JP2016030327A - 異種金属複合部材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止でき、素材の特性を低下させることなく、低コストであるとともに簡便な操作で一体化させることが可能な異種金属複合部材の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】密閉容器２と、この密閉容器２内に配置され、互いに嵌合可能な複数の異種金属部材の内の一方の部材であるコア部材１０１を支持するとともに、コア部材１０１を冷却可能な冷却機能付支持台３と、この冷却機能付支持台３に支持されたコア部材１０１と同心状に、他方の部材であるアウター部材１０２を支持する支持機構４と、この支持機構４を密閉容器２外から操作することにより、アウター部材１０２をコア部材１０１に近接、離間する方向に移動させる移動機構５と、コア部材１０１を、冷却機能付支持台３を介して冷却する冷却機構６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の異種金属部材同士を組み付けて一体化させるための、異種金属複合部材の製造装置及び製造方法に関する。

従来、例えば、局部的に温度上昇が発生しやすい部材や、配管継手等を、複数の部材を組み付けた複合部材として製造するにあたり、異種金属部材同士を組み付けて一体化する方法が採用される場合がある。このように、複数種の異種金属部材同士を一体化させる方法としては、例えば、ダイナマイトを用いた爆着法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、異種金属部材同士を一体化させる方法としては、上記の爆着法の他、例えば、熱拡散・固相反応を利用した方法が挙げられる。

しかしながら、特許文献１に記載された爆着法や、熱拡散・固相反応法等の従来の方法では、各金属部材をなす素材の内部に大きな歪みが蓄積され、一体化後の強度特性等にも大きな影響を与えるという問題が生じる。また、従来の方法では、そのプロセス上、高温にさらされるために接合境界付近に異物の発生が不可避となることから、本来、素材自体が有していた良好な特性が著しく損なわれるという問題がった。

米国特許第７５３０４８５号明細書

上述したように、従来は、異種金属部材同士を一体化するにあたり、素材自体の特性を失うことなく、簡便な操作で一体化することが可能な装置や方法については、何ら提案されていなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、熱的な影響によって接合境界付近に異物が発生したりするのを防止でき、素材の特性を低下させることなく、低コストであるとともに簡便な操作で一体化させることが可能な異種金属複合部材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、まず、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、密閉容器と、前記密閉容器内に配置され、互いに嵌合可能な複数の異種金属部材の内の一方の部材を支持するとともに、該一方の部材を冷却可能な冷却機能付支持台と、前記冷却機能付支持台に支持された前記一方の部材と同心状に他方の部材を支持する支持機構と、前記支持機構を前記密閉容器外から操作することにより、前記他方の部材を前記一方の部材に近接、離間する方向に移動させる移動機構と、前記一方の部材を、前記冷却機能付支持台を介して冷却する冷却機構と、を備えることを特徴とする。

このような構成の異種金属複合部材の製造装置によれば、冷却機能付支持台に支持された一方の部材が冷却機構で冷却されて縮小し、この状態で支持機構を操作して一方の部材と他方の部材とを嵌め合わせた後、一方の部材の冷却を停止して常温に昇温させることで、一方の部材が元の寸法に拡大し、一方の部材と他方の部材との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。従って、各素材の特性を低下させることなく、簡便な操作で複数の異種金属部材を一体化させることができるとともに、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材を組み合わせ設計、製造することが可能となる。
例えば、常温における直径が１００ｍｍのステンレス棒を液体窒素で冷却すると、２．５／１０００の割合で縮小するので、直径が９９．７５ｍｍとなるので、直径が９９．８８ｍｍの穴に対して無理なく嵌合することが可能となる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、上記構成において、前記移動機構が、前記密閉容器を貫通する駆動軸を有し、前記駆動軸と前記密閉容器の表面との間に、前記駆動軸の移動に伴って弾性変形可能な真空シール体が設けられている構成を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造装置によれば、上記の真空シール体が設けられることで、密閉容器の外部から支持機構を操作した場合であっても密閉容器内の気密性を高く保つことができる。これにより、密閉容器内を減圧環境とすることで、一方の部材を冷却した場合でも、各異種金属部材や装置内部に結露が生じるのを防止でき、得られる異種金属複合部材の接合性もより良好なものとなる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、上記構成において、前記密閉容器が真空減圧され、前記密閉容器と前記支持機構との間に、前記密閉容器の内外の圧力差によって前記駆動軸に生じる力を相殺する付勢手段が設けられている構成を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造装置によれば、上記の付勢手段が設けられることで、密閉容器内を減圧した際に発生する、支持機構に対する密閉容器内への真空引き込み力を相殺できるので、異種金属複合部材や装置の破損を防止することが可能になる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、上記構成において、前記冷却機構が、圧縮機と、前記冷却機能付支持台に内蔵される冷却機とを備えてなる構成、あるいは、寒材を送通可能な構成を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造装置によれば、圧縮機及び冷却機を用いて冷却機構を構成する方が、一方の部材を効率良く冷却して効果的に縮小させることができるので、一方の部材と他方の部材とを確実に嵌合して一体化することが可能となる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、上記構成において、前記冷却機構が、冷媒として、液体ヘリウム、液体ネオン及び液体窒素の内の何れかが用いられ、前記一方の部材を当該冷媒の沸騰点温度付近まで冷却する構成を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造装置によれば、上記の冷媒を用いることで、上記同様、一方の部材を効率良く冷却して効果的に縮小させることができるので、一方の部材と他方の部材とを確実に嵌合して一体化することが可能となる。

さらに、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置は、上記構成において、前記支持機構が、略管状の雌部材である前記他方の部材を加熱するヒータ等の加熱手段を備えていてもよい。

