(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を挿入し、該第２部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させるカシメ工程と、
該第１部材と該第２部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【請求項２】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を挿入し、該第２部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させる第１のカシメ工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第２部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【請求項３】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
前記第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位を、該第１部材の接合面に対して凸状または凹状に形成して第２部材の接合面を造形する第２部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に該第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面および該第２部材の接合面に嵌合させるカシメ工程と、
該第１部材と該第３部材との嵌合部の隙間および該第２部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該２つの嵌合部を密着させるろう付け工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【請求項４】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
前記第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位を、該第１部材の接合面に対して凸状または凹状に形成して第２部材の接合面を造形する第２部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に該第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面および該第２部材の接合面に嵌合させる第１のカシメ工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第３部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程と、
該第２部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【請求項５】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させかつ該第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位に付着させるカシメ工程と、
該第２部材および該第３部材を加熱し、該第２部材と該第３部材との付着部を拡散接合させる拡散接合工程と、
該第１部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【請求項６】
前記拡散接合工程と前記ろう付け工程とを同時に行う請求項５に記載の２部材の接合方法。
【請求項７】
板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、
前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させかつ該第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位に付着させる第１のカシメ工程と、
該第２部材および該第３部材を加熱し、該第２部材と該第３部材との付着部を拡散接合させる拡散接合工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第３部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程と、
を含んでなる２部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材を接合する方法に関し、特に、板状部材とその板状部材を貫通して挿入される部材とを接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種機器を構成する部品の中には、２つ以上の部材を接合し一体として形成されている部品が多種存在する。これらの部品に対する接合方法として、接合部の強度を高く保てるといった理由から、例えば金属材料部材の接合の場合には、溶接という方法が広く採用されている。
【０００３】
ところが、金属材料でない場合、金属材料であっても異種材料である場合等、溶接による接合が困難な場合もある。また、溶接は、接合部を一旦溶融した後凝固させるものであるため、残留応力による接合後の歪み等が発生し、接合された部品に悪影響を与える場合もある。
【０００４】
溶接が困難な場合に一般的に採用されている接合方法として、ろう付け（ろう接）、カシメがある。例えば、貫通孔のある板状部材（図３２（ａ）参照）に棒状部材（図３２（ｂ）参照）をこの貫通孔に挿入して接合する場合（図３２（ｃ）参照）を例にとって説明すれば、ろう付けを行う場合は、接合面間に存在する隙間に、加熱溶融したろう材を流し込み、ろう材を凝固させて接合する（図３３参照）。したがって、接合面が密着または金属的に結合されて、両部材にがたつきを生じることなく接合される。ところが、このようなろう付けでは、棒状の部材にかかる板状部材の板厚方向（図３３の矢印方向）の力に対しては、充分な接合強度を発揮できない場合がある。
【０００５】
また、カシメによる接合方法を採用する場合は、例えば、板状部材の貫通孔壁面を凸状に形成し、（図３４（ａ）参照）、この貫通孔に挿入した棒状部材に対し挟み付けるように加圧し、棒状部材を塑性変形させて貫通孔壁面に嵌合させるようにして接合を行う（図３４（ｂ）参照）。このようなカシメによる接合は、溶融させるほどの高熱を必要とせず、迅速に接合できるというメリットを有し、効果的な接合方法である。ところが、このような１工程のカシメでは、接合面を充分に密着させることができず、両部材間にがたつきが生じやすく、特に、繰り返される負荷がかかるような場合には、接合強度が不充分であった。この場合、変形させる棒状部材を加熱軟化させて接合面の密着性を高めることもできるが、冷却による部材の収縮等が原因し、充分に密着された接合面を得ることは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決すべくなされたものであり、２つの部材を接合する場合、特に、板状部材とその板状部材を貫通する部材との２つの部材を接合する場合に、接合面の密着性等を確保することができ、充分な接合強度を得ることのできる接合方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の２部材の接合方法の１つは、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を挿入し、該第２部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させるカシメ工程と、該第１部材と該第２部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程とを含んでなることを特徴とする（以下、この方法を「第１接合方法」という）。
【０００８】
つまり、本接合方法は、基材となる板状部材の接合面に、凸状部または凹状部を形成させ、この板状部材の接合面にもう一つの部材の接合面を嵌合させるカシメ工程を行った後、両接合面により形成される嵌合部に残存する隙間を充てんするようにろう付けを行うものである。このようにカシメ工程とろう付け工程とを組み合わせることにより、本接合方法は、接合面が充分に密着し、かつ充分な接合強度の得られる接合方法となる。
