特開 2024-158482 接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158482

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073714

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】篠原 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】真崎 邦崇

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA13

4E167BF02

4E167BF05

4E167BF10

4E167BF11

(57)【要約】

【課題】摩擦接合における好適な接合条件を容易に見出す。
【解決手段】接合方法は、それぞれ異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含む熱処理材群を準備する工程Ｓ１００と、熱処理材群のそれぞれの熱処理材の物性を評価する工程Ｓ１０２と、物性の評価結果に基づいて、熱処理材群から１または複数の熱処理材を選出する工程Ｓ１０４と、選出された熱処理材の温度履歴に基づいて、目標温度履歴を決定する工程Ｓ１０６と、接合部の温度が目標温度履歴を辿るように、摩擦接合を実施する工程Ｓ１０８と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含む熱処理材群を準備する工程と、
前記熱処理材群のそれぞれの前記熱処理材の物性を評価する工程と、
前記物性の評価結果に基づいて、前記熱処理材群から１または複数の前記熱処理材を選出する工程と、
選出された前記熱処理材の前記温度履歴に基づいて、目標温度履歴を決定する工程と、
接合部の温度が前記目標温度履歴を辿るように、摩擦接合を実施する工程と、
を含む接合方法。

【請求項2】

前記熱処理材群は、冷却速度が互いに異なる前記温度履歴で熱処理された複数の前記熱処理材を含む請求項１に記載の接合方法。

【請求項3】

前記熱処理材群は、最高到達温度が互いに異なる前記温度履歴で熱処理された複数の前記熱処理材を含む請求項１または２に記載の接合方法。

【請求項4】

前記熱処理材群は、温度が最高到達温度から変態点に達するまでの時間が互いに異なる前記温度履歴で熱処理された複数の前記熱処理材を含む請求項１または２に記載の接合方法。

【請求項5】

前記熱処理材群は、温度が最高到達温度から変態点に達するまでの時間が互いに異なる前記温度履歴で熱処理された複数の前記熱処理材を含む請求項３に記載の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、部材同士を接合する技術として、所謂、摩擦接合が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１７／１６９９９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

摩擦接合では、接合部に摩擦による熱が加えられるため、接合部の物性が摩擦接合の前後で変化することがある。例えば、接合部の強度または延性等の機械特性が、摩擦接合によって低下する場合がある。さらに、摩擦接合では、接合部に残留応力やひずみが生じる。機械特性が低下した接合部に残留応力やひずみが生じることによって、接合部の割れが発生する場合がある。

【0005】

接合部の割れの発生を抑制するためには、摩擦接合における接合条件を最適化する必要がある。しかしながら、好適な接合条件を見出すためには、実際に様々な接合条件で摩擦接合を行う必要があり、手間が大きくかかるという問題があった。

【0006】

そこで、本開示は、このような課題に鑑み、摩擦接合における好適な接合条件を容易に見出すことが可能な接合方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る接合方法は、それぞれ異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含む熱処理材群を準備する工程と、熱処理材群のそれぞれの熱処理材の物性を評価する工程と、物性の評価結果に基づいて、熱処理材群から１または複数の熱処理材を選出する工程と、選出された熱処理材の温度履歴に基づいて、目標温度履歴を決定する工程と、接合部の温度が目標温度履歴を辿るように、摩擦接合を実施する工程と、を含む。

【0008】

また、熱処理材群は、冷却速度が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含んでもよい。

【0009】

また、熱処理材群は、最高到達温度が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含んでもよい。

【0010】

また、熱処理材群は、温度が最高到達温度から変態点に達するまでの時間が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含んでもよい。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、摩擦接合における好適な接合条件を容易に見出すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係る接合方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図2】図２は、本実施形態に係る熱処理装置の一例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る熱処理条件の一例を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る温度履歴の一例を示す第１の図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る温度履歴の一例を示す第２の図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る摩擦接合装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

