(57)【要約】【課題】金属部品５７．５９における凹部周辺６１’の熱変形を十分に抑えて、一対の金属部品５７．５９の接合不良をなくしつつ、一対の金属部品５７．５９の接合状態を強固にすること。【解決手段】一対の金属部品５７．５９を突き合わることによって一方の金属部品５７の開先部５７ａと他方の金属部品５９の開先部５９ａとにより凹部６１を区画し、電気絶縁性のある液Ｓ中において、凹部周辺６１’と成形電極２７との間にパルス状の放電を発生させ、放電エネルギーにより、成形電極２７の材料或いは該材料の反応物質を凹部周辺６１’に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、凹部６１からはみ出るような厚い肉盛６３を形成すること。【選択図】図２０
2011094235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部品を接合する方法であって、
一対の前記金属部品を突き合わせることによって、一方の前記金属部品の開先部と他方の前記金属部品の開先部により凹部を区画する突き合わせ工程と、
前記突き合わせ工程が終了した後に、金属の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される成形電極を用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、前記凹部を含む凹部周辺と前記成形電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記成形電極の材料或いは該材料の反応物質を前記凹部周辺に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、前記凹部からはみ出るような厚い肉盛を形成する肉盛工程と、を具備したことを特徴とする金属部品の接合方法。
【請求項２】
前記繰り返し工程が終了した後に、熱処理炉によって一対の前記金属部品と併せて前記肉盛を真空中又は大気中で高温に保つことにより、前記肉盛の内部における粒子間の拡散結合が進行するように、前記肉盛に対して熱処理を施す熱処理工程と、を具備したことを特徴とする請求項１に記載の金属部品の接合方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属製品の接合方法によって接合されたことを特徴とする接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品の接合方法、及びその接合方法によって接合された接合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
開先部をそれぞれ有した一対の金属部品を接合する一連の工程には、肉盛を形成する工程が含まれる。
【０００３】
即ち、前記一対の金属部品を接合する場合には、まず、前記一対の金属部品を突き合わせることによって、一方の金属部品の開先部と他方の金属部品の開先部により凹部を区画する。そして、前記凹部を含む凹部周辺に肉盛を溶接により形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記肉盛を溶接により形成するため、換言すれば、高温状態の前記肉盛を前記凹部周辺に瞬間的に又は短い時間で形成するため、前記一対の金属部品の接合の際に、前記凹部周辺の温度が急激に上昇する。そのため、前記凹部周辺に熱変形が大きくなって、前記一対の金属部品の接合不良を招くという問題がある。
【０００５】
前述の問題を解決するために、本発明の特徴は、一対の金属部品を接合する方法であって、一対の前記金属部品を突き合わせることによって、一方の前記金属部品の開先部と他方の前記金属部品の開先部により凹部を区画する突き合わせ工程と、前記突き合わせ工程が終了した後に、金属の粉末から成形した成形体、或いは加熱処理した前記成形体により構成される成形電極を用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、前記凹部を含む凹部周辺と前記成形電極との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記成形電極の材料或いは該材料の反応物質を前記凹部周辺に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、前記凹部からはみ出るような厚い肉盛を形成する肉盛工程と、を具備したことである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係わる放電加工機を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係わるシリンダの部分断面図である。
【図３】第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図６】第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図７】第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図８】第２の実施形態に係わるシリンダの部分断面図である。
【図９】第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１２】第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１３】第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１４】第３の実施形態に係わるシリンダの部分断面図である。
【図１５】第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１６】第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１７】第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法を説明する図である。
