WO2009136515A1

WO2009136515A1 - 塑性流動結合を利用した金属部品の製造方法

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Publication number: WO2009136515A1
Application number: PCT/JP2009/053530
Authority: WO
Inventors: 碩哉村上; 好材檜山; 尚信金丸; 西川翔一郎
Original assignee: 国立大学法人東京工業大学; 茨城スチールセンター株式会社
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2009-11-12

Abstract

　本発明は、材料損失が少なく、金属材料の加熱工程におけるエネルギー消費を低減することができる新規な金属部品の製造方法を提供することを目的とする。　熱処理済の軸状部材と円盤状部材とを塑性流動を利用して結合する。円盤状部材に軸状部材と略同径の第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成する。上記第１の開口部に軸状部材を挿入して位置決めし、軸状部材の外周面と上記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、軸状部材および円盤状部材のいずれよりも硬度の低い金属結合材を嵌入したのち、これを押圧して塑性変形させる。その結果、金属結合材が、軸状部材の外周面と上記第２の開口部の内周面に予め形成した結合溝に流入し、機械的かみ合いにより上記軸状部材と上記円盤状部材とが結合する。

Description

塑性流動結合を利用した金属部品の製造方法

　本発明は、金属部品の製造方法に関し、より詳細には、塑性流動結合を利用した金属部品の製造方法に関する。

　金属部品を製造する鍛造加工の分野においては、熱間鍛造によっておおよその部品形状を付与した後、鍛造した部品の表面を切削加工し、さらに、高度な耐久性を要求されるものに関しては、浸炭焼入れなどの熱処理を施すことによって部品に高い強度を付与した後、研削による最終仕上げ加工を行なうというのが一般的な方法である。

　しかしながら、熱間鍛造は、切削代が大きく金属資源の無駄が生じることに加え、金属を加熱するために膨大な加熱エネルギーを消費する方法であり、後続の熱処理においても、さらに、膨大な加熱エネルギーが消費するものであるため、この加熱エネルギーのコストが製造費の削減を阻害する大きな要因となっていた。同時に、この加熱エネルギーの消費は、近年、地球温暖化の原因として問題となっているＣＯ_２の膨大な排出を伴うものであり、地球環境保全の観点からも好ましくない。特に、自動車のベルト式無段変速機（ＣＶＴ）用シャフトのような軸付き円盤部品は、炉内の積載効率が悪いために大形の炉が必要となり、その結果、過大な加熱エネルギーが消費されるため、環境に対する負荷が更に大きなものとなる。

　そこで、部品を分割して成形したのち、それらを接合して一体化する方法が検討されている。ここで、ＣＶＴ用シャフト付きシーブを例に挙げて説明すると、円盤状の部材であるシーブを冷間鍛造（ネットシェイプ法）により作製し、軸状部材であるシャフトに関しては丸棒材料を切削加工して作製して、シーブおよびシャフトに熱処理を加えた後、両者を接合する。

　上述した方法によれば、鍛造のための加熱エネルギーが不要となり、また、シーブおよびシャフトが分割された状態であるために、炉内において高い積載効率をもって熱処理工程を行なうことが可能となり、総体で、加熱エネルギーコストを大幅に削減することができることに加え、切削代が低減されるために、金属資源を有効に利用することが可能になるとともに、切削加工のエネルギーも大幅に削減できる。さらに、熱処理炉や切削加工の設備投資の大幅な削減も可能となる。

