CN109311132A - 接合方法 - Google Patents

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Abstract

接合方法是将第1构件和具有供该第1构件插入的接合用插入部的第2构件这两个接合对象相互接合的接合方法。该接合方法包括如下工序：追加加热工序(S4)，在该追加加热工序(S4)中，将设于膨胀限制构件内且第1构件插入到接合用插入部中的第2构件加热至第1温度，利用膨胀限制构件的内表面机械性地限制该第2构件的热膨胀而使接合用插入部向缩径的方向塑性变形；以及冷却工序(S5)，在该冷却工序(S5)中，在追加加热工序(S4)之后，冷却第2构件，将第1、第2构件相互接合。

Description

接合方法
技术领域
本发明涉及一种利用热套将两个接合对象相互接合起来的接合方法。
背景技术
以往，作为将第1构件和具有供该第1构件插入的接合用插入部的第2构件这两个接合对象相互接合的接合方法，已知热套(例如，参照专利文献1)。
热套是通过预先加热第2构件使其热膨胀而使接合用插入部扩径，在该扩径状态时将第1构件插入，利用冷却时的接合用插入部的缩径来将两者接合的技术。
在专利文献1所记载的技术中，为了提高接合对象彼此间的接合强度，在该接合对象的接合面设置粗糙面区域而进行上述的热套。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/005125号
发明内容
发明要解决的问题
另外，为了获得所期望的接合强度，需要确保尽量大的过盈量。另外，过盈量由以下所示的式子定义。以下的外径尺寸和内径尺寸是室温时的尺寸。
〔过盈量〕＝〔第1构件的外径尺寸〕-〔接合用插入部的内径尺寸〕
另外，若接合用插入部的内径尺寸较小，则因加热时的第2构件的热膨胀引起的该接合用插入部的扩径量变小。因此，用于获得所期望的接合强度的过盈量的上限值也变小(过盈量的范围较窄)。
在专利文献1所记载的技术中也存在，若接合用插入部的内径尺寸较小，则用于获得所期望的接合强度的过盈量的范围变窄。因此，需要在较窄的范围内管理第1构件的外径尺寸和接合用插入部的内径尺寸的加工公差。即，需要对接合对象实施全数检查等来保障精度，成为成本上升的主要原因。
因此，期望一种使接合对象的加工管理变容易并且能够获得所期望的接合强度的技术。
本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于提供一种使接合对象的加工管理变容易并且能够获得所期望的接合强度的接合方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述的课题，实现目的，本发明的接合方法是将第1构件和具有供该第1构件插入的接合用插入部的第2构件这两个接合对象相互接合的接合方法，其中，该接合方法具备如下工序：追加加热工序，在该追加加热工序中，将设于膨胀限制构件内且所述第1构件插入到所述接合用插入部中的所述第2构件加热至第1温度，利用所述膨胀限制构件的内表面机械性地限制该第2构件的热膨胀，使所述接合用插入部向缩径的方向发生塑性变形；以及冷却工序，在该冷却工序中，在所述追加加热工序之后冷却所述第2构件，将所述第1构件和所述第2构件相互接合。
另外，在本发明的接合方法中，在上述发明的基础上，其特征在于，所述膨胀限制构件具有供所述第2构件插入的设置用插入部，在所述追加加热工序时，利用该设置用插入部的内表面机械性地限制所述第2构件的热膨胀，该接合方法包括如下工序：第2构件设置工序，在该第2构件设置工序中，在所述设置用插入部与所述第2构件的外表面之间具有间隙的状态下，向该设置用插入部插入所述第2构件；接合前加热工序，在该接合前加热工序中，在所述第2构件设置工序之后，将所述第2构件加热至比所述第1温度低的第2温度，使该第2构件热膨胀；以及第1构件插入工序，该第1构件插入工序在所述接合前加热工序时、该接合前加热工序之后或者所述追加加热工序时实施，在该第1构件插入工序中，向所述接合用插入部插入所述第1构件，所述追加加热工序在所述接合前加热工序之后实施。
另外，在本发明的接合方法中，在上述发明的基础上，其特征在于，依次变更为针对所述第2构件热膨胀的机械性的限制较强的所述膨胀限制构件并实施所述追加加热工序和所述冷却工序，如此地反复进行多次。
另外，在本发明的接合方法中，在上述发明的基础上，其特征在于，所述膨胀限制构件具有供所述第2构件插入的设置用插入部，在所述追加加热工序时，利用该设置用插入部的内表面机械性地限制所述第2构件的热膨胀，依次变更为所述设置用插入部的内径尺寸较小的所述膨胀限制构件并实施所述追加加热工序和所述冷却工序，如此地反复进行多次。
另外，在本发明的接合方法中，在上述发明的基础上，其特征在于，所述膨胀限制构件的线膨胀系数比所述第2构件的线膨胀系数小。
发明的效果
采用本发明的接合方法，产生如下效果：使接合对象的加工管理变容易，并且能够获得所期望的接合强度。
附图说明
图1是表示本实施方式1的两个接合对象的图。
图2是表示本实施方式2的两个接合对象的图。
图3A是表示本实施方式1的接合装置的图。
图3B是表示本实施方式1的接合装置的图。
图4是表示利用图3A和图3B所示的接合装置的两个接合对象的接合方法的流程图。
图5A是说明图4所示的接合方法(第2构件设置工序)的图。
