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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbundenes Bauteil.
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017 -
154825 , die am 9. August 2017 eingereicht wurde und deren Priorität beansprucht wird, wobei deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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STAND DER TECHNIK
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Patentdokument 1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von gesinterten Teilen durch Hartlöten.
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DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-302415.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein verbundenes Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst
ein erstes Element, das mit einer ersten Verbindungsfläche bereitgestellt ist, die ein Anordnungsteil aufweist, an dem ein Lötfüllmaterial angeordnet ist;
ein zweites Element, das mit dem ersten Element durch Hartlöten verbunden und mit einer zweiten Verbindungsfläche bereitgestellt ist, die eine aufnehmende Aussparung aufweist, die dem Anordnungsteil gegenüberliegt;
eine Führungsnut, die in der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche ausgebildet ist und sich von dem Anordnungsteil oder der aufnehmenden Aussparung zu einem Rand der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche erstreckt; und
eine Fase, die entlang des Rands der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche gebildet ist,
wobei die Führungsnut mit der Fase in Verbindung steht.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines verbundenen Bauteils gemäß einer Ausführungsform 1.
- 2 ist eine schematische Seitenansicht des verbundenen Bauteils gemäß der Ausführungsform 1.
- 3 ist eine schematische Draufsicht, die eine Verbindungsfläche eines zweiten Elements des verbundenen Bauteils gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
- 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt eines verbundenen Teils eines ersten Elements und des zweiten Elements des verbundenen Bauteils gemäß der Ausführung 1 zeigt.
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MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In verschiedenen mechanischen Komponenten, wie z.B. Automobilkomponenten oder ähnlichem, werden gesinterte Körper verwendet, die durch Pulvermetallurgie hergestellt werden. Da der gesinterte Körper durch Formen und Sintern gebildet wird, gibt es Einschränkungen in seiner Gestalt. Aus diesem Grund wird das Bauteil bei der Formgebung des Bauteils, das eine Form aufweist, die durch das Formen nicht oder nur schwer herstellbar ist, in mehrere formbare Elemente unterteilt und die formbaren Elemente werden verbunden, um ein verbundenes Bauteil zu bilden, das ein einzelnes Bauteil ist.
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[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
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Im gefügten Bauteil, das durch Hartlöten erhalten wird, ist es wünschenswert, das Problem des aus einem Rand einer Verbindungsfläche austretenden Lötfüllmaterials zu lösen. Nach der im Patentdokument 1 beschriebenen Technik wird das austretende Lötfüllmaterial durch Schließen eines abschließenden Endes einer an der Verbindungsfläche vorgesehenen Führungsnut reduziert, aber in einigen Fällen ist es nicht möglich, das austretende Lötfüllmaterial ausreichend zu reduzieren.
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Dementsprechend ist es ein Ziel, ein verbundenes Bauteil bereitzustellen, das das aus dem Rand der Verbindungsfläche austretende Lötfüllmaterial effektiv reduzieren kann.
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[Effekte der vorliegenden Erfindung]
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das aus dem Rand der Verbindungsfläche austretenden Lötfüllmaterial effektiv zu reduzieren.
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[Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
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In einem herkömmlichen, durch Hartlöten hergestellten verbundenen Bauteil wird in einem zweiten Element ein Durchgangsloch vorgesehen, um ein Lötfüllmaterial anzuordnen, und beim Verbinden eines ersten Elements und des zweiten Elements wird ein Stück des Lötfüllmaterials von dem Durchgangsloch in einem Zustand eingesetzt, in dem das erste Element und das zweite Element überlappen. Außerdem kann, wenn das Lötfüllmaterial für die Verbindung erhitzt und geschmolzen wird, ein Teil des geschmolzenen Lötfüllmaterials innerhalb des Durchgangslochs verbleiben und das restliche Lötfüllmaterial kann in einem Zustand verbleiben, in dem es nach dem Verbinden durch Hartlöten innerhalb des Durchgangslochs anhaftet. Wenn das restliche Lötfüllmaterial innerhalb des Durchgangslochs verbleibt, kann das restliche Lötfüllmaterial über das Durchgangsloch von dem verbundenen Bauteil abfallen und ein Produkt, das das verbundene Bauteil verwendet, in unerwünschtem Maß beeinflussen.
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Um Unannehmlichkeiten zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass das restliche Lötfüllmaterial innerhalb des Durchgangslochs davon abfällt, ist es denkbar, die Durchgangsbohrung in eine nicht durchgehende Aussparung zu modifizieren und das Lötfüllmaterial in dieser Aussparung anzuordnen und darin aufzunehmen. In diesem Fall jedoch haften in dem Zustand, in dem sich das erste und das zweite Element überlappen, die Verbindungsflächen des ersten und des zweiten Elements aneinander und ein durch die Aussparung gebildeter Innenraum bildet einen geschlossenen Raum. Außerdem kann beim Erwärmen und Schmelzen des Lötfüllmaterials eine thermische Ausdehnung eines Gases innerhalb der Aussparung auftreten und durch das geschmolzene Lötfüllmaterial kann ein Gas erzeugt werden, so dass sich ein Innendruck der Aussparung erhöht. Aus diesem Grund kann das Gas dazu führen, dass das geschmolzene Lötfüllmaterial aus dem Rand der Verbindungsfläche austritt. Gemäß der in Patentdokument 1 beschriebenen Technik ist die Führungsnut an der Verbindungsfläche vorgesehen, aber da das abschließende Ende der Führungsnut geschlossen ist, kann der Anstieg des Innendrucks der Aussparung verhindert werden, der beim Schmelzen des Lötfüllmaterials entsteht, und das austretende Lötfüllmaterial kann nicht in ausreichendem Maße reduziert werden, da das durch das Gas austretende Lötfüllmaterial in einigen Fällen nicht reduziert werden kann.
