を得た。すなわち、摩擦圧接後における等断面部の長さが５ｍｍ以上になっている摩擦圧接部品であれば、断面変化部を設計する際に、熱影響による強度の変化を考慮する必要がなくなるので、その分だけ設計が容易になる。【００１１】
特に、等断面部が円筒状で、その肉厚ｔが２〜５ｍｍの範囲にある場合には、摩擦圧接後における前記各等断面部の長さを５ｍｍ以上にすると、摩擦圧接により生じる熱影響部がより一層確実に等断面部のみに形成されることになる。【００１２】
なお、摩擦圧接前の前記各等断面部の長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上である場合には、摩擦圧接によって等断面部の長さを少なくともｔ／２だけ縮めることで、摩擦圧接後における等断面部の長さを５ｍｍ以上にするとよい。このようにすると、摩擦圧接により生じる熱影響部が等断面部のみに形成されるだけでなく、等断面部の端面に形成された酸化皮膜が接合界面に存在しなくなるので、接合強度にばらつきが無くなる。【００１３】
本発明においては、第一部材および第二部材の形態等に特に制限はないが、摩擦圧接部品をサスペンションロッド等のサスペンション部品として使用する場合などにおいては、パイプ状の押出形材を前記第一部材とし、押出形材を利用して形成したエンド部材を前記第二部材とすることができる。前記第二部材の前記等断面部は、円筒状とし、摩擦圧接前における長さを、当該等断面部の外径以下とすることが望ましい。なお、第二部材の等断面部は、前記押出形材の一部に切削加工と穴あけ加工とを施すことで形成することができる。前記第二部材の前記等断面部の摩擦圧接前における長さを、その外径以下とすると、切削加工や穴あけ加工にかかる時間や費用が増大することを防止することができ、また、取り除かれるアルミニウム合金の容積が少なくなるので、材料が無駄になることがない。換言すれば、第二部材の等断面部の摩擦圧接前における長さを、外径よりも大きくすると、切削加工や穴あけ加工にかかる時間や費用が増大し、また、取り除かれるアルミニウム合金の容積が多くなるので、材料が無駄になってしまう。【００１４】
前記した課題を解決する本発明に係る摩擦圧接方法は、肉厚ｔが２〜５ｍｍの範囲にあり、長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上である筒状の等断面部を有するアルミニウム合金製の第一部材と、前記第一部材の前記等断面部と同一断面形状を有し、かつ、長さが（６ｍｍ＋ｔ／２）以上である円筒状の等断面部を有するアルミニウム合金製の第二部材と、を摩擦圧接する方法であって、前記第一部材と前記第二部材とを相対回転させつつ前記等断面部同士を突き合せて摩擦圧力を付与する摩擦過程と、前記相対回転を停止し始めた時点から０．５秒以内に、前記摩擦圧力よりも大きなアプセット圧力を付与するアプセット過程と、を含み、全寄り代をｔ以上とし、かつ、摩擦圧接後における前記各等断面部の長さを５ｍｍ以上とすることを特徴とする。【００１５】
このようにすると、摩擦圧接により生じる熱影響部が等断面部のみに形成されるだけでなく、等断面部の端面に形成された酸化皮膜が接合界面に存在しなくなるので、接合強度にばらつきが無くなる。【００１６】
本発明に係る摩擦圧接方法においても、第一部材および第二部材の形態等に特に制限はないが、得られた摩擦圧接部品をサスペンションロッド等のサスペンション部品として使用する場合などにおいては、パイプ状の押出形材を前記第一部材とし、押出形材を利用して形成したエンド部材を前記第二部材とすることができる。前記第二部材の前記等断面部は、円筒状とし、摩擦圧接前における長さを、当該等断面部の外径以下とすることが望ましい。なお、第二部材の等断面部は、前記押出形材の一部に切削加工と穴あけ加工とを施すことで形成することができる。