JP6245475B2 - 異種金属複合部材の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (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、
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異種金属複合部材の製造方法。 - 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1に記載の異種金属複合部材の製造方法。
- 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1または2のいずれか一項に記載の異種金属複合部材の製造方法。
- 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3に記載の異種金属複合部材の製造方法。
- 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1〜4の何れか一項に記載の異種金属複合部材の製造方法。
- 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1〜5の何れか一項に記載の異種金属複合部材の製造方法。
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