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Die Erfinder haben erwogen, das abschließende Ende der an der Verbindungsfläche vorgesehenen Führungsnut als ein offenes Ende zu bilden, wenn die Aussparung, die das Lötfüllmaterial im verbundenen Bauteil aufnimmt so bereitgestellt wird, dass diese Führungsnut als Durchgang für das beim Schmelzen des Lötfüllmaterials entstehende Gas genutzt werden kann. Die Erfinder haben daher erkannt, dass durch diese Anordnung der Anstieg des Innendrucks der Aussparung beim Schmelzen des Lötfüllmaterials und die Reduzierung des durch das Gas austretenden Lötfüllmaterials reduziert werden kann, um das Problem des austretenden Lötfüllmaterials zu lösen. Anschließend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgestellt und beschrieben.
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(1) Ein verbundenes Bauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst
ein erstes Element, das mit einer ersten Verbindungsfläche bereitgestellt ist, die ein Anordnungsteil aufweist, an dem ein Lötfüllmaterial angeordnet ist;
ein zweites Element, das mit dem ersten Element durch Hartlöten verbunden ist und mit einer zweiten Verbindungsfläche bereitgestellt ist, die eine aufnehmende Aussparung aufweist, die dem Anordnungsteil gegenüberliegt;
eine Führungsnut, die in der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche ausgebildet ist und sich von dem Anordnungsteil oder der aufnehmenden Aussparung zu einem Rand der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche erstreckt; und
eine Fase, die entlang des Rands der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche gebildet wird,
wobei die Führungsnut mit der Fase in Verbindung steht.
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In dem oben erwähnten verbundenen Bauteil wird das Lötfüllmaterial beim Verbinden des ersten Elements und des zweiten Elements durch das Hartlöten in die aufnehmende Aussparung aufgenommen, die in der zweiten Verbindungsfläche des zweiten Elements vorgesehen ist, und das erste Element und das zweite Element werden überlappt, um das Lötfüllmaterial in dem Anordnungsteil des ersten Elements anzuordnen. Zusätzlich wird das Lötfüllmaterial in diesem Zustand durch Erwärmung geschmolzen, um das geschmolzene Lötfüllmaterial zwischen den Verbindungsflächen des ersten Elements und des zweiten Elements zu durchdringen, so dass diese Elemente durch das Hartlöten verbunden werden.
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Da das Lötfüllmaterial in der aufnehmenden Aussparung, die kein Durchgangsloch ist, angeordnet und darin aufgenommen wird, auch wenn ein Teil des Lötfüllmaterials innerhalb der aufnehmenden Aussparung nach der Verbindung durch das Hartlöten verbleibt, sammelt sich das restliche Lötfüllmaterial entsprechend des oben genannten verbundenen Bauteils in der aufnehmenden Aussparung an und es kann somit verhindert werden, dass das restliche Lötfüllmaterial von dem verbundenen Bauteil abfällt.
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Da die Führungsnut in der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche ausgebildet ist, dringt gemäß dem oben genannten verbundenen Bauteil das geschmolzene Lotfüllmaterial über die Nut zwischen den Verbindungsflächen ein, um die Durchlässigkeit des Lotfüllmaterials zu verbessern. Da die Führungsnut mit der Fase, die entlang des Randes der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche ausgebildet ist, in Verbindung steht, ist der abschließende Endteil der Führungsnut beim Erwärmen und Schmelzen des Lotfüllmaterials offen. Aus diesem Grund kann die Führungsnut als Durchgang für das beim Schmelzen des Lötfüllmaterials entstehende Gas genutzt werden. Der Anstieg im Innendruck der aufnehmenden Aussparung kann beim Erwärmen und Aufschmelzen des Lötfüllmaterials reduziert werden und es ist möglich, das geschmolzene Lotfüllmaterial, das durch das Gas aus dem Rand der Verbindungsfläche ausgegeben wird und austritt, zu reduzieren, um das durch das Gas austretende Lotfüllmaterial zu eliminieren. Darüberhinaus ist die Fase gemäß dem oben beschriebenen verbundenen Bauteil entlang des Randes der ersten Verbindungsfläche oder der zweiten Verbindungsfläche gebildet und kann somit als Sammelstück für das Lotfüllmaterial genutzt werden.
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Insbesondere auch dann, wenn beim Erwärmen und Schmelzen des Lotfüllmaterials das geschmolzene Lotmaterial aus dem abschließenden Endteil der Führungsnut austritt, sammelt sich das Lotfüllmaterial an der Fase an, um den aus dem Rand der Verbindungsfläche austretenden Lotfüllmaterial zu reduzieren. Dementsprechend kann das oben genannte verbundene Bauteil das aus dem Rand der Verbindungsfläche austretende Lotfüllmaterial wirksam reduzieren und das Problem des austretenden Lotfüllmaterials beseitigen.
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(2) In einer Ausführungsform des oben genannten verbundenen Bauteils umfasst die erste Verbindungsfläche die Führungsnut, ist die Fase entlang des Randes der zweiten Verbindungsfläche gebildet und ist ein abschließender Endteil der Führungsnut in einem Bereich positioniert, der die Fase überlappt.