【０００９】
また本発明の２部材の接合方法の別の１つは、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を挿入し、該第２部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させる第１のカシメ工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第２部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程とを含んでなることを特徴とする（以下、この方法を「第２接合方法」という）。
【００１０】
つまり、本接合方法は、板状部材の接合面を凹状に形成することを前提とし、第１接合方法におけるろう付け工程の代わりに、板状部材の接合部近傍を加圧して変形させる第２のカシメ工程を付加するものである。挿入される部材を加圧してカシメる第１のカシメ工程によっても残存する接合面の隙間を、この第２のカシメ工程によって充分に密着させることで、繰り返される負荷がかかるような場合にも、充分な接合強度の得られる接合方法となる。なお、本接合方法は、ろう付け工程を含んでいないため、接合に要する時間を大幅に短縮できる接合方法となっている。
【００１１】
さらに、本発明の２部材の接合方法では、上記の第１接合方法および第２接合方法を応用し、基材となる板状部材と挿入して接合される部材とを、両部材の間に第３の部材を介して接合する態様のものを採用することもできる。
【００１２】
その接合方法の１つは、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、前記第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位を、該第１部材の接合面に対して凸状または凹状に形成して第２部材の接合面を造形する第２部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に該第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面および該第２部材の接合面に嵌合させるカシメ工程と、該第１部材と該第３部材との嵌合部の隙間および該第２部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該２つの嵌合部を密着させるろう付け工程とを含んでなることを特徴とするものである（以下、この方法を「第３接合方法」という）。
【００１３】
この方法は、介入させる第３の部材のみを変形させることによって行うものであり、基材となる板状部材と挿入されて接合される部材とのいずれもが、加圧による塑性変形を生じない材料であっても、この両部材を接合できる方法となる。また、本接合方法では、挿入されて接合される部材が、例えば、長い棒状の部材であるような場合には以下の利点をも有する。棒状の部材を接合させる場合、先の第１接合方法および第２接合方法では、カシメ工程の加圧のために接合部のみを、他の部分より太く形成する必要がある。このため、太い棒状の素材から、接合部以外の部分を機械加工等の切除手段によって細くしなければならない（図１１参照）。本接合方法では、挿入されて接合される部材が長い棒状の部材であっても、接合面となる部分を凹状に形成すればよく、挿入されて接合される部材を作製する際の材料の歩留りが改善できることなる。
【００１４】
また、第３の部材を介して行う接合方法のもう１つの方法は、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、前記第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位を、該第１部材の接合面に対して凸状または凹状に形成して第２部材の接合面を造形する第２部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に該第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面および該第２部材の接合面に嵌合させる第１のカシメ工程と、
該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第３部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程と、該第２部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程とを含んでなることを特徴とするものである（以下、この方法を「第４接合方法」という）。
【００１５】
本接合方法は、先に示した第２接合方法と同様、板状部材と介入させた部材とをろう付けする代わりに、板状部材の接合部近傍を加圧して変形させる第２のカシメ工程を付加したものである。本接合方法によれば、先の第３接合方法と同様、挿入されて接合される部材が塑性変形性のない材料である場合の接合にも適用でき、また、当該部材の材料歩留りを向上させることができる。さらに、ろう付け工程を短縮できるため、より迅速な接合加工が実現される。
【００１６】
さらに、本発明の２部材の接合方法では、上記第３接合方法および第４接合方法と同様に第３の部材を介して接合する場合に、挿入する第２部材と介在させる第３部材との接合を拡散接合とする態様のものとすることもできる。
【００１７】
拡散接合を採用する接合方法の一つは、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凸状または凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させかつ該第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位に付着させるカシメ工程と、該第２部材および該第３部材を加熱し、該第２部材と該第３部材との付着部を拡散接合させる拡散接合工程と、該第１部材と該第３部材との嵌合部の隙間にろう材を流入させ、該嵌合部を密着させるろう付け工程とを含んでなることを特徴とするものである（以下、この方法を「第５接合方法」という）。
【００１８】
つまり、この第５接合方法は、上記第３接合方法の第２部材と第３部材の接合を、ろう付けに代えて拡散接合で行うものである。拡散接合は、それぞれの部材を構成する原子が、両部材の界面において相互に拡散することにより、接合するものであり、同種の金属材料からなる部材の接合に有効な接合方法である。この拡散接合によれば、カシメ工程で付着させた第２部材と第３部材との付着部に存在するわずかな空隙（ボイド）も消失し、即ち接合する部材の界面が消失することで、接合強度において優れたものとなる。したがって、本第５接合方法は、第１部材に挿入する第２部材と、第１部材と第２部材との間に介在させる第３部材が、同種の金属材料からなる場合に特に有効な方法となる。
【００１９】
第２部材の歩留りについては、第３接合方法および第４接合方法と同様に優れたものとなり、第２部材が長い棒状のものである場合、また第２部材が高価な材料である場合等に特に有効となる。また、本第５接合方法は、第３接合方法および第４接合方法と異なり、第２部材の接合面を特別な形状に造形する工程を必要としないことから、この点でも迅速、簡便かつ加工コストが低減された接合方法となる。さらに、第３接合方法と比較すればろう付けの箇所が少なくてすみ、ろう材の使用量の低減を図れる点でも低コストな接合方法となる。
【００２０】
また、拡散接合を採用するもう一つの接合方法は、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、該第１部材と該第２部材との間に位置させる第３部材を介して接合させる２部材の接合方法であって、前記第１部材の前記切欠きまたは穴を区画する壁面の板厚方向の中間部の少なくとも一部を凹状に形成して第１部材の接合面を造形する第１部材接合面造形工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴に前記第２部材を前記第３部材を介して挿入し、該第３部材を加圧して変形させ、該第１部材の接合面に嵌合させかつ該第２部材の該第１部材の接合面に対向する部位に付着させる第１のカシメ工程と、該第２部材および該第３部材を加熱し、該第２部材と該第３部材との付着部を拡散接合させる拡散接合工程と、該第１部材の該切欠きまたは穴の近傍を加圧し、該第１部材の接合面を変形させ、該第１部材と該第３部材との嵌合部を密着させる第２のカシメ工程とを含んでなることを特徴とする（以下、この方法を「第６接合方法」という）。