　ここで、焼入れした部材の一般的な接合法として、ねじ締め、シュパンリング、焼ばめ、溶接などが考えられるが、これらの方法は、精度およびその強度に問題がある。一方、塑性結合を利用した方法として、シェービング接合、スプライン嵌合、植込み鍛接などが提案されている。この点につき、特開２００７－３０９３６９号公報（特許文献１）は、ＣＶＴ用シャフト付きシーブをスプライン嵌合によって製造する方法を開示する。特許文献１が開示する方法においては、高い硬度を有するシーブのシャフトを挿入する穴の内周面に、軸方向の歯筋を有する複数の歯部を形成し、これに対し、シーブよりも低い硬度を有し、上記歯部の内接円の径よりも大きい外径の結合外面部を有するシャフトを圧入することによって、上記結合外面部に上記歯部を塑性流動によって食い込ませて塑性結合を実現している。しかしながら、このような二部材間の塑性結合は、接合する部材間に硬度の差があることが前提となるため、熱処理後の高い硬度を持たせた部材同士の接合は困難である。また、上述した何れの塑性結合法においても、二つの部材を接合する過程で、一方の部材に大きな荷重をかけて押圧するため、結合する両部材間の相対的な位置の変動が避けられず、結合する部材の素材精度および機械的特性のばらつきや接合設備の動的精度の影響を受けやすいため、高精度な結合が困難であった。
特開２００７－３０９３６９号公報

　本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、材料損失が少なく、金属材料の加熱工程におけるエネルギー消費を低減することができる新規な金属部品の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明者らは、材料損失が少なく、金属材料の加熱工程におけるエネルギー消費を低減することができる金属部品の製造方法につき鋭意検討した結果、結合を所望する二つの部材の間に当該二つの部材よりも硬度が低い中間部材を介在させて部材同士を冷間で接合する、いわゆる塑性流動結合に着目した。本発明者らは、熱処理後の焼入れ部材間の接合について、初めて塑性流動結合の適用を試みた結果、当該接合構造が実用に耐えうる充分な強度を有することを実証し、本発明に至ったのである。

　すなわち、本発明によれば、軸状部分を備える第１の金属部材と板状部分を備える第２の金属部材を結合して金属部品を製造する方法であって、前記第１の金属部材の前記軸状部分の外周面に第１の結合溝を形成する工程と、前記第２の金属部材の前記板状部分に対し、前記軸状部分を挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成し、該第２の開口部の内周面に第２の結合溝を形成する工程と、前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めする工程と、前記軸状部分の外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記第１の結合溝および前記第２の結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記軸状部分と前記板状部分を結合する工程とを含む金属部品の製造方法が提供される。本発明においては、前記第１の結合溝は、前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めした状態において、前記第２の結合溝と対向する位置に形成することができる。また、本発明においては、前記第１の結合溝を、前記軸状部分の外周面に沿ってリング状に形成し、前記第２の結合溝を、前記第２の開口部の内周面に沿ってリング状に形成することができ、前記第１および第２の結合溝に対し、前記軸状部分の軸方向のローレットを刻設することができる。また、本発明においては、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材を結合する前に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のそれぞれに対し熱処理を施す工程をさらに含むことができ、前記第１の金属部材に対する熱処理が前記第２の金属部材に対する熱処理と異なるものとすることができ、前記第１の金属部材に対する熱処理を高周波焼入れとし、前記第２の金属部材に対する熱処理を浸炭焼入れとすることができる。

　さらに、本発明によれば、ＣＶＴ用シャフト付きシーブを製造する方法であって、シャフトの外周面に第１の結合溝を形成する工程と、シーブに対し、前記シャフトを挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成し、該第２の開口部の内周面に第２の結合溝を形成する工程と、前記第１の開口部に前記シャフトを挿入して位置決めする工程と、前記シャフトの外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記シャフトおよび前記シーブのいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記第１の結合溝および前記第２の結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記シャフトと前記シーブを結合する工程とを含む、ＣＶＴ用シャフト付きシーブの製造方法が提供される。本発明においては、前記第２の開口部を、前記シーブのスチールベルトが接触する面の反対側に形成することが好ましい。

　上述したように、本発明によれば、材料損失が少なく、金属材料の加熱工程におけるエネルギー消費を低減することができる新規な金属部品の製造方法が提供される。

　以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下、参照する図面においては、共通する要素については同じ符号を用い、その説明を適宜省略する。

　本発明の金属部品の製造方法を、図１に示す形状を備える金属部品１０を例にとって以下説明する。本実施形態においては、まず、金属部品１０を軸状部材１２と円盤状部材１４とに分割して別々に作製する。軸状部材１２および円盤状部材１４は、いずれも単純な形状であるので、例えばネットシェイプ冷間鍛造法と最小限の切削加工によって作製することができる。