【図１８】第４の実施形態に係わる接合構造体を示す図である。
【図１９】第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法を説明する図である。
【図２０】第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法を説明する図である。
【図２１】第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明をより詳細に説明するために、本発明の各実施形態につき、適宜に図面を参照して説明する。なお、説明中において、適宜に、「左右方向」のことをＸ軸方向といい、「前後方向」のことをＹ軸方向といい、「上下方向」のことをＺ軸方向という。
【０００８】
（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法に使用する放電加工機１について説明する。
【０００９】
放電加工機１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ延びたベッド３を具備しており、このベッド３には、Ｚ軸方向へ延びたコラム５が設けられている。また、ベッド３には、テーブル７が設けられてあって、このテーブル７は、Ｘ軸サーボモータ９の駆動によってＸ軸方向へ移動可能であって、Ｙ軸サーボモータ１１の駆動によってＹ軸方向へ移動可能である。
【００１０】
テーブル７には、油等、電気絶縁性のある液Ｓを貯留する加工槽１３が設けられており、この加工槽１３内には、支持プレート１５が設けられている。この支持プレート１５には、後述の金属製品等をセット可能な治具１７が設けられている。なお、治具１７は、電源１９に支持プレート１５を介して電気的に接続されており、治具１７の具体的な構成は、金属製品等に応じて変更可能である。
【００１１】
コラム５には、加工ヘッド２１が設けられており、この加工ヘッド２１は、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によってＺ軸方向へ移動可能である。ここで、Ｘ軸サーボモータ９の駆動によってテーブル７をＸ軸方向へ移動させると、加工ヘッド２１をＸ軸方向へテーブル７に対して相対的に移動させることができる。また、Ｙ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＹ軸方向へ移動させると、加工ヘッド２１をＹ軸方向へテーブル７に対して相対的に移動させることができる。
【００１２】
そして、加工ヘッド２１には、成形電極２５又は成形電極２７を保持する第１ホルダ２９が設けられており、加工ヘッド２１における第１ホルダ２９の近傍には、耐消耗性のある硬質電極３１を保持する第２ホルダ３３が設けられている。なお、第１ホルダ２９及び第２ホルダ３３は、電源１９に電気的に接続されている。また、成形電極２５．２７の具体的の構成については後述する。
【００１３】
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法の対象である金属部品としてのシリンダ３５について簡単に説明する。
【００１４】
第１の実施の形態に係わる金属部品としてのシリンダ３５は、ガスタービンの構成要素の１つであって、製品本体としてのシリンダ本体３７を具備している。そして、シリンダ本体３７の外周面には、凹部３９が放電エネルギーにより形成されており、この凹部３９を含む凹部周辺３９’には、肉盛４１が放電エネルギーにより形成されている。なお、凹部３９及び肉盛４１の詳細については、後述する。
【００１５】
続いて、図１から図７を参照して、第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法について説明する。
【００１６】
第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、金属部品としてのシリンダ３５を製造するための方法であって、前述の放電加工機１、成形電極２５、硬質電極３１、及び図７に示す熱処理炉４３を用いている。
【００１７】
ここで、成形電極２５は、シリンダ本体３７の母材と同一の組成を有した材料の粉末、シリンダ本体３７の母材と類似の組成を有した材料の粉末、又はシリンダ本体３７の母材の熱膨張率と近い熱膨張率を有した材料の粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体、或いは真空炉等によって加熱処理した前記成形体により構成されるものである。
【００１８】
なお、シリンダ本体３７の母材が例えばＡＭＳ（Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｌｃａｔｉｏｎｓ）Ｎｏ．５６６２の合金である場合にはあっては、各種のニッケル合金が類似の組成を有した材料になり、コバルト又はコバルト合金が近い熱膨張率を有した材料になる。また、電極２５は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）、溶射等によって成形しても差し支えない。
【００１９】
また、硬質電極３１は、グラファイト、タングステン合金、又は銅合金の固形物により構成されるものである。
【００２０】
そして、第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、以下に示すような（１−１）成型工程と、（１−２）欠陥除去工程と、（１−３）肉盛工程と、（１−４）余肉除去工程と、（１−５）熱処理工程とを具備している。
【００２１】
（１−１）成型工程
図示省略の鋳型を用い、製品本体としてのシリンダ本体３７を鋳造により成型する。なお、図３に示すように、シリンダ本体３７の成型によって、シリンダ本体３７の被処理面としての外周面には欠陥の１つである鋳物巣Ｄが生じている。