図１は、本実施形態に係る接合方法の処理の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る接合方法は、熱処理材群を準備する工程（Ｓ１００）を含む。また、本実施形態に係る接合方法は、熱処理材の物性を評価する工程（Ｓ１０２）を含む。また、本実施形態に係る接合方法は、熱処理材を選出する工程（Ｓ１０４）を含む。また、本実施形態に係る接合方法は、目標温度履歴を決定する工程（Ｓ１０６）を含む。また、本実施形態に係る接合方法は、摩擦接合を実施する工程（Ｓ１０８）を含む。以下、各処理について説明する。

【0015】

なお、本実施形態では、詳しくは後述するステップＳ１０８において、摩擦接合を実施する一方の部材３１０ａ（図６参照）と他方の部材３１０ｂ（図６参照）が同じ材質である場合について示す。本実施形態では、部材３１０ａと部材３１０ｂを、チタン合金とする場合について示す。ただし、部材３１０ａと部材３１０ｂを異なる材質としてもよい。また、部材３１０ａと部材３１０ｂはチタン合金に限られない。部材３１０ａと部材３１０ｂの材質は、単体としての金属や各種合金等とすることができる。

【0016】

［熱処理材群を準備する工程（Ｓ１００）］
熱処理材群を準備する工程（Ｓ１００）では、まず、熱処理を施す対象とする複数の熱処理材を準備する。すなわち、本実施形態では、熱処理材群は、複数の熱処理材を含む。ここでは、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂと同じ材質、かつ、質量が小さい複数の熱処理材を準備する。

【0017】

なお、熱処理材の形状や質量は、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂと同じである必要はない。例えば、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂよりも質量が小さい熱処理材を準備してもよい。また、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂと異なる形状、例えば、単純な棒状や板状の熱処理材を準備してもよい。これにより、熱処理材を準備する手間やコストを低減することができる。本実施形態では、チタン合金からなる棒状の６つの熱処理材Ａ～Ｆを準備する。

【0018】

次に、複数の熱処理材Ａ～Ｆに対して、それぞれ異なる温度履歴による熱処理を実施する。図２は、本実施形態に係る熱処理装置１００の一例を示す図である。本実施形態では、熱処理装置１００を用いて、熱処理材Ａ～Ｆに対して、それぞれ異なる温度履歴で熱処理を実施する。

【0019】

以下に、熱処理装置１００を用いた熱処理方法の一例を示す。なお、図２では、熱処理材群２００に含まれる熱処理材の一例としての熱処理材Ａに熱処理を施す場合について示している。図２に示すように、熱処理装置１００は、熱処理制御装置１０２と熱処理炉１０４とを含む。また、図２に示すように、熱処理炉１０４内には、温度計測部１０６、加熱部１０８、および、冷却部１１０が設けられている。なお、熱処理装置１００は、他の構成要素をさらに含んでもよい。熱処理炉１０４は、例えば、所謂、電気炉としてもよい。また、熱処理炉１０４は、例えば、所謂、燃焼炉としてもよい。

【0020】

温度計測部１０６は、熱処理炉１０４内に配置された熱処理材Ａの温度を測定する。温度計測部１０６は、例えば熱電対等の温度センサとすることができる。温度計測部１０６は、熱処理制御装置１０２と有線または無線で通信可能に接続され、測定データを熱処理制御装置１０２に送信してもよい。なお、温度計測部１０６は、熱処理炉１０４内に配置された熱処理材Ａの表面温度に加えて、内部温度を測定してもよい。

【0021】

加熱部１０８は、熱処理炉１０４内に配置された熱処理材Ａの加熱を行う。加熱部１０８は、例えば、直接抵抗加熱式、間接抵抗加熱式、直接誘導加熱式、間接誘導加熱式、レーザー加熱式、および、赤外線加熱式から少なくとも１以上が選択された加熱方式による加熱装置であってよい。加熱部１０８は、熱処理制御装置１０２と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、熱処理制御装置１０２によって制御されてもよい。

