JPH0321289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は物体に他部材を接合する方法に関す
る。 従来の技術 パイプに蓋をかぶせたり、あくいは内燃機関用
タペツトのカムとの摺動面に耐摩耗性を有する別
の材料の部分を接合したりするように、物体に他
部材を接合する必要性はしばしば生ずる。従来一
つの材料の物体に同種又は異種の材料の他部材を
接合するには溶接、ろう接及びハンダ付け、各種
接着剤による接着等の方法が広く採用されてい
る。しかし溶接は接合部分に熱を生ぜしめその部
分を溶融、融合した後に冷却固化することにより
一体化をはかるものであるから、高いエネルギー
が必要であり、そのために局部的な材質劣化や熱
歪による寸法精度の不良を生起し易く、しかも大
型且つ高価な設備をも必要とし、作業も熟練を要
する。 また、ろう接、ハンダ付け、各種接着剤を用い
る接合法は溶接と比較してそれ程難しいものとは
いえない。しかし、これらの方法は接合しようと
する２種の部材以外に、通常易融性の物質を介在
させる必要があるため、その取扱いも慎重にしな
ければならず手間がかかる。しかも近年大きな進
歩を遂げつつあるとはいえ、まだ接合部の強度や
接合面における物質の均一性についてはそれ程の
信頼性も期待できず、更に接着の場合経済的に材
質劣化をおこす場合もあり、その点問題が残る。 従つて、現状では接合しようとする物体以外の
別な材料を使用せずに接合するのが一番望ましい
と考えられる。 溶接とか、別な材料を用いる接合法以外の接合
方法としては、従来から採用されている焼ばめ、
あるいは弾性ばめによる嵌合方法がしる。この方
法はパイプに蓋をする場合を例にとつていえば、
蓋を閉じ込めたパイプの内径よりも僅か、例えば
0.1％程度大きい寸法を仕上げた蓋を用い、焼ば
めの場合には、パイプを加熱膨張させて蓋を入れ
込み、また弾性ばめの場合には、機械力を利用し
て蓋を押込むことにより、パイプを弾性変形分だ
け拡張させて蓋を入れ効む。従つて、前者におい
てはパイプの冷却に伴う収縮力が、後者において
はパイプの弾性恢復力が蓋の全側面に作用して蓋
を固定するのである。 これらの方法をパイプの場合について模式的に
図示すると、第１図ａ，ｂのようになる。第１図
ａは、まだ蓋とパイプとが固定されていない状態
を示し、第１図ｂは、焼ばめまたは弾性ばめで、
蓋とパイプとが固定された状態を示したものであ
る。第１図ａにおいて、蓋Ｂの外径はパイプＡの
内径ｄより僅かΔdだけ大きく（ｄ＋Δd）であ
る。この状態でパイプＡを熱膨張させて、あるい
は機械力を利用して拡張させて蓋ＢをパイプＡ内
に押込むと第１図ｂのような状態になる。厳密に
は、弾性分だけ蓋Ｂは縮み、パイプＡは広がつて
両者は固定されるのである。 これらの物理的機械的方法は、それなりに材料
の物理的性質を生かした優れたものではあるが、
本質的に物体同士を融合して接合するという冶金
学的意味は含まれていない点において完全接合と
いう意味に幾分欠けるものである。 以上述べたように、溶接においては設備コスト
がかかり、生産性、作業性もよくないほか、異な
る性質の物体を結合させることはできない。 一方、ろう接やハンダ付けにおいては、小物で
強度上問題とならない場合しか利用され得ない。
また、各種接着剤を使用する接着においては、そ
の耐熱性や物質の経時的変化等に不安がある。従
つて、工業部品を量産するという点においては、
現在のところ機械的嵌合法がそれ程問題もなく、
最も優れているといえよう。しかし接合界面にお
いて、両部材が完全に融合する、ないしは、相互
に入り込むような形で一体化した方が強度的にも
気密性を保持するためにも、また電気的特性及び
その他の物理的性質の連続性を保持するためにも
より一層望ましいことはいうまでもない。 発明が解決しようとする問題点 本発明は、従来の各種の接着方法が、前述の如
く、夫々欠点を有していることに鑑み、何等接着
剤を用いることなく、単に機械的結合のみならず
冶金学的観点からもほぼ一体化を図る強力な結合
ができ、しかも異種材料間にも適用しうる接合法
を得ようとするものである。 問題点を解決するための手段 本発明によれば作業時点で硬度の高い方の物体
をシエービング部材とし、その物体によつて他部
材を局部的にシエービング加工によつて切削しつ
つ該切削部に加圧挿入し、その際または接合後に
必要に応じて物体と他部材の双方あるいはいずれ
か一方に加熱を行うものである。適用例として、
