(57)【要約】【課題】鋼材部品の製造コストを大幅に低減できる炭素含有量の異なる鋼材部品およびその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】軸状に成形された軸部品５と、この軸部品５を取り付け可能な貫通穴７を備えたギア部品１０と、からなり、前記軸部品５および前記ギア部品１０をそれぞれ圧造により成形して、これら軸部品５およびギア部品１０を圧入した後、圧入により前記軸部品５およびギア部品１０が接する接合界面を拡散接合により一体成形された炭素含有量の異なる鋼材部品２０において、前記軸部品５の接合界面を転造により仕上げるバニッシュ加工、前記ギア部品１０の接合界面を打ち抜きにより仕上げるシェービング加工、の少なくとも何れか一方の加工により形成してなることを特徴とする。これにより、前記鋼材部品２０の製造コストが従来に比べ大幅に低減でき、しかも強固な接合の実現が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状に成形され炭素含有量の高い材質からなる第１部材と、前記第１部材を取り付け可能な取付穴を備え炭素含有量の低い材質からなる第２部材と、からなり、
前記第１部材および前記第２部材をそれぞれ圧造により成形して、これら第１部材および第２部材を圧入した後、圧入により前記第１部材および第２部材が接する接合界面を拡散接合により一体成形された炭素含有量の異なる鋼材部品において、
前記第１部材の接合界面を転造により仕上げるバニッシュ加工、前記第２部材の接合界面を打ち抜きにより仕上げるシェービング加工、の少なくとも何れか一方の加工により形成してなることを特徴とする炭素含有量の異なる鋼材部品。
【請求項２】
前記第１部材および前記取付穴は、圧入代が０．０３ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下の範囲にて寸法設定したことを特徴とする請求項１に記載の炭素含有量の異なる鋼材部品。
【請求項３】
前記取付穴の入口に斜面を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭素含有量の異なる鋼材部品。
【請求項４】
軸状に成形された第１部材の炭素含有量を高くし、前記第１部材を取り付け可能な取付穴を備えてなる第２部材の炭素含有量を低く設定し、前記第１部材および前記第２部材をそれぞれ圧造により成形し、これら第１部材および第２部材を圧入した後、圧入により前記第１部材および第２部材が接する接合界面を拡散接合する炭素含有量の異なる鋼材部品の製造方法において、
前記圧造の工程は、第１部材の接合界面を転造により仕上げるバニッシュ加工、前記第２部材の接合界面を打ち抜きにより仕上げるシェービング加工、の少なくとも何れか一方の加工を含んでいることを特徴とする炭素含有量の異なる鋼材部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低炭素量からなるギア部品とこのギア部品よりも高炭素量からなる軸部品とを接合した鋼材部品の製造コストを低減できる炭素含有量の異なる鋼材部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋼材部品１００およびその製造方法について、図５および図６を用いて以下に説明する。まず、従来の鋼材部品１００は、図示しないビットに係合する駆動穴１０１を先端に備えた軸部品１０５と、この軸部品１０５に固定されるギア部品１１０と、が一体となって構成されている。また、特許文献１の記載によると、この鋼材部品１００は、車両用ランプの光軸調整用部品として用いられており、特に自動車部品で採用されている。前記軸部品１０５は、前記ギア部品１１０の前記貫通穴１０７に挿通可能な軸部１０３と、この一端に形成された頭部１０２と、からなる。一方、前記ギア部品１１０は、その外周に形成されたギア１０６と、中心に形成された貫通穴１０７とを備えている。また、前記軸部１０３には、前記ギア部品１１０の端面に接触するツバ部１０４が形成され、前記頭部１０２には、前記駆動穴１０１が形成される。
【０００３】
次に、従来の鋼材部品１００の製造方法は、図６に示すように前記ギア部品１１０および前記軸部品１０５を別々に圧造した後、それぞれを組み付け、スポット溶接あるいはプロジェクション溶接（図６の溶接作業に相当する）を施し固定する。その後、前記ギア１０６の強度向上を目的とした焼き入れ作業を行うものである。前記ツバ部１０４は、このスポット溶接あるいはプロジェクション溶接を行う溶接機（図示せず）の電極が接触する部位であり、前記軸部品１０５に必須の構成となっている。なお、前記プロジェクション溶接であれば、前記ツバ部１０４に複数の突起部１０４ａが成形される。
