(57)【要約】  機械部品（１）は、第１の線膨張係数を有する第１領域（１０）と、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、第１領域（１０）に接合された第２領域（２０）と、を備える。第１領域（１０）と第２領域（２０）との界面（５）の外周（５Ａ）を含む領域は、全周にわたって、第２領域（２０）側に向けて傾斜している。第１領域（１０）の表面には、界面（５）の外周（５Ａ）に沿って延びる溝（１９）が形成されている。
2017072918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の線膨張係数を有する第１領域と、
前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記第１領域に接合された第２領域と、を備え、
前記第１領域と前記第２領域との界面の外周を含む領域は、全周にわたって、前記第２領域側に向けて傾斜しており、
前記第１領域の表面には、前記界面の外周に沿って延びる溝が形成されている、機械部品。
【請求項２】
前記溝は、前記界面の外周に沿って全周にわたって連続して形成されている、請求項１に記載の機械部品。
【請求項３】
前記界面は、前記界面の外周を含むように前記第２領域側に向けて傾斜する環状の傾斜部を含む、請求項１または２に記載の機械部品。
【請求項４】
前記第１領域および前記第２領域は軸対象な形状を有し、同軸に配置され、
前記傾斜部の、前記第１領域および前記第２領域の軸方向に垂直な方向における幅は、前記界面の外周に外接する円の半径の１／２０以上１／１０以下である、請求項３に記載の機械部品。
【請求項５】
第１の線膨張係数を有する第１部材と、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２部材とを準備する工程と、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程と、
前記第１部材と前記第２部材とが接合されて形成された前記第１部材と前記第２部材との界面の外周に沿って延びる溝を前記第１部材の表面に形成する工程と、を備え、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程は、
前記第１部材と前記第２部材とを互いに押し付け、前記第１部材および前記第２部材を相対的な位置関係を変えることなく回転軸周りに相対的に回転させることにより、前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程と、
加熱された前記第１部材と前記第２部材とを互いに押し付けた状態で冷却する工程と、を含み、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程では、前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程において、前記第１部材および前記第２部材のうち変形抵抗が小さい方の部材である低変形抵抗部材が変形することにより、外周を含む領域が全周にわたって前記第２部材側に傾斜するように、前記第１部材と前記第２部材との前記界面が形成される、機械部品の製造方法。
【請求項６】
前記第１部材に前記溝が形成された後、前記第１部材および前記第２部材を熱処理する工程をさらに備える、請求項５に記載の機械部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、金型のキャビティ内に前記低変形抵抗部材が配置される、請求項５または６に記載の機械部品の製造方法。
【請求項８】
前記金型は、
前記キャビティを規定するキャビティ底壁と、
前記キャビティを規定し、前記キャビティ底壁に交差する方向に延びるキャビティ側壁と、を含む、請求項７に記載の機械部品の製造方法。
【請求項９】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記第２部材において前記第１部材に接触する面である第２接触面が、前記キャビティ側壁に取り囲まれる、請求項８に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１０】
前記第１部材および前記第２部材のうち変形抵抗が大きい方の部材である高変形抵抗部材には凹部が形成されており、
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記低変形抵抗部材を、少なくとも一部が前記凹部に進入する状態で前記高変形抵抗部材に相対的に押し付けつつ回転させることにより、前記第１部材および前記第２部材を加熱する、請求項５または６に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１１】
前記高変形抵抗部材は、
前記凹部を規定する凹部底壁と、
前記凹部を規定し、前記凹部底壁に交差する方向に延びる凹部側壁と、を含み、
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記高変形抵抗部材の前記凹部底壁に前記低変形抵抗部材が相対的に押し付けられつつ回転する、請求項１０に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１２】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記低変形抵抗部材が変形することにより前記凹部側壁に接触する、請求項１０または１１に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１３】
前記第１部材と前記第２部材とが接合された状態で前記凹部側壁が除去されるように前記高変形抵抗部材が加工される工程をさらに備える、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の機械部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
線膨張係数の異なる部材同士が接合されて部品が製造される場合がある。このような部品においては、温度変化に際して接合部に熱応力が発生し、接合部に亀裂が生じる等の問題が生じる場合がある。部材同士の接合には、ろう材を用いることができる。ろう材を用いて線膨張係数の異なる部材同士を接合するに際して、線膨張係数の大きい側の部材の接合面に複数の凹部を形成する技術が提案されている（たとえば、特開平８−２９０２６５号公報（特許文献１）参照）。これにより、接合部における熱応力を緩和することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術では、接合時に液相を生じるろう材を用いることが前提となる。しかし、ろう材を使用する場合、ろう材の強度に起因して、接合面の強度が十分に得られない等の問題が生じ得る。【０００５】
本発明は、線膨張係数の異なる部材同士がろう材を用いることなく接合された機械部品において、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った機械部品は、第１の線膨張係数を有する第１領域と、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、第１領域に接合された第２領域と、を備える。第１領域と第２領域との界面の外周を含む領域は、全周にわたって、第２領域側に向けて傾斜している。第１領域の表面には、上記界面の外周に沿って延びる溝が形成されている。【０００７】