图5B是说明图4所示的接合方法(第2构件设置工序)的图。
图6A是说明图4所示的接合方法(接合前加热工序)的图。
图6B是说明图4所示的接合方法(接合前加热工序)的图。
图7A是说明图4所示的接合方法(第1构件插入工序)的图。
图7B是说明图4所示的接合方法(第1构件插入工序)的图。
图8A是说明图4所示的接合方法(追加加热工序)的图。
图8B是说明图4所示的接合方法(追加加热工序)的图。
图9A是说明图4所示的接合方法(冷却工序)的图。
图9B是说明图4所示的接合方法(冷却工序)的图。
图10是表示在实施图4所示的接合方法时的凹部的内径尺寸、凸缘的外径尺寸以及接合用插入部的内径尺寸的变化的图。
图11是说明本实施方式1的效果的图。
图12是说明本实施方式1的效果的图。
图13是说明本实施方式1的效果的图。
图14是表示本实施方式2的接合方法的流程图。
图15A是说明图14所示的接合方法的图。
图15B是说明图14所示的接合方法的图。
图16A是说明图14所示的接合方法的图。
图16B是说明图14所示的接合方法的图。
图17A是说明图14所示的接合方法的图。
图17B是说明图14所示的接合方法的图。
图18是表示本实施方式1、2的变形例的图。
图19A是表示本实施方式1、2的变形例的图。
图19B是表示本实施方式1、2的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式(以下，实施方式)。另外，并非利用以下说明的实施方式限定本发明。并且，在附图的记载中，对相同的部分标注相同的附图标记。
(实施方式1)
〔接合对象的结构〕
图1和图2是表示本发明的实施方式1的两个接合对象100的图。具体而言，图1是两个接合对象100的立体图。图2是以沿着该两个接合对象100的中心轴线的切断面将两个接合对象100切断的剖视图。另外，在图1和图2中，为了便于说明，表示接合对象100彼此间相互接合的状态。
如图1或图2所示，两个接合对象100包括轴构件101和凸缘102。
轴构件101相当于本发明的第1构件，如图1或图2所示，由纵长状的大致圆柱构件构成。而且，轴构件101例如由钛合金等构成。
凸缘102相当于本发明的第2构件，如图1或图2所示，形成为具有供轴构件101插入的接合用插入部1021(图1、图2)的大致圆筒状。而且，凸缘102例如由铝合金(线膨胀系数α：约25×10-6/℃)等构成。
如图1或图2所示，以上说明的轴构件101和凸缘102在轴构件101插入于接合用插入部1021的状态下相互接合。
而且，相互接合的轴构件101和凸缘102例如使用于向生物体组织赋予超声波能量而处置该生物体组织的超声波处置器具。具体而言，相互接合的轴构件101和凸缘102作为将超声波振子所产生的超声波振动从一端(在图1、图2中，下方侧的端部)向与该生物体组织接触的另一端(在图1、图2中，上方侧的端部)传递的探头使用。
〔接合装置的结构〕
接下来，说明将接合对象100彼此间接合的接合装置1的结构。
图3A和图3B是表示接合装置1的图。具体而言，图3A是从侧方观察接合装置1的剖视图。图3B是接合装置1的俯视图。另外，在图3B中，为了便于说明，省略电磁感应加热线圈3和轴构件把持部4的图示。
如图3A或者图3B所示，接合装置1包括第1膨胀限制构件2、电磁感应加热线圈3(图3A)以及轴构件把持部4(图3A)。
第1膨胀限制构件2相当于本发明的膨胀限制构件，如图3A或者图3B所示，由沿着铅垂轴线延伸的圆柱构件构成。而且，第1膨胀限制构件2例如由可伐合金(线膨胀系数β：约5×10-6/℃)等构成。即，第1膨胀限制构件2由其线膨胀系数β比凸缘102的线膨胀系数α小的材料构成。
在该第1膨胀限制构件2中，如图3A或者图3B所示，在上端部形成有朝向下端部凹陷的俯视圆形状的凹部21。该凹部21的内径尺寸DjI在室温时设定为比凸缘102的外径尺寸DfO大。另外，凹部21的高度尺寸(沿着第1膨胀限制构件2的中心轴线Axj的方向的高度尺寸)设定为比凸缘102的高度尺寸(沿着圆筒状的凸缘102的中心轴线Axf的方向的长度尺寸)大。
该凹部21是供凸缘102插入而设于该凹部21的底部的部分。即，凹部21相当于本发明的设置用插入部。
另外，如图3A或者图3B所示，在凹部21的底部形成有用于避免轴构件101与该底部之间的机械性的干涉的通孔211。
电磁感应加热线圈3以具有预定的间隙的状态卷绕于第1膨胀限制构件2的外周面。而且，电磁感应加热线圈3通过从高频电源(省略图示)供给高频电流来对第1膨胀限制构件2感应加热。
轴构件把持部4把持轴构件101，设为能够移动(例如能够三维地移动)该轴构件101。
〔接合方法〕
接下来，说明利用接合装置1的接合对象100彼此间的接合方法。
图4是表示利用接合装置1的接合对象100彼此间的接合方法的流程图。图5A、图5B、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A、图8B、图9A以及图9B是用于说明图4所示的接合方法的图。具体而言，图5A、图6A、图7A、图8A以及图9A是对应于图3A的图。图5B、图6B、图7B、图8B以及图9B是对应于图3B的图。图10是表示在实施图4所示的接合方法时的凹部21的内径尺寸DjI、凸缘102的外径尺寸DfO以及接合用插入部1021的内径尺寸DfI的变化的图。
