JP6160525B2 - 部品の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品同士をろう付けにより好適に接合方法することができる部品の接合方法に関する。

従来から、部品同士を接合する際には、ろう付けにより接合することがある。例えば、特許文献１には、リング状の第１部品と、これに接合されるリング状の第２部品とを、ろう付けにより接合する接合方法が提案されている。

この接合方法では、まず、第１部品と第２部品との何れか一方の部品の接合面を含む端面に突起を形成すると共に、他方の部品の接合面を含む端面に突起と嵌合する凹溝を設ける。接合の際には、突起と凹溝とが嵌合するように第１および第２の部品を配置するとともに、第１および第２部品との何れか一方の部品の接合面の周縁に形成された溜め込み溝にろう材を配置する。次に、第１および第２の部品を加熱することにより、ろう材を溶融し、溶融したろう材を、第１および第２の部品の接合面間に流し込む。これにより、第１および第２の部品が接合される。

この接合方法によれば、ろう付け前に、接合面に形成された突起を嵌合させることにより、第１および第２の部品を位置決めして配置することができ、この配置状態を維持しながら第１および第２の部品を接合することができる。

特開２００３−２５１４５８号公報

しかしながら、リング状の第１および第２の部品の熱膨張率が異なる金属からなる場合には、ろう付け時の加熱により、第１部品と第２部品との熱膨張差が生じるが、突起と凹溝との嵌合により第１部品と第２部品とは拘束されているため、第１部品に対して第２部品が相対的に浮き上がったり、第１部品に対して第２部品が位置ずれ（軸心のずれ）を起こしたりすることがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱膨張率が異なる金属からなるリング状の第１および第２の部品を接合する際であっても、これらの部品を位置決めしつつ、浮き上がりまたは位置ずれを起こすことなく、ろう付けにより接合することができる部品の接合方法を提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明に係る部品の接合方法は、金属製のリング状の第１部品の第１端面と、該第１部品と熱膨張率が異なる金属からなるリング状の第２部品の第２端面と、の少なくとも一部の面同士をろう付けすることにより、前記第１部品と前記第２部品とを接合する部品の接合方法であって、前記第１端面および前記第２端面のうち一方の端面には、径方向に沿って内周縁から外周縁まで複数の凹溝が形成されており、前記第１端面および前記第２端面のうち他方の端面には、前記各凹溝に係合する凸部が形成されており、前記一方の端面の凹溝と前記他方の端面の凸部とを係合させた状態で、何れか一方の端面にろう材を配置し、前記第１部品と前記第２部品とを加熱することにより、前記ろう材を溶融し、前記第１部品と前記第２部品とを接合することを特徴とする。

本発明によれば、一方の端面には、径方向に沿って内周縁から外周縁まで複数の凹溝が形成されており、他方の端面には、各凹溝に係合する凸部が形成されているので、一方の端面の各凹溝と他方の端面の各凸部とを係合させ、第１部品と第２部品とを位置決めすることができる。

この位置決めされた状態で、第１部品と第２部品とを加熱することにより、前記ろう材を溶融し、リング状の第１部品の第１端面の少なくとも一部の面（ろう付け面）と、リング状の第２部品の第２端面の少なくとも一部の面（ろう付け面）とを、溶融したろう材でろう付けする。これにより、前記第１部品と前記第２部品とを接合することができる。ここで、位置決め用に用いた凹溝は、リング状と端面である他方の端面の内周縁から外周縁に亘って径方向に形成されているので、凹溝に係合した凸部が、第１および第２の部品の径方向の熱膨張を妨げることがない。これにより、第１部品と第２部品の接合位置の精度（同軸精度）を確保することができる。

より好ましくは、前記接合方法は、前記第１部品と前記第２部品とを接合するとともに、前記第１部品の第１端面と、金属製のリング状の第３部品の第３端面と、の少なくとも一部の面同士をろう付けすることにより、前記第１部品と前記第３部品とをさらに接合するものであり、前記第１部品に、前記第２および第３の部品を接合する際に、前記第２端面のうち、前記第１端面にろう付けされるろう付け面と同一平面上に、前記第３部品の第３端面のうち、前記第１端面にろう付けされるろう付け面を配置し、前記ろう材を溶融することにより、前記第１部品に、前記第２および第３の部品を接合する。