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Durch Positionierung des abschließenden Endteils der Führungsnut in dem Bereich, der die Fase überlappt, wird der abschließende Endteil der Führungsnut durch die Fase verdeckt, wenn man das Verbindungsteil des ersten Elements und des zweiten Elements betrachtet. Aus diesem Grund ist es möglich, das austretende Lötfüllmaterial effizienter zu reduzieren.
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(3) In einer Ausführungsform des oben genannten verbundenen Bauteils umfasst die zweite Verbindungsfläche die Führungsnut, ist die Fase entlang des Randes der ersten Verbindungsfläche gebildet und ist ein abschließender Endteil der Führungsnut in einem Bereich positioniert, der die Fase überlappt.
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Durch die Positionierung des abschließenden Endteils der Führungsnut in dem Bereich, der die Fase überlappt, wird der abschließende Endteil der Führungsnut durch die Fase verdeckt, wenn das Verbindungsteil des ersten Elements und des zweiten Elements betrachtet wird. Aus diesem Grund ist es möglich, das austretende Lötfüllmaterial effektiver zu reduzieren.
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(4) In einer Ausführungsform des oben genannten verbundenen Bauteils weist die Fase eine Tiefe von 0,05 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger und eine Breite von 0,1 mm oder mehr und 1,5 mm oder weniger auf.
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Wenn die Tiefe und die Breite der Fase die oben genannten Bereiche erfüllen, kann die Fase ausreichend als der Teil fungieren, an dem sich das aus dem Endteil der Führungsnut austretende Lötfüllmaterial beim Erwärmen und Schmelzen des Lötfüllmaterials ansammelt. Wenn die Fase eine Tiefe von 0,05 mm oder mehr und eine Breite von 0,1 mm oder mehr hat, ist es möglich, ein Volumen des durch die Fase gebildeten Raumes sicherzustellen und die Fase als der Teil, an dem sich das Lötfüllmaterial ansammelt, ausreichend zu nutzen. Wenn die Tiefe der Fase 1,0 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, das Lötfüllmaterial, das in den Raum der Fase austritt, durch Oberflächenspannung leicht im Raum zu halten. Wenn die Breite der Kammer 1,5 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Teil sicherzustellen und die Verschlechterung der Haftfestigkeit zu reduzieren.
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(5) In einer Ausführungsform des oben genannten gefügten Bauteils weist die Führungsnut eine Tiefe von 0,02 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger und eine Breite von 0,2 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger auf.
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Wenn die Führungsnut die Tiefe von 0,02 mm oder mehr und die Breite von 0,2 mm oder mehr aufweist, ist es möglich, die Durchlässigkeit des Lötfüllmaterials zwischen den Verbindungsflächen zu verbessern, und die Führungsnut kann ausreichend als Durchgang für das Gas fungieren, das beim Schmelzen des Lötfüllmaterials entsteht. Wenn die Tiefe der Führungsnut 0,2 mm oder weniger beträgt, kann das Lötfüllmaterialdurch die Nut leicht zwischen die Verbindungsflächen eindringen und der Effekt der Verbesserung der Durchlässigkeit des Lötfüllmaterials kann leichter erreicht werden. Wenn die Breite der Führungsnut 1,0 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element sicherzustellen, ohne die Kontaktfläche unnötig zu reduzieren und die Verschlechterung der Haftfestigkeit aufgrund der Verbindung durch das Hartlöten zu verringern.
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(6) In einer Ausführungsform des oben genannten verbundenen Bauteils sind das erste Element und das zweite Element Sinterkörper.
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Die Sinterkörper weisen eine hohe Maßgenauigkeit auf und können komplizierten Formen Rechnung tragen, wie z.B. Zahnradformen o.ä.. Aus diesem Grund kann das verbundene Bauteil mit dem ersten Element und dem zweiten Element, die Sinterkörper sind, für verschiedene mechanische Bauteile geeignet sein. Beispiele für das verbundene Bauteil der Sinterkörper sind z.B. ein Planetenträger für ein Automobil oder dergleichen. Da die Sinterkörper eine große Anzahl von Poren aufweisen, dringt zudem das geschmolzene Lotfüllmaterial auch in die Poren der Sinterkörper ein. Beim Verbinden des ersten Elements und des zweiten Elements durch das Hartlöten dringt daher das geschmolzene Lötfüllmaterial in das erste Element und das zweite Element ein und dringt gleichzeitig zwischen die Verbindungsflächen des ersten Elements und des zweiten Elements ein, um das erste Element und das zweite Element starr zu verbinden. Die gesinterten Körper sind vorzugsweise Sinterkörper auf Eisenbasis mit Pulver auf Eisenbasis (einschließlich Eisenpulver und Eisenbasislegierung) als Hauptbestandteil.
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(7) In einer Ausführungsform des oben genannten verbundenen Bauteils umfasst das zweite Element ein säulenförmiges Brückenteil, ist die zweite Verbindungsfläche an einem Spitzenende des Brückenteils vorgesehen, umfasst die erste Verbindungsfläche eine Vielzahl von Führungsnuten, die vom Anordnungsteil aus radial ausgebildet sind, umfasst die zweite Verbindungsfläche die Fase entlang des Randes, ist ein abschließender Endteil der Führungsnut in einem Bereich, der die Fase überlappt, und zwischen dem Rand der zweiten Verbindungsfläche und einem Rand des Brückenteils angeordnet und sind das erste Element und das zweite Element Sinterkörper.
