(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に第２部材の一部を収容し、前記第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を第１部材に圧接させることで前記第１部材と前記第２部材とを接合する複合部材の製造方法であり、
前記第１部材に有底穴を設け、
前記有底穴の深さよりも長く形成され、軸線方向に延びて先細り形状のテーパ軸部が形成された一端側と、前記軸線方向に延びた他端側と、を有する軸体からなる前記第２部材の前記一端側を、間にクリアランスを設けて前記有底穴に収容し、前記他端側を前記有底穴外に配置した状態で前記一端側の端部を前記有底穴の底部に当接させ、
前記第１部材と前記第２部材の前記他端側とを支持し、加圧及び回転しつつ前記第２部材の軸線に対して前記有底穴内の位置で前記第１部材の軸線が曲がるように互いに傾斜させることにより前記第２部材を圧縮する方向の荷重を繰り返し変化させて負荷することで、前記第２部材の前記一端側に前記圧縮応力及び前記せん断応力を生じさせ、前記有底穴の内側に配置された前記一端側の外周面に肥大化した固定部位を形成し、前記固定部位を前記有底穴の内周面と底部のみに圧接させることで前記第１部材と前記第２部材とを接合する、複合部材の製造方法。
【請求項２】
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方が脆性材料からなる、請求項１に記載の複合部材の製造方法。
【請求項３】
前記第１部材における前記有底穴に対応する外周面に、該外周面を囲む環状治具を配置し、該外周面と環状治具の内周面とを当接させて前記荷重を負荷する、請求項１又は２に記載の複合部材の製造方法。
【請求項４】
前記テーパ軸部のテーパ角αを下記（１）式が満たされる範囲にする、請求項１乃至３の何れかに記載の複合部材の製造方法。
（σ／σｃ）＜（１−２・（Ｌ／Ｄ）・ｔａｎα）２      ・・・（１）
（但し、αは第２部材の軸線に対するテーパ角であり、σは加工時に第２部材の元径で生じる応力、σｃは第２部材の材料の圧縮破壊強度、Ｌは有底穴内に収容される第２部材の長さ、Ｄは元径の直径である。）
【請求項５】
有底穴を有する第１部材と、該有底穴に一端側が収容された第２部材とを備え、該第２部材の一端側の端部が前記有底穴の底部に当接し、且つ前記第２部材を部分的に肥大化して形成された固定部位が前記有底穴の内周面に圧接して、前記第１部材と前記第２部材とが接合された複合部材を製造する装置であり、
前記第１部材を支持する第１ホルダと、前記第２部材の他端側を支持する第２ホルダと、を備え、
前記第１ホルダと前記第２ホルダとの間に圧縮方向の荷重を負荷可能で、且つ前記第１ホルダに支持した前記第１部材の軸線と前記第２ホルダに支持した前記第２部材の軸線とを傾斜させた状態で、前記第１ホルダ及び第２ホルダが回転可能である、複合部材の製造装置。
【請求項６】
前記第１部材における前記有底穴に対応する外周面に配置され、該外周面と当接する内周面を有する環状治具を備えた、請求項５に記載の複合部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第１部材に第２部材の一部を収容して該収容した第２部材の一部を部分的に肥大化することで、第１部材と第２部材とを接合する複合部材の製造方法と、複合部材と、複合部材を製造する製造装置とに関する。
【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軸の挿通部分を部分的に肥大化し、肥大化した軸が被嵌合部材の貫通孔の内面に圧接することで、軸と被嵌合部材とを接合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
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、被嵌合部材の貫通孔に軸を貫通させた状態で、軸の両端部側を支持して中間部分に圧縮応力及びせん断応力を生じさせることで肥大化させていたため、軸の端部に被接合部材を接合することができず、製造可能な複合部材の形状に制限があった。
【０００６】