次に、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、複数の異種金属部材を互いに嵌合して組み付ける異種金属複合部材の製造方法であって、密閉容器内に配置された冷却機能付支持台に、前記複数の異種金属部材の内、略軸状の雄部材である一方の部材を支持させるとともに、略管状の雌部材である他方の部材を、前記一方の部材と同心状に支持機構に支持させる支持工程と、次いで、前記冷却機能付支持台に支持された前記一方の部材を冷却することにより、該一方の部材の外径Ｄｉを、常温とされた前記他方の部材の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させる冷却工程と、次いで、前記一方の部材を冷却しながら、前記支持機構を前記密閉容器外から操作することで前記他方の部材を前記一方の部材側に向けて移動させ、前記一方の部材を外径Ｄｉが縮小した状態で前記他方の部材に挿入した後、前記一方の部材の冷却を停止する挿入工程と、次いで、前記一方の部材を、前記他方の部材に挿入された状態で昇温させ、前記一方の部材の外径Ｄｉが前記他方の部材の内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させることで、前記一方の部材と前記他方の部材とを嵌合状態で一体化した後、前記支持機構を前記他方の部材から離間させる嵌合工程と、を備えることを特徴とする。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、冷却工程において、雄部材である一方の部材を冷却することで、その外径Ｄｉを、他方の部材の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させ、挿入工程において、一方の部材を外径Ｄｉが縮小した状態で他方の部材に挿入した後に冷却を停止し、嵌合工程において、他方の部材に挿入された状態で一方の部材を昇温させ、一方の部材の外径Ｄｉが他方の部材の内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させる方法なので、上記同様、一方の部材と他方の部材との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、上記同様、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。従って、各素材の特性を低下させることなく、簡便な操作で複数の異種金属部材を一体化させることができるとともに、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材を製造することが可能となる。
例えば、常温における外径Ｄｉが１００．１０ｍｍのステンレス棒からなる一方の部材を液体窒素で冷却すると、９９．８５ｍｍまで縮小するので、内径ｄｏが１００．００ｍｍの他方の部材に対して無理なく挿入・嵌合することが可能となる。

なお、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、前記支持工程の前に、予め、前記密閉容器内を真空減圧した状態とすることがより好ましい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、密閉容器内を予め真空減圧した状態とすることで、一方の部材を冷却した際に、各異種金属部材や装置内部に結露が生じるのを防止できるので、得られる異種金属複合部材の密着性もより良好となる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、少なくとも前記挿入工程の前に、前記一方の部材の外周面、又は、前記他方の部材の内周面の少なくとも一方に、予め、金、銀、白金からなる群から選ばれる貴金属、又は、鉛、錫、インジウムからなる群から選ばれる低融点金属の内の少なくとも何れかからなる介在層を形成した後、前記一方の部材を前記他方の部材に挿入することがより好ましい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、一方の部材と他方の部材との接合面の間に、上記金属材料からなる軟質な介在層を設けることで、この介在層が真空シール材として機能するので、一方の部材と他方の部材とを気密性良く一体化することが可能となる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、少なくとも前記挿入工程の前に、さらに、前記一方の部材の外周面、又は、前記他方の部材の内周面の少なくとも一方に、予め、常温下で粘性を有するグリース等の高分子材料を塗布する方法を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、一方の部材と他方の部材の各々の接合面の間に、高分子材料を予め塗布しておくことで、上記同様、この高分子材料が真空シール材として機能するので、一方の部材と他方の部材とを気密性良く一体化することが可能となる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、少なくとも前記挿入工程の前に、前記一方の部材と前記他方の部材との接合面の何れか一方に、さらに１種以上の異種金属部材を組み付ける接合工程が備えられ、前記一方の部材及び前記他方の部材を含む少なくとも３種以上の異種金属部材を一体化する方法を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、さらに１種以上の異種金属部材を組み付ける接合工程が備えられることで、異種金属複合部材を、各種用途に応じて、強度特性や耐熱性を考慮した構成とすることが可能になる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、前記接合工程が、摩擦圧接法を用いて前記１種以上の異種金属部材を前記一方の部材又は前記他方の部材に接合する方法を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法において、摩擦圧接法を併用して、さらに１種以上の異種金属部材を一方の部材又は他方の部材に接合することで、作業性が向上するとともに、より高い接合強度が得られる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法は、上記構成において、前記嵌合工程が、前記密閉容器内に窒素ガス又はヘリウムガスを封入することにより、前記一方の部材の昇温を促進させる方法を採用してもよい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、嵌合工程において、直ちに一方の部材を常温に昇温させることができるので、一方の部材と他方の部材とを確実に嵌合状態として一体化できるとともに、工程時間が短縮されて生産性も向上する。

また、前記挿入工程は、さらに、略管状の雌部材である前記他方の部材を加熱しながら、前記一方の部材を前記他方の部材に挿入することがより好ましい。

このような構成の異種金属複合部材の製造方法によれば、挿入工程において、他方の部材を加熱することで、他方の部材の内径ｄｏが拡大するので、一方の部材を挿入するのが容易になる。

本発明に係る異種金属複合部材の製造装置によれば、上記構成により、冷却機能付支持台に支持された一方の部材が冷却機構で冷却されて縮小し、この状態で支持機構を操作して一方の部材と他方の部材とを嵌め合わせた後、一方の部材の冷却を停止して常温に昇温させることで、一方の部材が元の寸法に拡大し、一方の部材と他方の部材との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。

また、本発明に係る異種金属複合部材の製造方法によれば、上記構成により、冷却工程において、雄部材である一方の部材を冷却することで、その外径Ｄｉを、他方の部材の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させ、挿入工程において、一方の部材を外径Ｄｉが縮小した状態で他方の部材に挿入した後に冷却を停止し、嵌合工程において、他方の部材に挿入された状態で一方の部材を昇温させ、一方の部材の外径Ｄｉが他方の部材の内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させる方法なので、上記同様、一方の部材と他方の部材との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、上記同様、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。

従って、本発明に係る異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によれば、各素材の特性を低下させることなく、複数の異種金属部材を低コスト且つ簡便な操作で一体化させることができるとともに、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材を製造することが可能となる。

本発明の一実施形態である異種金属複合部材の製造装置及び製造方法を模式的に説明する図であり、密閉容器内に複数の異種金属部材が設置された製造装置の全体構成を説明する概略図である。 本発明の一実施形態である異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材の一例を模式的に説明する図であり、異種金属部材である一方の部材と他方の部材とが嵌合されてなる異種金属複合部材を示す図で、（ａ）は側面図で、（ｂ）は下面側からみた図である。 本発明の一実施形態である異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材の他の例を模式的に説明する図であり、複数の異種金属部材の組み合わせ構造を説明する断面図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。 本発明の一実施形態である異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材の他の例を模式的に説明する図であり、複数の異種金属部材の組み合わせ構造を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態である異種金属複合部材の製造装置、及び、異種金属複合部材の製造方法（以下、単に製造装置、又は、製造方法と略称することがある）の一例を挙げ、その構成及び作用について、図１〜図４を適宜参照しながら詳述する。図１は本実施形態の異種金属複合部材の製造装置１の構成を説明する概略図であり、図２〜図４は本実施形態の異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材の構成を説明する概略図である。

