(57)【要約】  【課題】  一方の接合部材に多くの縮み代を確保しなくても良好な接合面を得るために接合部から押し出される母材の量を確保することが可能な摩擦圧接方法及び接合体を提供する。  【解決手段】  環状の接合部端面を有し、接合部端面近傍における外周に環状に形成された凹部３を有する第一の接合部材１と、環状の接合部端面を有し、第一の接合部材１の接合部端面の肉厚ｔ１と実質的に同じ肉厚ｔ２の接合部端面を有する第二の接合部材２とを準備し、第一の接合部材１と第二の接合部材２を摩擦圧接し、第一の接合部材１及び第二の接合部材２の準備段階における接合部端面における肉厚ｔ１、ｔ２よりも摩擦圧接による接合部の肉厚ｔ５が薄くなるように摩擦圧接による接合部の外周の切削加工を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の接合部端面を有する第一の接合部材と環状の接合部端面を有する第二の接合部材を摩擦圧接する摩擦圧接方法であって、
接合部端面近傍における外周に環状に形成された凹部を有する前記第一の接合部材と、前記第一の接合部材の接合部端面の肉厚と実質的に同じ肉厚の接合部端面を有する前記第二の接合部材とを準備し、
前記第一の接合部材と前記第二の接合部材を摩擦圧接し、
前記準備段階における前記第一の接合部材及び前記第二の接合部材の接合部端面における肉厚よりも摩擦圧接による接合部の肉厚が薄くなるように摩擦圧接による接合部の外周の切削加工を行うことを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦圧接方法において、
前記第一の接合部材に回転と圧力を加え、前記第二の接合部材を固定したことを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項３】
請求項１〜２の何れかに記載された摩擦圧接方法で摩擦圧接された接合体であって、
前記第一の接合部材と前記第二の接合部材の接合部の接合面は、外周側が第一の接合部材側よりで内周側が第二の接合部材側よりとなるように斜めに形成されていることを特徴とする接合体。
【請求項４】
請求項に記載された接合体において、
前記接合体は高圧センサであり、前記第一の接合体は導圧管であり、前記第二の接合体はダイアフラムであることを特徴とする接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦圧接（摩擦溶接）方法に係り、特に管状部材の摩擦圧接方法及びそれにより得られた接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
管状部材を摩擦圧接する方法としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の方法がある。  
特許文献１では、相対的に小さい肉厚に形成された肉薄パイプと、相対的に大きい肉厚に形成され、肉薄パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された肉薄パイプに対する接合面を有する肉厚パイプとを準備し、肉薄パイプと肉厚パイプとを摩擦圧接法により接合することにより、接合部分において優れた耐久信頼性が得られるパイプの接合方法を提案している。
【０００３】
特許文献２では、２つの接合部材の互いの端面を摩擦圧接によって接合した接合体は、２つの接合部材のうち少なくとも一方に形成され、２つの接合部材の接合面に開口する中空部と、中空部の内周面であって接合面から軸方向に離間した位置に環状に形成される溝部とを備え、接合面の内周側に生じるビードを除去することなく接合体の耐久性の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-158712号公報
【特許文献２】特開2014-193471号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２も含め、従来、摩擦圧接においては、接合面から発生するバリについての対策が種々提案されている。すなわち、摩擦圧接時には、接合部材の端面部の母材が塑性流動によって接合面の外周側及び内周側に排出されてバリが形成される。  
特許文献１では、肉厚パイプは肉薄パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された接合面を有するため、接合工程で生じるバリが肉厚パイプ側から受ける力を小さく抑えることができ、これにより、肉薄パイプ側へと向かうシャープエッジ形状のバリが形成されることを抑制でき、接合部分において、優れた耐久信頼性を得ることができるとされている。  
特許文献２では、中空部の内周面であって接合面から軸方向に離間した位置に環状に形成される溝部を備えることによって、バリの根元部に発生する応力を小さくすることができ、バリを除去しなくても耐久性の低下を抑制できるとされている。
【０００６】