【０００４】
つまり、前記鋼材部品１００の製造には、前記溶接作業が必須であり、前記溶接機の設備投資に多額の費用が掛かるため、従来の鋼材部品１００およびその製造方法は、製造コストが掛かる問題があった。
【０００５】
そこで、本願の発明者は、特許文献２に記載の拡散接合を前述の製造方法に利用して図７に示す鋼材部品１００’の製造方法を検討した。
【０００６】
前記拡散接合は、一般的に広く知られており、熱膨張率の異なる部品（図７の軸部品１０５’およびギア部品１１０）を圧入し加熱して前記熱膨張率の差を利用して一体に接合する技術である。なお、この拡散接合の詳細については後述する。つまり、前記鋼材部品１００’およびその製造方法は、前述の溶接作業を前記拡散接合に置き換えているため、上述の溶接機が不要となる。
【０００７】
また、前記鋼材部品１００’は、図７に示すように一端に配された頭部１０２および軸部１０３’を一体に備えた軸部品１０５’と、外周にギア１０６を形成したギア部品１１０と、から構成されている。前記ギア部品１１０は、上述と同一であるためその構造は説明を省略する。前記軸部品１０５’は、上述のように圧入されるため、前記軸部１０３’の直径がギア部品１１０の貫通穴１０７の穴径よりも若干大きく設定されている。また、この軸部品１０５’には、上述のツバ部１０４が成形されていないため、前記軸部１０３’の圧造工程（図７）においては、図６の前記第２ヘッダ加工が不要となる。つまり、前記鋼材部品１００’およびその製造方法は、前述の前記軸部品１０５’の圧造工程を１工程減らすことができる。
【０００８】
したがって、前記鋼材部品１００’およびその製造方法は、上述の鋼材部品１００およびその製造方法に比べて、製造コストを低減できる利点がある。
【０００９】
また、前記拡散接合は、互いに接する部品の表面を予め滑らかに仕上げなければならないことが知られている。これは、圧入により前記軸部１０３’および前記貫通穴１０７の接触している面積が広くなるからであり、接合界面の密着度が高くなるからである。つまり、前記接合界面に存在する隙間が少ない程、強固な接合状態が得られるのである。なお、前記軸部１０３’および貫通穴１０７の表面を予め滑らかに仕上げる加工方法としては研磨加工が一般的に知られる。
【００１０】
また、前記特許文献２を見ると、前記接合界面を予め滑らかに仕上げる加工方法としてはメッキ処理が開示されており、これによって、拡散接合後の前記軸部品１０５’および前記ギア部品１１０の接合強度が前記研磨加工と変わらないことが記載されている。つまり、特許文献２は、前記接合界面の仕上げをメッキ処理により行えるため、研磨加工等の仕上げ加工よりも低コストで行える特徴がある。
【００１１】
ところで、前記拡散接合は、上述の通り熱膨張率の差を利用しており、内側に配される前記軸部品１０５’を熱膨張率の高い材料に選定するとともに、外側に配される前記ギア部品１１０を熱膨張率の低い材料に選定しなければならない。つまり、これら軸部品１０５’およびギア部品１１０が同時に加熱されることで、前記軸部品１０５’がギア部品１１０よりも大きく膨張する。これにより、前記軸部１０３’は、前記ギア部品１１０の前記貫通穴１０７により強く拘束される形となり、前記接合界面に存在する隙間が加熱前に比べてより少なくなるからである。
【００１２】
この熱膨張率の違いは、一般的に知られる鉄−炭素系平衡状態図から解明できる。この鉄−炭素系平衡状態図は、炭素鋼をある温度に保持したときの組織の状態を示すものであり、炭素鋼では炭素含有量が高くなれば融点が低くなる。また、低い融点の炭素鋼は、高い融点の炭素鋼に比べ、低い温度にて熱膨張が進行する。つまり、炭素鋼の熱膨張率は、融点が低くなるに連れて高く、炭素含有量が高くなるに連れて高くなる。
【００１３】
したがって、前記拡散接合により接合し前記材料を炭素鋼とする場合であれば、前記軸部品１０５’を炭素含有量の高い材料に選定する一方、前記ギア部品１１０を炭素含有量の低い材料に選定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開2004-303523号公報
