複合部材の製造方法及び複合部材
【課題】第１部材の貫通孔に第２部材を貫通して固定した複合部材において、第２部材に対して第１部材を精度よく強固に固定できる複合部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１部材１１に第２部材１２より大きい貫通孔１３を設けて貫通孔１３に第２部材１２を貫通させ、貫通孔１３内の第２部材１２に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで第２部材１２を部分的に肥大化し、第２部材１２の肥大部位が貫通孔１３に圧接することで第２部材１２の周囲に第１部材１１を固定する方法であり、貫通孔１３には、小径孔部２３と大径孔部２４と小径孔部２３及び大径孔部２４間に環状の孔内面段差部２６と、を設け、第２部材１２には、小径軸部３３と大径軸部３４と小径軸部３３及び大径軸部３４間に孔内面段差部２１に対向する環状の軸外面段差部２２と、を設け、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接させつつ第２部材１２を肥大化する。
【解決手段】第１部材１１に第２部材１２より大きい貫通孔１３を設けて貫通孔１３に第２部材１２を貫通させ、貫通孔１３内の第２部材１２に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで第２部材１２を部分的に肥大化し、第２部材１２の肥大部位が貫通孔１３に圧接することで第２部材１２の周囲に第１部材１１を固定する方法であり、貫通孔１３には、小径孔部２３と大径孔部２４と小径孔部２３及び大径孔部２４間に環状の孔内面段差部２６と、を設け、第２部材１２には、小径軸部３３と大径軸部３４と小径軸部３３及び大径軸部３４間に孔内面段差部２１に対向する環状の軸外面段差部２２と、を設け、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接させつつ第２部材１２を肥大化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させ、第２部材を部分的に肥大化して貫通孔の内面に圧接することで、第２部材の周囲に第１部材を固定する複合部材の製造方法及び複合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属製の部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化させる所謂、軸肥大技術が種々検討されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、貫通孔を有する金属の被嵌合部材と、貫通孔よりも小径の金属の軸とを軸肥大技術で接合して複合部材を製造することが提案されている。
この特許文献１では、被嵌合部材の貫通孔に軸を挿通し、軸に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化し、肥大化された軸が被嵌合部材の貫通孔の内面に圧接することで、軸に被嵌合部材を接合して複合部材を製造している。
【０００４】
このような軸肥大技術を利用した複合部材の製造方法では、軸に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせる際、適宜条件を調整して軸の肥大率を広い範囲で調整できる。そのため、被嵌合部材の貫通孔に対して軸を十分に肥大化させることで強固に固定可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７８７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の軸肥大技術を利用した複合部材の製造方法では、肥大加工の際、軸に対して被嵌合部材に僅かな位置ずれや傾きが生じる場合があり、安定して高精度に複合部材を製造することができなかった。
また被嵌合部材の貫通孔に対して肥大率が不足するような場合には、被嵌合部材と軸との接合強度が低下することがあり、その場合には軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることがあった。さらにそのような場合に、例えば浸炭処理のような各種の熱処理を施すと、高温時に軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることも考えられた。
【０００７】
そこで、本発明は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通して第２部材を部分的に肥大化して固定する際、第２部材に対して第１部材を精度よく強固に固定できる複合部材の製造方法及び複合部材を提供することを目的とする。また、第１部材が第２部材に対して位置ずれが生じることを防止できる複合部材の製造方法及び複合部材を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の複合部材の製造方法は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させて、貫通孔の内面と第２部材の外面との間の少なくとも一部に間隙を設け、貫通孔内の第２部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで第２部材を部分的に肥大化し、第２部材の肥大した部位が貫通孔に圧接することで第２部材の周囲に第１部材を固定する複合部材の製造方法において、貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、小径孔部及び大径孔部間に環状の孔内面段差部と、を設け、第２部材には、小径孔部に配置される小径軸部と、大径孔部に配置される大径軸部と、小径軸部及び大径軸部間に孔内面段差部に対向する環状の軸外面段差部と、を設け、孔内面段差部と軸外面段差部とを圧接させつつ第２部材を肥大化することを特徴としている。
【０００９】
この製造方法では、第２部材の軸外面段差部より小径軸部側の部位及び第１部材の孔内面段差部と、第２部材の軸外面段差部より大径軸部側の軸外面段差部から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせるのがよい。
その場合、一方側ホルダに第２部材の小径軸部側の部位を保持し、他方側ホルダに第２部材の大径軸部側の部位を保持し、一方側ホルダと第２部材の軸外面段差部との間に第１部材を挟んで一方側ホルダと他方側ホルダとの間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせるのが好適である。
【００１０】
好ましくは、大径孔部には内面段差部側より貫通孔の端部開口側で小さくなる形状を有する抜け止め孔部を設け、第２部材を肥大化することで抜け止め孔部に対応した抜け止め軸部を形成する。
貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、第２部材を肥大化することで嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成すると好ましい。
【００１１】
この製造方法では、第２部材を肥大化した後、第１部材及び第２部材の少なくとも一方の表面を所定形状に切削することができる。
第２部材を肥大化させた後、第１部材及び第２部材の少なくとも一方に熱処理を施すこともできる。
【００１２】
本発明の複合部材は、貫通孔を有する第１部材と、貫通孔に貫通された第２部材とを備え、第２部材を部分的に肥大化して形成した固定部位を、貫通孔の内面に圧接することで第２部材の周囲に第１部材を固定した複合部材において、貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、小径孔部及び大径孔部間に環状に形成された孔内面段差部と、を備え、第２部材には、小径孔部に配置された小径軸部と、大径孔部に配置された大径軸部と、小径軸部及び大径軸部間に孔内面段差部に対向した環状の軸外面段差部と、を備え、孔内面段差部と軸外面段差部とが圧接していることを特徴としている。
【００１３】
この複合部材では、貫通孔の内面には軸線と直交する断面形状が内面段差部側より貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を備え、第２部材には抜け止め孔部に対応した形状を有する抜け止め軸部を備えるのがよい。
好ましくは、貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、第２部材の固定部位には嵌合凹部に対応した形状を有する嵌合突部を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の複合部材の製造方法によれば、第１部材には小径孔部と大径孔部との間に環状の孔内面段差部を設け、第２部材には孔内面段差部に対向する軸外面段差部を環状に設け、孔内面段差部と軸外面段差部とを圧接させつつ第２部材を肥大化する。そのため肥大化する際に、第２部材に対して第１部材の位置ずれや傾きが生じることを防止でき、第２部材に対して第１部材を高精度に配置した複合部材を製造することができる。
【００１５】