【００２２】
（１−２）欠陥除去工程
前記（１−１）成型工程が終了した後に、シリンダ本体３７を治具１７にセットする。次に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、鋳物巣Ｄを含む欠陥周辺としての鋳物巣周辺Ｄ’と硬質電極３１が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００２３】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、鋳物巣周辺Ｄ’と硬質電極３１との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図３Ｂに示すように、放電エネルギーにより、鋳物巣Ｐを除去して、シリンダ本体３７の外周面に凹部３９を形成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって硬質電極３１を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００２４】
（１−３）肉盛工程
前記（１−２）欠陥除去工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、凹部周辺３９’と成形電極２５が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００２５】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、凹部周辺３９’と成形電極２５との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図５に示すように、放電エネルギーにより、成形電極２５の材料或いは該材料の反応物質を凹部周辺３９’に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、肉盛４１を凹部３９からはみ出るように形成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって成形電極２５を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００２６】
なお、「堆積、拡散、及び／又は溶着」とは、「堆積」、「拡散」、「溶着」、「堆積と拡散の２つの混合現象」、「堆積と溶着の２つの混合現象」、「拡散と溶着の２つの混合現象」、「堆積と拡散と溶着の３つの混合現象」のいずれも含む意である。
【００２７】
ここで、前記（１−３）工程において形成された肉盛４１の大きさは、凹部３９の大きさに比べて大きくなるようにしてある。具体的には、肉盛４１の外縁は、凹部３９の外縁よりも外側へ０．５ｍｍ以上拡がるようにしてあって、肉盛４１の厚さは、凹部３９を埋めるのに必要な厚さよりも０．３ｍｍ以上厚くなるようにしてある。そのため、肉盛４１の内部における粒子間の拡散結合を生じさせることができる。
【００２８】
なお、肉盛４１の一部分は、凹部３９からはみ出した余肉４１ｆになっている。
【００２９】
（１−４）余肉除去工程
前記（１−３）肉盛工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、肉盛４１と硬質電極３１が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００３０】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、肉盛４１と硬質電極３１との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図６に示すように、放電エネルギーにより、高密度の組織からなる薄膜４１ａを生成しつつ、余肉４１ｆを除去することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、硬質電極３１をＸ軸方向へシリンダ本体３７に対して相対的に移動させると共に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって硬質電極３１を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００３１】
（１−５）熱処理工程
前記（１−４）余肉除去工程が終了した後に、治具１７からシリンダ本体３７を取り外して、熱処理炉４３の所定位置にセットする。そして、図７に示すように、熱処理炉４３によってシリンダ本体３７と併せて肉盛４１を真空中又は大気中で高温に保つ。これによって、肉盛４１の内部における粒子間の拡散結合が進行するように、肉盛４１に対して熱処理を施すことができ、金属製品としてのシリンダ３５の製造が終了する。
【００３２】
ここで、熱処理の温度と時間は、例えば、肉盛４１がニッケル合金又はコバルト合金により構成される場合にあっては、１０５０℃の高温に２０分間、引き続き、７６０℃の高温に４時間である。
【００３３】
なお、前述の第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、次のように実施形態の変更することが可能である。
【００３４】
即ち、第１の実施形態に係わる金属製品の製造方法における一連の工程の中から、前記（１−４）余肉除去工程又は前記（１−５）熱処理工程を省略したり、前記（１−４）余肉除去工程と前記（１−５）熱処理工程の工程順を変えたりすることも可能である。
【００３５】
また、電気絶縁性のある液Ｓ中において、パルス状の放電を発生させる代わりに、電気絶縁性のある気中において、パルス状の放電を発生させるようにしても差し支えない。
【００３６】
更に、放電加工機１の代わりに、研削盤を用いて、鋳物巣周辺Ｄ’を除去したり、余肉４１ｆを除去したりしても差し支えない。
【００３７】
