粉末金属部品を接着および接合する方法
接着剤を用いて複数の粉末金属部品を接合して粉末金属部品組立体を得る方法が開示される。粉末金属部品の少なくとも一方を接着剤による接合に先立って機械加工することで、そうしない場合には困難であろうところの機械的構成部分に対してより一層容易に、低コストかつ高生産速度にて機械加工を施すことができる。高温接合技術とは異なり、前記接着剤は、粉末金属部品どうしを常温で接合させる。この常温接着接合は、ろう付けや溶接といった高温接合技術において典型的に生じる、接合の間に構成部分がその製品仕様に適合しなくなる事態を惹起しうるところの接合前に機械加工された構成部分に生じる熱的変形をなくす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の粉末金属部品を接合する方法に関するものである。特に、本発明は、ロータおよびアダプタなどの複数の粉末金属部品を、接着剤を用いて接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的複雑な形状を有する構成部品を許容しうる費用で製造するうえで、粉末冶金（ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）は費用効率的な方法であり、かかる粉末冶金によれば、粉末金属を圧縮して予備成形物を形成し、この予備成形物を焼結して焼結部品を形成することで、最終的に所望される構成部品に近い寸法を有する多孔質状物体を形成することができる。前記焼結部品を製品仕様上の寸法的範囲内に収めるために、機械加工（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）や研削ないし研磨（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）といった二次的作業を行うことが必要になることもある。粉末冶金で利用されるニアネットシェイプ製造（ｎｅａｒ ｎｅｔ ｓｈａｐｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いると、かかる二次的作業を完了するための所要時間を短縮させることができ、製品として最終的に所望される形状に寸法的に非常に近い焼結部品を形成することができるので、生じるスクラップの量を最小化することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一部の複雑な部品は、粉末冶金を用いても製造が難しいような寸法的要件を有している。例えば、可変バルブタイミング機構（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｔｉｍｉｎｇ；ＶＶＴ）を採用したロータは、様々な機能部分を有しておりその寸法的要件も多様であるので製造が難しい。ＶＶＴロータは、極めて平滑な平坦表面を有していなければならず（総許容誤差で１５ミクロン）、この平坦表面（フラットな表面）に対して垂直にかつ外側へ延在された隣接表面を有していなければならない。部品を製造する間、前記隣接表面が存在しているためにこの平坦表面を研削することは容易ではない。かかる平坦表面を許容しうる範囲内に収めるには、複数の態様がある。
【０００４】
複雑な機械加工技術を用いてこの平坦面に仕上げ加工を施すことも考えられる。しかしながら、そのような技術は非常に高価であり、しかも熟練した労働力が必要とされ、そのうえ処理に時間がかかる。さらに、この種の複雑な形状を有する部品の初期圧縮には、最先端のプレスが必要となることもあって、費用がかかるだけでなく運用・保守も難しい。
【０００５】
代替的には、ＶＶＴロータを２つの別体構成部品からなるものとして製造することもできる。例えば、製品仕様に適合させるべく平坦表面を研削し、当該２つの構成部品どうしをろう付け（ｂｒａｚｉｎｇ）または溶接（ｗｅｌｄｉｎｇ）するなどである。しかしながら、かかるプロセスであっても、部品がろう付けまたは溶接された段階で追加的な仕上げ加工が必要となり、構成部品どうしを熱的に接合させる場合には当該構成部品に応力を生じさせ、歪みを生じさせることになり、その結果、平坦表面がその許容しうる範囲内に収まらなくなる可能性がある。
【０００６】
したがって、寸法的要件をみたすのが難しい粉末金属部品を製造するための改善された方法と、かかる粉末金属部品とが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の粉末金属部品どうしを接合するにあたり接着剤を使用する。複数の粉末金属部品を別々に製造しそれらを接着剤により接合させて組立体からなる部品を構成することで、当該部品を組立体としてではなく単一体として構成した場合には機械加工が困難であるような表面を機械加工する機会（延在された部位のある平坦表面を研削するなど）を、構成部品どうしを接合する前に確保することができる。さらに、粉末金属部品は、常温または常温近辺の温度で接合されるので、ろう付けや溶接とは異なり、粉末金属部品どうしを接着接合させても、接合前の寸法をその許容範囲から逸脱させてしまうような応力や熱的変形が粉末金属部品において生じることがない。
【０００８】
両構成部品の接合面において接着および／またはシールを確保するとともに、当該構成部品どうしを相互的に位置決めするとともに組立体の構成部分として位置決めするために、前記接合面にリブ構造を設けることができる。
【０００９】
複数の粉末金属部品どうしの接着剤による接合は、複数のタイプの任意の粉末金属組立体において用いることができる。一の特に有利な形態においては、ＶＶＴエンジン用のロータ組立体を、ここに記載した接着剤による接合を用いて形成することができる。このロータ組立体は、前記ロータにおける平坦表面とこの平坦表面から延在されたアダプタとを有している。前記ロータにおける平坦表面を研削して許容しうる範囲内に収めてから、接合工程において、ロータとアダプタとを、前記平坦表面がその許容しうる範囲を逸脱しないように、接着により接合させることができる。さらに、前記ロータおよび前記アダプタを接合させてロータ組立体を形成するので、両者の内径を回転させて、許容しうる範囲の同心性を有する単一の貫通孔を備えた仕上げ処理後のロータ組立体を製造することができる。
【００１０】
本発明の前述した目的およびその他の目的ならびに利点は、以下に記載された詳細な説明において理解されるであろう。前記説明は、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照してされるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る組立型の２つの粉末金属部品を前側からみた展開図である。
【図２】図１に示す構成部品を後側からみた展開斜視図である。
【図３】構成部品が組立てられた状態を前側からみた斜視図である。
【図４】組立てられた構成部品を後側からみた斜視図である。
【図５】仕上げ処理されたロータ組立体を製造する工程を示したフローチャートである。
【図６】本発明を適用することができる部品の斜視図である。
【図７】本発明の適用のために複数構成部品に分解された図６に示す部品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず図１および図２を参照すると、打ち抜き成形した（すなわち「ｂｌａｎｋ」である）アダプタ１０と、ロータ１２とで構成されたロータ組立体１４が示されており、アダプタ１０とロータ１２とは、互いに対して接着剤により接合されるように構成されており、ロータ組立体１４に仕上げ作業を施すと仕上げ処理を施された（ｆｉｎｉｓｈｅｄ）ロータ組立体（仕上がり済みロータ組立体）が構成される。
【００１３】
アダプタ１０およびロータ１２は、いずれも粉末冶金法を用いて形成される。典型的には、粉末金属とバインダー材料とを工具・金型一式内で一軸圧縮して、粉末金属で構成された予備成形物を形成した後、当該粉末金属で構成された予備成形物を焼結して焼結部品を形成する。なお、この成形プロセスの間に当業者に知られた他の工程を用いてもよい。例えば、以下のものに限定される趣旨ではないが、炭素含有量を下げるために焼結に先立ってバインダー材料を部分的に焼き取る、焼結部品に対する鍛造処理、鋳造処理または熱処理を施す、などである。また、複数の外側給油孔５８Ａ、内側給油孔５８Ｂからなる孔部を説明の便宜上図１ないし図４には記載するものとしたが、かかる外側給油孔５８Ａ、内側給油孔５８Ｂは典型的には圧縮または焼結処理の間に形成されるのではなく、典型的には焼結処理の後で、あるいは両部品を組立てた後で穴開けされると考えられる。
【００１４】
図１ないし図４を参照すると、打ち抜き成形したアダプタ１０の細部が図示されている。この打ち抜き成形したアダプタ１０（以下、単に「アダプタ１０」と表記する）は、略筒状とされたアダプタ本体１８を有しており、このアダプタ本体１８には、径方向内側に向いている内表面２１または内径と、軸方向に延在されたアダプタ貫通孔２０とが設けられている。また、アダプタ１０には、ロータ１２と係合される接続端部２２が設けられており、この接続端部２２には、径方向外側に向いている複数のアダプタ側接合面２４（インタフェース表面）とそれらの間に配置された複数のリセス２６とが設けられている。複数のリセス２６は、アダプタ側接合面２４に対して径方向にずらして設けられている。
【００１５】
ロータ１２の細部についても同じく図１ないし図４に図示されている。ロータ１２は、第１の平坦表面３０から第２の平坦表面３２へ延在された略筒状の形状を有するロータ本体２８を有している。第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２は、本質的に互いに平行とされかつともに回転軸Ａ−Ａ線に対して垂直に設けられている。また、ロータ本体２８には、その径方向外側に向いている外表面３４に対して所定の角度をつけて離隔するように延在された複数の歯部３６が設けられている。