本発明の複合部材によれば、第１部材には小径孔部と大径孔部との間に環状の孔内面段差部を備え、第２部材には孔内面段差部に対向する環状の軸外面段差部を備え、孔内面段差部と軸外面段差部とが圧接している。そのため第２部材に対して第１部材の位置ずれや傾きがなく、第２部材に対して第１部材が高精度に配置された複合部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態により製造する複合部材の断面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る製造方法において準備する第１部材及び第２部材を示し、（ｂ）は（ａ）の第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させた状態を示す部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係る製造方法において第２部材を肥大化する加工工程を説明する断面図である。
【図４】（ａ）は第１実施形態に係る製造方法において第２部材を肥大化した後の状態を説明する図、（ｂ）は第２部材の肥大した部位を示す部分断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る第２部材の肥大化前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は第２部材の肥大化後の状態を示す部分断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る第２部材の肥大化前の状態を示す別の位置における部分断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る幾つかの実施の形態について図を用いて説明する。
［第１実施形態］
まず、本実施形態において製造する複合部材について説明する。
複合部材１０は、図１に示すように、貫通孔１３を有する第１部材１１と、第１部材の貫通孔１３に貫通された第２部材１２とを備え、第２部材１２に設けられた固定部位１４の周囲に第１部材１１が固定されている。
【００１８】
第１部材１１は一軸方向に貫通する貫通孔１３を備えた部材であり、第２部材１２に固定された際に貫通孔１３の内面に負荷される圧力に対して十分な強度を有する。この実施形態では第１部材１１は中心に貫通孔１３を設けた金属製の回転体であり、例えば円板、プーリ、ギヤなどであってもよい。貫通孔１３は軸線Ｃに直交した断面形状が円形となっている。
【００１９】
第２部材１２は第１部材１１の貫通孔１３より長い部材であり、軸方向に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化できる材料からなる。第２部材１２は、例えば金属製の中実又は中空シャフト、パイプ等であり、この実施形態では中実の軸体で軸線Ｃと直交した断面が円形となっている。
【００２０】
第２部材１２の固定部位１４は、後述する製造方法により、圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせて第２部材を部分的に肥大化することで軸線Ｃと直交した断面形状を大きくした部位である。
【００２１】
次に、このような複合部材１０を製造する方法について説明する。
この製造方法では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、所定形状の第１部材１１及び第２部材１２を準備して貫通孔１３に第２部材１２を貫通させ、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７にセットして第２部材１２を部分的に肥大する加工を施し、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第１部材１１を第２部材１２の周囲に固定する。この実施形態では、その後、切削加工及び熱処理を施し、図１に示すような複合部材１０を製造する。
【００２２】
図２（ａ）に示す準備工程では、第１部材１１と第２部材１２とを用意する。
第１部材１１には軸線Ｃに沿う貫通孔１３を設ける。第１部材１１の両端面にはそれぞれ中央に突出したボス部１８，１９を設けておき、貫通孔１３はボス部１８，１９を貫通して設ける。一方側のボス部１８の端面は、好ましくは軸線Ｃと直交した面であるのがよい。この第１部材１１は予め作製されたものを用いることができる。
【００２３】
貫通孔１３には、図２（ｂ）に示すように、軸線Ｃに沿う方向の一方側に小径孔部２３を設け、軸線Ｃに沿う方向の他方側に小径孔部２３より大きい直径の大径孔部２４を設ける。さらに小径孔部２３と大径孔部２４との間における貫通孔１３の内面には、大径孔部２４側から小径孔部２３側へ小さくなる形状を有する孔内面段差部２１を設ける。孔内面段差部２１は環状に形成し、貫通孔１３の内面全周に連続させる。
孔内面段差部２１は軸線Ｃに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Ｃに対して一定角度で傾斜するテーパ面としている。
【００２４】
大径孔部２４には、内面段差部２１側よりも貫通孔１３のボス部１９の端部開口側で小さくなる形状を有する抜け止め孔部２６を設ける。
抜け止め孔部２６は貫通孔１３の内面の一部に設けてもよいが、ここでは孔内面段差部２１から大径孔部２４の全長にわたり連続したテーパ面としている。抜け止め孔部２６の端部開口の直径は貫通孔１３の小径孔部２３の直径以上となっている。
【００２５】
このような第１部材１１では、孔内面段差部２１と抜け止め孔部２６とが軸線Ｃに沿って互いに逆方向に断面形状が小さくなるように形成されているため、孔内面段差部２１と抜け止め孔部２６との間が全周で窪んだ嵌合凹部となっている。
【００２６】
一方、第２部材１２には、軸線Ｃに沿う方向の一方側に、貫通孔１３の小径孔部２３内に配置される小径軸部３３を設け、軸線Ｃに沿う方向の他方側に、貫通孔１３の大径孔部２４内に配置される大径軸部３４を設ける。
小径軸部３３の断面形状は小径孔部２３に配置可能であればよいが、本実施形態の小径軸部３３は小径孔部２３より細く、軸線Ｃに沿う方向に一定断面形状が連続している。
大径軸部３４は小径軸部３３及び小径孔部２３より大きく、且つ貫通孔１３の大径孔部２４に対応した円形の断面形状で大径孔部２４より若干細く形成しており、軸線Ｃに沿う方向に一定断面形状が連続している。
小径軸部３３と貫通孔１３の小径孔部２３との間のクリアランス、大径軸部３４と大径孔部２４との間のクリアランスは後述する肥大加工が可能な間隙であれば適宜設定可能である。小径軸部３３及び小径孔部２３の嵌め合い精度と、大径軸部３４及び大径孔部２４の嵌め合い精度との少なくとも一方を適度に設定することで、後述する肥大化工程で取付作業時や運搬作業時などに部品の脱落やズレが生じることを抑制できる。
【００２７】
小径軸部３３と大径軸部３４との間には、第１部材１１の孔内面段差部２１に軸線Ｃに沿う方向に対向する軸外面段差部２２を設ける。軸外面段差部２２は第２部材１２の側面全周に環状に連続するように設けるのがよい。
軸外面段差部２２は、大径軸部３４側から小径軸部３３側に向けて小さくなる形状を有し、孔内面段差部２１と軸線Ｃに沿う方向に当接可能な形状に形成する。軸外面段差部２２は軸線Ｃに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Ｃに対して一定角度で傾斜するテーパ面として形成している。
【００２８】
次いで、このような第１部材１１及び第２部材１２を用いて肥大化工程を行うために、図２（ｂ）に示すように、第２部材１２を第１部材１１の貫通孔１３に貫通させ、第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に当接させる。
【００２９】
肥大化工程では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、貫通孔１３内に配置した第２部材１２に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで、第２部材１２を部分的に肥大化する。この実施形態では、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７に第１部材１１及び第２部材１２をそれぞれ保持させ、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７を介して第２部材１２に荷重を負荷することで、圧縮応力及びせん断応力を生じさせる。一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７は適宜な構成を選択でき、ここでは詳細な構成の図示は省略している。
【００３０】
この肥大化工程で用いる一方側ホルダ１６は、第１部材１１のボス部１８と、第１部材１１の貫通孔１３から突出した第２部材１２の一方側と、を保持する。このような一方側ホルダ１６は、第１部材１１及び第２部材の一方側に軸線Ｃに沿う荷重を負荷可能であると共に回転自在に構成されている。
【００３１】
肥大化工程で用いる他方側ホルダ１７は、第２部材１２の他方側を軸線Ｃ方向の移動不能に保持する。この他方側ホルダ１７は、第２部材１２の他方側を保持して回転駆動可能であると共に、一方側ホルダ１６に保持された第２部材１２に対して角度を調整可能となっている。この実施形態では、他方側ホルダ１７が、第１部材１１の貫通孔１３内に配置された第２部材１２の軸線Ｃ上の点を中心に角度を調整可能である。
