JP6598785B2 - 鑞付け接合部品 - Google Patents

Description

本発明は、複数部材を鑞付けして作られる鑞付け接合部品に関する。詳しくは、部材相互の接合部からの鑞材の溢れ出しに対して有効な対策を施した鑞付け接合部品に関する。

複数部材を鑞付けして作られる鑞付け接合部品のひとつに、自動車の変速機に利用されるプラネタリキャリアがある。

そのプラネタリキャリアは、粉末冶金法で製造されたものが多用されている。粉末冶金法で製造される焼結プラネタリキャリアは、複数本の柱が一端面に立設された部材と、前記柱の先端に突き合わせる接合相手部材を組み合わせ、その両者の突き合わせ面を鑞付け接合して作られている。

この種の部品を製造する場合の鑞付け接合に関する工夫として、例えば、下記特許文献１では、放射状配置の誘導溝を接合面に設けて溶融した鑞材を接合面の全域に早く行き渡らせることが提案されている。

また、下記特許文献２では、互いに嵌合する凹部と突起を接合面に設け、その凹部の深さと突起の高さを調整することで接合面に浸み込ませる鑞材の量を制御する技術が提案されている。

特開２００１−１３８０４１号公報 特開２００２−７９３７２号公報

２つの部材を、互いの突き合わせ面間に鑞材を浸透させて接合する場合、接合部からの鑞材の溢れ出しが問題となる。

鑞材の溢れ出しは複数の要因によって引き起こされると考えられる。その溢れの懸念に対し、現状技術による対策は、真に満足できるものになっていない。

鑞材の投入量や鑞付け時の接合面の各部の温度、溶けた鑞材が流れる際の接合面の各部の流動抵抗などには不可避のばらつきがある。そのため、接合面の各部において鑞材の流れに差が生じる。

鑞付けする部材が焼結部品やそれ用の粉末の成形体である場合には、接合面の各部の密度差なども鑞材の流れを変化させる原因となる。

前掲の特許文献１に記載されているような構造では、上記の如き要因により溶けた鑞材が接合面の各部に均一に流れず、流れ易い部位に流れが集中する。その結果、流れが集中した部位では接合面の外周縁において鑞材に働く表面張力による流出阻止力が溢れだそうとする力に耐えきれなくなり、ついには特定の部位から接合面の外に鑞材が溢れ出すのではないかと考えられる。

その溢れ出しが例えばプラネタリキャリアにおいて起こると、溢れ箇所によっては溢れた鑞材がキャリアに組み込まれるピニオンギヤと干渉するなどの懸念が生じる。

従来の対策ではその溢れ出しの懸念が完全に解消されないことから、複数の部材を鑞付けして製造される焼結プラネタリキャリアについては、鑞付け後に全品検査を実施している。

そして、溢れ出しが認められた製品については、溢れた鑞材の除去が可能であればその除去を行い、除去が不可能なものについては不良品として処分する方法を採っているが、このような対応は生産性や製品コストを考えると好ましいことではない。

そこで、本発明は、複数の部材を鑞付け接合して作られるプラネタリキャリアなどの鑞付け接合部品について、鑞材の接合部からの溢れ出しを効果的に抑制できるようにすることを目的とする。

本発明の一態様にかかる鑞付け接合部品は、第１の接合面を有する第１部材と第２の接合面を有する第２部材を突き合わせて接合された蝋付け接合部品であって、前記第１の接合面と前記第２の接合面の間には蝋材が含浸され、前記第１の接合面に形成され内周壁と底面を有する第１の凹部を含み、前記内周壁は前記第１の接合面の輪郭線の内側に沿って形成される鑞付け接合部品とした。

この発明によれば、第１の接合部と第２の接合部からの鑞材の外部への溢れ出しが効果的に抑制され、鑞材の溢れが無い鑞付け接合部品や溢れ出しが製品の機能に影響しない僅かな量に抑えられた鑞付け接合部品が得られる。

これにより、鑞付け後の製品の全品検査や溢れた鑞材の除去工程を省いて生産性を向上させることができ、不良品の発生率も下がってコストを低減させることが可能になる。また、第１部材と第２部材の接合強度を安定させることも可能になる。