　次に、作製した軸状部材１２および円盤状部材１４について熱処理を施す。本発明の方法によれば、分割された単純形状の部材に対して熱処理を施せばよいため、一体成型品の場合に比較して格段に高い積載効率をもって部材を炉内に積載することができ、その結果、加熱エネルギーの浪費が回避される。

　さらに、上述した熱処理の種類は、軸状部材１２および円盤状部材１４のそれぞれに要求される強度に応じて適宜選択することができる。例えば、金属部品１０の用途によっては、円盤状部材１４にのみ高い強度が要求され、軸状部材１２の強度については、円盤状部材１４のそれよりも低い強度が許容される場合がある。そのような場合、円盤状部材１４についてのみ高コストの浸炭焼入れを施し、軸状部材１２については、浸炭焼入れよりも低コストの高周波焼入れを施すというような選択が可能である。

　本実施形態においては、軸状部材１２と円盤状部材１４とを塑性流動結合法を用いて結合する。すなわち、軸状部材１２と円盤状部材１４との間に第３の金属部材を結合材として介在させ、当該結合材の塑性変形を利用して両者を結合する。そのため、軸状部材１２の外周面に沿って、塑性変形した結合材が流入するための結合溝１６が形成されている。

　また、円盤状部材１４には、軸状部材１２を挿入して、高精度に位置決めするために軸状部材１２とほぼ同径の開口部２０が形成され、さらに、開口部２０に連続する形で開口部２０よりも所定分大きい径を有する開口部２２が同心円状に形成されている。その結果、円盤状部材１４に軸状部材１２を挿入した際に、軸状部材１２の外周面と円盤状部材１４の開口部２２の内周面との間に、上述した結合材を嵌入するための隙間ｇがリング状に画成されるようになっている。また、開口部２２の内周面にも塑性変形した結合材が流入するための結合溝１８が形成されており、軸状部材１２に形成された結合溝１６は、円盤状部材１４の開口部２０に軸状部材１２を挿入し位置決めした状態において、結合溝１８と対向する位置に形成される。なお、図１においては、軸状部材１２および円盤状部材１４のそれぞれに形成された結合溝１６および結合溝１８について、図の右側に拡大して示している。

　図２は、本実施形態の金属部品１０を製造する製造装置３０を示す図である。本実施形態においては、まず、治具３２の挿入穴３３に軸状部材１２を挿入し、次いで、円盤状部材１４を軸状部材１２に嵌入する。このとき、円盤状部材１４が治具３２の上面に当接することによって、軸状部材１２の軸方向における円盤状部材１４の位置が決められる。すなわち、挿入穴３３の深さｄの設計によって上述した軸方向における位置決めがなされる。続いて、本実施形態においては、図１について上述した隙間ｇにリング状の結合材３４を嵌入する。その状態で、軸状部材１２に円筒状に形成されたパンチ３６を嵌入し、パンチ３６の先端部を結合材３４の上部にのみ当接させる。最後に、加圧治具３７を介してパンチ３６を所定の荷重をもって矢印方向に押圧する。上述した工程において、軸状部材１２には荷重が一切負荷されていないことに注目されたい。

　図３は、上述した一連の工程を拡大して示す。図３（ａ）に示すように、隙間ｇに結合材３４を嵌入したのち、図３（ｂ）に示すように、パンチ３６の先端部を結合材３４の上部にのみ当接させる。この状態で、パンチ３６を矢印方向に押圧すると、図３（ｃ）に示すように、結合材３４が塑性変形して、軸状部材１２の外周面および円盤状部材１４の内周面にそれぞれ形成された結合溝１６、１８に流入し、その結果、機械的かみ合いにより軸状部材１２と円盤状部材１４とが結合される。

　図４は、実際に製造した金属部品１０の断面について、結合溝１６、１８と結合材３４を拡大して示す。図４を参照すると、パンチ３６によって上から押圧された結合材３４が図中の矢印の方向に流動し、その結果、結合溝１６、１８が高い割合で充填されていることが分かる。本実施形態においては、結合溝１６、１８と結合材３４とが当接する接合面にパンチ３６の押圧による残留応力が作用するため高摩擦状態が維持されている。