【００２１】
本第６接合方法は、上記第５接合方法における第１部材と第３部材との接合を、ろう付けに代えて、カシメにて行う態様の接合方法であり、また言い換えれば、上記第４接合方法における第２部材と第３部材との接合を、ろう付けに代えて、拡散接合で行う態様の接合方法である。上記拡散接合の利点に加え、ろう付けをまったく施さないことで、ろう材コストの削減が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の２部材の接合方法の実施形態について、図を参照しつつ、詳しく説明する。
【００２３】
〈第１接合方法〉
本接合方法が適用される部材は、板厚方向に貫通する切欠きまたは穴を有する板状の第１部材と、該切欠きまたは穴に挿入される第２部材との２つの部材である。
【００２４】
第１部材の形状については、板状の部材であれば特に限定されず、円形のもの、方形のもの等いずれの外形をもつものであってもよい。第２部材が挿入される部分は、図１（ａ）に示すように、中央部に貫通された穴でもよく、またその穴は円形に限られず、図１（ｂ）示すように方形の穴でもよく、穴の形状は特に限定されない。さらに、例えば挿入される第２部材が第１部材の板厚方向にのみ力を受けるような場合にあっては、第２部材の挿入される部分は、図１（ｃ）に示すように切欠きの形状をしているものであってもよい。この第１部材の形状については、本接合方法だけでなく、後に説明する第２〜６接合方法についても同様であるため、以下の接合方法の説明では省略する。
【００２５】
本接合方法が適用される第２部材の形状は、第１部材の切欠きまたは穴に挿通することができるものであればよく、その長さは、第１部材の板厚と同程度の長さであってもよく、また、第１部材の板厚を超える長い棒状のものであってもよい。接合強度を考慮すれば、第２部材の接合部となる部分が第１部材の切欠きまたは穴の形状に合致し、この第２部材の全周において接合部となることが望ましい。ただし、所望の接合強度を得ることができる場合には、必ずしも全周にわたって接合部である必要はなく、外周のうち対向する２箇所あるいはそれ以上の複数の箇所が接合部となるような形状であってもよい。接合部は、カシメによって第１部材の切欠きまたは穴の壁面に接することができるものであればよく、接合強度、カシメ工程による加工性等を考慮すれば、接合部となる部分において、第１部材との間に存在する隙間ができるだけ小さいことが望ましい。
【００２６】
上述したように、様々な形状の第１部材および第２部材の組み合わせが考えられる。これらのすべてを説明することは難解なものとなるため、以下の実施形態の説明においては、図２に示すような、中央部に円形の穴１１を有する円盤状の第１部材１０と、この穴１１に挿入され、接合部となる大径部２１と、大径部２１の両側に大径部２１と同軸的に形成された小径部２２とを有する段付き円柱棒状の第２部材２０との接合形態を中心に説明する。
【００２７】
本接合方法が適用される第１部材１０の材質については、鋼、アルミニウム、チタン、銅、黄銅等の金属を始めとして、第２部材の加圧によるカシメ、第２部材とのろう付けに支障をきたさない限り、セラミック、ガラス、硬質樹脂等様々なものであってよい。また第２部材１０の材質は、接合部となる大径部２１が、圧縮によって塑性変形するものであればよく、第１部材１０と同種のものでもよく、また、第１部材１０と異種のものであってもよい。
【００２８】
本接合方法においての第１部材接合面造形工程は、基材となる第１部材に設けられた切欠きまたは穴を区画する壁面のうち、接合部となる部分の板厚方向の中間部を凸状または凹状に形成することによって行う。図２に示す第１部材と第２部材との組み合わせにおいては、円形穴の側壁面を全周にわたって凸状または凹状に形成することによって、第１部材の接合面を造形すればよい。
【００２９】
板厚方向の中間部が凸状または凹状に形成された接合面は、図３に示すように、種々の形状のものとすることができる。例えば、図３（ａ）および（ｂ）で示されるような、断面において２本の直線で区画されるような凸部１３あるいは凹部１４をもつ形状、図３（ｃ）および（ｄ）で示されるような、断面において曲線で区画される凸部１３あるいは凹部１４をもつ形状、図３（ｅ）および（ｆ）で示されるような同一断面で２以上の凸部または凹部をもつ形状などである。ただし、必ずしもすべての接合部において同じ形状を有する接合面１２となるように造形する必要はない。凸部１３または凹部１４の突出代または凹み代については、得ようとする接合強度、挿入される第２部材の材質、第１部材１０の加工性等を総合的に勘案して決定すればよい。
【００３０】
接合面１２の造形、つまり凸部１３または凹部１４の形成方法は、特に限定されるものではない。第１部材１０に切欠きまたは穴１１を形成させた後、凸部１３または凹部１４を形成するのでもよく、また、切欠きまたは穴１１の形成と同時に凸部１３または凹部１４を形成させるものであってもよい。例えば、第１部材１０が鋼等の金属材料からなるものである場合には、ボール盤、フライス盤、旋盤等の加工装置を用いて、切削加工によって接合面１２を造形することができる。
【００３１】
次に、接合面が造形された第１部材の切欠きまたは穴に第２部材を挿入し、カシメ工程を行う。図２に示す第１部材と第２部材との組み合わせの場合のカシメ工程の様子を、図４に示す。この実施形態は、第１部材１０の穴１１の側壁面である接合面１２は凸状に形成されている。挿入される第２部材２０は、接合部となる大径部２１と、その上下に同軸的に設けられた小径部２２とからなり、カシメるための加圧は、大径部のフランジ面２３を上下方向に大径部２１を押しつぶすように行う。本実施形態の場合は、小径部２２の変形を防止すべく、小径部２２の外径より若干大きな内径を有する１対の筒状の押圧治具５０によって加圧を行う。加圧の方法は、特に限定されず、プレス、打撃等、種々の方法を用いて行うことができる。
【００３２】
加圧により、第２部材２０の大径部２１は、塑性変形し第１部材１０の接合面１２に嵌合することとなり、第１部材１０の接合面１２と第２部材２０の接合面２４（大径部２１の円柱側面であった面）とで嵌合部４０を構成することとなる。しかし、このようなカシメ工程だけでは、嵌合部４０には隙間が残存することになり、第１部材１０と第２部材２０とのいずれかに繰り返し荷重が加えられるような場合は、両者の間にがたつきを生じることも考えられる。
【００３３】
加圧して変形させる部材、本実施形態の場合は第２部材２０の大径部２１が、例えば金属材料のように、加熱することにより軟化する材料からなる場合は、カシメ工程は、この第２部材の大径部２１を加熱して行うことが望ましい。第２部材２０を軟化させることにより、上記嵌合部４０に残存する隙間が減少し、両部材に生じるがたつきを軽減させることができ、また、カシメのための加圧力を小さくすることができ、カシメ装置自体の小型化が達成できるからである。
【００３４】
上記加熱の方法は、第２部材２０を加熱炉中に存置させる方法、直火を当てて加熱する方法等、種々の方法を採用することができる。また、第２部材２０を第１部材１０に挿入する前に第２部材を単独で加熱するのでもよく、また、挿入後加熱するものであってもよい。第２部材２０が電気伝導性のある材料である場合、高周波コイルを用いて高周波誘導加熱を行うこともできる。高周波誘導加熱は、迅速かつ均一に加熱できるというメリットを有する。また、第２部材２０が電気伝導性のある材料からなる場合には、加圧するための１対の押圧治具５０の間に高電圧をかけ、その通電抵抗によって発熱させる抵抗加熱を行うのがより望ましい。この抵抗加熱によれば、加熱と加圧が同時にできることから、より迅速かつ簡便な、カシメ工程となる。
【００３５】