そこで、本発明では第２部材の一端に第１部材を接合でき、軸肥大技術を利用して製造可能な複合部材の形状の自由度を向上できる複合部材の製造方法と、そのような形状を有する複合部材と、当該複合部材を製造するための製造装置と、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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部材に第２部材の一部を収容し、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を第１部材に圧接させることで第１部材と第２部材とを接合する複合部材の製造方法であり、第１部材に有底穴を設け、有底穴の深さよりも長く形成され、軸線方向に延びて先細り形状のテーパ軸部が形成された一端側と、軸線方向に延びた他端側と、を有する軸体からなる第２部材の一端側を、間にクリアランスを設けて有底穴に収容し、他端側を有底穴外に配置した状態で一端側の端部を有底穴の底部に当接させ、第１部材と第２部材の他端側とを支持し、加圧及び回転しつつ第２部材の軸線に対して有底穴内の位置で第１部材の軸線が曲がるように互いに傾斜させることにより第２部材を圧縮する方向の荷重を繰り返し変化させて負荷することで、第２部材の一端側に圧縮応力及びせん断応力を生じさせ、有底穴の内側に配置された一端側の外周面に肥大化した固定部位を形成し、固定部位を有底穴の内周面と底部のみに圧接させることで第１部材と第２部材とを接合する。
第１部材及び第２部材の少なくとも一方が脆性材料からなる複合部材であっても適用可能である。
【０００８】
本発明の製造方法では、第１部材における有底穴に対応する外周面に、外周面を囲む環状治具を配置し、外周面と環状治具の内周面とを当接させて荷重を負荷するのがよい。
【０００９】
このテーパ軸部のテーパ角αは下記（１）式を満たす範囲にするのがよい。
（σ／σｃ）＜（１−２・（Ｌ／Ｄ）・ｔａｎα）２    ・・・（１）
（但し、αは第２部材の軸線に対するテーパ角であり、σは加工時に第２部材の元径で生じる応力、σｃは第２部材の材料の圧縮破壊強度、Ｌは有底穴内に収容される第２部材の長さ、Ｄは元径の直径である。）
【００１１】
本発明の複合部材の製造装置は、有底穴を有する第１部材と、有底穴に一端側が収容された第２部材とを備え、第２部材の一端側の端部が有底穴の底部に当接し、且つ第２部材を部分的に肥大化して形成された固定部位が有底穴の内周面に圧接して、第１部材と第２部材とが接合された複合部材を製造する装置であり、第１部材を支持する第１ホルダと、第２部材の他端側を支持する第２ホルダと、を備え、第１ホルダと第２ホルダとの間に圧縮方向の荷重を負荷可能で、且つ第１ホルダに支持した第１部材の軸線と第２ホルダに支持した第２部材の軸線とを傾斜させた状態で、第１ホルダ及び第２ホルダとが回転可能である。
第１部材における有底穴に対応する外周面に配置され、この外周面と当接する内周面を有する環状治具を備えていれば有利である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合部材の製造方法によれば、第１部材に有底穴を設け、第２部材の一端側を有底穴に収容してこの一端側の端部を有底穴の底部に当接させた状態で、第１部材と第２部材の他端側との間に第２部材を圧縮する方向の荷重を繰り返し変化させて負荷する。そのため、第２部材の適切な位置に十分な荷重を与えて、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ることができる。これにより第２部材の一端側を肥大化でき、第１部材の有底穴に第２部材の一端側を圧接することが可能である。
従って、第２部材の一端に第１部材を接合することが可能で、軸肥大技術を利用して製造できる複合部材の形状の自由度を向上できる。
【００１３】
本発明の複合部材によれば、第２部材の端部が有底穴の底部に当接し、且つ第２部材を部分的に肥大化して形成された固定部位が有底穴の内周面に圧接して、第２部材の端部に第１部材が接合されている。そのため、第１部材の形状を選択することで、第２部材の肥大加工では形成困難な形状を容易に実現できる。
従って第２部材の一端に種々の形状の第１部材が接合された複合部材を提供できる。そのため一端に各種の形状を設けることで軸肥大技術を利用して製造する複合部材の端部形状を自由に選択することができて形状の自由度を向上できる。
【００１４】
本発明の複合部材の製造装置によれば、第１部材を支持する第１ホルダと、第２部材の他端側を支持する第２ホルダと、を備えている。そして第１ホルダと第２ホルダとの間に圧縮方向の荷重を負荷可能で、且つ第１ホルダに支持した第１部材の軸線と第２ホルダに支持した第２部材の軸線とを傾斜させた状態で、第１ホルダ及び第２ホルダが回転可能である。そのため第２部材を容易に肥大化でき、有底穴を有する第１部材とこの有底穴に一端側が収容された第２部材とを容易に接合できる。