［異種金属複合部材］
まず、本実施形態の製造装置及び製造方法によって製造される異種金属複合部材について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の製造装置及び製造方法で得られる異種金属複合部材１００は、複数の異種金属部材が組み付けられて一体化されたものである。図示例の異種金属複合部材１００は、異種金属部材である略軸状のコア部材（一方の部材）１０１が、略管状であるアウター部材（他方の部材）１０２に嵌合され、異種・異形の金属部材が一体化されたマルチ部材として構成とされている。

コア部材（一方の部材）１０１は、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、略軸状の雄部材として構成され、図示例においては、フランジ部１０１Ａと軸部１０１Ｂとから構成されている。

フランジ部１０１Ａは、コア部材１０１とアウター部材１０２とを嵌合した後、異種金属複合部材１００の表面に突出する部位であり、コア部材１０１の軸部１０１Ｂをアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａ内に挿入した際のストッパーとしても機能する。また、図示例のフランジ部１０１Ａの側面側には複数の凹部１０１ａが形成されている。この凹部１０１ａは、例えば、異種金属複合部材１００を局部的に温度上昇が発生しやすい部材等に適用した場合に、部材表面で発生する高熱の放熱部としても機能させることができる。

軸部１０１Ｂは、フランジ部１０１Ａから延出するように形成される軸状の部位であり、図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、略丸棒状に形成されている。本実施形態の異種金属複合部材１００においては、この軸部１０１Ｂが、アウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａに嵌め込まれる部位となる。

コア部材１０１の材質としては、特に限定されず、異種金属複合部材１００の用途を勘案しながら、強度特性や耐食性に優れた金属材料を選択することができ、例えば、ステンレス鋼やチタン合金等を採用することができる。また、コア部材１０１にステンレス鋼を用いる場合には、例えば、ＳＵＳ４０３等の高強度ステンレス鋼材料を用いることができ、熱伝導性に優れた金属材料を選択する場合には、例えば、アルミニウムや銅材料を用いることができる。

アウター部材（他方の部材）１０２は、略管状の雌部材として構成され、上述したように、嵌合孔１０２Ａの内部にコア部材１０１の軸部１０１Ｂが嵌入される。また、アウター部材１０２とコア部材１０１とを組み付けた際、コア部材１０１のフランジ部１０１Ａがアウター部材１０２の一端１０２ａ側に当接する。

アウター部材１０２の材質としても、特に限定されず、異種金属複合部材１００の用途を勘案しながら、外装材としての強度特性等を勘案しながら金属材料を選択することができる。ここで、特に、異種金属複合部材１００をシャフト等の回転部材に用いる場合、部材自体が磁性体としての特性を有していることが求められることがあるが、この場合、アウター部材１０２にもステンレス鋼を用いることができ、例えば、ＳＵＳ６３０等が挙げられる。

ここで、例えば、異種金属複合部材１００を、局部的に温度上昇が発生しやすい部材等に適用した場合には、コア部材１０１の材質を、アウター部材１０２よりも熱伝導性の高い材質とし、部材表面で発生した熱をコア部材１０１側から放熱し易い構成とすることで、部材の温度上昇を抑制することが可能となる。

また、異種金属複合部材１００には、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外周面１０１ｂと、アウター部材１０２の内周面１０２ｂとの間、即ち、両部材の接合面に図示略の介在層を設けた構成を採用することができる。

介在層としては、例えば、金、銀、白金からなる群から選ばれる貴金属か、あるいは、鉛、錫、インジウムからなる群から選ばれる低融点金属の内の少なくとも何れかからなることが好ましい。上述のような金属材料からなる軟質な介在層を、コア部材１０１とアウター部材１０２との接合面の間に設けることにより、介在層が真空シール材として機能し、コア部材１０１とアウター部材１０２とを気密性（密着性）良く一体化することが可能となる。

また、本実施形態の異種金属複合部材は、上記の介在層に代えて、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外周面１０１ｂと、アウター部材１０２の内周面１０２ｂとの間の接合面に、常温下で粘性を有する図示略の高分子材料が塗布された構成とすることができる。このような場合、詳細を後述するように、例えば、コア部材１０１とアウター部材１０２とを組み付ける前に、予め、真空グリース等の高分子材料を塗布しておけばよい。

本実施形態の異種金属複合部材においては、上述のような真空グリース等、常温化で粘性を有する高分子材料を接合面に配置することにより、上記の介在層を設けた場合と同様、高分子材料が真空シール材として機能するので、コア部材１０１とアウター部材１０２とを気密性（密着性）良く一体化できる効果が得られる。

また、上述のような、軟質の金属材料からなる図示略の介在層や、高分子材料は、コア部材１０１の外周面１０１ｂとアウター部材１０２の内周面１０２ｂとの間において、少なくとも一部に設けられていれば、各部材間における所定の気密性（密着性）が得られるが、接合面の全体にわたって設けられていることが、より気密性（密着性）が高められる観点から好ましい。

本実施形態の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材１００のサイズや形状としても、特に限定されず、異種金属複合部材１００の用途を勘案しながら、適宜決定することができる。例えば、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示す例の異種金属複合部材１００において、シャフト等に適用することを想定した場合、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉ及びアウター部材１０２の内径ｄｏを概ね３０ｍｍ以上、アウター部材１０２、即ち、異種金属複合部材１００としての総外径Ｄを概ね４０ｍｍ以上とすることができる。