【００３２】
一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７を用いて第２部材１２を部分的に肥大化するには、図３（ａ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７に第１部材１１及び第２部材１２を保持させて軸線Ｃが直線となるようにセットする。
このとき、他方側ホルダ１７の端面が第１部材１１から離間した位置に配置される。他方側ホルダ１７と第１部材１１との間の間隙は、第２部材１２の肥大化に伴う第２部材１２の長さの収縮量以上となっている。これにより、第２部材１２のうち第１部材１１の貫通孔１３内に配置された部分を十分に肥大化できる。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、他方側ホルダ１７を回転駆動して第１部材１１及び第２部材１２を一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７と共に回転させ、一方側ホルダ１６により加圧することで、第２部材１２に圧縮荷重を負荷する。
【００３４】
一方側ホルダ１６と他方側ホルダ１７との間に圧縮荷重を負荷すると、第１部材１１が一方側ホルダ１６に保持されているため、第１部材１１に設けられた貫通孔１３の孔内面段差部２１と第２部材１２の軸外面段差部２２とが圧接する。
これにより、一方側ホルダ１６と第２部材１２の軸外面段差部２２との間に第１部材１１の孔内面段差部２１及び小径孔部２３の周囲が挟まれ、一方側ホルダ１６の加圧力が第１部材１１を介して軸外面段差部２２に伝達される。そして第２部材１２の軸外面段差部２２より小径軸部３３側の部位及び第１部材１１の孔内面段差部２１と、第２部材１２の軸外面段差部２２より大径軸部３４側の軸外面段差部２２から離間した部位と、の間に圧縮荷重が負荷される。
【００３５】
さらに図３（ｂ）に示すように、加圧及び回転を継続しつつ、他方側ホルダ１７の角度θを変化させる。これにより、第１部材１１の貫通孔１３内に配置された部位を中心に、第２部材１２に軸線Ｃと交差する方向にせん断応力を生じさせる。第２部材１２が回転していることから、回転に伴い第２部材１２の全周方向に変化するせん断応力が第２部材１２に繰り返し生じる。一方側ホルダ１６に対して他方側ホルダ１７を所定角度θに保って第２部材１２を回転させるため、周期的に変化する所定のせん断応力が、第２部材１２の全周方向に均等に生じる。
第２部材１２の他方側ホルダ１７に保持された部位の軸線Ｃの曲げ角度θは、材料に応じて選択するのがよい。
【００３６】
圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで、徐々に第２部材１２の貫通孔１３内に配置された部分が肥大化する。肥大加工中には第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に圧接させた状態が維持されている。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、第２部材１２の大径軸部３４が貫通孔１３の大径孔部２４の内面全体に肥大化した後、第２部材１２の軸線Ｃ全体が直線となるように他方側ホルダ１７の角度を変化させ、圧縮荷重を解除し、肥大加工を終了する。
【００３８】
その後、図４（ａ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７から第１及び第２部材１２が一体化した状態の複合部材１０を取り出す。
この複合部材１０では、第２部材１２の肥大した部位が貫通孔１３に圧接することで、第２部材１２の周囲に第１部材１１が強固に固定されている。
肥大化工程で十分に肥大化したことで、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３内で第２部材１２が貫通孔１３内全体に肥大化して、第２部材１２が貫通孔１３の内面に対応した形状に変形し、貫通孔１３の内面に第２部材１２が圧接されて固定部位１４が形成されている。また固定部位１４には抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７が形成され、抜け止め軸部２７と軸外面段差部２２との間が全周で嵌合突部となっている。
【００３９】
この実施形態では、第１部材１１を第２部材１２に固定した後、機械加工を施し、第１部材１１及び第２部材１２の表面を所定形状に切削する。このとき、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の外側で肥大化した部位３５及び各ボス部１８，１９を除去し、各部を所望の形状及び精度に加工することができる。また第１部材１１及び第２部材１２に焼入処理や浸炭処理等の熱処理を施し、その後所定精度に追加工を行うこともできる。
これにより図１に示すような複合部材１０が完成する。
【００４０】
このように製造された複合部材１０では、図１に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の内面に環状の孔内面段差部２１を備え、第２部材１２には孔内面段差部２１に対向する環状の軸外面段差部２２を備え、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが圧接している。
またこの複合部材１０では、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の内面に嵌合凹部を備え、第２部材１２の固定部位１４には嵌合凹部に対応した嵌合突部を備えている。さらに第１部材１１の貫通孔１３の内面には貫通孔１３の断面形状が他方側に向けて小さくなる形状を有する抜け止め孔部２６を備え、第２部材１２には抜け止め孔部２６に対応した形状を有する抜け止め軸部２７を備えている。
【００４１】
以上のようにして複合部材を製造すれば、第１部材１１には小径孔部２３と大径孔部２４との間に環状に形成される孔内面段差部２１を設け、第２部材１２には孔内面段差部２１に対向する軸外面段差部２２を環状に設け、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接させつつ第２部材１２を肥大化している。そのため肥大加工中に第１部材１１が第２部材１２に対して特定位置に配置された状態で維持され、第１部材１１を第２部材１２に対して正確に位置決めして肥大加工できる。その結果、第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれや傾きが生じることを防止でき、第２部材１２に対して第１部材１１が高精度に配置されて強固に固定された複合部材１０を製造できる。
【００４２】
この製造方法では、第２部材１２の一方側を保持する一方側ホルダ１６と第２部材１２の軸外面段差部２２との間に、第１部材１１を挟んだ状態で圧縮荷重を負荷して圧縮応力を生じさせている。そのため、圧縮荷重により孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接でき、肥大化する際に第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に強固に押し付けることができる。第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれや傾きをより確実に防止できる。
【００４３】
第２部材の軸外面段差部２２より小径軸部３３側の部位及び第１部材１１の孔内面段差部２１と、第２部材１２の軸外面段差部２２より大径軸部３４側の軸外面段差部２２から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせている。そのため簡素な構成で第１部材１１を第２部材１２に対する所定位置に保持することができる。また第２部材１２に軸外面段差部２２を設けていても、貫通孔１３内の第２部材１２全体に圧縮応力をバランスよく生じさせることができ、第２部材１２を均質に肥大化させることができる。
【００４４】
大径孔部２４には、孔内面段差部２１側より貫通孔１３の端部開口側で小さくなった抜け止め孔部２６を設け、第２部材１２を肥大化することで抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７を形成している。そのため、肥大化後には第１部材１１が第２部材１２から抜けて外れることを防止できる。
特に貫通孔１３の内面に十分な嵌合凹部を設け、第２部材１２を肥大化することで十分な嵌合突部を形成している。そのため肥大化後には第１部材１１が第２部材１２に強固に固定でき、抜け外れることを確実に防止できる。
【００４５】
この実施形態では、第１部材１１を第２部材１２に固定した後で、第１部材１１又は第２部材１２の表面を所定形状に切削している。そのため第１部材１１を肥大化する際に不要な部分が肥大化したり、変形が生じたりしても、精度よく所望の形状を有する複合部材１０が得られる。
また第１部材１１にボス部１８を設け、肥大化後にボス部１８を切削除去している。そのため肥大加工時には第１部材１１を安定して保持できて肥大加工も容易である。