【0022】

冷却部１１０は、熱処理炉１０４内に配置された加熱後の熱処理材Ａの冷却を行う。冷却部１１０は、例えば、水冷、油冷、ガス冷却、空冷、または、炉冷のいずれか１以上の冷却方法によって、加熱後の熱処理材Ａの冷却を行う。

【0023】

なお、水冷として、例えば、冷却媒体である水を入れた容器に、加熱後の熱処理材を浸漬させることで、熱処理材を冷却してもよい。あるいは、冷却媒体である水を加熱後の熱処理材に噴出させることで、熱処理材を冷却してもよい。

【0024】

また、油冷として、例えば、冷却媒体である油を入れた容器に、加熱後の熱処理材を浸漬させることで、熱処理材を冷却してもよい。あるいは、冷却媒体である油を加熱後の熱処理材に噴出させることで、熱処理材を冷却してもよい。

【0025】

また、ガス冷却としては、例えば、冷却媒体であるアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを加熱後の熱処理材に噴出させることで、熱処理材を冷却してもよい。

【0026】

また、空冷としては、例えば、加熱後の熱処理材を大気中に放置するで、熱処理材を冷却してもよい。

【0027】

また、炉冷としては、例えば、加熱後の熱処理材を熱処理炉１０４内に放置するで、熱処理材を冷却してもよい。

【0028】

また、冷却速度は、水冷>油冷>ガス冷却>空冷>炉冷の順の大小関係となる。冷却部１１０は、熱処理制御装置１０２と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、熱処理制御装置１０２によって制御されてもよい。なお、真空下における冷却を行った場合にはガス冷却と空冷との冷却速度の順位が入れ替わることもある。

【0029】

図３は、本実施形態に係る熱処理条件の一例を示す図である。また、図４は、本実施形態に係る温度履歴の一例を示す第１の図である。また、図５は、本実施形態に係る温度履歴の一例を示す第２の図である。

【0030】

熱処理制御装置１０２は、図３に示す熱処理条件にしたがって、熱処理材Ａ～Ｆについて、それぞれ熱処理を実施する。

【0031】

具体的には、まず、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ａを温度Ｔ１まで加熱する。ここでは、温度Ｔ１は、変態点Ｔ０未満の温度とする。なお、変態点とは、結晶構造が変化する変態が生じる温度である。例えば、チタン合金の場合には、結晶構造が最密六方格子のα層から体心立方格子のβ相へ変態する温度であるβ変態点が知られている。

【0032】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ａを比較的早い冷却速度により冷却する。例えば、水冷によって、熱処理材Ａの冷却を実施する。

【0033】

熱処理材Ａの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図４に示される温度履歴ａとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0034】

また、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ｂを温度Ｔ１まで加熱する。

【0035】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ｂを中程度の冷却速度により冷却する。例えば、空冷によって、熱処理材Ｂの冷却を実施する。

【0036】

熱処理材Ｂの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図４に示される温度履歴ｂとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0037】

また、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ｃを温度Ｔ１まで加熱する。

【0038】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ｃを比較的遅い冷却速度により冷却する。例えば、炉冷によって、熱処理材Ｃの冷却を実施する。

【0039】

熱処理材Ｃの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図４に示される温度履歴ｃとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0040】

また、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ｄを温度Ｔ２まで加熱する。ここでは、温度Ｔ２は、変態点Ｔ０よりも高い温度とする。

【0041】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ｄを比較的早い冷却速度により冷却する。例えば、水冷によって、熱処理材Ｄの冷却を実施する。このとき、熱処理制御装置１０２は、熱処理材Ｄの温度が最高到達温度である温度Ｔ２から変態点Ｔ０へ到達するまでの時間が時間ｔ１となるように冷却部１１０を制御する。

【0042】

熱処理材Ｄの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図５に示される温度履歴ｄとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0043】