【特許文献２】特開平06-047568号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の炭素含有量の異なる鋼材部品１００’およびその製造方法は、予め前記軸部品１０５’あるいは前記ギア部品１１０’にメッキ処理を施しているため、図７に示すように前記圧造工程と、圧入作業および拡散接合の組立工程との工程間にメッキ工程が存在する。これにより、メッキ処理に掛かる費用が掛かるため、前記鋼材部品１００’の製造コストを大幅に低減できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、前記鋼材部品の製造コストを大幅に低減でき、しかも前記接合界面の接触面積を増加して強固な接合状態が得られる炭素含有量の異なる鋼材部品およびその製造方法の提供を目的とする。始めに本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品は、軸状に成形され炭素含有量の高い材質からなる第１部材と、前記第１部材を取り付け可能な取付穴を備え炭素含有量の低い材質からなる第２部材と、からなり、前記第１部材および前記第２部材をそれぞれ圧造により成形して、これら第１部材および第２部材を圧入した後、圧入により前記第１部材および第２部材が接する接合界面を拡散接合により一体成形し、前記第１部材の接合界面を転造により仕上げるバニッシュ加工、前記第２部材の接合界面を打ち抜きにより仕上げるシェービング加工、の少なくとも何れか一方の加工により形成してなることを特徴とする。
【００１７】
なお、前記第１部材および前記取付穴は、圧入代が０．０３ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下の範囲にて寸法設定されていることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記取付穴の入口に斜面を形成することが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品の製造方法は、軸状に成形された第１部材の炭素含有量を高くし、前記第１部材を取り付け可能な取付穴を備えてなる第２部材の炭素含有量を低く設定し、前記第１部材および前記第２部材をそれぞれ圧造により成形し、これら第１部材および第２部材を圧入した後、圧入により前記第１部材および第２部材が接する接合界面を拡散接合し、前記圧造の工程は、第１部材の接合界面を転造により仕上げるバニッシュ加工、前記第２部材の接合界面を打ち抜きにより仕上げるシェービング加工、の少なくとも何れか一方の加工を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品２０は、前記第１部材の軸部３をバニッシュ加工あるいは、前記第２部材の貫通穴７をシェービング加工により形成されるため、前記接合界面の仕上げに掛かる費用が従来に比べて低減する利点がある。また、前記接合界面が滑らかに仕上げられているため、前記拡散接合によって強固な接合を実現できる利点もある。
【００２１】
また、前記軸部３および前記貫通穴７は、圧入代が０．０３ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下の範囲にて設定されているため、圧入による軸部３の外周および貫通穴７の内周の傷付きを低減でき、それぞれの密着面積をより多く確保できる。このため、前記拡散接合後の軸部３および貫通穴７の接合が確実に行える利点もある。
【００２２】
さらに、前記第２部材の貫通穴７の入口には斜面を形成しているため、圧入時において、前記軸部３の先端が貫通穴７へ徐々に案内される。これにより、軸部３の先端がむしれることなく軸部３の外周および貫通穴７の内周の傷付きをさらに低減できる利点もある。
【００２３】
また、本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品２０の製造方法は、前記第１部材の軸部３をバニッシュ加工あるいは、前記第２部材の貫通穴７をシェービング加工の少なくとも一方の加工を含んでいるため、前記接合界面の仕上げに掛かる費用が従来に比べて低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。また、（ａ）は本発明の鋼材部品の完成状態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の組立前の状態を示す説明図である。
【図２】本発明の製造工程の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の第１部材のバニッシュ加工を説明する説明図である。
【図４】本発明の第２部材のシェービング加工を説明する説明図である。また、（ａ）は第２部材の加工前を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の加工後を示す説明図である。