ここでは第１部材１１の内面に第２部材１２が焼きばめなどに比べて強固に圧接されている上、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが圧接して係止され、抜け止め孔部２６と抜け止め軸部２７とが圧接して係止されている。従って、第１部材１１及び第２部材の外表面を切削加工しても位置ずれなどは生じない。
【００４６】
さらに第１部材１１を肥大化させて第２部材１２の周囲に固定した後、第１部材１１及び第２部材１２に熱処理を施している。ここでは第１部材１１が第２部材１２の貫通孔１３に対応した形状に肥大化して固定されており、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが強固に係止され、抜け止め孔部２６と抜け止め軸部２７とが強固に係止されている。従って、熱膨張して貫通孔１３が拡大されても、第１部材１１が第２部材１２から抜け外れたり位置ずれを生じたりすることがない。よって、第２部材１２を肥大化することで第１部材１１を固定していても、熱処理を施して所望の硬度や性質を実現できる。
【００４７】
［第２実施形態］
第２実施形態は、貫通孔１３の内面の形状が第１実施形態と異なる第１部材１１を用いて複合部材１０を製造する例である。
この実施形態の第１部材１１の貫通孔１３には、図５（ａ）に示すように、第１部材１１の大径孔部２４の内周に沿って環状に嵌合凹部としての抜け止め溝４１が設けられており、抜け止め孔部２６が抜け止め溝４１の他方側の側壁により構成されている。また図６（ａ）に示すように、貫通孔１３の大径孔部２４に、断面弧形状の嵌合凹部としての回り止め溝４３が設けられている。その他は第１実施形態と同様である。
【００４８】
このような貫通孔１３を有する第１部材１１と第２部材１２とは、第１実施形態と同様にして、第２部材を部分的に肥大化することで接合できる。
第２部材の肥大化により、図５（ｂ）に示すように、抜け止め溝４１に対応した嵌合突部としての抜け止め突部４２が形成され、抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７が形成される。さらに抜け止め突部４２が抜け止め溝４１に圧接され、抜け止め軸部２７が抜け止め孔部２６に圧接される。また図６（ｂ）に示すように、回り止め溝４３に対応した嵌合突部としての回り止め突起４４が形成され、回り止め突起４４が回り止め溝４３に圧接する。これにより複合部材１０を製造することができる。
【００４９】
このような第２実施形態の複合部材の製造方法であっても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。しかも回り止め突起４４が回り止め溝４３に圧接しているため、第１部材１１が第２部材１２に対して周方向にずれることを確実に防止できる。
【００５０】
第１実施形態及び第２実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。上記では第１部材１１及び第２部材としてそれぞれ軸線Ｃと直交した断面形状が円形の部材を用いた例について説明したが、第１部材１１は所定の貫通孔１３を有していれば形状は特に限定されない。上記では第１部材１１の貫通孔１３及び第２部材１２の軸線Ｃと直交した断面形状が円形であったが、第２部材を部分的に肥大化でき、肥大化することで第１部材１１の貫通孔１３の内面に圧接可能であれば、他の形状であっても本願発明を適用することは可能である。
【００５１】
上記第１実施形態では、抜け止め孔部２６を貫通孔１３の内面全周に設けたが、加工可能であれば貫通孔１３の内面の周方向の一部に設けることも可能である。その場合、抜け止め効果と回り止め効果とを同時に得ることができる。
上記第１及び第２実施形態では、第２部材１２を所定角度に維持して回転させることでせん断応力を繰り返し発生させたが、振動発生器や超音波振動などの他の方法によりせん断応力を繰り返し発生させることも可能である。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の実施例について説明する。
第１実施形態の第１部材１１及び第２部材１２を用い、第１実施形態と同様にして圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせて接合した実施例の複合部材１０と、せん断応力を生じさせずに圧縮応力を生じさせて接合した比較例の複合部材１０とを作製し、接合強度を確認した。
【００５３】
第１部材１１はＳＣｒ４２０Ｈからなり、貫通孔１３の長さが４０ｍｍ、小径孔部２３の直径が４５ｍｍで長さが４８ｍｍ、孔内面段差部２１の軸線Ｃに対する角度が４５度、大径孔部２４の開口端部の直径が５１ｍｍでテーパ角度が約２度であった。
第２部材１２はＳＣｒ４２０Ｈからなり、小径軸部３３の直径が４８ｍｍ、大径軸部３４の直径が５０ｍｍ、軸外面段差部２２の軸線Ｃに対する角度が４５度であった。
【００５４】
実施例では、６００ｋＮの圧縮荷重を負荷した状態で、他方側ホルダ１７を０度から２度まで角度を変化させ、圧縮荷重を８００ｋＮに増加し、所定時間経過後に他方側ホルダ１７を０度に戻して肥大化を行った。
比較例では、他方側ホルダ１７の角度を変化させない他は実施例と同様にして肥大化を行った。
【００５５】
第２部材１２の小径軸部３３の端部に軸線Ｃ方向にハンマーで同程度の衝撃力を負荷して接合力を比較した。
その結果、比較例の複合部材１０は第１部材１１から容易に第２部材１２が離脱したが、実施例の複合部材１０では第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれが全く生じなかった。
【符号の説明】
【００５６】
Ｃ 軸線
１０ 複合部材
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 貫通孔
１４ 固定部位
１６ 一方側ホルダ
１７ 他方側ホルダ
１８，１９ ボス部
２１ 孔内面段差部
２２ 軸外面段差部
２３ 小径孔部
２４ 大径孔部
２６ 抜け止め孔部
２７ 抜け止め軸部
３３ 小径軸部
３４ 大径軸部
４１ 抜け止め溝
４２ 抜け止め突部
４３ 回り止め溝
４４ 回り止め突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させ、第２部材を部分的に肥大化して貫通孔の内面に圧接することで、第２部材の周囲に第１部材を固定する複合部材の製造方法及び複合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属製の部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化させる所謂、軸肥大技術が種々検討されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、貫通孔を有する金属の被嵌合部材と、貫通孔よりも小径の金属の軸とを軸肥大技術で接合して複合部材を製造することが提案されている。
この特許文献１では、被嵌合部材の貫通孔に軸を挿通し、軸に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化し、肥大化された軸が被嵌合部材の貫通孔の内面に圧接することで、軸に被嵌合部材を接合して複合部材を製造している。
【０００４】
このような軸肥大技術を利用した複合部材の製造方法では、軸に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせる際、適宜条件を調整して軸の肥大率を広い範囲で調整できる。そのため、被嵌合部材の貫通孔に対して軸を十分に肥大化させることで強固に固定可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７８７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の軸肥大技術を利用した複合部材の製造方法では、肥大加工の際、軸に対して被嵌合部材に僅かな位置ずれや傾きが生じる場合があり、安定して高精度に複合部材を製造することができなかった。
また被嵌合部材の貫通孔に対して肥大率が不足するような場合には、被嵌合部材と軸との接合強度が低下することがあり、その場合には軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることがあった。さらにそのような場合に、例えば浸炭処理のような各種の熱処理を施すと、高温時に軸に対して被嵌合部材の位置ずれが生じることも考えられた。
【０００７】
そこで、本発明は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通して第２部材を部分的に肥大化して固定する際、第２部材に対して第１部材を精度よく強固に固定できる複合部材の製造方法及び複合部材を提供することを目的とする。また、第１部材が第２部材に対して位置ずれが生じることを防止できる複合部材の製造方法及び複合部材を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の複合部材の製造方法は、第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させて、貫通孔の内面と第２部材の外面との間の少なくとも一部に間隙を設け、貫通孔内の第２部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで第２部材を部分的に肥大化し、第２部材の肥大した部位が貫通孔に圧接することで第２部材の周囲に第１部材を固定する複合部材の製造方法において、貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、小径孔部及び大径孔部間に環状の孔内面段差部と、を設け、第２部材には、小径孔部に配置される小径軸部と、大径孔部に配置される大径軸部と、小径軸部及び大径軸部間に孔内面段差部に対向する環状の軸外面段差部と、を設け、孔内面段差部と軸外面段差部とを圧接させつつ第２部材を肥大化することを特徴としている。