パイプ等の中空体に蓋などを接合したり、一方の
部材に嵌合凹部を、他方の部材に凸部を設け、該
凸部を凹部中に圧入したりする場合などが考えら
れる。 作 用 第２図ａ，ｂは蓋あるいは仕切り壁Ｂ（シエー
ビング部材）をパイプＡ（他部材）に接合させた
もので、本発明の孔のあいた物体はパイプである
ような一実施例を示したもので、第２図ａは蓋あ
るいは仕切り板ＢをパイプＡに挿入前の状態、第
２図ｂは挿入後の状態を示したものである。 まず、パイプＡの端部において、パイプＡの内
壁を軽くシエービング加工によつて切削しつつ蓋
あるいは仕切り板Ｂを押圧挿入する。第１図ｂと
比べると判るように、本発明の一実施例である第
２図ｂの中空体においては、原則として蓋あるい
は仕切り板Ｂの寸法は元のままの値（ｄ＋Δd）
を保持している。削り屑は大抵の場合、パイプＡ
内壁に付着して盛上り部材Ｃを形成すると同時に
切削時、パイプＡ面に段部Ｄが形成されるため、
蓋あるいは仕切り板ＢとパイプＡの接合面積は増
大して接合強度の向上に寄与する。 シエービング加工による切削での削り代Δdは
小さすぎると蓋Ｂの固着効果は小さく、一方、大
きすぎると蓋Ｂを押込む際、削る作用よりもパイ
プＡの圧縮にのみ押圧力が使用されることにな
る。 従つて、蓋ＢとパイプＡそれぞれの材質及びそ
の組合せにより、最良の接合効果を生ぜしめる
Δdの値を選定すべきである。蓋あるいは仕切り
板Ｂの板厚については、接触面積を増大させる結
果、接合強度の向上に寄与するので大きい方が有
利である。また、本発明においては、パイプＡの
材質や種類について何ら限定する必要はない。
鋼、アルミニウム、銅等をはじめとする金属とそ
の合金のほか、プラスチツクやゴム、場合によつ
ては木材、セラミツクス等のあらゆる工業材料が
対象となる。 蓋あるいは仕切り板Ｂも同様に材質や種類につ
いて何ら限定する必要はない。ただ、接合作業時
点においてのみ、パイプのその時点の材質よりも
硬質であればよい。 さらに上記の方法を行う際部材の双方又は一方
を加熱すれば、さらに強固な接合が得られる。 実施例 実施例 １ 市販の軟鋼管（内径22mm、外径27mm）うダイス
穴に固く嵌め込み、、該軟鋼管をシエービング加
工によつて切削しながら、油圧プレスで中炭素鋼
の蓋を軟鋼管に押込接合した。蓋厚を２mmと５mm
の２種、切削代（片側）0.2mm、0.6mm、1.0mmの３
種で試験した。接合するための荷重と材料試験機
で蓋の耐荷重能、即ち接合部の静的剥離荷重を求
めた結果を次表に示す。接合荷重は面圧の影響で
単純シエービング荷重により大きな値になつてい
るようである。

【表】 実施例 ２ シエービング加工によるの発熱を大きくし、接
合部の融着を高めるため、毎分約200ストローク
のクランプレスで実施例１と同様の試験をしたと
ころ、約40％の接合強度（蓋除去荷重の場合）の
改善がみられた。 実施例 ３ 融着効率を高めるため、900℃の高温炉で両部
材を加熱し、クランクプレスで接合し空冷した。
断面の観察からほぼ完全に両者は融着しているこ
とが確認された。この蓋押込荷重は次表の値を示
し、大幅に接合強度が向上した。この値は、この
種の鋼の剪断抵抗Kf≒30Kgｆ／mm²で計算したと
きの約80％もの強度に匹敵する。

【表】 その他の実施例 Γ内径20mmの硬質塩ビ管（肉厚５mm）に室温でア
ルミニウム及び軟鋼の蓋（それぞれ厚さ５mm）
を切削代0.5mmで接合するのに成功した。 Γ前記実施例の鋼管に室温でコンクリート蓋（厚
さ５mm）を切削代0.5mmで接合するのに成功し
た。 Γ市販のアルミニウムと６−４黄銅のパイプ（内
径20mm）にS45Cの炭素鋼板（厚さ２mm）を切
削代0.8mmで接合した。 Γ鋼管の端部を約900℃まで高周波誘導加熱し膨
張させると共に切削抵抗を減らして切削代0.5
mmでアルミニウム、及びセラミツクス
（Si₃N₄）蓋を嵌め込むのに成功した。 以上のようなやり方で製作した本考案を適用し
た中空体の幾つかの実施例を第３図ａ〜ｈに模式
的に図示する。 第３図ａはパイプＡ端部に単純蓋Ｂを押込んだ
中空体、第３図ｂはパイプＡに単純仕切り板Ｂを
押込んだ中空体、第３図ｃはより一層大きな荷重
に耐えられるようにしたＴ字形蓋ＢをパイプＡ端
部に押込んだ中空体、第３図ｄはパイプＡの内外
周面をシエービング加工によつて切削して蓋Ｂを
押込んだ中空体、第３図ｅ，ｆはパイプＡ端部に
リングＢを押込んで被せた中空体、第３図ｇはパ
イプＡの両端部に蓋Ｂを押子で閉塞した中空体、