另外，在以下说明的接合方法中，由轴构件101的热膨胀引起的该轴构件101的外径尺寸DsO(图3A、图3B)的变化与其他的尺寸DjI、DfO、DfI的变化相比较小，因此设为“0(不变化)”(图10)。另外，在图10中，作为凹部21的内径尺寸DjI，将该接合方法实施前(室温时)设为内径尺寸DjIB，将该接合方法完成后(室温时)设为内径尺寸DjIA。关于凸缘102的外径尺寸DfO也是，将该接合方法实施前(室温时)设为外径尺寸DfOB，将该接合方法完成后(室温时)设为外径尺寸DfOA。另外，关于接合用插入部1021的内径尺寸DfI也是，将该接合方法实施前(室温时)设为内径尺寸DfIB，将该接合方法完成后(室温时)设为内径尺寸DfIA。并且，在以下说明的接合方法中，如图10所示，在该接合方法实施前(室温时)，将轴构件101的外径尺寸DsO设为比接合用插入部1021的内径尺寸DfI(DfIB)大。
首先，如图5A或者图5B所示，作业人员以使第1膨胀限制构件2(凹部21)的中心轴线Axj和凸缘102的中心轴线Axf一致的方式将凸缘102设置于第1膨胀限制构件2(凹部21内)(步骤S1：第2构件设置工序)。在该状态下，为室温时，如上所述，凹部21的内径尺寸DjI(DjIB)比凸缘102的外径尺寸DfO(DfOB)大，因此如图5A或者图5B所示，成为在凹部21的内周面与凸缘102的外周面之间空出间隙的状态。另外，作业人员将轴构件101设置于轴构件把持部4(图5A)。
接下来，作业人员从高频电源(省略图示)向电磁感应加热线圈3供给高频电流，对第1膨胀限制构件2感应加热(步骤S2：接合前加热工序)。而且，设于凹部21内的凸缘102通过从第1膨胀限制构件2传递热量而温度上升。
通过实施该步骤S2，第1膨胀限制构件2和凸缘102热膨胀(图6A、图6B)。而且，如图10所示，凹部21的内径尺寸DjI、凸缘102的外径尺寸DfO以及接合用插入部1021的内径尺寸DfI逐渐变大。
此处，如上所述，第1膨胀限制构件2的线膨胀系数β比凸缘102的线膨胀系数α小。因此，如图10所示，凸缘102的外径尺寸DfO相比于凹部21的内径尺寸DjI发生较大程度的变化。另一方面，接合用插入部1021的内径尺寸DfI比凸缘102的外径尺寸DfO小，因此相比于该外径尺寸DfO缓慢地发生变化。
而且，在步骤S2中，作业人员在凸缘102成为第2温度T2为止对第1膨胀限制构件2进行感应加热。另外，如图10所示，第2温度T2是成为接合用插入部1021的内径尺寸DfI比轴构件101的外径尺寸DsO大的状态的温度。
接下来，作业人员停止高频电流从高频电源(省略图示)向电磁感应加热线圈3的供给(停止第1膨胀限制构件2的感应加热(凸缘102的加热))，如图7A或者图7B所示，使轴构件把持部4动作，以凸缘102的中心轴线Axf和轴构件101的中心轴线Axs相一致的方式向接合用插入部1021插入轴构件101(步骤S3：第1构件插入工序)。此时，在轴构件101中，如图7A所示，从接合用插入部1021突出的下方侧的端部贯穿于通孔211。
接下来，作业人员从高频电源(省略图示)向电磁感应加热线圈3供给高频电流，再次对第1膨胀限制构件2感应加热直到凸缘102成为第1温度T1为止(步骤S4：追加加热工序)。另外，如图10所示，第1温度T1是比第2温度T2高的温度。
在该步骤S4中，若将凸缘102加热至第1温度T1，则凸缘102示出以下的行为。
即，如图8A、图8B或者图10所示，凸缘102和第1膨胀限制构件2发生热膨胀。而且，根据凸缘102的线膨胀系数α和第1膨胀限制构件2的线膨胀系数β之差，在成为膨胀限制温度Tx(比第1温度T1小的温度(图10))的时刻，凹部21的内径尺寸DjI和凸缘102的外径尺寸DfO相一致(凸缘102的外周面抵接于凹部21的内周面)。
之后，在凸缘102逐渐成为膨胀限制温度Tx以上的过程中，凸缘102虽要发生热膨胀，但被凹部21的内周面机械性地限制。因此，凸缘2在未被凹部21机械性地限制的方向、即、高度方向以及接合用插入部1021的内径尺寸DfI缩径的方向发生塑性变形。而且，如图10所示，若超过膨胀限制温度Tx，则接合用插入部1021的内径尺寸DfI逐渐变小。另外，该接合用插入部1021的缩径被轴构件101的外周面机械性地限制。即，接合用插入部1021的内径尺寸DfI最终与轴构件101的外径尺寸DsO一致。
接下来，作业人员停止高频电流从高频电源(省略图示)向电磁感应加热线圈3的供给(停止第1膨胀限制构件2的感应加热(凸缘102的加热))，将第1膨胀限制构件2和凸缘102冷却至室温(步骤S5：冷却工序)。
利用在该步骤S5中的冷却，如图9A、图9B或者图10所示，凸缘102和第1膨胀限制构件2发生收缩。具体而言，如在图10中用虚线的箭头示出的那样，凹部21的内径尺寸DjI与第1膨胀限制构件2的收缩相应地逐渐减小，最终，成为与该接合方法实施前的内径尺寸DjIB相同的内径尺寸DjIA。如在图10中用虚线的箭头示出的那样，另外，凸缘102的外径尺寸DfO与该凸缘102的收缩相应地逐渐变小，最终，成为比该接合方法实施前的外径尺寸DfOB小的外径尺寸DfOA。并且，如在图10中用虚线的箭头示出的那样，接合用插入部1021的内径尺寸DfI与该凸缘102的收缩相应地逐渐变小，但该收缩被轴构件101的外周面机械性地限制，因此，最终，维持与轴构件101的外径尺寸DsO相一致的内径尺寸DfIA。
根据以上的工序，轴构件101和凸缘102相互接合。