ところで、摩擦圧接においては、接合部材の端部が変形し、接合部から押し出される母材の量によってより代が決まる。良好な接合面を得るには接合部から押し出される母材の量（バリの量）をある程度多くする必要がある。より代は、摩擦圧接の際に損耗した接合部材であり、縮み代とも言う。通常、両接合部材に同じ程度の縮み代が発生する。しかしながら、本発明者らの検討によれば、一方の接合部材に多くの縮み代を確保できない場合がある。従来の摩擦圧接では、このような課題について配慮されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、一方の接合部材に多くの縮み代を確保しなくても良好な接合面を得るために接合部から押し出される母材の量（バリの量）を確保することが可能な摩擦圧接方法及び接合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、環状の接合部端面を有する第一の接合部材と環状の接合部端面を有する第二の接合部材を摩擦圧接する摩擦圧接方法であって、接合部端面近傍における外周に環状に形成された凹部を有する第一の接合部材と、第一の接合部材の接合部端面の肉厚と実質的に同じ肉厚の接合部端面を有する第二の接合部材とを準備し、第一の接合部材と第二の接合部材を摩擦圧接し、第一の接合部材及び第二の接合部材の準備段階における接合部端面における肉厚よりも摩擦圧接による接合部の肉厚が薄くなるように摩擦圧接による接合部の外周の切削加工を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２の接合部材に多くの縮み代を確保しなくても、接合部から押し出される母材の量（バリの量）を確保することが可能となり、良好な接合面を得ることができる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の摩擦圧接方法の工程の一部を示す説明図である。
【図２】本発明の摩擦圧接方法の工程の一部を示す説明図である。
【図３】本発明の摩擦圧接方法の工程の一部を示す接合部拡大図である。
【図４】本発明の摩擦圧接方法の工程の一部を示す説明図である。
【図５】接合部拡大断面の模式図である。
【図６】本発明の摩擦圧接方法を高圧センサにおける金属ダイアフラムと導圧管との接合に適用した場合を説明する図である。
【図７】本発明の摩擦圧接方法を高圧センサにおける金属ダイアフラムと導圧管との接合に適用した場合を説明する図である。
【図８】本発明の摩擦圧接方法を高圧センサにおける金属ダイアフラムと導圧管との接合に適用した場合を説明する図である。
【図９】本発明の実施例の摩擦圧接方法を実施する際に用いられる摩擦圧接装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１〜図５を用いて本発明の摩擦圧接方法の基本概念を説明する。  
管状の接合部材を摩擦圧接する場合は、通常、両接合部材に同じ程度の縮み代が発生する。これは両接合部材の接合部端面における肉厚が同じ程度であるからである。しかしながら、後述の実施例における高圧センサのように、一方の接合部材に多くの縮み代を確保できない場合がある（高圧センサの場合、ダイアフラムの構成部材に多くの縮み代を確保することが困難）。一方で、摩擦圧接において、良好な接合面を得るには、金属表面の酸化被膜や汚れ、接合部材端面の凹凸などを接合部から十分に除去するために多くの母材金属を排出させるようにすることが望ましい。また、接合部における結晶粒を十分に微細化するためにするために、高温・高加圧することが必要であるが、高温・高加圧すれば多くの母材金属が接合部から排出される。言い換えれば、良好な接合面を得るには、高温・高加圧が必要であるが、一方の接合部材に縮み代を多く確保できない場合には、良好な接合面を得るために高温・高加圧することが難しいことを意味する。
【００１３】
そこで、先ず、図１に示すように、縮み代を多く確保できない接合部材を接合部材２とすると、接合部材２が接合される他方の接合部材１における接合部近傍の外周に環状の凹部を形成する。接合部材１の端面における肉厚ｔ１と接合部材２の端面における肉厚ｔ２は実質的に同じ肉厚を有するように接合部材１，２を形成しておく。この肉厚ｔ１，ｔ２は摩擦圧接工程後の後加工工程（切削工程）で得られる接合部の最終的な肉厚ｔ５よりも大きく設定される。
【００１４】
上述のように形成した接合部材１と接合部材２とを摩擦圧接する。図１の実施例では、接合部材１側を回転・加圧側としているが、接合部材２側を回転・加圧するようにしても良い。また、一方の接合部材側を回転させ、他方の接合部材側を外部から加圧しても良い。
【００１５】
通常の摩擦圧接と同様に、Ｐ０圧力（予熱圧力）で接合部材を摩擦接触させ（予熱工程）、その後、Ｐ０圧力より大きいＰ１圧力（摩擦圧力）で接合部材を摩擦圧接して所望の加熱状態とする（摩擦発熱工程）。そして、接合に適した所望の加熱状態になった時に接合部材１を回転保持している保持部の主軸にブレーキをかけて回転を急停止させ、Ｐ１圧力よりもさらに高いＰ２圧力（アプセット圧力）で加圧し摩擦圧接を行う（アプセット工程）。図２はアプセット工程が開始される状態を示す。図２に示すように、摩擦発熱工程でもある程度の母材が接合部から排出されてバリ４が形成されている。
【００１６】
アップセット工程を完了すると、図３に示すように多くの母材が接合部から内周側と外周側に押し出される（排出される）。
【００１７】