カシメ工程終了後、嵌合部４０の隙間にろう材を流入させ、この嵌合部４０を密着させるろう付け工程に移る。ろう付け後の様子を、図５に示す。ろう付け工程により、ろう材は嵌合部４０の隙間に入り込み、第１部材１０と第２部材２０との嵌合部４０は密着された状態となり、接合強度が大きく、繰り返される荷重に対してもがたつきの発生しない２部材の接合が実現される。
【００３６】
ろう付けは、例えば第１部材および第２部材が鋼、チタン等の場合は銀ろう付けを行うといった具合に、公知の方法にて行えばよく、ろう材の種類、フラックスの種類、加熱方法等、ろう付けの材料および条件については、接合に供される第１部材１０および第２部材２０の材質、大きさ、嵌合部４０の隙間量および形状等に応じて、適切なものを選定すればよい。なお、第１部材１０がセラミック材料で、第２部材２０が金属材料であるような場合は、セラミックの第１部材１０の接合面１２に、Ｍｏ系物質をメタライジングする等の特殊な前処理を行って、接合性を向上させるといった工夫も考えられる。
【００３７】
また、ろう付け時におけるろう材の流入をスムーズに行うことに配慮して、嵌合部４０の第１部材１０あるいは第２部材２０のろう材を流入させる箇所にろう材導入部を形成させることも望ましい実施態様となる。例えば、図６に示すものは、第１部材１０の板表面と接合面２４との境界部に面取り１５を施すことにより、ろう材導入部を設けた態様のものである。このようなろう材導入部の存在により、ろう付け工程が簡便かつ確実に実施でき、嵌合部４０のより均一な密着が担保されることとなる。
【００３８】
〈第２接合方法〉
第２接合方法は、上記第１接合方法のろう付け工程に代え、挿入される第２部材を加圧するカシメ工程によっても残存する嵌合部の隙間を、第１部材の切欠きまたは穴の近傍を加圧して押しつぶす第２のカシメ工程を行う方法である。この第２のカシメ工程により、嵌合部が密着した接合を行うことができる接合方法となる。
【００３９】
この第２接合方法は基材となる第１部材をも加圧して塑性変形させるものであることから、第１部材は、例えば、鋼、アルミニウム、チタン、銅等の金属材料のように、塑性変形性のある材料からなる必要がある。また、第２接合方法における第１部材接合面造形工程では、第１部材を加圧によって押しつぶして嵌合部の隙間を密着させるものであることから、第１部材の切欠きまたは穴の側壁面を凹状に形成する必要がある。より具体的には、例えば、図３（ｂ）、（ｄ）に示すような形状の凹部を形成する必要がある。凹状の壁面を形成して接合面を造形する方法としては、上記第１接合方法における場合と同様の方法を用いればよい。
【００４０】
次に、第１部材の切欠きまたは穴に挿入した第２部材を加圧する第１のカシメ工程を行う。第１のカシメ工程を図７に示す。第１接合方法と同様の方法にてカシメを行えばよい。この第１カシメ工程によって、第２部材２０の大径部２１は塑性変形し、大径部２１の円筒側面が第１部材１０の穴１１の側壁面である接合面１２に嵌合して接合面２４となる。上記第１接合方法の場合と同様、第１部材１０の接合面１２と第２部材２０の接合面２４とから構成される嵌合部４０は、この時点では密着されたものとなっておらず、隙間を有するものとなってている。なお、第２部材が加熱することにより軟化する部材である場合には、この第１カシメ工程において第２部材２０を加熱してカシメを行うことも、また、その加熱を抵抗加熱にて行うこともでき、それらの利点についても上記第１接合方法の場合と同様である。
【００４１】
次いで、第１部材１０の切欠きまたは穴１１の近傍を加圧し、第１部材１０の接合面１２を変形させて嵌合部４０を密着させる第２のカシメ工程に供する。第２のカシメ工程の様子を図８に示す。押圧治具５０によって第１部材１０の穴１１の周りを第１部材１０を挟み付けるように加圧することで、嵌合部４０が密着させられる。第１部材１０が加熱により軟化する材料からなる場合は、この第２のカシメ工程において、第１部材１０を加熱して行うことは、嵌合部４０をより緊密に密着させることとなる。つまり、軟化することにより第１部材１０の変形性が良好となるばかりでなく、加熱カシメ後の冷却によって、第１部材１０の穴１１が収縮し、第２部材２０を締め付けるように作用するからである。なお、この加熱の方法についても種々の方法を採用できるが、押圧治具５０を介して通電させ、第１部材１０の通電抵抗により発熱させる抵抗加熱によれば、カシメと加熱が同時に行えることから、迅速なカシメ工程となる。
【００４２】
このように、第１部材および第２部材の両者が加圧によって塑性変形する材料からなる場合、第２接合方法は、第１接合方法と異なりろう付けを必要とせず、簡便でかつ迅速な２部材の接合方法となる。
【００４３】
〈第３接合方法〉
本接合方法は、上記第１接合方法および第２接合方法と異なり、板状の第１部材と第１部材の切欠きまたは穴に挿入される第２部材とを、両者の接合面の間に第３の部材を介して接合するものである。第１部材、第２部材および第３部材の形状は、種々選択して組み合わせることができるが、ここでは便宜上、図９に示すような、中央部に貫通した円形の穴１１が設けられた円盤状の第１部材１０と、円柱棒状の第２部材２０と、第１部材１０の穴１１の内径より若干小さい外径をもちかつ第２部材２０の外径より若干大きな内径をもつ筒状の第３部材３０との組み合わせの実施形態を中心に説明する。以後の第４〜第６接合方法についても同様である。
【００４４】
本接合方法では、第３部材３０を加圧して変形させるため、この第３部材は、例えば金属材料のような塑性変形性がある材料からなる必要がある。これに対して、第１部材１０および第２部材については、加圧変形させないことから、金属材料のみならず、例えばセラミック、ガラス等の塑性変形性のない材料であっても構わない。
【００４５】
第１部材の造形工程は、第１接合方法の場合と同様、第１部材に設けられた切欠きまたは穴を区画する壁面のうち、接合部となる部分の板厚方向の中間部を凸状または凹状に形成することによって行う。凸状または凹状の形状については第１接合方法の場合と同様、例えば、図３に示すような種々の形状を採用することができる。また、凸部あるいは凹部の形成方法、突出代または凹み代等についても、第１接合方法と同様の考え方に従えばよい。
【００４６】
本接合方法では、第２部材の第１部材の接合面に対向する部位を、第１部材の接合面に対して凸状または凹状に形成して第２部材の接合面を造形する第２部材接合面造形工程をも必要とする。図９に示す組み合わせの実施形態の場合においては、図１０に示すような断面形状に、第２部材２０の接合面を造形すればよい。例えば、図１０（ａ）および（ｄ）で示されるような、断面において２本の直線で区画されるような凸部２５あるいは凹部２６をもつ形状、図１０（ｂ）および（ｅ）で示されるような、断面において曲線で区画される凸部２５あるいは凹部２６をもつ形状、図１０（ｃ）および（ｆ）で示されるような同一断面で２以上の凸部２５または凹部２６をもつ形状などである。凸部２５または凹部２６の形成方法は、第２部材２０の材質等に応じて、任意の方法を採用できる。
【００４７】
なお、例えば、図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）のように凹部２６を形成させて第２部材２０の接合面を造形する場合には、第２部材の材料歩留りがよいという利点をも有する。つまり、棒状の長い第２部材について上記の第１接合方法および第２接合方法を適用しようとする場合であって、第２部材を切削加工等によって所定の形状に造形する場合は、例えば図１１（ａ）に示すように、斜線部分を切除しなければならない。これに対して、本接合方法の第２部材では、図１１（ｂ）に示すように、凹部を形成するように接合面を造形すればよく、切除される材料が少なくてすみ、第２部材の材料歩留りがよいものとなる。したがって、第２部材が棒状の長いものであって、しかも高価な材料からなる場合は、本接合方法はコスト的にも優れた接合方法となる。
【００４８】
次に、接合面が造形された第１部材の切欠きまたは穴に、第３部材とともに第２部材を挿入し、カシメ工程を行う。図９に示す第１部材、第２部材、第３部材との組み合わせの場合のカシメ工程の様子を、図１２（ａ）および（ｂ）に示す。この実施形態では、第１部材１０の穴１１の側壁面である接合面１２は凸状に形成されている。挿入される第２部材２０の接合面２４も凸状に形成されている。カシメは、第３部材３０のみを加圧すべく、押圧治具５０によって行う。加圧の方法は、第１接合方法の場合と同様、特に限定されず、プレス、打撃等、種々の方法を用いて行うことができる。
