JP5038855B2 - 金属部材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材の接合方法に関する。

従来、異種金属を接合する技術として、ろう付け法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、ろう付けに用いる合金を硬ろうといい、金属加工の分野では銀の合金を用いた銀ろうや、銅の合金を用いた銅ろうが多用されている。
特開２００６−３４１３０４号公報

しかしながら、上記従来技術において、銀ろう付けを行う際には約８００℃、銅ろう付けを行う際には約１２００℃の加熱がなされるので、ろう付けされる金属部材が焼き入れ鋼である場合に、高温に晒された焼き入れ鋼の硬度が低下してしまい、その金属部材の機能・性能が低下してしまうことがあった。
また、高温を伴うろう付け作業を行う作業環境は必ずしも快適なものではなかった。

本発明の目的は、常温で金属部材を接合することができる金属部材の接合方法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
嵌合凹部を有する第１の金属部材と、前記嵌合凹部に嵌め合わされる嵌合凸部を有する第２の金属部材とを接合する金属部材の接合方法であって、
前記嵌合凹部の内面はテーパ内面を成し、前記嵌合凸部の外面はテーパ外面を成し、前記嵌合凹部の内面及び／又は前記嵌合凸部の外面に、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材よりも塑性変形しにくい接合材を配し、次いで、前記接合材を介して、前記嵌合凹部に前記嵌合凸部を押し込み、前記接合材を前記第１の金属部材と前記第２の金属部材に食い込ませて、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の金属部材の接合方法において、
前記接合材は、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材よりも塑性変形しにくい材料からなる粒子径が２０［μｍ］以上、２００［μｍ］以下の粉体である。

本発明によれば、第１の金属部材と第２の金属部材よりも塑性変形しにくい接合材を介して、第１の金属部材の嵌合凹部に、第２の金属部材の嵌合凸部を押し込み、その接合材を第１の金属部材と第２の金属部材に食い込ませることで、第１の金属部材と第２の金属部材との互いの移動を規制するようにして、第１の金属部材と第２の金属部材を常温で強固に接合することができる。

そして、従来技術におけるろう付けのように、第１の金属部材や第２の金属部材を高温に晒すことなく、接合することができるので、その第１の金属部材や第２の金属部材を構成する金属材料の性状（例えば、硬度）を変化させることなく、第１の金属部材と第２の金属部材を一体化することが可能になる。

また、この金属部材の接合方法によれば、常温で第１の金属部材と第２の金属部材を接合することができるので、従来技術におけるろう付けを行う作業環境に比べて、快適に接合作業を行うことができる作業環境にすることができる。

以下、本発明の実施形態たる金属部材の接合方法について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、シャンクと超硬チップとで構成される鉱山土木用ビットを例に、金属部材の接合方法を説明する。

鉱山土木用ビット１０は、図１に示すように、地盤や岩盤を削る掘削刃２ａを有する超硬チップ２と、超硬チップ２を保持するシャンク１とを備え、第１の金属部材であるシャンク１に、第２の金属部材である超硬チップ２が接合されて構成されている。

シャンク１は、例えば、SMC435などクロムモリブデン鋼鋼材の焼き入れ鋼が成形されてなる、所定の掘削工具における接続部である。
シャンク１は、図１から図３に示すように、超硬チップ２が挿入される側となる先端部１ａと、掘削工具本体側の基端部１ｂと、先端部１ａから基端部１ｂに向かって先細るように形成されている嵌合凹部１ｃと、を有している。

嵌合凹部１ｃは、先端部１ａから基端部１ｂに向かって、例えば、３度の角度（勾配）で先細り、略円錐台形状を呈する空間を形づくる内面を有し、その内面はテーパ状になっている。
つまり、嵌合凹部１ｃの内面は、先端部１ａから基端部１ｂに向かって先細るテーパ状のテーパ内面を成している。

超硬チップ２は、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）とコバルト（Ｃｏ）の焼結体が成形されてなる掘削用チップである。
超硬チップ２は、図１から図３に示すように、超硬チップ２の先端側の掘削刃２ａと、超硬チップ２の後端側の後面部２ｂと、掘削刃２ａから後面部２ｂに向かって先細るように形成されている嵌合凸部２ｃと、を有している。