前記第二部材の前記等断面部の摩擦圧接前における長さを、その外径以下とすると、切削加工や穴あけ加工にかかる時間や費用が増大することを防止することができ、また、加工により取り除かれるアルミニウム合金の容積が少なくなるので、材料が無駄になることがない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る摩擦圧接部品によれば、その設計が容易になる。また、本発明に係る摩擦圧接方法によれば、設計が容易な摩擦圧接部品を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る摩擦圧接部品を示す断面図、（ｂ）は摩擦圧接前における第一部材および第二部材を示す断面図である。
【図２】（ａ）は摩擦圧接された部位の周辺を示す拡大断面図、（ｂ）は摩擦圧接により発生したバリを切除した状態を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る摩擦圧接方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】（ａ）等断面部を具備する第一部材と等断面部を具備しない第二部材を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す第一部材と第二部材とを摩擦圧接した状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）等断面部を具備する第一部材と等断面部を具備しない第二部材を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す第一部材と第二部材とを摩擦圧接した状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は第二部材の成形手順を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    摩擦圧接部品
１０    第一部材
１１    等断面部
２０    第二部材
２１    等断面部
Ｈ    熱影響部
Ｊ    接合界面
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、摩擦圧接部品がサスペンション部品の一種であるサスペンションロッドである場合を例示するが、本発明に係る摩擦圧接部品の用途を限定する趣旨ではない。【００２１】
図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る摩擦圧接部品１は、パイプ状部材である第一部材１０の両端にエンド部材である第二部材２０，２０を摩擦圧接してなるものであり、第一部材１０と第二部材２０の接合界面Ｊの周囲には、熱影響部Ｈが形成されている。【００２２】
第一部材１０は、図１の（ｂ）に示すように、円管状を呈するアルミニウム合金製の押出形材からなり、本体部１２と、この本体部１２の両端部の各々に形成された等断面部１１とを備えている。【００２３】
摩擦圧接前における等断面部１１は、押出方向に断面変化のない円筒状を呈している。摩擦圧接前においては、等断面部１１の肉厚ｔが２〜５ｍｍの範囲にあることが望ましく、長さＬ１が（６ｍｍ＋ｔ／２）以上であることが望ましい。等断面部１１の外径は、乗用車のサスペンションロッド等のサスペンション部品に最適に利用される寸法でもある２０〜２８ｍｍの範囲にあることが望ましい。また、図１の（ａ）に示すように、摩擦圧接後においては、接合界面Ｊおよびその近傍における等断面部１１の肉厚ｔ’（図２の（ａ）参照）が摩擦圧接前における肉厚ｔの１．４倍以上になっていることが望ましく、長さＬ１’が５ｍｍ以上確保されていることが望ましい。なお、本実施形態では、本体部１２も押出方向に断面変化のない円筒状を呈していて、等断面部１１と同じ断面形状を備えている。【００２４】