線膨張係数が異なる領域同士が接合された場合、温度変化に際して、両者の界面の外周付近に熱応力が集中する。そのため、界面の外周付近に亀裂が生じる等の問題が生じ得る。【０００８】
本発明の機械部品においては、線膨張係数が異なる第１領域と第２領域との界面の外周を含む領域が、線膨張係数が相対的に大きい側である第２領域側に向けて全周にわたって傾斜している。これにより、熱応力が、界面の内周側の領域および第１領域側の外周面へと、より広い範囲に分散する。【０００９】
本発明の機械部品においては、上記界面の外周に沿って延びる溝が、線膨張係数が相対的に小さい側である第１領域の表面に形成されている。これにより、温度変化に際して、線膨張係数が相対的に大きい側である第２領域の変形に第１領域が追従しやすくなり、界面付近に生じる熱応力を低減することができる。【００１０】
本発明の機械部品では、上述のように、熱応力が分散され、かつ熱応力が低減される。その結果、本発明の機械部品によれば、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制することができる。【００１１】
上記機械部品において、上記溝は、上記界面の外周に沿って全周にわたって連続して形成されていてもよい。このようにすることにより、界面付近に生じる熱応力を一層低減することができる。【００１２】
上記機械部品において、上記界面は、上記界面の外周を含むように第２領域側に向けて傾斜する環状の傾斜部を含んでいてもよい。界面の外周を含むように第２領域側に向けて傾斜する環状の傾斜部が形成されることにより、界面の外周を含む領域が、全周にわたって、第２領域側に向けて傾斜していてもよい。【００１３】
傾斜部が環状であることにより、界面の傾斜部に取り囲まれる領域（中央部）を傾斜しない領域、たとえば平坦な領域とすることができる。これにより、第１領域と第２領域との接合を容易に達成することができる。【００１４】
上記機械部品において、第１領域および第２領域は軸対象な形状を有し、同軸に配置されてもよい。傾斜部の、第１領域および第２領域の軸方向に垂直な方向における幅は、界面の外周に外接する円の半径の１／２０以上１／１０以下であってもよい。【００１５】
上記傾斜部の幅が上記円の半径の１／２０未満では、熱応力を分散する効果が十分に得られない可能性がある。上記傾斜部の幅が上記円の半径の１／１０を超える範囲にまで大きくしても、熱応力を分散する効果は大幅には上昇しない。したがって、上記傾斜部の幅は、上記円の半径の１／２０以上１／１０以下とすることができる。【００１６】
本発明に従った機械部品の製造方法は、第１の線膨張係数を有する第１部材と、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２部材とを準備する工程と、第１部材と第２部材とを接合する工程と、第１部材と第２部材とが接合されて形成された第１部材と第２部材との界面の外周に沿って延びる溝を第１部材の表面に形成する工程と、を備える。第１部材と第２部材とを接合する工程は、第１部材と第２部材とを互いに押し付け、第１部材および第２部材を相対的な位置関係を変えることなく回転軸周りに相対的に回転させることにより、第１部材および第２部材を加熱する工程と、加熱された第１部材と第２部材とを互いに押し付けた状態で冷却する工程と、を含む。第１部材と第２部材とを接合する工程では、第１部材および第２部材を加熱する工程において、第１部材および第２部材のうち変形抵抗が小さい方の部材である低変形抵抗部材が変形することにより、外周を含む領域が全周にわたって第２部材側に傾斜するように、第１部材と第２部材との界面が形成される。【００１７】
本発明の機械部品の製造方法では、外周を含む領域が全周にわたって第２部材側に傾斜するように、第１部材と第２部材との界面が形成されて、第１部材と第２部材とが接合される。その後、第１部材と第２部材との界面の外周に沿って延びる溝が第１部材の表面に形成される。本発明の機械部品の製造方法によれば、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制することが可能な本発明の機械部品を製造することができる。【００１８】
上記機械部品の製造方法において、第１部材に上記溝が形成された後、第１部材および第２部材を熱処理する工程をさらに備えていてもよい。熱処理による温度変化が生じた場合でも、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制することができる。【００１９】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程では、金型のキャビティ内に上記低変形抵抗部材が配置されてもよい。【００２０】
このようにすることにより、金型のキャビティ内において低変形抵抗部材が変形してキャビティを規定する壁面と接触する。これにより、低変形抵抗部材が高変形抵抗部材とともに回転することが抑制されるとともに、さらなる変形も抑制される。そのため、第１部材と第２部材との摩擦によって発生した熱がキャビティ内から放出されることが抑制される。その結果、第１部材および第２部材を加熱する工程を効率よく実施することができる。【００２１】
上記機械部品の製造方法において、上記金型は、キャビティを規定するキャビティ底壁と、キャビティを規定し、キャビティ底壁に交差する方向に延びるキャビティ側壁と、を含んでいてもよい。このようにすることにより、上記機械部品の製造方法を容易に実施することができる。【００２２】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程では、第２部材において第１部材に接触する面である第２接触面が、キャビティ側壁に取り囲まれてもよい。このようにすることにより、低変形抵抗部材の変形をキャビティ側壁により制限することができる。【００２３】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程では、金型を固定し、高変形抵抗部材を回転させてもよい。このようにすることにより、上記機械部品の製造方法を容易に実施することができる。【００２４】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材のうち変形抵抗が大きい方の部材である高変形抵抗部材には凹部が形成されていてもよい。第１部材および第２部材を加熱する工程では、上記低変形抵抗部材を、少なくとも一部が上記凹部に進入する状態で高変形抵抗部材に相対的に押し付けつつ回転させることにより、第１部材および第２部材を加熱してもよい。【００２５】
このようにすることにより、高変形抵抗部材の凹部内において低変形抵抗部材が変形して凹部を規定する壁面と接触する。低変形抵抗部材の変形は高変形抵抗部材の凹部を規定する壁面により制限される。そのため、第１部材と第２部材との摩擦によって発生した熱が凹部内から放出されることが抑制される。その結果、第１部材および第２部材を加熱する工程を効率よく実施することができる。【００２６】
上記機械部品の製造方法において、上記高変形抵抗部材は、上記凹部を規定する凹部底壁と、上記凹部を規定し、凹部底壁に交差する方向に延びる凹部側壁と、を含んでいてもよい。第１部材および第２部材を加熱する工程では、上記高変形抵抗部材の凹部底壁に上記低変形抵抗部材が相対的に押し付けられつつ回転してもよい。このようにすることにより、上記機械部品の製造方法を容易に実施することができる。【００２７】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程では、上記低変形抵抗部材が変形することにより上記凹部側壁に接触してもよい。このように凹部側壁が低変形抵抗部材の変形を制限することにより、上記機械部品の製造方法を容易に実施することができる。【００２８】