また、本実施形態の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材としては、上記の構成のものには限定されず、例えば、図３（ａ），（ｂ）及び図４の断面図に示す例のように、コア部材とアウター部材との間に、さらに１種以上の異種金属部材を設けた構成とすることもできる。図３（ａ），（ｂ）に示す例の異種金属複合部材２００は、断面略円形状のコア部材２０１とアウター部材２０２との間に、中間部材２０３が設けられている。また、図４に示す例の異種金属複合部材３００は、断面略三角形状のコア部材３０１と断面略矩形状のアウター部材３０２との間を埋めるように、中間部材３０３が設けられている。

図３（ａ），（ｂ）及び図４に示す例のように、異種金属からなる中間部材２０３，３０３を設ける場合には、その材質を、例えば、アルミニウム、銅、クロム銅等の熱伝導性の高い金属材料とすることにより、異種金属複合部材２００としての熱伝導性が良好となる。従って、例えば、異種金属複合部材２００，３００を、上述したような局部的に温度上昇が発生しやすい部材等に適用した場合であっても、部材表面で発生した熱が、中間部材２０３，３０３を介してコア部材２０１，３０１に即座に伝わり、これらコア部材２０１，３０１から放熱することで異種金属複合部材２００，３００の温度上昇を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材において、コア部材、アウター部材及び中間部材に用いられる金属材料の組み合わせとしても、特に限定されない。例えば、図３（ａ），（ｂ）に示す異種金属複合部材２００の場合には、下記表１に示すように、コア部材２０１として高強度材であるＳＵＳ４０３又はチタン合金、アウター部材２０２として磁性材であるＳＵＳ６３０、そして、中間部材２０３としてアルミニウム、アルミニウム合金や、銅（電気銅）、クロム銅等の銅合金の何れかの各材料を、適宜組み合わせて用いることができる。

また、図４に示す異種金属複合部材３００の場合には、下記表２に示すように、異種金属複合部材２００の場合と同様、コア部材３０１として高強度材であるＳＵＳ４０３又はチタン合金、アウター部材３０２として磁性材であるＳＵＳ６３０、中間部材３０３としてアルミニウム、銅（電気銅）、クロム銅の何れかの各材料を、適宜組み合わせて用いることができる。

なお、図３（ａ），（ｂ）及び図４に示す例のような中間部材２０３，３０３を設けた構成を採用した場合には、上述した低融点金属からなる介在層又は高分子材料を、コア部材２０１，３０１と中間部材２０３，３０３との間、及び、アウター部材２０２，３０２と中間部材２０３，３０３との間のそれぞれに設けることが好ましい。

本実施形態の製造装置及び製造方法によって得られる異種金属複合部材１００，２００，３００は、例えば、局部的に温度上昇が発生しやすい部材や、配管継手等、高い寸法精度や強度特性が求められる各種複合部材等に適用されるものである。本実施形態で得られる異種金属複合部材１００，２００，３００は、詳細を後述する本実施形態の製造装置１及び製造方法で製造されるものなので、各部材をなす素材の良好な特性が維持され、強度等の各種特性に優れたものとなる。

［異種金属複合部材の製造装置］
図１に示すように、本実施形態の異種金属複合部材の製造装置１は、密閉容器２と、この密閉容器２内に配置され、互いに嵌合可能な複数の異種金属部材の内の一方の部材であるコア部材１０１を支持するとともに、コア部材１０１を冷却可能な冷却機能付支持台３と、この冷却機能付支持台３に支持されたコア部材１０１と同心状に、他方の部材であるアウター部材１０２を支持する支持機構４と、この支持機構４を密閉容器２外から操作することにより、アウター部材１０２をコア部材１０１に近接、離間する方向に移動させる移動機構５と、コア部材１０１を冷却機能付支持台３を介して冷却する冷却機構６とを備え、概略構成される。

密閉容器２は、縦長箱状の容器本体２１と、この容器本体２１の開口部２１ａを塞ぐ蓋部２２とからなり、内部空間を密閉するように構成されている。図１に示すように、容器本体２１には、その内部空間において、底部付近に冷却機能付支持台３が設置されるとともに、上部における蓋部２２の近傍に支持機構４が配置される。
また、図示例の製造装置１においては、容器本体２１の縦長方向略中央付近に２箇所の減圧口２１Ａが形成されており、この減圧口２１Ａを通じて、密閉容器２内が真空ポンプ７によって真空減圧される構成とされている。

蓋部２２は、容器本体２１に対して、図示略のシール部材を介して、開口部２１ａを塞ぐように図示略のボルト等によって固定されている。
また、蓋部２２には、所定のシール性を有する挿通孔２２Ａが形成されており、この挿通孔２２Ａに、支持機構４を動作させるための移動機構５に備えられる駆動軸５１が挿通されるように構成されている。

冷却機能付支持台３は、上述したように、密閉容器２内に設置され、コア部材１０１を、軸部１０１Ｂが上方を向くように上端３ａで支持しながら冷却するものである。冷却機能付支持台３へのコア部材１０１の固定方法としては、特に限定されず、例えば、冷却機能付支持台３を磁性材から構成することで、磁力によって固定しても良いし、あるいは、図示略のクランプ機構によってフランジ部１０１Ａが固定される構成としてもよい。

また、図１に示す例では、冷却機能付支持台３には、詳細を後述する冷却機構６に備えられる熱交換物質（ガス）輸送管６２が他端部３ｂに接続されており、冷却機能付支持台３の内部に形成された図示略の流路に圧縮機６１から高圧ガスヘリウム等の熱交換物質が送り込まれることで、まず、冷却機能付支持台３が冷却される。そして、製造装置１は、冷却機能付支持台３の冷却により、この冷却機能付支持台３に支持されるコア部材１０１が冷却・縮小されるように構成されている。なお、コア部材１０１の冷却効率を高めるため、冷却機能付支持台３とコア部材１０１との間にグリースや低融点金属を介在させてもよい。

支持機構４は、上述したように、冷却機能付支持台３に支持されたコア部材１０１と同心状にアウター部材１０２を支持するものであり、密閉容器２内において蓋部２２近傍に配置されている。また、図示例の支持機構４は、略円筒状（断面略コの字状）の支持体４１の側壁４１ａの複数箇所に、アウター部材１０２を固定するための固定ねじ４２が取り付けられた構成とされている。そして、アウター部材１０２は、固定ねじ４２による複数箇所での締め付けにより、その上部側の一部が支持体４１の内部空間に入り込むように固定される。