【図５】従来の一実施例を示す説明図である。また、（ａ）は従来の鋼材部品の完成状態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の組立前の状態を示す説明図である。
【図６】従来の製造工程および鋼材部品を示す説明図である。
【図７】従来の別の製造工程および鋼材部品を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１ないし図４に基づき本発明の本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品２０およびその製造方法の一実施例を説明する。まず、本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品２０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、軸状に形成された第１部材の一例である軸部品５と、この軸部品５に配された第２部材の一例であるギア部品１０とから構成される。前記軸部品５は、一端にビット（図示せず）に係合する駆動穴１を備えた頭部２と、この頭部２の最大径よりも小さな直径からなる軸部３と、からなり、この頭部２および軸部３が一体に成形されている。一方、前記ギア部品１０は、その全周に複数のギア６が成形されており、本実施例においては平歯車である。また、このギア部品１０は、その中心に前記取付穴の一例である貫通穴７が設けられるとともに、この貫通穴７の少なくとも一方の入口に斜面が形成されてなる。なお、本実施例において、前記斜面は、図１（ａ）および図２に示すＲ部７ａあるいは図４（ｂ）に示す面取り部７ｂであり、どちらが形成されてもよい。
【００２６】
この鋼材部品２０は、前記ビットの回転により前記ギア部品１０が前記軸部品５と一体になって回転するように構成されており、前記軸部品５および前記ギア部品１０は、拡散接合によって一体に接合されている。前記拡散接合は、上述したように熱膨張率の差を利用しているため、本実施例において、前記軸部品５は、０．４５％程度の炭素含有量からなる材質に設定される一方、前記ギア部品１０は、０．１２％程度の炭素含有量からなる材質に設定される。
【００２７】
次に、本発明の炭素含有量の異なる鋼材部品２０の製造方法について以下に説明する。前記鋼材部品２０の製造方法は、図２に示したように、圧造工程、組立工程、熱処理工程の順で行われている。
【００２８】
前記圧造工程は、冷間圧造装置によって前記軸部品５あるいは前記ギア部品１０をそれぞれ成形する工程である。また、前記軸部品５は、ヘッダ加工および後述するバニッシュ加工を順に経由して成形される一方、前記ギア部品１０は、後述するシェービング加工を経由して成形されるため、前記冷間圧造装置は、前記頭部２、前記駆動穴１、前記軸部３をそれぞれ成形するヘッダ装置（図示せず）と、前記軸部３を研磨加工並みの表面粗さに仕上げる前記バニッシュ加工を行う転造装置３０と、前記ギア部品１０の前記貫通穴７および斜面をそれぞれ研磨加工並みの表面粗さに仕上げるシェービング加工および前記ギア６の成形を同時に行うプレス装置４０と、に分かれる。つまり、前記軸部品５は、前記ヘッダ装置、前記転造装置３０を順に経由して圧造される。
【００２９】
前記転造装置３０は、図３に示すように一対の平ダイス３１，３２を対向に配してなり、何れか一方の前記平ダイスが摺動することで、挟み込んだ軸部３を転がしながら転造して仕上げる装置である。このため、前記平ダイス３１，３２は、それぞれ前記軸部３と接する面が滑らかな平面で仕上げられている。このように、前記転造装置３０により前記軸部４を仕上げる加工が前記バニッシュ加工であり、このバニッシュ加工は、前記軸部３の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を約０．８ｓ程度に仕上げることができる。したがって、バニッシュ加工は転造により行うため、一般的な軸の研磨加工に比べて大幅に加工時間を短縮できる特徴がある。
【００３０】
前記プレス装置４０は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように下降および上昇可能な打ち抜き工具３７と、素材１１を受ける受け治具３５とからなり、前記打ち抜き工具３７が下降することで、前記素材１１を打ち抜き、前記ギア部品１０を成形する装置である。前記打ち抜き工具３７は、前記素材１１を打ち抜き可能に形成されており、前記ギア６を成形する内歯ギア３８と、前記貫通穴７および前記斜面をそれぞれ成形する軸状の刃３９と、を備えてなる。前記シェービング加工は、前記貫通穴７および前記斜面を前記刃３９によって研磨加工並みの表面粗さ仕上げることができ、一般的な穴の研磨加工に比べて大幅に加工時間を短縮できる特徴がある。