上記機械部品の製造方法において、第１部材と第２部材とが接合された状態で上記凹部側壁が除去されるように上記高変形抵抗部材が加工される工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、高変形抵抗部材が凹部底壁において低変形抵抗部材と接合されて形成される機械部品を得ることができる。【００２９】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程では、高変形抵抗部材を固定し、低変形抵抗部材を回転させてもよい。このようにすることにより、上記機械部品の製造方法を容易に実施することができる。【００３０】
上記機械部品の製造方法は、第１部材と第２部材とが接合した状態で、第１部材および第２部材を加熱する工程において低変形抵抗部材が変形して形成されたバリを除去する工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、第１部材と第２部材との接合に際して形成されるバリが除去された機械部品を得ることができる。【００３１】
上記機械部品の製造方法において、第１部材および第２部材を加熱する工程において、温度が上昇した状態における低変形抵抗部材の変形抵抗は高変形抵抗部材の変形抵抗に比べて１０％以上小さくてもよい。このようにすることにより、第１部材と第２部材との接合が容易となる。
【発明の効果】
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明の機械部品およびその製造方法によれば、線膨張係数の異なる部材同士がろう材を用いることなく接合された機械部品において、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態１の機械部品の構造を示す概略断面図である。
【図２】機械部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態1の機械部品の製造装置の構造を示す概略図である。
【図４】実施の形態１の機械部品の製造装置の動作を示す概略断面図である。
【図５】金型の構造を示す概略平面図である。
【図６】実施の形態２の機械部品の構造を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態２の機械部品の製造装置の構造を示す概略図である。
【図８】実施の形態２の機械部品の製造装置の動作を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態２の機械部品の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】実施の形態２の機械部品の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１１】機械部品の構造の変形例を示す概略断面図である。
【図１２】機械部品の構造の変形例を示す概略断面図である。
【図１３】接合面に生じた亀裂の長さおよび数を示す図である（比較例）。
【図１４】接合面に生じた亀裂の長さおよび数を示す図である（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の機械部品の構造を示す概略断面図である。図１を参照して、機械部品１は、第１金属からなる第１領域１０と第２金属からなる第２領域２０とが接合された構造を有している。
【００３６】
第１領域１０は、円筒状の形状を有している。第２領域２０は円筒状（円盤状）の形状を有している。第１領域１０と第２領域２０とは、接合面である界面５において接合されている。第１領域１０は、第１の線膨張係数を有している。第２領域２０は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有している。
【００３７】
第２領域２０は、第１領域１０に比べて変形抵抗が小さい。本実施の形態において、第１領域１０を構成する第１金属としては、たとえば調質された（焼入処理および焼戻処理された）鋼（たとえばＪＩＳ規格ＳＣＭ４４０などの機械構造用合金鋼または機械構造用炭素鋼）が採用される。第２領域２０を構成する第２金属としては、銅合金（たとえば高力黄銅）が採用される。
【００３８】
第１領域１０および第２領域２０は、上述のように、軸対象な形状である円筒形状を有している。第１領域１０および第２領域２０の中心軸は、機械部品の中心軸Ｃに一致する。第１領域１０および第２領域２０は、同軸に配置されている。第１領域１０の直径は、第２領域２０の直径と同一である。
【００３９】
界面５は、中心軸Ｃに対して垂直な平坦面である中央部５Ｃと、中心軸Ｃに垂直な面に対して第２領域２０側に傾斜した面である傾斜部５Ｂとを含んでいる。界面５は、界面５の外周５Ａを含むように第２領域１０側に向けて傾斜する環状の傾斜部５Ｂを含んでいる。中央部５Ｃは、円形の平坦面である。傾斜部５Ｂは、中心軸Ｃに一致する中心軸を有する正円錐面である。傾斜部５Ｂが存在することにより、界面５の外周５Ａを含む領域は、全周にわたって、第２領域１０側に向けて傾斜している。
【００４０】
第２領域２０の第１領域１０側の端部は、第１領域１０に向けて突出する凸形状を有している。第１領域１０の第２領域２０側の端部は、凸形状を有する第２領域２０の端部に対応する凹形状を有している。傾斜部５Ｂの、中心軸Ｃに垂直な方向における幅Ｗは、界面５の外周５Ａに外接する円の半径Ｒ（第１領域１０の半径Ｒ）の１／２０以上１／１０以下である。中心軸Ｃに垂直な面と傾斜部５Ｂとのなす角θは、たとえば５°以上１５°以下とすることができる。
【００４１】
第１領域１０の表面（外周面）には、界面５の外周５Ａに沿って延びる溝１９が形成されている。溝１９は、界面５の外周５Ａに沿って全周にわたって連続して形成されている。溝１９は、界面５の外周５Ａに平行に延びる。
【００４２】
溝１９を規定する壁面は、曲面で構成されている。中心軸Ｃを含む断面において、溝１９を規定する壁面は、円弧状の形状を有している。中心軸Ｃを含む断面において、溝１９を規定する壁面は、たとえば半円状の形状を有している。内壁の半径は、たとえば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることができ、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下としてもよい。界面５の外周５Ａと溝１９との距離は、たとえば０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができ、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としてもよい。溝１９の形状および溝１９が形成される位置は、たとえば界面５の外周５Ａ付近、溝１９の底付近などの熱応力を解析して決定することができる。
【００４３】
このような機械部品１は、以下のような本実施の形態における機械部品の製造方法により製造することができる。
【００４４】
図２は、機械部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。図３は、機械部品の製造装置の構造を示す概略図である。図４は、機械部品の製造装置の動作を示す概略断面図である。図５は、機械部品の製造装置に含まれる金型の構造を示す概略平面図である。
【００４５】
