JP2015123471A

JP2015123471A - 圧入とろう付とを組み合わせた接合方法

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Publication number: JP2015123471A
Application number: JP2013269513A
Authority: JP
Inventors: 晃橋本; Akira Hashimoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP6187247B2

Abstract

【課題】接合強度のより大きい接合部品が得られる圧入とろう付とを組み合わせた接合方法を提供する。【解決手段】動吸振器２０をピストンピン２に圧入した後ろう付して接合する接合方法は、動吸振器２０の圧入部の表面に形成した凹溝２０ｘにろう材Ｍを表面から突出しないように装填するろう材装填工程と、ろう材Ｍを装填した動吸振器２０をピストンピン２に挿入して動吸振器２０の圧入部をピストンピン２の被圧入部に圧入する圧入工程と、圧入工程で得られたワークＷをろう材Ｍの融点以上に加熱することにより動吸振器２０をピストンピン２にろう付するろう付工程とを備える。動吸振器２０の圧入部の表面粗さ及びピストンピン２の被圧入部の表面粗さが０．０５〜１００μｍであり、動吸振器２０の圧入部のピストンピン２の被圧入部への圧入代が２０μｍ以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法に関し、詳しくは、内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法に関する。

従来、内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法として、特許文献１に開示されるものがある。これは、変速歯車本体の嵌合軸部（内側金属部材）に対してクラッチコーンの嵌合軸孔の圧入嵌合部（外側金属部材）を圧入し、さらに両部品をろう付するものである。嵌合軸部と圧入嵌合部とを圧入したとき、その圧入部分及び変速歯車本体の座面とクラッチコーンの座面との当接部分により密閉された空間部が変速歯車本体とクラッチコーンとの間に形成される。そして、ろう付は、上記空間部内に配置されるように予めセットされたろう材によって行われる。そのため、ろう付は、上記空間部の範囲で行われる。すなわち、嵌合軸部と圧入嵌合部との圧入部分と、変速歯車本体とクラッチコーンの座面同士の当接部分とで挟まれた部分がろう付される。

特開２００１−１２９６６１号公報（特に、段落００２５、００２７、００３０、００４２、及び００４３参照）

特許文献１に開示の技術では、内側金属部材と外側金属部材との圧入部分と、ろう材によりろう付される部分（空間部）とは相互に異なる部分である。つまり、内側金属部材と外側金属部材との圧入部分はろう付されない。そのため、接合強度のより大きい接合部品が得られないという問題がある。

本発明は、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法における上記のような現状に鑑みてなされたもので、接合強度のより大きい接合部品が得られる、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法であって、内側金属部材の圧入部の表面に形成した凹部にろう材を上記表面から突出しないように装填するろう材装填工程と、上記ろう材を装填した内側金属部材を外側金属部材に挿入して上記内側金属部材の圧入部を上記外側金属部材の被圧入部に圧入する圧入工程と、上記圧入工程で得られたワークをろう材の融点以上に加熱することにより上記内側金属部材を上記外側金属部材にろう付するろう付工程とを備え、上記内側金属部材の圧入部の表面粗さ及び上記外側金属部材の被圧入部の表面粗さが０．０５〜１００μｍであり、上記内側金属部材の圧入部の上記外側金属部材の被圧入部への圧入代が２０μｍ以下である、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法である。

本発明によれば、内側金属部材の圧入部の表面にろう材を装填し、この内側金属部材の圧入部を外側金属部材の被圧入部に圧入し、得られたワークをろう材の融点以上に加熱することによりろう付するので、内側金属部材と外側金属部材との圧入部分と、ろう材によりろう付される部分とが一致し、内側金属部材と外側金属部材との圧入部分がろう付される。そのため、得られた接合部品の接合強度がより大きくなる。

以上により、本発明によれば、接合強度のより大きい接合部品が得られる、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法が提供される。

しかも、本発明では、内側金属部材の圧入部の表面粗さ及び外側金属部材の被圧入部の表面粗さが０．０５μｍ以上であるから、ろう材の表面張力が大幅に低下する。そのため、ろう材の濡れが良好となり、溶融したろう材が毛細管現象により内側金属部材の圧入部と外側金属部材の被圧入部との間に十分良く浸透する。これはろう付の接合強度の向上にとって好ましい結果を招く。