従って、第２部材の一端に第１部材が接合された複合部材を容易に製造可能な製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る複合部材の断面図である。
【図２】第１実施形態に係る第１部材への第２部材の嵌合状態を示す断面図である。
【図３】第１及び第２実施形態に係る複合部材の製造装置の概略部分断面図である。
【図４】図３の製造装置における環状治具の作用を説明する図であり、（ａ）は環状治具を使用しない状態を示し、（ｂ）は環状治具を使用した状態を示す。
【図５】第２実施形態に係る複合部材の断面図である。
【図６】第２実施形態に係る第１部材への第２部材の嵌合状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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］
第１実施形態の複合部材１０は、図１に示すように、有底穴１３を有する第１部材１１と、有底穴１３に一端側が収容された第２部材２１とを備える。第２部材２１の一端側の端部２２が有底穴１３の底部１４に当接し、第２部材２１の固定部位２３が有底穴１３の内周面１５に圧接することで、第２部材２１の端部２２側に第１部材１１が接合されている。
【００１７】
第１部材１１では、軸線Ｃに直交する断面が円形の有底穴１３を有し、外形形状は任意であるが第２部材２１の一端側よりも大きく形成されている。
第２部材２１では、有底穴１３の深さよりも長く、一端側が有底穴１３に収容可能で軸線Ｃに直交する断面が円形となっている。例えば中実又は中空の軸体、パイプ等であってもよく、ここでは中実の軸体となっている。
【００１８】
第２部材２１の固定部位２３は、第２部材２１の一端側を肥大化して軸線Ｃと直交する断面形状を大きくすることで形成されている。固定部位２３の組織は肥大化させることで他の部位と異なる組織となっていてもよい。
【００１９】
第２部材２１は、軸方向の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１部材１１は、第２部材２１を肥大化させた際、第２部材２１から負荷される荷重に対して十分な強度を有する材料からなる。
【００２０】
第１部材１１と第２部材２１とは異なる材料からなるものでもよく、同じ材料からなるものでもよい。第１実施形態では、第１部材１１及び第２部材２１が脆性材料からなる例である。脆性材料とは、降伏後に大きな塑性変形を伴わずに破壊が生じる材料であり、例えばタングステン、モリブデン、焼入れ材、各種セラミックス等が例示でき、この実施形態ではタングステンによって形成されている。
第１部材１１や第２部材２１が脆性材料により形成されていると、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た際、破損し易く、展延性を有する金属等の材料に比べて肥大化させ難い。ところが本実施形態では、後述の方法で肥大化させることで、脆性材料からなるものであっても第１部材１１の有底穴１３内で第２部材２１を肥大化して、第１部材１１と第２部材２１とを接合した複合部材が得られる。
【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に示すように、所定形状の第１部材１１及び第２部材２１を準備し、有底穴１３に第２部材２１の一端側を挿入し、図３に示すような製造装置３０を用いて第２部材２１を部分的に肥大加工し、第１部材１１と第２部材２１とを接合する。この実施形態では更に他の加工や処理を施してもよい。
【００２２】
第１部材１１及び第２部材２１の準備工程では、所望の外形形状を有して軸線Ｃに沿う有底穴１３を有する第１部材１１を予め準備する。有底穴１３の形状は第２部材２１の一端側に対応した形状であり、底部１４は軸線Ｃに対して直交する平面からなるのがよい。深さは、第１部材１１の外形形状、材質、第２部材２１の太さ、複合部材１０の用途等に応じて適宜設定可能である。
【００２３】
第２部材２１としては、他端側が所望の外形形状を有し、一端側が有底穴１３に収容可能で、端部２２が有底穴１３の底部１４に当接可能な形状を有するものを準備する。第２部材２１の一端側の端部２２は軸線Ｃに対して直交する平面からなるのがよい。
【００２４】
有底穴１３に収容される第２部材２１の一端側には先細り形状のテーパ軸部２４を設けるのがよい。本実施形態のように第２部材２１が脆性材料からなる場合には、テーパ軸部２４を設けることで第１部材１１と第２部材２１との確実な接合を実現できる。