【０００９】
この製造方法では、第２部材の軸外面段差部より小径軸部側の部位及び第１部材の孔内面段差部と、第２部材の軸外面段差部より大径軸部側の軸外面段差部から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせるのがよい。
その場合、一方側ホルダに第２部材の小径軸部側の部位を保持し、他方側ホルダに第２部材の大径軸部側の部位を保持し、一方側ホルダと第２部材の軸外面段差部との間に第１部材を挟んで一方側ホルダと他方側ホルダとの間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせるのが好適である。
【００１０】
好ましくは、大径孔部には内面段差部側より貫通孔の端部開口側で小さくなる形状を有する抜け止め孔部を設け、第２部材を肥大化することで抜け止め孔部に対応した抜け止め軸部を形成する。
貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、第２部材を肥大化することで嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成すると好ましい。
【００１１】
この製造方法では、第２部材を肥大化した後、第１部材及び第２部材の少なくとも一方の表面を所定形状に切削することができる。
第２部材を肥大化させた後、第１部材及び第２部材の少なくとも一方に熱処理を施すこともできる。
【００１２】
本発明の複合部材は、貫通孔を有する第１部材と、貫通孔に貫通された第２部材とを備え、第２部材を部分的に肥大化して形成した固定部位を、貫通孔の内面に圧接することで第２部材の周囲に第１部材を固定した複合部材において、貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、小径孔部及び大径孔部間に環状に形成された孔内面段差部と、を備え、第２部材には、小径孔部に配置された小径軸部と、大径孔部に配置された大径軸部と、小径軸部及び大径軸部間に孔内面段差部に対向した環状の軸外面段差部と、を備え、孔内面段差部と軸外面段差部とが圧接していることを特徴としている。
【００１３】
この複合部材では、貫通孔の内面には軸線と直交する断面形状が内面段差部側より貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を備え、第２部材には抜け止め孔部に対応した形状を有する抜け止め軸部を備えるのがよい。
好ましくは、貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、第２部材の固定部位には嵌合凹部に対応した形状を有する嵌合突部を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の複合部材の製造方法によれば、第１部材には小径孔部と大径孔部との間に環状の孔内面段差部を設け、第２部材には孔内面段差部に対向する軸外面段差部を環状に設け、孔内面段差部と軸外面段差部とを圧接させつつ第２部材を肥大化する。そのため肥大化する際に、第２部材に対して第１部材の位置ずれや傾きが生じることを防止でき、第２部材に対して第１部材を高精度に配置した複合部材を製造することができる。
【００１５】
本発明の複合部材によれば、第１部材には小径孔部と大径孔部との間に環状の孔内面段差部を備え、第２部材には孔内面段差部に対向する環状の軸外面段差部を備え、孔内面段差部と軸外面段差部とが圧接している。そのため第２部材に対して第１部材の位置ずれや傾きがなく、第２部材に対して第１部材が高精度に配置された複合部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態により製造する複合部材の断面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る製造方法において準備する第１部材及び第２部材を示し、（ｂ）は（ａ）の第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させた状態を示す部分断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係る製造方法において第２部材を肥大化する加工工程を説明する断面図である。
【図４】（ａ）は第１実施形態に係る製造方法において第２部材を肥大化した後の状態を説明する図、（ｂ）は第２部材の肥大した部位を示す部分断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る第２部材の肥大化前の状態を示す部分断面図、（ｂ）は第２部材の肥大化後の状態を示す部分断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る第２部材の肥大化前の状態を示す別の位置における部分断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る幾つかの実施の形態について図を用いて説明する。
［第１実施形態］
まず、本実施形態において製造する複合部材について説明する。
複合部材１０は、図１に示すように、貫通孔１３を有する第１部材１１と、第１部材の貫通孔１３に貫通された第２部材１２とを備え、第２部材１２に設けられた固定部位１４の周囲に第１部材１１が固定されている。
【００１８】
第１部材１１は一軸方向に貫通する貫通孔１３を備えた部材であり、第２部材１２に固定された際に貫通孔１３の内面に負荷される圧力に対して十分な強度を有する。この実施形態では第１部材１１は中心に貫通孔１３を設けた金属製の回転体であり、例えば円板、プーリ、ギヤなどであってもよい。貫通孔１３は軸線Ｃに直交した断面形状が円形となっている。
【００１９】
第２部材１２は第１部材１１の貫通孔１３より長い部材であり、軸方向に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで肥大化できる材料からなる。第２部材１２は、例えば金属製の中実又は中空シャフト、パイプ等であり、この実施形態では中実の軸体で軸線Ｃと直交した断面が円形となっている。
【００２０】
第２部材１２の固定部位１４は、後述する製造方法により、圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせて第２部材を部分的に肥大化することで軸線Ｃと直交した断面形状を大きくした部位である。
【００２１】
次に、このような複合部材１０を製造する方法について説明する。
この製造方法では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、所定形状の第１部材１１及び第２部材１２を準備して貫通孔１３に第２部材１２を貫通させ、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７にセットして第２部材１２を部分的に肥大する加工を施し、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第１部材１１を第２部材１２の周囲に固定する。この実施形態では、その後、切削加工及び熱処理を施し、図１に示すような複合部材１０を製造する。
【００２２】
図２（ａ）に示す準備工程では、第１部材１１と第２部材１２とを用意する。
第１部材１１には軸線Ｃに沿う貫通孔１３を設ける。第１部材１１の両端面にはそれぞれ中央に突出したボス部１８，１９を設けておき、貫通孔１３はボス部１８，１９を貫通して設ける。一方側のボス部１８の端面は、好ましくは軸線Ｃと直交した面であるのがよい。この第１部材１１は予め作製されたものを用いることができる。
【００２３】
貫通孔１３には、図２（ｂ）に示すように、軸線Ｃに沿う方向の一方側に小径孔部２３を設け、軸線Ｃに沿う方向の他方側に小径孔部２３より大きい直径の大径孔部２４を設ける。さらに小径孔部２３と大径孔部２４との間における貫通孔１３の内面には、大径孔部２４側から小径孔部２３側へ小さくなる形状を有する孔内面段差部２１を設ける。孔内面段差部２１は環状に形成し、貫通孔１３の内面全周に連続させる。
孔内面段差部２１は軸線Ｃに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Ｃに対して一定角度で傾斜するテーパ面としている。
【００２４】
大径孔部２４には、内面段差部２１側よりも貫通孔１３のボス部１９の端部開口側で小さくなる形状を有する抜け止め孔部２６を設ける。
抜け止め孔部２６は貫通孔１３の内面の一部に設けてもよいが、ここでは孔内面段差部２１から大径孔部２４の全長にわたり連続したテーパ面としている。抜け止め孔部２６の端部開口の直径は貫通孔１３の小径孔部２３の直径以上となっている。