本発明によれば、第２端面のろう付け面と、第３端面のろう付け面とを、同一平面上に配置することにより、これらにろう付けされる第１部品の第１端面との間に、一度に溶融したろう材を流れ込ませることができる。これにより簡単に、第１部品に対して第２および第３の部品を接合することができる。

より好ましくは、前記第３部品は、前記第１部品と同じ金属からなり、前記第３部品の端面には、前記第１端面に形成された前記凹溝または前記凸部と係合する係合部が形成されている。

この態様によれば、第１部品の第１端面に形成された凹溝または凸部は、第２部品に対する位置決め用の凹溝または凸部であったが、凹溝または凸部を利用して、第１部品に対し第３部品を係合部により位置決めすることができ、より単純な構造で第１部品に対して、第２および第３の部品を接合することができる。

より好ましくは、前記第１端面または前記第２端面には、前記ろう材を収容する収容孔が形成されている。この態様によれば、第１端面または第２端面に形成された収容孔にろう材を収容した状態で、第１および第２の部品を加熱すれば、第１および第２端面の間に、溶融したろう材を流れ込ませることができる。

さらに好ましくは、前記第１部品は圧粉成形体であり、前記第１部品と前記第２部品の接合時の加熱に合わせて、第１部品を焼結する。この態様によれば、ろう材の溶融を含む接合時の加熱と、第１部品（圧粉成形体）の焼結を同時に行うことができる。

本発明によれば、熱膨張率が異なる金属からなるリング状の第１および第２の部品を接合する際であっても、これらの部品を位置決めしつつ、浮き上がりまたは位置ずれを起こすことなく、ろう付けにより接合することができる。

本発明に係る接合方法に用いる第１〜第３の部品の配置関係を説明するための模式的模式図である。 第１部品の模式的斜視図である。 図１に示す第２部品を下方から見た模式的斜視図である。 図１に示す第３部品を下方から見た模式的斜視図である。 図１に示す第１〜第３の部品を配置した状態の模式的斜視図である。 図５の正面図である。 図６のＡ−Ａ線矢印端面図であり、接合方法を説明するための図である。

以下の本発明の実施形態に係る部品の接合方法を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明に係る接合方法に用いる第１〜第３の部品の配置関係を説明するための模式的模式図である。図２は、第１部品の模式的斜視図であり、図３は、図１に示す第２部品を下方から見た模式的斜視図であり、図４は、図１に示す第３部品を下方から見た模式的斜視図である。

図５は、図１に示す第１〜第３の部品を配置した状態の模式的斜視図であり、図６は、図５の正面図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線矢印端面図であり、接合方法を説明するための図である。

本実施形態に係る接合方法は、複数の部品を接合する方法であり、具体的には、図１に示す、第１部品１０、第２部品２０、および第３部品３０を接合する方法である。これらの部品はリング形状であり、第１部品１０に対して第２部品２０および第３部品３０がろう材により、軸線Ｌが一致する（すなわち同じ軸心上となる）ように接合される。本実施形態では、第１部品１０および第３部品３０は圧粉成形体であり、後述する接合時の熱を利用して焼結されるものである。第２部品２０は溶製材である。

〔第１部品１０について〕
第１部品１０と第３部品３０とは、同じ金属粉末から成形された圧粉成形体であり、この圧粉成形体を構成する金属と、第２部品２０を構成する金属とは、熱膨張率が異なるものである。第１部品１０および第３部品３０を構成する金属は、たとえば鉄，銅，ニッケルなどの金属からなる粉末成形体、第２部品２０を構成する金属は、たとえば、炭素鋼，ステンレス鋼，合金鋼などの溶鋼からなる。なお、後述するろう材としては、たとえば、銅ろう，ニッケルろうなどを挙げることができる。異なる金属である場合には、両者の線膨張係数は異なるが、粉末成形体と溶鋼とは、密度が異なることから見かけ上の線膨張係数も異なり、ろう付け後の線膨張収縮率も異なる。

