JP5846525B2 - 複合部材の製造方法及び複合部材 - Google Patents
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Description
この特許文献1では、被嵌合部材の貫通孔に軸を挿通し、軸に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化し、肥大化された軸が被嵌合部材の貫通孔の内面に圧接することで、軸に被嵌合部材を接合して複合部材を製造している。
また被嵌合部材の貫通孔に対して肥大率が不足するような場合には、被嵌合部材と軸との接合強度が低下することがあり、その場合には軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることがあった。さらにそのような場合に、例えば浸炭処理のような各種の熱処理を施すと、高温時に軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることも考えられた。
貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、第2部材を肥大化することで嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成すると好ましい。
第2部材を肥大化させた後、第1部材及び第2部材の少なくとも一方に熱処理を施すこともできる。
好ましくは、貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、第2部材の固定部位には嵌合凹部に対応した形状を有する嵌合突部を備える。
[第1実施形態]
まず、本実施形態において製造する複合部材について説明する。
複合部材10は、図1に示すように、貫通孔13を有する第1部材11と、第1部材の貫通孔13に貫通された第2部材12とを備え、第2部材12に設けられた固定部位14の周囲に第1部材11が固定されている。
この製造方法では、図2(a)(b)に示すように、所定形状の第1部材11及び第2部材12を準備して貫通孔13に第2部材12を貫通させ、図3(a)〜(c)に示すように、一方側ホルダ16及び他方側ホルダ17にセットして第2部材12を部分的に肥大する加工を施し、図4(a)(b)に示すように、第1部材11を第2部材12の周囲に固定する。この実施形態では、その後、切削加工及び熱処理を施し、図1に示すような複合部材10を製造する。
第1部材11には軸線Cに沿う貫通孔13を設ける。第1部材11の両端面にはそれぞれ中央に突出したボス部18,19を設けておき、貫通孔13はボス部18,19を貫通して設ける。一方側のボス部18の端面は、好ましくは軸線Cと直交した面であるのがよい。この第1部材11は予め作製されたものを用いることができる。
孔内面段差部21は軸線Cに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Cに対して一定角度で傾斜するテーパ面としている。
抜け止め孔部26は貫通孔13の内面の一部に設けてもよいが、ここでは孔内面段差部21から大径孔部24の全長にわたり連続したテーパ面としている。抜け止め孔部26の端部開口の直径は貫通孔13の小径孔部23の直径以上となっている。
小径軸部33の断面形状は小径孔部23に配置可能であればよいが、本実施形態の小径軸部33は小径孔部23より細く、軸線Cに沿う方向に一定断面形状が連続している。
大径軸部34は小径軸部33及び小径孔部23より大きく、且つ貫通孔13の大径孔部24に対応した円形の断面形状で大径孔部24より若干細く形成しており、軸線Cに沿う方向に一定断面形状が連続している。
小径軸部33と貫通孔13の小径孔部23との間のクリアランス、大径軸部34と大径孔部24との間のクリアランスは後述する肥大加工が可能な間隙であれば適宜設定可能である。小径軸部33及び小径孔部23の嵌め合い精度と、大径軸部34及び大径孔部24の嵌め合い精度との少なくとも一方を適度に設定することで、後述する肥大化工程で取付作業時や運搬作業時などに部品の脱落やズレが生じることを抑制できる。
軸外面段差部22は、大径軸部34側から小径軸部33側に向けて小さくなる形状を有し、孔内面段差部21と軸線Cに沿う方向に当接可能な形状に形成する。軸外面段差部22は軸線Cに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Cに対して一定角度で傾斜するテーパ面として形成している。
このとき、他方側ホルダ17の端面が第1部材11から離間した位置に配置される。他方側ホルダ17と第1部材11との間の間隙は、第2部材12の肥大化に伴う第2部材12の長さの収縮量以上となっている。これにより、第2部材12のうち第1部材11の貫通孔13内に配置された部分を十分に肥大化できる。