また、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ｅを温度Ｔ２まで加熱する。

【0044】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ｅを中程度の冷却速度により冷却する。例えば、空冷によって、熱処理材Ｅの冷却を実施する。このとき、熱処理制御装置１０２は、熱処理材Ｅの温度が最高到達温度である温度Ｔ２から変態点Ｔ０へ到達するまでの時間が時間ｔ２となるように冷却部１１０を制御する。

【0045】

熱処理材Ｅの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図５に示される温度履歴ｅとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0046】

また、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、加熱部１０８を制御して、熱処理材Ｆを温度Ｔ２まで加熱する。

【0047】

次に、熱処理制御装置１０２は、温度計測部１０６によって測定された測定データを参照しながら、冷却部１１０を制御して、熱処理材Ｆを比較的遅い冷却速度により冷却する。例えば、炉冷によって、熱処理材Ｆの冷却を実施する。このとき、熱処理制御装置１０２は、熱処理材Ｆの温度が最高到達温度である温度Ｔ２から変態点Ｔ０へ到達するまでの時間が時間ｔ３となるように冷却部１１０を制御する。なお、図５に示すように、時間ｔ１～時間ｔ３は、時間ｔ１<時間ｔ２<時間ｔ３の順の大小関係となる。換言すれば、熱処理材群２００は、温度が最高到達温度から変態点に達するまでの時間が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含むといえる。これにより、摩擦接合における温度が最高到達温度から変態点に達するまでの時間についての好適な条件を見出すことが可能となる。

【0048】

熱処理材Ｆの加熱中および冷却中において、温度計測部１０６によって測定された測定データは、図５に示される温度履歴ｆとなる。熱処理制御装置１０２は、その測定データを不図示の記憶部に記憶する。

【0049】

本実施形態では、図４に示すように、熱処理材Ａ～Ｃの各温度履歴ａ～ｃは、最高到達温度である温度Ｔ１に到達するまでの間では、共通の曲線を辿るように推移する。また、本実施形態では、図５に示すように、熱処理材Ｄ～Ｆの各温度履歴ｄ～ｆは、最高到達温度である温度Ｔ２に到達するまでの間では、共通の曲線を辿るように推移する。換言すれば、熱処理材群２００は、最高到達温度が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含むといえる。これにより、摩擦接合における最高到達温度についての好適な条件を見出すことが可能となる。

【0050】

また、冷却中において熱処理材Ａ～Ｃの各温度履歴ａ～ｃは、それぞれの冷却速度に応じて異なる曲線を辿るように推移する。同様に、冷却中において熱処理材Ｄ～Ｆの各温度履歴ｄ～ｆは、それぞれの冷却速度に応じて異なる曲線を辿るように推移する。換言すれば、熱処理材群２００は、冷却速度が互いに異なる温度履歴で熱処理された複数の熱処理材を含むといえる。これにより、摩擦接合における冷却速度についての好適な条件を見出すことが可能となる。

【0051】

すなわち、熱処理材Ａ～Ｆの中から任意に２つの熱処理材を選択した場合、その２つの熱処理材は、温度履歴に影響を与える条件のうち、少なくとも１以上の条件が互いに異なるものであるといえる。上記のように、本実施形態では、温度履歴に影響を与える条件として、最高到達温度、最高到達温度から変態点への到達時間、冷却速度の３つの条件を例示した。ただし、温度履歴に影響を与える条件は、これらに限定されるものではない。例えば、温度履歴に影響を与える条件として、最高到達温度に到達するまでの間の加熱速度や、変態点から最高到達温度への到達時間を含めてもよい。

【0052】

［熱処理材の物性を評価する工程（Ｓ１０２）］
熱処理材の物性を評価する工程（Ｓ１０２）では、上記のようにして準備した熱処理後の熱処理材Ａ～Ｆのそれぞれについて、その性質、すなわち、物性を評価する。物性の評価では、それぞれの熱処理材の物性を所定の方法により評価することができればよい。例えば、物性として、強度、延性、硬度、弾性、可撓性、曲げ弾性率、曲げ強度、可塑性、剛性、他の任意の様々な特性の少なくともいずれかを評価してもよい。