また、鋳物巣周辺Ｄ’を除去する代わりに、クラック等の欠陥を含む欠陥周辺を除去するようにしても差し支えない。
【００３８】
次に、第１の実施形態の作用について説明する。
【００３９】
放電エネルギーは極めて小さい箇所に局所的に作用するものであって、肉盛４１は、成形電極２５の材料等を凹部３９に堆積、拡散、及び／又は溶着させることよって徐々に形成されるものであるため、シリンダ３５の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがない。
【００４０】
また、肉盛４１は放電エネルギーにより形成されるため、肉盛４１とシリンダ本体３７の母材との境界部分は、組成比が傾斜する構造になっており、肉盛４１をシリンダ本体３７に強固に結合させることができる。
【００４１】
更に、肉盛４１の内部における粒子間の拡散結合が進行しているため、肉盛４１の引張強さを高めることができる。
【００４２】
また、前記（１−３）肉盛工程において形成された肉盛４１の大きさは、凹部３９の大きさに比べて大きくなるようにしてあるため、前記（１−４）余肉除去工程後における肉盛４１の表側にポーラスな組織を残さない。
【００４３】
以上の如き、第１の実施形態によれば、シリンダ３５の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがないため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の熱変形を十分に抑えて、シリンダ３５の製造不良がほとんどなくなる。
【００４４】
また、肉盛４１をシリンダ本体３７に強固に結合させることができるため、肉盛４１がシリンダ本体３７の母材から剥離し難くなって、シリンダ３５の品質を安定させることができる。
【００４５】
更に、肉盛４１の引張強さを高めることができるため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の機械的強度を高めることできる。
【００４６】
また、肉盛４１は高密度の組織からなる薄膜４１ａを有しているため、シリンダ３５内からの流体の浸みだしを抑制することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図８を参照して、第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法の対象である金属部品としてのシリンダ４５について簡単に説明する。
【００４８】
第２の実施の形態に係わる金属部品としてのシリンダ４５は、第１の実施形態に係わるシリンダ３５と同様に、製品本体としてのシリンダ本体３７を具備してあって、シリンダ本体３７の外周面には、凹部３９が放電エネルギーにより形成されている。そして、凹部３９を含む凹部周辺３９’には、２層の肉盛４７からなる肉盛群４９が放電エネルギーにより形成されている。なお、肉盛群４９の詳細については、後述する。
【００４９】
続いて、図１、図３、図４、図９から図１３を参照して、第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法について説明する。
【００５０】
第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、金属部品としてのシリンダ４５を製造するための方法であって、前述の放電加工機１、成形電極２５、硬質電極３１、及び熱処理炉４３を用いている。
【００５１】
そして、第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、以下に示すような（２−１）成型工程と、（２−２）欠陥除去工程と、（２−３）第１肉盛工程と、（２−４）薄膜工程と、（２−５）第２肉盛工程と、（２−６）余肉除去工程と、（２−７）熱処理工程とを具備している。
【００５２】
（２−１）成型工程
前記（１−１）成型工程と同様に行う（図３参照）。
【００５３】
（２−２）欠陥除去工程
前記（１−２）欠陥除去工程と同様に行う（図４参照）。
【００５４】
（２−３）第１肉盛工程
前記（２−２）欠陥除去工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、凹部周辺３９’と成形電極２５が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００５５】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、凹部周辺３９’と成形電極２５との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図９に示すように、放電エネルギーにより、成形電極２５の材料或いは該材料の反応物質を凹部周辺３９’に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、凹部周辺３９’に肉盛４７を形成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって成形電極２５を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００５６】
（２−４）薄膜工程
前記（２−３）成型工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、肉盛４７と硬質電極３１が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００５７】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、肉盛４７と硬質電極３１との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図１０に示すように、放電エネルギーにより、肉盛４７の表面を溶融して、肉盛４７の表面に高密度の組織からなる薄膜４７ａを生成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって硬質電極３１を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００５８】