これにより、一方側ホルダ16と第2部材12の軸外面段差部22との間に第1部材11の孔内面段差部21及び小径孔部23の周囲が挟まれ、一方側ホルダ16の加圧力が第1部材11を介して軸外面段差部22に伝達される。そして第2部材12の軸外面段差部22より小径軸部33側の部位及び第1部材11の孔内面段差部21と、第2部材12の軸外面段差部22より大径軸部34側の軸外面段差部22から離間した部位と、の間に圧縮荷重が負荷される。
第2部材12の他方側ホルダ17に保持された部位の軸線Cの曲げ角度θは、材料に応じて選択するのがよい。
この複合部材10では、第2部材12の肥大した部位が貫通孔13に圧接することで、第2部材12の周囲に第1部材11が強固に固定されている。
肥大化工程で十分に肥大化したことで、図4(b)に示すように、第1部材11の貫通孔13内で第2部材12が貫通孔13内全体に肥大化して、第2部材12が貫通孔13の内面に対応した形状に変形し、貫通孔13の内面に第2部材12が圧接されて固定部位14が形成されている。また固定部位14には抜け止め孔部26に対応した抜け止め軸部27が形成され、抜け止め軸部27と軸外面段差部22との間が全周で嵌合突部となっている。
これにより図1に示すような複合部材10が完成する。
またこの複合部材10では、図4(b)に示すように、第1部材11の貫通孔13の内面に嵌合凹部を備え、第2部材12の固定部位14には嵌合凹部に対応した嵌合突部を備えている。さらに第1部材11の貫通孔13の内面には貫通孔13の断面形状が他方側に向けて小さくなる形状を有する抜け止め孔部26を備え、第2部材12には抜け止め孔部26に対応した形状を有する抜け止め軸部27を備えている。
特に貫通孔13の内面に十分な嵌合凹部を設け、第2部材12を肥大化することで十分な嵌合突部を形成している。そのため肥大化後には第1部材11が第2部材12に強固に固定でき、抜け外れることを確実に防止できる。
また第1部材11にボス部18を設け、肥大化後にボス部18を切削除去している。そのため肥大加工時には第1部材11を安定して保持できて肥大加工も容易である。
ここでは第1部材11の内面に第2部材12が焼きばめなどに比べて強固に圧接されている上、孔内面段差部21と軸外面段差部22とが圧接して係止され、抜け止め孔部26と抜け止め軸部27とが圧接して係止されている。従って、第1部材11及び第2部材の外表面を切削加工しても位置ずれなどは生じない。
第2実施形態は、貫通孔13の内面の形状が第1実施形態と異なる第1部材11を用いて複合部材10を製造する例である。
この実施形態の第1部材11の貫通孔13には、図5(a)に示すように、第1部材11の大径孔部24の内周に沿って環状に嵌合凹部としての抜け止め溝41が設けられており、抜け止め孔部26が抜け止め溝41の他方側の側壁により構成されている。また図6(a)に示すように、貫通孔13の大径孔部24に、断面弧形状の嵌合凹部としての回り止め溝43が設けられている。その他は第1実施形態と同様である。
第2部材の肥大化により、図5(b)に示すように、抜け止め溝41に対応した嵌合突部としての抜け止め突部42が形成され、抜け止め孔部26に対応した抜け止め軸部27が形成される。さらに抜け止め突部42が抜け止め溝41に圧接され、抜け止め軸部27が抜け止め孔部26に圧接される。また図6(b)に示すように、回り止め溝43に対応した嵌合突部としての回り止め突起44が形成され、回り止め突起44が回り止め溝43に圧接する。これにより複合部材10を製造することができる。
上記第1及び第2実施形態では、第2部材12を所定角度に維持して回転させることでせん断応力を繰り返し発生させたが、振動発生器や超音波振動などの他の方法によりせん断応力を繰り返し発生させることも可能である。
第1実施形態の第1部材11及び第2部材12を用い、第1実施形態と同様にして圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせて接合した実施例の複合部材10と、せん断応力を生じさせずに圧縮応力を生じさせて接合した比較例の複合部材10とを作製し、接合強度を確認した。
第2部材12はSCr420Hからなり、小径軸部33の直径が48mm、大径軸部34の直径が50mm、軸外面段差部22の軸線Cに対する角度が45度であった。
比較例では、他方側ホルダ17の角度を変化させない他は実施例と同様にして肥大化を行った。
その結果、比較例の複合部材10は第1部材11から容易に第2部材12が離脱したが、実施例の複合部材10では第2部材12に対して第1部材11の位置ずれが全く生じなかった。