嵌合凸部２ｃは、掘削刃２ａから後面部２ｂに向かって、例えば、３度の角度（勾配）で先細り、略円錐台形状を呈する外面を有し、その外面はテーパ状になっている。
つまり、嵌合凸部２ｃの外面は、掘削刃２ａから後面部２ｂに向かって先細るテーパ状のテーパ外面を成している。

そして、シャンク１の嵌合凹部１ｃに超硬チップ２の嵌合凸部２ｃが組み付けられて、鉱山土木用ビット１０が構成されており、図１に示すように、その鉱山土木用ビット１０におけるシャンク１の先端部１ａから超硬チップ２の掘削刃２ａが突出し、地盤を掘削可能となっている。
なお、シャンク１の嵌合凹部１ｃと、超硬チップ２の嵌合凸部２ｃとは、同じ角度の勾配を有し、ほぼ同じ形状で同じ大きさの円錐台形状を呈するので、シャンク１の嵌合凹部１ｃに超硬チップ２の嵌合凸部２ｃを組み付けた際には、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとは密接し、テーパ結合するようになっている。

次に、シャンク１と超硬チップ２とからなる鉱山土木用ビット１０を構設するために、シャンク１に超硬チップ２を接合する、金属部材の接合方法について説明する。

まず、図２に示すように、シャンク１の嵌合凹部１ｃの内面に、塑性変形しにくい材料からなる接合材３を配する（ステップＳ１）。
接合材３は、シャンク１と超硬チップ２よりも塑性変形しにくい材料であって、その塑性変形しにくい材料が粒子化された粉体であり、例えば、シリカ粉やアルミナ粉である。
なお、この粉体状の接合材３の粒子径は、２０［μｍ］以上、２００［μｍ］以下であることが好ましい。粒子径が２０［μｍ］より小さいと、接合材３が嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃへ食い込む程度が浅くなり接合強度が弱くなってしまう。また、粒子径が２００［μｍ］より大きいと、嵌合凹部１ｃのテーパ内面と嵌合凸部２ｃのテーパ外面とのテーパ結合が浅くなり接合強度が弱くなってしまう。

次いで、その接合材３を介するように、シャンク１の嵌合凹部１ｃに超硬チップ２の嵌合凸部２ｃを挿入して、嵌合凹部１ｃに対して嵌合凸部２ｃを押し込む（ステップＳ２）。
この嵌合凹部１ｃのテーパ内面と、嵌合凸部２ｃのテーパ外面とは、同じ角度の勾配を有しているので、嵌合凹部１ｃに嵌合凸部２ｃが押し込まれると、その嵌合凹部１ｃの内面と嵌合凸部２ｃの外面とは密着するように近接する。
そして、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃの間には、シャンク１や超硬チップ２よりも塑性変形しにくい材料からなる粉体の接合材３が介在しているので、図３に示すように、接合材３が、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃに食い込む（ステップＳ３）。

このように、接合材３を配したシャンク１の嵌合凹部１ｃに超硬チップ２の嵌合凸部２ｃを押し込むことで、接合材３をシャンク１と超硬チップ２に食い込ませて、その接合材３を介して嵌合凹部１ｃのテーパ内面と嵌合凸部２ｃのテーパ外面とを密着させるようにしてテーパ結合させ、シャンク１と超硬チップ２を接合する（ステップＳ１〜Ｓ３）。
そして、嵌合凹部１ｃのテーパ内面と嵌合凸部２ｃのテーパ外面とが密着する間に、接合材３が介在しており、その接合材３が嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃに食い込んでいることにより、嵌合凹部１ｃに対する嵌合凸部２ｃの移動が規制されることとなる。

つまり、嵌合凹部１ｃのテーパ内面と嵌合凸部２ｃのテーパ外面とがテーパ結合する間に、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃに食い込む接合材３が介在することにより、その接合材３を介して嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとが噛み合うようになり、互いの移動が規制されるので、シャンク１の嵌合凹部１ｃ内で超硬チップ２が摺接回転したり、シャンク１の嵌合凹部１ｃ内から超硬チップ２が抜け出たりすることがなくなる。
特に、同じ角度の勾配を有する嵌合凹部１ｃのテーパ内面と嵌合凸部２ｃのテーパ外面とのテーパ結合による結合力と、接合材３を介しての嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとの噛合による結合力との協働により、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとの接合は強固なものとなるので、シャンク１と超硬チップ２が一体化したようになり、シャンク１と超硬チップ２とをより強固に接合することができる。