【0053】

例えば、それぞれの熱処理材に対して所定の機械試験を実施することで、強度や延性の測定を行ってもよい。そして、強度や延性の測定結果を、各熱処理材の物性を示す情報として取得してもよい。

【0054】

また、顕微鏡等を用いて、それぞれの熱処理材の表面や断面における組織の観察を行ってもよい。そして、観察結果と温度履歴に基づいて、機械試験を省略して各熱処理材の物性を推定してもよい。あるいは、材料物性表等のデータがあれば、機械試験や顕微鏡による観察を行わずに材料物性表等のデータを参照して物性を評価しても良い。

【0055】

［熱処理材を選出する工程（Ｓ１０４）］
熱処理材を選出する工程（Ｓ１０４）では、上記ステップＳ１０２における物性の評価結果に基づいて、熱処理材群２００から１または複数の熱処理材の選出を行う。

【0056】

例えば、上記ステップＳ１０２において得られた強度や延性の評価結果を参照し、所望の基準範囲内の強度や延性を有する１または複数の熱処理材を選出する。

【0057】

摩擦接合では、接合部に摩擦による熱が加えられるため、接合部の物性が摩擦接合の前後で変化することがある。例えば、接合部の強度または延性等の機械特性が、摩擦接合によって低下する場合がある。例えば、一部のチタン合金は、温度履歴に起因して、接合部の組織の変性が生じることによって、強度や延性の特性が低下する場合がある。さらに、摩擦接合では、接合部に残留応力やひずみが生じる。機械特性が低下した接合部に残留応力やひずみが生じることによって、接合部の割れが発生する場合がある。本実施形態では、上記のような接合部の割れを回避可能な温度履歴を有する熱処理材を選出する。

【0058】

以下では、一例として、熱処理材Ａまたは熱処理材Ｄが選出された場合について説明する。ただし、選出される熱処理材の数は１または複数であればよく、例えば、熱処理材Ａおよび熱処理材Ｄ以外の熱処理材が選出されてもよい。

【0059】

［目標温度履歴を決定する工程（Ｓ１０６）］
目標温度履歴を決定する工程（Ｓ１０６）では、上記ステップＳ１０４において選出された熱処理材の温度履歴に基づいて、目標温度履歴を決定する。例えば、上記ステップＳ１０４において熱処理材Ａが選出された場合、熱処理材Ａの温度履歴ａにおける、最高到達温度が温度Ｔ１であるとの条件と、冷却速度が大きいとの条件との２つの条件を、目標温度履歴の条件として設定してもよい。例えば、図４に示す温度履歴ａの曲線が描く軌跡を、目標温度履歴として決定してもよい。つまり、温度履歴ａと完全に一致する温度履歴を目標温度履歴として決定してもよい。

【0060】

また、例えば、上記ステップＳ１０４において熱処理材Ｄが選出された場合、熱処理材Ｄの温度履歴ｄにおける、最高到達温度が温度Ｔ２であるとの条件と、最高到達温度から変態点への到達時間が時間ｔ１であるとの条件と、冷却速度が大きいとの条件との３つの条件を、目標温度履歴の条件として設定してもよい。例えば、図５に示す温度履歴ｄの曲線が描く軌跡を、目標温度履歴として決定してもよい。つまり、温度履歴ａと完全に一致する温度履歴を目標温度履歴として決定してもよい。

【0061】

ただし、目標温度履歴の決定方法は上記の例に限定されない。例えば、上記ステップＳ１０４において１つの熱処理材が選出された場合、選出された熱処理材の温度履歴と完全には一致しないものの当該温度履歴の曲線に沿った曲線により示される温度履歴を目標温度履歴として決定してもよい。例えば、選出された熱処理材の温度履歴が描く軌跡を基準とした所定の範囲内を目標温度履歴としてもよい。また、例えば、上記ステップＳ１０４において複数の熱処理材が選出された場合、選出された各熱処理材の温度履歴を平均化した温度履歴を目標温度履歴として決定してもよい。