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Gemäß dem oben genannten verbundenen Bauteil ist es möglich, das aus dem Rand der Verbindungsfläche austretende Lötfüllmaterial effektiv zu reduzieren.
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[Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
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Besondere Beispiele des verbundenen Bauteils gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichneten Teile gleiche oder ähnliche Teile. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt und soll alle Änderungen im Sinne und Umfang der vorgelegten Ansprüche und deren Äquivalente umfassen.
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[Ausführungsform 1]
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(Zusammenfassung des verbundenen Bauteils)
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Es wird ein verbundenes Bauteil 1 gemäß einer Ausführungsform 1 mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. Das verbundene Bauteil 1 umfasst ein erstes Element 10 und ein zweites Element 20, die durch Löten verbunden sind, und das erste Element 10 und das zweite Element 20 werden durch Sinterkörper auf Eisenbasis gebildet. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem das verbundene Bauteil 1 auf einen Planetenträger für ein Automobilgetriebe aufgebracht wird. Ein kennzeichnendes Merkmal des verbundenen Bauteils 1 gemäß der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführung 1 ist, dass im zweiten Element 20 eine aufnehmende Aussparung 22 vorgesehen ist (siehe insbesondere 3 und 4). Ein weiteres charakteristisches Merkmal ist, dass eine Fase 32 an einem Rand einer zweiten Verbindungsfläche 25 des zweiten Elements 20 gebildet ist (siehe insbesondere 4). Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal ist, dass an einer ersten Verbindungsfläche 15 des ersten Elements 10 mindestens 1 Führungsnut 31 ausgebildet ist, und die mindestens 1 Führungsnut 31 steht mit der Fase 32 in Verbindung (siehe insbesondere 3 und 4). Im Folgenden wird eine Konfiguration des verbundenen Bauteils 1 im Detail beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Seite des ersten Bauteils 10 als eine Unterseite und die Seite des zweiten Bauteils 20 als eine Oberseite bezeichnet, wie in 2 und 4 dargestellt ist. Ein Querschnitt eines verbundenen Bauteils, wie in 4 dargestellt, ist ein Längsschnitt, der durch Schneiden des verbundenen Bauteils 1 in Auf- und Abwärtsrichtung (Höhenrichtung) erhalten wird.
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(Erstes Element)
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Das erste Element 10 umfasst eine ringförmige Platte, wie in 1 und 2 dargestellt ist, und eine Fläche (obere Fläche in 2) des ersten Elements 10 ist der Verbindungsteil, der sich mit dem zweiten Element 20 verbindet. Außerdem ist, wie in 3 dargestellt, ein Bereich des verbundenen Bauteils, der einer Endfläche eines säulenförmigen Brückenteils 21 (zweite Verbindungsfläche 25) des zweiten Elements 20 gegenüberliegt, die später beschrieben wird, die erste Verbindungsfläche 15 (siehe auch 4). In 3 sind die Endfläche des Brückenteils 21 des zweiten Elements 20 und eine Kontur der aufnehmenden Aussparung 22 jeweils durch eine doppelt gepunktete Strichlinie gekennzeichnet. Gemäß der Darstellung in 3 ist ein Anordnungsteil 12, in dem ein Stück aus einem Lötfüllmaterial 100 (in 4 durch eine gepunktete Linie dargestellt. Hiernach auch als „Lötfüllmaterialstück 100t“ bezeichnet) angeordnet ist, im verbundenen Bauteil des ersten Elements 10 vorgesehen. Zusätzlich ist an der ersten Verbindungsfläche 15 des ersten Elements 10 die Führungsnut 31 ausgebildet, die sich von der Position des Anordnungsteils 12 zum Rand der ersten Verbindungsfläche 15 hin erstreckt. In diesem Beispiel ist das Anordnungsteil 12 etwa in der Mitte der ersten Verbindungsfläche 15 vorgesehen, wie in 3 dargestellt, und es sind 4 Führungsnuten 31 gebildet, die sich von der Position des Anordnungsteils 12 aus radial erstrecken.
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(Führungsnut)
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Gemäß der Darstellung in 4 bildet die Führungsnut 31 einen Durchgang für das Lötfüllmaterial 100, das beim Fügen des ersten Elements 10 und des zweiten Elements 20 durch Hartlöten aufgeschmolzen wird, und weist eine Funktion zur Verbesserung der Durchlässigkeit des Lötfüllmaterials auf, indem das Lötfüllmaterial 100 zwischen der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 (Verbindungsgrenzfläche zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20) über die Führungsnut 31 eindringt. Es reicht aus, mindestens 1 Führungsnut 31 vorzusehen, und die Anzahl der Führungsnuten 31 kann entsprechend eingestellt werden. Sind mehrere Führungsnuten 31 vorgesehen, so sind die mehreren Führungsnuten 31 vorzugsweise radial vorgesehen, wie im Beispiel in 3 dargestellt ist. Dementsprechend kann das geschmolzene Lötfüllmaterial 100 gleichmäßig über die erste Verbindungsfläche 15 und die zweite Verbindungsfläche 25 in ihrer Gesamtheit verteilt werden, um die Durchlässigkeit für die Verbindungsflächen in ihrer Gesamtheit zu verbessern. Bei einer zu großen Anzahl von Führungsnuten 31 nimmt jedoch eine Kontaktfläche (Grenzfläche) zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 entsprechend ab und kann die Haftfestigkeit des Lotes verschlechtern, weshalb z.B. die Anzahl vorzugsweise 3 oder mehr und 8 oder weniger beträgt.