即ち、第２部材２１の一端部にテーパ軸部を設けずにストレート形状にすると、有底穴１３の口元部１６付近が優先的に肥大化してしまい、有底穴１３の底部側付近が肥大化し難い。このことは、肥大化には圧縮応力とせん断応力が必要であるが、端部２２側でせん断力が十分に得難いことに起因しており、同一の圧縮応力を生じさせる条件下では端部の肥大化が進み難くなるためである。極端な場合には有底穴１３の口元部１６付近だけが肥大化して、有底穴１３の底部側の肥大化が進行しないことがある。
ところがテーパ形状とすると、加工時に第２部材２１に負荷される荷重が同じであっても、端部２２側で断面積が小さくなることで応力をより増加することができ、有底穴１３の口元部１６付近の肥大化に必要な圧縮応力で端部２２側を肥大化し易くできる。
【００２５】
本実施形態では、テーパ軸部２４の軸線Ｃに対するテーパ角度αを適宜設定することで、肥大加工時に第２部材２１の破損を防止しつつ一端側の広い範囲で肥大化できるようにしている。
テーパ角αは大きい程、端部２２側を肥大化し易くできる。その一方、過剰に大きなテーパ角αとすると第２部材２１の破壊等が生じることがある。そのためテーパ角度αを次の式（１）が満たされるように設定するのがよい。
（σ／σｃ）＜（１−２・（Ｌ／Ｄ）・ｔａｎα）２    ・・・（１）
（但し、αは第２部材２１の軸線に対するテーパ角であり、σは肥大加工時に第２部材２１の他端側である元径で生じる応力、σｃは第２部材２１の材料の圧縮破壊強度、Ｌは有底穴１３内に収容される第２部材２１の長さ、Ｄは第２部材２１の元径の直径である。）
【００２６】
この条件は次のように導かれる。まず第２部材２１の先端の直径ｄに加圧力Ｐが作用した際、先端が破損しないためには次のようになる。
Ｐ／（（πｄ２）／４）＜σｃ  ・・・（２）
（ここでσｃは材料の圧縮破壊強度である。）
第２部材２１の先端の直径ｄは、元径Ｄ、テーパ部分の長さＬ、テーパ角αを用いて次のように表せる。
ｄ＝Ｄ−（２・Ｌ・ｔａｎα）  ・・・（３）
そのため、（２）式は次のように表せる。
Ｐ＜σｃ・（（πｄ２）／４）・（１−２・（Ｌ／Ｄ）・ｔａｎα）２  ・・・（４）
従って、肥大加工時に元径で生じる加工応力をσとすると、上記（１）式となる。
【００２７】
例えば第２部材２１がタングステンの場合、圧縮破壊強度（σｃ）が１５００ＭＰａ、第２部材２１の他端側の直径である元径（Ｄ）と有底穴１３の深さ（Ｌ）との比（Ｌ／Ｄ）が１．５、肥大加工時に装置から負荷する荷重で元径で生じる応力（σ）が８５０ＭＰａとすると、第２部材２１の一端側のテーパ角（α）は４．５度未満となる。
【００２８】
第１部材１１の有底穴１３にはテーパを設けなくてもよいが、この実施形態ではテーパ軸部２４に対応するテーパを設けている。
【００２９】
第１部材１１の有底穴１３の内周面と第２部材２１の一端側の外周面との間には、クリアランスｍを設けるのがよい。クリアランスｍを設けると、肥大加工時に第２部材２１がクリアランスｍに対応した量の肥大化が可能であり、第２部材２１を確実に肥大化させて第１部材１１の有底穴１３の内周面に圧接させることができる。
クリアランスｍの大きさは第１部材１１及び第２部材２１の材料、形状、複合部材１０の用途等に応じて適宜設定可能である。
【００３０】
次いで、肥大加工工程では、図３に示すような複合部材１０の製造装置３０を用いて、第２部材２１の一端側に荷重を負荷して、第２部材２１を肥大加工する。
【００３１】
製造装置３０は、第１部材１１を支持する第１ホルダ３１と、第２部材２１の他端側を支持する第２ホルダ３２と、を備える。
第１ホルダ３１は、第１部材１１の一端側の端部と第１部材１１の側周面とを相対移動不能に支持可能な第１保持部３６を有する。第２ホルダ３２は、第２部材２１の他端側の端部を相対移動不能に支持可能な第２保持部３７を有する。第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２は適宜な構成を選択でき、図３では詳細な構成の図示は省略している。
【００３２】
第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２は軸線Ｃを中心に回転駆動可能であり、例えば第２ホルダ３２を回転駆動すると、第２ホルダ３２に従動して第１ホルダ３１が軸線Ｃを中心に回転する。また第１ホルダ３１は、第２ホルダ３２に対して傾斜可能であり、第２ホルダ３２に支持された第２部材２１の軸線Ｃに対して第１ホルダ３１に支持された第１部材１１の軸線Ｃを所定角度に傾斜させることが可能である。さらにこの実施形態では第２ホルダ３２は軸線Ｃに沿って第１ホルダ３１側に加圧可能である。