（２−５）第２肉盛工程
前記（２−４）欠陥除去工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、肉盛４７における薄膜４７ａと成形電極２５が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００５９】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、肉盛４７における薄膜４７ａと成形電極２５との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図１１に示すように、放電エネルギーにより、成形電極２５の材料或いは該材料の反応物質を肉盛４７における薄膜４７ａに堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、２層の肉盛４７からなる肉盛群４９を凹部３９からはみ出るように形成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって成形電極２５を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００６０】
ここで、前記（２−５）第２肉盛工程において形成された肉盛群４９の大きさは、凹部３９の大きさに比べて大きくなるようにしてある。具体的には、肉盛群４９の外縁は、凹部３９の外縁よりも外側へ０．５ｍｍ以上拡がるようにしてあって、肉盛群４９の厚さは、凹部３９を埋めるのに必要な厚さよりも０．３ｍｍ以上厚くなるようにしてある。なお、肉盛群４９の一部分は、凹部３９からはみ出した余肉４９ｆになっている。そのため、肉盛群４９における内部の粒子間の拡散結合を生じさせることができる。
【００６１】
（２−６）余肉除去工程
前記（２−５）第２肉盛工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、肉盛群４９と硬質電極３１が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００６２】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、肉盛群４９と硬質電極３１との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図１２に示すように、放電エネルギーにより、高密度の組織からなる薄膜４９ａを生成しつつ、余肉４９ｆを除去することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、硬質電極３１をＸ軸方向へシリンダ本体３７に対して相対的に移動させると共に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって硬質電極３１を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００６３】
（２−７）熱処理工程
前記（２−５）余肉除去工程が終了した後に、治具１７からシリンダ本体３７を取り外して、熱処理炉４３の所定位置にセットする。そして、図１３に示すように、熱処理炉４３によってシリンダ本体３７と併せて肉盛群４９を真空中又は大気中で高温に保つ。これによって、肉盛群４９の内部における粒子間の拡散結合が進行するように、肉盛群４９に対して熱処理を施すことができ、金属製品としてのシリンダ４５の製造が終了する。
【００６４】
ここで、熱処理の温度と時間は、例えば、肉盛群４９がニッケル合金又はコバルト合金により構成される場合にあっては、１０５０℃の高温に２０分間、引き続き、７６０℃の高温に４時間である。
【００６５】
なお、前述の第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、次のように実施形態の変更することが可能である。
【００６６】
即ち、第２の実施形態に係わる金属製品の製造方法における一連の工程の中から、前記（２−６）余肉除去工程又は前記（２−７）熱処理工程を省略したり、前記（２−６）余肉除去工程と前記（２−７）熱処理工程の工程順を変えたりすることも可能である。
【００６７】
また、電気絶縁性のある液Ｓ中において、パルス状の放電を発生させる代わりに、電気絶縁性のある気中において、パルス状の放電を発生させるようにしても差し支えない。
【００６８】
更に、放電加工機１の代わりに、研削盤を用いて、鋳物巣周辺Ｄ’を除去したり、余肉４９ｆを除去したりしても差し支えない。
【００６９】
また、鋳物巣周辺Ｄ’を除去する代わりに、クラック等の欠陥を含む欠陥周辺を除去するようにしても差し支えない。
【００７０】
次に、第２の実施形態の作用について説明する。
【００７１】
放電エネルギーは極めて小さい箇所に局所的に作用するものであって、肉盛群４９は、成形電極２５の材料等を凹部３９に堆積、拡散、及び／又は溶着させることよって徐々に形成されるものであるため、シリンダ４５の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがない。
【００７２】
また、肉盛群４９は放電エネルギーにより形成されるため、肉盛群４９とシリンダ本体３７の母材との境界部分は、組成比が傾斜する構造になっており、肉盛群４９をシリンダ本体３７に強固に結合させることができる。
【００７３】
更に、肉盛群４９の内部における粒子間の拡散結合が進行しているため、肉盛群４９の引張強さを高めることができる。
【００７４】