【００２５】
このような第１部材１１では、孔内面段差部２１と抜け止め孔部２６とが軸線Ｃに沿って互いに逆方向に断面形状が小さくなるように形成されているため、孔内面段差部２１と抜け止め孔部２６との間が全周で窪んだ嵌合凹部となっている。
【００２６】
一方、第２部材１２には、軸線Ｃに沿う方向の一方側に、貫通孔１３の小径孔部２３内に配置される小径軸部３３を設け、軸線Ｃに沿う方向の他方側に、貫通孔１３の大径孔部２４内に配置される大径軸部３４を設ける。
小径軸部３３の断面形状は小径孔部２３に配置可能であればよいが、本実施形態の小径軸部３３は小径孔部２３より細く、軸線Ｃに沿う方向に一定断面形状が連続している。
大径軸部３４は小径軸部３３及び小径孔部２３より大きく、且つ貫通孔１３の大径孔部２４に対応した円形の断面形状で大径孔部２４より若干細く形成しており、軸線Ｃに沿う方向に一定断面形状が連続している。
小径軸部３３と貫通孔１３の小径孔部２３との間のクリアランス、大径軸部３４と大径孔部２４との間のクリアランスは後述する肥大加工が可能な間隙であれば適宜設定可能である。小径軸部３３及び小径孔部２３の嵌め合い精度と、大径軸部３４及び大径孔部２４の嵌め合い精度との少なくとも一方を適度に設定することで、後述する肥大化工程で取付作業時や運搬作業時などに部品の脱落やズレが生じることを抑制できる。
【００２７】
小径軸部３３と大径軸部３４との間には、第１部材１１の孔内面段差部２１に軸線Ｃに沿う方向に対向する軸外面段差部２２を設ける。軸外面段差部２２は第２部材１２の側面全周に環状に連続するように設けるのがよい。
軸外面段差部２２は、大径軸部３４側から小径軸部３３側に向けて小さくなる形状を有し、孔内面段差部２１と軸線Ｃに沿う方向に当接可能な形状に形成する。軸外面段差部２２は軸線Ｃに対して直交した平面や適宜な曲面により形成してもよいが、ここでは軸線Ｃに対して一定角度で傾斜するテーパ面として形成している。
【００２８】
次いで、このような第１部材１１及び第２部材１２を用いて肥大化工程を行うために、図２（ｂ）に示すように、第２部材１２を第１部材１１の貫通孔１３に貫通させ、第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に当接させる。
【００２９】
肥大化工程では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、貫通孔１３内に配置した第２部材１２に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで、第２部材１２を部分的に肥大化する。この実施形態では、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７に第１部材１１及び第２部材１２をそれぞれ保持させ、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７を介して第２部材１２に荷重を負荷することで、圧縮応力及びせん断応力を生じさせる。一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７は適宜な構成を選択でき、ここでは詳細な構成の図示は省略している。
【００３０】
この肥大化工程で用いる一方側ホルダ１６は、第１部材１１のボス部１８と、第１部材１１の貫通孔１３から突出した第２部材１２の一方側と、を保持する。このような一方側ホルダ１６は、第１部材１１及び第２部材の一方側に軸線Ｃに沿う荷重を負荷可能であると共に回転自在に構成されている。
【００３１】
肥大化工程で用いる他方側ホルダ１７は、第２部材１２の他方側を軸線Ｃ方向の移動不能に保持する。この他方側ホルダ１７は、第２部材１２の他方側を保持して回転駆動可能であると共に、一方側ホルダ１６に保持された第２部材１２に対して角度を調整可能となっている。この実施形態では、他方側ホルダ１７が、第１部材１１の貫通孔１３内に配置された第２部材１２の軸線Ｃ上の点を中心に角度を調整可能である。
【００３２】
一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７を用いて第２部材１２を部分的に肥大化するには、図３（ａ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７に第１部材１１及び第２部材１２を保持させて軸線Ｃが直線となるようにセットする。
このとき、他方側ホルダ１７の端面が第１部材１１から離間した位置に配置される。他方側ホルダ１７と第１部材１１との間の間隙は、第２部材１２の肥大化に伴う第２部材１２の長さの収縮量以上となっている。これにより、第２部材１２のうち第１部材１１の貫通孔１３内に配置された部分を十分に肥大化できる。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、他方側ホルダ１７を回転駆動して第１部材１１及び第２部材１２を一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７と共に回転させ、一方側ホルダ１６により加圧することで、第２部材１２に圧縮荷重を負荷する。
【００３４】
一方側ホルダ１６と他方側ホルダ１７との間に圧縮荷重を負荷すると、第１部材１１が一方側ホルダ１６に保持されているため、第１部材１１に設けられた貫通孔１３の孔内面段差部２１と第２部材１２の軸外面段差部２２とが圧接する。
これにより、一方側ホルダ１６と第２部材１２の軸外面段差部２２との間に第１部材１１の孔内面段差部２１及び小径孔部２３の周囲が挟まれ、一方側ホルダ１６の加圧力が第１部材１１を介して軸外面段差部２２に伝達される。そして第２部材１２の軸外面段差部２２より小径軸部３３側の部位及び第１部材１１の孔内面段差部２１と、第２部材１２の軸外面段差部２２より大径軸部３４側の軸外面段差部２２から離間した部位と、の間に圧縮荷重が負荷される。
【００３５】
さらに図３（ｂ）に示すように、加圧及び回転を継続しつつ、他方側ホルダ１７の角度θを変化させる。これにより、第１部材１１の貫通孔１３内に配置された部位を中心に、第２部材１２に軸線Ｃと交差する方向にせん断応力を生じさせる。第２部材１２が回転していることから、回転に伴い第２部材１２の全周方向に変化するせん断応力が第２部材１２に繰り返し生じる。一方側ホルダ１６に対して他方側ホルダ１７を所定角度θに保って第２部材１２を回転させるため、周期的に変化する所定のせん断応力が、第２部材１２の全周方向に均等に生じる。
第２部材１２の他方側ホルダ１７に保持された部位の軸線Ｃの曲げ角度θは、材料に応じて選択するのがよい。
【００３６】
圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで、徐々に第２部材１２の貫通孔１３内に配置された部分が肥大化する。肥大加工中には第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に圧接させた状態が維持されている。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、第２部材１２の大径軸部３４が貫通孔１３の大径孔部２４の内面全体に肥大化した後、第２部材１２の軸線Ｃ全体が直線となるように他方側ホルダ１７の角度を変化させ、圧縮荷重を解除し、肥大加工を終了する。
【００３８】
その後、図４（ａ）に示すように、一方側ホルダ１６及び他方側ホルダ１７から第１及び第２部材１２が一体化した状態の複合部材１０を取り出す。
この複合部材１０では、第２部材１２の肥大した部位が貫通孔１３に圧接することで、第２部材１２の周囲に第１部材１１が強固に固定されている。
肥大化工程で十分に肥大化したことで、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３内で第２部材１２が貫通孔１３内全体に肥大化して、第２部材１２が貫通孔１３の内面に対応した形状に変形し、貫通孔１３の内面に第２部材１２が圧接されて固定部位１４が形成されている。また固定部位１４には抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７が形成され、抜け止め軸部２７と軸外面段差部２２との間が全周で嵌合突部となっている。
【００３９】
この実施形態では、第１部材１１を第２部材１２に固定した後、機械加工を施し、第１部材１１及び第２部材１２の表面を所定形状に切削する。このとき、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の外側で肥大化した部位３５及び各ボス部１８，１９を除去し、各部を所望の形状及び精度に加工することができる。また第１部材１１及び第２部材１２に焼入処理や浸炭処理等の熱処理を施し、その後所定精度に追加工を行うこともできる。
これにより図１に示すような複合部材１０が完成する。
【００４０】
このように製造された複合部材１０では、図１に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の内面に環状の孔内面段差部２１を備え、第２部材１２には孔内面段差部２１に対向する環状の軸外面段差部２２を備え、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが圧接している。