本発明の一態様にかかる鑞付け接合部品を示す正面図である。 図１の鑞付け接合部品の分解斜視図である。 図１の鑞付け接合部品の第１部材の接合側の端面図である。 図３の一部を拡大した図である。 図３の接合面を拡大して示す斜視図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った位置の拡大断面図である。 図６の接合部をさらに拡大した断面図である。 接合面と凹部の一部を拡大して示す断面図である。 凹部内に設置した溶融鑞材の流れ制御用突起の他の例を示す端面図である。 従来構造の接合部品の鑞材の漏れ状況の一例を示す断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる鑞付け接合部品は、第１の接合面を有する第１部材と第２の接合面を有する第２部材を突き合わせて接合された蝋付け接合部品であって、前記第１の接合面と前記第２の接合面の間には蝋材が含浸され、前記第１の接合面に形成され内周壁と底面を有する第１の凹部を含み、前記内周壁は前記第１の接合面の輪郭線の内側に沿って形成されている。

ここで言う第１部材は、鑞付け接合時に下側に配置される部材であり、第２部材は鑞付け接合時に第１部材上に重ねる部材である。

このように構成された鑞付け接合部品では、加熱して溶融させた鑞材が毛細管現象を利用して第１の接合面と第２の接合面間に含浸される。

このとき、溶融鑞材は、第１の接合面に形成された第１の凹部の内周壁に遮られて内周壁の外側にはすぐには流れ出ない。

第１の凹部の内周壁に遮られた溶融鑞材は内周壁に沿って流れ、凹部に溶融鑞材が満たされるまではその状況が維持される。そして、凹部が満杯になった後に凹部の外側に流れ出す。

このように、第１の凹部の内周壁が堤となって第１の凹部が満杯になるまで溶融鑞材が凹部内に止められるため、溶融鑞材の流れが特定の方向に偏る現象が起こり難くなる。

これに加えて、溶融鑞材が凹部の外側に流れ出すときには供給側の鑞材の残量が減少して溶融鑞材の流動エネルギーが第１の凹部無しの場合に比べて減少している。これらのことが有効に作用して、接合部からの鑞材の溢れ出しが効果的に抑制される。

かかる鑞付け接合部品は、前記凹部の深さを０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍに設定したものが好ましい。

前記第１の凹部の深さを０．０３ｍｍ以上とすることで、前記第１の凹部の設置効果（内周壁による鑞材の流れの制御）が不足なく発揮される。また、前記第１の凹部の深さを０．０８ｍｍ以下に設定することで鑞材の浪費を抑えることができる。前記第１の凹部の深さが０．０８ｍｍぐらいまでは接合強度（接合面の引き剥がし力）の顕著な低下は起こらず、要求される接合強度を安定して確保することができる。

また、前記第１の凹部は、前記内周壁を第１の接合面の輪郭線に対して輪郭線の各部において大きな距離差ができない状態に沿わせたものが好ましい。

その距離差が小さければ、溶融鑞材が接合面の外周に至るまでの移動抵抗が平均化されて移動エネルギーの局部集中が回避され、溢れ出しの抑制効果がより安定する。

さらに、前記内周壁が前記第１の接合面の輪郭線と相似形状であるものが好ましい。
相似な形状とすることで、前記内周壁と前記第１の接合面の輪郭線との間の距離差が大きくならない。

さらに、前記凹部の底面に溶融鑞材の流れを制御する突起を備えさせるのも好ましい。

接合面の形状によっては、接合面の各部に鑞材が行き渡るまでの移動距離や移動抵抗に差が出たり、接合面の中に鑞材溜り（滞留箇所）が生じたりすることが懸念される。前記突起を設けることで移動距離や移動抵抗の差を小さくすることができ、溶融鑞材を接合面の全域に速く、円滑に行き渡らせることができる。その突起は、高さを前記第１の凹部の深さと等しくするか又は前記第１の凹部の深さより低くする。

また、前記第１の凹部を金型成形して設ける部品については、前記第１の接合面に対する前記内周壁の傾斜角を３０°〜６０°（接合面に対して垂直な線に対する傾斜角＝６０°〜３０°）程度に設定するのがよい。