図２を参照して、本実施の形態における機械部品１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図４を参照して、たとえば調質処理された機械構造用合金鋼からなる円筒形状の第１部材１０と、高力黄銅からなる円盤形状の第２部材２０とが準備される。工程（Ｓ１０）では、第１の線膨張係数を有する第１部材１０と、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２部材２０とが準備される。第２部材２０の変形抵抗は第１部材１０の変形抵抗に比べて小さい。第２部材２０は低変形抵抗部材である。第１部材１０は高変形抵抗部材である。第１部材１０は、機械部品１の第１領域１０となるべき部材である。第２部材２０は、機械部品１の第２領域２０となるべき部材である。
【００４６】
第１部材１０の一方の端面１１は、接合面となるべき第１接触面である。第１部材１０の外周面を含むように、傾斜部１０Ｂが形成されている。傾斜部１０Ｂは、第１部材１０の中心軸に一致する中心軸を有する正円錐面である。
【００４７】
次に、工程（Ｓ２０）として洗浄工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された第１部材１０および第２部材２０が洗浄される。第１部材１０および第２部材２０が、メタノール、エタノール、アセトンなどの液体を用いて洗浄される。これにより、第１部材１０および第２部材２０を準備するための切断、加工などのプロセスにおいて第１部材１０および第２部材２０に付着した異物等が除去される。なお、本実施の形態の機械部品１の製造方法では、第２部材２０の端面に対する精密な仕上げ加工は省略することが可能である。第２部材２０の端面は切断のままの状態であってもよい。
【００４８】
次に、図２を参照して、閉塞摩擦接合工程が実施される。閉塞摩擦接合工程は、接合準備工程、摩擦工程および冷却工程を含んでいる。ここで、閉塞摩擦接合を実施することで機械部品１を製造する機械部品の製造装置について説明する。
【００４９】
図３を参照して、機械部品の製造装置である閉塞摩擦接合装置９は、軸α周りに回転可能な主軸９５と、主軸９５に対して軸α方向に間隔を置いて配置された基台部９８と、主軸９５を軸α方向に駆動することにより主軸９５と基台部９８との間隔を調整する駆動部９７と、主軸９５および基台部９８を支持するフレーム９０とを備えている。
【００５０】
図３を参照して、フレーム９０内には、軸αに対して平行に延びるシャフト９０Ａが設置されている。シャフト９０Ａは、主軸９５を支持する主軸支持部９０Ｃをシャフト９０Ａの延在方向に沿って移動可能に支持している。さらに、シャフト９０Ａには、シャフト９０Ａを駆動する主軸移動モータ９０Ｂが接続されている。シャフト９０Ａが主軸移動モータ９０Ｂによって駆動されることにより、主軸支持部９０Ｃにより支持される主軸９５が軸α方向に移動する。これにより、主軸９５と基台部９８との間隔を調整することができる。シャフト９０Ａ、主軸支持部９０Ｃおよび主軸移動モータ９０Ｂは、駆動部９７を構成する。
【００５１】
駆動部９７により主軸９５と基台部９８との間隔を調整して第１部材１０と第２部材２０とを接触させた状態（図４の状態）において、キャビティ９３Ａを規定するキャビティ側壁９３Ｃが、第２部材２０において第１部材１０に接触する面である第２接触面としての一方の端面２１の外周を取り囲むように、回転側チャック９４および金型９３が配置されている。図４を参照して、軸α方向におけるキャビティ側壁９３Ｃの高さは、第２部材２０の厚みよりも大きい。
【００５２】
図３を参照して、主軸９５には、基台部９８に対向するように第１部材１０を保持する第１保持部としての回転側チャック９４が設けられている。また、主軸９５には、主軸９５を軸α周りに回転駆動する主軸モータ９５Ｂが接続されている。さらに、主軸９５には、第１部材１０と第２部材２０との接触荷重を検知する荷重センサ９６が設置されている。この荷重センサ９６は、回転側チャック９４に加わる第１部材１０と第２部材２０との接触の反力の大きさから、第１部材１０と第２部材２０との接触荷重を検知する。荷重センサ９６は、閉塞摩擦接合装置９において必須の構成ではないが、これを設置することにより、第１部材１０と第２部材２０との接触荷重を適切な範囲に調整することが容易となる。
【００５３】
基台部９８には、回転側チャックに対向するように第２部材２０を保持する第２保持部としての金型９３が配置されている。図３および図４を参照して、基台部９８は、ベース体９１と、金型ホルダ９２と、金型９３とを含んでいる。ベース体９１は、フレーム９０上に設置されている。金型ホルダ９２は、ベース体９１上に固定されている。金型９３は、金型ホルダ９２に形成された凹部である金型保持部に嵌め込まれ、径方向チャック面９２Ｂにより固定されている。金型９３は、図５に示すように、２つの部品９９，９９に分離することができる。
【００５４】
図４および図５を参照して、金型９３は、円形の平面であるキャビティ底壁９３Ｂと、キャビティ底壁９３Ｂからキャビティ底壁９３Ｂに交差する方向（垂直な方向）に延びるキャビティ側壁９３Ｃとを含む。キャビティ底壁９３Ｂおよびキャビティ側壁９３Ｃは、キャビティ９３Ａを規定する。キャビティ側壁９３Ｃは、円形の形状を有するキャビティ底壁９３Ｂの外周に接続され、キャビティ底壁９３Ｂと同じ直径を有する円筒面形状を有している。
【００５５】
次に、閉塞摩擦接合工程の具体的な手順を説明する。図３および図４を参照して、工程（Ｓ３０）として実施される接合準備工程では、第１部材１０が外周面において回転側チャック９４に保持される。第２部材２０が金型９３のキャビティ９３Ａ内にセットされる。第２部材２０の一方の端面２１が、キャビティ側壁９３Ｃに取り囲まれる。
【００５６】
キャビティ９３Ａを規定するキャビティ底壁９３Ｂに端面において接触するように第２部材２０が配置される。第１部材１０の一方の端面１１と第２部材２０の一方の端面２１とが対向し、かつ第１部材１０および第２部材２０の中心軸が回転側チャックの回転軸αに一致するように、第１部材１０および第２部材２０は配置される。
【００５７】
キャビティ９３Ａ内には、離型剤が導入される。これにより、後述の工程（Ｓ４０）においてキャビティ９３Ａ内に離型剤が存在する状態で第１部材１０および第２部材２０が加熱される。この離型剤の導入は必須の手順ではないが、離型剤を導入することにより、後述の工程（Ｓ５０）において第１部材１０と第２部材２０とが接合されて構成される構造体を金型９３から取り外すことが容易となる。離型剤は、液体状であってもよいし粉体状であってもよい。
【００５８】
次に、工程（Ｓ４０）として摩擦工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、主軸９５が主軸モータ９５Ｂにより駆動されて軸α周りに回転するとともに、主軸移動モータ９０Ｂにより駆動されて基台部９８に近づく。これにより、回転側チャック９４が軸α周りに回転しつつ、金型９３に近づく。
【００５９】
第１部材１０は、第２部材２０に押し付けられつつ、第２部材２０に対する相対的な位置関係を変えることなく回転軸α周りに相対的に回転する。第１部材１０と第２部材２０との接触部の温度が摩擦熱により上昇する。この摩擦熱により、第１部材１０および第２部材２０が加熱される。第２部材２０の温度は、たとえば第２部材２０を構成する第２金属の軟化点以上の温度であって融点未満の温度にまで上昇する。
【００６０】
上述のように、第２部材２０の変形抵抗は第１部材１０の変形抵抗に比べて小さい。加熱された第２部材２０は軟化して変形し、金型９３のキャビティ側壁９３Ｃに接触する。これにより、第２部材２０が第１部材１０とともに回転することが抑制されるとともに、第２部材２０のさらなる変形も抑制される。そのため、第１部材１０と第２部材２０との摩擦によってさらなる熱が発生し、発生した熱がキャビティ９３Ａ内から放出されることが抑制される。