【0062】

［摩擦接合を実施する工程（Ｓ１０８）］
摩擦接合を実施する工程（Ｓ１０８）では、チタン合金からなる部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合を実施する。図６は、本実施形態に係る摩擦接合装置３００の一例を示す図である。本実施形態では、摩擦接合装置３００を用いて、部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合を実施する。

【0063】

以下に、摩擦接合装置３００を用いた摩擦接合方法の一例を示す。なお、図６では、摩擦接合の一種である線形摩擦接合（ＬＦＷ）により部材３１０ａと部材３１０ｂとを接合する場合について示す。

【0064】

ただし、摩擦接合は、摩擦により生じる熱を利用した接合であればよく、線形摩擦接合以外であってもよい。例えば、部材３１０ａと部材３１０ｂとを突き合わせて回転接触させることで接合する方法である回転摩擦接合（ＲＦＷ）を摩擦接合として用いてもよい。また、回転ツール（不図示）を回転させつつ、部材３１０ａと部材３１０ｂとを突き合わせた部分に沿って移動させ、回転ツールと部材３１０ａ、３１０ｂとの摩擦熱により突合せ部を塑性流動させることで接合する方法である摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）を摩擦接合として用いてもよい。

【0065】

図６に示すように、摩擦接合装置３００は、摩擦接合制御装置３０２、温度計測部３０４、保持部３０６ａ、３０６ｂ、および、冷却部３０８を含む。なお、摩擦接合装置３００は、他の構成要素をさらに含んでもよい。

【0066】

温度計測部３０４は、部材３１０ａと部材３１０ｂとの接合部３１０ｃの温度を測定する。接合部３１０ｃは、部材３１０ａと部材３１０ｂとの接触面の近傍の部分である。例えば、接合部３１０ｃは、部材３１０ａと部材３１０ｂとの接触面から所定範囲内の部分である。温度計測部３０４は、例えば熱電対等の温度センサとすることができる。温度計測部３０４は、摩擦接合制御装置３０２と有線または無線で通信可能に接続され、測定データを摩擦接合制御装置３０２に送信してもよい。

【0067】

図６に示すように、部材３１０ａは、保持部３０６ａによって保持される。また、部材３１０ｂは、保持部３０６ｂによって保持される。摩擦接合制御装置３０２は、保持部３０６ａを介して部材３１０ａを図中右方向に押圧する。また、摩擦接合制御装置３０２は、保持部３０６ｂを介して部材３１０ｂを図中左方向に押圧する。そして、摩擦接合制御装置３０２は、保持部３０６ａおよび保持部３０６ｂを介して部材３１０ａおよび部材３１０ｂを相対的に図中上下方向に往復摺動させる。これによって、接合部３１０ｃに摩擦熱が生じ、接合部３１０ｃおよび接合部３１０ｃ近傍が塑性流動状態となるとともに、部材３１０ａと部材３１０ｂとが押圧されて接合される。

【0068】

冷却部３０８は、接合部３１０ｃの冷却を行う。冷却部３０８は、例えば、水冷、油冷、ガス冷却、空冷、または、炉冷のいずれか１以上の冷却方法によって、接合部３１０ｃの冷却を行う。冷却部３０８は、摩擦接合制御装置３０２と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、摩擦接合制御装置３０２によって制御されてもよい。

【0069】

摩擦接合制御装置３０２は、接合部３１０ｃの温度が、上記ステップＳ１０６で決定した目標温度履歴を辿るように、部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合を実施する。