在以上说明的本实施方式1的接合方法中，具有以下的效果。
图11～图13是说明本实施方式1的效果的图。具体而言，图11和图12是对应于图10的图，是表示不将轴构件101插入于接合用插入部1021(省略第1构件插入工序S3)而实施图4所示的接合方法的情况下的凹部21的内径尺寸DjI、凸缘102的外径尺寸DfO以及接合用插入部1021的内径尺寸DfI的变化的图。另外，在图11中，与图10同样地，在该接合方法实施前(室温时)，将轴构件101的外径尺寸DsO设为比接合用插入部1021的内径尺寸DfI(DfIB)大。另一方面，在图12中，在该接合方法实施前(室温时)，将轴构件101的外径尺寸DsO设为比接合用插入部1021的内径尺寸DfI(DfIB)小。图13是表示实施不将轴构件101插入于接合用插入部1021、不使用第1膨胀限制构件2的以往的热套的情况下的凸缘102的外径尺寸DfO和接合用插入部1021的内径尺寸DfI的变化的图。
此处，讨论表示轴构件101和凸缘102的接合强度的过盈量。
本来，过盈量能够由在接合前(室温时)从轴构件101的外径尺寸DsO减去接合用插入部1021的内径尺寸DfIB而得到的尺寸(尺寸DsO-尺寸DfIB)定义(以下，记载为第1定义)。然而，在本实施方式1中，在接合方法的过程(追加加热工序S4)中，使接合用插入部1021向缩径的方向塑性变形，因此需要以与第1定义不同的定义考虑过盈量。
具体而言，在以往的热套中，不使用第1膨胀限制构件2。因此，接合用插入部1021在缩径的方向上不发生塑性变形。即，对于接合用插入部1021的内径尺寸DfI来说，若轴构件101不插入于接合用插入部1021，则如图13所示，实施以往的热套前的内径尺寸DfIB和以往的热套完成之后的内径尺寸DfIA相同。因此，在以往的热套中，以第1定义考虑表示轴构件101和凸缘102的接合强度的过盈量即可。
另一方面，在本实施方式1的接合方法中，使用第1膨胀限制构件2，因此，接合用插入部1021在追加加热工序S4中向缩径的方向发生塑性变形(图11)。即，对于接合用插入部1021的内径尺寸DfI来说，若轴构件101不插入于接合用插入部1021，则如图11所示，该接合方法完成之后的内径尺寸DfIA比实施该接合方法前的内径尺寸DfIB小。因此，在本实施方式1的接合方法中，作为表示轴构件101和凸缘102的接合强度的过盈量的定义，在完成接合方法之后(室温时)，需要采用设为从轴构件101的外径尺寸DsO减去接合用插入部1021的内径尺寸DfIA而得到的尺寸(尺寸DsO-尺寸DfIA)的第2定义。
而且，如通过比较图11和图13而得知的那样，分别由本实施方式1的接合方法(图11)以及以往的热套(图13)将由相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102相互接合的情况下，本实施方式1的接合方法的过盈量(第2定义(尺寸DsO-尺寸DfIA))比以往的热套的过盈量(第1定义(尺寸DsO-尺寸DfIB))大。因此，若采用本实施方式1的接合方法，则与以往的热套相比较，能够提高轴构件101和凸缘102的接合强度。
此处，在以往的热套中，在实施该热套之前(室温时)，在使用接合用插入部1021的内径尺寸DfIB比轴构件101的外径尺寸DsO大的凸缘102的情况下，无法确保过盈量(第1定义)。因此，无法将轴构件101和凸缘102相互接合。
相对于此，在本实施方式1的接合方法中，在追加加热工序S4中，使接合用插入部1021向缩径的方向发生塑性变形。因此，如图12所示，在实施该接合方法之前(室温时)，即使在使用接合用插入部1021的内径尺寸DfIB比轴构件101的外径尺寸DsO大的凸缘102的情况下，也能够确保充分的过盈量(第2定义(尺寸DsO-尺寸DfIA))。即，能够将轴构件101和凸缘102相互接合。因而，在以第1定义的过盈量进行考虑的情况下，即使过盈量(第1定义)为负值，也能够将轴构件101和凸缘102接合，该过盈量(第1定义)的范围变大。即，不需要以较窄的范围管理轴构件101和凸缘102的加工公差。
根据以上内容，利用本实施方式1的接合方法，产生如下效果：使轴构件101和凸缘102的加工管理变容易，并且能够得到所期望的接合强度。
(实施方式2)
接下来，说明本发明的实施方式2。
在以下的说明中，对与上述的实施方式1同样的结构标注相同的附图标记，省略或者简化其详细的说明。
在本实施方式2的接合方法中，在如下方面存在不同：利用在上述的实施方式1中说明了的接合方法将轴构件101和凸缘102相互接合之后，对该接合了的接合工件再次实施追加加热工序和冷却工序。
以下，说明本实施方式2的接合方法。
〔接合方法〕
图14是表示本实施方式2的接合方法的流程图。图15A、图15B、图16A、图16B、图17A以及图17B是用于说明图14所示的接合方法的图。具体而言，图15A、图16A以及图17A是对应于图3A的图。图15B、图16B以及图17B是对应于图3B的图。
本实施方式2的接合方法如图14所示，相对于在上述的实施方式1中说明的接合方法(图4)，仅在追加有步骤S1A、S4A、S5A的方面不同。因此，在以下，仅依次说明步骤S1A、S4A、S5A。
〔步骤S1A〕
步骤S1A(接合工件设置工序)在步骤S5之后实施。
具体而言，作业人员在步骤S1A中，如图15A或者图15B所示，将在步骤S1～S5中使用的第1膨胀限制构件2变更为第2膨胀限制构件2A。