また、本発明では、内側金属部材の圧入部の表面粗さ及び外側金属部材の被圧入部の表面粗さが１００μｍ以下であるから、ろう材が内側金属部材の圧入部の表面の凹凸及び外側金属部材の被圧入部の表面の凹凸を十分良好に乗り越えることができる。この場合も、ろう材の濡れが良好となり、溶融したろう材が内側金属部材の圧入部と外側金属部材の被圧入部との間に十分良く浸透する。

さらに、本発明では、内側金属部材の圧入部の外側金属部材の被圧入部への圧入代が２０μｍ以下であるから、ろう付工程におけるワークの加熱時においても、内側金属部材の圧入部と外側金属部材の被圧入部との間に適切な隙間が確保され、上記隙間が小さくなり過ぎることが抑制される。この場合も、ろう材の濡れが良好となり、溶融したろう材が内側金属部材の圧入部と外側金属部材の被圧入部との間に十分良く浸透する。

なお、本発明では、内側金属部材の圧入部の外側金属部材の被圧入部への圧入代はゼロ（零）以上であればよい。圧入代がマイナス（負の値）になると、内側金属部材と外側金属部材との相対位置がずれ、製品精度として成り立たなくなる。

本発明においては、上記ろう付工程では、ワークの浸炭処理を同時に行うことが好ましい。

この構成によれば、ろう付工程の加熱を利用してワークをろう付と同時に浸炭することができる。そのため、生産効率の向上が図られる。

本発明においては、上記ろう付工程では、上記圧入工程で得られたワークを熱処理炉に入れ、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、上記ワークを９００〜９５０℃に加熱し、その状態で、鎖状不飽和炭化水素ガスを熱処理炉内に導入し、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、この鎖状不飽和炭化水素ガスの導入と減圧とを複数回繰り返した後、上記ワークを８３０〜８７０℃に降温することが好ましい。

この構成によれば、いわゆる真空浸炭の技術により、例えばガス浸炭と比較して、浸炭ムラの少ない浸炭を行うことができる。また、鎖状不飽和炭化水素ガスの導入と減圧とを複数回繰り返すことにより、鎖状不飽和炭化水素ガスが届き難い微細・狭小な部分も確実に浸炭することができる。

本発明においては、上記鎖状不飽和炭化水素ガスは、アセチレンガスであることが好ましい。

この構成によれば、鎖状不飽和炭化水素ガスとしてアセチレンガスを用いることにより、例えばプロパンガスのような鎖状飽和炭化水素ガスを用いる場合と比較して、煤の発生を抑制することができる。

本発明においては、上記ろう付工程の後、降温したワークを焼入れする焼入れ行程を備えることが好ましい。

この構成によれば、ろう付工程でワークをろう付と同時に浸炭した後、ワークを焼入れするので、いわゆる浸炭焼入れにより、ワークの表面を硬化させ、ワークの表面硬さを上げることができる。

本発明においては、上記ろう材は、銅の含有量がマンガンの含有量よりも多い銅−マンガン系の合金ろう材であることが好ましい。

この構成によれば、融点が８８０℃付近のろう材が得られる。そのため、このろう材は、上記ろう付工程における加熱温度９００〜９５０℃では液相状態となり、焼入れ直前温度８３０〜８７０℃では固相状態となる。したがって、このろう材を用いることにより、上記条件で十分満足にろう付と浸炭焼入れとを並行して行うことができ、その結果、耐性に優れ、接合強度のより大きい接合部品が得られる。

本発明においては、上記内側金属部材は、所定の外径を有する大径部と、上記大径部より小さい外径を有する中径部と、上記中径部より小さい外径を有する小径部とが軸方向に中径部、小径部、大径部、小径部、及び中径部の順に並んで形成された動吸振器であり、上記外側金属部材は、上記内側金属部材の大径部の外径より大きい内径を有する貫通孔が軸方向に延びて形成され、かつ上記貫通孔の軸方向中央部において上記貫通孔の内周面が軸中心側に膨出することにより上記貫通孔の軸方向中央部が上記大径部の外径より小さく上記中径部の外径より大きい内径を有する取り付け部とされたエンジンのピストンピンであり、上記内側金属部材の圧入部は、上記内側金属部材の大径部であり、上記外側金属部材の被圧入部は、上記外側金属部材の取り付け部であることが好ましい。