10 複合部材
11 第1部材
12 第2部材
13 貫通孔
14 固定部位
16 一方側ホルダ
17 他方側ホルダ
18,19 ボス部
21 孔内面段差部
22 軸外面段差部
23 小径孔部
24 大径孔部
26 抜け止め孔部
27 抜け止め軸部
33 小径軸部
34 大径軸部
41 抜け止め溝
42 抜け止め突部
43 回り止め溝
44 回り止め突起
Claims (8)
- 金属製の第1部材の貫通孔に金属製の第2部材を貫通させて、前記貫通孔の内面と前記第2部材の外面との間の少なくとも一部に間隙を設け、前記貫通孔内の前記第2部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで該第2部材を部分的に肥大化し、該第2部材の肥大した部位が前記貫通孔に圧接することで前記第2部材の周囲に前記第1部材を固定する複合部材の製造方法において、
前記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を設け、
前記第2部材には、前記小径孔部に配置される小径軸部と、前記大径孔部に配置される大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて前記孔内面段差部に対向する軸外面段差部と、を設け、
一方側ホルダに前記第2部材の前記小径軸部側の部位を保持させるとともに、他方側ホルダに前記第2部材の前記大径軸部側の部位を保持させて、前記一方側ホルダと前記第2部材の軸外面段差部との間に前記第1部材を挟み、
前記一方側ホルダと前記他方側ホルダとの間に前記圧縮荷重を負荷することで、前記孔内面段差部と前記軸外面段差部とを圧接させつつ前記第2部材を肥大化することを特徴とする、複合部材の製造方法。 - 前記大径孔部には、前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を設け、前記第2部材を肥大化することで前記抜け止め孔部に対応した抜け止め軸部を形成することを特徴とする、請求項1に記載の複合部材の製造方法。
- 前記貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、前記第2部材を肥大化することで前記嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合部材の製造方法。
- 前記第2部材を肥大化した後、前記第1部材及び該第2部材の少なくとも一方の表面を所定形状に切削することを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載の複合部材の製造方法。
- 前記第2部材を肥大化させた後、前記第1部材及び前記第2部材の少なくとも一方に熱処理を施すことを特徴とする、請求項1乃至4の何れかに記載の複合部材の製造方法。
- 貫通孔を有する金属製の第1部材と、該貫通孔に貫通された金属製の第2部材とを備え、前記第2部材が部分的に肥大化して形成された固定部位を前記貫通孔の内面に圧接することで前記第2部材の周囲に前記第1部材が固定された複合部材において、
前記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を備え、
前記第2部材には、前記小径孔部に配置された小径軸部と、前記大径孔部に配置された大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて前記孔内面段差部に対向した軸外面段差部と、を備え、
前記第2部材の前記小径軸部側の部位を一方側ホルダに保持させるとともに、前記第2部材の前記大径軸部側の部位を他方側ホルダに保持させて、前記一方側ホルダと前記第2部材の軸外面段差部との間に前記第1部材を挟んで前記一方側ホルダと前記他方側ホルダとの間に前記圧縮荷重を負荷することで、前記孔内面段差部と前記軸外面段差部とが圧接した状態で前記第2部材が肥大化されていることを特徴とする、複合部材。 - 前記貫通孔の内面には前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を備え、前記第2部材には前記抜け止め孔部に対応した形状を有する抜け止め軸部を備えることを特徴とする、請求項6に記載の複合部材。
- 前記貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、前記第2部材の固定部位には前記嵌合凹部に対応した形状の嵌合突部を備えることを特徴とする、請求項6又は7に記載の複合部材。
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