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Eine Querschnittsform (Form des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung) der Führungsnut 31 ist nicht besonders begrenzt und kann z.B. kreisbogenförmig, rechteckig, dreieckig oder trapezförmig mit einer sich in Tiefenrichtung verengenden Breite oder ähnliches sein. In diesem Beispiel ist die Querschnittsform der Führungsnut 31 die Kreisbogenform.
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Gemäß der Darstellung in 3 weist die Führungsnut 31 eine Länge auf, die von der Position des Anordnungsteils 12 bis zum Rand der ersten Verbindungsfläche 15 reicht und ein abschließendes Endteil 31e umfasst, das sich zu einer Außenseite des Randes der ersten Verbindungsfläche 15 öffnet (siehe auch 4). Insbesondere ist, wie in 4 dargestellt, das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 auf der Außenseite des Rands der ersten Verbindungsfläche 15 positioniert und öffnet sich zu dieser Außenseite des Rands, so dass es mit der Fase 32 verbunden ist. Die sich öffnende Führungsnut 31 bezieht sich auf die Führungsnut 31, die nicht durch die zweite Verbindungsfläche 25 geschlossen wird. In diesem Beispiel sind bei den 4 Führungsnuten 31 alle Endteile 31e offen, es genügt aber, wenn das Endteil 31e von mindestens 1 Führungsnut 31 offen ist und die Endteile 31e der übrigen Führungsnuten 31 auf der Innenseite des Rands der ersten Verbindungsfläche 15 liegen und geschlossen sind. Zusätzlich ist, wie in 4 dargestellt, das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 in diesem Beispiel in einem Bereich positioniert, der die später beschriebene Fase 32 des zweiten Elements 20 überlappt. Die Position ist jedoch nicht darauf beschränkt und das Anschlußendteil 31e kann auf der Außenseite der Fase 32 angeordnet sein. Das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31, das im Bereich der Überlappung der Fase 32 positioniert ist, bezieht sich auf das abschließende Endteil 31e, das an der Außenseite des Randes der zweiten Verbindungsfläche 25 positioniert ist und die Fase 32 überlappt (dadurch verdeckt wird), wenn es aus einer Richtung senkrecht zur ersten Verbindungsfläche 15 betrachtet wird. Ferner bezieht sich das an der Außenseite der Fase 32 positionierte Endteil 31e der Führungsnut 31 auf das aus der Fase 32 herausragende (freiliegende) Endteil 31e, wenn es in der Richtung senkrecht zur ersten Verbindungsfläche 15 betrachtet wird.
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Gemäß der Darstellung in 3 und 4 befindet sich ein anfängliches Endteil 31s der Führungsnut 31 am Anordnungsteil 12 der ersten Verbindungsfläche 15 (auf der Innenseite der Kontur der aufnehmenden Aussparung 22 in 3) und öffnet sich zu einem Innenraum, der durch die aufnehmende Aussparung 22 des zweiten Elements 20 gebildet wird, die später beschrieben wird. In einem Zustand vor dem Löten, in dem sich das erste Element 10 und das zweite Element 20 überlappen (siehe 2), ist der Innenraum der aufnehmenden Aussparung 22 über die Führungsnut 31 nach außen verbunden, wie in 4 dargestellt ist. Diese Führungsnut 31 kann als Durchgang für das Gas verwendet werden, das beim Schmelzen des Lötfüllmaterials 100 entsteht.
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Die Führungsnut 31 weist eine Größe auf, so dass eine Tiefe 0,02 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger und eine Breite 0,2 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger beträgt. Wenn die Führungsnut 31 eine Tiefe von 0,02 mm oder größer und eine Breite von 0,2 mm oder größer aufweist, ist es möglich, die Durchlässigkeit des Lötfüllmaterials 100 zwischen der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 zu verbessern, und die Führungsnut 31 kann ausreichend als Durchgang für das Gas funktionieren. Wenn die Tiefe der Führungsnut 31 0,2 mm oder weniger beträgt, kann das Lotfüllmaterial 100 zwischen der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 leicht über die Nut eindringen und der Effekt der Verbesserung der Durchlässigkeit kann leichter erreicht werden. Wenn die Breite der Führungsnut 31 1,0 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen der ersten Verbindungsfläche 10 und der zweiten Verbindungsfläche 20 zu sichern und die Verschlechterung der Haftfestigkeit zu reduzieren. Die Tiefe der Führungsnut 31 beträgt vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,15 mm oder weniger und die Breite der Führungsnut 31 beträgt vorzugsweise 0,5 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger.
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(Zweites Element)
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Das zweite Element 20 umfasst eine ringförmige Platte und die aus einer Fläche (Unterseite in 2) dieser Platte herausragenden säulenförmigen Brückenteile 21, wie in 1 und 2 dargestellt ist. Die Stirnfläche des Brückenteils 21 bildet ein Verbindungsteil (zweite Verbindungsfläche 25) zum ersten Element 10 (siehe auch 4). Gemäß der Darstellung in 1 ist das Brückenteil 21, das das Verbindungsteil des zweiten Elements 20 bildet, so vorgesehen, dass sich die aufnehmende Aussparung 22 zur zweiten Verbindungsfläche 25 hin öffnet, und die aufnehmende Aussparung 22 wird an einer Position gebildet, die dem Anordnungsteil 12 des ersten Elements entspricht (siehe auch 3).