【００３１】
ところで、前記軸部品５は、前記ヘッダ装置により加工されるため、本実施例においては、その素材が、ＪＩＳ  Ｇ３５０７−２に規定される冷間圧造用炭素鋼線のＳＷＣＨ４５Ｋに設定されている。また、このＳＷＣＨ４５Ｋは、炭素含有量が０．４５％程度に設定されている。一方、前記ギア部品１０は、前記プレス装置４０により加工されており、本実施例においては、その素材が、ＪＩＳ  Ｇ３５０７−２に規定される冷間圧造用炭素鋼線のＳＷＣＨ１２Ａに設定されており、このＳＷＣＨ１２Ａは、炭素含有量が０．１２％程度に設定されている。なお、これら軸部品５およびギア部品１０の材質は、それぞれ上述の材質に限定されるものではなく、前記拡散接合が可能であればよい。
【００３２】
前記組立工程は、圧入装置（図示せず）により、前記軸部品５および前記ギア部品１０を圧入する圧入作業と、この圧入作業後に行う前記拡散接合と、に分かれている。前記圧入作業は、前記軸部品５の先端が前記斜面に案内され、前記ギア部品１０が軸部３の所定の位置まで押し込まれる作業である。また、前記斜面が形成されているため、前記圧入作業を容易にできるばかりでなく、滑らかな前記軸部３の外周および前記貫通穴７の周面が圧入作業により傷付かない。したがって、前記軸部３および前記貫通穴７の接合界面に存在する隙間を最小限にできる。また、前記軸部３および前記貫通穴７の直径寸法は、圧入代が０．０３ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下の範囲になるようそれぞれ設定されている。なぜならば、前記圧入代が０．０１ｍｍおよび０．０２ｍｍに設定すると後述する拡散接合後に、ギア部品１０にトルクを負荷すると低いトルクでギア部品１０が軸部品５から滑って空転するためである。また、前記圧入代が０．０６ｍｍを越えると前記斜面を形成しても圧入時に前記軸部３の外周および前記貫通穴７の周面に傷が付き、拡散接合後の接合力が弱く、前述同様に低いトルクで空転が生じるためである。
【００３３】
前記拡散接合は、前記圧入作業を終えた前記軸部品５および前記ギア部品１０を熱処理炉によって真空雰囲気中で加熱するものである。この加熱により前述の熱膨張率の差が作用して前記接合界面の密着面積が増加するとともに、密着面を通して原子の拡散が起こりそれぞれの接合が進行する。本実施例であると、拡散接合は、炉内温度が８６０℃に設定されるとともに、この温度の保持時間が１５０分に設定されている。なお、前記炉内温度および前記保持時間は、前記軸部品５およびギア部品１０の材質によって最適にそれぞれ設定すればよく、適宜変更されることはいうまでもない。
【００３４】
前記熱処理工程は、前記拡散接合と、この拡散接合の後に行う焼き入れ作業と、に分かれている。つまり、前記拡散接合は、図２に示すように前記組立工程および熱処理工程に重なるものである。前記焼き入れ作業は、ギア部品１０の強度を向上させるために行っており、本実施例において、ギア部品１０の材質を低炭素鋼であるＳＷＣＨ１２Ａに設定されているため、浸炭焼き入れとなっている。なお、この焼き入れ作業は、ギア部品１０の強度が向上できればよいため、ギア部品１０の材質が変われば例えば調質焼き入れであってもよく、焼き入れの種類が前記浸炭焼き入れに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１    駆動穴
２    頭部
３    軸部
５    軸部品
６    ギア
７    貫通穴
７ａ  Ｒ部
７ｂ  面取り部
１０    ギア部品
２０    鋼材部品（本発明）
３０    転造装置
３１    平ダイス
３２    平ダイス
４０    プレス装置
１００    鋼材部品（従来）
１００’  鋼材部品
１０１    駆動穴
１０２    頭部
１０３    軸部
１０３’  軸部
１０４    ツバ部
１０４ａ  突起部
１０５    軸部品
１０５’  軸部品
１０６    ギア
１０７    貫通穴
１１０    ギア部品
【図１】
2014091125.tif 000003
【図２】
2014091125.tif 000004
【図３】
2014091125.tif 000005
【図４】
2014091125.tif 000006
【図５】
2014091125.tif 000007
【図６】
2014091125.tif 000008
【図７】
2014091125.tif 000009