図１および図２に示すように、第１部品１０は、リング状の部品であり、中空円板状の平板部１１と、平板部１１から第２部品２０側に向かって突出した４つの突出部１２とを備えている。また、第１部品１０の外周面にはギア歯が形成されている。平板部１１の周方向に沿って等間隔に４つの小径貫通孔１４と、これらの間に等間隔に４つの大径貫通孔１５とが形成されている。

さらに、突出部１２の頂面１２ａ、すなわち、後述する第２部品２０と対向する第１部品１０の端面１３（以下「第１端面１３」という）の少なくとも一部の面（ろう付け面）において、熱処理時に第２部品２０および第３部品３０がろう材により接合される。

各突出部１２の頂面１２ａには、径方向Ｒに沿って外縁部から内側に向かって、第２部品２０側に突出した凸部１６が形成されており、換言すると、第１端面１３には、周方向に等間隔の凸部１６が形成されることになる。凸部１６は、後述する第２部品２０の第２端面２３の凹溝２６と係合するような断面形状となっている。

〔第２部品２０について〕
図１および図３に示すように、第２部品２０は、リング状の部品であり、筒状本体部２１と、第１部品１０と対向する側に、筒状本体部２１の周縁から内側に向かって延在した内鍔部２２とを備えている。筒状本体部２１の周面には、給油口となる貫通孔２１ａが形成されている。

また、図３に示すように、内鍔部２２の表面のうち第1部品１０に対向する表面、すなわち、第２部品２０の端面２３（以下「第２端面２３」という）には、径方向Ｒに沿って内周縁２４から外周縁２５までに亘り４つ（複数）の凹溝２６が形成されている。このようにして、溝部２６のそれぞれの端部が、内周縁２４と外周縁２５に形成される。

さらに、各凹溝２６を挟むように、後述するろう材７を収容する収容孔２７が形成される。収容孔２７は、内鍔部２２を貫通して形成されており、第２端面２３に形成されている。接合時には、収容孔２７に収容されたろう材７が溶融し、第２端面２３の一部に流れ込み、第２端面２３の少なくとも一部の面（ろう付け面２３ａ）と、第１端面１３の少なくとも一部の面（ろう付け面１３ａ）とがろう付けされる（後述する図７参照）。なお、本実施形態では、第２端面２３に後述するろう材７を収容する収容孔２７を設けたが、例えば、ろう材７を収容する収容孔を第１部品１０の第１端面１３に設けてもよい。

各凹溝２６の溝幅方向の断面は台形状であり、第１部品１０の第１端面１３の凸部１６に係合するような形状となっている。第１部品１０の各凸部１６を、第２部品２０の凹溝２６に係合することにより、第１部品１０の軸心Ｌ１と第２部品２０の軸心Ｌ２とが一致する（これらの軸心が同一の軸線Ｌ上に配置される）。このようにして、第１部品１０と第２部品２０とを位置決めすることができる。

特に、本実施形態では、凸部１６と凹溝２６とを係合した状態で、凸部１６の頂面１６ａと凹溝２６の底面２６ａとの間には間隙が形成され、凸部側面１６ｂと凹溝側面２６ｂ同士が当接するように、凸部１６と凹溝２６とが形成されている。このような当接により、凸部１６と凹溝２６を係合させることにより、第１部品１０と第２部品２０との周方向における相対的な位置ずれがより確実に防止される。

〔第３部品３０について〕
図１および図４に示すように、第３部品３０は、第２部品２０の筒状本体部２１内に収容されるリング状の部品である。第３部品３０は、中空円板状の平板部３１と、平板部３１から第２部品２０側に向かって突出した４つの突出部３２とを備えている。

第３部品３０には、平板部３１と各突出部３２とを貫通する小径貫通孔３４が形成されており、各突出部同士３２，３２の間に位置する平板部３１には、これを貫通する大径貫通孔３５が形成されている。このようにして、第３部品３０には、周方向に沿って等間隔に４つの小径貫通孔３４と、これらの間に等間隔に４つの大径貫通孔３５とが形成されることになる。第３部品３０の小径貫通孔３４の径は、第１部品１０の小径貫通孔１４の径と略同じ大きさであり、さらに第３部品３０の大径貫通孔３５の径は、第１部品１０の大径貫通孔１５の径と略同じ大きさである。

