JPH0377732A - 周圧結合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として金属材料の結合方法に関し、特に被結
合材に対し結合材を加圧し両材料の結合部位において結
合材に金属の塑性流動を起こさせて強固な結合をはかる
方法に関する。

〔従来技術〕

塑性流動結合法（メタルフロー）は、金属材料の塑性理
論を応用した結合方法であり、自動車部品等の量産部品
の高強度、省エネルギー、省資源を伴う優れた結合方法
である。

第２図に従来の塑性流動結合法による結合工程を示す、
略円形断面を有する軸材が被結合材１０として中央にセ
ットされ、この軸材の外周に略環状の金属製の結合材１
２を配置する。軸材の外周面には結合溝１４が予め形成
されている。このようにして軸材である被結合材１０と
、略環状の結合材１２を固定した状態で、軸材の軸方向
と平行方向に結合材１２を加圧力Ｆにより加圧する。こ
の加圧により軸に直角な方向へ結合材の金属の塑性流動
ｆを起こし、結合溝１２へ嵌合させ、強固な結合を行な
う。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかしながら前記従来技術においては、結合材の加圧が
行なわれる部分が薄肉化し、強度が弱くなってしまう、
また加圧力Ｆが軸材の中心軸に平行であるにも拘らず、
主な塑性流動ｆの方向が軸に直角な方向であり、いわば
間接接合となっているため、必要な加圧力Ｆが大きなも
のとなっていた。また間接接合のため結合材の肉厚が薄
い場合は十分な塑性流動ｆを得にくく、結合溝が大きな
もの、例えば結合溝が矩形断面を有するようなインバー
ス形の溝では、結合が確実に行なわれにくいことがあっ
た。

本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
、結合材の薄肉化を防ぎ、間接接合に伴う結合力の低下
を防ぎ、小さな加圧力で済み、インバース形の溝につい
ても確実に結合することのできる結合法を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するために、本発明に係る周圧結合方
法においては、軸材又は筒材からなる被結合材に対し、
略環状の金属製の結合材を結合させる方法において、前
記被結合材の中心軸に直角な方向から直接に加圧し縮径
又は拡径させ、前記略環状の内周囲又は外周囲の結合端
へ金属の塑性流動を起こして結合させるようにしたもの
である。

〔作°用〕

本発明により加圧方向Ｆと塑性流動ｆの方向が一致する
様子を、第３図を例にして説明する。即ち、軸材からな
る被結合材１０の軸に直角な方向から、結合材１２を加
圧し縮径させる。この縮径により、結合材の全域で半径
方向中心に向かう塑性流動ｆが生じる。略環状の結合材
１２の内周囲は、前記被結合材１０の外周面に押しつけ
られ、塑性流動ｆによる結合が生じる結合端となる。塑
性流動ｆは前記被結合材１０の軸に直角な方向に主に生
じるので、大きな塑性流動ｆを得やすい。

このように加圧力Ｆを直接に、被結合材１０の軸に直角
な方向から加えることにより、いわば直接接合を行なう
ことができ、従来の間接接合によって生じていた問題点
を解決することができる。即ち、加圧力Ｆの方向と塑性
流動ｆが起きる方向とが一致するので、大きな塑性流動
ｆを得ることができ、結合強度のバラツキのない結合状
態を得ることができる。また従来に比べ小さな加圧力Ｆ
で済むことになる。また大きな塑性流動ｆのため、断面
の大きな結合溝に対してなされるインバース形の結合も
容易になる。さらに加圧された結合材の肉厚はむしろ厚
くなるので強度を弱める゛ことがない。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を第１図（Ａ）〜（Ｃ）及び第
４図に基づいて説明する。第１図（Ａ）。

（Ｂ）Ｌｔ本発明方法を実施するための装置の動きを説
明する断面図で、第１図（Ａ）は結合材と被結合材間の
結合が行なわれる前の状態を示す図。

第１図（Ｂ）は結合が行なわれた状態を示す図、第１図
（Ｃ）は結合前後の被結合材と結合材の関係を比較して
示す図、第４図は結合材に塑性流動が生じて被結合材に
結合される様子を説明する説明図である。