【００３３】
この製造装置３０は、第１部材１１における有底穴１３に対応する外周面を囲む環状治具３３を有する。環状治具３３の内周面は第１部材１１の外周に油圧等で圧入して嵌合する大きさに形成され、好ましくは有底穴１３の深さに対応する長さを有する。この第１ホルダ３１の第１保持部３６周囲に設けられた嵌合凹部３４に肥大加工時に移動不能に支持される。
【００３４】
環状治具３３は、第１部材１１の外周囲に嵌合又は締め込んで装着して第１部材１１に外周囲から圧縮荷重を負荷するものである。
環状治具３３を装着しないで荷重を負荷すると、有底穴１３内に配置された第２部材２１に生じる各種の応力が組み合わされて、図４（ａ）に示すように長手方向の応力分布が生じる。ここでは有底穴１３の口元部１６では、ヘルツ応力のために急峻に増加する。第１部材１１の有底穴１３の口元部１６においてヘルツ応力による応力集中は、第１部材１１の割れや有底穴１３の口元部１６の変形の原因となる。
【００３５】
ところが、図４（ｂ）のように環状治具３３を装着して荷重を負荷すれば、口元部１６におけるヘルツ応力による応力集中を圧縮荷重によって打ち消して緩和することができ、これにより長手方向の応力分布を穏やかにして、肥大加工中に第１部材１１の割れや有底穴１３の口元部１６の変形を防止できる。また第２部材２１が肥大化することで、内圧が増加した際にも第１部材１１の割れや有底穴１３の口元部１６の変形を防止できる。
【００３６】
このような製造装置３０を用いて第２部材２１を部分的に肥大加工するには、次のようにする。
まず図２に示すように、第２部材２１の一端側を有底穴１３に収容し、第２部材２１の端部２２を有底穴１３の底部１４に当接させる。
図３に示すように、第２部材２１の他端側を第２ホルダ３２の第２保持部３７に支持させ、第１部材１１における有底穴１３に対応する外周面に環状治具３３を嵌合し、第１部材１１を第１ホルダ３１の第１保持部３６に支持させる。さらに環状治具３３を第１ホルダ３１の嵌合凹部３４に収容して支持させる。これにより第１ホルダ３１の第１保持部３６及び第２ホルダ３２の第２保持部３７を軸線Ｃが直線となるようにして、第１部材１１及び第２部材２１を製造装置３０にセットする。
【００３７】
第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２を回転駆動して第１部材１１及び第２部材２１を回転させ、第２ホルダ３２を加圧する。このとき第１部材１１が第１ホルダ３１に支持され、第１部材１１の有底穴１３の底部１４に第２部材２１の端部２２が当接しているため、第２部材２１に確実に圧縮方向の荷重が負荷され、第２部材２１に軸方向の圧縮応力を生じさせる。圧縮応力は、少なくとも第２部材２１を肥大加工できて圧縮破壊強度σｃ以下で第２部材２１の座屈が生じない範囲で適宜選択する。
【００３８】
加圧及び回転を継続しつつ、第２ホルダ３２の角度θを変化させる。このとき第１ホルダ３１を第２ホルダ３２に支持された第２部材２１の他端側の軸線Ｃに対して角度θとなるように傾斜させる。
すると第１部材１１の有底穴１３内に配置された第２部材２１の一端側に、第２部材２１を圧縮する方向の荷重が繰り返し変化して負荷され、軸と交差する方向のせん断応力を繰り返し生じさせる。第２部材２１が回転していることから、回転に伴い第２部材２１の全周方向に変化するせん断応力が第２部材２１に繰り返し生じる。第１ホルダ３１に対して第２ホルダ３２を所定角度θに保って第２部材２１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２１の全周方向に均等に生じる。
第２ホルダ３２に保持された第２部材２１の軸線Ｃと第１ホルダ３１に保持された第２部材２１の軸線Ｃとの曲げ角度θは、形状や材料などに応じて選択するのがよい。
【００３９】
このようにして、第２部材２１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と、圧縮応力及びせん断応力が組み合わされた応力によって、有底穴１３内に配置された第２部材２１の一端側が徐々に肥大化する。
このとき有底穴１３に収容された第２部材２１の一端側に先細り形状のテーパ軸部２４が形成されているため、一端側が広い範囲で肥大化することができる。また第１部材の有底穴１３の内周面と第２部材２１の一端側の外周面との間にクリアランスｍが設けられているため、確実に第２部材２１の一端側が肥大化できる。さらに環状治具３３が第１部材１１の外周囲に装着されて荷重が負荷されているため、肥大加工中に第１部材１１の割れや有底穴１３の口元部１６の変形が防止される。