　上述した実施形態においては、結合溝１６および１８は、それぞれ、軸状部材１２の外周面および円盤状部材１４の開口部２２の内周面に沿ってリング状に形成されており、軸状部材１２の軸方向に対して高いせん断強度を示すと共に、上述した残留応力の作用によって、回転方向に対しても充分な結合強度を示す。また、本実施形態によれば、軸状部材１２と円盤状部材１４の開口部２０とで精度良く位置決めされる上に、接合のための押圧の過程においては、軸状部材１２に大きな荷重がかからないため、円盤状部材１４との相対的位置が変動することがなく、その結果、軸状部材１２と円盤状部材１４との高精度な結合が実現される。

　なお、本発明における結合溝は、上述したようなリング状の溝に限るものではなく、軸状部材１２の軸方向に対して平行な結合溝を形成することによって、回転方向に対するせん断強度を担保することもできる。さらに、上述したようなリング状の結合溝を形成した上で、当該結合溝に対し、軸状部材１２の軸方向のローレットを刻設して、軸方向および回転方向の双方に対する高いせん断強度を実現することもできる。

　また、本発明における結合材は、結合する部材よりも硬度の小さい金属であればよく、例えば、Ｓ２５Ｃ（ＪＩＳ）、Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ）等を用いることができる。

　以上、図１～３を参照して、金属部品１０において、軸状部材１２の外周面と円盤状部材１４の開口部２０の両方に結合溝を形成する態様について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明においては、その使用態様上、要求される強度が軸状部材１２の軸方向で異なるような場合には、円盤状部材１４の結合溝１８を省略することもできる。この理由については、後に詳説する。さらに、本発明においては、金属部品１０に要求される強度の大きさに鑑みて、軸状部材１２の結合溝１６と円盤状部材１４の結合溝１８を両方とも省略し、軸状部材１２と円盤状部材１４とを緊迫結合によって固定することもできる。

　以上、本発明を上述した金属部品１０を例にとって説明してきたが、本発明の製造方法は、上述した形状の金属部品に限らず、軸状部分を備える金属部材と該軸状部分が嵌挿される板状部分を備える金属部材を結合してなる金属部品全般に適用することができ、特に自動車のＣＶＴ用シャフト付きシーブの製造において有効である。以下、この点について説明する。

　図５（ａ）は、本発明の製造方法によって製造された自動車のＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０の断面図である。ＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０は、円盤状のシーブ４２と軸状のシャフト４４とを含んで構成されており、その使用に際して、シーブ４２の破線で示す側の面に動力伝達手段であるスチールベルトが接触する。ＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０の製造にあたっては、図１について上述したのと同様の方法により、円盤状のシーブ４２のスチールベルトが接触する面の反対側の面にリング状の結合材４６を嵌入するための隙間を形成し、これに結合材４６を嵌入・押圧することによって円盤状のシーブ４２と軸状のシャフト４４とを結合材４６を介して塑性流動結合する。なお、図５（ａ）においては、シーブ４２とシャフト４４の結合部分を拡大して概略的に示している。

　現在、自動車のＣＶＴ用シャフト付きシーブは、熱間鍛造による一体成形によって製造されている。ＣＶＴ用シャフト付きシーブにおいては、シーブに高い強度が要求されるため、シャフトを含む一体品全体に対し浸炭焼入れによる熱処理が施されている。この浸炭焼入れコストは非常に過大なものであり、自動車メーカーにおいては、このような熱処理コストの削減が重要な懸案事項となっている。

　本発明の製造方法をＣＶＴ用シャフト付きシーブの製造に適用すれば、シーブ部分を冷間鍛造により形成し、シーブに対してのみ浸炭焼入れを施し、シーブほどの強度を要求されないシャフトに関しては、よりコストの低い高周波焼入れを施すことによって、浸炭焼入れコストが低減され、また、熱処理炉内にシャフトあるいはシーブを高い積載効率をもって載置することができるので、その処理効率が向上し、もって、熱処理の総コストが大幅に低減される。ＣＶＴ用シャフト付きシーブに関していえば、本発明の製造方法による製造コストは、従来の熱間鍛造による一体成形の場合の製造コストに比較して、浸炭焼入れコストについては５０％程度が削減可能であり、トータルコストについていえば３０％程度の削減が見込まれる。