【００１６】
ロータ本体２８には、アダプタ１０の接続端部２２と係合する接続部分と、ロータ１２およびアダプタ１０を接合させて仕上げ加工を施した後で組立体貫通孔の一部分をなす部分とを有する、軸方向に延在されたアダプタ接続用貫通孔３８が設けられている。そして、回転軸Ａ−Ａ線に対して垂直に延在された棚状部（ｌｅｄｇｅ）４０によって、これらの２つの部位が分離されている。棚状部４０の一方側に設けられていて、アダプタ１０の接続端部２２と係合するように構成された、アダプタ接続用貫通孔３８の部位には、径方向内側に向いている複数のロータ側接合面４２（インタフェース表面）が設けられており、これらのロータ側接合面４２の間には、複数のリセス４４が設けられている。複数のリセス４４は、複数のロータ側接合面４２に対して径方向にずらして設けられている。
【００１７】
棚状部４０の他方側には、径方向内側に向いている内表面４６が設けられており、この内表面４６によってロータ貫通孔４８が規定されている。このロータ貫通孔４８は、ロータ１２とアダプタ１０とが接着剤により接合（以下、「接着接合」という）された後で、回転されて仕上げ処理を施した組立体貫通孔５６の一部をなすように構成されている。
【００１８】
ロータ１２およびアダプタ１０は、図５に概略を示した態様により接合されて、仕上げ処理前のロータ組立体１４を構成するものとされており、ステップ１１８を経た後、仕上げ処理済みロータ組立体を構成するものとされている。仕上げ処理済みロータ組立体は、組立て後に仕上げ加工を施す表面（ボアの内径ＩＤなど）が機械加工されるであろう点を除けば、図３および４において前記仕上げ処理前の組立体と同じような外観を呈している。
【００１９】
まず、圧縮ステップ（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ）１１０において、アダプタ１０およびロータ１２を各別に圧縮し、続いて焼結ステップ（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１２において各別に焼結して、図１および図２に分離した状態で記載した各構成部品として構成する。次に、接合前機械加工工程（ｐｒｅ‐ｊｏｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１４において、ロータ１２の第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２に対して、ロータ１２とアダプタ１０との接合に先立って研削を施す。図示した形態においては、第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２に対して精密研削（ｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）およびブラシデバリング（ｂｒｕｓｈ ｄｅｂｕｒｒｉｎｇ）を用いて仕上げ加工を施すことで、総許容誤差１５ミクロン未満のものが得られる。しかしながら、他のタイプの粉末金属部品どうしを接合する場合には、接合前機械加工工程１１４は、当業者において周知の他のタイプの機械加工作業を含むことができる。
【００２０】
さらに、接合工程（ｊｏｉｎｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１６において、ロータ１２の接続部分とアダプタ１０の接続端部２２とを互いに接着剤により接合して、図３および図４に示すロータ組立体１４を構成する。ここでは、まず、ビード状の接着剤５０を、図２に示すごとくロータ１２のロータ側接合面４２に塗りつける。その後、アダプタ１０の接続端部２２を、アダプタ１０が棚状部４０と当接またはそれに接近するまで、ロータ１２のアダプタ接続用貫通孔３８の接続部分内に伸縮自在にスライド挿入させる。この挿入動作の間、接着剤５０が、ロータ１２の接合面４２とアダプタ１０の接合面２４とをそれぞれ濡らし、接着剤５０によってロータ１２およびアダプタ１０の間のシールが構成される。このシールは、仕上げ処理済みロータ組立体１６における接着接合された接合面における後述する給油孔５８を介しての油圧油の漏れ出しを防ぐものである。接着剤５０は、常温（例えば典型的には摂氏１２０度以下）または常温に近い温度にて、好ましくは外部熱を加えずに、放置されて硬化させ、それにより、ロータ１２をアダプタ１０に接合ないし接着させる。
【００２１】
接着剤５０は、ビードを（ロータ１２およびアダプタ１０のいずれかの）接合面に塗りつける方法とは異なる他の様々な態様にて適用されることができる。また、接着剤５０をロータ１２のロータ側接合面４２に塗りつけるのに加えてまたはそれに代えて、接着剤５０を、アダプタ１０の接合面２４にも塗りつけてもよい。さらに、接着剤５０は、複数の他の態様にて、例えば、以下に示すものに限るものではないが、接合面の上でそれをブラッシングする、あるいは接合面に噴霧するといった具合に、アダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２上に塗り拡げることができる。接着剤５０は、部分的にロータ１２およびアダプタ１０の細孔内に進入してもよく、それにより前記２つの構成部品間の接合がより一層強化される。
【００２２】
接着剤としては様々なタイプのものを用いることができる。接着剤５０は、好ましくは、硬化するのに酸素への暴露を必要としない嫌気性の接着剤である。また、接着剤５０は、２以上の成分を混合することで活性化するエポキシ樹脂であってもよい。しかしながら、金属とともに使用するのに適した任意の接着剤を用いて前記構成部品どうしを接合させることができる。
【００２３】
特に注目すべきは、常温で硬化する（すなわち外部熱を加えなくても硬化する）接着剤５０を、ロータ１２とアダプタ１０とを接合する手段として用いれば、第１の平坦表面３０または第２の平坦表面３２が許容しうる寸法的範囲から逸脱してしまうような応力の発生や熱的変形が惹起されない点である。対照的に、もしロータ１２およびアダプタ１０が、ろう付け、溶接または金属構成部品どうしを接合するのに用いられるその他の高温接合工程によって接合されるならば、熱的変形が生じやすく、それにより平坦表面３０，３２を接合前機械加工で得られた許容しうる範囲から逸脱しまうことがある。
【００２４】
アダプタ１０およびロータ１２に、前記接合面に沿って複数の連結部を設けることも考えられる。これらの連結部は、アダプタ１０側のリセス２６およびロータ１２側のリセス４４が設けられた場所に設けられる。これらの連結部は、構成部品どうしの接着剤による接合に代替するものではなくそれを補助するためのものである。就役中のロータ組立体１６が回転軸Ａ−Ａ周りに高度の回転ストレスに晒されると、かかる複数の連結部は、アダプタが、前記接着面に沿って前記ロータ１２から乖離しようとする作用を防ぐ干渉部として機能することができる。
【００２５】
図１および図２に示したような一の形態において、径方向に延在された一または複数の連結部としての畝部（ｒｉｄｇｅ）および溝部（ｇｒｏｏｖｅ）の組み合わせが、前記接合面に沿って形成されており、かかる畝部と溝部とにより２つの構成部品どうしが相互に連結される。すなわち、アダプタ１０には、ロータ１２のリセス４４の１つと密に嵌合する畝部２７が設けられている。
【００２６】
アダプタ１０の接続端部２２を伸縮自在にアダプタ接続用貫通孔３８内に挿入すると、アダプタ１０に設けられた畝部２７が、ロータ１２に設けられた相手方のリセス４４内にスライド進入して、構成部品どうしを相対的回転がないように連結させる。もちろん、複数組の畝部と溝部とが、接合面に沿って設けられてもよい。さらに、第１の構成部品は、相手方溝部および畝部を有する第２の構成部品と相互連結するための複数の畝部と複数の溝部とを有してもよい。
【００２７】
複数の畝部と複数の溝部とで構成された連結部を一例として説明したが、構成部品どうしを連結するのに適した他の形状の連結部であってもよい。第１の構成部品の一部分が第２の構成部品の一部分と連結されて極度の応力下における構成部品どうしの剪断作用を防ぐためのものであれば任意の形状で好適である。さらに、ある形態においては、第１の構成部品に設けられたリセスと前記第２の構成部品に設けられたリセスとの間に連結部と同じ機能を果たすようなキー部を設けてもよいであろう。
【００２８】
また、アダプタ１０は、複数の態様にてロータ１２内に挿入することができることに留意すべきである。しかしながら、好ましい形態においては、アダプタ１０とロータ１２との係合部分の形状は、アダプタ１０とロータ１２とをぴったり拘束するのに必要な嵌合を実現することができるようなサイズを有するものであれば十分であろう。
【００２９】
ロータ１２とアダプタ１０とが接着により接合されて仕上げ処理前のロータ組立体１４が形成された後、接合後機械加工ステップ１１８において、仕上げ処理前のロータ組立体１４に対して様々な接合後機械加工作業を施して、接着接合されたうえで接合後機械加工作業を施された組立体としての、仕上げ処理済みのロータ組立体１６（図４）を形成することができる。
【００３０】
図示した形態においては、これらの接合後機械加工作業には、アダプタ１０の外表面（外径）を回転させて径方向外側に向いている仕上げ処理後の（ないし仕上がり済みの）アダプタ外表面５７を形成する、あるいは組立体貫通孔５６の内表面（内径）を回転させるなどが含まれるところ、この組立体貫通孔５６は、アダプタ１０のアダプタ貫通孔２０とロータ１２のロータ貫通孔４８とで構成されるものである。これらの直径を、アダプタ１０およびロータ１２が接着により接合された後で回転させることで、仕上げ処理後のロータ組立体１６において非常に厳格な同心性要件が実質的に保証されることになる。
【００３１】