この構成によれば、熱負荷及び振動が厳しい環境で使用されるエンジンのピストンピンに動吸振器を強固に接合することができるから、そのような環境においても動吸振器がピストンピンから抜けることが抑制される。

本発明は、接合強度のより大きい接合部品が得られる、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法を提供するから、内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合する技術の発展・向上に寄与する。

本発明の実施形態に係る内側金属部材及び外側金属部材を説明するためのエンジンのピストン及びコンロッドの正面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。本発明の実施形態に係る、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法の行程図である。ろう付と真空浸炭とを同時に行う場合の炉内温度の変化を示すタイムチャートである。圧入前の圧入部分の表面粗さ及び圧入代のろう付の接合強度に対する影響を説明するためのマップである。本発明の作用効果を説明するための実験結果の表である。

（１）部材の説明
本実施形態に係る、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、内側金属部材は、エンジンの燃焼騒音を低減するための動吸振器（ダイナミックダンパ）であり、外側金属部材は、エンジンのピストンピンである。

図１及び図２を参照すると、ピストン１の頂面にキャビティ１ａが形成され、ピストン１の外周面にピストンリング１ｂが嵌合されている。ピストン１はピストンピン２を介してコンロッド１０の小端部１０ａに連結されている。コンロッド１０の大端部１０ｂにシャフト挿通孔１０ｅが形成され、このシャフト挿通孔１０ｅに図示しないクランクシャフトが挿通されている。コンロッド１０の小端部１０ａと大端部１０ｂとは連結部１０ｃによって連結されている。ピストン１の往復動はコンロッド１０を介してクランクシャフトに伝達され、クランクシャフトが回転する。

図２に示すように、コンロッド１０の小端部１０ａにピン挿通孔１０ｄが形成され、このピン挿通孔１０ｄにブッシュ１１を介してピストンピン２の軸方向中央部が回動可能に挿通されている。ピストン１の裏面に２つのボス部１ｃがコンロッド１０の小端部１０ａを挟むように膨出形成されている。これら２つのボス部１ｃにピン支持孔１ｄがそれぞれ形成され、各ピン支持孔１ｄにピストンピン２の各端部がそれぞれ回動可能に挿通されている。各ピン支持孔１ｄには、ピストンピン２の軸方向の移動を規制するスナップリング１ｅがそれぞれ設けられている。

ピストンピン２は円筒状であり、貫通孔２ａが軸方向に延びて形成されている。貫通孔２ａの内周面の軸方向中央部は、軸中心側に膨出することにより、動吸振器２０の大径部（圧入部）２０ａが圧入される取り付け部（被圧入部）２ｂとされている。貫通孔２ａ及び取り付け部２ｂは、それぞれ断面形状が円形であり、相互に同心に配置されている。ピストンピン２の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣｒ４２０Ｈ等の合金鋼を挙げることができる。

貫通孔２ａに動吸振器２０が収容されている。図２に示すように、動吸振器２０は、上記取り付け部２ｂに圧入される大径部２０ａと、貫通孔２ａの軸方向に延びる一対の中径部２０ｂと、上記中径部２０ｂを上記大径部２０ａに対してピストンピン２の径方向に振動可能に支持する一対の小径部２０ｃとを有している。

動吸振器２０は、軸方向に、中径部２０ｂ、小径部２０ｃ、大径部２０ａ、小径部２０ｃ、及び中径部２０ｂの順に並んで形成されている。大径部２０ａ、中径部２０ｂ、及び小径部２０ｃは、それぞれ断面形状が円形であり、相互に同心に配置されている。一対の中径部２０ｂの長さ及び径は相互に同じであり、一対の小径部２０ｃの長さ及び径は相互に同じである。

貫通孔２ａの内径φ_２ａは、大径部２０ａの外径φ_２０ａより大きい。取り付け部２ｂの内径φ_２ｂは、大径部２０ａの外径φ_２０ａより小さく、中径部２０ｂの外径φ_２０ｂより大きい。中径部２０ｂの外径φ_２０ｂは、大径部２０ａの外径φ_２０ａより小さい。小径部２０ｃの外径φ_２０ｃは、中径部２０ｂの外径φ_２０ｂより小さい。すなわち、φ_２ａ＞φ_２０ａ＞φ_２ｂ＞φ_２０ｂ＞φ_２０ｃの関係に設定されている。ここで、大径部２０ａの外径φ_２０ａは、例えば、７〜２０ｍｍ程度である。