　また、従来の熱間鍛造による一体成形の場合、浸炭焼入れ処理における熱歪みが原因して、寸法精度が悪化し不良率が高くなるという問題があったが、本発明によれば、シャフトとシーブとに分割して焼入れ処理を行なうため、熱歪みの影響が少なくなり、歩留まりが改善される。

　さらに、特筆すべきは、ＣＶＴ用シャフト付きシーブの場合、その使用態様上、シーブ４２の破線で示す側の面にスチールベルトによる押力がかかるため、図５（ａ）の矢印で示す方向にのみ繰り返し動的応力が働き、当該応力が常に結合材４６を圧縮する形で圧縮応力が作用する点である。その結果、結合材４６と結合溝との接合面との間の高摩擦状態が維持・増強されるため、ＣＶＴ用シャフト付きシーブに要求される軸方向の引き抜き強度が好適に実現される。なお、本実施形態においては、図５（ａ）に示したＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０について、シーブ４２の開口部側の結合溝を省略することができる。この点について、図５（ｂ）を参照して、以下説明する。

　図５（ｂ）は、シーブ４２の開口部側の結合溝を省略したＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０を示す。ＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０においては、上述したように、シーブ４２の破線で示す側の面にのみスチールベルトによる押力がかかる。したがって、シャフト４４の外周面と結合材４６との間には、実線矢印の方向にのみせん断応力が作用し、破線矢印の方向にはせん断応力が作用しない。同様に、シーブ４２の内周面４２ａと結合材４６との間には、破線矢印の方向にせん断応力が作用せず、さらに、結合材４６が嵌入される隙間がシーブ４２を貫通していないため、シーブ４２の開口部の内周面４２ａと結合材４６との間には、実線矢印の方向のせん断応力もほとんど作用しない。したがって、シーブ４２の開口部の内周面４２ａと結合材４６との間には大きな強度は要求されない。よって、ＣＶＴ用シャフト付きシーブ４０のように、その使用態様上、必要強度が軸状部材（シャフト４４）の軸方向で異なるような部品の場合には、図５（ｂ）に示すように、板状部材（シーブ４２）の開口部側の結合溝を省略することができる。

　以下、本発明の金属部品の製造方法について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。

　本発明の製造方法によってＣＶＴ用シャフト付きシーブを製造し、シーブの引き抜き強度について評価実験を行なった。

（シーブ部・シャフト部・結合材の作製）
　図６は、本実施例のＣＶＴ用シャフト付きシーブの構成部材について示す。シャフト部５０は、ＳＣＭ４２０Ｈ（ＪＩＳ）の棒材を図６（ａ）に示す形状に機械で切削加工し、シャフト部５０の外周面に沿ってリング状の結合溝５２を２本刻設した。その後、シャフト部５０に対し浸炭焼入れ処理を施し、表面硬度をＨＲＣ６１．６（ロックウェル硬さ）とした。

　シーブ部５４は、ＳＣＭ４２０Ｈ（ＪＩＳ）の棒材を図６（ｂ）に示す形状に機械加工し、シーブ部５４に形成した開口部の内周面に沿ってリング状の結合溝５６を２本刻設した。その後、シーブ部５４に対し浸炭焼入れ処理を施し、表面硬度をＨＲＣ６３．４（ロックウェル硬さ）とした。

　なお、上述したシャフト部５０およびシーブ部５４の結合溝は、深さを０．６ｍｍとし、溝角度を９０°とした。

　結合材５８は、Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ）の棒材を球状化焼鈍し、図６（ｃ）に示す形状に成型した。なお、結合材５８は、表面硬度がＨＲＢ６２～６７（ロックウェル硬さ）のものを使用した。