第３図ｈは中仕切り板Ｂの両側をシエービング加
工によつて切削して盛り上り部Ｃ，Ｃを形成し、
固定効果を高め接合強度を一層向上した中空体で
ある。 第４図は、別な実施例として、内燃機関用タペ
ツトのカムとの摺動面に耐摩耗性を有するチツプ
を接合する場合を示している。 この場合、チツプＡに凸部A′を有し、タペツ
ト本体Ｂに嵌合凹部B′を有する例であつて、第
４図ａは接合前、第４図ｂは接合後を示す。凹部
B′の径をｄとすれば凸部A′の径は僅か大きいｄ
＋Δdとなつていることは、第２図の場合と同様
である。そして、凸部A′を凹部B′中にシエービ
ング加工しながら圧入する。そして、凹部B′の
内部に盛り上り部Ｃを形成する。なお、実施例の
いずれの場合に於ても、盛り上り部Ｃを形成しな
い方の部材（シエービング部材）のシエービング
接合面の表面を荒くしたり、溝を形成しておくこ
とにより外側部材又は内側部材が入り込む余地が
でき、接合強度は一層向上する。実験結果では、
平滑界面の場合の４倍強に上つた。 そのほか本発明の精神を逸脱しない範囲におい
て様々な変更、利用が可能であることはいうまで
もない。例えば第４図にタペツトの例を示した
が、ロツカーアームのカムとの摺動をするチツプ
の接合やパイプ同士の接合も本発明の範囲に入る
ことはいうまでもない。 効 果 本発明は以下に示すように種々の効果を有す
る。 (1) 鉄鋼をはじめとする金属などの材料は、シエ
ービング加工によつて切削するに伴つて高熱が
発生するので、冷間加工をしても接合面が融着
して結合強度は大きい。特にプレス速度が速け
れば速い程その効果は増大する。 (2) シエービング加工によつて切削することが同
時に接合であるので、切削による新生表面同士
が接触して接触面積が大きい。また内面の削り
屑の盛上り部が接触面積を更に増大させるきで
結合強度を向上させることができる。 (3) シエービング加工により切削することにより
孔の内面に段差がつくと同時に削り屑の盛上り
部を形成されるので、他の部材の支持はより強
固になる。 (4) 接合する部材の材質的組合せは自由であるた
め、あらゆる工業分野に応用可能である。例え
ば第４図に示すタペツトのように本体部材は安
価な材料を用い、機能部材は高価な硬質材を使
用するというようなやり方で性能とコストの両
方の要請に応えうる。また、冶金字的接合を期
待しなければどのような組合せも可能である。
例えばセラミツクの鋼管への嵌め込み、アルミ
ニウムの塩ビ管への嵌め込み等が可能であるこ
とがすでに確かめられている。 (5) 従来用いられて来た弾性嵌合における効果は
本発明でも十分活用されている。又加熱して熱
膨張させておいてシエービング加工をすれば焼
ばめと同様な熱応力を発生し、締付力が増大す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来の焼きばめあるいは弾性ば
めによる蓋あるいは仕切り板を嵌合する状態を模
式的に示した断面図であり、第１図ａはまだ蓋あ
るいは仕切り板とパイプが固定されていない状態
の断面図、第１図ｂは蓋あるいは仕切り板とパイ
プとが固定された状態の断面図であり、第２図以
降は本発明を実施する場合の例を示したもので、
第２図ａはまだ蓋あるいは仕切り板とパイプとが
接合されていない状態の断面図、第２図ｂは本発
明の方法によつて接合された状態の断面図、第３
図ａ〜ｈは本発明の方法によつて接合された中空
耐のいくつかの例の断面図、第４図ａは別な実施
例の接合前の断面図、第４図ｂは接合後の断面図
である。 符号の説明、Ａ……パイプ等の一方の物体、Ｂ
……蓋等の他の部材、Ｃ……盛上り部、Ｄ……段
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体に他部材を接合する方法において、作業
   時点で硬度の高い方の物体をシエービング部材と
   し、その物体によつて中空体である他部材を局部
   的にシエービングにより切削しつつ、該切削部に
   加圧挿入して接合することを特徴とする、物体に
   他部材を接合する方法。 ２ シエービング部材にて中空体である他部材を
   局部的にシエービングにより切削しつつ、該切削
   部に加圧挿入して接合するようになつている、物
   体に中空体である他部材を接合する方法におい
   て、物体と他部材の双方あるいはいずれか一方を
   加熱しつつ上記の方法を行うことを特徴とする物
   体に他部材を接合する方法。