また、支持機構４は、支持体４１の上面４１ｂに、移動機構５を構成する駆動軸５１が接続されており、移動機構５の動作によって、支持機構４及びこの支持機構４に支持されたアウター部材１０２が移動する。

さらに、図示を省略するが、支持機構４には、略管状の雌部材であるアウター部材（他方の部材）１０２を、概ね１００℃程度まで昇温させることが可能な、ヒータ等の加熱手段が備えられていてもよい。

移動機構５は、上記の支持機構４を密閉容器２外から操作することにより、アウター部材１０２をコア部材１０１に近接、離間する方向、即ち、図１中に示す矢印Ｕ方向で移動させるものである。図示例の移動機構５は、ハンドル５２を回転させることで、このハンドル５２に接続された操作軸５３に備えられる図示略のねじ機構の回転により、駆動軸５１が矢印Ｕ方向でスライド移動することで、支持機構４を図１中において上下動させることが可能な構成とされている。これにより、移動機構５は、支持機構４に支持されたアウター部材１０２をコア部材１０１に近接させ、両部材を嵌合させた後、アウター部材１０２の固定状態を解除した支持機構４を、再び密閉容器２内の上部へ戻すことができる。

また、移動機構５は、密閉容器２外に露出した駆動軸５１の一部や、操作軸５３の一部等が、収容ケース５５によって覆われるように構成されている。また、操作軸５３は、収容ケース５５に設けられた挿通孔５５Ａに挿通され、収容ケース５５の外部においてハンドル５２と接続される。

また、図１に示す例の移動機構５は、密閉容器２の蓋部２２を貫通する駆動軸５１を有し、この駆動軸５１と密閉容器２の表面２ａとの間に、駆動軸５１の移動に伴って弾性変形可能な真空シール体５４が設けられている。この真空シール体５４は、筒状で且つ蛇腹状の低ばね弾性を有する金属部品等から構成され、その下部側が封止部５４Ｂによって密閉容器２の蓋部２２の表面に固定されるとともに、上部側が、板状の封止板５４Ａの端部に固定されている。また、詳細な図示を省略するが、封止板５４Ａの平面視略中央付近において、駆動軸５１と操作軸５３とが接続されることで、封止板５４Ａと駆動軸５１及び操作軸５３との間が固定されている。

ここで、駆動軸５１と挿通孔２２Ａとの間は、摺動性を確保する観点から、この部分のシール性については、必ずしも真空状態での使用に耐えうるものではない場合がある。このような場合には、駆動軸５１と挿通孔２２Ａとの間のシール性を、所定のシール性を有する程度に抑制したうえで、上記の真空シール体５４を設けことにより、密閉容器２の外部から支持機構４を操作した場合であっても密閉容器２内の気密性を高く保つことができる。従って、密閉容器２内を減圧環境とすることで、コア部材１０１を冷却した場合でも、密閉容器２内部に配置されたコア部材１０１やアウター部材１０２、ひいては異種金属複合部材１００や装置内部に結露が生じるのを防止でき、得られる異種金属複合部材１００の接合性もより良好なものとなる。

なお、本実施形態においては、図示例のように、密閉容器２と支持機構４との間に、減圧された密閉容器２の内外の圧力差によって駆動軸５１に生じる力を相殺するバネ部（付勢手段）５６が設けられている構成を採用してもよい。このようなバネ部５６を設けることにより、密閉容器２内を減圧した際に発生する、支持機構４に対する密閉容器２内への真空引き込み力を相殺できるので、コア部材１０１及びアウター部材１０２（異種金属複合部材１００）の他、製造装置１の何れかの箇所が破損するのを防止できる。

冷却機構６は、圧縮機６１と、冷却機能付支持台３に内蔵される図示略の冷却機とを備えてなるものであり、圧縮機６１から冷却機能付支持台３に内蔵される冷却機に向けて、高圧配管と低圧配管とからなる熱交換物質（ガス）輸送管６２を介して熱交換物質（ガス）が送り込まれることで、冷却機能付支持台３に支持されるコア部材１０１が冷却されるものである。

冷却機構６に用いられる圧縮機６１としては、従来から工業用素材の冷却処理等に用いられるものを何ら制限無く採用することができる。このように、圧縮機６１と、冷凍機が内蔵された冷却機能付支持台３を用いて冷却機構６を構成することで、コア部材１０１を効率良く冷却して効果的に縮小させることができるので、コア部材１０１とアウター部材１０２とを確実に嵌合して一体化することが可能となる。

また、冷却機構６において用いられる熱交換ガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウムガスを熱交換ガスとして用い、コア部材１０１を当該冷媒の沸騰点温度付近まで冷却する構成を採用することが好ましい。

ここで、冷却機構６によるコア部材１０１の冷却温度は、特に限定されるものではないが、詳細を後述するコア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉを効果的に縮小させるためには、例えば、液体窒素等により、−２００℃以下の冷却限界に近い温度までコア部材１０１を冷却することが好ましい。

本実施形態の異種金属複合部材の製造装置１によれば、上記構成により、冷却機能付支持台３上のコア部材１０１が冷却機構６によって冷却されることで軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが縮小する。この状態で、移動機構５による支持機構４の操作でコア部材１０１とアウター部材１０２とを嵌め合わせた後、コア部材１０１の冷却を停止して常温に昇温させることで、コア部材１０１の軸部１０１Ｂが元の寸法に拡大するので、コア部材１０１とアウター部材１０２との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態と同様の状態になる。これにより、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際に、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できるので、各素材の特性を低下させることなく、低コストであるとともに簡便な操作で複数の異種金属部材を一体化させ、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材を組み合わせ設計、製造することが可能となる。

［異種金属複合部材の製造方法］
以下、本実施形態の異種金属複合部材の製造方法について、図１に示すような製造装置１を用いて、複数の異種金属部材、即ちコア部材１０１とアウター部材１０２とを互いに嵌合して組み付けることにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すような異種金属複合部材１００を製造する場合を例に挙げて説明する。