さらに、突出部３２の頂面３２ａ、すなわち、後述する第２部品２０と対向する第３部品３０の端面３３（以下「第３端面３３」という）の少なくとも一部の面（ろう付け面）において、熱処理時に第１部品１０がろう材で接合される。

各突出部３２の頂面３２ａには、径方向Ｒに沿って第３部品３０の外周縁から内側に向かって係合凹部（係合部）３６が形成されている。換言すると、第３端面３３には、周方向に等間隔の係合凹部３６が形成されている。係合凹部３６は、上述した第１部品１０の第１端面１３の凸部１６と係合するような断面形状となっている。

第１部品１０の各凸部１６を、第２部品２０の凹溝２６に係合するとともに、さらに、第１部品１０の各凸部１６を、第３部品３０の係合凹部３６に係合することにより、第１部品１０の軸心Ｌ１および第２部品２０の軸心Ｌ２に加え第３部品３０の軸心Ｌ３も一致する（これらの軸心が同一の軸線Ｌに配置される）。このようにして、第２部品２０が位置決めされた第１部品１０に、さらに第３部品３０を位置決めすることができる。

また、凸部１６と係合凹部３６とを係合した状態で、凸部１６の頂面１６ａと係合凹部３６の底面３６ａとの間には間隙が形成されており、凸部側面１６ｂと係合凹部３６の側面３６ｂ同士は当接する。これにより、凸部１６と凹部３６を係合させることにより、第１部品１０と第３部品３０との周方向における相対的な位置ずれは防止される。

さらに、本実施形態では、第２端面２３のうち、第１端面１３にろう付けされるろう付け面２３ａと同一平面上に、第３部品３０の第３端面３３のうち、第１端面１３にろう付けされるろう付け面３３ａが配置される（例えば図７参照）。

〔組立体１および部品の接合方法について〕
上述した第１部品１０、第２部品２０、第３部品３０を図１に示す状態から、図５に示す状態に配置した組み立体１を制作する。具体的には、第１部品１０の第１端面１３の各凸部１６と、第２部品２０の各第２端面２３とを係合させる。さらに、第１部品１０の第１端面１３の各凸部１６と、第３部品の各第３端面３３の係合凹部３６とを係合させる。さらに、第２部品２０の各収容孔２７にろう材７を収容する。

これにより、第１部品１０に対して、第２部品２０および第３部品３０が位置決めされ、図６に示すように、第１部品１０の各小径貫通孔１４と、第３部品の各小径貫通孔３４とからなる通し孔４４が形成され、後述する熱処理後、これらの孔径と略同じ径のシャフトをこの通し孔に通すことができる。同様に、第１部品１０の各大径貫通孔１５と、第３部品の各大径貫通孔３５とからなる通し孔４５も形成され、後述する熱処理後、これらの孔径と略同じ径を有したシャフトをこの通し孔４５に通すことができる。

この位置決めされた状態で、第１部品１０、第２部品２０および第３部品３０とからなる組立体１を加熱することにより、図７に示すように、収容孔２７内のろう材７を溶融し、第１部品１０の第１端面１３のろう付け面１３ａと、第２部品２０の第２端面２３のろう付け面２３ａとの間に、溶融したろう材が流れ込む。

位置決め用に用いた第２部品２０の各凹溝２６は、図６に示すように、リング状と端面である第２端面２３の内周縁２４から外周縁２５に亘って径方向Ｒに形成されているので、凹溝２６に係合した第１部品の凸部１６が、第１部品１０および第２部品２０の径方向Ｒの熱膨張を妨げることがない。すなわち、第１部品１０に対して、第２部品２０は浮き上がりまたは位置ずれを起こすことなく、第１部品１０と第２部品２０とをろう付けにより接合することができる。これにより、第１部品１０と第２部品２０の接合位置の精度（同軸精度）を確保することができる。

さらに、図７に示すように、第２部品２０の第２端面２３のろう付け面２３ａと、第３端面３３のろう付け面３３ａとを、同一平面上に配置することにより、これらにろう付けされる第１部品１０の第１端面１３との間に、一度に収容孔２７内の溶融したろう材７を流れ込ませることができる。これにより簡単に、第１部品１０に対して第２部品２０および第３部品３０を接合することができる。