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Die aufnehmende Aussparung 22 ist keine Durchgangsbohrung und nimmt, wie in 4 dargestellt, in einem Zustand vor dem Löten das Lötfüllmaterialstück 100t auf, das am Anordnungsteil 12 des ersten Elements 10 angeordnet wird. Die aufnehmende Aussparung 22 ist in einer Größe ausgebildet, die in der Lage ist, eine Menge des für das Hartlöten erforderlichen Lötfüllmaterialstücks 100t aufzunehmen. Die Form der aufnehmenden Aussparung 22 ist nicht unbedingt besonders beschränkt und in diesem Beispiel ist die Öffnung der aufnehmenden Aussparung 22 kreisförmig und der Innenraum der aufnehmenden Aussparung 22 ist zylindrisch geformt. Die Größe der aufnehmende Aussparung 22 kann entsprechend der Größe des Lötfüllmaterialstücks 100t eingestellt werden und gemäß Beispiel weist die aufnehmende Aussparung 22 einen Durchmesser ϕ von 3 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und eine Tiefe von 3,0 mm oder mehr und 10,0 mm oder weniger auf.
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(Fase)
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Gemäß der Darstellung in 1 und 4 ist die Fase 32 um den Umfang des Randes der zweiten Verbindungsfläche (Stirnfläche des Brückenteils 21) des zweiten Elements 20 gebildet. Gemäß der Darstellung in 4 fungiert die Fase 32 als ein Teil, in dem sich das aus dem Endteil 31e der Führungsnut 31 austretende Lötfüllmaterial beim Erwärmen und Schmelzen des Lötfüllmaterials 100 ansammelt. Die Fase 32 kann eine beliebige Größe haben, die die Funktion der Akkumulation des Lötfüllmaterials ermöglicht, und weist eine Tiefe von 0,05 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger und eine Breite von z.B. 0,1 mm oder mehr und 1,5 mm oder weniger auf. Wenn die Fase 32 eine Tiefe von 0,05 mm oder mehr und eine Breite von 0,1 mm oder mehr aufweist, ist es möglich, ein Volumen des durch die Fase 32 gebildeten Raumes sicherzustellen und die Fase 32 als den Teil, an dem sich das Lötfüllmaterial ansammelt, ausreichend zu nutzen. Wenn die Tiefe der Fase 32 1,0 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, das Lötfüllmaterial 100, der durch die Oberflächenspannung in den Raum der Fase 32 austritt, leicht im Raum zu halten. Wenn die Breite der Kammer 32 1,5 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen dem ersten Teil 10 und dem zweiten Teil 20 sicherzustellen und die Verschlechterung der Haftfestigkeit zu reduzieren. Die Tiefe der Kammer 32 beträgt vorzugsweise 0,1 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger und die Breite der Fase 32 beträgt vorzugsweise 0,3 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger. Die Tiefe (dc in 4) der Fase 32 bezieht sich auf eine Länge eines von der Stirnfläche des Brückenteils 21 (zweite Verbindungsfläche 25) in senkrechter Richtung (auf- und abwärts) abgeschrägten (ausgeschnittenen) Teils. Die Breite (wc in 4) der Fase 32 bezieht sich auf eine Länge eines von einer Seitenfläche zur Stirnfläche des Brückenteils 21 hin abgeschrägten Teils.
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Die Form der Fase 32 ist nicht besonders begrenzt, sondern weist z.B. im Längsschnitt (Querschnitt senkrecht zur zweiten Verbindungsfläche 25) nach 4 vorzugsweise eine Form mit einer ebenen Fläche 32f parallel zur zweiten Verbindungsfläche 25 und einer an die zweite Verbindungsfläche 25 von der ebenen Fläche 32f aus anschließenden schrägen Fläche 32b auf, die einen stumpfen Winkel zur zweiten Verbindungsfläche 25 aufweist. Ein Neigungswinkel der schrägen Fläche 32b (Winkel, der durch die Verlängerungsflächen der schrägen Fläche 32b und der zweiten Verbindungsfläche 25 gebildet wird) ist z.B. 30° oder größer und 60° oder weniger, vorzugsweise 45° oder weniger. Wenn die Fase 32 eine solche Form hat und die Fase 32 geformt wird, wird ein Winkel einer Fase, die Teil einer Form ist, nicht zu einem spitzen Winkel, und dieser Teil wird unruhig abgesplittert.
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Für das Lötfüllmaterial 100 kann ein bekanntes Lötfüllmaterial verwendet werden, wobei z.B. bevorzugt ein Lötfüllmaterial auf Ni-Cu-Mn-Basis eingesetzt wird. Bei der Verwendung von Lötfüllmaterialien auf Ni-Cu-Mn-Basis kann ein Element wie z.B. Fe, Si, B oder ähnliches als Zusatzkomponente enthalten sein. Besondere Zusammensetzungen des Lötfüllmaterials 100 im Massenverhältnis sind eine Zusammensetzung (40 bis 43)%Ni-(38 bis 41)%Cu-(14 bis 16)%Mn-(4,5 bis 5,5)%Fe-(1,6 bis 2,0)%Si-(1,3 bis 1,7)%B. Das Lötfüllmaterialstück 100t wird durch Umformung des Lötfüllmaterials auf Ni-Cu-Mn-Basis in die zylindrische Form erreicht.