その傾斜角が小さ過ぎると前記第１の凹部の設置効果（内周壁による溶融鑞材の流出阻止の効果）が薄れる。また、その傾斜角が大きすぎると金型の離脱（脱型）性が悪化し、第１部材が粉末の成形体である場合、成形された前記第１の凹部の内周壁の表面がめくれる懸念などが生じる。

このほか、第２部材が一面に柱を有し、その柱の先端が第１部材に突き合わされて鑞付け接合される場合、好ましい形態として、第１部材の一部に第２部材の柱が挿入される第２の凹部を形成する構造が考えられる。前記第２の窪み部の底面に前記第１の凹部が含まれた接合面を配置する。さらに、その接合面の輪郭を前記第２の凹部の周縁から適度に離反させる。

この構造によれば、第２部材の柱と前記第２の凹部の周縁との間に隙間があるので、接合部から鑞材が万一溢れ出ても、溢れた鑞材が前記隙間に留められ、製品の品質に影響を及ぼす部位への流出が起こり難くなる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の一態様にかかる鑞付け接合部品の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１に示した鑞付け接合部品Ａは、軸穴を有する第１部材１と、基部の一端面に複数本の柱１１が立設された第２部材１０を鑞付け接合して作られたプラネタリキャリアである。第１部材１と第２部材１０は、鑞付けと同時又は鑞付けする前に焼結された焼結部材である。

前記第１部材１の一端面には、周方向に定ピッチで第２の凹部２が形成されている（図２〜図７を同時参照）。前記第２の凹部２の底面の一部が第１の接合面３として構成され、前記第１の接合面３の輪郭線４の内側に第１の凹部５が設けられている。また、前記第１の凹部５の内側には、溶融鑞材の流れを制御する複数の流れ制御用の突起６と位置決め用の突起７が設置されている。

前記第１の凹部５は前記第１の接合面３の輪郭線４（図４，図５参照）に沿った内側に内周壁５ａを有しており、前記内周壁５ａが前記第１の接合面３に段差を生じさせている。

図示の鑞付け接合部品Ａの前記第１の凹部５は、深さｄ（図８参照）＝０．０３ｍｍ、前記内周壁５ａの傾斜角θ（図８参照）＝３０°、前記第１の凹部５から前記第１の接合面３の前記輪郭線４までの距離Ｌ１（図４，図５参照）＝０．５ｍｍ、前記輪郭線４から前記第２の凹部２の周縁までの距離Ｌ２（図４，図５参照）＝０．７ｍｍ、前記流れ制御用の突起６の高さｈ（図８参照）＝０．０３ｍｍ、前記流れ制御用の突起６の幅ｗ（図４，図５参照）＝１．０ｍｍに設定している。また、前記位置決め用の突起７は切頭円錐形状にしてその高さを前記流れ制御用の突起６の高さよりも高くしている。
なお、距離Ｌ１，Ｌ２は、輪郭線４に対して直交する方向の距離である。

前記位置決め用の突起７は、柱１１の第２の接合面１２に設けた位置決め用の凹部１３（図７参照）に嵌合させる。

前記流れ制御用の突起６は、好ましい要素に過ぎない。前記位置決め用の突起７及び前記位置決め用の凹部１３も必要に応じて設けるものであり、必須ではない。前記第１部材１と前記第２部材１０は、前記位置決め用の突起７と前記位置決め用の凹部１３が無くても位置決めすることができる。例えば、前記柱１１の外周の一部を前記第２の凹部２の周縁に当接させる方法でも位置決めが可能である。

前記第２部材１０の前記柱１１は、図示の鑞付け接合部品については、一定角度ピッチで前記第１の凹部５と同数設けられているが、柱間の角度ピッチは一定でないものもある。また、図示の前記柱１１の先端面は第１の接合面３と同一形状であるが、各柱の先端面の形状が異なるものもある。前記柱１１の先端面が前記第２の接合面１２として用いられる。

前記第２部材１０には、前記第２の接合面１２に開口した鑞材挿入空間１４が設けられている。前記鑞材挿入空間１４は、前記第１の凹部５に向き合わせる領域内にあり、そこに鑞材チップ１５（図６，図７参照）が挿入される。