以上の如き、第２の実施形態によれば、シリンダ４５の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがないため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の熱変形を十分に抑えて、シリンダ４５の製造不良がほとんどなくなる。
【００７５】
また、肉盛群４９をシリンダ本体３７に強固に結合させることができるため、肉盛群４９がシリンダ本体３７の母材から剥離し難くなって、シリンダ４５の品質を安定させることができる。
【００７６】
更に、肉盛群４９の引張強さを高めることができるため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の機械的強度を高めることできる。
【００７７】
また、肉盛群４９は高密度の組織からなる薄膜４７ａ、４９ａを有しているため、シリンダ４５内からの流体の浸みだしを抑制することができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１４を参照して、第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法の対象である金属部品としてのシリンダ５１について簡単に説明する。
【００７９】
第３の実施の形態に係わる金属部品としてのシリンダ５１は、第１の実施形態に係わるシリンダ３５及び第２の実施形態に係わるシリンダ４５と同様に、製品本体としてのシリンダ本体３７を具備してあって、シリンダ本体３７の外周面には、凹部３９が放電エネルギーにより形成されている。そして、凹部３９を含む凹部周辺３９’には、多層の肉盛４７からなる肉盛群５３が放電エネルギーにより形成されている。なお、肉盛群５３の詳細については、後述する。
【００８０】
続いて、図１、図３、図４、図９、図１０、図１５から図１７を参照して、第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法について説明する。
【００８１】
第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、金属部品としてのシリンダ５１を製造するための方法であって、前述の放電加工機１、成形電極２５、硬質電極３１、及び熱処理炉４３を用いている。
【００８２】
そして、第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、以下に示すような（３−１）成型工程と、（３−２）欠陥除去工程と、（３−３）肉盛工程と、（３−４）薄膜工程と、（３−５）繰り返し工程と、（３−６）余肉除去工程と、（３−７）熱処理工程とを具備している。
【００８３】
（３−１）成型工程
前記（１−１）成型工程と同様に行う（図３参照）。
【００８４】
（３−２）欠陥除去工程
前記（１−２）欠陥除去工程と同様に行う（図４参照）。
【００８５】
（３−３）肉盛工程
前記（２−３）第１肉盛工程と同様に行う（図９参照）。
【００８６】
（３−４）薄膜工程
前記（２−４）薄膜工程と同様の内容に行う（図１０参照）。
【００８７】
（３−５）繰り返し工程
前記（３−４）薄膜工程が終了した後に、前記（３−３）肉盛工程と前記（３−４）を交互に繰り返す。これによって、図１５に示すように、放電エネルギーにより、各層の肉盛４７の表面に薄膜４７ａを生成しつつ、徐々に、多層の肉盛４７からなる肉盛群５３を凹部３９からはみ出るように形成することができる。
【００８８】
ここで、前記（３−５）繰り返し工程において形成された肉盛群５３の大きさは、凹部３９の大きさに比べて大きくなるようにしてある。具体的には、肉盛群５３の外縁は、凹部３９の外縁よりも外側へ０．５ｍｍ以上拡がるようにしてあって、肉盛群５３の厚さは、凹部３９を埋めるのに必要な厚さよりも０．３ｍｍ以上厚くなるようにしてある。そのため、肉盛群５３における内部の粒子間の拡散結合を生じさせることができる。
【００８９】
なお、肉盛群５３の一部分は、凹部３９からはみ出した余肉５３ｆになっている。
【００９０】
（３−６）余肉除去工程
前記（３−５）繰り返し工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、肉盛群５３と硬質電極３１が対向するようにシリンダ本体３７の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【００９１】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、硬質電極３１と肉盛群５３との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図１６に示すように、放電エネルギーにより、高密度の組織からなる薄膜５３ａを生成しつつ、余肉５３ｆを除去することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、硬質電極３１をＸ軸方向へシリンダ本体３７に対して相対的に移動させると共に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって硬質電極３１を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【００９２】
（３−７）熱処理工程
前記（３−５）余肉除去工程が終了した後に、治具１７からシリンダ本体３７を取り外して、熱処理炉４３の所定位置にセットする。そして、図１７に示すように、熱処理炉４３によってシリンダ本体３７と併せて肉盛群４９を真空中又は大気中で高温に保つ。これによって、肉盛群５３の内部における粒子間の拡散結合が進行するように、肉盛群５３に対して熱処理を施すことができ、金属製品としてのシリンダ５１の製造が終了する。
【００９３】
ここで、熱処理の温度と時間は、例えば、肉盛群４９がニッケル合金又はコバルト合金により構成される場合にあっては、１０５０℃の高温に２０分間、引き続き、７６０℃の高温に４時間である。
【００９４】