動吸振器２０の大径部２０ａがピストンピン２の取り付け部２ｂに圧入されている。これにより、動吸振器２０の一対の小径部２０ｃ及び一対の中径部２０ｂが貫通孔２ａの軸方向中央部を境に相互に対称に配置されている。

動吸振器２０は金属で一体形成されている。動吸振器２０の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＭ４３５等の合金鋼を挙げることができる。

ここで、上記動吸振器２０の大径部２０ａの外周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）及び上記ピストンピン２の取り付け部２ｂの内周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、それぞれ０．０５〜１００μｍの範囲内に調製されている。また、上記大径部２０ａの上記取り付け部２ｂへの圧入代（半径における圧入代）は、０〜２０μｍの範囲内に調製されている。

ピストン１及びコンロッド１０のバネマスモデルにおいて、ピストン１とピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとが全体として質点（質量＝Ｍ（ｋｇ））に相当し、コンロッド１０の小端部１０ａと大端部１０ｂとを連結する連結部１０ｃが上記質点を上記大端部１０ｂに対して支持するバネ（バネ定数＝Ｋ（Ｎ／ｍ））に相当する。燃焼行程では、ピストン１が大きな力で押圧されるため、ピストン１とピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとが一体となってコンロッド１０の大端部１０ｂに対して、（１／２π）・（Ｋ／Ｍ）１／２Ｈｚの共振周波数で共振する（コンロッド１０の伸縮共振）。これにより、エンジン音にコンロッド１０の伸縮共振によるピークが発生し燃焼騒音が生じる。

これに対し、上記動吸振器２０は中径部２０ｂが振動することにより上記コンロッド１０の伸縮共振を抑制する（共振周波数における振動を低減する）ので、上記共振によるエンジンの燃焼騒音が低減される。

（２）接合方法
図２に拡大して示すように、動吸振器２０の大径部２０ａはピストンピン２の取り付け部２ｂに圧入されていると共に、その圧入部分がろう材Ｍでろう付されている。そのため、動吸振器２０とピストンピン２とがより大きな接合強度で接合されている。次に、このように、動吸振器２０とピストンピン２との圧入部分をろう付することができる、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法を説明する。

図３に示すように、まず、ろう付が良好に行われるように、動吸振器２０及びピストンピン２を脱脂洗浄する。

次いで、動吸振器２０の大径部２０ａの外周面に形成した凹溝２０ｘにろう材Ｍを装填する。その場合、ろう材Ｍが大径部２０ａの外周面から外方に突出しないように装填する（ろう材装填工程）。

次いで、ろう材Ｍを装填した動吸振器２０をピストンピン２に挿入して動吸振器２０の大径部２０ａをピストンピン２の取り付け部２ｂに圧入する（圧入工程）。

次いで、得られたワークＷをろう材Ｍの融点以上に加熱する。これにより、大径部２０ａの外周面に装填されたろう材Ｍが溶融して液相状態となる。液相状態となったろう材Ｍは、毛細管現象により、動吸振器２０とピストンピン２との圧入部分において、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの間の隙間に浸透する。そして、ワークＷをろう材Ｍの融点以下に降温することにより、浸透したろう材Ｍが固化して固相状態となる。その結果、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの圧入部分において、動吸振器２０がピストンピン２にろう材Ｍによりろう付される（ろう付工程）。

その後は、ろう材Ｍの浸透率（ろう材Ｍの濡れ）を超音波で検査し、浸透率が所定の基準値より大きい良品のワークＷだけが研磨にかけられて、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの圧入部分からはみ出したろう材Ｍが除去される。そして、最後に、ワークＷ全体が洗浄される。

ここで、上記ろう付工程では、ワークＷの浸炭処理を同時に行うことができる。図４は、上記ろう付工程で、ろう付と真空浸炭とを同時に行う場合の炉内温度の変化を示すタイムチャートである。このタイムチャートは、熱処理炉として、操作圧力が４ｋＰａ以下、使用温度が常用８００〜１０５０℃（最高１１００℃）、加熱方式が電気抵抗加熱、ヒータ容量が８７ｋＷ、焼入れ油量が常用４８００Ｌである雰囲気制御式真空浸炭炉を使用し、浸炭ガスとして、アセチレンガスを用い、ろう材Ｍとして、銅の含有量が７０％、マンガンの含有量が３０％、融点が８８０℃付近である銅−マンガン（Ｃｕ−Ｍｎ）系の合金ろう材を用いた場合のものである。