【0070】

例えば、上記ステップＳ１０４において熱処理材Ａが選出され、温度履歴ａが目標温度履歴として決定された場合、摩擦接合制御装置３０２は、温度計測部３０４によって測定された測定データを参照しながら、接合部３１０ｃが温度Ｔ１となるまで、部材３１０ａおよび部材３１０ｂを相対的に図中上下方向に往復摺動させる。

【0071】

次に、摩擦接合制御装置３０２は、温度計測部３０４によって測定された測定データを参照しながら、冷却部３０８を制御して、接合部３１０ｃを比較的早い冷却速度により冷却する。例えば、水冷によって、接合部３１０ｃの冷却を実施する。

【0072】

なお、上記したように、熱処理材Ａ～Ｆの形状や質量は、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂと同じである必要はない。本実施形態のように、熱処理材Ａと部材３１０ａ、３１０ｂとの形状や質量が異なる場合、接合部３１０ｃを水冷によって冷却したとしても、実際の冷却速度が温度履歴ａの冷却速度と一致しない場合がある。

【0073】

ゆえに、例えば、実際の冷却速度が温度履歴ａの冷却速度と一致するように、事前に部材３１０ａや部材３１０ｂを外部熱源によって余熱してもよい。なお、外部熱源としては、例えば、直接抵抗加熱式、間接抵抗加熱式、直接誘導加熱式、間接誘導加熱式、レーザー加熱式、および、赤外線加熱式から少なくとも１以上が選択された加熱方式による加熱装置を用いてもよい。また、例えば、実際の冷却速度が温度履歴ａの冷却速度と一致するように、接合部３１０ｃを局所的に保温または加熱する機構を保持部３０６ａ、３０６ｂ等に取り付けてもよい。また、例えば、部材３１０ａの全体や部材３１０ｂの全体を保温または加熱する機構を保持部３０６ａ、３０６ｂ等に取り付けてもよい。

【0074】

また、例えば、実際の冷却速度が温度履歴ａの冷却速度と一致するように、接合部３１０ｃに供給する冷却媒体の流量または温度を調整してもよい。また、例えば、実際の冷却速度が温度履歴ａの冷却速度と一致するように、保持部３０６ａ、３０６ｂの形状を薄くする等、形状的な工夫を施してもよい。

【0075】

本実施形態では、上述したように、上記ステップＳ１０４において選出した熱処理材の温度履歴に基づいて、目標温度履歴を決定し、決定した目標温度履歴を辿るように、部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合を実施する。なお、目標温度履歴を辿るように摩擦接合を実施する際には、目標温度履歴を辿ればよく、目標温度履歴と完全に一致する必要はない。例えば、目標温度履歴を基準とした所定の範囲内の温度となるように、部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合を実施してもよい。これにより、部材３１０ａと部材３１０ｂとの摩擦接合において、接合部３１０ｃの強度または延性等の機械特性の低下を抑制でき、残留応力やひずみに起因する接合部３１０ｃの割れを回避することが可能となる。すなわち、摩擦接合における好適な接合条件を見出すことが可能となる。

【0076】

また、上記ステップＳ１００においては、実際に摩擦接合を実施せずに熱処理材Ａ～Ｆを準備することによって、熱処理材を準備する手間やコストを低減することができる。また、実際に摩擦接合を実施する部材３１０ａ、３１０ｂと異なる形状、例えば、単純な棒状や板状の熱処理材Ａ～Ｆを準備することにより、熱処理材を準備する手間やコストを低減することができる。上記のように、本実施形態では、実際に様々な接合条件で摩擦接合を行うことなく、摩擦接合における好適な接合条件を見出すことができる。ゆえに、摩擦接合における好適な接合条件を容易に見出すことが可能となる。

【0077】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0078】

Ｓ１００ 熱処理材群を準備する工程
Ｓ１０２ 熱処理材の物性を評価する工程
Ｓ１０４ 熱処理材を選出する工程
Ｓ１０６ 目標温度履歴を決定する工程
Ｓ１０８ 摩擦接合を実施する工程
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ 熱処理材
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ 温度履歴
２００ 熱処理材群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】