なお、前述の第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法は、次のように実施形態の変更することが可能である。
【００９５】
即ち、第３の実施形態に係わる金属製品の製造方法における一連の工程の中から、前記（３−６）余肉除去工程又は前記（３−７）熱処理工程を省略したり、前記（３−６）余肉除去工程と前記（３−７）熱処理工程の工程順を変えたりすることも可能である。
【００９６】
また、電気絶縁性のある液Ｓ中において、パルス状の放電を発生させる代わりに、電気絶縁性のある気中において、パルス状の放電を発生させるようにしても差し支えない。
【００９７】
更に、放電加工機１の代わりに、研削盤を用いて、鋳物巣周辺Ｄ’を除去したり、余肉５３ｆを除去したりしても差し支えない。
【００９８】
また、鋳物巣周辺Ｄ’を除去する代わりに、クラック等の欠陥を含む欠陥周辺を除去するようにしても差し支えない。
【００９９】
次に、第３の実施形態の作用について説明する。
【０１００】
放電エネルギーは極めて小さい箇所に局所的に作用するものであって、肉盛群５３は、成形電極２５の材料等を凹部３９に堆積、拡散、及び／又は溶着させることよって徐々に形成されるものであるため、シリンダ５１の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがない。
【０１０１】
また、肉盛群５３は放電エネルギーにより形成されるため、肉盛群５３とシリンダ本体３７の母材との境界部分は、組成比が傾斜する構造になっており、肉盛群５３をシリンダ本体３７に強固に結合させることができる。
【０１０２】
更に、肉盛群５３の内部における粒子間の拡散結合が進行しているため、肉盛群５３の引張強さを高めることができる。
【０１０３】
以上の如き、第３の実施形態によれば、シリンダ５１の製造の際に、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の温度が急激に上昇することがないため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の熱変形を十分に抑えて、シリンダ５１の製造不良がほとんどなくなる。
【０１０４】
また、肉盛群５３をシリンダ本体３７に強固に結合させることができるため、肉盛群５３がシリンダ本体３７の母材から剥離し難くなって、シリンダ５１の品質を安定させることができる。
【０１０５】
更に、肉盛群５３の引張強さを高めることができるため、シリンダ本体３７における凹部周辺３９’の機械的強度を高めることできる。
【０１０６】
また、肉盛群５３は高密度の組織からなる薄膜４１ａ、５３ａを有しているため、シリンダ５１内からの流体の浸みだしを抑制することができる。
【０１０７】
（第４の実施形態）
図１８を参照して、第４の実施形態に係わる接合構造体５５について説明する。
【０１０８】
接合構造体５５は、突き合わせた状態で接合される一対の金属部品５７．５９を具備しており、一対の金属部品５７．５９は、開先部５７ａ．５７ｂをそれぞれ有している。また、一方の金属部品５７の開先部５７ａと他方の金属部品５９の開先部５９ａとにより凹部６１が区画されるており、この凹部６１からはみ出る肉盛６３が放電エネルギーにより形成されている。そして、この肉盛６３は、図１に示す成形電極２７を用い、電気絶縁性のある液中又は気中において、凹部６１を含む凹部周辺６１’と成形電極２７との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、成形電極２７の材料或いは該材料の反応物質を凹部周辺６１’に堆積、拡散、及び／又は溶着させることによって、徐々に形成されたものである。
【０１０９】
ここで、成形電極２７は、金属部品５７．５９の母材と同一の組成を有した材料の粉末、金属部品５７．５９の母材と類似の組成を有した材料の粉末、又は金属部品５７．５９の母材の熱膨張率と近い熱膨張率を有した材料の粉末からプレスによる圧縮によって成形した成形体、或いは真空炉等によって加熱処理した前記成形体により構成されるものである。
【０１１０】
なお、金属部品５７．５９の母材が例えば鉄に１８％のクロムと８％のニッケルを含むステンレス合金である場合にあっては、含有率の異なる他のステンレス合金が類似の組成を有した材料になり、コバルト又はコバルト合金が近い熱膨張率を有した材料になる。また、成形電極２７は、圧縮によって成形する代わりに、泥漿鋳込み、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）、溶射等によって成形しても差し支えない。
【０１１１】
続いて、図１、図１９から図２１を参照して、第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法について説明する。
【０１１２】
第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法は、一対の金属部品５７．５９を接合するための方法であって、前述の放電加工機１、成形電極２７、及び熱処理炉４３を用いている。そして、第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法は、以下に示すような（４−１）突き合わせと、（４−２）肉盛工程と、（４−３）熱処理工程とを具備している。
【０１１３】
（４−１）突き合わせ工程
一対の金属部品５７．５９を突き合わすように、一対の金属部品５７．５９を治具１７にセットする。これによって、図１９に示すように、一方の金属部品５７の開先部５７ａと他方の金属部品５９の開先部５９ａとにより、凹部６１を区画することできる。
【０１１４】
（４−２）肉盛工程
前記（４−１）突き合わせ工程が終了した後に、Ｘ軸サーボモータ９及びＹ軸サーボモータ１１の駆動によってテーブル７をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、凹部周辺６１’と成形電極２７が対向するように一対の金属部品５７．５９の位置決めを行う。なお、テーブル７をＸ軸方向とＹ軸方向のうちのいずれかの方向に移動させるだけで足りる場合もある。