【００６１】
加熱された第２部材２０は軟化して変形し、第１部材１０の傾斜部１０Ｂに接触する。第１部材１０が第２部材２０に対して押し込まれることにより、第１部材１０の傾斜部１０Ｂに接触するように第２部材２０が変形する。
【００６２】
次に、工程（Ｓ５０）として冷却工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、まず主軸９５の回転数を低下させ、停止させる。その後、荷重センサ９６により検知される押し付け荷重を低下させる。この間、第１部材１０と第２部材２０とは互いに押し付け合う状態を維持しつつ冷却される。第１部材１０および第２部材２０は互いに接触した状態で冷却される。これにより、第１部材１０と第２部材２０とが直接接合される。上記工程（Ｓ４０）では、低変形抵抗部材である第２部材２０が変形することにより、外周を含む領域が全周にわたって第２部材２０側に傾斜するように、第１部材１０と第２部材２０との界面が形成される。
【００６３】
押し付け荷重が０とされた後、第１部材１０に対応する第１領域１０と第２部材２０に対応する第２領域２０とが接合されて構成される構造体である機械部品１が閉塞摩擦接合装置９から取り出される（図１参照）。以上の手順により、閉塞摩擦接合工程が完了する。
【００６４】
次に、工程（Ｓ６０）として、機械加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において得られた機械部品１に対して機械加工が実施される。具体的には、工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ４０）において第２部材２０が変形して形成されるバリが除去される。次に、図１を参照して、第１部材１０と第２部材２０とが接合されて形成された第１部材１０（第１領域１０）と第２部材２０（第２領域２０）との界面５の外周５Ａに沿って延びる溝１９が、第１部材１０（第１領域１０）の表面に形成される。
【００６５】
次に、工程（Ｓ７０）としてガス軟窒化工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において機械加工が実施されて得られた機械部品１に対して熱処理としてガス軟窒化処理が実施される。具体的には、アンモニアガスを含む雰囲気中で第１部材１０（第１領域１０）を構成する鋼のＡ１変態点未満の温度に加熱されることにより、第１部材１０（第１領域１０）の表層部に窒化層が形成される。このとき、傾斜部５Ｂおよび溝１９の存在により、界面５の外周５Ａ付近における亀裂の発生が抑制される。その後、必要に応じて仕上げ処理が実施され、本実施の形態の機械部品１が完成する。以上の手順により、本実施の形態の機械部品１を製造することができる。
【００６６】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２の機械部品の構造を示す概略断面図である。図６を参照して、実施の形態２における機械部品１は、実施の形態１の場合と同様に、第１金属からなる第１部材１０と第２金属からなる第２部材２０とが接合された構造を有している。しかし、実施の形態２においては、第１金属からなる第１部材１０が円盤状の形状を有し、第２部材２０が円筒状の形状を有している点において、実施の形態１の場合とは異なっている。第１金属および第２金属としては、実施の形態１の場合と同様の金属が採用される。
【００６７】
図６を参照して、第１領域１０と第２領域２０とは、接合面である界面５において接合されている。第１領域１０は、第１の線膨張係数を有している。第２領域２０は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有している。第１領域１０の直径は、第２領域２０の直径と同一である。
【００６８】
第２領域２０は、第１領域１０に比べて変形抵抗が小さい。第１領域１０および第２領域２０は、上述のように、軸対象な形状である円筒形状を有している。第１領域１０および第２領域２０の中心軸は、機械部品の中心軸Ｃに一致する。第１領域１０および第２領域２０は、同軸に配置されている。
【００６９】
界面５は、中心軸Ｃに対して垂直な平坦面である中央部５Ｃと、中心軸Ｃに垂直な面に対して第２領域２０側に傾斜した面である傾斜部５Ｂとを含んでいる。界面５は、界面５の外周５Ａを含むように第２領域１０側に向けて傾斜する環状の傾斜部５Ｂを含んでいる。中央部５Ｃは、円形の平坦面である。傾斜部５Ｂは、中心軸Ｃに一致する中心軸を有する正円錐面である。傾斜部５Ｂが存在することにより、界面５の外周５Ａを含む領域は、全周にわたって、第２領域１０側に向けて傾斜している。
【００７０】
第２領域２０の第１領域１０側の端部は、第１領域１０に向けて突出する凸形状を有している。第１領域１０の第２領域２０側の端部は、凸形状を有する第２領域２０の端部に対応する凹形状を有している。傾斜部５Ｂの、中心軸Ｃに垂直な方向における幅Ｗは、界面５の外周５Ａに外接する円の半径Ｒ（第１領域１０の半径Ｒ）の１／２０以上１／１０以下である。中心軸Ｃに垂直な面と傾斜部５Ｂとのなす角θは、たとえば５°以上１５°以下とすることができる。
【００７１】
第１領域１０の表面（外周面）には、界面５の外周５Ａに沿って延びる溝１９が形成されている。溝１９は、界面５の外周５Ａに沿って全周にわたって連続して形成されている。溝１９は、界面５の外周５Ａに平行に延びる。溝１９の形状は、実施の形態１の場合と同様である。
【００７２】
このような機械部品１は、以下のような本実施の形態における機械部品の製造方法により製造することができる。本実施の形態の機械部品の製造方法は、実施の形態１の場合と同様に閉塞摩擦接合を用いた製造方法である。実施の形態１の場合、高変形抵抗部材である第１部材１０を回転させ、低変形抵抗部材である第２部材２０を金型９３内に配置して閉塞摩擦接合が実施される。実施の形態２においては、低変形抵抗部材である第２部材２０が回転し、高変形抵抗部材である第１部材１０が固定された状態で閉塞摩擦接合が実施される。実施の形態２における機械部品の製造方法は、高変形抵抗部材である第１部材１０を回転させることが難しい場合に対応する製造方法である。
【００７３】
図２は、機械部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。図７は、機械部品の製造装置の構造を示す概略図である。図８は、機械部品の製造装置の動作を示す概略断面図である。図９および図１０は、機械部品の製造方法を説明するための概略断面図である。
【００７４】
図２を参照して、本実施の形態における機械部品１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図８を参照して、たとえば調質処理された機械構造用合金鋼からなる第１部材１０と、高力黄銅からなる第２部材２０とが準備される。第２部材２０は、円筒状の形状を有している。工程（Ｓ１０）では、第１の線膨張係数を有する第１部材１０と、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２部材２０とが準備される。第２部材２０の変形抵抗は第１部材１０の変形抵抗に比べて小さい。第２部材２０は低変形抵抗部材である。第１部材１０は高変形抵抗部材である。第１部材１０は、機械部品１の第１領域１０となるべき部材である。第２部材２０は、機械部品１の第２領域２０となるべき部材である。
【００７５】
