(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴部に溶接材で形成されたスリーブを挿入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら前記穴部に圧入する工程と、を備えたことを特徴とする穴部の肉盛り方法。
【請求項２】
穴部に挿入されるスリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒と、摩擦棒を回転させるとともに穴部に圧入する駆動手段と、を備えたことを特徴とする穴部の肉盛り装置。
【請求項３】
前記摩擦棒は、外径が先端に向かって漸次小さく形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の穴部の肉盛り装置。
【請求項４】
前記摩擦棒は、先端の外径が前記スリーブの内径よりも大きく形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の穴部の肉盛り装置。
【請求項５】
前記摩擦棒は、外周面に凹凸部が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の穴部の肉盛り装置。
【請求項６】
前記凹凸部は、前記摩擦棒の回転方向に対して逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部であることを特徴とする請求項５に記載の穴部の肉盛り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩耗やクラック修理のため等に母材の穴部に肉盛りを行う穴部の肉盛り方法および肉盛り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械部品等の穴部の摩耗やクラック修理のために、穴部の内側に肉盛りを行う場合があるが、母材がアルミ合金等においても他の金属と同様に、従来は、ＴＩＧ溶接法（タングステン電極を用いる不活性ガスアーク溶接法）等の溶融溶接により当該穴部の肉盛りを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の肉盛り手段では、以下のような課題が残されている。すなわち、アルミ合金等の軽金属の穴部の修理の際、ＴＩＧ溶接等の溶融溶接による肉盛りを実施すると、かなりの高温になるため、熱によって部品の変形や材料の機械強度低下が発生してしまい、肉盛り不良が生じる場合があった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱による変形や強度低下を抑えて穴部に肉盛りを行うことができる穴部の肉盛り方法および肉盛り装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の構成を採用した。すなわち、請求項１記載の穴部の肉盛り方法では、穴部に溶接材で形成されたスリーブを挿入する工程と、そのスリーブの内径よりも少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら前記穴部に圧入する工程と、を備えた技術が採用される。
【０００６】
また、請求項２記載の穴部の肉盛り装置では、穴部に挿入されるスリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒と、摩擦棒を回転させるとともに穴部に圧入する駆動手段と、を備えた技術が採用される。
【０００７】
これらの穴部の肉盛り方法および肉盛り装置では、スリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら穴部内に圧入させるので、スリーブと摩擦棒との接触面で摩擦により発熱し、このスリーブと摩擦棒との間に生じる摩擦熱でスリーブを塑性化させるとともに摩擦棒の運動（回転および圧入）によって塑性化成分を流動させてスリーブと母材とを混合させる。このとき、母材の融点まで温度を上昇させないため、変形や強度低下が抑えられ、穴部の良好な肉盛りが可能となる。
【０００８】
請求項３記載の穴部の肉盛り装置では、請求項２記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒は、外径が先端に向かって漸次小さく形成されている技術が採用される。
【０００９】
この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の外径が先端に向かって漸次小さく形成されているので、スリーブの内周面に対して摩擦棒の外周面が傾斜したテーパ状となり、圧入の際の接触面が増加して広い範囲で塑性流動および高い発熱が得られる。
【００１０】
請求項４記載の穴部の肉盛り装置では、請求項２記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒は、先端の外径が前記スリーブの内径よりも大きく形成されている技術が採用される。
【００１１】