此处，第2膨胀限制构件2A相当于本发明的膨胀限制构件。该第2膨胀限制构件2A由与第1膨胀限制构件2相同的材料构成，相对于第1膨胀限制构件2，仅在具有内径尺寸与凹部21的内径尺寸不同的凹部21A(本发明的设置用插入部)的方面不同。另外，凹部21A的内径尺寸DjI’(图15B)设定为在室温时比凹部21的内径尺寸DjI小，比实施步骤S5之后的凸缘102的外径尺寸DfO(DfOA)大。
另外，如图15A所示，作业人员将利用步骤S1～S5将轴构件101和凸缘102相互接合的接合工件W设置于轴构件把持部4。而且，如图15A或者图15B所示，作业人员使轴构件把持部4动作，以接合工件W的中心轴线Axf、Axs和第2膨胀限制构件2A(凹部21A)的中心轴线Axj一致的方式将接合工件W设置于第2膨胀限制构件2A(凹部21A内)。在该状态下，为室温时，如上所述，凹部21A的内径尺寸DjI'比凸缘102的外径尺寸DfO(DfOA)大，因此如图15A或者图15B所示，成为在凹部21A的内周面与凸缘102的外周面之间空出间隙的状态。
〔步骤S4A〕
步骤S4A(追加加热工序)在步骤S1A之后实施。
具体而言，作业人员在步骤S4A中，与步骤S4同样地，将第2膨胀限制构件2A感应加热，直到凸缘102成为第1温度T1，如图16A或者图16B所示，使凸缘102热膨胀。
另外，在步骤S4A中的第1温度T1既可以与步骤S4中的第1温度T1相同，或者也可以是不同的温度。具体而言，步骤S4A中的第1温度T1与凸缘102和第2膨胀限制构件2A的热膨胀相应地，是超过使凹部21A的内径尺寸DjI’和凸缘102的外径尺寸DfO一致的膨胀限制温度的温度即可。
如上所述，凹部21A的内径尺寸DjI’设定为比凹部21的内径尺寸DjI小。因此，通过实施步骤S4A，相比于步骤S4时，凸缘102的热膨胀被第2膨胀限制构件2A(凹部21A)的内周面更加强力地机械性地限制。即，想要缩径的力进一步作用于接合用插入部1021。
〔步骤S5A〕
步骤S5A(冷却工序)在步骤S4A之后实施。
具体而言，作业人员在步骤S5A中，与步骤S5同样地，停止第2膨胀限制构件2A的感应加热而将第2膨胀限制构件2A和凸缘102冷却至室温，如图17A或者图17B所示，使凸缘102收缩。通过实施该步骤S5A，利用凸缘102的收缩，想要缩径的力进一步作用于接合用插入部1021。
采用以上说明的本实施方式2的接合方法，产生与上述的实施方式1同样的效果。
另外，在本实施方式2的接合方法中，对于利用步骤S1～S5将轴构件101和凸缘102相互接合的接合工件W，使用具有比在追加加热工序S4中使用的第1膨胀限制构件2的凹部21的内径尺寸DjI小的内径尺寸DjI’的凹部21A的第2膨胀限制构件2A，再次实施追加加热工序S4A和冷却工序S5A。因此，能够获得比利用步骤S1～S5获得的接合强度高的接合强度。
另外，即使无法利用步骤S1～S5获得所期望的接合强度，通过利用追加加热工序S4A和冷却工序S5A提高接合强度，也能够获得所期望的接合强度。因此，在以第1定义的过盈量考虑的情况下，能够使该过盈量(第1定义)的范围进一步变广。即，不需要以较窄的范围管理轴构件101和凸缘102的加工公差，使轴构件101和凸缘102的加工管理更加容易。
此处，在上述的实施方式1中，也考虑代替第1膨胀限制构件2而使用第2膨胀限制构件2A来实施接合方法(图4)。
在该情况下，凹部21A的内径尺寸DjI’较小，因此在加热温度较低的阶段，凸缘102的热膨胀被第2膨胀限制构件2A(凹部21A)的内周面机械性地限制，接合用插入部1021的缩径开始。其结果，接合用插入部1021几乎没有扩张。而且，在以第1定义的过盈量考虑的情况下，能够接合轴构件101和凸缘102的过盈量(第1定义)的上限变小。另外，冷却后的接合用插入部1021的内径尺寸DfI变得更小，因此能够接合轴构件101和凸缘102的过盈量(第1定义)的下限变小。结果，即使使用凹部21A的内径尺寸DjI’较小的第2膨胀限制构件2A，能够接合轴构件101和凸缘102的过盈量(第1定义)的范围、能够获得所期望的接合强度的过盈量(第1定义)的范围与使用第1膨胀限制构件2的情况相比也几乎不变化。
而且，相比于代替第1膨胀限制构件2而使用第2膨胀限制构件2A来实施接合方法(图4)，如本实施方式2的接合方法那样，对利用步骤S1～S5将轴构件101和凸缘102相互接合的接合工件W再次实施追加加热工序S4A和冷却工序S5A的方式，能够使能够接合轴构件101和凸缘102的过盈量(第1定义)的范围、能够获得所期望的接合强度的过盈量(第1定义)的范围较大。
(实施例)
接下来，基于具体的实施例说明本发明的效果。
〔实施例1〕
在本实施例1中，使用由以下的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用在上述的实施方式1中说明的接合方法(图4)，将轴构件101和凸缘102相互接合。以下，为了便于说明，将在上述的实施方式1中说明的接合方法(图4)记载为单次接合方法。
构成轴构件101的材料：钛合金
轴构件101的接合部位的长度：4mm
轴构件101的外径尺寸DsO：3.52mm
构成凸缘102的材料：铝合金(A7075)
凸缘102的外径尺寸DfO：6mm
接合用插入部1021的内径尺寸DfI(DfIB)：3.5mm