図例では、ろう付工程において、まず、炉内温度が７８０℃に維持されている所定時刻に、圧入工程で得られたワークＷを熱処理炉に入れる（符号ア）。この温度ではろう材Ｍはまだ溶融しない。

次いで、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下、例えば１Ｐａに減圧する。また、炉内温度を９００〜９５０℃、例えば９３０℃に昇温する。つまり、ワークＷを９３０℃に加熱する。この温度ではろう材Ｍは溶融し、液相状態となる。そして、溶融したろう材Ｍが毛細管現象により動吸振器２０の大径部２０ａとピストンピン２の取り付け部２ｂとの間に浸透する。

この炉内圧力１Ｐａ、炉内温度９３０℃の均熱状態で、所定量のアセチレンガスを熱処理炉内に導入する（符号イ）。このアセチレンガスの導入により炉内の真空度が一時的に低下する。しかし、雰囲気制御式真空浸炭炉は自動的に炉内圧力を１Ｐａに減圧するので、炉内の真空度がすぐに回復し、維持される。このようなアセチレンガスの導入と減圧とをあと２回繰り返す（符号ウ、エ）。つまり、アセチレンガスの熱処理炉内への導入を計３回行う。これにより、アセチレンガスが炉内に拡散し、ワークＷが真空浸炭の技術により浸炭される。また、アセチレンガスが届き難いワークＷの微細・狭小な部分も確実に浸炭される。

次いで、炉内温度を８３０〜８７０℃、例えば８５０℃に降温する（符号オ）。つまり、ワークＷを８５０℃に降温する。この温度ではろう材Ｍは固化し、固相状態となる。ここにおいて、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの圧入部分のろう材Ｍによるろう付が完成し、以上により、ろう付とワークＷの浸炭処理とを同時に行うろう付工程が終了する。

本実施形態では、上記ろう付工程の後、８５０℃に降温されて均熱状態のワークＷを焼入れ（急冷）する（焼入れ行程、符号カ）。ここにおいて、ワークＷの浸炭焼入れが完成する。焼入れ後の温度は例えば２３０℃である。また、焼入れ後、さらにワークＷを焼戻し（徐冷）する。焼戻し後の温度は例えば室温である。

（３）実験例
図５は、圧入前の圧入部分の表面粗さ（つまり動吸振器２０の大径部２０ａの表面粗さ及びピストンピン２の取り付け部２ｂの表面粗さ）のろう付の接合強度に対する影響と、上記大径部２０ａの上記取り付け部２ｂへの圧入代のろう付の接合強度に対する影響とを説明するためのマップである。表面粗さは算術平均粗さＲａ（μｍ）である。また、大径部２０ａ及び取り付け部２ｂのいずれか一方の表面粗さではなく双方の表面粗さである。圧入代は大径部２０ａの半径における圧入代である。直径における圧入代ではない。

大径部２０ａの外径φ_２０ａを１４ｍｍとし、図５に示すポイント（ｉ）〜（ｖ）及び（ａ）〜（ｄ）が実現するように、動吸振器２０及びピストンピン２を作製した。そして、図３及び図４を参照して説明した接合方法で、動吸振器２０とピストンピン２とを接合し、得られたワークについて、ろう材の濡れ（ろう材の浸透率）、中心精度、及び抜き荷重を評価した。さらに、これらの評価を総合して最終的に良否判定を行った。結果を図６に示す。

ろう材の濡れは、超音波で検査し、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの接触面積のうちの何割にろう材が浸透しているか（浸透率）を調べ、浸透率が９０％以上のものを「大」、５０％以上９０％未満のものを「中」、５０％未満のものを「小」とした。中心精度は、接合した動吸振器２０の軸中心がピストンピン２の軸中心から径方向にどれだけズレているかを三次元測定器で測定し、そのズレが２０μｍ以下のものを「良」、２０μｍ超のものを「不良」とした。抜き荷重は、接合した動吸振器２０とピストンピン２とを軸方向に相互に反対側に引っ張り、動吸振器２０がピストンピン２から抜けたときの荷重（ｔｏｎ）を測定した。なお、最終の良否判定にあたっては、中心精度及び抜き荷重の評価を重視し、ろう材の濡れの評価は参考程度とした。