本実施例では、摩擦発熱工程において、接合部材１の接合部の温度が接合部材２の接合部の温度よりも高温に加熱される。すなわち、接合部材１の接合部近傍に凹部３を形成しているので、摩擦発熱で生成した熱の伝熱路の断面積が、接合部材２よりも小さくなり、接合部材１側の接合部の温度がより高温に加熱される。また、接合部材１の接合部の内周側が外周側よりも高温となる。すなわち、接合部材１側及びその内周側がより軟化した状態となる。
【００１８】
このため、図３に示すように、アップセット工程において、接合部から排出される母材金属の量は、接合部材１の方が多く、また、接合部材１の内周側の方が多くなる。４-１は第１の接合部材側バリを示し、４-２は第２の接合部材側バリを示している。このアップセット工程においては、接合部から排出される母材金属は、接合部材１から多く排出され、接合部材２から少なくても、良好な接合面を得るのに十分な量の母材金属が排出される。また、摩擦圧接の際に排出される母材金属（バリ）は、より代（縮み代）に対応するが、本実施例では、図３から分かるように、接合部材２側から排出される母材金属（バリ）の量が少ない。言い換えれば、接合部材２の摩擦圧接における縮み代を小さくすることができる。そして、このことは一方の接合部材の縮み代を小さくても、良好な接合面を得るために必要な高温・高加圧で摩擦圧接することができることを意味する。
【００１９】
また、摩擦発熱工程で、接合部材１の接合部を容易に高温に加熱することができるので、良好な接合面を得るのに好適である。
【００２０】
アップセット工程が完了した後、図４に示すように切削工程を行う。切削工程では、凹部３が形成されていた領域を含めて凹部３の肉厚ｔ３程度の肉厚ｔ５まで接合部外周の切削加工を行い、切削加工部５を得る。また、接合部材１，２の内周側のバリ取り加工を行う。図５に切削加工部５における接合部断面の模式図を示す。図５（ａ）は図４のＶ-（ａ）を示し、図５（ｂ）は図４のＶ-（ｂ）を示す。本発明者らの実験によれば、図５に示すように良好な接合面６が得られることを確認している。
【００２１】
接合部材の接合部に最終的に切削除去される部分を設けて摩擦圧接を行っているので（図４に示す最終的な接合部の肉厚よりも大きな肉厚を有する接合部材同士を摩擦圧接しているので）、接合部の外周に生じる圧力不足な箇所に起因する欠陥を最終的な接合部の外周に残すことがなく、接合面６全域において良好な接合状態となる。
【００２２】
また、図５に示すように、本実施例の摩擦圧接方法によれば、接合面６が斜めに形成される。一般的に摩擦圧接の接合部の強度は母材金属よりも高いが、本実施例では、接合面６が斜めに形成（外周側が接合部材１側よりで内周側が接合部材２より側になるように斜めに形成）されることによってこの強固な部分の面積が増加するので、接合部材同士を接合した接合体の強度を高めることができる。
【００２３】
次に、本発明の摩擦圧接方法を高圧センサの製造に適用した場合について、図６〜図９を用いて説明する。
【００２４】
図９は本実施例の摩擦圧接方法を実施する際に用いる摩擦圧接装置の一例を示す。図９は摩擦圧接装置の概略構成を説明する図である。  
摩擦圧接装置は、接合部材回転用モータ１０、接合部材押圧用モータ（またはエアシリンダ）２０、接合部材支持用アーム３０、接合部材固定治具４０、接合部材固定治具をｘ−ｙ方向に移動させるワークテーブル５０、接合部材保持部６０とから概略構成される。なお、これらの装置を駆動制御する制御装置（図示省略）が設けられる。本実施例では、接合部材保持部６０に接合部材１を保持させ、接合部材固定治具４０には接合部材２を保持させている。本実施例では、接合部材１に回転力と加圧力を加えるようにしているが、接合部材１には回転力のみを加え、接合部材２は加圧力を加えるように装置構成を変更するようにしても良い。
【００２５】
高圧センサは、図６に示すように、導圧管となる接合部材１と、ダイアフラムとなる接合部材２を摩擦圧接することにより形成される。本実施例では、導圧管とダイアフラムとして、ＳＵＳ６３０が用いられている。導圧管とダイアフラムは高圧センサとしての所定の形状に形成されており、さらに、導圧管（接合部材）１の接合部近傍には凹部３が形成されている。すなわち、本実施例では、ダイアフラム（接合部材）２側の縮み代（変形量）を大きくすることができない。そして、上述の実施例と同様に、図７に示すように摩擦圧接を行い、図８に示すように切削加工を行う。本実施例によれば、ダイアフラム側の変形量を少なく抑えて、摩擦圧接接合部の接合面の全面に欠陥がない全面接合を実現できる。
【００２６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・第１の接合部材、２・・・第２の接合部材、３・・・凹部、４・・・バリ、４-１・・・第１の接合部材側バリ、４-２・・・第２の接合部材側バリ、５・・・切削加工部、６・・・接合面、１０・・・接合部材回転用モータ、２０・・・接合部材押圧用モータ（またはエアシリンダ）、３０・・・接合部材支持用アーム、４０・・・接合部材固定治具、５０・・・ワークテーブル、６０・・・接合部材保持部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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