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(Verfahren zur Herstellung eines verbundenen Bauteils)
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Es wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des verbundenen Bauteils 1 gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben. Ein Grundpulver auf Eisenbasis, bei dem Kupferpulver, Graphitpulver oder ähnliches mit Eisenpulver vermischt ist, wird mit Hilfe einer Form unter Druck geformt, so dass ein Pressling mit der Form des ersten Elements 10 und ein Pressling mit der Form des zweiten Elements 20 gebildet (siehe 1). Die Führungsnut 31 wird in dem Pressling mit der Form des ersten Elements 10 während des Formens unter Druck gebildet. Die Fase 32 und die aufnehmende Aussparung 22 werden in dem Pressling mit der Form des zweiten Elements 20 während des Pressformens gebildet. In die aufnehmende Aussparung 22 des zweiten Elements 20 wird das Lötfüllmaterialstück 100t (siehe 4) aufgenommen, und die erste Verbindungsfläche 15 (siehe 3) und die zweite Verbindungsfläche 25 (Stirnfläche des Brückenteils 21) werden aneinandergefügt. In einem überlappenden Zustand, in dem das erste Element 10 an der Unterseite und das zweite Element 20 an der Oberseite positioniert ist (siehe 2), wird das Lötfüllmaterialstück 100t am Anordnungsteil 12 des ersten Elements 10 angeordnet (siehe 4). In diesem Zustand werden der Pressling des ersten Elements 10 und der Pressling des zweiten Elements 20 in einen Heizofen eingelegt und gesintert, gleichzeitig wird das Lötfüllmaterialstück 100t erwärmt und geschmolzen und das geschmolzene Lotfüllmaterialstück 100 wird zwischen der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 durchdrungen, um diese Verbindungsflächen mit dem Lot zu verbinden. Als Ergebnis werden der erste Teil 10 und der zweite Teil 20 zu Sinterkörpern auf Eisenbasis und es entsteht das verbundene Bauteil 1 der Sinterkörper auf Eisenbasis.
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Bei dem verbundenen Bauteil 1 dringt beim Fügen des ersten Elements 10 und des zweiten Elements 20 durch das Hartlöten ein Teil des geschmolzenen Lotfüllmaterials 100 aufgrund der Kapillarität zwischen die erste Verbindungsfläche 15 und die zweite Verbindungsfläche 25 ein und der restliche Teil dringt über die Führungsnut 31 zwischen die erste Verbindungsfläche 15 und die zweite Verbindungsfläche 25 ein. Da sich die Führungsnuten 31 von der Position des Anordnungsteils 12 aus radial erstrecken, kann in diesem Fall das geschmolzene Lotfüllmaterial 100 gleichmäßig über die erste Verbindungsfläche 15 und die zweite Verbindungsfläche 25 in ihrer Gesamtheit verteilt werden. Zusätzlich wird das beim Aufschmelzen des Lotfüllmaterials 100 entstehende Gas über die Führungsnut 31 nach außen abgeführt, um den Anstieg des Innendrucks der aufnehmenden Aussparung 22 zu verringern und den gasbedingten Austritt des geschmolzenen Lötfüllmaterials 100 aus den Rändern der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 zu reduzieren. Weiterhin wird durch die Bildung der Fase 32 beim Austritt des überschüssigen Lotfüllmaterials 100 aus dem Endteil 31e der Führungsnut 31 das Lotfüllmaterial 100 auf der Fase 32 angesammelt, um das austretende Lotfüllmaterial 100 zu reduzieren.
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{Bedienung und Auswirkungen}
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Das verbundene Bauteil 1 gemäß der oben genannten Ausführung kann folgende Effekte erzielen.
- (1) Da das Lötfüllmaterialstück 100t in der nicht durchgehenden aufnehmenden Aussparung 22 angeordnet und darin aufgenommen ist, auch wenn nach dem Fügen durch das Löten ein Teil des Lötfüllmaterials 100 innerhalb der aufnehmenden Aussparung 22 verbleibt, sammelt sich das restliche Lötfüllmaterial 100 in der aufnehmenden Aussparung 22 an. Somit kann verhindert werden, dass das restliche Lötfüllmaterial 100 innerhalb der aufnehmenden Aussparung 22 vom verbundenen Bauteil 1 abfällt und die Zuverlässigkeit des verbundenen Bauteils 1 verbessert wird.
- (2) Durch Ausbildung der Führungsnut 31 an der ersten Verbindungsfläche 15 kann das geschmolzene Lötfüllmaterial 100 zwischen der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 über die Nut zur Verbesserung der Permeabilität des Lötfüllmaterials eingebracht werden. Da das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 offen ist, kann die Führungsnut 31 auch als Durchgang für das beim Aufschmelzen des Lötfüllmaterials 100 entstehende Gas genutzt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, den Anstieg des Innendrucks der aufnehmenden Aussparung 22 beim Erwärmen und Aufschmelzen des Lötfüllmaterialstücks 100t zu reduzieren und das durch das Gas austretende Lötfüllmaterial 100 wirksam zu reduzieren.
- (3) Da die Fase 32 am Rand der zweiten Verbindungsfläche 25 ausgebildet ist, kann die Fase 32 als Stauteil für das Lötfüllmaterial verwendet werden, und durch die Stauung des aus dem Endteil 31e der Führungsnut 31 austretenden Lötfüllmaterials 100 durch die Fase 32 ist es möglich, das austretende Lötfüllmaterial 100 weiter zu reduzieren.