図６から明らかなように、上記表面粗さが０．０５〜１００μｍの範囲にあり、かつ、上記圧入代が０〜２０μｍの範囲にあるポイント（ｉ）〜（ｖ）は、良否判定が良好であった（実施例１〜５）。対して、上記表面粗さが０．０５〜１００μｍの範囲にないポイント（ａ），（ｂ）や、上記圧入代が０〜２０μｍの範囲にないポイント（ｃ），（ｄ）は、良否判定が不良であった（比較例１〜４）。その理由としては、次のようなことが考えられる。

上記表面粗さが０．０５μｍ未満の場合は、大径部２０ａの外周面及び取り付け部２ｂの内周面が鏡面に近くなる。これにより、ろう材の表面張力が低下し難い傾向となり、ろう材の濡れが低下して、接合強度が低下する。また、アンカー効果が得られ難い傾向となり、同じく接合強度が低下する。これらのことは、抜き荷重の低下につながる。

上記表面粗さが０．０５μｍ以上の場合は、大径部２０ａの外周面及び取り付け部２ｂの内周面がすりガラス状となる。これにより、ろう材の表面張力が低下し易い傾向となり、ろう材の濡れが増大して、接合強度が増大する。また、アンカー効果が得られ易い傾向となり、同じく接合強度が増大する。これらのことは、抜き荷重の増大につながる。

上記表面粗さが１００μｍを超える場合は、溶融したろう材が大径部２０ａの外周面及び取り付け部２ｂの内周面の凹凸を乗り越え難い傾向となり、ろう材の濡れが低下して、接合強度が低下する。

上記圧入代が２０μｍを超える場合は、ろう付工程におけるワークＷの加熱時において、大径部２０ａと取り付け部２ｂとの間の隙間が小さくなり過ぎ、ろう材の濡れが低下して、接合強度が低下する。

上記圧入代が０μｍ未満（マイナス）の場合は、ろう付工程におけるワークＷの加熱時において、動吸振器２０とピストンピン２との相対位置がずれ、製品精度として成立しなくなる。このことは中心精度の低下につながる。

以上により、表面粗さ及び圧入代の好ましい範囲を全て満足する実施例１〜５は、良否判定が良かったのに対し、圧入代の好ましい範囲を満足しても表面粗さの好ましい範囲を満足しない比較例１，２及び表面粗さの好ましい範囲を満足しても圧入代の好ましい範囲を満足しない比較例３，４は、良否判定が良くなかったと考察される。

なお、図６から、ろう材の濡れが「大」である実施例２，３及び比較例４は、抜き荷重が他よりも大幅に大きいことが分かる。また、圧入代が過度に大きい比較例３は、中心精度が良くないことが分かる。これは圧入時に圧入力が大きくなり過ぎて、動吸振器２０が座屈し、動吸振器２０とピストンピン２とが相互に位置ズレを起こすからと考えられる。

（４）作用等
本実施形態では、所定の外径を有する大径部２０ａと、大径部２０ａより小さい外径を有する中径部２０ｂと、中径部２０ｂより小さい外径を有する小径部２０ｃとが軸方向に中径部２０ｂ、小径部２０ｃ、大径部２０ａ、小径部２０ｃ、及び中径部２０ｂの順に並んで形成された動吸振器２０を、上記大径部２０ａの外径より大きい内径を有する貫通孔２ａが軸方向に延びて形成され、かつ貫通孔２ａの軸方向中央部において貫通孔２ａの内周面が軸中心側に膨出することにより貫通孔２ａの軸方向中央部が上記大径部２０ａの外径より小さく上記中径部２０ｂの外径より大きい内径を有する取り付け部２ｂとされたエンジンのピストンピン２に、圧入した後、ろう付して接合する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、次のような特徴的構成を採用した。

すなわち、動吸振器２０の大径部２０ａの外周面に形成した凹溝２０ｘにろう材Ｍを大径部２０ａの外周面から突出しないように装填するろう材装填工程と、ろう材Ｍを装填した動吸振器２０をピストンピン２に挿入して動吸振器２０の大径部２０ａをピストンピン２の取り付け部２ｂに圧入する圧入工程と、圧入工程で得られたワークＷをろう材Ｍの融点以上に加熱することにより動吸振器２０をピストンピン２にろう付するろう付工程とを備えた。