第１部材１０は円筒形状（円盤形状）を有している。第１部材１０は、凹部１０Ａを有している。凹部１０Ａは、第１部材１０の中心軸を含むように形成される。凹部１０Ａは、円筒状の形状を有している。第１部材１０の中心軸と凹部１０Ａの中心軸とは一致する。第１部材１０は、凹部１０Ａを規定する凹部底壁１３と、凹部１０Ａを規定し、凹部底壁１３に交差する方向に延びる凹部側壁１２とを含む。
【００７６】
凹部底壁１３は、接合面となるべき第１接触面である。凹部底壁１３の外周を含む領域には、第１部材１０の中心軸に垂直な面に対して凹部１０Ａの入り口から近い側に傾斜する傾斜部１０Ｂが形成されている。傾斜部１０Ｂは、第１部材１０の中心軸に一致する中心軸を有する正円錐面である。傾斜部１０Ｂが形成されることにより、凹部１０Ａの外周を含む領域に、外周に近づくにしたがって深さが徐々に小さくなる領域が存在する。凹部底壁１３は、凹部１０Ａの入り口側とは反対側に向けて突出する凸形状を有している。凹部底壁１３は、外周を含むように配置される傾斜部１０Ｂと、傾斜部１０Ｂに取り囲まれ、第１部材１０の中心軸に垂直な円形の平面である中央部１０Ｃとを含んでいる。第２部材２０の一方の端面２１は、第１部材１０に接合されるべき第２部材接触面となっている。
【００７７】
次に、工程（Ｓ２０）として洗浄工程が実施される。この工程（Ｓ２０）は、上記実施の形態１と同様に実施される。なお、本実施の形態の機械部品１の製造方法では、第２部材２０の一方の端面２１に対する精密な仕上げ加工は省略することが可能である。第２部材２０の一方の端面２１は切断のままの状態であってもよい。
【００７８】
次に、図２を参照して、閉塞摩擦接合工程が実施される。閉塞摩擦接合工程は、接合準備工程、摩擦工程および冷却工程を含んでいる。ここで、閉塞摩擦接合を実施することで機械部品１を製造する機械部品の製造装置について説明する。
【００７９】
図７を参照して、実施の形態２における機械部品の製造装置である閉塞摩擦接合装置９は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作する。以下、実施の形態１の場合と異なる点について説明する。
【００８０】
主軸９５には、基台部９８に対向するように第２部材２０を保持する回転側チャック９４が設けられている。基台部９８には、回転側チャック９４に対向するように第１部材１０を保持する固定側チャック９２Ｃが配置されている。図７および図８を参照して、基台部９８は、ベース体９１と、固定側チャック９２Ｃとを含んでいる。固定側チャック９２Ｃは、ベース体９１上に固定されている。固定側チャック９２Ｃは、第１部材１０を軸方向に保持する底面９２Ａと、第１部材１０を径方向に保持する径方向チャック面９２Ｂとを含んでいる。
【００８１】
次に、閉塞摩擦接合工程の具体的な手順を説明する。図７を参照して、工程（Ｓ３０）として実施される接合準備工程では、第２部材２０が外周面において回転側チャック９４に保持される。また、第１部材１０が外周面において固定側チャック９２Ｃに保持される。
【００８２】
第１部材１０の凹部底壁１３と第２部材２０の一方の端面２１とが対向し、かつ第１部材１０および第２部材２０の中心軸が回転側チャック９４の回転軸αに一致するように、第１部材１０および第２部材２０は配置される。
【００８３】
次に、工程（Ｓ４０）として摩擦工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、主軸９５が主軸モータ９５Ｂにより駆動されて軸α周りに回転するとともに、主軸移動モータ９０Ｂにより駆動されて基台部９８に近づく。これにより、回転側チャック９４が軸α周りに回転しつつ、固定側チャック９２Ｃに近づく。
【００８４】
そして、図８に示すように、第２部材２０は、少なくとも一部（一方の端面２１を含む領域）が凹部１０Ａに進入する状態で第１部材１０に対する相対的な位置を変えることなく、第１部材１０に対して所定の荷重にて押し付けられつつ相対的に回転する。第１部材１０の凹部底壁１３に対して第２部材２０が相対的に押し付けられつつ回転する。これにより、第１部材１０および第２部材２０の温度が摩擦熱により上昇する。
【００８５】
回転の開始時点において、第２部材２０の外周面２２と第１部材１０の凹部側壁１２との間には隙間が形成される。回転の開始時点において、第２部材２０の外周面２２と第１部材１０の凹部側壁１２とは接触しない。回転の開始時点において、第２部材２０の一方の端面２１と凹部底壁１３の中央部１０Ｃとの間には隙間が形成される。回転の開始時点において、第２部材２０の一方の端面２１と凹部底壁１３の中央部１０Ｃとは接触しない。上記回転が維持されると、第１部材１０および第２部材２０が摩擦によって発生した熱により加熱される。
【００８６】
上述のように、低変形抵抗部材である第２部材２０の変形抵抗は第１部材１０の変形抵抗に比べて小さい。図９を参照して、加熱された第２部材２０は軟化して変形し、凹部側壁１２に接触する。第２部材２０の変形は第１部材１０の凹部１０Ａを規定する壁面（凹部底壁１３および凹部側壁１２）により制限される。そのため、摩擦によって発生した熱が凹部１０Ａ内から放出されることが抑制される。加熱された第２部材２０は軟化して変形し、中央部１０Ｃに接触する。凹部１０Ａは、軟化した第２部材２０により充填される。第２部材２０が変形することにより、バリ２９が形成される。
【００８７】
次に、工程（Ｓ５０）として冷却工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、まず主軸９５の回転数を低下させ、停止させる。その後、荷重センサ９６により検知される押し付け荷重を低下させる。この間、第１部材１０と第２部材２０とは互いに押し付け合う状態を維持しつつ、冷却される。第１部材１０および第２部材２０は互いに接触した状態で冷却される。これにより、第１部材１０と第２部材２０とが直接接合される。上記工程（Ｓ４０）では、低変形抵抗部材である第２部材２０が変形することにより、外周を含む領域が全周にわたって第２部材２０側に傾斜するように、第１部材１０と第２部材２０との界面が形成される。
【００８８】
押し付け荷重が０とされた後、第１部材１０と第２部材２０とが接合されて構成される構造体である機械部品１が閉塞摩擦接合装置９から取り出される（図１０参照）。以上の手順により、閉塞摩擦接合工程が完了する。
【００８９】
次に、工程（Ｓ６０）として、機械加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において得られた機械部品１に対して機械加工が実施される。具体的には、図１０を参照して、工程（Ｓ６０）では、第１部材１０と第２部材２０とが接合された状態で凹部側壁１２が除去されるように第１部材１０が加工される。破線Ａに沿って第１部材１０および第２部材２０が切削加工されることにより、凹部側壁１２を含む外周領域およびバリ２９が除去される。凹部側壁１２を含む外周領域の除去とバリ２９の除去とは連続的に一工程として実施されてもよいし、別工程として時間をおいて実施されてもよい。
【００９０】
次に、図６を参照して、第１部材１０と第２部材２０とが接合されて形成された第１部材１０（第１領域１０）と第２部材２０（第２領域２０）との界面５の外周５Ａに沿って延びる溝１９が、第１部材１０（第１領域１０）の表面に形成される。
【００９１】
次に、工程（Ｓ７０）としてガス軟窒化工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）において機械加工が実施されて得られた機械部品１に対して熱処理としてガス軟窒化処理が実施される。具体的には、アンモニアガスを含む雰囲気中で第１部材１０（第１領域１０）を構成する鋼のＡ１変態点未満の温度に加熱されることにより、第１部材１０（第１領域１０）の表層部に窒化層が形成される。このとき、傾斜部５Ｂおよび溝１９の存在により、界面５の外周５Ａ付近における亀裂の発生が抑制される。その後、必要に応じて仕上げ処理が実施され、本実施の形態の機械部品１が完成する。以上の手順により、本実施の形態の機械部品１を製造することができる。