本実施形態の異種金属複合部材１００の製造方法は、少なくとも以下に示す（１）〜（４）の各工程を備える方法である。
（１）密閉容器２内に配置された冷却機能付支持台３に、複数の異種金属部材の内、略軸状の雄部材であるコア部材（一方の部材）１０１を支持させるとともに、略管状の雌部材であるアウター部材（他方の部材）１０２を、コア部材１０１と同心状に支持機構４に支持させる支持工程。
（２）支持工程に次いで、冷却機能付支持台３に支持されたコア部材１０１を冷却することにより、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉを、常温とされたアウター部材１０２の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させる冷却工程。
（３）冷却工程に次いで、コア部材１０１を冷却しながら、支持機構４を密閉容器２の外部から操作することでアウター部材１０２をコア部材１０１側に向けて移動させ、コア部材１０１の軸部１０１Ｂを外径Ｄｉが縮小した状態でアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａに挿入した後、コア部材１０１の冷却を停止する挿入工程。
（４）挿入工程に次いで、コア部材１０１を、アウター部材１０２に挿入された状態で昇温させ、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉがアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させることで、コア部材１０１とアウター部材１０２とを嵌合状態で一体化した後、支持機構４をアウター部材１０２から離間させる嵌合工程。

（１）支持工程
本実施形態の製造方法においては、まず、支持工程において、冷却機能付支持台３にコア部材１０１を支持させるとともに、アウター部材１０２をコア部材１０１と同心状に支持機構４に支持させる。

この際、上述したように、冷却機能付支持台３へのコア部材１０１の取り付けは、図示略のクランプ機構によって行ってもよいし、あるいは、磁力による接続で行っても良い。また、冷却機能付支持台３とコア部材１０１との接触面にグリース等を塗布しておくことが、これらの間の密着性が高められ、後述の冷却工程におけるコア部材１０１の冷却効率が向上する観点から、より好ましい。また、支持機構４へのアウター部材１０２の取り付けは、支持体４１の側壁４１ａに複数で設けられた固定ねじ４２を締め付けることで行う。

また、本実施形態においては、支持工程の前に、予め、密閉容器２内を真空ポンプ７によって真空減圧した状態とすることがより好ましい。このように、密閉容器２内を予め真空減圧した状態とすることで、コア部材１０１を冷却した際に、このコア部材１０１やアウター部材１０２、さらには製造装置１の内部の各箇所に結露が生じるのを防止できる。これにより、結露による水分等の影響を受けることなく、安定して部材間の組付けを行うことが可能となるので、得られる異種金属複合部材１００の接合性も良好となる。

（２）冷却工程
次に、冷却工程においては、コア部材１０１を冷却することにより、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉを、常温とされたアウター部材１０２の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させる。この際、コア部材１０１を冷却するにあたっては、上述した冷却機構６を用い、圧縮機６１から熱交換物質（ガス）輸送管６２を介して冷却機能付支持台３に熱交換物質（高圧ガスヘリウム）を送り込む。冷却機能付支持台３に送り込まれた熱交換物質は、図示略の冷却機が内蔵された冷却機能付支持台３の所定の部位で熱交換した後、圧縮機６１に向けて還流される。

冷却工程においては、コア部材１０１を冷却することで、金属材料の収縮により、軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが、概ね数十μｍ程度、縮小する。より具体的には、例えば、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが１００ｍｍである場合、−２００℃以下まで冷却することで、概ね１００μｍ（０．１ｍｍ）程度、収縮する（図１中に示したコア部材１０１の二点鎖線を参照）。

（３）挿入工程
次に、挿入工程においては、コア部材１０１を冷却した状態で、支持機構４を密閉容器２の外部から操作することで、アウター部材１０２をコア部材１０１側に向けて移動させる。この際、コア部材１０１の軸部１０１Ｂを、外径Ｄｉが縮小した状態でアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａに挿入する。この際、図２（ａ）に示すように、コア部材１０１のフランジ部１０１Ａが、アウター部材１０２の一端１０２ａに当接するまで、挿入操作を行う。

上述のように、冷却工程においてコア部材１０１を冷却することで、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが１００ｍｍである場合には、概ね１００μｍ（０．１ｍｍ）程度の縮小が生じる。即ち、例えば、常温におけるアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内径ｄｏを９９．９５ｍｍに設定し、常温におけるコア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉを１００．０ｍｍに設定した場合には、コア部材１０１を冷却することで軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが概ね９９．９ｍｍ程度に収縮するので、コア部材１０１の軸部１０１Ｂを、アウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内部に支障なく挿入することが可能になる。この際、コア部材１０１の軸部１０１Ｂと、アウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａとの位置合わせを容易にするため、例えば、軸部１０１Ｂの先端、あるいは、嵌合孔１０２Ａの孔縁部の何れかに面取り処理を施してもよい。

そして、挿入工程においては、コア部材１０１の軸部１０１Ｂのアウター部材１０２への挿入が完了した後、コア部材１０１の冷却を停止する。

なお、本実施形態の製造方法においては、少なくとも挿入工程の前に、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外周面、又は、アウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内周面の少なくとも何れかの接合面に、予め、金、銀、白金からなる群から選ばれる貴金属、又は、鉛、錫、インジウムからなる群から選ばれる低融点金属の内の少なくとも何れかからなる図示略の介在層を形成しておき、その状態で、挿入工程〜嵌合工程を行うことがより好ましい。このように、挿入工程及び嵌合工程に先立ち、予め、コア部材１０１又はアウター部材１０２との接合面の間に、上記の金属材料からなる軟質な介在層を設けることで、この介在層が真空シール材として機能するので、コア部材１０１とアウター部材１０２とを気密性良く一体化することが可能となる。

あるいは、本実施形態においては、少なくとも挿入工程の前に、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外周面、又は、アウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内周面の少なくとも一方に、予め、常温下で粘性を有するグリース等の高分子材料を塗布する方法を採用してもよい。このように、挿入工程及び嵌合工程に先立ち、予め、コア部材１０１又はアウター部材１０２との接合面の間に高分子材料を塗布しておくことで、上記同様、この高分子材料が真空シール材として機能するので、コア部材１０１とアウター部材１０２とを気密性良く一体化することが可能となる。上記のような粘性を有する高分子材料としては、例えば、従来から用いられている真空グリース等が挙げられる。