【００４９】
加圧により、第３部材３０は、塑性変形して第１部材１０の接合面１２および第２部材２０の接合面２４に嵌合することとなり、それぞれの接合面１２、２４と第３部材３０の接合面３１とで嵌合部４０を構成することとなる。第１接合方法の場合と同様、このようなカシメ工程だけでは、嵌合部４０には隙間が残存することになり、第１部材１０と第２部材２０とはがたつきが発生する可能性を残す。
【００５０】
第３部材３０が、例えば金属材料のように、加熱することにより軟化する材料からなる場合は、第１接合方法の場合と同様、カシメ工程は、この第３部材３０を加熱して行うことが望ましい。第３部材３０を軟化させることにより、上記嵌合部４０に残存する隙間が減少し、両部材間に生じる可能性があるがたつきを軽減させることができ、また、カシメのための加圧力を小さくすることができ、カシメ装置自体の小型化が達成できるからである。加熱によるこれらの効果は、第１接合方法の場合と同様である。
【００５１】
上記加熱の方法は、第１接合方法の場合と同様、第３部材３０を加熱炉中に存置させる方法、直火を当てて加熱する方法、高周波誘導加熱法等、種々の方法を採用することができる。また、第３部材２０を第１部材１０に挿入する前に第３部材を単独で加熱するのでもよく、また、挿入後加熱するものであってもよい。また、第３部材３０が電気伝導性のある材料からなる場合には、通電抵抗によって発熱させる抵抗加熱を行うのが望ましい。この抵抗加熱によれば、加熱と加圧が同時にできることから、より迅速かつ簡便な、カシメ工程となる。この抵抗加熱による効果も、上記第１接合方法の場合と同様である。
【００５２】
カシメ工程終了後、第１部材１０と第３部材３０との嵌合部４０および第２部材２０と第３部材３０との嵌合部４０の隙間にろう材を流入させ、この嵌合部４０を密着させるろう付け工程に移る。ろう付け後の様子を、図１２（ｃ）に示す。ろう付け工程により、ろう材４１は嵌合部４０の隙間に入り込み、２つの嵌合部４０は密着された状態となり、接合強度が大きく、第１部材と第２部材との間にがたつきのない２部材の接合が実現される。なお、第３部材を加熱して変形させることによる熱収縮で第２部材と第３部材が充分に密着する場合には、第２部材２０と第３部材３０とのろう付けは必要ない。
【００５３】
ろう付けは、第１接合方法の場合と同様に、公知の方法にて行えばよく、ろう材の種類、フラックスの種類、加熱方法等、ろう付けの材料および条件については、第１部材１０、第２部材２０、第３部材３０の材質、大きさ、嵌合部４０の隙間量および形状等に応じて、適切なものを選定すればよい。また、ろう付け時におけるろう材の流入をスムーズに行うべく、嵌合部４０の第１部材１０あるいは第２部材２０のろう材流入箇所にろう材導入部を設ける等の配慮をすることも望ましい。この点についても、第１接合方法の場合と同様である。
【００５４】
〈第４接合方法〉
本接合方法は、上記第３の接合方法における第１部材と第３部材との嵌合部を密着する手段として、ろう付けの代わりに、第１部材の切欠きまたは穴の近傍を加圧して行うカシメによる手段を採用したものである。つまり、本接合方法は、第３接合方法と第２接合方法とをミックスさせた方法である。
【００５５】
したがって、本接合方法が適用できる第１部材は、例えば金属材料等のように、塑性変形性のある材料からなる必要がある。また、本接合方法における第１部材接合面造形工程では、第２接合方法と同様、第１部材と第３部材との嵌合部の隙間を第１部材を加圧することによって押しつぶし、密着させるものであることから、第１部材の切欠きまたは穴の側壁面を凹状に形成する必要があり、例えば、図３（ｂ）、（ｄ）に示すような形状の凹部を形成する必要がある。なお、第２部材の接合面の造形は、第３接合方法の場合と同様に行えばよい。
【００５６】
接合面が造形された第１部材および第２部材は、両者の間に第３部材を介して、まず第１のカシメ工程に供される。図９に示す第１部材、第２部材、第３部材との組み合わせの場合の第１のカシメ工程の様子を、図１３に示す。この実施形態では、第１部材１０の穴１１の側壁面である接合面１２および挿入される第２部材２０の接合面２４ともに凹状に形成されている。カシメは、第３接合方法と同様の方法にて行えばよい。また、第３部材３０を加熱してカシメ行うこと、およびこの加熱の方法についても第３接合方法に従う。
【００５７】
第１のカシメ工程により、第３部材３０は、塑性変形し第１部材１０の接合面１２および第２部材２０の接合面２４に嵌合することとなり、それぞれの接合面１２、２４と第３部材３０の接合面３１とで嵌合部４０を構成することとなる。第３接合方法の場合と同様、このようなカシメ工程だけでは、嵌合部４０には隙間が残存することになる。
【００５８】
次いで、嵌合部の隙間を密着させるために、第２のカシメ工程に供される。第２のカシメ工程の様子を、図１４に示す。第２のカシメ工程では、第１部材１０の穴１１の近傍を板厚方向に挟み付けるように加圧し、第１部材１０の接合面１２を変形させて、第１部材と第３部材との嵌合部４０を密着させる。加圧は、押圧治具５０によって第１部材１０の穴１１の周りを第１部材１０を挟み付けるようにして行う。第１部材１０が加熱により軟化する材料からなる場合は、この第２のカシメ工程において、第１部材１０を加熱して行うこと、および、加熱を抵抗加熱によって行うことの効果は、第２接合方法の場合と共通するものとなる。
【００５９】
カシメ工程終了後、第２部材２０と第３部材３０との嵌合部４０の隙間にろう材を流入させ、この嵌合部４０を密着させるろう付け工程に移る。ろう付け後の様子を、図１５に示す。ろう付け工程により、ろう材は嵌合部４０の隙間に入り込み、第２部材２０と第３部材３０とのの嵌合部４０は密着された状態となる。ろう付けの方法については、上記第１接合方法および第３接合方法の場合と同様に、公知の方法を採用すればよい。なお、第３接合方法の場合と同様、第３部材を加熱して変形させることによる熱収縮で第２部材と第３部材が充分に密着する場合には、第２部材２０と第３部材３０とのろう付けは必要ない。
【００６０】
本接合方法は、上記第２のカシメ工程とろう付け工程の２工程で、それぞれの嵌合部が密着され、接合強度が大きく、第１部材と第２部材との間にがたつきのない２部材の接合が実現される。なお、第２のカシメ工程と、ろう付け工程については、いずれの工程を先に行ってもよい。本接合方法は、ろう付けを行う箇所が少ないため、上記第３接合方法に比べて短時間で２部材を接合できる方法となる。
【００６１】
〈第５接合方法〉
本接合方法は、上記第３接合方法と同様、第３部材を介して接合する方法であるが、上記第３接合方法と異なり、第２部材と第３部材との接合をろう付けに代えて拡散接合にて行う方法である。したがって、第３部材は、塑性変形性が要求されるとともに、第２部材と拡散接合可能な材料、例えば同種の材料からなることが要求される。なお、第１部材は、塑性変形性のない材料であっても構わない。
【００６２】
第１部材の造形工程は、第１接合方法および第３接合方法の場合と同様、第１部材に設けられた切欠きまたは穴を区画する壁面のうち、接合部となる部分の板厚方向の中間部を凸状または凹状に形成することによって行う。凸状または凹状の形状については第１接合方法および第３接合方法の場合と同様、例えば、図３に示すような種々の形状を採用することができる。また、凸部あるいは凹部の形成方法、突出代または凹み代等についても、第１接合方法および第３接合方法と同様の考え方に従えばよい。
【００６３】
本接合方法においては、第３接合方法と異なり、第２部材の第１部材の接合面に対向する部位を造形すること、つまり第２部材の接合面を造形することを、特に必要としない。第２部材の接合面を造形しない場合は、その造形工程を省略できる分だけ２部材の接合の工数を削減できる。また、本接合方法は、第３接合方法および第４接合方法と同様、第２部材の材料の歩留りを向上させることができ、第２部材が棒状の長いものであって、しかも高価な材料からなる場合は、本接合方法は材料コスト的にも優れた接合方法となる。なお、第２部材と第３部材との接合面を大きくするために、第２部材の接合面を例えば図１０に示したような断面形状に造形するものであってもよい。