さらに、アダプタ１０とロータ１２との接合後、ロータ１２における外側給油孔５８Ａとアダプタ１０における内側給油孔５８Ｂとからなる給油孔５８を、仕上げ処理後のロータ組立体１６の外側表面６０から組立体貫通孔５６まで延在する給油孔５８として機械加工により設けることができる。給油孔５８が接着面の領域を貫通して延在されているので、接合面にわたって接着剤５０によって形成された前述したシールの存在が、オイルが仕上がり済みアダプタ５２および仕上がり済みロータ５４の間の接合部において漏れ出さないように確保するうえで重要となる、なんとなれば、接合面に沿ってオイルが漏れ出すのは、完成品としての仕上げ済みロータ組立体１６のパフォーマンスの観点から有害であるからである。
【００３２】
ロータ側接合面４２には、ロータ側リブ構造７０が設けられており、このロータ側リブ構造７０は、ロータ側接合面４２に包囲された部分に突出形成されており、互いに離隔して設けられた複数の脚部７２であって、周方向に延在されたリブ基部７６によってそれらの内側端部において互いに接続された当該複数の脚部７２を有している。
【００３３】
給油孔５８は複数の脚部７２の間に設けられており、ロータ１２の複数の脚部７２の各端部は、アダプタ１０の複数の脚部７８の間に嵌合し、およびアダプタ側リブ構造８２におけるリブ基部８０の側部に当接するように構成されている。このアダプタ側リブ構造８２は、外側へ向いているアダプタ側接合面２４の一部をなしかつアダプタ側接合面２４の周囲部分から突出形成されている。組立てられた状態では、給油孔５８は、ロータ側リブ構造７０とアダプタ側リブ構造８２とによって包囲され、アダプタ１０におけるリブ基部８０の側部に当接するロータ１２の複数の脚部７２が、給油孔５８を四方から包囲して、リブ７２の端部付近における漏出経路を遮断する。理想的には、ロータ１２の複数の脚部７２の側部は、アダプタ１０の複数の脚部７８の側部とも当接するのがよく、それにより複数の脚部７２の端部付近における漏出がないように確保するべきである。
【００３４】
接着剤５０は、一のリセス４４から次のリセス４４へと、ロータ側接合面４２と平坦表面３０とが出合うエッジ部分に沿って延在するように塗りつけた、ロータ側接合面４２上のビードとして適用されてもよい。アダプタ１０がロータ１２に挿入されると、アダプタ１０が、ビード状の接着剤５０をロータ側接合面４２に沿ってロータ１２の内側へと拭いとり、ここで、軸方向に延在している複数の脚部７２に沿ってアダプタ側接合面２４とロータ側接合面４２との重なる部分が接着剤５０によって、接着剤５０の先端部の後側においてロータ側接合面４２に沿って内側へと濡らされていく。挿入作業によって横断方向に延在されたリブ基部７６が到達されると、アダプタ１０がロータ１２内に挿入される挿入方向に対して横方向に延在されている複数の脚部７２間のリブ基部７６の先端部が、さらなるロータ１２の挿入に対応して接着剤５０をふき取り、接着剤５０が棚状部４０上に到達（ｓａｇ ｏｎｔｏ）することを防ぐ。これは、接着剤５０をアダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２の間に保持すること、特に、複数の脚部７２の間の領域に保持することを助け、そして、アダプタ側接合面２４とロータ側接合面４２とを接合する接着剤５０の十分な量を確保することを助ける。
【００３５】
ロータ側リブ構造７０およびアダプタ側リブ構造８２は、ロータ側接合面４２およびアダプタ側接合面２４の近接する部位の上にそれぞれ突出形成されており、各リブ構造７０，８２および各対向している接合面２４，４２との間の小さなクリアランス（例えば直径上で１４０ミクロン）に対して、小さな干渉部が創出されるようになっている（例えば直径上で９０ミクロン）。リブ構造を設けることで、ロータ１２およびアダプタ１０の間の接合部における給油孔５８の漏れ出しの可能性を小さくし、ロータ１２およびアダプタ１０を互いに対して径方向に位置付けるのがより一層容易となる。
【００３６】
加えて、これらのリブ構造は、リブ構造によって互いに対して離隔された近接するアダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２の間の接着剤５０が存在しているところの小さなクリアランスを維持する。これにより、部品が組立てられるときに接着剤５０が接合面から完全にきれいにふき取られないように確保される（完全にふき取られる状態は、接合面の間にクリアランスが存在しない場合に起こりうる事態である）。また、リブ構造および対向する接合面の間にクリアランスが存在すれば、接着剤５０は、それらのスペースにも充填されるであろう。また、リブ構造を設けることで、ロータ１２とアダプタ１０とを組立てるのに必要な挿入力が低減される。例えば、接合面どうしの間に干渉部が存在する状態で、リブ構造なければ挿入力は数千ポンドに達しうるであろうけれども、リブ構造を設ければ、挿入力は１５０ないし２００ポンドに低減させることができる。
【００３７】
前述した実施形態は、ロータ１２とアダプタ１０とを接合して仕上げ処理後のロータ組立体１６を得ることを記載したものであるが、この方法は、第１の粉末金属部品と第２の粉末金属部品とから形成される任意の点数の粉末金属部品アセンブリを形成するためにも用いることができる。さらに、雄型／雌型接合部は、構成部品間で入れ替えてもよく、例えば、ロータ１２が接合の間にアダプタ内に延在される部分を有してもよい。
【００３８】
図６には、変形例１００が図示されており、２つの略筒状とされた部品（すなわち一方の部品１０２および他方の部品１０４）が、それらの間に介在された小部材１０６を介して接合されている。この小部材１０６に隣接している精密表面１０８および精密表面１１０が精度を要求される表面である場合、または、もしこれらの表面の間のスペーシングが精確でなければならないならば、あるいは、一方の部品１０２および他方の部品１０４の個々の長さが、部品全体としての全長を維持すべく精確でなければならない場合には、機械加工では克服すべき課題が生じる。かかる課題は、小部材１０６が非円形であるとさらに深刻化する。
【００３９】
このような問題を解決するために、本発明を適用することができ、部品どうしは図７に示すごとく分離される。各部品は、焼結された粉末金属で構成されており、機械加工困難な精密表面１０８および精密表面１１０は、組立体を形成するのに先立って、精密研削（ｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）またはラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）といった通常の機械加工を用いて精確に機械加工される。部品どうしは、その後、本発明にしたがって接着接合されることができ、任意の後工程的な機械加工または仕上げ加工工程を施すこともできる。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態を相当程度の詳細性をもって説明したところであるが、以上説明したところの好ましい実施形態に対して様々な変更や変形が可能であることは当業者において明らかであると思われる。したがって、本発明は、ここに記載した実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したとおり、粉末金属部品の組立体を形成するために構成部品どうしを接着接合する方法を用いることで、ろう付けまたは溶接といった高温接合方法を用いて複数の粉末金属部品どうしを接合する従来の方法と比較して多くの顕著な利便性が提供される。前述した方法により製造された組立体における複数の粉末金属部品は、高温接合方法を用いて製造されたものに比べてはるかに良好な程度に接合前の形状を保持するであろう。したがって、複雑な形状を有しつつも、一体成形されるべき部位において実現するには時間がかかるおよび／または費用がかかる厳格な寸法的要件をみたすことができるような組立体を提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０ アダプタ
１２ ロータ
１４ ロータ組立体（仕上げ処理前のロータ組立体）
１６ ロータ組立体（仕上げ処理済みロータ組立体）
１８ アダプタ本体
２０ アダプタ貫通孔
２１ 内表面（内径）
２２ 接続端部
２４ アダプタ側接合面（インタフェース表面）
２６ リセス
２７ 畝部
２８ ロータ本体
３０ 第１の平坦表面
３２ 第２の平坦表面
３４ 外表面
３６ 複数の歯部
３８ アダプタ接続用貫通孔
４０ 棚状部
４２ ロータ側接合面（インタフェース表面）
４４ 複数のリセス
４６ 内表面
４８ ロータ貫通孔
５０ 接着剤
５２ 仕上がり済みアダプタ
５４ 仕上がり済みロータ
５６ 組立体貫通孔
５７ アダプタ外表面
５８ 給油孔
５８Ａ 外側給油孔
５８Ｂ 内側給油孔
６０ 外側表面
７０ ロータ側リブ構造
７２ 脚部
７６ リブ基部
８０ リブ基部
８２ アダプタ側リブ構造
１０２ 一方の部品
１０４ 他方の部品
１０６ 小部材
１０８ 精密表面