第二部材２０，２０は、それぞれ、アルミニウム合金製の押出形材を利用して形成されたものであり、等断面部２１と断面変化部２２とを備えている。なお、二つの第二部材２０，２０の主要な構成は同様であるので、以下の説明においては、一方（図１において右側）の第二部材２０についてのみ説明を行い、他方の第二部材２０については、その詳細な説明を省略する。【００２５】
図１の（ｂ）に示すように、摩擦圧接前における等断面部２１は、断面変化のない円筒状を呈しており、かつ、第一部材１０の等断面部１１と同一の断面形状に成形されている。摩擦圧接前における等断面部２１の長さＬ２は、（６ｍｍ＋ｔ／２）以上外径以下であることが望ましい。また、図２の（ａ）に示すように、摩擦圧接後においては、接合界面Ｊにおける等断面部２１およびその近傍の肉厚ｔ’が摩擦圧接前における肉厚ｔの１．４倍以上になっていることが望ましく、長さＬ２’が５ｍｍ以上であることが望ましい。なお、摩擦圧接前における等断面部２１の断面形状（肉厚、外径、内径）を第一部材１０の等断面部１１と異ならせる場合であっても、摩擦圧接前における等断面部２１の肉厚ｔは、２〜５ｍｍの範囲にあることが望ましく、摩擦圧接後においては、接合界面Ｊおよびその近傍における等断面部２１の肉厚ｔ’が摩擦圧接前における肉厚ｔの１．４倍以上になっていることが望ましい。【００２６】
第二部材（エンド部材）２０は、図６の（ａ）に示すように、押出方向に長く形成されたアルミニウム合金製の押出形材２００を、所定の寸法に切り出してこれに加工を施すことにより形成される。なお、押出形材２００から切り出された状態の第二部材２０は、等断面部２１が角柱状となっているので、これに対して切削加工を施すことで等断面部２１を円柱状に成形し（図６の（ｂ）参照）、さらに、円柱状に成形された等断面部２１に穴あけ加工を施すことで、等断面部２１を有底円筒状に成形する（図６の（ｃ）参照）。なお、穴あけ加工を施してから切削加工を施しても勿論差し支えない。【００２７】
熱影響部Ｈは、摩擦熱による熱履歴によって母材の強度・材質と異なる強度・材質に変質した部位であって、例えばＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）の摩擦圧接である場合には、３００度以上に昇温し、強度が母材の強度より低下して所定の強度に達しない部位が相当する。熱影響部Ｈは、等断面部１１，２１のみに形成されていて、断面変化部２２には及んでいない。なお、熱影響部Ｈの強度は、第一部材１０および第二部材２０が熱処理型合金（ＪＩＳ規格の２０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）、ＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）、ＪＩＳ規格の７０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金））からなる場合には、母材よりも小さくなり、非熱処理型合金（ＪＩＳ規格の１０００系アルミニウム合金（純アルミニウム系）、ＪＩＳ規格の３０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、ＪＩＳ規格の５０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ系合金））からなる場合には、母材よりも大きくなる。【００２８】
接合界面Ｊは、等断面部１１，２１の突合面である。接合界面Ｊの面積は、摩擦圧接前における等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａの面積の１．４倍以上になっている。なお、端面１１ａ，２１ａの面積が異なる場合には、接合界面Ｊの面積は、小さい方の面積の１．４倍以上とすればよい。【００２９】