鑞材挿入空間１４は、底面を有する図示のカップ形状で構成されたものが、鑞材が溶けた後に内部に残る残渣が外部に放出されなくて好ましい。

例示の鑞付け接合部品Ａ（焼結プラネタリキャリア）は、前記第２の接合面１２を上に向けて前記第２部材１０を仮置き部に載置し、前記鑞材挿入空間１４に前記鑞材チップ１５を挿入する。

その後、前記第２の接合面１２に前記第１の接合面３を突き合わせて前記柱１１の先端上に第１部材１を重ね、その重ねた状態を維持して前記第１部材１と前記第２部材１０を反転させ、前記第１部材１を下にした状態でその両者を加熱炉に導入して鑞付けを行う。

このようにして製造される鑞付け接合部品Ａは、前記第１の接合面３と前記第２の接合面１２との間の隙間が含浸した鑞材１５ａによって埋め尽くされ、固化後の前記鑞材１５ａを介して前記第１部材１と前記第２部材１０が互いに接合されたものになる。

その鑞付け接合部品Ａは、前記第１の凹部５の働きにより、接合部からの鑞材の溢れ出しが全く無いか、ほとんど無いものになる。

かかる鑞付け接合部品Ａの前記第１の凹部５の前記内周壁５ａから前記第１の接合面３の前記輪郭線４までの距離Ｌ１は、鑞材の溢れ出し防止の効果を高めるために、少なくとも０．５ｍｍ程度は確保するのが良い。その距離Ｌ１が０．５ｍｍ以上あれば、鑞付け時の前記第１の接合面３による前記第２の接合面１２の支持も安定する。

前記流れ制御用の突起６は、図５に示すように、前記第１の凹部５の前記内周壁５ａから離反させたものが溶融鑞材の前記内周壁５ａに沿った流れを阻害しなくて好ましい。

前記流れ制御用の突起６は、図４、図５に示したような細長い突起、図９に示したようなドット状の点在した突起のどちらであってもよい。前記第１の凹部５内に鑞材溜りを生じさせないものが溶融鑞材の流れが偏らなくてよく、突起間に溶融鑞材が通れる通路を作る（突起を長すぎないものにする）ことも鑞材溜りを生じ難くするのに役立つ。

なお、例示の鑞付け接合部品Ａは、前記第１の凹部５を前記第１の接合面３に設けた。第１部材が柱を有し、その柱の先端の前記第１の接合面３に前記第１の凹部５を設けても溢れ防止の効果が得られる。

この態様については、柱のある部材を第１部材、柱の無い部材を第２部材と考える。柱のある部材（この態様での第１部材）を柱の先端を上に向けて下側に配置し、柱の無い部材（この態様での第２部材）を柱の先端に載せて鑞付けを行う。その結果、柱の先端の第１の接合面３に設けた前記第１の凹部５の働きによって接合面からの鑞材の溢れが防止される。

この態様では、柱の無い第２部材に前記鑞材挿入空間１４を設ける。この態様で柱の無い第２部材に設ける前記鑞材挿入空間１４は、カップ形状で構成されるもののほかに貫通孔で構成されるものも利用できる。

この発明の適用対象は、焼結部品に限定されない。溶製金属を機械加工した部品や鍛造部品、鋳造部品などであってもよいし、プラネタリキャリア以外の部品であってもよい。

また、第１部材や第２部材に第３の部材をさらに鑞付け接合した２以上の部材からなる部品であってもよい。

第１部材と４本の柱（ブリッジ）を有する第２部材とを組み合わせた外径：φ１５０ｍｍ、内径φ：３０ｍｍの焼結プラネタリキャリアを試作した。
その試作品は、第１部材の接合面に第１の凹部を設けたもの（凹部設置品）と第１の凹部の無いもの（凹部無し品）の２種類とした。

第１部材の第１の凹部は、図８の深さｄ、図４、図５の距離Ｌ１，Ｌ２、第１の凹部内に設けた溶融鑞材の流れ制御用の突起の図８に示した高さｈ、流れ制御用の突起の図４、図５に示した幅ｗを実施形態の詳細に挙げた数値にした。