凹部21的内径尺寸DjI：6.03mm
另外，在接合前加热工序S2中的第2温度T2设定为300℃。另外，在追加加热工序S4中的第1温度T1设定为450℃。
〔实施例2〕
在本实施例2中，除了将轴构件101的外径尺寸DsO设为3.51mm以外，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例1同样的单次接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例3〕
在本实施例3中，除了将轴构件101的外径尺寸DsO设为3.50mm以外，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例1同样的单次接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例4〕
在本实施例4中，除了将轴构件101的外径尺寸DsO设为3.49mm以外，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例1同样的单次接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例5〕
在本实施例5中，除了将轴构件101的外径尺寸DsO设为3.48mm以外，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例1同样的单次接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例6〕
在本实施例6中，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用在上述的实施方式2中说明的接合方法(图14)，将轴构件101和凸缘102相互接合。以下，为了便于说明，将在上述的实施方式2中说明的接合方法(图14)记载为反复接合方法。
另外，凹部21A的内径尺寸DjI’设定为6.01mm。另外，在追加加热工序S4A中的第1温度T1设定为450℃。
〔实施例7〕
在本实施例7中，使用由与上述的实施例2相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例6同样的反复接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例8〕
在本实施例8中，使用由与上述的实施例3相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例6同样的反复接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例9〕
在本实施例9中，使用由与上述的实施例4相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例6同样的反复接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔实施例10〕
在本实施例10中，使用由与上述的实施例5相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的实施例6同样的反复接合方法，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔比较例1〕
在本比较例1中，使用由与上述的实施例1相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用不使用第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A的以往的热套，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔比较例2〕
在本比较例2中，使用由与上述的实施例2相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的比较例1同样的以往的热套，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔比较例3〕
在本比较例3中，使用由与上述的实施例3相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的比较例1同样的以往的热套，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔比较例4〕
在本比较例4中，使用由与上述的实施例4相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的比较例1同样的以往的热套，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔比较例5〕
在本比较例5中，使用由与上述的实施例5相同的材料和尺寸构成的轴构件101和凸缘102，利用与上述的比较例1同样的以往的热套，将轴构件101和凸缘102相互接合。
〔评价和结果〕