【００４０】
この状態で肥大化を継続すると、第２部材２１の一端側の肥大した部位が有底穴１３内面に対応した形状に変形し、有底穴１３内の略全体に第２部材２１の一端側が圧接して固定部位２３が形成される。
その後、第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２から第１部材１１及び第２部材２１が一体化した状態の複合部材１０を取り出し、肥大加工を終了する。得られた複合部材１０では、第２部材２１に肥大して形成された固定部位２３が有底穴１３の内周面１５に圧接することで、第２部材２１に第１部材１１が強固に固定されている。
【００４１】
この実施形態では、第１部材１１を第２部材２１に固定した後、機械加工を施し、第１部材及び第２部材の表面を所定形状に切削してもよい。このとき、第１部材１１の有底穴１３の外側で肥大化した部位を除去し、各部を所望の形状及び精度に加工することができる。
これにより、図１に示すような複合部材１０が製造される。
【００４２】
以上のような複合部材１０の製造方法では、第１部材１１に有底穴１３を設け、第２部材２１の一端側を有底穴１３に収容して端部２２を有底穴１３の底部１４に当接させ、この状態で第１部材１１と第２部材２１の他端側との間に第２部材２１を圧縮する方向の荷重を繰り返し変化させて負荷する。そのため、第２部材２１の適切な位置に十分な荷重を与えて、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ることができる。これにより第２部材２１の一端側を肥大化でき、第１部材１１の有底穴１３に第２部材２１の一端側を圧接することができる。
従って、第２部材２１の一端に第１部材１１を接合することが可能である。そのため第１部材１１として各種の形状を選択することで複合部材１０の端部形状を自由に選択することができ、軸肥大技術を利用して製造できる複合部材１０の形状の自由度を向上できる。
【００４３】
この製造方法では、第１部材１１の有底穴１３と第２部材２１の一端側との間にクリアランスｍを設けて第２部材２１を有底穴１３に収容するので、圧縮応力及びせん断応力を、第２部材２１のうちの有底穴１３内に配置された部位に集中して生じさせることができる。そのため有底穴１３内に配置された部位を積極的に肥大化させて、第１部材１１の有底穴１３に第２部材２１を確実に接合することが可能である。
【００４４】
第１部材１１における有底穴１３に対応する外周面に、外周面を囲む環状治具３３を配置し、外周面と環状治具３３の内周面とを当接させて荷重を負荷している。そのため肥大加工中に、有底穴１３内で第２部材２１の位置ずれなどによって所謂こじるような状態になったり、第２部材２１が肥大化して内圧が増加したりしても、第１部材１１の割れや有底穴１３の口元部１６の変形を防止でき、第１部材１１と第２部材２１とを安定して十分な接圧で接合できる。
【００４５】
有底穴１３に収容される第２部材２１の一端側に先細り形状のテーパ軸部２４を形成して、第２部材２１の他端側と第１部材１１との間に荷重を負荷している。そのため第１部材１１の有底穴１３内で第２部材２１の一端側を全体的に肥大化することが可能であり、第１部材１１の有底穴１３内面に第２部材２１の一端側をより広い範囲で圧接させることができる。その結果、第１部材１１と第２部材２１との接合強度を向上できる。
【００４６】
本発明の複合部材１０によれば、第２部材２１の端部２２が有底穴１３の底部１４に当接し且つ第２部材２１が部分的に肥大化して形成された固定部位２３が、有底穴１３の内周面に圧接して、第２部材２１の端部２２に第１部材１１が接合されている。そのため、第１部材１１の形状を選択することで、第２部材２１の肥大加工だけでは形成困難な端部形状を容易に実現できる。
【００４７】
本発明の複合部材１０の製造装置３０によれば、第１部材１１を支持する第１ホルダ３１と、第２部材２１の他端側を支持する第２ホルダ３２と、を備えている。そして第１ホルダ３１と第２ホルダ３２との間に圧縮荷重を負荷可能で、且つ第１ホルダ３１に支持した第１部材１１の軸線Ｃと第２ホルダ３２に支持した第２部材２１の軸線Ｃとを傾斜させた状態で、第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２が回転可能である。そのため第２部材２１を容易に肥大化でき、有底穴１３を有する第１部材１１とこの有底穴１３に一端側が収容された第２部材２１とを容易に接合できる。