またこの複合部材１０では、図４（ｂ）に示すように、第１部材１１の貫通孔１３の内面に嵌合凹部を備え、第２部材１２の固定部位１４には嵌合凹部に対応した嵌合突部を備えている。さらに第１部材１１の貫通孔１３の内面には貫通孔１３の断面形状が他方側に向けて小さくなる形状を有する抜け止め孔部２６を備え、第２部材１２には抜け止め孔部２６に対応した形状を有する抜け止め軸部２７を備えている。
【００４１】
以上のようにして複合部材を製造すれば、第１部材１１には小径孔部２３と大径孔部２４との間に環状に形成される孔内面段差部２１を設け、第２部材１２には孔内面段差部２１に対向する軸外面段差部２２を環状に設け、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接させつつ第２部材１２を肥大化している。そのため肥大加工中に第１部材１１が第２部材１２に対して特定位置に配置された状態で維持され、第１部材１１を第２部材１２に対して正確に位置決めして肥大加工できる。その結果、第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれや傾きが生じることを防止でき、第２部材１２に対して第１部材１１が高精度に配置されて強固に固定された複合部材１０を製造できる。
【００４２】
この製造方法では、第２部材１２の一方側を保持する一方側ホルダ１６と第２部材１２の軸外面段差部２２との間に、第１部材１１を挟んだ状態で圧縮荷重を負荷して圧縮応力を生じさせている。そのため、圧縮荷重により孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とを圧接でき、肥大化する際に第１部材１１の孔内面段差部２１を第２部材１２の軸外面段差部２２に強固に押し付けることができる。第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれや傾きをより確実に防止できる。
【００４３】
第２部材の軸外面段差部２２より小径軸部３３側の部位及び第１部材１１の孔内面段差部２１と、第２部材１２の軸外面段差部２２より大径軸部３４側の軸外面段差部２２から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、圧縮応力を生じさせている。そのため簡素な構成で第１部材１１を第２部材１２に対する所定位置に保持することができる。また第２部材１２に軸外面段差部２２を設けていても、貫通孔１３内の第２部材１２全体に圧縮応力をバランスよく生じさせることができ、第２部材１２を均質に肥大化させることができる。
【００４４】
大径孔部２４には、孔内面段差部２１側より貫通孔１３の端部開口側で小さくなった抜け止め孔部２６を設け、第２部材１２を肥大化することで抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７を形成している。そのため、肥大化後には第１部材１１が第２部材１２から抜けて外れることを防止できる。
特に貫通孔１３の内面に十分な嵌合凹部を設け、第２部材１２を肥大化することで十分な嵌合突部を形成している。そのため肥大化後には第１部材１１が第２部材１２に強固に固定でき、抜け外れることを確実に防止できる。
【００４５】
この実施形態では、第１部材１１を第２部材１２に固定した後で、第１部材１１又は第２部材１２の表面を所定形状に切削している。そのため第１部材１１を肥大化する際に不要な部分が肥大化したり、変形が生じたりしても、精度よく所望の形状を有する複合部材１０が得られる。
また第１部材１１にボス部１８を設け、肥大化後にボス部１８を切削除去している。そのため肥大加工時には第１部材１１を安定して保持できて肥大加工も容易である。
ここでは第１部材１１の内面に第２部材１２が焼きばめなどに比べて強固に圧接されている上、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが圧接して係止され、抜け止め孔部２６と抜け止め軸部２７とが圧接して係止されている。従って、第１部材１１及び第２部材の外表面を切削加工しても位置ずれなどは生じない。
【００４６】
さらに第１部材１１を肥大化させて第２部材１２の周囲に固定した後、第１部材１１及び第２部材１２に熱処理を施している。ここでは第１部材１１が第２部材１２の貫通孔１３に対応した形状に肥大化して固定されており、孔内面段差部２１と軸外面段差部２２とが強固に係止され、抜け止め孔部２６と抜け止め軸部２７とが強固に係止されている。従って、熱膨張して貫通孔１３が拡大されても、第１部材１１が第２部材１２から抜け外れたり位置ずれを生じたりすることがない。よって、第２部材１２を肥大化することで第１部材１１を固定していても、熱処理を施して所望の硬度や性質を実現できる。
【００４７】
［第２実施形態］
第２実施形態は、貫通孔１３の内面の形状が第１実施形態と異なる第１部材１１を用いて複合部材１０を製造する例である。
この実施形態の第１部材１１の貫通孔１３には、図５（ａ）に示すように、第１部材１１の大径孔部２４の内周に沿って環状に嵌合凹部としての抜け止め溝４１が設けられており、抜け止め孔部２６が抜け止め溝４１の他方側の側壁により構成されている。また図６（ａ）に示すように、貫通孔１３の大径孔部２４に、断面弧形状の嵌合凹部としての回り止め溝４３が設けられている。その他は第１実施形態と同様である。
【００４８】
このような貫通孔１３を有する第１部材１１と第２部材１２とは、第１実施形態と同様にして、第２部材を部分的に肥大化することで接合できる。
第２部材の肥大化により、図５（ｂ）に示すように、抜け止め溝４１に対応した嵌合突部としての抜け止め突部４２が形成され、抜け止め孔部２６に対応した抜け止め軸部２７が形成される。さらに抜け止め突部４２が抜け止め溝４１に圧接され、抜け止め軸部２７が抜け止め孔部２６に圧接される。また図６（ｂ）に示すように、回り止め溝４３に対応した嵌合突部としての回り止め突起４４が形成され、回り止め突起４４が回り止め溝４３に圧接する。これにより複合部材１０を製造することができる。
【００４９】
このような第２実施形態の複合部材の製造方法であっても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。しかも回り止め突起４４が回り止め溝４３に圧接しているため、第１部材１１が第２部材１２に対して周方向にずれることを確実に防止できる。
【００５０】
第１実施形態及び第２実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。上記では第１部材１１及び第２部材としてそれぞれ軸線Ｃと直交した断面形状が円形の部材を用いた例について説明したが、第１部材１１は所定の貫通孔１３を有していれば形状は特に限定されない。上記では第１部材１１の貫通孔１３及び第２部材１２の軸線Ｃと直交した断面形状が円形であったが、第２部材を部分的に肥大化でき、肥大化することで第１部材１１の貫通孔１３の内面に圧接可能であれば、他の形状であっても本願発明を適用することは可能である。
【００５１】
上記第１実施形態では、抜け止め孔部２６を貫通孔１３の内面全周に設けたが、加工可能であれば貫通孔１３の内面の周方向の一部に設けることも可能である。その場合、抜け止め効果と回り止め効果とを同時に得ることができる。
上記第１及び第２実施形態では、第２部材１２を所定角度に維持して回転させることでせん断応力を繰り返し発生させたが、振動発生器や超音波振動などの他の方法によりせん断応力を繰り返し発生させることも可能である。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の実施例について説明する。
第１実施形態の第１部材１１及び第２部材１２を用い、第１実施形態と同様にして圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせて接合した実施例の複合部材１０と、せん断応力を生じさせずに圧縮応力を生じさせて接合した比較例の複合部材１０とを作製し、接合強度を確認した。
【００５３】
第１部材１１はＳＣｒ４２０Ｈからなり、貫通孔１３の長さが４０ｍｍ、小径孔部２３の直径が４５ｍｍで長さが４８ｍｍ、孔内面段差部２１の軸線Ｃに対する角度が４５度、大径孔部２４の開口端部の直径が５１ｍｍでテーパ角度が約２度であった。
第２部材１２はＳＣｒ４２０Ｈからなり、小径軸部３３の直径が４８ｍｍ、大径軸部３４の直径が５０ｍｍ、軸外面段差部２２の軸線Ｃに対する角度が４５度であった。
【００５４】
実施例では、６００ｋＮの圧縮荷重を負荷した状態で、他方側ホルダ１７を０度から２度まで角度を変化させ、圧縮荷重を８００ｋＮに増加し、所定時間経過後に他方側ホルダ１７を０度に戻して肥大化を行った。
比較例では、他方側ホルダ１７の角度を変化させない他は実施例と同様にして肥大化を行った。
【００５５】
第２部材１２の小径軸部３３の端部に軸線Ｃ方向にハンマーで同程度の衝撃力を負荷して接合力を比較した。
その結果、比較例の複合部材１０は第１部材１１から容易に第２部材１２が離脱したが、実施例の複合部材１０では第２部材１２に対して第１部材１１の位置ずれが全く生じなかった。
【符号の説明】
【００５６】
Ｃ 軸線
１０ 複合部材
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 貫通孔
１４ 固定部位