なお、アルミニウム合金の種類に特に制限はないが、摩擦圧接部品１をサスペンション部品として用いる場合には、Ｔ６処理をしたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格の６０００系アルミニウム合金であって溶体化処理後に焼入れ処理をし、その後に人工時効処理をしたもの）であることが望ましい。特に、Ｔ６処理をしたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格のアルミニウム合金６０６１−Ｔ６）であれば、強度が高く（０．２％耐力が２４５ＭＰａ以上）、耐久性（応力腐食割れ性や耐候性など）も高いので、より一層望ましい。【００３０】
次に、第一部材１０と第二部材２０とを摩擦圧接する方法（すなわち、摩擦圧接部品１の製造方法）を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、後記する摩擦寄り代ｘ、アプセット寄り代ｙおよび全寄り代ｚは、１回の製造工程での接合箇所が１箇所である場合（すなわち、一つの第二部材２０を第一部材１０に摩擦圧接する場合）を想定したものであるので、二つの第二部材２０，２０を同時に第一部材１０に摩擦圧接する場合（すなわち、１回の製造工程での接合箇所が２箇所の場合）の摩擦寄り代ｘ’、アプセット寄り代ｙ’および全寄り代ｚ’は、それぞれ、２ｘ、２ｙ、２ｚとなる。【００３１】
本実施形態に係る摩擦圧接方法は、準備過程と摩擦過程とアプセット過程とを含んでいる。【００３２】
準備過程では、第一部材１０を図示せぬ摩擦圧接装置のクランプで把持するとともに、第二部材２０を、その等断面部２１の中心軸線が第一部材１０の等断面部１１の中心軸線と同軸となるように図示せぬ摩擦圧接装置の主軸のチャックで把持する。【００３３】
摩擦過程では、第一部材１０と第二部材２０とを相対回転させつつ、第二部材２０を第一部材１０に向かって前進させて第一部材１０の等断面部１１の端面１１ａ（図１の（ｂ）参照）と第二部材２０の等断面部２１の端面２１ａ（図１の（ｂ）参照）とを突き合せ、突合面（すなわち、等断面部１１の端面１１ａおよび等断面部２１の端面２１ａ）に摩擦圧力Ｐ１を付与する。等断面部１１，２１を相対回転させつつ突合面に圧力を付与すると、摩擦熱によって突合面の周囲に母材よりも軟らかい軟化部が形成される。そして、軟化部の流動性が高まると、等断面部１１，２１の内外へ押し出されてバリとなり、その結果、接合界面Ｊ付近の肉厚が増加することになる（図２の（ａ）参照）。なお、摩擦圧接前の等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａに存在している酸化皮膜や付着物などは、バリとともに排出されることになる。【００３４】
図３に示すように、相対回転数（主軸の回転数）は、第一部材１０と第二部材２０とを突き合せた時点（時刻Ｔ０）からの相対変位量（主軸の前進量）が摩擦寄り代ｘに達する時刻Ｔ１まで一定に保ち、その後、減少させ始める。摩擦圧力Ｐ１は、少なくとも、第一部材１０と第二部材２０とを突き合せて相対回転数Ｎを保持している間、一定に保つ。なお、本実施形態では、相対回転を停止し始めた後（すなわち、摩擦寄り代ｘに達した後）も、時刻Ｔ２までは突合面に摩擦圧力Ｐ１を付与している。【００３５】
突合面の温度が摩擦圧接に必要な温度に昇温するまでの時間は、主軸の回転数（第一部材１０と第二部材２０の相対回転数）が小さいほど、また、摩擦圧力Ｐ１が小さい（すなわち、摩擦寄り速度が小さい）ほど長くなるが、時間をかけて突合面を昇温させると、摩擦熱が突合面から母材側に放散されるため、摩擦圧接に利用される摩擦熱の割合が低下するばかりでなく、熱影響部Ｈの範囲が増大することになる。このような観点から、好適には、主軸の回転数を毎分１０００回転以上に設定するとともに、摩擦圧力Ｐ１を１５ＭＰａ以上に設定することが望ましい。また、摩擦圧力Ｐ１は、４０ＭＰａを超えると、回転力によって等断面部１１，２１等をねじ切ってしまう虞があるので、４０ＭＰａ以下に設定することが望ましい。なお、第一部材１０の等断面部１１および第二部材２０の等断面部２１の肉厚が２〜５ｍｍの範囲にある本実施形態においては、主軸の回転数を毎分１８００回転程度に設定し、摩擦圧力Ｐ１を３０ＭＰａ程度に設定すると、昇温した突合面の温度分布が安定し、かつ、熱影響部Ｈの範囲が小さくなる。【００３６】