この構成によれば、動吸振器２０とピストンピン２との圧入部分と、ろう材Ｍによりろう付される部分とが一致し、動吸振器２０とピストンピン２との圧入部分がろう付される。そのため、得られた接合部品の接合強度（抜き荷重）がより大きくなる。

したがって、熱負荷及び振動が厳しい環境で使用される稼働部品であるピストンピン２に動吸振器２０を強固に接合することができるから、そのような環境においても動吸振器２０がピストンピン２から抜けることが抑制される。

しかも、動吸振器２０の大径部２０ａの外周面の表面粗さ及びピストンピン２の取り付け部２ｂの内周面の表面粗さを０．０５〜１００μｍに調製し、大径部２０ａの取り付け部２ｂへの圧入代を０〜２０μｍに調製したから、上述した理由により、ろう材Ｍの濡れが良好となり、溶融したろう材Ｍが毛細管現象により大径部２０ａと取り付け部２ｂとの間に十分良く浸透し、ろう付の接合強度（抜き荷重）が増大する。また、動吸振器２０とピストンピン２との相対位置のズレ（中心精度の低下）が抑制される。さらに、上記圧入代を２０μｍ以下に調製したから、圧入時に圧入力が大きくなり過ぎて、動吸振器２０の小径部２０ｃが座屈するという不具合も抑制される。

本実施形態では、上記ろう付工程では、ワークＷの浸炭処理を同時に行う。

この構成によれば、ろう付工程の加熱を利用してワークＷをろう付と同時に浸炭することができる。そのため、生産効率の向上が図られる。

本実施形態では、上記ろう付工程では、上記圧入工程で得られたワークＷを熱処理炉に入れ、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、上記ワークＷを９００〜９５０℃に加熱し、その状態で、鎖状不飽和炭化水素ガスを熱処理炉内に導入し、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、この鎖状不飽和炭化水素ガスの導入と減圧とを複数回（計３回）行った後、上記ワークＷを８３０〜８７０℃に降温する。

本実施形態では、上記鎖状不飽和炭化水素ガスは、アセチレンガスである。

本実施形態では、上記ろう付工程の後、降温したワークＷを焼入れする焼入れ行程を備える。

この構成によれば、ろう付工程でワークＷをろう付と同時に浸炭した後、ワークＷを焼入れするので、いわゆる浸炭焼入れにより、ワークＷの表面を硬化させ、ワークＷの表面硬さを上げることができる。

本実施形態では、上記ろう材Ｍは、銅の含有量がマンガンの含有量よりも多い銅−マンガン系の合金ろう材である。

この構成によれば、融点が８８０℃付近のろう材Ｍが得られる。そのため、このろう材Ｍは、上記ろう付工程における加熱温度９００〜９５０℃では液相状態となり、焼入れ直前温度８３０〜８７０℃では固相状態となる。したがって、このろう材Ｍを用いることにより、上記条件で十分満足にろう付と浸炭焼入れとを並行して行うことができ、その結果、耐性に優れ、接合強度（抜き荷重）のより大きい接合部品が得られる。

ところで、本実施形態に係るピストンピン２には、稼働中、３点曲げの応力が加わり続ける。すなわち、ピストンピン２の軸方向中央部がコンロッド１０の小端部１０ａのピン挿通孔１０ｄに挿通され支持される。一方、ピストンピン２の両端部がピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄに挿通され支持される。そのため、ピストンピン２の軸方向中央部に位置する動吸振器２０の取り付け部２ｂに歪み・撓みが発生し続ける。そのため、取り付け部２ｂの疲労により動吸振器２０が抜ける可能性がある。したがって、ピストンピン２には３点曲げ荷重が加わるので、ピストンピン２の疲労強度を上げるために表面硬さを改善することが好ましい。そのため、本実施形態では、ろう付と浸炭焼き入れとを並行して行って、ピストンピン２の表面を硬化させている。