- (4) Das an der ersten Verbindungsfläche 15 ausgebildete Endstück 31e der Führungsnut 31 liegt in einem Bereich, der die am Rand der zweiten Verbindungsfläche 25 ausgebildete Fase 32 überlappt. Somit wird das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 durch die Fase 32 verdeckt, und das abschließende Endteil 31e ist optisch nicht gut sichtbar. Selbstverständlich kann das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 in einem tolerierbaren Bereich verlängert werden und das abschließende Endteil 31e der Führungsnut 31 kann an der Außenseite der Fase 32 positioniert werden. In diesem Fall kann die Länge des von der Fase 32 freiliegenden Endstücks 31e der Führungsnut 32 z.B. auf 0,5 mm oder weniger eingestellt werden.
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[Modifizierung 1]
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Das verbundene Bauteil 1 gemäß der Ausführungsform 1 umfasst die im oben beschriebenen Beispiel an der ersten Verbindungsfläche 15 ausgebildete Führungsnut 31. Die Führungsnut 31 ist jedoch nicht auf diese beschränkt und kann an der zweiten Verbindungsfläche 25 oder an der ersten Verbindungsfläche 15 und der zweiten Verbindungsfläche 25 ausgebildet sein. Wenn die Führungsnut 31 an der zweiten Verbindungsfläche 25 gebildet wird, ist die Führungsnut 31 mit der Kammer 32 verbunden.
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[Modifizierung 2]
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Bei dem verbundenen Bauteil 1 gemäß der Ausführung 1 kann ein Anordnungsteil vorgesehen sein, um die Verbindungsflächen des ersten Elements 10 und des zweiten Elements 20 anzuordnen. Das Anordnungsteil kann z. B. so geformt sein, dass es ein abgestuftes Teil umfasst, das so hervorsteht, dass es einen Bereich umgibt, der zur ersten Verbindungsfläche 15 wird (siehe 3). Dieses abgestufte Teil kann zur Anordnung des Brückenteils 21 des zweiten Elements 20 verwendet werden. Alternativ kann an der ersten Verbindungsfläche 15 oder an der zweiten Verbindungsfläche 25 ein Vorsprung und an der anderen eine Aussparung gebildet werden, die in den Vorsprung eingreift, so dass die Positionierung durch den Eingriff von Vorsprung und Aussparung erreicht wird.
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[Modifizierung 3]
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Im verbundenen Bauteil 1 gemäß der Ausführung 1 kann die Lage des Verbindungsteils des ersten Elements 10 und des zweiten Elements 20 geändert werden und das Verbindungsteil kann z. B. an einem Zwischenteil des Brückenteils 21 vorgesehen werden. In diesem Fall wird ein Teil des Brückenteils 21 auf dem zweiten Element 20 und der restliche Teil des Brückenteils 21 auf dem ersten Element 10 vorgesehen, so dass die Verbindungsflächen durch die Endflächen der jeweiligen Teile des Brückenteils 21 gebildet und diese Verbindungsflächen durch das Hartlöten verbunden werden. Entsprechend dieser Konfiguration kann die Fase 32 auch an der ersten Verbindungsfläche 15 (Endfläche des Brückenteils 21 auf der Seite des ersten Elements 10) gebildet werden.
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Im Folgenden sind bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung angefügt.
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[angefügter Anspruch 1]
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Verbundenes Bauteil mit einem ersten und einem zweiten Element, die durch Löten verbunden sind, umfassend:
- ein Anordnungsteil, das an einem Verbindungsteil des ersten Elements vorgesehen ist und auf dem ein Lötfüllmaterial angeordnet ist;
- eine aufnehmende Aussparung, die in einem Verbindungsteil des zweiten Elements vorgesehen ist und konfiguriert ist, um das auf dem Anordnungsteil angeordnete Lötfüllmaterial aufzunehmen; und
- mindestens eine Führungsnut, die in einer Verbindungsfläche von mindestens einem des ersten Elements und des zweiten Elements ausgebildet ist und sich von einer Position des Anordnungsteils zu einem Rand der Verbindungsfläche erstreckt,
- wobei die mindestens eine Führungsnut ein abschließendes Endteil aufweist, das sich an einer Seite des Randes der Verbindungsfläche öffnet.
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Das verbundene Bauteil gemäß dem angefügten Anspruch 1 weist eine Konfiguration auf, in der in dem verbundenen Bauteil gemäß der oben genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine Fase an einem Randteil der Verbindungsfläche vorgesehen ist. Auch in dieser Konfiguration kann die Führungsnut als Durchgang für das beim Schmelzen des Lötfüllmaterials entstehende Gas genutzt werden, da das abschließende Endteil der Führungsnut offen ist und somit der Anstieg des Innendruckes der aufnehmenden Aussparung reduziert und das durch das Gas austretende Lotfüllmaterial wirksam reduziert werden kann.
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[Verwendung des verbundenen Bauteils]
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Das verbundene Bauteil gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene mechanische Bauteile, wie z.B. den Planetenträger o.ä., in geeigneter Weise genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- verbundenes Bauteil
- 10
- erstes Element
- 12
- Anordnungsteil
- 15
- erste Verbindungsfläche
- 20
- zweites Element
- 21
- Brückenteil
- 22
- aufnehmende Aussparung
- 25
- zweite Verbindungsfläche
- 31
- Führungsnut
- 31s
- anfängliches Endteil, 31e abschließendes Endteil
- 32
- Fase
- 32f
- ebene Fläche, 32b schräge Fläche
- 100
- Lötfüllmaterial
- 100
- Lötfüllmaterialstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017 [0002]
- JP 154825 [0002]