【００９２】
なお、上記実施の形態１および２の工程（Ｓ４０）において、温度が上昇した状態における第２部材２０（低変形抵抗部材）の変形抵抗は第１部材１０（高変形抵抗部材）の変形抵抗に比べて１０％以上小さいことが好ましく、５０％以上小さいことがより好ましく、８０％以上小さいことがさらに好ましい。上述のように、第１部材１０（高変形抵抗部材）に比べて第２部材２０（低変形抵抗部材）の変形抵抗が小さい場合、本実施の形態のように第１部材１０と第２部材２０とを接合することができる。しかし、第１部材１０の変形抵抗と第２部材２０の変形抵抗との差が小さい場合、工程（Ｓ４０）において第２部材２０だけでなく第１部材１０も変形するおそれがある。
【００９３】
このような場合、第１部材１０と第２部材２０とを良好に接合することが難しくなる。工程（Ｓ４０）において第１部材１０および第２部材２０の温度を厳密に管理する必要が生じる。工程（Ｓ４０）において、温度が上昇した状態における第２金属の変形抵抗を第１金属の変形抵抗に比べて１０％以上小さく設定することにより、良好な接合を達成することが容易となり、５０％以上小さく設定すること、さらには８０％以上小さく設定することにより、良好な接合を達成することが一層容易となる。
【００９４】
上記実施の形態１および２においては、第１部材１０が高変形抵抗部材であり、第２部材２０が低変形抵抗部材である場合を例に、機械部品１の製造方法を説明した。第１部材１０が低変形抵抗部材であり、第２部材２０が高変形抵抗部材である場合であっても、閉塞摩擦接合において対向する第１部材１０および第２部材２０の面（接合面）の形状を、線膨張係数を考慮した適切な形状とすることにより、閉塞摩擦接合を用いた製造方法により機械部品１を製造することができる。
【００９５】
本発明の機械部品の第１領域と第２領域との界面の形状は、上記実施の形態において例示されたものに限られない。第１領域と第２領域との界面の外周を含む領域が、全周にわたって第２領域側に向けて傾斜する種々の界面の形状を採用することができる。図１１に示す第１の変形例のように、界面５は、中心軸Ｃ上に位置する頂点を有する円錐面形状を有していてもよい。第１の変形例においては、中心軸Ｃに対して垂直な平面である中央部は存在せず、界面５の全域が傾斜部となっている。また、図１２に示す第２の変形例のように、界面５は、中心軸Ｃ上に中心を有する球面形状を有していてもよい。界面５は、第２の変形例のように、曲面であってもよい。
【実施例】
【００９６】
（実施例１）
図１に示す上記実施の形態１の機械部品１を想定して（実施例Ａ）、界面５の外周５Ａ付近に生じる熱応力の大きさをＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）により解析した。中心軸Ｃに垂直な面と傾斜部５Ｂとのなす角θは１０°とした。傾斜部５Ｂの幅Ｗは、１ｍｍとした。第１領域１０を構成する材料としては、鋼（機械構造用合金鋼）であるＪＩＳ規格ＳＣＭ４４０（焼入および焼戻処理済み）を採用した。第２領域２０を構成する材料としては、高力黄銅を採用した。機械部品１に、６０℃から５７０℃に加熱し、その後６０℃まで冷却する熱処理が付与された場合の熱応力を解析した。線膨張係数は温度によらず一定であり、塑性変形は発生しない、との条件の下で解析を行った。【００９７】
比較のため、界面５が傾斜部５Ｂを有さないもの、すなわち界面５が全域にわたって中心軸Ｃに垂直な面であるもの（比較例Ａ）、および傾斜部５Ｂが第１領域１０側に、中心軸Ｃに垂直な面と傾斜部５Ｂとのなす角が１０°となるように傾斜しているもの（比較例Ｂ）についても、同様に解析を行った。解析の結果得られた界面５の外周５Ａ付近の熱応力の最大値を表１に示す。【００９８】
【表１】
2017072918.tif 000003
表１を参照して、比較例Ｂのように本発明の場合と反対側に傾斜する傾斜部を有する場合、熱応力は比較例Ａに比べて大きくなっている。一方、本発明の実施例である実施例Ａの場合、傾斜部を有さない比較例Ａに比べて１／２程度にまで熱応力が低減されている。また、実施例Ａでは、熱応力が、比較例Ａの場合に比べて界面の内周側の領域および第１領域側の外周面へと、より広い範囲に分散することがＦＥＭによる解析により明らかとなった。以上の解析結果から、第１領域と第２領域との界面の外周を含む領域を全周にわたって第２領域側に向けて傾斜するように形成することにより、熱応力を分散させ、熱応力の最大値を低減できることが確認される。【００９９】
（実施例２）
図１に示す上記実施の形態１の機械部品１を、上記実施の形態１の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ７０）を実施することにより１０個作製し（実施例Ｂ）、得られた機械部品１の界面５の外周５Ａ付近に形成される亀裂の長さおよび数を確認する実験を行った。中心軸Ｃに垂直な面と傾斜部５Ｂとのなす角θは１０°とした。傾斜部５Ｂの幅Ｗは、１ｍｍとした。第１領域１０を構成する材料としては、鋼（機械構造用合金鋼）であるＪＩＳ規格ＳＣＭ４４０（焼入および焼戻処理済み）を採用した。第２領域２０を構成する材料としては、高力黄銅を採用した。比較のため、実施例Ｂと同様の構造において、界面５が傾斜部５Ｂを有さないもの、すなわち界面５が全域にわたって中心軸Ｃに垂直な面であるもの（比較例Ｃ）を同様の手順で１０個作製し、同様に亀裂の長さおよび数を確認した。【０１００】
図１３は、比較例Ｃに観察された亀裂の長さおよび数を示す図である。図１４は、実施例Ｂに観察された亀裂の長さおよび数を示す図である。図１３および図１４の横軸に記載のＮｏ１〜１０は、作製された１０個のサンプルに対応する。図１３および図１４の縦軸は、亀裂の長さを示す。各サンプルに１本の亀裂が観察された場合は１本の棒、２本の亀裂が観察された場合、１箇所目および２箇所目に対応する２本の棒、３本の亀裂が観察された場合、１箇所目、２箇所目および３箇所目に対応する３本の棒で、亀裂の長さが表されている。【０１０１】
図１３および図１４を参照して、本発明の実施例である実施例Ｂの機械部品によれば、本発明の範囲外である比較例Ｃの場合に比べて、亀裂の長さおよび数が明確に低減できることが確認される。実施例Ｂにおいては、１０個のサンプルのうち、８個のサンプルで、亀裂が確認されていない。以上の実験結果から、本発明の機械部品によれば、線膨張係数の異なる部材同士がろう材を用いることなく接合された機械部品において、接合面に生じる熱応力による亀裂の発生を抑制できることが確認される。【０１０２】
なお、上記実施の形態および実施例においては、第１領域（部材）を構成する材料（第１金属）として鋼を採用し、第２領域（部材）を構成する材料（第２金属）として黄銅を採用する場合について例示したが、本発明において採用可能な材料はこれらに限られない。採用可能な金属の組み合わせの一例を表２に示す。【０１０３】
【表２】
2017072918.tif 000004