【００６４】
次に、接合面が造形された第１部材の切欠きまたは穴に、第３部材とともに第２部材を挿入し、カシメ工程を行う。カシメ工程の様子を、図１６に示す。この実施形態では、第１部材１０の穴１１の側壁面である接合面１２は凸状に形成されており、挿入される第２部材２０の接合面２４（第１部材の接合面１２に対向する部位）は造形されず丸棒の有する円柱面のままである。カシメは、第３部材３０のみを加圧すべく、押圧治具５０によって行う。加圧の方法は、上記第３接合方法等の場合と同様、特に限定されず、プレス、打撃等、種々の方法を用いて行うことができる。
【００６５】
加圧により、第３部材３０は、塑性変形して、第１部材１０の接合面１２に嵌合すると同時に、第２部材２０の接合面２４に付着することとなる。そして第１部材１０の接合面１２と第３部材３０の接合面３１とで嵌合部４０を構成し、第２部材の接合面２４と第３部材の接合面３２とで付着部４５を構成することとなる。第３接合方法の場合と同様、このようなカシメ工程だけでは、嵌合部４０には隙間が残存することになり、第１部材１０と第２部材２０とはがたつきが発生する可能性を残す。また、付着部４５についても、多少の空隙が存在するとともに、凹状または凸状に形成されていないため、第２部材２０に対してその長手方向に大きな力を加えた場合に、第２部材２０が位置ズレを生じる状態（第３部材から抜ける状態）となっている。
【００６６】
第３部材３０が、例えば金属材料のように、加熱することにより軟化する材料からなる場合は、第３接合方法の場合と同様、カシメ工程は、この第３部材３０を加熱して行うことが望ましい。第３部材３０を軟化させることにより、上記嵌合部４０に残存する隙間および上記付着部４５に残存する多少の空隙が減少させることができ、また、カシメのための加圧力を小さくできることでカシメ装置自体の小型化が達成できるからである。加熱によるこれらの効果は、上記第１接合方法において説明した効果と同様である。加熱方法については上記第１接合方法に説明した方法に従えばよく、抵抗加熱によるのが望ましいことについても同様である。
【００６７】
なお、第３部材３０を加熱してカシメ工程を行う場合、一般には、第３部材３０はカシメ工程後熱収縮によって縮径する。したがって、第１部材１０と第３部材３０との嵌合面４０は、その間隙がより大きくなる傾向にあり、がたつきは大きくなる。これと逆に第２部材２０と第３部材３０との付着部４５は密着しようとするが、空隙が完全になくなることはなく、このままでは、やはり長期の繰り返し負荷等によっては、がたつきが生じ、さらに第２部材２０が第３部材３０から容易に抜け得る状態となる。
【００６８】
本接合方法では、カシメ工程終了後、第２部材２０と第３部材３０との付着部４５を拡散接合させる拡散接合工程を行う。拡散接合工程後の様子を図１７に示す。拡散接合は、加熱することにより、付着部４５において、第２部材２０および第３部材３０を形成する材料が、固相の状態で相互に相手部材に原子レベルで拡散していく現象を利用したものであり、両部材の界面が消失し、あたかも１つの部材となるように強固な接合を可能にしている。
【００６９】
拡散接合の方法は、特に限定するものではなく、第２部材２０および第３部材３０を加熱することのできる方法であって、一般的に行われる公知の方法を採用すればよい。例えば、カシメ工程を終了して一体化された第１〜第３部材を、加熱炉中で、非酸化性雰囲気下、それぞれの部材の融点より低い温度で加熱すればよい。拡散接合が完了した状態は、上記第１接合方法においてカシメ工程が完了した状態に極めて近い状態となっている。
【００７０】
拡散接合工程終了後、第１部材１０と第３部材３０との嵌合部４０の隙間にろう材を流入させ、この嵌合部４０を密着させるろう付け工程に移る。ろう付け後の様子を、図１８に示す。ろう付け工程により、ろう材４１は嵌合部４０の隙間に入り込み、嵌合部４０は密着された状態となり、接合強度が大きく、第１部材と第２部材との間にがたつきのない２部材の接合が実現される。
【００７１】
ろう付けは、第１接合方法の場合と同様に、公知の方法にて行えばよく、ろう材の種類、フラックスの種類、加熱方法等、ろう付けの材料および条件については、第１部材１０、第２部材２０、第３部材３０の材質、大きさ、嵌合部４０の隙間量および形状等に応じて、適切なものを選定すればよい。また、ろう付け時におけるろう材の流入をスムーズに行うべく、嵌合部４０の第１部材１０のろう材流入箇所にろう材導入部を設ける等の配慮をすることも望ましい。この点についても、第１接合方法の場合と同様である。
【００７２】
本接合方法では、上記拡散接合工程とろう付け工程とを、同時に行う、つまり、１工程で行う態様ものとすることもできる。例えば、加熱炉中で拡散接合工程を行う場合、予め第１部材１０と第３部材３０との嵌合部４０のろう材材流入箇所にろう材を設置し、拡散接合を行う加熱の最中にろう材が溶融して嵌合部４０に流入するようにすればよい。拡散接合工程とろう付け工程を同時に行う場合は、ろう付け工程にかかる時間を削減することができ、より迅速で低コストな２部材の接合方法となる。
【００７３】
〈第６接合方法〉
本接合方法は、第１部材と第３部材との嵌合部を密着する手段として、上記第５接合方法におけるろう付けの代わりに、第１部材の切欠きまたは穴の近傍を加圧して行うカシメによる手段を採用したものである。つまり、本接合方法は、第５接合方法と第２接合方法とをミックスさせた方法である。言い換えれば、第４接合方法の第２部材と第３部材との接合を、拡散接合に置き換えたものである。
【００７４】
したがって、本接合方法が適用できる第１部材は、例えば金属材料等のように、塑性変形性のある材料からなる必要がある。また、本接合方法における第１部材接合面造形工程では、第２接合方法および第４接合方法と同様、第１部材と第３部材との嵌合部の隙間を第１部材を加圧することによって押しつぶし、密着させるものであることから、第１部材の切欠きまたは穴の側壁面を凹状に形成する必要があり、例えば、図３（ｂ）、（ｄ）に示すような形状の凹部を形成する必要がある。第１部材の接合面の造形は、第２接合方法および第４接合方法と同様の考え方、方法に従えばよい。なお、第２部材の接合面の造形を特に必要としないのは、上記第５接合方法の場合と同様である。
【００７５】
次に、接合面が造形された第１部材の切欠きまたは穴に、第３部材とともに第２部材を挿入し、第１のカシメ工程を行う。第１のカシメ工程の様子を、図１９に示す。カシメの方法等については、上記第５接合方法の場合と同様とすればよい。加圧により、第３部材３０は、塑性変形して、図３（ｂ）に示すような凹状に造形されている第１部材１０の接合面１２に嵌合すると同時に、第２部材２０の接合面２４に付着することとなる。そして第１部材１０の接合面１２と第３部材３０の接合面３１とで嵌合部４０を構成し、第２部材の接合面２４と第３部材の接合面３２とで付着部４５を構成することとなる。つまり、第１のカシメ工程を終了した状態は、上記第５接合方法のカシメ工程を終了した場合と、同様の状態となっている。なお、第３部材３０が加熱することにより軟化する材料からなる場合は、第１のカシメ工程は、この第３部材３０を加熱して行うことが望ましく、また、その加熱を抵抗加熱によって行うのが望ましいことについても、上記第５接合方法の場合と同様である。
【００７６】
第１のカシメ工程終了後、第２部材２０と第３部材３０との付着部４５を拡散接合させる拡散接合工程を行う。拡散接合工程後の様子を図２０に示す。拡散接合の方法は、特に限定するものではなく、上記第５接合方法と同様、一般的に行われる公知の方法を採用すればよい。拡散接合を完了したした状態は、上記第２接合方法において第１のカシメ工程が完了した状態に極めて近い状態となっており、拡散接合によって第２部材と第３部材とは強固な接合がなされている。
【００７７】
次いで、第１部材と第３部材との嵌合部４０の隙間を密着させるために、第２のカシメ工程に供される。第２のカシメ工程の様子を、図２１に示す。第２のカシメ工程では、第１部材１０の穴１１の近傍を板厚方向に挟み付けるように加圧し、第１部材１０の接合面１２を変形させて、第１部材と第３部材との嵌合部４０を密着させる。加圧は、押圧治具５０によって第１部材１０の穴１１の周りを第１部材１０を挟み付けるようにして行う。第１部材１０が加熱により軟化する材料からなる場合は、この第２のカシメ工程において、第１部材１０を加熱して行うこと、および、加熱を抵抗加熱によって行うことの効果は、第２接合方法の場合と共通するものとなる。