以上のように、本発明に係る金属部材の接合方法によれば、塑性変形しにくい粉体である接合材３を用いることにより、シャンク１と超硬チップ２を常温で強固に接合することができる。
つまり、ろう付けや溶接などのように、シャンク１や超硬チップ２を高温に晒すことなく、シャンク１と超硬チップ２を接合することができるので、シャンク１や超硬チップ２を構成する金属材料の性状を変化させることなく（例えば、金属材料の硬度や強度を低下させることなく）、シャンク１と超硬チップ２を一体化することが可能になる。
そして、シャンク１と超硬チップ２を一体化した複合材として使用する際に、それぞれの金属材料特有の性状に応じた機能を発揮させることができるので、その複合材としての固有の機能を発現させることが可能になる。

また、この金属部材の接合方法によれば、常温での接合作業を行うことができるので、高温が伴うろう付けや溶接などの作業環境に比べて快適な作業環境とすることができる。

なお、以上の実施の形態においては、シャンク１の嵌合凹部１ｃの内面に接合材３を配するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、嵌合凹部１ｃの内面と嵌合凸部２ｃの外面との少なくとも一方に接合材３を配すればよいので、例えば、超硬チップ２の嵌合凸部２ｃの外面に接合材３を配してもよく、また、嵌合凹部１ｃの内面と嵌合凸部２ｃの外面にそれぞれ接合材３を配してもよい。

また、以上の実施の形態においては、粉体の接合材３として、シリカ粉、アルミナ粉を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、接合材３は、任意のセラミック粉や、任意の金属粉など、所定の硬度を有して塑性変形しにくい材料からなる粉体であれば、任意の粉体、粒子であってよい。

また、以上の実施の形態においては、粉体の接合材３を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、突起などの凹凸を有するシート状やネット状の接合材、あるいは極細のワイヤ状の接合材であってもよく、シャンク１と超硬チップ２の間に介装でき、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとをテーパ結合させることが可能な形状のものであればよい。

また、接合材３は、シャンク１と超硬チップ２よりも塑性変形しにくい材料であればよいので、第１の金属部材であるシャンク１の塑性変形域と、第２の金属部材である超硬チップ２の塑性変形域は、どちらが大きくても小さくてもよく、また同じ塑性変形域であってもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明に係る金属部材の接合方法によって、シャンクに超硬チップが接合されてなる鉱山土木用ビットを示す側面図である。 シャンクを断面視し、シャンクに超硬チップを接合する前の状態を示す説明図である。 シャンクを断面視し、シャンクに超硬チップを接合した状態を示す説明図である。

符号の説明

１ シャンク（第１の金属部材）
１ａ 先端部
１ｂ 基端部
１ｃ 嵌合凹部
２ 超硬チップ（第２の金属部材）
２ａ 掘削刃
２ｂ 後面部
２ｃ 嵌合凸部
３ 接合材
１０ 鉱山土木用ビット

Claims (2)

1. 嵌合凹部を有する第１の金属部材と、前記嵌合凹部に嵌め合わされる嵌合凸部を有する第２の金属部材とを接合する金属部材の接合方法であって、
   前記嵌合凹部の内面はテーパ内面を成し、前記嵌合凸部の外面はテーパ外面を成し、前記嵌合凹部の内面及び／又は前記嵌合凸部の外面に、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材よりも塑性変形しにくい接合材を配し、次いで、前記接合材を介して、前記嵌合凹部に前記嵌合凸部を押し込み、前記接合材を前記第１の金属部材と前記第２の金属部材に食い込ませて、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合することを特徴とする金属部材の接合方法。
2. 前記接合材は、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材よりも塑性変形しにくい材料からなる粒子径が２０［μｍ］以上、２００［μｍ］以下の粉体であることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合方法。

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