そして、得られた２種類のプラネタリキャリアの第１部材と第２部材の鑞付け部の接合強度（引っ張り強度）を、市販の引っ張り試験機を用いて測定した。

各３０個の試料の接合強度（引っ張り強度）の標準偏差σを求めた結果を以下の表１に示す。この表１から判るように、凹部設置品は接合強度のばらつきが著しく減少している。このばらつきの減少は鑞材の溢れが無くなったことによるものである。

複数の部材を鑞付けして製造される部品については、品質の安定化を考えると部材相互の接合部の接合強度のばらつきが小さいことが重要である。表１の試験結果では、第１の接合面に第１の凹部を設けたものは第１の凹部無しで接合したものに比べてばらつきの範囲がほぼ１／３に低減している。

この試験では、凹部無し品の場合、接合部からの鑞材の溢れが認められたが、凹部設置品に関しては目視検査による鑞材の溢れはサンプル３０個のいずれにも認められなかった。

製品の全品検査の工程を省くには更なる検証を重ねる必要があるが、この発明は全品検査を省略する上での有効な策となる可能性が高い。

Ａ 鑞付け接合部品
１ 第１部材
２ 第２の凹部
３ 第１の接合面
４ 輪郭線
５ 第１の凹部
５ａ 内周壁
５ｂ 底面
６ 流れ制御用の突起
７ 位置決め用の突起
１０ 第２部材
１１ 柱
１２ 第２の接合面
１３ 位置決め用の凹部
１４ 鑞材挿入空間
１５ 鑞材チップ
１５ａ 接合面間に含浸した鑞材
ｄ 第１の凹部５の深さ
Ｌ１ 第１の凹部５から第１の接合面３の輪郭線４までの距離
Ｌ２ 輪郭線４から第２の凹部２の周縁までの距離
ｈ 流れ制御用の突起６の高さ
ｗ 流れ制御用の突起６の幅

Claims (8)

1. 第１の接合面を有する第１部材と第２の接合面を有する第２部材を突き合わせて接合された鑞付け接合部品であって、
   前記第１の接合面と前記第２の接合面の間には鑞材が含浸され、
   前記第１の接合面に形成され内周壁と底面を有する第１の凹部を含み、
   前記内周壁は前記第１の接合面の輪郭線の内側に沿って形成され、
   前記第２部材に、前記第２の接合面に開口した鑞材挿入空間が設けられ、
   前記第１の凹部の前記底面には、前記鑞材挿入空間を中心に放射状に広がる複数の細長い流れ制御用の突起が設けられ、
   前記流れ制御用の突起は、前記第１の凹部の前記内周壁に沿った溶融鑞材の流れを阻害しないように、前記第１の凹部の前記内周壁から離反して配置されている鑞付け接合部品。
2. 前記第１部材は、前記第２部材が挿入される第２の凹部を備え、
   前記第２の凹部の底面の一部を前記第１の接合面として構成した請求項１に記載の鑞付け接合部品。
3. 前記第１の凹部の深さは０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍである請求項１又は請求項２に記載の鑞付け接合部品。
4. 前記内周壁を前記第１の接合面の輪郭線に対して前記輪郭線の各部において大きな距離差ができない状態に沿わせた請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の鑞付け接合部品。
5. 前記内周壁は第１の接合面の輪郭線に相似形状である請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の鑞付け接合部品。
6. 前記第１部材と第２部材が金型成形された部品であり、前記第１の接合面に対する前記内周壁の傾斜角が３０°〜６０°である請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の鑞付け接合部品。
7. 前記第１部材と第２部材が焼結部材であって、前記第２部材の一端面に立設された複数本の柱であって先端が前記第２の接合面である柱を有し、前記第１部材と前記第２部材が鑞付け接合されてプラネタリキャリアとして構成された請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の鑞付け接合部品。
8. 前記第１部材と第２部材が焼結部材であって、前記第１部材の一端面に立設された複数本の柱であって先端が前記第１の接合面である柱を有し、前記第１部材と前記第２部材が鑞付け接合されてプラネタリキャリアとして構成された請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の鑞付け接合部品。

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