この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の先端の外径がスリーブの内径より大きいので、摩擦棒の先端面も一部がスリーブに接触して外周面より高い接触圧が加わることにより、先端面で高い摩擦熱が発生し、塑性流動性を高めることができる。
【００１２】
請求項５記載の穴部の肉盛り装置では、請求項２記載の穴部の肉盛り装置において、前記摩擦棒は、外周面に凹凸部が形成されている技術が採用される。
【００１３】
この穴部の肉盛り装置では、摩擦棒の外周面に凹凸部が形成されているので、該凹凸部によってスリーブとの接触面積が増加し、さらに塑性流動性が高くなる。
【００１４】
請求項６記載の穴部の肉盛り装置では、請求項５記載の穴部の肉盛り装置において、前記凹凸部は、前記摩擦棒の回転方向に対して逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部である技術が採用される。
【００１５】
この穴部の肉盛り装置では、凹凸部が、摩擦棒の外周面に回転方向に対して逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部であるので、該螺旋状の突条部によって広い範囲で発熱が得られ、逆ねじ方向に形成されていることから、穴部の底方向への流れが強制的に生じて、高い塑性流動性を得ることができ、より一層接合強度を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第１実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
これらの図において、符号１は摩擦棒、２は駆動手段、３は母材、４はスリーブである。
【００１７】
本実施形態の肉盛り方法に用いる肉盛り装置は、図１に示すように、例えば、アルミ合金で形成された母材３（本実施形態では、厚さが均一な板状のもの）に空けられた比較的小さな穴部３ａ（例えば、ピン用の穴部）の内側を肉盛りして修理する装置であって、工具鋼で形成され回転可能なプラグである摩擦棒１と、該摩擦棒１を所定の回転数で回転駆動するとともに軸方向に進退させる駆動手段２とを備えている。
【００１８】
この肉盛り装置による穴部３ａの肉盛り方法を、以下に説明する。
まず、穴部３ａ内にその内径より僅かに小さい外径のスリーブ４を挿入し、母材３の下面側に当て板５を当てがってスリーブ４が脱落しないようにしておく。なお、前記スリーブ４は、溶接材として母材３と同じ材料であるアルミ合金で形成されている。
また、摩擦棒１は、円柱状に形成されその外径がスリーブ４の内径より大きく、かつ穴部３ａの内径より小さく設定されている。
【００１９】
次に、この状態で、摩擦棒１を駆動手段２によって、所定の回転数で回転させるとともに、図２に示すように、スリーブ４内に圧入させる。
このとき、主に摩擦棒１の先端面１ａの外縁部がスリーブ４に接触して摩擦熱を発生させる。そして、スリーブ４および母材３は、この摩擦熱によってスリーブ４および母材３を形成するアルミ合金の融点より低い温度で、かつ塑性流動させるのに十分な温度まで加熱される。
【００２０】
さらに、摩擦棒１が圧入されることによって、先端面１ａでスリーブ４の塑性化成分を流動させてスリーブ４と母材３とが混合、接合し、穴部３ａの内側が肉盛りされる。
このように、本実施形態の穴部の肉盛り方法では、母材３の融点まで温度を上昇させないため、変形や強度低下が抑えられ、穴部３ａの良好な肉盛りが可能となる。
【００２１】
次に、本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第２実施形態を、図３および図４を参照しながら説明する。
【００２２】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では円柱状の摩擦棒１を回転圧入させるのに対し、第２実施形態では、図３および図４に示すように、外径が先端に向かって漸次小さくなっている摩擦棒１１を回転させて穴部３ａに圧入する点で異なる。
【００２３】
すなわち、第１実施形態では、発熱する部分が摩擦棒１の先端面１ａの一部に限定されるため、発熱部分が局所的になって塑性流動が小規模となるのに対し、第２実施形態では、スリーブ４の内周面に対して摩擦棒１１の外周面１１ｂが傾斜したテーパ状となり、圧入の際の接触面が増加して広い範囲で高い発熱が得られる。
したがって、本実施形態では、塑性流動を大規模にすることにより、挿入部全域で発熱することができ、肉盛りに要する時間を短縮化することができるとともに、機械的強度（接合強度）をより一層向上させることができる。
【００２４】
また、本実施形態では、摩擦棒１１の先端の外径がスリーブ４の内径より大きいので、第１実施形態と同様に、摩擦棒１１の先端面１１ａも一部がスリーブ４に接触して摩擦熱が発生する。したがって、本実施形態では、先端面１１ａおよび外周面１１ｂの両面がスリーブ４に接触するので、単に先端面のみが接触する場合や外周面のみが接触する場合に比べて、より塑性流動性を高めることができる。
【００２５】
次に、本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第３実施形態を、図５および図６を参照しながら説明する。
【００２６】