表２に示すように、本発明の機械部品およびその製造方法においては、第１金属からなる第１領域（部材）、および第１金属に比べて線膨張係数の大きい第２金属からなる第２領域（部材）の種々の組み合わせを採用可能である。【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示された範囲、ならびに請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更、改良が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の機械部品およびその製造方法は、線膨張係数の異なる領域同士が互いに直接接合された構造を有する機械部品およびその製造に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１０６】
１  機械部品、５  界面、５Ａ  外周、５Ｂ  傾斜部、５Ｃ  中央部、９  閉塞摩擦接合装置、１０  第１領域（第１部材）、１０Ａ  凹部、１０Ｂ  傾斜部、１０Ｃ  中央部、１１  端面、１２  凹部側壁、１３  凹部底壁、１９  溝、２０  第２領域（第２部材）、２１  端面、２２  外周面、２９  バリ、９０  フレーム、９０Ａ  シャフト、９０Ｂ  主軸移動モータ、９０Ｃ  主軸支持部、９１  ベース体、９２  金型ホルダ、９２Ａ  底面、９２Ｂ  径方向チャック面、９２Ｃ  固定側チャック、９３  金型、９３Ａ  キャビティ、９３Ｂ  キャビティ底壁、９３Ｃ  キャビティ側壁、９４  回転側チャック、９５  主軸、９５Ｂ  主軸モータ、９６  荷重センサ、９７  駆動部、９８  基台部、９９  部品。
【図１】
2017072918.tif 000005
【図２】
2017072918.tif 000006
【図３】
2017072918.tif 000007
【図４】
2017072918.tif 000008
【図５】
2017072918.tif 000009
【図６】
2017072918.tif 000010
【図７】
2017072918.tif 000011
【図８】
2017072918.tif 000012
【図９】
2017072918.tif 000013
【図１０】
2017072918.tif 000014
【図１１】
2017072918.tif 000015
【図１２】
2017072918.tif 000016
【図１３】
2017072918.tif 000017
【図１４】
2017072918.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月7日(2018.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の線膨張係数を有する第１領域と、
前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記第１領域に接合された第２領域と、を備え、
前記第１領域と前記第２領域との界面の外周を含む領域は、全周にわたって、前記第２領域側に向けて傾斜しており、
前記第１領域の表面には、前記界面の外周に沿って延びる溝が形成されている、機械部品。
【請求項２】
前記溝は、前記界面の外周に沿って全周にわたって連続して形成されている、請求項１に記載の機械部品。
【請求項３】
前記界面は、前記界面の外周を含むように前記第２領域側に向けて傾斜する環状の傾斜部を含む、請求項１または２に記載の機械部品。
【請求項４】
前記第１領域および前記第２領域は軸対象な形状を有し、同軸に配置され、
前記傾斜部の、前記第１領域および前記第２領域の軸方向に垂直な方向における幅は、前記界面の外周に外接する円の半径の１／２０以上１／１０以下である、請求項３に記載の機械部品。
【請求項５】
第１の線膨張係数を有する第１部材と、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２部材とを準備する工程と、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程と、
前記第１部材と前記第２部材とが接合されて形成された前記第１部材と前記第２部材との界面の外周に沿って延びる溝を前記第１部材の表面に形成する工程と、を備え、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程は、
前記第１部材と前記第２部材とを互いに押し付け、前記第１部材および前記第２部材を相対的な位置関係を変えることなく回転軸周りに相対的に回転させることにより、前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程と、
加熱された前記第１部材と前記第２部材とを互いに押し付けた状態で冷却する工程と、を含み、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程では、前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程において、前記第１部材および前記第２部材のうち変形抵抗が小さい方の部材である低変形抵抗部材が変形することにより、外周を含む領域が全周にわたって前記第２部材側に傾斜するように、前記第１部材と前記第２部材との前記界面が形成される、機械部品の製造方法。
【請求項６】
前記第１部材に前記溝が形成された後、前記第１部材および前記第２部材を熱処理する工程をさらに備える、請求項５に記載の機械部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、金型のキャビティ内に前記低変形抵抗部材が配置される、請求項５または６に記載の機械部品の製造方法。
【請求項８】
前記金型は、
前記キャビティを規定するキャビティ底壁と、
前記キャビティを規定し、前記キャビティ底壁に交差する方向に延びるキャビティ側壁と、を含む、請求項７に記載の機械部品の製造方法。
【請求項９】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記第２部材において前記第１部材に接触する面である第２接触面が、前記キャビティ側壁に取り囲まれる、請求項８に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１０】
前記第１部材および前記第２部材のうち変形抵抗が大きい方の部材である高変形抵抗部材には凹部が形成されており、
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記低変形抵抗部材を、少なくとも一部が前記凹部に進入する状態で前記高変形抵抗部材に相対的に押し付けつつ回転させることにより、前記第１部材および前記第２部材を加熱する、請求項５または６に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１１】
前記高変形抵抗部材は、
前記凹部を規定する凹部底壁と、
前記凹部を規定し、前記凹部底壁に交差する方向に延びる凹部側壁と、を含み、
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記高変形抵抗部材の前記凹部底壁に前記低変形抵抗部材が相対的に押し付けられつつ回転する、請求項１０に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１２】
前記第１部材および前記第２部材を加熱する工程では、前記低変形抵抗部材が変形することにより前記凹部側壁に接触する、請求項１１に記載の機械部品の製造方法。
【請求項１３】
前記第１部材と前記第２部材とが接合された状態で前記凹部側壁が除去されるように前記高変形抵抗部材が加工される工程をさらに備える、請求項１１または１２に記載の機械部品の製造方法。
【国際調査報告】
2017072918.tif 000019
2017072918.tif 000020
2017072918.tif 000021
2017072918.tif 000022