さらに、第１部品１０の第１端面１３に形成された凸部１６を、第２部品２０の凹溝２６に係合させ、第１部品１０に対して第２部品２０を位置決めし、これらを接合することができる。さらに、第１部品１０の凸部１６を利用して、第１部品１０の凸部１６に第３部品３０の係合凹部３６を係合させ、第１部品１０に対して第３部品３０をも位置決めし、これらを接合することができる。このようにして、より単純な構造で第１部品１０に対して、第２部品２０および第３部品３０を位置決めし接合することができる。

そして、上述した第１部品１０、第２部品２０および第３部品３０とからなる組立体５を加熱する際に、圧粉成形体からなる第１部品１０および第３部品３０を焼結し、これらの焼結体とすることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

本実施形態では、第１部品の第１端面に凸部を形成し、第２部品の第２端面に凹溝を形成したが、第１部品の第１端面に凹溝を形成し、第２部品の第２端面に凸部を形成し、第１部品と第２部品との位置決めを行ってもよい。この場合、第３部品の第３端面には、第１部品の凹溝に係合する係合凸部を形成することになる。さらに、本実施形態では、第２部品の第２端面の一部をろう付け面としたが、第２端面の全てをろう付け面としてもよい。

また、本実施形態では、位置決め用となる４つの凹溝を、第２部品の第２端面に半径方向に沿って形成したが、凹溝の個数は限定されるものではなく、少なくとも２つ以上の凹溝が、異なる線上に形成されていればよく、これにより第１および第２の部品の位置決めが可能となる。

１：組立体，７：ろう材，１０：第１部品，１１：平板部，１２：突出部，１２ａ：頂面，１３：第１端面，１３ａ：ろう付け面，１４：小径貫通孔，１５：大径貫通孔，１６：凸部，２０：第２部品，２１：筒状本体部，２１ａ：貫通孔，２２：内鍔部，２３：第２端面，２３ａ：ろう付け面，２４：内周縁，２５：外周縁，２６：凹溝，２７：収容孔，３０：第３部品，３１：平板部，３２：突出部，３３：第３端面，３３ａ：ろう付け面，３４：小径貫通孔，３５：大径貫通孔，３６：係合凹部，４４，４５：通し孔，Ｌ：軸線，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：軸心，Ｒ：径方向

Claims (4)

1. 金属製のリング状の第１部品の第１端面と、該第１部品と熱膨張率が異なる金属からなるリング状の第２部品の第２端面と、の少なくとも一部の面同士をろう付けすることにより、前記第１部品と前記第２部品とを接合する部品の接合方法であって、
   前記第１端面および前記第２端面のうち一方の端面には、径方向に沿って内周縁から外周縁まで複数の凹溝が形成されており、
   前記第１端面および前記第２端面のうち他方の端面には、前記各凹溝に係合する凸部が形成されており、
   前記接合方法は、前記一方の端面の凹溝と前記他方の端面の凸部とを係合させた状態で、何れか一方の端面にろう材を配置し、
   前記第１部品と前記第２部品とを加熱することにより、前記ろう材を溶融し、前記第１部品と前記第２部品とを接合するものであり、
   前記接合方法は、前記第１部品と前記第２部品とを接合するとともに、前記第１部品の第１端面と、金属製のリング状の第３部品の第３端面と、の少なくとも一部の面同士をろう付けすることにより、前記第１部品と前記第３部品とをさらに接合するものであり、
   前記第１部品に、前記第２および第３部品を接合する際に、前記第２端面のうち、前記第１端面にろう付けされるろう付け面と同一平面上に、前記第３部品の第３端面のうち、前記第１端面にろう付けされるろう付け面を配置し、
   前記ろう材を溶融することにより、前記第１部品に、前記第２および第３部品を接合することを特徴とする部品の接合方法。
2. 前記第３部品は、前記第１部品と同じ金属からなり、
   前記第３部品の端面には、前記第１端面に形成された前記凹溝または前記凸部と係合する係合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品の接合方法。
3. 前記第１端面または前記第２端面には、前記ろう材を収容する収容孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の部品の接合方法。
4. 前記第１部品は圧粉成形体であり、前記第１部品と前記第２部品の接合時の加熱に合わせて、第１部品を焼結することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品の接合方法。

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