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では摩擦棒１の外周面は平坦な曲面であるのに対し、第３実施形態では、図５および図６に示すように、摩擦棒２１の外周面に、回転方向に対して逆ねじ方向に螺旋状の突条部（凹凸部）２１ａが形成されている点である。
すなわち、第３実施形態では、逆ねじ形状の突条部２１ａによって広い範囲で発熱が得られるとともに、穴部３ａの底方向（圧入方向）への流れが強制的に生じて、高い塑性流動性を得ることができ、より一層接合強度を向上させることができる。
【００２７】
本発明は、次のような実施形態をも含むものである。
（１）上記各実施形態では、母材３と同じ材料のスリーブ４を用いたが、溶接材として肉盛りに適用可能な材料であれば、他の材料でスリーブを形成しても構わない。
【００２８】
（２）第３実施形態では、逆ねじ形状の螺旋状突条部２１ａを摩擦棒２１の外周面に形成したが、逆ねじ形状でなくても外周面に別の形状の凹凸部を形成しても、スリーブとの接触面積が増え、塑性流動性を向上させる効果が得られる。しかしながら、第３実施形態において述べたように、逆ねじ形状とすれば、摩擦棒の回転によって圧入方向に強制的に塑性流動を生じさせることができる。
【００２９】
（３）第３実施形態では、略円柱状の摩擦棒２１に螺旋状の突条部２１ａを形成したが、第２実施形態のように、テーパ状に形成された摩擦棒の外周面に同様の螺旋状の突条部を形成しても構わない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）請求項１記載の穴部の肉盛り方法および請求項２記載の穴部の肉盛り装置によれば、スリーブの内径より少なくとも一部の外径が大きい摩擦棒を回転させながら穴部内に圧入させるので、母材の融点まで温度を上昇させずに摩擦熱でスリーブを塑性化させ、摩擦棒の運動で塑性流動させることにより、部品の変形や機械強度低下を抑制することができる。したがって、従来の穴部に対する溶融溶接による肉盛り方法に比べて、劣化が格段に小さく、高い接合強度有する良好な肉盛りが可能となる。
【００３１】
（２）請求項３記載の穴部の肉盛り装置によれば、摩擦棒の外径が先端に向かって漸次小さくなっているので、テーパ形状の外周面によって接触面が増加し、広い範囲で高い発熱が得られ、肉盛りに要する時間を短縮化することができるとともに、広い範囲で塑性流動を起こすことができ、機械的強度をより一層向上させることができる。
【００３２】
（３）請求項４記載の穴部の肉盛り装置によれば、摩擦棒の先端の外径がスリーブの内径より大きいので、摩擦棒の先端面もスリーブに接触して発熱することにより、外周面と先端面との両面の効果で、さらに塑性流動性を高めることができる。
【００３３】
（４）請求項５記載の穴部の肉盛り装置によれば、摩擦棒の外周面に凹凸部が形成されているので、該凹凸部によってスリーブとの接触面積が増加し、さらに塑性流動性が高くなる。
【００３４】
（５）請求項６記載の穴部の肉盛り装置によれば、凹凸部が、摩擦棒の外周面に回転方向に対して逆ねじ方向に形成された螺旋状の突条部であるので、広い範囲で発熱が得られるとともに、圧入方向に強制的に塑性流動を起こさせて、より一層接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第１実施形態における圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図である。
【図２】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第１実施形態における圧入後の状態を示す要部の断面図である。
【図３】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第２実施形態における圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図である。
【図４】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第２実施形態における圧入後の状態を示す要部の断面図である。
【図５】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第３実施形態における圧入前の状態を示す要部を破断した斜視図である。
【図６】  本発明に係る穴部の肉盛り方法および肉盛り装置の第３実施形態における圧入後の状態を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１  摩擦棒
１ａ、１１ａ  摩擦棒の先端面
１１ｂ  摩擦棒の外周面
２  駆動手段
３  母材
３ａ  穴部
４  スリーブ
２１ａ  突条部（凹凸部）
【図１】
0004207305.tif 000002
【図２】
0004207305.tif 000003
【図３】
0004207305.tif 000004
【図４】
0004207305.tif 000005
【図５】
0004207305.tif 000006
【図６】
0004207305.tif 000007