１１０ 精密表面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の粉末金属部品を接合する方法に関するものである。特に、本発明は、ロータおよびアダプタなどの複数の粉末金属部品を、接着剤を用いて接合する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的複雑な形状を有する構成部品を許容しうる費用で製造するうえで、粉末冶金（ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）は費用効率的な方法であり、かかる粉末冶金によれば、粉末金属を圧縮して予備成形物を形成し、この予備成形物を焼結して焼結部品を形成することで、最終的に所望される構成部品に近い寸法を有する多孔質状物体を形成することができる。前記焼結部品を製品仕様上の寸法的範囲内に収めるために、機械加工（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）や研削ないし研磨（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）といった二次的作業を行うことが必要になることもある。粉末冶金で利用されるニアネットシェイプ製造（ｎｅａｒ ｎｅｔ ｓｈａｐｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いると、かかる二次的作業を完了するための所要時間を短縮させることができ、製品として最終的に所望される形状に寸法的に非常に近い焼結部品を形成することができるので、生じるスクラップの量を最小化することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一部の複雑な部品は、粉末冶金を用いても製造が難しいような寸法的要件を有している。例えば、可変バルブタイミング機構（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｔｉｍｉｎｇ；ＶＶＴ）を採用したロータは、様々な機能部分を有しておりその寸法的要件も多様であるので製造が難しい。ＶＶＴロータは、極めて平滑な平坦表面を有していなければならず（総許容誤差で１５ミクロン）、この平坦表面（フラットな表面）に対して垂直にかつ外側へ延在された隣接表面を有していなければならない。部品を製造する間、前記隣接表面が存在しているためにこの平坦表面を研削することは容易ではない。かかる平坦表面を許容しうる範囲内に収めるには、複数の態様がある。
【０００４】
複雑な機械加工技術を用いてこの平坦面に仕上げ加工を施すことも考えられる。しかしながら、そのような技術は非常に高価であり、しかも熟練した労働力が必要とされ、そのうえ処理に時間がかかる。さらに、この種の複雑な形状を有する部品の初期圧縮には、最先端のプレスが必要となることもあって、費用がかかるだけでなく運用・保守も難しい。
【０００５】
代替的には、ＶＶＴロータを２つの別体構成部品からなるものとして製造することもできる。例えば、製品仕様に適合させるべく平坦表面を研削し、当該２つの構成部品どうしをろう付け（ｂｒａｚｉｎｇ）または溶接（ｗｅｌｄｉｎｇ）するなどである。しかしながら、かかるプロセスであっても、部品がろう付けまたは溶接された段階で追加的な仕上げ加工が必要となり、構成部品どうしを熱的に接合させる場合には当該構成部品に応力を生じさせ、歪みを生じさせることになり、その結果、平坦表面がその許容しうる範囲内に収まらなくなる可能性がある。
【０００６】
したがって、寸法的要件をみたすのが難しい粉末金属部品を製造するための改善された方法と、かかる粉末金属部品とが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の粉末金属部品どうしを接合するにあたり接着剤を使用する。複数の粉末金属部品を別々に製造しそれらを接着剤により接合させて組立体からなる部品を構成することで、当該部品を組立体としてではなく単一体として構成した場合には機械加工が困難であるような表面を機械加工する機会（延在された部位のある平坦表面を研削するなど）を、構成部品どうしを接合する前に確保することができる。さらに、粉末金属部品は、常温または常温近辺の温度で接合されるので、ろう付けや溶接とは異なり、粉末金属部品どうしを接着接合させても、接合前の寸法をその許容範囲から逸脱させてしまうような応力や熱的変形が粉末金属部品において生じることがない。
【０００８】
両構成部品の接合面において接着および／またはシールを確保するとともに、当該構成部品どうしを相互的に位置決めするとともに組立体の構成部分として位置決めするために、前記接合面にリブ構造を設けることができる。
【０００９】
複数の粉末金属部品どうしの接着剤による接合は、複数のタイプの任意の粉末金属組立体において用いることができる。一の特に有利な形態においては、ＶＶＴエンジン用のロータ組立体を、ここに記載した接着剤による接合を用いて形成することができる。このロータ組立体は、前記ロータにおける平坦表面とこの平坦表面から延在されたアダプタとを有している。前記ロータにおける平坦表面を研削して許容しうる範囲内に収めてから、接合工程において、ロータとアダプタとを、前記平坦表面がその許容しうる範囲を逸脱しないように、接着により接合させることができる。さらに、前記ロータおよび前記アダプタを接合させてロータ組立体を形成するので、両者の内径を回転させて、許容しうる範囲の同心性を有する単一の貫通孔を備えた仕上げ処理後のロータ組立体を製造することができる。
【００１０】
本発明の前述した目的およびその他の目的ならびに利点は、以下に記載された詳細な説明において理解されるであろう。前記説明は、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照してされるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る組立型の２つの粉末金属部品を前側からみた展開図である。
【図２】図１に示す構成部品を後側からみた展開斜視図である。
【図３】構成部品が組立てられた状態を前側からみた斜視図である。
【図４】組立てられた構成部品を後側からみた斜視図である。
【図５】仕上げ処理されたロータ組立体を製造する工程を示したフローチャートである。
【図６】本発明を適用することができる部品の斜視図である。
【図７】本発明の適用のために複数構成部品に分解された図６に示す部品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず図１および図２を参照すると、打ち抜き成形した（すなわち「ｂｌａｎｋ」である）アダプタ１０と、ロータ１２とで構成されたロータ組立体１４が示されており、アダプタ１０とロータ１２とは、互いに対して接着剤により接合されるように構成されており、ロータ組立体１４に仕上げ作業を施すと仕上げ処理を施された（ｆｉｎｉｓｈｅｄ）ロータ組立体（仕上がり済みロータ組立体）が構成される。
【００１３】
アダプタ１０およびロータ１２は、いずれも粉末冶金法を用いて形成される。典型的には、粉末金属とバインダー材料とを工具・金型一式内で一軸圧縮して、粉末金属で構成された予備成形物を形成した後、当該粉末金属で構成された予備成形物を焼結して焼結部品を形成する。なお、この成形プロセスの間に当業者に知られた他の工程を用いてもよい。例えば、以下のものに限定される趣旨ではないが、炭素含有量を下げるために焼結に先立ってバインダー材料を部分的に焼き取る、焼結部品に対する鍛造処理、鋳造処理または熱処理を施す、などである。また、複数の外側給油孔５８Ａ、内側給油孔５８Ｂからなる孔部を説明の便宜上図１ないし図４には記載するものとしたが、かかる外側給油孔５８Ａ、内側給油孔５８Ｂは典型的には圧縮または焼結処理の間に形成されるのではなく、典型的には焼結処理の後で、あるいは両部品を組立てた後で穴開けされると考えられる。
【００１４】
図１ないし図４を参照すると、打ち抜き成形したアダプタ１０の細部が図示されている。この打ち抜き成形したアダプタ１０（以下、単に「アダプタ１０」と表記する）は、略筒状とされたアダプタ本体１８を有しており、このアダプタ本体１８には、径方向内側に向いている内表面２１または内径と、軸方向に延在されたアダプタ貫通孔２０とが設けられている。また、アダプタ１０には、ロータ１２と係合される接続端部２２が設けられており、この接続端部２２には、径方向外側に向いている複数のアダプタ側接合面２４（インタフェース表面）とそれらの間に配置された複数のリセス２６とが設けられている。複数のリセス２６は、アダプタ側接合面２４に対して径方向にずらして設けられている。
【００１５】
ロータ１２の細部についても同じく図１ないし図４に図示されている。ロータ１２は、第１の平坦表面３０から第２の平坦表面３２へ延在された略筒状の形状を有するロータ本体２８を有している。第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２は、本質的に互いに平行とされかつともに回転軸Ａ−Ａ線に対して垂直に設けられている。また、ロータ本体２８には、その径方向外側に向いている外表面３４に対して所定の角度をつけて離隔するように延在された複数の歯部３６が設けられている。
【００１６】
ロータ本体２８には、アダプタ１０の接続端部２２と係合する接続部分と、ロータ１２およびアダプタ１０を接合させて仕上げ加工を施した後で組立体貫通孔の一部分をなす部分とを有する、軸方向に延在されたアダプタ接続用貫通孔３８が設けられている。そして、回転軸Ａ−Ａ線に対して垂直に延在された棚状部（ｌｅｄｇｅ）４０によって、これらの２つの部位が分離されている。棚状部４０の一方側に設けられていて、アダプタ１０の接続端部２２と係合するように構成された、アダプタ接続用貫通孔３８の部位には、径方向内側に向いている複数のロータ側接合面４２（インタフェース表面）が設けられており、これらのロータ側接合面４２の間には、複数のリセス４４が設けられている。複数のリセス４４は、複数のロータ側接合面４２に対して径方向にずらして設けられている。
【００１７】
棚状部４０の他方側には、径方向内側に向いている内表面４６が設けられており、この内表面４６によってロータ貫通孔４８が規定されている。このロータ貫通孔４８は、ロータ１２とアダプタ１０とが接着剤により接合（以下、「接着接合」という）された後で、回転されて仕上げ処理を施した組立体貫通孔５６の一部をなすように構成されている。
【００１８】
ロータ１２およびアダプタ１０は、図５に概略を示した態様により接合されて、仕上げ処理前のロータ組立体１４を構成するものとされており、ステップ１１８を経た後、仕上げ処理済みロータ組立体を構成するものとされている。仕上げ処理済みロータ組立体は、組立て後に仕上げ加工を施す表面（ボアの内径ＩＤなど）が機械加工されるであろう点を除けば、図３および４において前記仕上げ処理前の組立体と同じような外観を呈している。
【００１９】