また、挿入工程においては、さらに、略管状の雌部材であるアウター部材１０２を加熱しながら、コア部材１０１をアウター部材１０２に挿入することがより好ましい。このように、アウター部材１０２を、例えば、１００℃程度まで加熱することで、アウター部材１０２の内径ｄｏが拡大するので、コア部材１０１を挿入するのが容易になる。

（４）嵌合工程
次に、嵌合工程においては、挿入工程においてアウター部材１０２に挿入された状態の コア部材１０１を昇温させ、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外径Ｄｉがアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させる。即ち、上述のように、常温におけるアウター部材１０２の嵌合孔１０２Ａの内径ｄｏを９９．９５ｍｍに設定した場合、コア部材１０１が常温に昇温することで、その軸部１０１Ｂの外径Ｄｉが１００．０００ｍｍに戻るので、コア部材１０１とアウター部材１０２とが、通常の焼き嵌めと同様に、強固な圧入状態で嵌合される。

そして、嵌合工程においては、コア部材１０１とアウター部材１０２とを嵌合状態で一体化した後、アウター部材１０２から支持機構４を離間させる。この際、固定ねじ４２を緩めることにより、アウター部材１０２を支持体４１から開放する。

なお、嵌合工程においては、コア部材１０１を昇温させるにあたり、密閉容器２内に窒素ガス又はヘリウムガスを封入することにより、コア部材１０１の昇温を促進させる方法を採用してもよい。これにより、コア部材１０１とアウター部材１０２とを組み付けた後、直ちにコア部材１０１を昇温させることができるので、これら両部材を確実に嵌合状態として一体化できるとともに、昇温時間の短縮に伴って工程時間も短縮されるので、生産性も向上する。

（５）接合工程
本実施形態の製造方法においては、上記（１）〜（４）に示した各工程に加え、少なくとも（４）で示した挿入工程の前に、コア部材１０１の軸部１０１Ｂの外周面１０１ｂ、又は、アウター部材１０２の内周面１０２ｂの何れかに、さらに１種以上の異種金属部材を組み付ける接合工程が備えられていてもよい。即ち、接合工程においては、さらに、図示略の異種金属部材を組み付けることで、コア部材１０１及びアウター部材１０２を含む、少なくとも３種以上の異種金属部材を一体化する方法を採用してもよい。

具体的には、図３（ａ），（ｂ）及び図４の断面図に示すように、まず、コア部材２０１，３０１、又は、アウター部材２０２，３０２の何れかに中間部材２０３、３０３を接合する。その後、上述のような挿入工程及び嵌合工程を経ることにより、コア部材２０１，３０１とアウター部材２０２，３０２との間に中間部材２０３、３０３が設けられた異種金属複合部材２００，３００を製造することができる。この際、中間部材２０３，３０３の材質としては、上述したような、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金や、銅、クロム銅等の銅合金のような、熱伝導性の高い金属材料を用いることができる。

また、本実施形態において接合工程を設けた場合には、例えば、摩擦圧接法を用いて、１種以上の異種金属部材をコア部材又はアウター部材に接合する方法を採用してもよい。このように、摩擦圧接法を併用して、さらに１種以上の異種金属部材をコア部材又はアウター部材に接合することで、作業性が向上するとともに、より高い接合強度が得られる。

なお、本実施形態において、上述のような接合工程を設け、図３（ａ），（ｂ）及び図４に示すような中間部材２０３，３０３を組み付ける場合には、上述の介在層又は高分子材料を、コア部材２０１，３０１と中間部材２０３，３０３との間、及び、アウター部材２０２，３０２と中間部材２０３，３０３との間のそれぞれに形成又は塗布しておくことが好ましい。

（６）後工程
本実施形態においては、上記のような嵌合工程を終えた異種金属複合部材１００に対して、さらに、各種金属部材等を組み付けることで、異種金属複合部材１００を、各種用途に応じた形状に構成することが可能になる。このように、さらに異種金属複合部材１００に組み付けられる金属部材としては、例えば、本実施形態の異種金属複合部材１００をシャフトに適用する場合には、このシャフトとの間で回転力の伝達が行われる歯車部材やスプライン部材等が挙げられる。

上述したような本実施形態の製造方法によれば、上記方法を採用することにより、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際に、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。これにより、各素材の特性を低下させることなく、複数の異種金属部材を低コスト且つ簡便な操作で一体化させることができるとともに、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材１００を製造することが可能となる。

［作用効果］
以上説明したように、本実施形態の異種金属複合部材の製造装置１によれば、上記構成により、冷却機能付支持台３に支持されたコア部材１０１が冷却機構６で冷却されて縮小し、この状態で支持機構４を操作してコア部材１０１とアウター部材１０２とを嵌め合わせた後、コア部材１０１の冷却を停止して常温に昇温させることで、コア部材１０１が元の寸法に拡大し、コア部材１０１とアウター部材１０２との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、高温にさらされる場合のような接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。

また、本実施形態の異種金属複合部材の製造方法によれば、上記構成により、冷却工程において、雄部材であるコア部材１０１を冷却することで、その外径Ｄｉを、アウター部材１０２の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させ、挿入工程において、コア部材１０１を外径Ｄｉが縮小した状態でアウター部材１０２に挿入した後に冷却を停止し、嵌合工程において、アウター部材１０２に挿入された状態でコア部材１０１を昇温させ、コア部材１０１の外径Ｄｉがアウター部材１０２の内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させる方法なので、上記同様、コア部材１０１とアウター部材１０２との間が高い接合強度及びシール性を有した状態で圧入・嵌合された状態となる。これにより、上記同様、複数の異種金属部材を組み付けて一体化する際、素材の内部に大きな歪みが蓄積されたり、接合境界付近に異物が発生したりするのを防止できる。

従って、本実施形態の異種金属複合部材の製造装置及び製造方法によれば、各素材の特性を低下させることなく、複数の異種金属部材を低コスト且つ簡便な操作で一体化させることができるとともに、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材を製造することが可能となる。