摩擦寄り速度は、相対回転数Ｎと摩擦圧力Ｐ１で定まる。相対回転数Ｎを毎分１０００回転以上に設定し、摩擦圧力Ｐ１を１５〜４０ＭＰａに設定すると、摩擦寄り速度は、２．５〜８.０ｍｍ／秒になる。【００３７】
摩擦寄り代ｘは、等断面部１１，２１の肉厚ｔ以上とすることが望ましい。摩擦寄り代ｘがｔ未満である場合には、等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａ（図１の（ｂ）参照）に存在している酸化皮膜や付着物等が完全に排出されないまま圧接が終了する虞がある。接合界面Ｊに酸化皮膜等が残存していると、引張強さが不足する虞がある。また、摩擦寄り代ｘが２ｔを超えると、摩擦による発熱量が多く、第一部材１０および第二部材２０への入熱が過剰になるため、材質の軟化によって必要以上のバリが発生したり、熱影響部Ｈが広範に広がる虞がある。なお、第一部材１０の等断面部１１および第二部材２０の等断面部２１の肉厚が２〜５ｍｍの範囲にある本実施形態においては、摩擦寄り代ｘを１．５ｔ程度に設定するとよい。【００３８】
アプセット過程は、アプセット圧力Ｐ２を付与する過程である。本実施形態では、相対回転を停止し始める時刻Ｔ１（すなわち、摩擦寄り代ｘに達した時点）よりも後であって相対回転がゼロになる時刻Ｔ３よりも前の時刻Ｔ２から突合面の圧力をアプセット圧力Ｐ２に向けて増加させ始めている。圧力がアプセット圧力Ｐ２に達したら、これを所定時間保持して等断面部１１，２１を圧着する。なお、アルミニウム合金などの熱伝導率が高い材料は、鉄系材料に比べて部材の温度が低下し易いので、相対回転を停止し始める時刻Ｔ１からアプセット圧力Ｐ２に達するまでの時間（すなわち、Ｔ４−Ｔ１）が長いと、急激な温度低下に伴う収縮により接合部に隙間が発生し、当該隙間に空気が入り込んで酸化皮膜が形成される虞がある。このような観点から、第一部材１０と第二部材２０との相対回転を停止し始めた時点（時刻Ｔ１）から０．５秒以内に、予め規定されたアプセット圧力Ｐ２を付与することが望ましい。【００３９】
アプセット圧力Ｐ２を付与すると、摩擦過程に引き続き、摩擦過程で形成された軟化部が等断面部１１，２１の内外へ押し出され、その結果、酸化皮膜等のない接合界面Ｊが形成される。軟化部が等断面部１１，２１の内外へ押し出されることで、接合界面Ｊの面積が、摩擦圧接前における等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａの面積の１．４倍以上に増加する。【００４０】
アプセット圧力Ｐ２は、摩擦圧力Ｐ１よりも大きければよいが、５０ＭＰａ未満とすると、温度低下に伴う熱収縮が発生して接合界面に隙間が生じ、当該隙間に空気が入り込んで酸化皮膜が形成される虞があるため、５０ＭＰａ以上とすることが望ましい。また、アプセット圧力Ｐ２を２００ＭＰａよりも大きくすると、大型の摩擦圧接装置が必要になるだけでなく、母材の座屈や変形が発生する虞があることから、望ましくは、２００ＭＰａ以下とすることが望ましい。なお、第一部材１０の等断面部１１および第二部材２０の等断面部２１の肉厚が２〜５ｍｍの範囲にある本実施形態においては、アプセット圧力Ｐ２を１１０ＭＰａ程度に設定すると、酸化皮膜等が確実に排出されるので、引張強度の高い接合部を形成することが可能となる。【００４１】