（シーブ部とシャフト部の結合）
　図７は、本実施例に用いた金属部品の製造装置６０を示す。まず、シーブ部５４を下型６２の上面に置き、シーブ部５４に形成された開口部とこれに連通する下型６２の挿入孔にシャフト部５０を挿入した。なお、下型６２の挿入孔の深さが予め所定の寸法に設定し、シャフト部５０が下型６２の挿入孔の底部に底付きした状態で、シーブ部５４に刻設した結合溝５６とシャフト部５０に刻設した結合溝５２が高さ方向において同位置になるようにセットした。

　次に、シーブ部５４とシャフト部５０の間に、結合材５８を挿入し、結合材５８にのみ当接するように形成された先端部を有するパンチ６４を図示しない油圧プレス機械によって矢印方向に加圧荷重６５０ｋＮで押圧し、塑性流動結合を実施した。

　なお、シーブ部５４の外径を、塑性流動結合の前後で計測した結果、結合前がφ１３６．５５ｍｍであったのに対し、結合後はφ１３６．６ｍｍであり、その変形率は約０．０６（％）であった。ＪＩＳにおいて、耐力の規定として永久伸びが０．２％以下とされていることに鑑みれば、上述した塑性流動結合によってＣＶＴ用シャフト付きシーブが高い精度をもって製造されることが示された。

（シーブの引き抜き強度の評価）
　上述した手順で製造したＣＶＴ用シャフト付きシーブ７０について、シーブ部５４の引き抜き力評価試験を行なった。図８は、本実施例に使用した引き抜き力評価試験装置７２を示す。評価実験にあたって、まず、シャフト部５０を下型７４に形成された挿入孔に挿入して固定し、シーブ部５４の外周側端部に当接するように形成された上型７６を図示しない油圧プレス機械によって矢印方向に押圧した。引き抜き力評価試験においては、上型７６の矢印方向のストローク（変位量）とそれに伴う加工荷重（ｋＮ）の変化を測定した。なお、上記ストローク（変位量）については、レーザ変位計により測定を行ない、加工荷重（ｋＮ）については、ロードセルにより測定した。なお、上記評価試験においては、シーブ部５４がせん断して抜けるまで押圧を実施した。

　図９は、上述した引き抜き力評価試験における、上型７６の変位量（ｍｍ）と加工荷重（ｋＮ）の関係を示す。図９は、加工荷重が約２１０ｋＮ（変位量３ｍｍ）に達した時点で、シーブ部５４の破損が開始しせん断に至ったことを表している。一般に、排気量２０００ｃｃ以下の自動車のＣＶＴ用シャフト付きシーブにおけるシーブ部に要求される引き抜き強度の下限が、５０～６５ｋＮ（図中の破線で示すレベル）と考えられていることに鑑みれば、本実施例のＣＶＴ用シャフト付きシーブ７０において、その３倍以上の強度が実現されていることが実証された。

　以上、説明したように、本発明によれば、材料損失が少なく、金属材料の加熱工程におけるエネルギー消費を低減することができる新規な金属部品の製造方法が提供される。本発明の製造方法を各種機械部品の製造分野に適用することによって、省エネルギー、省資源であって、地球環境に対する負荷を低減することのできる新規な部品生産プロセスが構築されるであろう。

本発明によって製造される金属部品を示す図。本発明に用いる金属部品の製造装置を示す図。本発明における塑性流動結合の工程を時系列的に示す図。本発明によって製造された金属部品の断面を拡大して示す図。本発明によって製造された自動車のＣＶＴ用シャフト付きシーブの概略図。本実施例のＣＶＴ用シャフト付きシーブの構成部材について示す図。本実施例に用いた金属部品の製造装置を示す図。本実施例に使用した引き抜き力評価試験装置を示す図。引き抜き力評価試験における、上型の変位量（ｍｍ）と加工荷重（ｋＮ）の関係を示す図。

符号の説明

１０…金属部品、１２…軸状部材、１４…円盤状部材、１６…結合溝、１８…結合溝、２０…開口部、２２…開口部、３０…製造装置、３２…治具、３３…挿入穴、３４…結合材、３６…パンチ、３７…加圧治具、４０…ＣＶＴ用シャフト付きシーブ、４２…シーブ、４４…シャフト、４６…結合材、５０…シャフト部、５２…結合溝、５４…シーブ部、５６…結合溝、５８…結合材、６０…製造装置、６２…下型、６４…パンチ、７０…ＣＶＴ用シャフト付きシーブ、７２…引き抜き力評価試験装置、７４…下型、７６…上型