作为评价方法，将在实施例1～10和比较例1～5中相互接合的轴构件101和凸缘102中的一者固定，以中心轴线Axf、Axs为中心使另一者旋转，对该另一者自该一者脱离时的力(旋转方向接合强度(N·m))分别进行测量。另外，测量装置的测量范围达到3N·m，因此作为旋转方向接合强度，不会测量3N·m以上。另外，所期望的旋转方向接合强度为3N·m以上。而且，结果正如以下的表1所示。
[表1]
(表1)
〔以往的热套的结果〕
在以往的热套中，如表1所示，在轴构件101的外径尺寸DsO为接合用插入部1021的内径尺寸DfIB以下的情况(比较例3～5)下，无法将轴构件101和凸缘102接合。另外，在比较例1、2中，能够将轴构件101和凸缘102接合，但无法获得所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)。
即，在以第1定义的过盈量考虑的情况下，在以往的热套中，能够将轴构件101和凸缘102接合的过盈量(第1定义)的范围为0.01mm～0.02mm。
〔单次接合方法的结果〕
在本发明的单次接合方法中，如表1所示，在全部的实施例1～5中，能够将轴构件101和凸缘102接合。然而，在实施例4、5中，虽能够将轴构件101和凸缘102接合，但无法得到所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)。
即，在以第1定义的过盈量考虑的情况下，在本发明的单次接合方法中，能够接合轴构件101和凸缘102的过盈量(第1定义)的范围为-0.02mm～0.02mm，相对于以往的热套而言变大。另外，能够得到所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)的过盈量(第1定义)的范围为0～0.02mm，相对于以往的热套而言变大。
〔反复接合方法的结果〕
在本发明的反复接合方法中，如表1所示，在全部的实施例6～10中，能够将轴构件101和凸缘102接合，并且，能够获得所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)。
即，在以第1定义的过盈量考虑的情况下，在本发明的反复接合方法中，能够将轴构件101和凸缘102接合的过盈量(第1定义)的范围和能够获得所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)的过盈量(第1定义)的范围为-0.02mm～0.02mm。即，在本发明的反复接合方法中，能够获得所期望的旋转方向接合强度(3N·m以上)的过盈量(第1定义)的范围相对于单次接合方法变广。
(其他的实施方式)
到此为止说明了用于实施本发明的方式，但本发明并不应仅由上述的实施方式所限定。
在上述的实施方式1、2中，第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A在机械性地限制凸缘102的热膨胀时，机械性地限制凸缘102的外周面，但不限于此。只要能够机械性地限制凸缘102的热膨胀，使接合用插入部1021向缩径的方向塑性变形，就也可以采用例如机械性地限制凸缘102的上端面和下端面的结构。
在上述的实施方式1、2中，也可以使用接合装置1对实施了以往的热套的接合工件(例如，在比较例1、2中相互接合的轴构件101和凸缘102)实施追加加热工序S4(S4A)和冷却工序S5(S5A)。像这样，对实施了以往的热套的接合工件实施追加加热工序和冷却工序的接合方法也包含于本发明。
在上述的实施方式1、2中，构成轴构件101、凸缘102以及第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A的材料不限于在上述的实施方式1、2中说明的材料。只要满足第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A的线膨胀系数β比凸缘102的线膨胀系数α小的条件，构成第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A以及凸缘102的材料就也可以使用任意的材料。
另外，第2膨胀限制构件2A只要是与第1膨胀限制构件2相比、针对凸缘102热膨胀的机械性的限制较强的结构，就也可以设为其材料(线膨胀系数)和尺寸与第1膨胀限制构件2不同的结构。
在上述的实施方式1、2中，第1构件插入工序S3在凸缘102到达了第2温度T2之后实施，但不限于此。只要利用凸缘102的热膨胀，成为接合用插入部1021的内径尺寸DfI比轴构件101的外径尺寸DsO大的状态，就可以在任意的时刻实施第1构件插入工序S3。即，第1构件插入工序S3也可以在接合前加热工序S2时、追加加热工序S4时实施。
在上述的实施方式1、2中，作为加热凸缘102的部件，采用了电磁感应加热线圈3，但不限于此，也可以采用利用除电磁感应之外的方法直接或者间接加热凸缘102的结构。
在上述的实施方式2中，反复实施了两次追加加热工序和冷却工序，但不限于此，也可以反复实施3次以上。此时，如在上述的实施方式2中说明的那样，在之后的追加加热工序中，依次变更为相比于之前的追加加热工序、针对凸缘102热膨胀的机械性的限制较强的膨胀限制构件。
图18是表示本实施方式1、2的变形例的图。具体而言，图18是对应于图3A的图。
也可以代替在上述的实施方式1、2中说明的接合装置1而采用图18所示的接合装置1B。
如图18所示，本变形例的接合装置1B除在上述的实施方式1、2中说明了的电磁感应加热线圈3和轴构件把持部4之外，还具备膨胀限制构件2B和载置台5。