なお、摩擦寄り代ｘが肉厚ｔ未満である場合には、アプセット圧力Ｐ２を高めることでアプセット寄り代ｙを大きくして、摩擦寄り代ｘとアプセット寄り代ｙとの合計である全寄り代ｚを肉厚ｔ以上となるようにするとよい。つまり、摩擦寄り代ｘを肉厚ｔ未満に設定した場合には、アプセット寄り代ｙを、ｔ−ｘ以上に設定して、全寄り代ｚ（＝ｘ＋ｙ）を等断面部１１，２１の肉厚ｔ以上とし、等断面部１１，２１の長さを、それぞれｔ／２以上縮めることが望ましい。ちなみに、全寄り代ｚを等断面部１１，２１の肉厚ｔ未満とすると、等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａに存在する酸化皮膜等が接合界面Ｊに残存する虞がある。なお、本発明者らは、第一部材１０の等断面部１１と第二部材２０の等断面部２１が円筒状を呈しており、かつ、断面寸法が同一である場合には、摩擦圧接後における等断面部１１，２１の長さを５ｍｍ以上確保すれば、断面変化部２２に熱影響部Ｈが及ぶ可能性が極めて小さいとの知見を得た。したがって、全寄り代ｚは、摩擦圧接後における等断面部１１，２１の長さが５ｍｍ以上となるように設定することが望ましい。【００４２】
なお、図２の（ｂ）に示すように、アプセット過程が終了した後に、必要に応じて、接合部の外周側に形成されたバリを切除し、接合部を滑らかに成形してもよいが、バリの切除後においても、接合界面Ｊの面積を、摩擦圧接前における等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａの面積の１．４倍以上とすることが望ましい。【００４３】
このような摩擦圧接方法を実施することにより得られた摩擦圧接部品１においては、摩擦圧接後における等断面部１１，２１の長さを５ｍｍ以上確保したので、摩擦圧接により生じた熱影響部Ｈは、等断面部１１，２１のみに形成されることになる。つまり、熱影響部Ｈが等断面部１１，２１以外の部位に及ぶことがない。このような摩擦圧接部品１によると、熱影響による強度の変化が等断面部１１，２１のみに発生することになる。つまり、この摩擦圧接部品１によれば、断面変化部２２を設計する際に、熱影響による強度の変化を考慮する必要がなくなるので、その分だけ設計が容易になる。なお、摩擦圧接後における等断面部１１，２１の少なくとも一方の長さが５ｍｍ未満である場合には、摩擦熱によって軟化される領域が等断面部１１，２１とで不均一になるので、バリの排出量も等断面部１１，２１とで不均一になってしまう。【００４４】
なお、円筒状に形成される接合部の片側のみを図示した図４の（ａ）に示すように、等断面部１１を有する第一部材１０と、端面２１ａ’付近の断面積が漸増する第二部材２０’（等断面部を具備しない第二部材２０’）とを摩擦圧接した場合には、第二部材２０’側で多くの摩擦熱が伝熱（拡散）するので、図４の（ｂ）に示すように、第二部材２０’側に発生するバリの排出量が第一部材１０側に発生するバリの排出量よりも少なくなり、場合によっては、接合界面に酸化皮膜Ｆが残置される虞がある。つまり、継手効率が低下する虞がある。第二部材２０’側のバリの排出量を多くすれば、酸化皮膜を無くすことができるが、この場合には、第一部材１０側のバリの排出量も多くなってしまうので、歩留まりが悪くなってしまう。これに対し、第二部材２０にも等断面部２１を設けた本実施形態では、第二部材２０側に発生するバリの排出量が第一部材１０側に発生するバリの排出量と同等になるので（図１の（ａ）参照）、接合界面Ｊに酸化皮膜が残置され難くなり、また、バリの排出量も適正な量となるので、歩留まりも良好になる。【００４５】
また、本実施形態においては、第一部材１０および第二部材２０のそれぞれに断面積が変わらない等断面部１１，２１を形成したので、等断面部１１，２１を摩擦圧接したときに、両部材１０，２０より同じ形状のバリが排出され、等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａに存在する酸化皮膜等がバリとともに排出され易くなる。また、等断面部１１，２１を同一の断面形状としたので、突合面で発生した摩擦熱が等断面部１１，２１に均等に伝導し、強度分布が左右対称になるので、設計がより一層容易になる。さらに、バリの形状を左右同じにすることが容易となり、その結果、接合部の有効接合面積を得る摩擦圧接条件を容易に設定できることになる。【００４６】