まず、圧縮ステップ（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐ）１１０において、アダプタ１０およびロータ１２を各別に圧縮し、続いて焼結ステップ（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１２において各別に焼結して、図１および図２に分離した状態で記載した各構成部品として構成する。次に、接合前機械加工工程（ｐｒｅ‐ｊｏｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１４において、ロータ１２の第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２に対して、ロータ１２とアダプタ１０との接合に先立って研削を施す。図示した形態においては、第１の平坦表面３０および第２の平坦表面３２に対して精密研削（ｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）およびブラシデバリング（ｂｒｕｓｈ ｄｅｂｕｒｒｉｎｇ）を用いて仕上げ加工を施すことで、総許容誤差１５ミクロン未満のものが得られる。しかしながら、他のタイプの粉末金属部品どうしを接合する場合には、接合前機械加工工程１１４は、当業者において周知の他のタイプの機械加工作業を含むことができる。
【００２０】
さらに、接合工程（ｊｏｉｎｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１６において、ロータ１２の接続部分とアダプタ１０の接続端部２２とを互いに接着剤により接合して、図３および図４に示すロータ組立体１４を構成する。ここでは、まず、ビード状の接着剤５０を、図２に示すごとくロータ１２のロータ側接合面４２に塗りつける。その後、アダプタ１０の接続端部２２を、アダプタ１０が棚状部４０と当接またはそれに接近するまで、ロータ１２のアダプタ接続用貫通孔３８の接続部分内に伸縮自在にスライド挿入させる。この挿入動作の間、接着剤５０が、ロータ１２の接合面４２とアダプタ１０の接合面２４とをそれぞれ濡らし、接着剤５０によってロータ１２およびアダプタ１０の間のシールが構成される。このシールは、仕上げ処理済みロータ組立体１６における接着接合された接合面における後述する給油孔５８を介しての油圧油の漏れ出しを防ぐものである。接着剤５０は、常温（例えば典型的には摂氏１２０度以下）または常温に近い温度にて、好ましくは外部熱を加えずに、放置されて硬化させ、それにより、ロータ１２をアダプタ１０に接合ないし接着させる。
【００２１】
接着剤５０は、ビードを（ロータ１２およびアダプタ１０のいずれかの）接合面に塗りつける方法とは異なる他の様々な態様にて適用されることができる。また、接着剤５０をロータ１２のロータ側接合面４２に塗りつけるのに加えてまたはそれに代えて、接着剤５０を、アダプタ１０の接合面２４にも塗りつけてもよい。さらに、接着剤５０は、複数の他の態様にて、例えば、以下に示すものに限るものではないが、接合面の上でそれをブラッシングする、あるいは接合面に噴霧するといった具合に、アダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２上に塗り拡げることができる。接着剤５０は、部分的にロータ１２およびアダプタ１０の細孔内に進入してもよく、それにより前記２つの構成部品間の接合がより一層強化される。
【００２２】
接着剤としては様々なタイプのものを用いることができる。接着剤５０は、好ましくは、硬化するのに酸素への暴露を必要としない嫌気性の接着剤である。また、接着剤５０は、２以上の成分を混合することで活性化するエポキシ樹脂であってもよい。しかしながら、金属とともに使用するのに適した任意の接着剤を用いて前記構成部品どうしを接合させることができる。
【００２３】
特に注目すべきは、常温で硬化する（すなわち外部熱を加えなくても硬化する）接着剤５０を、ロータ１２とアダプタ１０とを接合する手段として用いれば、第１の平坦表面３０または第２の平坦表面３２が許容しうる寸法的範囲から逸脱してしまうような応力の発生や熱的変形が惹起されない点である。対照的に、もしロータ１２およびアダプタ１０が、ろう付け、溶接または金属構成部品どうしを接合するのに用いられるその他の高温接合工程によって接合されるならば、熱的変形が生じやすく、それにより平坦表面３０，３２を接合前機械加工で得られた許容しうる範囲から逸脱しまうことがある。
【００２４】
アダプタ１０およびロータ１２に、前記接合面に沿って複数の連結部を設けることも考えられる。これらの連結部は、アダプタ１０側のリセス２６およびロータ１２側のリセス４４が設けられた場所に設けられる。これらの連結部は、構成部品どうしの接着剤による接合に代替するものではなくそれを補助するためのものである。就役中のロータ組立体１６が回転軸Ａ−Ａ周りに高度の回転ストレスに晒されると、かかる複数の連結部は、アダプタが、前記接着面に沿って前記ロータ１２から乖離しようとする作用を防ぐ干渉部として機能することができる。
【００２５】
図１および図２に示したような一の形態において、径方向に延在された一または複数の連結部としての畝部（ｒｉｄｇｅ）および溝部（ｇｒｏｏｖｅ）の組み合わせが、前記接合面に沿って形成されており、かかる畝部と溝部とにより２つの構成部品どうしが相互に連結される。すなわち、アダプタ１０には、ロータ１２のリセス４４の１つと密に嵌合する畝部２７が設けられている。
【００２６】
アダプタ１０の接続端部２２を伸縮自在にアダプタ接続用貫通孔３８内に挿入すると、アダプタ１０に設けられた畝部２７が、ロータ１２に設けられた相手方のリセス４４内にスライド進入して、構成部品どうしを相対的回転がないように連結させる。もちろん、複数組の畝部と溝部とが、接合面に沿って設けられてもよい。さらに、第１の構成部品は、相手方溝部および畝部を有する第２の構成部品と相互連結するための複数の畝部と複数の溝部とを有してもよい。
【００２７】
複数の畝部と複数の溝部とで構成された連結部を一例として説明したが、構成部品どうしを連結するのに適した他の形状の連結部であってもよい。第１の構成部品の一部分が第２の構成部品の一部分と連結されて極度の応力下における構成部品どうしの剪断作用を防ぐためのものであれば任意の形状で好適である。さらに、ある形態においては、第１の構成部品に設けられたリセスと前記第２の構成部品に設けられたリセスとの間に連結部と同じ機能を果たすようなキー部を設けてもよいであろう。
【００２８】
また、アダプタ１０は、複数の態様にてロータ１２内に挿入することができることに留意すべきである。しかしながら、好ましい形態においては、アダプタ１０とロータ１２との係合部分の形状は、アダプタ１０とロータ１２とをぴったり拘束するのに必要な嵌合を実現することができるようなサイズを有するものであれば十分であろう。
【００２９】
ロータ１２とアダプタ１０とが接着により接合されて仕上げ処理前のロータ組立体１４が形成された後、接合後機械加工ステップ１１８において、仕上げ処理前のロータ組立体１４に対して様々な接合後機械加工作業を施して、接着接合されたうえで接合後機械加工作業を施された組立体としての、仕上げ処理済みのロータ組立体１６（図４）を形成することができる。
【００３０】
図示した形態においては、これらの接合後機械加工作業には、アダプタ１０の外表面（外径）を回転させて径方向外側に向いている仕上げ処理後の（ないし仕上がり済みの）アダプタ外表面５７を形成する、あるいは組立体貫通孔５６の内表面（内径）を回転させるなどが含まれるところ、この組立体貫通孔５６は、アダプタ１０のアダプタ貫通孔２０とロータ１２のロータ貫通孔４８とで構成されるものである。これらの直径を、アダプタ１０およびロータ１２が接着により接合された後で回転させることで、仕上げ処理後のロータ組立体１６において非常に厳格な同心性要件が実質的に保証されることになる。
【００３１】
さらに、アダプタ１０とロータ１２との接合後、ロータ１２における外側給油孔５８Ａとアダプタ１０における内側給油孔５８Ｂとからなる給油孔５８を、仕上げ処理後のロータ組立体１６の外側表面６０から組立体貫通孔５６まで延在する給油孔５８として機械加工により設けることができる。給油孔５８が接着面の領域を貫通して延在されているので、接合面にわたって接着剤５０によって形成された前述したシールの存在が、オイルが仕上がり済みアダプタ５２および仕上がり済みロータ５４の間の接合部において漏れ出さないように確保するうえで重要となる、なんとなれば、接合面に沿ってオイルが漏れ出すのは、完成品としての仕上げ済みロータ組立体１６のパフォーマンスの観点から有害であるからである。
【００３２】
ロータ側接合面４２には、ロータ側リブ構造７０が設けられており、このロータ側リブ構造７０は、ロータ側接合面４２に包囲された部分に突出形成されており、互いに離隔して設けられた複数の脚部７２であって、周方向に延在されたリブ基部７６によってそれらの内側端部において互いに接続された当該複数の脚部７２を有している。
【００３３】
給油孔５８は複数の脚部７２の間に設けられており、ロータ１２の複数の脚部７２の各端部は、アダプタ１０の複数の脚部７８の間に嵌合し、およびアダプタ側リブ構造８２におけるリブ基部８０の側部に当接するように構成されている。このアダプタ側リブ構造８２は、外側へ向いているアダプタ側接合面２４の一部をなしかつアダプタ側接合面２４の周囲部分から突出形成されている。組立てられた状態では、給油孔５８は、ロータ側リブ構造７０とアダプタ側リブ構造８２とによって包囲され、アダプタ１０におけるリブ基部８０の側部に当接するロータ１２の複数の脚部７２が、給油孔５８を四方から包囲して、リブ７２の端部付近における漏出経路を遮断する。理想的には、ロータ１２の複数の脚部７２の側部は、アダプタ１０の複数の脚部７８の側部とも当接するのがよく、それにより複数の脚部７２の端部付近における漏出がないように確保するべきである。
【００３４】