１６ 一方側ホルダ
１７ 他方側ホルダ
１８，１９ ボス部
２１ 孔内面段差部
２２ 軸外面段差部
２３ 小径孔部
２４ 大径孔部
２６ 抜け止め孔部
２７ 抜け止め軸部
３３ 小径軸部
３４ 大径軸部
４１ 抜け止め溝
４２ 抜け止め突部
４３ 回り止め溝
４４ 回り止め突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させて、上記貫通孔の内面と上記第２部材の外面との間の少なくとも一部に間隙を設け、上記貫通孔内の上記第２部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで該第２部材を部分的に肥大化し、該第２部材の肥大した部位が上記貫通孔に圧接することで上記第２部材の周囲に上記第１部材を固定する複合部材の製造方法において、
上記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を設け、
上記第２部材には、上記小径孔部に配置される小径軸部と、上記大径孔部に配置される大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて上記孔内面段差部に対向する軸外面段差部と、を設け、
上記孔内面段差部と上記軸外面段差部とを圧接させつつ上記第２部材を肥大化することを特徴とする、複合部材の製造方法。
【請求項２】
前記第２部材の前記軸外面段差部より前記小径軸部側の部位及び前記第１部材の前記孔内面段差部と、上記第２部材の前記軸外面段差部より前記大径軸部側の該軸外面段差部から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、前記圧縮応力を生じさせることを特徴とする、請求項１に記載の複合部材の製造方法。
【請求項３】
一方側ホルダに前記第２部材の前記小径軸部側の部位を保持し、他方側ホルダに上記第２部材の前記大径軸部側の部位を保持し、上記一方側ホルダと前記第２部材の軸外面段差部との間に前記第１部材を挟み、上記一方側ホルダと上記他方側ホルダとの間に上記圧縮荷重を負荷することで、前記圧縮応力を生じさせることを特徴とする、請求項２に記載の複合部材の製造方法。
【請求項４】
前記大径孔部には、前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を設け、上記第２部材を肥大化することで上記抜け止め孔部に対応した抜け止め軸部を形成することを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、前記第２部材を肥大化することで上記嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成することを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項６】
前記第２部材を肥大化した後、前記第１部材及び該第２部材の少なくとも一方の表面を所定形状に切削することを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項７】
前記第２部材を肥大化させた後、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に熱処理を施すことを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項８】
貫通孔を有する第１部材と、該貫通孔に貫通された第２部材とを備え、上記第２部材が部分的に肥大化して形成された固定部位を上記貫通孔の内面に圧接することで上記第２部材の周囲に上記第１部材が固定された複合部材において、
上記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を備え、
上記第２部材には、上記小径孔部に配置された小径軸部と、上記大径孔部に配置された大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて上記孔内面段差部に対向した軸外面段差部と、を備え、
上記孔内面段差部と上記軸外面段差部とが圧接していることを特徴とする、複合部材。
【請求項９】
前記貫通孔の内面には前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を備え、前記第２部材には上記抜け止め孔部に対応した形状を有する抜け止め軸部を備えることを特徴とする、請求項８に記載の複合部材。
【請求項１０】
前記貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、前記第２部材の固定部位には上記嵌合凹部に対応した形状の嵌合突部を備えることを特徴とする、請求項８又は９に記載の複合部材。
【請求項１】
第１部材の貫通孔に第２部材を貫通させて、上記貫通孔の内面と上記第２部材の外面との間の少なくとも一部に間隙を設け、上記貫通孔内の上記第２部材に圧縮応力を生じさせつつせん断応力を繰り返し生じさせることで該第２部材を部分的に肥大化し、該第２部材の肥大した部位が上記貫通孔に圧接することで上記第２部材の周囲に上記第１部材を固定する複合部材の製造方法において、
上記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を設け、
上記第２部材には、上記小径孔部に配置される小径軸部と、上記大径孔部に配置される大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて上記孔内面段差部に対向する軸外面段差部と、を設け、
上記孔内面段差部と上記軸外面段差部とを圧接させつつ上記第２部材を肥大化することを特徴とする、複合部材の製造方法。
【請求項２】
前記第２部材の前記軸外面段差部より前記小径軸部側の部位及び前記第１部材の前記孔内面段差部と、上記第２部材の前記軸外面段差部より前記大径軸部側の該軸外面段差部から離間した部位と、の間に圧縮荷重を負荷することで、前記圧縮応力を生じさせることを特徴とする、請求項１に記載の複合部材の製造方法。
【請求項３】
一方側ホルダに前記第２部材の前記小径軸部側の部位を保持し、他方側ホルダに上記第２部材の前記大径軸部側の部位を保持し、上記一方側ホルダと前記第２部材の軸外面段差部との間に前記第１部材を挟み、上記一方側ホルダと上記他方側ホルダとの間に上記圧縮荷重を負荷することで、前記圧縮応力を生じさせることを特徴とする、請求項２に記載の複合部材の製造方法。
【請求項４】
前記大径孔部には、前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を設け、上記第２部材を肥大化することで上記抜け止め孔部に対応した抜け止め軸部を形成することを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔の内面に嵌合凹部を設け、前記第２部材を肥大化することで上記嵌合凹部に対応した嵌合突部を形成することを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項６】
前記第２部材を肥大化した後、前記第１部材及び該第２部材の少なくとも一方の表面を所定形状に切削することを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項７】
前記第２部材を肥大化させた後、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に熱処理を施すことを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の複合部材の製造方法。
【請求項８】
貫通孔を有する第１部材と、該貫通孔に貫通された第２部材とを備え、上記第２部材が部分的に肥大化して形成された固定部位を上記貫通孔の内面に圧接することで上記第２部材の周囲に上記第１部材が固定された複合部材において、
上記貫通孔には、小径孔部と、大径孔部と、該小径孔部及び大径孔部間に環状に形成した孔内面段差部と、を備え、
上記第２部材には、上記小径孔部に配置された小径軸部と、上記大径孔部に配置された大径軸部と、該小径軸部及び大径軸部間に環状に形成されて上記孔内面段差部に対向した軸外面段差部と、を備え、
上記孔内面段差部と上記軸外面段差部とが圧接していることを特徴とする、複合部材。
【請求項９】
前記貫通孔の内面には前記内面段差部側より前記貫通孔の端部開口側で小さくなる形状の抜け止め孔部を備え、前記第２部材には上記抜け止め孔部に対応した形状を有する抜け止め軸部を備えることを特徴とする、請求項８に記載の複合部材。
【請求項１０】
前記貫通孔の内面には嵌合凹部を備え、前記第２部材の固定部位には上記嵌合凹部に対応した形状の嵌合突部を備えることを特徴とする、請求項８又は９に記載の複合部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２４３２４（Ｐ２０１３−２４３２４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９４３７（Ｐ２０１１−１５９４３７）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
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