なお、図５の（ａ）に示すように、等断面部２１”の端面２１ａ”の断面積を等断面部１１の端面１１ａの断面積よりも大きくすると、第二部材２０”により多くの摩擦熱が伝熱（拡散）するので、図５の（ｂ）に示すように、第二部材２０”側に発生するバリの排出量が第一部材１０側に発生するバリの排出量よりも少なくなり、場合によっては、接合界面に酸化皮膜Ｆが残置される虞がある。つまり、継手効率が低下する虞がある。第二部材２０”側のバリの排出量を多くすれば、酸化皮膜を無くすことができるが、この場合には、第一部材１０側のバリの排出量も多くなってしまうので、歩留まりが悪くなってしまう。これに対し、等断面部１１，２１を同一の断面形状とした本実施形態では、第二部材２０側に発生するバリの排出量が第一部材１０側に発生するバリの排出量と同等になるので（図１の（ａ）参照）、接合界面Ｊに酸化皮膜が残置され難くなり、また、バリの排出量も適正な量となるので、歩留まりも良好になる。【００４７】
また、熱影響部における熱処理型アルミニウム合金の強度は、母材よりも低下するが、接合界面Ｊにおいて最も強度が低下する。接合界面Ｊ付近の０．２％耐力は、母材の０．２％耐力の０．７倍（＝１／１．４）程度に低下するが、接合界面Ｊの面積を摩擦圧接前における等断面部１１，２１の端面１１ａ，２１ａの面積の１．４倍以上に増大させたので、接合界面Ｊ付近の降伏荷重は熱影響のない母材部分と同等になり、肉厚が増加し始める部位Ｋ付近の降伏荷重はそれ以下となる。したがって、摩擦圧接時の熱影響によって、接合界面Ｊ付近の強度が母材の強度よりも高くなる場合は勿論のこと、低くなる場合であっても、接合界面Ｊ付近が弱点となる（設計基準を下回る）ことはない。つまり、本実施形態に係る摩擦圧接部品１においては、接合界面Ｊ付近の強度を設計基準にして等断面部１１，２１の肉厚を設定する必要がなく、接合界面Ｊ付近以外の熱影響部Ｈにおける強度を基に等断面部１１，２１の肉厚を設定することができるので、等断面部１１，２１の肉厚が必要以上に大きくなることはない。すなわち、摩擦圧接部品１の軽量化を実現することが可能となる。【００４８】
また、本実施形態においては、第二部材２０の等断面部２１の摩擦圧接前における長さＬ２を、等断面部２１の外径以下としたので、切削加工や穴あけ加工にかかる時間や費用が増大することを防止することができ、また、加工により取り除かれるアルミニウム合金の容積が少なくなるので、材料が無駄になることがない。【００４９】
なお、第一部材１０および第二部材２０は、押出形材である必要はなく、鋳造品（ダイカストを含む）であっても差し支えない。ちなみに、鋳造品からなる第一部材１０および第二部材２０を用いてサスペンション部品を構成する場合には、ＡＣ４Ｃ系合金やＡＤＣ３系合金を用いることが望ましい。
【実施例】
【００５０】
１．熱影響部の範囲  
第一部材１０と第二部材２０とを摩擦圧接したときに形成される熱影響部Ｈの範囲を調査する目的で実験を行った。摩擦圧接に用いた第一部材１０および第二部材２０は、Ｔ６処理（溶体化処理後に焼入れ処理をし、その後に人工時効処理）を施して調質したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格の６０６１アルミニウム合金）であり、両部材とも押出形材からなる。なお、第一部材１０は、パイプ状の押出形材を切断して形成し、第二部材２０は、押出形材を切断した後、切削加工を施して形成した。なお、実験においては、第一部材１０の等断面部１１と第二部材２０の等断面部２１を円筒状とし、かつ、断面寸法を同一とした。ちなみに、等断面部１１，２１の長さＬ１，Ｌ２は、１０ｍｍ以上確保されている。【００５１】
等断面部１１，２１の諸元、摩擦圧接条件および熱影響部Ｈの範囲を表１に示す。本実施例においては、ビッカース硬度が１００（Ｈｖ）以下となる領域が熱影響により母材の所定の強度に達しない部分（熱影響部Ｈ）であると判定した。なお、各ケースとも、摩擦過程における相対回転数Ｎを毎分１８００回転、摩擦圧力Ｐ１を３０ＭＰａとし、アプセット圧力Ｐ２は１００ＭＰａとした。【００５２】