膨胀限制构件2B相对于在上述的实施方式1中说明了的第1膨胀限制构件2、第2膨胀限制构件2A，仅在使凹部21、21A贯穿至下端的方面不同。
而且，使凹部21、21A贯穿至下端的部分与该凹部21、21A同样地是利用内周面机械性地限制凸缘102的热膨胀的部分，相当于本发明的设置用插入部21B。
载置台5相当于在上述的实施方式1中说明了的第1膨胀限制构件2的凹部21的底部、第2膨胀限制构件2A的凹部21A的底部，是供凸缘102载置的部分。而且，在载置台5具有与形成于凹部21、21A的底部的通孔211相对应的通孔51。
图19A和图19B是表示本实施方式1、2的变形例的图。具体而言，图19A是对应于图3A的图。图19B是对应于图3B的图。
也可以代替在上述的实施方式1、2中说明了的凸缘102而采用图19A或者图19B所示的凸缘102C。
本变形例的凸缘102C相对于在上述的实施方式1、2中说明了的凸缘102，仅在由接合用插入部1021不贯穿至下端的凹部1021C构成的方面不同。另外，凹部1021C是供轴构件101插入的部分，相当于本发明的接合用插入部。
另外，在采用了上述的凸缘102C的情况下，也可以代替在上述的实施方式1、2中说明了的接合装置1而采用图19A或者图19B所示的接合装置1C。
如图19A或者图19B所示，本变形例的接合装置1C除在上述的实施方式1、2中说明了的电磁感应加热线圈3和轴构件把持部4之外，还具备膨胀限制构件2C。
如图19A所示，膨胀限制构件2C具有有底圆筒形状。而且，膨胀限制构件2C的底部位于上方，设置为覆盖凸缘102C的上端部。即，膨胀限制构件2C的内表面与在上述的实施方式1中说明了的第1膨胀限制构件2的凹部21、第2膨胀限制构件2A的凹部21A同样地，是机械性地限制凸缘102C的热膨胀的部分，相当于本发明的设置用插入部21C。
另外，在膨胀限制构件2C的底部形成有贯穿该膨胀限制构件2C的内外并用于使轴构件101从该膨胀限制构件2C的外部朝向内部贯穿的设置用通孔22。
附图标记说明
1、1B、1C：接合装置
2、2A：第1、第2膨胀限制构件(膨胀限制构件)
2B、2C：膨胀限制构件
3：电磁感应加热线圈
4：轴构件把持部
5：载置台
21、21A：凹部(设置用插入部)
21B、21C：设置用插入部
22：设置用通孔
51：通孔
100：接合对象
101：轴构件
102、102C：凸缘
211：通孔
1021：接合用插入部
1021C：凹部(接合用插入部)
Axf、Axj、Axs：中心轴线
DfI、DfIA、DfIB：接合用插入部的内径尺寸
DfO、DfOA、DfOB：凸缘的外径尺寸
DjI、DjIA、DjIB、DjI’：凹部的内径尺寸
DsO：轴构件的外径尺寸
T1、T2：第1、第2温度
Tx：膨胀限制温度
W：接合工件。

Claims (5)

1.一种接合方法，其是将第1构件和具有供该第1构件插入的接合用插入部的第2构件这两个接合对象相互接合的接合方法，其特征在于，
该接合方法具备如下工序：
追加加热工序，在该追加加热工序中，将设于膨胀限制构件内且所述第1构件插入到所述接合用插入部中的所述第2构件加热至第1温度，利用所述膨胀限制构件的内表面机械性地限制该第2构件的热膨胀，使所述接合用插入部向缩径的方向发生塑性变形；以及
冷却工序，在该冷却工序中，在所述追加加热工序之后冷却所述第2构件，将所述第1构件和所述第2构件相互接合。
2.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，
所述膨胀限制构件具有供所述第2构件插入的设置用插入部，在所述追加加热工序时，利用该设置用插入部的内表面机械性地限制所述第2构件的热膨胀，
该接合方法包括如下工序：
第2构件设置工序，在该第2构件设置工序中，在所述设置用插入部与所述第2构件的外表面之间具有间隙的状态下，向该设置用插入部插入所述第2构件；
接合前加热工序，在该接合前加热工序中，在所述第2构件设置工序之后，将所述第2构件加热至比所述第1温度低的第2温度，使该第2构件热膨胀；以及
第1构件插入工序，该第1构件插入工序在所述接合前加热工序时、该接合前加热工序之后或者所述追加加热工序时实施，在该第1构件插入工序中，向所述接合用插入部插入所述第1构件，
所述追加加热工序在所述接合前加热工序之后实施。
3.根据权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，
依次变更为针对所述第2构件热膨胀的机械性的限制较强的所述膨胀限制构件并实施所述追加加热工序和所述冷却工序，如此地反复进行多次。
4.根据权利要求3所述的接合方法，其特征在于，
所述膨胀限制构件具有供所述第2构件插入的设置用插入部，在所述追加加热工序时，利用该设置用插入部的内表面机械性地限制所述第2构件的热膨胀，
依次变更为所述设置用插入部的内径尺寸较小的所述膨胀限制构件并实施所述追加加热工序和所述冷却工序，如此地反复进行多次。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的接合方法，其特征在于，
所述膨胀限制构件的线膨胀系数比所述第2构件的线膨胀系数小。
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