接着剤５０は、一のリセス４４から次のリセス４４へと、ロータ側接合面４２と平坦表面３０とが出合うエッジ部分に沿って延在するように塗りつけた、ロータ側接合面４２上のビードとして適用されてもよい。アダプタ１０がロータ１２に挿入されると、アダプタ１０が、ビード状の接着剤５０をロータ側接合面４２に沿ってロータ１２の内側へと拭いとり、ここで、軸方向に延在している複数の脚部７２に沿ってアダプタ側接合面２４とロータ側接合面４２との重なる部分が接着剤５０によって、接着剤５０の先端部の後側においてロータ側接合面４２に沿って内側へと濡らされていく。挿入作業によって横断方向に延在されたリブ基部７６が到達されると、アダプタ１０がロータ１２内に挿入される挿入方向に対して横方向に延在されている複数の脚部７２間のリブ基部７６の先端部が、さらなるロータ１２の挿入に対応して接着剤５０をふき取り、接着剤５０が棚状部４０上に到達（ｓａｇ ｏｎｔｏ）することを防ぐ。これは、接着剤５０をアダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２の間に保持すること、特に、複数の脚部７２の間の領域に保持することを助け、そして、アダプタ側接合面２４とロータ側接合面４２とを接合する接着剤５０の十分な量を確保することを助ける。
【００３５】
ロータ側リブ構造７０およびアダプタ側リブ構造８２は、ロータ側接合面４２およびアダプタ側接合面２４の近接する部位の上にそれぞれ突出形成されており、各リブ構造７０，８２および各対向している接合面２４，４２との間の小さなクリアランス（例えば直径上で１４０ミクロン）に対して、小さな干渉部が創出されるようになっている（例えば直径上で９０ミクロン）。リブ構造を設けることで、ロータ１２およびアダプタ１０の間の接合部における給油孔５８の漏れ出しの可能性を小さくし、ロータ１２およびアダプタ１０を互いに対して径方向に位置付けるのがより一層容易となる。
【００３６】
加えて、これらのリブ構造は、リブ構造によって互いに対して離隔された近接するアダプタ側接合面２４およびロータ側接合面４２の間の接着剤５０が存在しているところの小さなクリアランスを維持する。これにより、部品が組立てられるときに接着剤５０が接合面から完全にきれいにふき取られないように確保される（完全にふき取られる状態は、接合面の間にクリアランスが存在しない場合に起こりうる事態である）。また、リブ構造および対向する接合面の間にクリアランスが存在すれば、接着剤５０は、それらのスペースにも充填されるであろう。また、リブ構造を設けることで、ロータ１２とアダプタ１０とを組立てるのに必要な挿入力が低減される。例えば、接合面どうしの間に干渉部が存在する状態で、リブ構造なければ挿入力は数千ポンドに達しうるであろうけれども、リブ構造を設ければ、挿入力は１５０ないし２００ポンドに低減させることができる。
【００３７】
前述した実施形態は、ロータ１２とアダプタ１０とを接合して仕上げ処理後のロータ組立体１６を得ることを記載したものであるが、この方法は、第１の粉末金属部品と第２の粉末金属部品とから形成される任意の点数の粉末金属部品アセンブリを形成するためにも用いることができる。さらに、雄型／雌型接合部は、構成部品間で入れ替えてもよく、例えば、ロータ１２が接合の間にアダプタ内に延在される部分を有してもよい。
【００３８】
図６には、変形例１００が図示されており、２つの略筒状とされた部品（すなわち一方の部品１０２および他方の部品１０４）が、それらの間に介在された小部材１０６を介して接合されている。この小部材１０６に隣接している精密表面１０８および精密表面１１０が精度を要求される表面である場合、または、もしこれらの表面の間のスペーシングが精確でなければならないならば、あるいは、一方の部品１０２および他方の部品１０４の個々の長さが、部品全体としての全長を維持すべく精確でなければならない場合には、機械加工では克服すべき課題が生じる。かかる課題は、小部材１０６が非円形であるとさらに深刻化する。
【００３９】
このような問題を解決するために、本発明を適用することができ、部品どうしは図７に示すごとく分離される。各部品は、焼結された粉末金属で構成されており、機械加工困難な精密表面１０８および精密表面１１０は、組立体を形成するのに先立って、精密研削（ｆｉｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）またはラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）といった通常の機械加工を用いて精確に機械加工される。部品どうしは、その後、本発明にしたがって接着接合されることができ、任意の後工程的な機械加工または仕上げ加工工程を施すこともできる。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態を相当程度の詳細性をもって説明したところであるが、以上説明したところの好ましい実施形態に対して様々な変更や変形が可能であることは当業者において明らかであると思われる。したがって、本発明は、ここに記載した実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したとおり、粉末金属部品の組立体を形成するために構成部品どうしを接着接合する方法を用いることで、ろう付けまたは溶接といった高温接合方法を用いて複数の粉末金属部品どうしを接合する従来の方法と比較して多くの顕著な利便性が提供される。前述した方法により製造された組立体における複数の粉末金属部品は、高温接合方法を用いて製造されたものに比べてはるかに良好な程度に接合前の形状を保持するであろう。したがって、複雑な形状を有しつつも、一体成形されるべき部位において実現するには時間がかかるおよび／または費用がかかる厳格な寸法的要件をみたすことができるような組立体を提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０ アダプタ
１２ ロータ
１４ ロータ組立体（仕上げ処理前のロータ組立体）
１６ ロータ組立体（仕上げ処理済みロータ組立体）
１８ アダプタ本体
２０ アダプタ貫通孔
２１ 内表面（内径）
２２ 接続端部
２４ アダプタ側接合面（インタフェース表面）
２６ リセス
２７ 畝部
２８ ロータ本体
３０ 第１の平坦表面
３２ 第２の平坦表面
３４ 外表面
３６ 複数の歯部
３８ アダプタ接続用貫通孔
４０ 棚状部
４２ ロータ側接合面（インタフェース表面）
４４ 複数のリセス
４６ 内表面
４８ ロータ貫通孔
５０ 接着剤
５２ 仕上がり済みアダプタ
５４ 仕上がり済みロータ
５６ 組立体貫通孔
５７ アダプタ外表面
５８ 給油孔
５８Ａ 外側給油孔
５８Ｂ 内側給油孔
６０ 外側表面
７０ ロータ側リブ構造
７２ 脚部
７６ リブ基部
８０ リブ基部
８２ アダプタ側リブ構造
１０２ 一方の部品
１０４ 他方の部品
１０６ 小部材
１０８ 精密表面
１１０ 精密表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の粉末金属部品と、前記第１の粉末金属部品に接合された第２の粉末金属部品とで構成された粉末金属部品組立体において、
（イ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品には、該第１の粉末金属部品と該第２の粉末金属部品との接合部をなす接合面がそれぞれ設けられ、
（ロ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方には、該第１の粉末金属部品の接合面および該第２の粉末金属部品の接合面に隣接した少なくとも１つの表面が設けられ、
（ハ）前記少なくとも１つの表面が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とが接合されるのに先立って機械加工を施された該表面とされ、かつ、
（ニ）前記第１の粉末金属部品の接合面と前記第２の粉末金属部品の接合面とが、接着剤によって互いに接合されている
ことを特徴とする粉末金属部品組立体。
【請求項２】
前記第１の粉末金属部品がアダプタで構成され、前記第２の粉末金属部品が研削された平坦面を有するロータで構成され、かつ、前記粉末金属部品組立体が、ＶＶＴエンジン用ロータ組立体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項３】
前記粉末金属部品組立体には、その軸方向に延在されていて、仕上げ処理を施された、貫通孔が設けられ、かつ、前記貫通孔が、前記アダプタと前記ロータとを前記接着剤によって接合させた後に該貫通孔となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項４】
前記第１の構成部品および前記第２の構成部品には、それぞれ、前記複数の接合面に隣接して、径方向に延在された少なくとも１つの連結部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項５】
前記接着剤が、外部熱を加えなくても硬化する接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項６】
前記接着剤が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品との間におけるシールをなしていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項７】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、該少なくとも一方の接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項８】
前記複数の接合面には、それぞれ、該複数の接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項９】