これらの図において、円柱形状の軸材の外周に矩形イン
バース形の結合溝１４が予め周設された被結合材１０は
、補強リング１５に支持されたダイ１６の中央部におい
て、プレッシャービン１７上の仮押え１９に挿入載置さ
れており、一方、円環状の結合材１２は前記被結合材１
０の外周に配置された状態で載置されるにの状態で結合
材１２の円環状の内周囲は、前記被結合材１０の結合溝
工４に面している。ダイ１６は内部がテーパー面１８に
なっている。このテーパーは傾斜角度が小さく、いわゆ
る深い、テーパ一部となっている。

画材１０，１２は上方からパンチ２０によって押し下げ
られるようになっている。

次ぎに本実施例の結合工程について説明する。

パンチ２０の押し下げにより、結合材１２は外周囲をテ
ーパー面１８に摺動させながら下降する。

この時パンチ２０はメイン加圧力Ｐ。により、前記摺動
や仮押え１９の抵抗を受けつつ下降できる。

仮押え１９の力Ｐ□は結合材１２の板厚増加を許容しつ
つ座屈を防止するために与えられる。そして前記メイン
加圧力Ｐ０が、テーパ面１８の働きにより分力され、中
心方向への加圧力Ｆを生じる。

即ち、この加圧力Ｆは、前記被結合材１０の軸に直角な
方向で軸に向かう力である。この加圧力Ｆにより結合材
１２の全体が縮径し、塑性流動を生じる。そして結合材
１２の内周囲が被結合材１０の結合溝１４内周面に押し
当てられる。さらに深くパンチ２０が押し下げを行なう
と、結合材１２の内周間の結合端において、金属の塑性
流動ｆによる結合が生じる。この塑性流動ｆは、第４図
に示すように、主に前記加圧力Ｆの方向と同じ方向とな
り、一部はさらにこの加圧力Ｆと垂直で溝山方向に向か
う分力となって、結合部において強固な結合がなされる
。尚、縮径により結合材１２の径は小さくなるが、必要
な製品寸法に対し縮径分を予め見込めば問題はない。

本実施例においては、前記ダイ１６が深いテーパー面１
８を有することにより、このテーパー面１８によって生
じる加圧力Ｆはパンチ２０の押し下げる力に対し大きな
割合を有する分力となって生じる。この加圧力Ｆが結合
材１２に加えられる部位は、結合材１２の外ＲＮであり
、従来のように結合材１２の板厚を薄くしてしまうとい
うことがない、また加圧力Ｆと塑性流動ｆの方向が略−
致するので、いわば直接結合となり、大きな塑性流動ｆ
が生ずるため、強固な結合状態が得られる。

また金型によって加えられる力の大部分が塑性流動ｆに
用いられるので１作用させる力Ｐ。は従来に比べ小さな
力ですむ。また塑性流動ｆが大きいことから、本実施例
のようなインバース形の溝における結合も容易に行うこ
とができる。

尚、第４図（Ａ）に示されるように、結合材１２の材質
は塑性流動を生じる金属全般に採用できるが、塑性流動
の基となる展延性の乏しいもの、即ち、硬化処理を行な
った金属は硬化処理の程度にもよるが、−殻内に望まし
くない。一方、被結合材１０の材質は原則として問われ
ず、加圧を受けても割れにくいものであればすべて採用
できる。

また結合材１２より軟らかいもの或いは硬いものであっ
ても採用できる。

以上の実施例は、第４図に示すような結合溝１４の断面
が矩形であるインバース形の結合であったが、他の実施
例においては第５図のように溝断面が三角である結合溝
１４を用いてもよく、第６図のように結合ＦＲ１４が溝
巾方向に広がった形状を有するものとしてもよい。この
場合には加圧力Ｆに対し直角な方向に生じる塑性流動ｆ
により、金属が結合溝１４の奥まで多量に流れ込んで強
い結合を得ることができる。また、第７図のように、結
合溝を全くもたない被結合材１０に対する結合も行い得
る。なおこの場合、特に被結合材１０が結合材１２より
軟質であれば、符号１４ａに示されるように、被係合材
がくびれ変形を起こして特に効果的である。さらに第８
図に示すように、遊びを有した結合とすることもでき、
この場合は被結合部材１０と結合材１２とが軸回りに相
対回動できる構造となる。

また以上の結合溝１４は底部が平面によって構成される
ものであったが、第９図〜第１■図に示すように底部が
曲面となっている結合溝１４であってもかまわない、さ
らに図示しないが、底部が例えば周方向に凹凸の形成さ
れたものでもよい。