また、図２に拡大して示すように、動吸振器２０については、大径部２０ａと小径部２０ｃとのつなぎ目（破線丸Ｘ参照）が折れ易いため、この部分Ｘの強度を上げる必要がある。そのため、本実施形態では、ろう付と浸炭焼き入れとを並行して行って、動吸振器２０の表面もまた硬化させている。しかし、上記部分Ｘは、ピストンピン２の貫通孔２ａと動吸振器２０の中径部２０ｂとの間の細い空間の奥にあるので、浸炭ガスが届き難い。そこで、本実施形態では、浸炭ガスの熱処理炉内への導入と熱処理炉内の減圧とを複数回（計３回）行っている。これにより、浸炭ガスが届き難い上記部分Ｘも確実に浸炭することができ、上記部分Ｘに狙いの強度を発現させることができる。

さらに、図２に拡大して示すように、動吸振器２０の大径部２０ａの外周縁部の角をテーパ面として、このテーパ面とピストンピン２の取り付け部２ｂの内周面との間の空間に溶融したろう材Ｍが溜まるように、ろう溜まりＹを形成している。溶融したろう材Ｍが動吸振器２０の小径部２０ｃや中径部２０ｂに流れて固まると、動吸振器２０特性が変化して、コンロッド１０の伸縮共振を抑制する機能が低下する。そこで、本実施形態では、上記ろう溜まりＹによって、ろう材Ｍが動吸振器２０に流れることを防いでいる。

上記実施形態では、内側金属部材は動吸振器、外側金属部材はピストンピンであったが、内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合するものであればこれに限定されない。

また、上記実施形態で挙げた種々の数値はあくまでも一例であり、それらに限定されないことはいうまでもない。

２ピストンピン（外側金属部材）
２ａ貫通孔
２ｂ取り付け部（被圧入部）
２０動吸振器（内側金属部材）
２０ａ大径部（圧入部）
２０ｂ中径部
２０ｃ小径部
２０ｘ凹溝（凹部）
Ｍろう材
Ｗワーク

Claims

内側金属部材を外側金属部材に圧入した後ろう付して接合する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法であって、
内側金属部材の圧入部の表面に形成した凹部にろう材を上記表面から突出しないように装填するろう材装填工程と、
上記ろう材を装填した内側金属部材を外側金属部材に挿入して上記内側金属部材の圧入部を上記外側金属部材の被圧入部に圧入する圧入工程と、
上記圧入工程で得られたワークをろう材の融点以上に加熱することにより上記内側金属部材を上記外側金属部材にろう付するろう付工程とを備え、
上記内側金属部材の圧入部の表面粗さ及び上記外側金属部材の被圧入部の表面粗さが０．０５〜１００μｍであり、
上記内側金属部材の圧入部の上記外側金属部材の被圧入部への圧入代が２０μｍ以下である、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項１に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記ろう付工程では、ワークの浸炭処理を同時に行う、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項２に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記ろう付工程では、
上記圧入工程で得られたワークを熱処理炉に入れ、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、上記ワークを９００〜９５０℃に加熱し、その状態で、鎖状不飽和炭化水素ガスを熱処理炉内に導入し、熱処理炉内の圧力を１０Ｐａ以下に減圧し、この鎖状不飽和炭化水素ガスの導入と減圧とを複数回繰り返した後、上記ワークを８３０〜８７０℃に降温する、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項３に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記鎖状不飽和炭化水素ガスは、アセチレンガスである、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項３又は４に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記ろう付工程の後、降温したワークを焼入れする焼入れ行程を備える、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記ろう材は、銅の含有量がマンガンの含有量よりも多い銅−マンガン系の合金ろう材である、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧入とろう付とを組み合わせた接合方法において、
上記内側金属部材は、所定の外径を有する大径部と、上記大径部より小さい外径を有する中径部と、上記中径部より小さい外径を有する小径部とが軸方向に中径部、小径部、大径部、小径部、及び中径部の順に並んで形成された動吸振器であり、
上記外側金属部材は、上記内側金属部材の大径部の外径より大きい内径を有する貫通孔が軸方向に延びて形成され、かつ上記貫通孔の軸方向中央部において上記貫通孔の内周面が軸中心側に膨出することにより上記貫通孔の軸方向中央部が上記大径部の外径より小さく上記中径部の外径より大きい内径を有する取り付け部とされたエンジンのピストンピンであり、
上記内側金属部材の圧入部は、上記内側金属部材の大径部であり、
上記外側金属部材の被圧入部は、上記外側金属部材の取り付け部である、圧入とろう付とを組み合わせた接合方法。