【００７８】
本接合方法は、ろう付けを必要としないことから、より迅速な２部材の接合方法となる。また、ろう材をも全く必要としないことは、高価なろう材を使用しなければならない材料からなる２部材を接合する際に、特にコスト低減効果が大きい接合方法となる。
【００７９】
【実施例】
上記実施形態に基づき、鋼製の第１部材とチタン合金製の第２部材との接合を、第１接合方法、第２接合方法および第５接合方法にて実施し、接合部の評価をした。以下に、これらを実施例として説明する。
【００８０】
〈実施例１〉
本実施例では、第１部材の材料にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金を用い、第２部材の材料にＴｉ−Ａｌ−Ｖ合金を用いた。第１部材は、図２に示すような形状で、厚さ６ｍｍ、直径３６ｍｍφの円盤状で、中央部に直径１０．６ｍｍφの円形の貫通穴１１が設けられている。また第２部材も、図２に示す形状であり、大径部２１の直径は１０．５ｍｍφ、小径部の直径は６ｍｍφ、大径部の長さは１０ｍｍとした。
【００８１】
まず、第１部材１０の穴１１の側壁面を、フライス盤にて切削加工し、図３（ａ）に示すような凸部１３を形成させて、接合面１２を造形した。凸部１３は、板厚のちょうど中間部にあり、穴の中心線（板表面に対して垂直な線）に対して２５°の角度をなす接合面とした。なお、接合面と板表面との境界には、後のろう付けにおいてろう材が流入しやすいように、ろう材導入部として、板表面から１ｍｍの深さまで面取り部を形成させた。
【００８２】
次に、第２部材２０を第１部材１０の穴１１に挿入し、図４に示すように、上下方向に、第２部材２０の大径部２１のフランジ面２３を押圧治具５０で挟み付けるようにして押し当てた。それぞれの押圧治具５０の間には電圧がかけられ第２部材２０に通電されるようになっており、通電させることで、第２部材２０の大径部２１を抵抗加熱した。通電と同時に、押圧治具５０にて加圧し、第２部材２０の大径部２１を変形させ、その円筒側面を第１部材の造形された接合面１２に嵌合させて、カシメ工程を終了した。
【００８３】
次いで、図６に示すように、嵌合部４０を真空中で８５０℃に加熱し、ろう材導入部１５から、ろう材であるＢＡｇ−８ａを、嵌合面４０に残存する隙間に流入させてろう付けを行った。窒素ガス冷却により室温まで冷却させて、第１部材と第２部材との接合を完了した。
【００８４】
接合が完了したものを、切断し接合の様子を観察した。接合断面の拡大写真を図２２に示す。この写真からも明らかなように、本第１接合方法によれば、第１部材と第２部材との接合部は完全に密着しており、良好な接合状態となっていることが確認できた。
【００８５】
接合強度を比較するために、ろう付けを行わず、カシメ工程だけで接合を終了させたサンプルをも作製した。また、ろう付けだけで接合したサンプルも作製した。ろう付けだけのものは、第１部材の穴の側壁面に凸部を形成させずに、ろう付けしたものである（図３３参照）。
【００８６】
本第１接合方法によるものと、上記２種のサンプルとの接合強度を比較をした。まず、余盛りとなっている部分の影響を排除すべく、各々の接合部を第１部材の表面から１．３ｍｍ切削して、厚さ３．４ｍｍの平板状とした。次いで、第１部材を固定した上で第２部材の中心を第１部材の板厚方向に付勢し、いくらの力で第２部材が第１部材から接合部で分離するかを試験して、強度を比較するものとした。試験の結果を、図２３に示す。
【００８７】
図２３は、ろう付けだけを行ったものが接合部で分離するときの力を１００％とした場合の比較であり、カシメ工程のみを行ったものは、１２７％の値となった。これに対して本第１接合方法によるものは、１５０％と高い値を示すものとなっている。この結果から、本実施例の材料の組み合わせの場合、ろう付けだけよりもカシメだけを行った場合のほうが接合強度が強く、さらに、カシメ工程を行った場合に残存する嵌合部の隙間にろう材を流入させ、この嵌合部を密着させることが、接合強度の向上に大きな効果があると確認できる。
【００８８】
〈実施例２〉
本実施例は、第２接合方法に関するものである。本実施例においても、第１部材の材料にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金を用い、第２部材の材料にＴｉ−Ａｌ−Ｖ合金を用いた。第１部材は、図２に示すような形状で、厚さ６ｍｍ、直径３６ｍｍφの円盤状で、中央部に直径９．２ｍｍφの円形の貫通穴１１が設けられている。また第２部材も、図２に示す形状であり、大径部２１の直径は８．４ｍｍφ、小径部の直径は６．２ｍｍφ、大径部の長さは１０ｍｍとした。
【００８９】
まず、第１部材１０の穴１１の側壁面を、フライス盤にて切削加工し、図３（ｂ）に示すような凹部１４を形成させて、接合面１２を造形した。凹部１４は、板厚のちょうど中間部にあり、穴の中心線（板表面に対して垂直な線）に対して２５°の角度をなす接合面とした。なお、凹部の凹み代は１ｍｍとした。
【００９０】
次に、第２部材２０を第１部材１０の穴１１に挿入し、第１のカシメ工程を行った。図７に示すように、上下方向に、第２部材２０の大径部２１のフランジ面２３を押圧治具５０で挟み付けるようにして押し当てた。それぞれの押圧治具５０の間には電圧がかけられ第２部材２０に通電されるようになっており、通電させることで、第２部材２０の大径部２１を抵抗加熱した。通電と同時に、押圧治具５０にて加圧し、第２部材２０の大径部２１を変形させ、その円筒側面を第１部材の造形された接合面１２に嵌合させて、第１のカシメ工程を終了した。第１のカシメ工程後の、接合部断面の様子を、拡大写真として、図２４に示す。この写真からわかるように、両部材の嵌合部４０は、完全には密着されておらず、不完全な接合状態となっている。
【００９１】
次いで、第１のカシメ工程が終了したものを、第２のカシメ工程に供した。第２のカシメ工程は、図８に示すような方法で行った。第１のカシメ工程と同様に、押圧治具５０には第１部材１０通電させるようになっており、通電させることで第１部材１０の接合部近傍を抵抗加熱した。通電と同時に、押圧治具５０にて加圧し、第１部材１０の接合面１２を変形させ、第２部材２４の接合面２４と密着させ、第２のカシメ工程を終了した。第２のカシメ工程後の、接合部断面の様子を、拡大写真として、図２５に示す。この写真からわかるように、両部材の嵌合部４０は、充分に密着されており、良好な接合状態となっていることが確認できた。
【００９２】
〈実施例３〉
本実施例は、第３部材を介して第１部材と第２部材とを接合する第５接合方法に関するものである。本実施例では、第１部材の材料にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金を用い、第２部材の材料にＴｉ−Ａｌ−Ｖ合金を用い、第３部材の材料には第２部材の材料と同じ組成のＴｉ−Ａｌ−Ｖ合金を用いた。それぞれの部材は図９に示すような形状をしている。より具体的には、第１部材１０は、厚さ６ｍｍ、直径３６ｍｍφの円盤状で、中央部に直径９．６ｍｍφの円形の貫通穴１１が設けられている。また第２部材２０は、直径は６．２ｍｍφ、長さ９５ｍｍ丸棒であり、第３部材３０は、外形９．５ｍｍφ、内径６．５ｍｍφ、長さ１０ｍｍの円筒状をなしている。
【００９３】
まず、実施例１の場合と同様、第１部材１０の穴１１の側壁面を、フライス盤にて切削加工し、図３（ａ）に示すような凸部１３を形成させて、接合面１２を造形した。凸部１３は、板厚のちょうど中間部にあり、穴の中心線（板表面に対して垂直な線）に対して２５°の角度をなす接合面とした。
【００９４】
次に、第２部材２０を第３部材３０を介して第１部材１０の穴１１に挿入し（第２部材２０を第３部材３０に挿入し、第３部材３０ごと第１部材１０の穴１１に挿入し）、図１６に示すように、上下方向に、第３部材３０を押圧治具５０で挟み付けるようにして押し当てた。それぞれの押圧治具５０の間には電圧がかけられ第３部材３０に７ｋＡの電流が通電されるようになっており、通電させることで、第３部材を抵抗加熱した。通電と同時に、押圧治具５０にて１０ｋＮの圧力で加圧し（実際には通電開始から押圧完了まで約０．５秒）、第３部材３０を変形させ、その円筒外側面を第１部材１０の造形された接合面１２に嵌合さると同時に、その円筒内側面を第２部材の接合面２４に付着させ、第１部材１０、第２部材２０、第３部材３０を一体化させてカシメ工程を終了した。