【０１１５】
そして、電気絶縁性のある液Ｓ中において、凹部周辺６１’と成形電極２７との間にパルス状の放電を発生させる。これによって、図２０に示すように、放電エネルギーにより、成形電極２７の材料或いは該材料の反応物質を凹部周辺６１’に堆積、拡散、及び／又は溶着させて、徐々に、凹部６１からはみ出るような厚い肉盛６３を形成することができる。なお、パルス状の放電を発生させる際に、Ｚ軸サーボモータ２３の駆動によって成形電極２７を加工ヘッド２１と一体的にＺ軸方向へ僅かな移動量だけ往復させる。
【０１１６】
ここで、前記（４−２）肉盛工程において形成された肉盛６３の大きさは、凹部６１の大きさに比べて大きくなるようにしてある。具体的には、肉盛６３の外縁は、凹部６１の外縁よりも外側へ０．５ｍｍ以上拡がるようにしてあって、肉盛６３の厚さは、凹部６１を埋めるのに必要な厚さよりも０．３ｍｍ以上厚くなるようにしてある。そのため、肉盛６３における内部の粒子間の拡散結合を生じさせることができる。
【０１１７】
（４−３）熱処理工程
前記（４−２）肉盛工程が終了した後に、治具１７から一対の金属部品５７．５９を取り外して、熱処理炉４３の所定位置にセットする。そして、熱処理炉４３によって一対の金属部品５７．５９と併せて肉盛６３を真空中又は大気中で高温に保つ。これによって、肉盛６３の内部における粒子間の拡散結合が進行するように、肉盛６３に対して熱処理を施すことができ、一対の金属部品５７．５９の接合が終了する。
【０１１８】
ここで、熱処理の温度と時間は、例えば、肉盛６３がニッケル合金又はコバルト合金により構成される場合にあっては、１０５０℃の高温に２０分間、引き続き、７６０℃の高温に４時間である。
【０１１９】
なお、前述の第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法は、次のように実施形態の変更することが可能である。
【０１２０】
即ち、第４の実施形態に係わる金属部品の接合方法における一連の工程の中から、前記（４−３）熱処理工程を省略することも可能である。
【０１２１】
また、前記（４−２）肉盛工程と前記（４−３）熱処理工程の間に、肉盛６３の余肉を除去しても差し支えない。
【０１２２】
更に、電気絶縁性のある液Ｓ中において、パルス状の放電を発生させる代わりに、電気絶縁性のある気中において、パルス状の放電を発生させるようにしても差し支えない。
【０１２３】
次に、第４の実施形態の作用について説明する。
【０１２４】
放電エネルギーは極めて小さい箇所に局所的に作用するものであって、肉盛６３は、成形電極２７の材料等を凹部６１に堆積、拡散、及び／又は溶着させることよって徐々に形成されるものであるため、一対の金属部品５７．５９の接合の際に、金属部品５７．５９における凹部周辺６１’の温度が急激に上昇することがない。
【０１２５】
また、肉盛６３は放電エネルギーにより形成されるため、肉盛６３と金属部品５７．５９の母材との境界部分は、組成比が傾斜する構造になっており、肉盛６３を金属部品５７．５９に強固に結合させることができる。
【０１２６】
更に、肉盛６３の内部における粒子間の拡散結合が進行しているため、肉盛６３の引張強さを高めることができる。
【０１２７】
以上の如き、第４の実施形態によれば、一対の金属部品５７．５９の接合の際に、金属部品５７．５９における凹部周辺６１’の温度が急激に上昇することがないため、金属部品５７．５９の熱変形を十分に抑えて、一対の金属部品５７．５９の接合不良をほとんどなくすことができる。
【０１２８】
また、肉盛６３を金属部品５７．５９に強固に結合させると共に、肉盛６３の引張強さを高めることができるため、一対の金属部品５７．５９の接合状態が強固になり、換言すれば、接合構造体５５の機械的強度を高めることできる。
【０１２９】
以上のように、本発明をいくつかの好ましい実施形態により説明したが、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【０１３０】
また、２００３年６月１１日に日本国特許庁に出願された特願２００３−１６７０２５号の内容、及び２００３年６月１１日に日本国特許庁に出願された特願２００３−１６７０７４号の内容は、参照により本願の内容に引用されたものとする。
【符号の説明】
【０１３１】
５５      接合構造体
５７      金属部品
５７ａ    開先部
５９      金属部品
５９ａ    開先部
６１      凹部
６１’    凹部周辺
６３      肉盛
【図１】
2011094235.tif 000003
【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】
2011094235.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011094235.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011094235.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011094235.tif 000015
【図１４】
2011094235.tif 000016
【図１５】
2011094235.tif 000017
【図１６】
2011094235.tif 000018
【図１７】
2011094235.tif 000019
【図１８】
2011094235.tif 000020
【図１９】
2011094235.tif 000021
【図２０】
2011094235.tif 000022
【図２１】
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