Claims

　軸状部分を備える第１の金属部材と板状部分を備える第２の金属部材を結合して金属部品を製造する方法であって、
　前記第１の金属部材の前記軸状部分の外周面に第１の結合溝を形成する工程と、
　前記第２の金属部材の前記板状部分に対し、前記軸状部分を挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成し、該第２の開口部の内周面に第２の結合溝を形成する工程と、
　前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めする工程と、
　前記軸状部分の外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、
　前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記第１の結合溝および前記第２の結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記軸状部分と前記板状部分を結合する工程とを含む、
金属部品の製造方法。
　前記第１の結合溝は、前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めした状態において、前記第２の結合溝と対向する位置に形成されている、請求項１に記載の金属部品の製造方法。
　前記第１の結合溝は、前記軸状部分の外周面に沿ってリング状に形成され、前記第２の結合溝は、前記第２の開口部の内周面に沿ってリング状に形成される、請求項１または２に記載の金属部品の製造方法。
　前記第１および第２の結合溝に対し、前記軸状部分の軸方向のローレットを刻設したことを特徴とする、請求項３に記載の金属部品の製造方法。
　前記第１の金属部材と前記第２の金属部材を結合する前に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のそれぞれに対し熱処理を施す工程をさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の金属部品の製造方法。
　前記第１の金属部材に対する熱処理が前記第２の金属部材に対する熱処理と異なる、請求項５に記載の金属部品の製造方法。
　前記第１の金属部材に対する熱処理が高周波焼入れであり、前記第２の金属部材に対する熱処理が浸炭焼入れである、請求項５に記載の金属部品の製造方法。
　軸状部分を備える第１の金属部材と板状部分を備える第２の金属部材を結合して金属部品を製造する方法であって、
　前記第１の金属部材の前記軸状部分の外周面に結合溝を形成する工程と、
　前記第２の金属部材の前記板状部分に対し、前記軸状部分を挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成する工程と、
　前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めする工程と、
　前記軸状部分の外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、
　前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記軸状部分と前記板状部分を結合する工程とを含む、
金属部品の製造方法。
　軸状部分を備える第１の金属部材と板状部分を備える第２の金属部材を結合して金属部品を製造する方法であって、
　前記第２の金属部材の前記板状部分に対し、前記軸状部分を挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成する工程と、
　前記第１の開口部に前記軸状部分を挿入して位置決めする工程と、
　前記軸状部分の外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記第１の金属部材および前記第２の金属部材のいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、
　前記金属結合材を押圧することにより、前記軸状部分と前記板状部分とを緊迫結合する工程とを含む、
金属部品の製造方法。
　ＣＶＴ用シャフト付きシーブを製造する方法であって、
　シャフトの外周面に結合溝を形成する工程と、
　シーブに対し、前記シャフトを挿入するための第１の開口部と、該第１の開口部に連続する開口部であって該第１の開口部よりも大きい径を有する第２の開口部とを形成する工程と、
　前記第１の開口部に前記シャフトを挿入して位置決めする工程と、
　前記シャフトの外周面と前記第２の開口部の内周面との間に画成された隙間に、前記シャフトおよび前記シーブのいずれよりも硬度の低い金属材料からなる金属結合材を嵌入する工程と、
　前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記シャフトと前記シーブを結合する工程とを含む、
ＣＶＴ用シャフト付きシーブの製造方法。
　前記第２の開口部は、前記シーブのスチールベルトが接触する面の反対側に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の金属部品の製造方法。
　シーブに対し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とを形成する前記工程は、さらに前記第２の開口部の内周面に第２の結合溝を形成する工程を含み、
　前記シャフトと前記シーブを結合する前記工程は、前記金属結合材を押圧して塑性変形させることにより、該金属結合材を前記結合溝および前記第２の結合溝に流入させ、機械的かみ合いにより前記シャフトと前記シーブを結合する工程とを含む、請求項１０または１１に記載の金属部品の製造方法。