前記複数のリブ構造が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とが組立てられた状態において互いに干渉しあうように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１０】
前記複数の接合面には、該複数の接合面を貫通して給油孔が延在され、かつ、前記給油孔が、前記複数の接合面の少なくとも一方から突出された前記少なくとも１つのリブ構造によって少なくとも部分的にシールされていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１１】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、リブ構造が設けられ、前記リブ構造が、前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方をその他方に対して挿入する挿入方向に対して横断方向に延在され、かつ、前記リブ構造には、前記接着剤を前記複数の接合面どうしの間に維持するための横断方向エッジが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１２】
共通の回転軸を有する仕上がり済みロータと仕上がり済みアダプタとからなる組立体で構成された、ＶＶＴエンジン用の粉末金属ロータにおいて、
（イ）前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが、粉末金属材料で構成され、
（ロ）前記仕上がり済みロータには、互いに平行に延在されかつ前記回転軸に対して垂直に延在された、一対の機械加工を施された表面が設けられ、かつ、
（ハ）前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが、該仕上がり済みアダプタの接合面とこの接合面に対向している該仕上がり済みロータの接合面との間に設けられた接着剤によって、該複数の接合面によって規定された接合部を介して、互いに接合されている
ことを特徴とする粉末金属ロータ。
【請求項１３】
前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとの間の接合部が、前記仕上がり済みロータの前記一対の機械加工を施された表面に対して垂直方向に延在されていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属ロータ組立体。
【請求項１４】
前記仕上がり済みロータおよび前記仕上がり済みアダプタには、それぞれ、前記接合部の近くに設けられかつ前記粉末金属ロータ組立体の径方向に延在された少なくとも１つの連結部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の粉末金属ロータ組立体。
【請求項１５】
（イ）前記接着剤が前記複数の接合面どうしを濡らすことで、該接着剤によって前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとの間のシールが構成され、（ロ）前記シールには、該シールを貫通して延在された給油孔が設けられ、かつ、（ハ）前記シールが、前記粉末金属ロータ組立体内の油圧油が前記給油孔を介して漏れ出すことを防ぐように設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の前記粉末金属ロータ組立体。
【請求項１６】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、該接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１７】
前記複数の接合面が、該複数の接合面から突出されたリブ構造をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１８】
前記複数のリブ構造が、前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが組立てられた状態において互いに干渉しあうように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１９】
前記複数の接合面には、該複数の接合面を貫通して延在された給油孔が設けられ、かつ、前記給油孔が、前記複数の接合面の少なくとも一方から突出された少なくとも１つのリブ構造によって少なくとも部分的にシールされていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項２０】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、リブ構造が設けられ、前記リブ構造が、前記一方の接合面をその他方に対して挿入する挿入方向に対して横断方向に延在され、かつ、前記リブ構造には、前記接着剤を前記複数の接合面どうしの間に維持するための横断方向エッジが設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項２１】
（ａ）第１の粉末金属予備成形物と第２の粉末金属予備成形物とをそれぞれ圧縮する工程と、
（ｂ）前記第１の粉末金属予備成形物を焼結して第１の粉末金属部品を成形するとともに前記第２の粉末金属予備成形物を焼結して第２の粉末金属部品を成形する工程と、
（ｃ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方における少なくとも１つの表面に対して機械加工を施す工程と、
（ｄ）前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを、接着剤を用いて接合部に沿って互いに接合して粉末金属部品組立体を構成する工程と、
を有する複数の粉末金属部品を接合する方法であって、
前記機械加工を施した少なくとも１つの表面を、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する前記接着剤を有する前記接合部に近接して設ける
ことを特徴とする複数の粉末金属部品を接合する方法。
【請求項２２】
（イ）前記第１の粉末金属部品をロータとして構成し、前記第２の粉末金属部品を打ち抜き成形したアダプタとして構成し、（ロ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の一方の少なくとも１つの表面に対して機械加工を施す（ｃ）工程において、前記ロータの研削された平坦表面を研削して仕上がり済みロータを形成し、かつ、（ハ）前記接着剤によって、前記仕上がり済みロータと前記打ち抜き成形したアダプタとの間のシールを構成する
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する（ｄ）工程に続いて、前記打ち抜き成形したアダプタの内径と外径とを回転させて、前記仕上がり済みロータに接着剤で接合させた仕上がり済みアダプタを形成することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記仕上がり済みアダプタと前記仕上がり済みロータとが、共通の回転軸を有していることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記仕上がり済みアダプタと前記仕上がり済みロータとに、それぞれ、前記接合部の近くに、回転応力が作用する状態における前記粉末金属部品組立体の強度を増大させる連結部を設ける
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する（ｄ）工程を、外部熱を加えずに行うことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項１】
第１の粉末金属部品と、前記第１の粉末金属部品に接合された第２の粉末金属部品とで構成された粉末金属部品組立体において、
（イ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品には、該第１の粉末金属部品と該第２の粉末金属部品との接合部をなす接合面がそれぞれ設けられ、
（ロ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方には、該第１の粉末金属部品の接合面および該第２の粉末金属部品の接合面に隣接した少なくとも１つの表面が設けられ、
（ハ）前記少なくとも１つの表面が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とが接合されるのに先立って機械加工を施された該表面とされ、かつ、
（ニ）前記第１の粉末金属部品の接合面と前記第２の粉末金属部品の接合面とが、接着剤によって互いに接合されている
ことを特徴とする粉末金属部品組立体。
【請求項２】
前記第１の粉末金属部品がアダプタで構成され、前記第２の粉末金属部品が研削された平坦面を有するロータで構成され、かつ、前記粉末金属部品組立体が、ＶＶＴエンジン用ロータ組立体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項３】
前記粉末金属部品組立体には、その軸方向に延在されていて、仕上げ処理を施された、貫通孔が設けられ、かつ、前記貫通孔が、前記アダプタと前記ロータとを前記接着剤によって接合させた後に該貫通孔となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項４】
前記第１の構成部品および前記第２の構成部品には、それぞれ、前記複数の接合面に隣接して、径方向に延在された少なくとも１つの連結部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項５】
前記接着剤が、外部熱を加えなくても硬化する接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項６】