なお、以上説明した実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は上記の実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明の異種金属複合部材の製造装置及び製造装置によれば、上記構成を採用することで、例えば、局部的に温度上昇が発生しやすい部材や、配管継手等、複数の部材が一体化された異種金属複合部材の製造に本発明を適用することにより、強度等の各種特性に優れた異種金属複合部材が得られる点で、産業上の寄与度が高いものである。

１…異種金属複合部材の製造装置（製造装置）
２…密閉容器
２１…容器本体
２２…蓋部
３…冷却機能付支持台
３ａ…上端
３ｂ…他端
４…支持機構
４１…支持体
４１ａ…側壁
４１ｂ…上面
４２…固定ねじ
５…移動機構
５１…駆動軸
５２…ハンドル
５３…操作軸
５４…真空シール体
５４Ａ…封止板
５４Ｂ…封止部
５５…収容ケース
５５Ａ…挿通孔
５６…バネ部
６…冷却機構
６１…圧縮機
６２…熱交換物質（ガス）輸送管
７…真空ポンプ
１００，２００，３００…異種金属複合部材
１０１，２０１，３０１…コア部材（複数の異種金属部材；一方の部材）
１０１Ａ…フランジ部
１０１ａ…凹部
１０１Ｂ…軸部
１０１ｂ…外周面
１０２，２０２，３０２…アウター部材（複数の異種金属部材；他方の部材）
１０２Ａ…嵌合孔
１０２ａ…一端
１０２ｂ…内周面
２０３，３０３…中間部材
Ｄｉ…外径（コア部材；一方の部材）
ｄｏ…内径（アウター部材；他方の部材）
Ｄ…総外径（異種金属複合部材）。

Claims (13)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に配置され、互いに嵌合可能な複数の異種金属部材の内の一方の部材を支持するとともに、該一方の部材を冷却可能な冷却機能付支持台と、
   前記支持台に支持された前記一方の部材と同心状に他方の部材を支持する支持機構と、
   前記支持機構を前記密閉容器外から操作することにより、前記他方の部材を前記一方の部材に近接、離間する方向に移動させる移動機構と、
   前記一方の部材を、前記冷却機能付支持台を介して冷却する冷却機構と、
   を備えることを特徴とする異種金属複合部材の製造装置。
2. 前記移動機構は、前記密閉容器を貫通する駆動軸を有し、
   前記駆動軸と前記密閉容器の表面との間には、前記駆動軸の移動に伴って弾性変形可能な真空シール体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の異種金属複合部材の製造装置。
3. 前記密閉容器は真空減圧され、
   前記密閉容器と前記支持機構との間には、前記密閉容器の内外の圧力差によって前記駆動軸に生じる力を相殺する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の異種金属複合部材の製造装置。
4. 前記冷却機構が、圧縮機と、前記冷却機能付支持台に内蔵される冷却機とを備えてなることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の異種金属複合部材の製造装置。
5. 前記冷却機構は、冷媒として、液体ヘリウム、液体ネオン及び液体窒素の内の何れかが用いられ、前記一方の部材を当該冷媒の沸騰点温度付近まで冷却することを特徴とする請求項４に記載の異種金属複合部材の製造装置。
6. 複数の異種金属部材を互いに嵌合して組み付ける異種金属複合部材の製造方法であって、
   密閉容器内に配置された冷却機能付支持台に、前記複数の異種金属部材の内、略軸状の雄部材である一方の部材を支持させるとともに、略管状の雌部材である他方の部材を、前記一方の部材と同心状に支持機構に支持させる支持工程と、
   次いで、前記冷却機能付支持台に支持された前記一方の部材を冷却することにより、該一方の部材の外径Ｄｉを、常温とされた前記他方の部材の内径ｄｏよりも小さくなるように縮小させる冷却工程と、
   次いで、前記一方の部材を冷却しながら、前記支持機構を前記密閉容器外から操作することで前記他方の部材を前記一方の部材側に向けて移動させ、前記一方の部材を外径Ｄｉが縮小した状態で前記他方の部材に挿入した後、前記一方の部材の冷却を停止する挿入工程と、
   次いで、前記一方の部材を、前記他方の部材に挿入された状態で昇温させ、前記一方の部材の外径Ｄｉが前記他方の部材の内径ｄｏよりも大きくなるように拡大させることで、前記一方の部材と前記他方の部材とを嵌合状態で一体化した後、前記支持機構を前記他方の部材から離間させる嵌合工程と、
   を備えることを特徴とする異種金属複合部材の製造方法。
7. 前記支持工程の前に、予め、前記密閉容器内を真空減圧した状態とすることを特徴とする請求項６に記載の異種金属複合部材の製造方法。
8. 少なくとも前記挿入工程の前に、前記一方の部材の外周面、又は、前記他方の部材の内周面の少なくとも一方に、予め、金、銀、白金からなる群から選ばれる貴金属、又は、鉛、錫、インジウムからなる群から選ばれる低融点金属の内の少なくとも何れかからなる介在層を形成した後、前記一方の部材を前記他方の部材に挿入することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の異種金属複合部材の製造方法。
9. 少なくとも前記挿入工程の前に、前記一方の部材の外周面、又は、前記他方の部材の内周面の少なくとも一方に、予め、常温下で粘性を有する高分子材料を塗布することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の異種金属複合部材の製造方法。
10. 少なくとも前記挿入工程の前に、前記一方の部材と前記他方の部材との接合面の何れか一方に、さらに１種以上の異種金属部材を組み付ける接合工程が備えられ、前記一方の部材及び前記他方の部材を含む少なくとも３種以上の異種金属部材を一体化することを特徴とする請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の異種金属複合部材の製造方法。
11. 前記接合工程は、摩擦圧接法を用いて前記１種以上の異種金属部材を前記一方の部材又は前記他方の部材に接合することを特徴とする請求項１０に記載の異種金属複合部材の製造方法。
12. 前記嵌合工程は、前記密閉容器内に窒素ガス又はヘリウムガスを封入することにより、前記一方の部材の昇温を促進させることを特徴とする請求項６〜請求項１１の何れか一項に記載の部材組付方法。
13. 前記挿入工程は、さらに、略管状の雌部材である前記他方の部材を加熱しながら、前記一方の部材を前記他方の部材に挿入することを特徴とする請求項６〜請求項１２の何れか一項に記載の部材組付方法。

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