さらに、第↓２図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、加圧に
伴う塑性流動ｆのみでなく、かしめをも併用して、結合
を行うことができる。即ち、第１２図（Ａ）のように画
材１０，１２を配置して、第１２図（Ｂ）のように加圧
力Ｆを加えて塑性流動ｆを起こし、さらに第１２図（Ｃ
）符号１２ａのように被結合材１０の結合溝１４の上方
をつぶしてかしめを行い、結合をより確かなものとする
ことができる。

さらに、第１３図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、塑性流
動と圧入を併用して、結合を行うこともできる。即ち第
１３図（Ａ）のように被結合材１０に結合溝の代わりに
セレーション２２を形成し、このセレーション２２形成
領域に略円環状の結合材１２を第１３図（Ｂ）のように
圧入して予備的な結合をしておく。そしてさらに第１３
図（Ｃ）ように加圧力Ｆを加えて塑性流動ｆを起こし、
最終的にしっかりとした結合を行うことも可能である。

尚、セレーション２２のかわりに凹凸のローレットを形
成してもよい。

また第４図に示す塑性流動による結合を行った後、第１
４図に示すように、別の金型等を利用して結合材１２の
外周囲の部分に精密打ち抜き加工を加えることにより、
例えば小さな軸付の歯車を作ることもできる６符号１２
ｂは打ち抜かれた歯部を示す。

さらに第１５図に示すように、塑性流動による結合を行
なうための金型を利用して、結合材１２の外周囲に曲げ
加工を行ない、結合材１２を容器状に加工することも可
能である。さらに第１６図に示すように、容器状に加工
した結合材１２の内側に歯形２４を成形することも可能
である。この歯形の成形及び容器状の加工は、塑性流動
による結合と同時に行なうようにすれば効率的である。

以上の第４図〜第１４図に示す実施例においては、被結
合材１０は円柱形状の軸材であったが、第１５図又は第
１６図のように円筒材でもよく、他の実施例においては
異形断面、−即ち多角形あるいは楕円形断面等の軸材に
対しても本発明の結合法は有効である。

さらに、被結合材１０は中心に配置される軸材ではなく
、外周に配置される筒材とすることもできる。即ち第１
７図に示す円筒形状の被結合材１０の内側に円環状の結
合溝１２を配置しておき、結合材１２を拡径させること
により結合溝１４に結合させるようにしてもよい。

第１８図（Ａ）は、第１７図に示す結合構造を形成する
ための装置で、円筒形状のダイ１６内には筒状の上側仮
押え１９と、筒状の下側仮押え２３とが上下に対向配置
されている。ダイ１６内には円筒形状の被結合材１０が
ちょうど緩挿配置されるようになっている。また結合材
１２は、ダイ１６内に緩挿された被結合材１０内におい
て上下の仮押え１９．２３によって上下方向所定の圧力
でクランプ支持されるようになっている。この下側仮押
え２３は、ノックアウトピン２１によって下端部を支持
されており、結合された構造体をノックアウトする際の
ノックアウト補助部材としても作用する。上側仮押え１
９内には、先端部外周にテーパ面１８が形成された昇降
動作可能なパンチ２０が配設されている。なお符号２５
は仮押え２３に結合材１２をクランプする力Ｐ工を作用
させるプレッシャーピンである。

そして第Ｉ８図（Ａ）に示す装置を使って第１７図に示
す結合構造を得るためには、ダイ１６内に被結合材１０
を収容し、被結合材１０内において結合材１２を仮押え
１９．２３によってクランプ支持する６次ぎに第１８図
（Ｂ）に示されるように、パンチ２０を所定圧で下降さ
せて、パンチ２０の先端テーパ面１８が結合材１２を半
径方向外側に拡径させ、結合材１２に塑性流動ｆを起こ
させ、結合溝１４において結合させる。結合端における
金属の塑性流動ｆの挙動は、前記実施例と酩同様である
のでその説明は省略する。

また第１７図に示される結合体構造の被結合材１０とし
ては、第１９図に示されるように、円筒材の外周面に歯
形２４が形成されているものであってもよい、さらに第
２０図に示されるように、結合材１２は、円環状ではな
く先端に結合端となる外フランジ２６の周設された略り
字断面を有する円筒状のものであってもよい。