前記接着剤が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品との間におけるシールをなしていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項７】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、該少なくとも一方の接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項８】
前記複数の接合面には、それぞれ、該複数の接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項９】
前記複数のリブ構造が、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とが組立てられた状態において互いに干渉しあうように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１０】
前記複数の接合面には、該複数の接合面を貫通して給油孔が延在され、かつ、前記給油孔が、前記複数の接合面の少なくとも一方から突出された前記少なくとも１つのリブ構造によって少なくとも部分的にシールされていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１１】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、リブ構造が設けられ、前記リブ構造が、前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方をその他方に対して挿入する挿入方向に対して横断方向に延在され、かつ、前記リブ構造には、前記接着剤を前記複数の接合面どうしの間に維持するための横断方向エッジが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１２】
共通の回転軸を有する仕上がり済みロータと仕上がり済みアダプタとからなる組立体で構成された、ＶＶＴエンジン用の粉末金属ロータにおいて、
（イ）前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが、粉末金属材料で構成され、
（ロ）前記仕上がり済みロータには、互いに平行に延在されかつ前記回転軸に対して垂直に延在された、一対の機械加工を施された表面が設けられ、かつ、
（ハ）前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが、該仕上がり済みアダプタの接合面とこの接合面に対向している該仕上がり済みロータの接合面との間に設けられた接着剤によって、該複数の接合面によって規定された接合部を介して、互いに接合されている
ことを特徴とする粉末金属ロータ。
【請求項１３】
前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとの間の接合部が、前記仕上がり済みロータの前記一対の機械加工を施された表面に対して垂直方向に延在されていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属ロータ組立体。
【請求項１４】
前記仕上がり済みロータおよび前記仕上がり済みアダプタには、それぞれ、前記接合部の近くに設けられかつ前記粉末金属ロータ組立体の径方向に延在された少なくとも１つの連結部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の粉末金属ロータ組立体。
【請求項１５】
（イ）前記接着剤が前記複数の接合面どうしを濡らすことで、該接着剤によって前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとの間のシールが構成され、（ロ）前記シールには、該シールを貫通して延在された給油孔が設けられ、かつ、（ハ）前記シールが、前記粉末金属ロータ組立体内の油圧油が前記給油孔を介して漏れ出すことを防ぐように設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の前記粉末金属ロータ組立体。
【請求項１６】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、該接合面から突出されたリブ構造が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１７】
前記複数の接合面が、該複数の接合面から突出されたリブ構造をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１８】
前記複数のリブ構造が、前記仕上がり済みロータと前記仕上がり済みアダプタとが組立てられた状態において互いに干渉しあうように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項１９】
前記複数の接合面には、該複数の接合面を貫通して延在された給油孔が設けられ、かつ、前記給油孔が、前記複数の接合面の少なくとも一方から突出された少なくとも１つのリブ構造によって少なくとも部分的にシールされていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項２０】
前記複数の接合面の少なくとも一方には、リブ構造が設けられ、前記リブ構造が、前記一方の接合面をその他方に対して挿入する挿入方向に対して横断方向に延在され、かつ、前記リブ構造には、前記接着剤を前記複数の接合面どうしの間に維持するための横断方向エッジが設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属部品組立体。
【請求項２１】
（ａ）第１の粉末金属予備成形物と第２の粉末金属予備成形物とをそれぞれ圧縮する工程と、
（ｂ）前記第１の粉末金属予備成形物を焼結して第１の粉末金属部品を成形するとともに前記第２の粉末金属予備成形物を焼結して第２の粉末金属部品を成形する工程と、
（ｃ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の少なくともいずれか一方における少なくとも１つの表面に対して機械加工を施す工程と、
（ｄ）前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを、接着剤を用いて接合部に沿って互いに接合して粉末金属部品組立体を構成する工程と、
を有する複数の粉末金属部品を接合する方法であって、
前記機械加工を施した少なくとも１つの表面を、前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する前記接着剤を有する前記接合部に近接して設ける
ことを特徴とする複数の粉末金属部品を接合する方法。
【請求項２２】
（イ）前記第１の粉末金属部品をロータとして構成し、前記第２の粉末金属部品を打ち抜き成形したアダプタとして構成し、（ロ）前記第１の粉末金属部品および前記第２の粉末金属部品の一方の少なくとも１つの表面に対して機械加工を施す（ｃ）工程において、前記ロータの研削された平坦表面を研削して仕上がり済みロータを形成し、かつ、（ハ）前記接着剤によって、前記仕上がり済みロータと前記打ち抜き成形したアダプタとの間のシールを構成する
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する（ｄ）工程に続いて、前記打ち抜き成形したアダプタの内径と外径とを回転させて、前記仕上がり済みロータに接着剤で接合させた仕上がり済みアダプタを形成することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記仕上がり済みアダプタと前記仕上がり済みロータとが、共通の回転軸を有していることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記仕上がり済みアダプタと前記仕上がり済みロータとに、それぞれ、前記接合部の近くに、回転応力が作用する状態における前記粉末金属部品組立体の強度を増大させる連結部を設ける
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の粉末金属部品と前記第２の粉末金属部品とを接合する（ｄ）工程を、外部熱を加えずに行うことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５２６１８９（Ｐ２０１２−５２６１８９Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０８４５３（Ｐ２０１２−５０８４５３）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４６４２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８９７６
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０７３４１３５６）ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー (20)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４６４２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２８９７６
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５０７３４１３５６）ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー (20)
【Ｆターム（参考）】
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