【００９５】
次いで、第１部材１０と第３部材３０との嵌合部４０にろう材を流入させるべく、ろう材（ＢＡｇ−８ａ）を嵌合部４０の上部に配置した（図１８参照）。ろう材が配置され一体化された部材を、１０-5Ｔｏｒｒに減圧した非酸化性雰囲気の加熱炉中に納置し、８５０℃の温度で０．５時間加熱した。この結果、図１８に示すように、第１部材１０と第３部材３０との嵌合部４０の隙間にはろう材４１が流入してろう付けが完了し、図１７に示すように、第２部材２０と第３部材３０との付着部４５は拡散接合が完了した。
【００９６】
拡散接合された部分の様子を確認すべく、断面観察をした。図２６および図２７に、拡散接合される前の付着部の断面の拡大写真を示す。図２６は中央部（第１部材の板厚方向においてほぼ中心に位置する部分）であり、図２７は、下部（第１部材の板厚方向において下端に位置する部分）である。また、拡散接合後の付着部の断面の拡大写真を、図２８および図２９に示す。同様に２８は中央部、図２９は下部である。なお図２６〜図２９に示すいずれの写真も、中心から左側が第２部材２０であり、中心から右側が第３部材である。
【００９７】
写真から明らかなように、拡散接合される前の付着部４５は、第２部材２０と第３部材３０との界面が明確に確認でき、その界面にはいくつかの空隙が観察できる。これに対して、拡散接合された付着部４５は、空隙はなく、また、両部材の界面も消失している。このことから判るように、拡散接合を行えば、第２部材２０と第３部材３０とが、あたかも１つの部材のような状態となっている。したがって、その部分の接合強度は極めて高いものとなっていることが確認できる。
【００９８】
拡散接合部の接合強度を確認するため、疲労試験を行った。疲労試験は、本実施例（第５接合方法）のものと先の実施例１（第１接合方法）のものの２つについて行い、比較した。疲労試験に供するサンプルは、余盛りとなっている部分の影響を排除すべく、各々の接合部を第１部材の表面から１．３ｍｍ切削して、第１部材を厚さ３．４ｍｍの平板状とした。疲労試験の条件（疲労試験を行うための治具形状とその治具を用いた試験の様子、およびサンプルに負荷される試験応力）を図３０に示す。サンプルに対しては、応力比０．１の片振り圧縮応力を、５０Ｈｚの周波数で負荷するものとした。
【００９９】
疲労試験の結果として、応力の繰り返し数と接合部の最大せん断応力との関係を、図３１に示す。この図から判るように、第３部材を介して拡散接合を行う第５接合方法によるものと、上記第１接合方法によるものとを比較しても、その疲労限度はほとんど同じ値を示す。このことは、第５接合方法における第２部材と第３部材の拡散接合部の強度は、極めて高く、接合部全体の強度を決定付けるものではないことが確認できる。
【０１００】
【発明の効果】
本発明は、板状の部材と、この板状部材に設けられた切欠きまたは穴に挿入される部材との接合方法において、カシメ工程だけでは隙間が残存する嵌合部を、ろう付け工程によって密着または金属的に結合させる、別のカシメ工程によって密着させる、あるいは、拡散接合によって接合するようにしたものである。したがって、このような構成の本発明の２部材の接合方法を採用することにより、２部材が密着あるいは金属的に結合、一体化され、接合強度の点で優れた接合部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の接合方法が適用できる板状の第１部材の例を示す。
【図２】  本発明の第１接合方法および第２接合方法が適用できる第１部材および第２部材の組み合わせの一例を示す。
【図３】  第１部材の切欠きまたは穴の側壁面を造形するにあたって、採用できる凸状または凹状の形状の例を示す。
【図４】  本発明の第１接合方法におけるカシメ工程の一実施形態を示す。
【図５】  本発明の第１接合方法において、ろう付け工程終了後の様子を示す。
【図６】  第１部材にろう材導入部となる面取り部を設けた様子を示す。
【図７】  本発明の第２接合方法における第１のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図８】  本発明の第２接合方法における第２のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図９】  本発明の第３接合方法、第４接合方法、第５接合方法または第６接合方法が適用できる第１部材、第２部材および第３部材の組み合わせの一例を示す。
【図１０】  第２部材の接合面を造形するにあたって、採用できる凸状または凹状の形状の例を示す。
【図１１】  本発明の第１および第２接合方法における第２部材の材料歩留まりと、第３、第４接合方法における第２部材の材料歩留まりとの比較を示す。
【図１２】  本発明の第３接合方法におけるカシメ工程およびろう付け工程の一実施形態を示す。
【図１３】  本発明の第４接合方法における第１のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図１４】  本発明の第４接合方法における第２のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図１５】  本発明の第４接合方法において、ろう付け工程終了後の様子を示す。
【図１６】  本発明の第５接合方法におけるカシメ工程の一実施形態を示す。
【図１７】  本発明の第５接合方法において、拡散接合工程終了後の様子を示す。
【図１８】  本発明の第５接合方法において、ろう付け工程終了後の様子を示す。
【図１９】  本発明の第６接合方法における第１のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図２０】  本発明の第６接合方法において、拡散接合工程終了後の様子を示す。
【図２１】  本発明の第６接合方法における第２のカシメ工程の一実施形態を示す。
【図２２】  本発明の第１接合方法の実施例において、接合されたものの接合部断面写真を示す。
【図２３】  本発明の第１接合方法による場合の接合強度と、カシメ工程だけおよびろう付け工程だけの場合の接合強度との比較を示す。
【図２４】  本発明の第２接合方法の実施例において、第１のカシメ工程終了後のものの接合部断面写真を示す。
【図２５】  本発明の第２接合方法の実施例において、第２のカシメ工程終了後のものの接合部断面写真を示す。
【図２６】  本発明の第５接合方法の実施例において、拡散接合前の第２部材と第３部材との付着部（中央部）の断面写真を示す。
【図２７】  本発明の第５接合方法の実施例において、拡散接合前の第２部材と第３部材との付着部（下部）の断面写真を示す。
【図２８】  本発明の第５接合方法の実施例において、拡散接合後の第２部材と第３部材との付着部（中央部）の断面写真を示す。
【図２９】  本発明の第５接合方法の実施例において、拡散接合後の第２部材と第３部材との付着部（下部）の断面写真を示す。
【図３０】  本発明の第１方法の実施例および第５接合方法の実施例において、接合したサンプルに施した疲労試験の条件を示す。
【図３１】  疲労試験の結果であって、第５接合方法によるサンプルおよび第１接合方法によるサンプルの応力繰り返し数と接合部の最大せん断応力との関係を示す。
【図３２】  本発明が適用される一般的な接合の例を示す。
【図３３】  従来行っていたろう付けによる接合の概念を示す。
【図３４】  従来行っていたカシメによる接合の概念を示す。
【符号の説明】
１０：第１部材
１１：穴  １２：接合面  １３：凸部
１４：凹部  １５：ろう材導入部
２０：第２部材
２１：大径部  ２２：小径部
２３：フランジ面  ２４：接合面
３０：第３部材
３１：接合面
４０：嵌合部
４１：ろう材
４５：付着部
５０：押圧治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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