以上の実施例（第１図、第１８図参照）では、結合材１
２に塑性流動を生ぜしめるための加圧力Ｆはパンチ２０
のメイン加圧力Ｐ０の分力として生じるものであったが
、他の実施例においては第２１図及び第２２図に示すよ
うに、半径方向内方に加圧力を作用させる複数個の油圧
シリンダ機構等によるメイン加圧手段３０と、結合材１
２を上下方向にクランプ支持する油圧シリンダ機構等に
よるサブ加圧手段２８とを備えた装置によって、メイン
加圧力Ｆと塑性流動ｆの方向とを一致させるようにして
もよい、即ち、図に示すように、結合材１２の外周には
６個のメイン加圧手段３０が配置され、各々から６個の
メインパンチ３２が突設され、結合材１２の外周囲を中
心方向に向かって押圧するようになっている。このよう
にすれば各々のメイン加圧手段３０を別々に働かせるこ
とにより、任意の部位だけを結合させることもできる。

尚、メイン加圧手段３０の数は６個とは限らない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように１本発明の周圧結合法によれば、
結合材の結合端において肉厚が増肉傾向となり、従来の
ような薄肉化を防ぎ結合材の強度が弱くなることを防止
できる。また加圧の方向と塑性流動の方向が一致し、い
わば直接接合とすることで、結合のための力を低減でき
、塑性流動が大きくなることにより結合溝の断面の大き
なインバース形の強固な結合を容易に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第工図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の周圧結合法を実施する
ための装置の一実施例の断面図で、第１図（Ａ）は結合
材と被結合材の結合前の状態の同装置を示す図、第１図
（Ｂ）は結合材と被結合材の結合された状態の同装置を
示す図、第工図（Ｃ）は結合材と被結合材の結合の前後
の様子を説明する比較説明図、第２図は従来の塑性流動
結合法を示す断面図である。第３図は第２図に対し本発
明の詳細な説明する説明図、第４図は結合材と被結合材
の結合の様子を示す部分拡大図、第４図（Ａ）は結合材
と被結合材の素材組合せ例を示す図、第５図〜第１１図
はそれぞれ他の実施例における結合材と被結合材の結合
部分を示す断面図、第１２図（Ａ）〜（Ｃ）は本実施例
方法と従来のかしめ方法を併用した結合方法を示す断面
図、第１３図は本実施例方法と従来の圧入方法を併用し
た結合方法を示す断面図、第１４図〜第１６図は結合材
に対し他の加工が施された状態を示す断面図である。第
１７図は筒状の被結合材の内側に結合材が結合された他
の実施例の断面図、第１８図は第１７図に示す結合構造
を形成する装置の断面図であって、第１８図（Ａ）は被
結合材に結合材を結合する前の同装置の断面図、第Ｉ８
図（Ｂ）は被結合材に結合材を結合させた後の同装置の
断面図である。第１９図は第１７図に示す被結合材に他
の加工が行なわれた状態を示す断面図である。第２０図
は第１７図の円環状の結合材にかえて外フランジの形成
されている円筒状の結合材が使用された結合構造の断面
図である。第２１図は結合材に塑性流動を起こさせる加
圧力Ｆを周方向に複数台設けられた加圧手段によって与
える装置の実施例を示すもので、第２１図（Ａ）は同装
置の水平断面図、第２１図（Ｂ）に示す同装置のの縦断
面図である。第２２図は第２１図（Ａ）、（Ｂ）に示す
同装置の動作を説明する断面図であり、第２２図（Ａ）
は同装置の水平断面図、第２２図（Ｂ）は同装置の縦断
面図である。 銅う 図　（Ａ） ろ Ｏ・・・被結合材。 ２・・・結合材、 ４・・・結合溝。 ６・・・ダイ。 ８・・・テーパー面、 Ｏ・・・パンチ。 弔 ２ 萬　３　。 弔 ― ９う 図 宋 凶 第 図 第 ０ 図 第 図 第 ２ 図 菊 ３ メ （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） 第 図（Ａ） 第 ４ 図 ２ 第 ８ 図 （Ａ） （Ｂ） 第 ９ 図 ｚ２０図 ４ 第　２１　図 某２２　層 （Ａ） （Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸材又は筒材からなる被結合材に対し、略環状の
   金属製の結合材を結合させる方法において、前記被結合
   材の中心軸に直角な方向から直接に前記結合材を加圧し
   縮径又は拡径させ、前記略環状の内周囲又は外周囲の結
   合端へ金属の塑性流動を起こさせて結合させることを特
   徴とする周圧結合法。