【表１】
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【００５３】
表１に示すように、第一部材１０の等断面部１１と第二部材２０の等断面部２１が円筒状を呈しており、かつ、断面寸法が同一である場合には、熱影響部Ｈの範囲が５ｍｍ未満となる。すなわち、摩擦圧接後における等断面部１１，２１の長さを５ｍｍ以上確保すれば、本体部１２や断面変化部２２に熱影響部Ｈが及ぶ可能性が極めて小さくなる。なお、Ｎｏ．１−３以外のケースでは、いずれも、全寄り代ｚが肉厚ｔよりも大きくなっており、表１には記載してないが、充分な接合強度（５５ｋＮ以上）が得られた。一方、全寄り代ｚが肉厚ｔ（３ｍｍ）よりも小さいＮｏ．１−３のケースでは、他のケースよりも接合強度が小さくなった（４３ｋＮ程度）。これは、バリの排出量が小さいために、端面１１ａの酸化皮膜が充分に排出されず、接合界面Ｊに酸化皮膜が巻き込まれているからである。【００５４】
２．接合部の品質と摩擦圧接条件との関係  
摩擦圧接条件の差異が接合部の品質に及ぼす影響を調査する目的で実験を行った。本実施例では、摩擦圧接後に、接合部の外周面および内周面における隙間の有無を調査することで、接合部の品質の良否を判定することとした。なお、摩擦圧接に用いた第一部材１０および第二部材２０は、Ｔ６処理（溶体化処理後に焼入れ処理をし、その後に人工時効処理）を施して調質したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格の６０６１アルミニウム合金）であり、両部材とも押出形材からなる。なお、第一部材１０は、パイプ状の押出形材を切断して形成し、第二部材２０は、押出形材を切断した後、切削加工を施して形成した。  
等断面部１１，２１は、肉厚３ｍｍの円筒状とし、その内径を１６ｍｍ、外径を２２ｍｍとした。
表２に、アプセット圧力Ｐ２と接合部の隙間との関係を示す。なお、表２中の「Ｔ」は、相対回転を停止し始めてからアプセット圧力を付与するまでの時間である。【００５５】
【表２】
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【００５６】
表２のＮｏ．２−２〜２−６に示すように、アプセット圧力Ｐ２が摩擦圧力Ｐ１よりも大きく、かつ、５０ＭＰａ以上であれば、接合部に隙間が発生することがなく、良好な接合品質を得ることができる。【００５７】
表３に、相対回転を停止し始めてからアプセット圧力Ｐ２を付与するまでの時間Ｔと接合部の隙間との関係を示す。【００５８】
【表３】
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【００５９】
表３に示すように、摩擦圧力Ｐ１が１５ＭＰａであっても、３０ＭＰａであっても、回転停止を停止し始めてからアプセット圧力Ｐ２を付与するまでの時間Ｔが０．４５秒以内であれば、接合部に隙間が発生することがなく、接合状態が良好であることが実証された。また、回転停止を停止し始めてからアプセット圧力Ｐ２を付与するまでの時間Ｔが０．５０秒であっても、摩擦圧力Ｐ１が１５ＭＰａである場合（Ｎｏ．３−６）には、接合部に隙間は発生せず、摩擦圧力Ｐ１が３０ＭＰａである場合（Ｎｏ．３−５）でも、内周面には隙間が発生しないことから、比較的良好な接合状態を得ることができる。なお、接合部の外周側に形成されたバリを切除すれば（図２の（ｂ）参照）、接合部の外周面の隙間を除去することができる。このように、第一部材１０と第二部材２０との相対回転を停止し始めた時点から０．５０秒以内、より好適には０．４５秒以内にアプセット圧力Ｐ２を付与すれば、良好な接合状態を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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