【００４８】
［第２実施形態］
図５は第２実施形態の複合部材を示す。
第２実施形態の複合部材１０では、第１部材１１及び第２部材２１が第１実施形態の脆性材料よりも高い展延性を有する銅、アルミ、軟鋼のような材料によって形成されている。そして第１部材１１の有底穴１３が底部１４側程太くなる先太り形状の逆テーパ形状を有し、第２部材２１の固定部位２３が逆テーパ形状の有底穴１３に対応した逆テーパ形状に形成されている。
【００４９】
この複合部材１０でも固定部位２３は第２部材の一端側が肥大化することで形成されており、固定部位２３の側周面が第１部材１１の有底穴１３の内周面に圧接することで、第１部材１１と第２部材とが強固に固定されている。
有底穴１３が逆テーパ形状であるため、第２部材２１の固定部位２３によって第１部材１１と第２部材２１とが接合されると、第１部材１１の有底穴１３から第２部材２１の一端側が抜け外れることを確実に防止できる。
他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５０】
このような第２実施形態の複合部材１０を製造するには、展延性を有する材料からなる第１部材１１及び第２部材２１を用い、第１実施形態と略同様に準備工程及び肥大加工工程を実施する。
【００５１】
準備工程では、図６に示すように、第１部材１１として、軸線Ｃと直交する断面が円形で底部１４側程太くなる逆テーパ穴形状の有底穴１３を設けたものを準備し、第２部材２１として、一端側が軸線Ｃと直交する断面が円形で長手方向に一定のストレート軸形状のものを準備する。
【００５２】
肥大加工工程では、図３と同様の製造装置を用い、第１部材１１の有底穴１３に第２部材２１の一端側を収容して、第１部材１１の底部１４に第２部材２１の端部２２を当接させた状態で第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２に保持させる。第１ホルダ３１及び第２ホルダ３２を第１実施形態と同様に稼働させて、第２部材２１の一端側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、第２部材２１の一端側を肥大化させる。
このとき、環状治具３３を使用してもよいが、高い展延性を有する銅、アルミ、軟鋼のような材料では、第１部材１１の有底穴１３の口元部において、ヘルツ応力による応力集中が生じ難い。そのため第１ホルダ３１には環状治具３３を用いなくてもよい。
第２実施形態では、第１部材１１及び第２部材２１が第１実施形態より展延性に富む材料からなるため、第１ホルダ３１の加圧力や第２ホルダ３２の傾斜量を大きくすることができる。
【００５３】
肥大加工を継続することで、第２部材２１の一端側の肥大した部位が有底穴１３内周面に対応した形状に変形し、有底穴１３内の略全体に第２部材２１の一端側が圧接して固定部位２３が形成される。固定部位２３が有底穴１３の内周面１５に圧接することで第２部材２１に第１部材１１が強固に固定されることで、肥大加工工程を終了する。
【００５４】
この実施形態では、その後機械加工を施し、第１部材及び第２部材の表面を所定形状に切削してもよく、第１部材１１及び第２部材２１の一方又は双方に焼入処理や浸炭処理等の熱処理を施してもよい。
【００５５】
その他の点は第１実施形態と同様である。
【００５６】
このような第２実施形態であっても第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
即ち、第２部材２１の一端側を有底穴１３に収容し、端部２２を有底穴１３の底部１４に当接させて荷重を負荷する。そのため、第２部材２１の適切な位置に十分な荷重を与えて、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ることができ、第２部材２１の一端に第２部材２１よりも大きな断面形状を有する第１部材１１を接合できる。
また第１部材１１の有底穴１３と第２部材２１の一端側との間にクリアランスｍを設け、第２部材２１を有底穴１３に収容して肥大加工するので、第１部材１１の有底穴１３内で第２部材２１を肥大化して確実に接合できる。
【００５７】
特に、第２実施形態では、第１部材１１及び第２部材２１に脆性材料を使用した第１実施形態と異なり、第１部材１１及び第２部材２１が展延性を有するため、第１部材１１の有底穴１３を底部１４側程太くなる逆テーパ形状にしていても、有底穴１３内で十分に肥大化することができる。そのため第１部材１１と第２部材２１とを確実に接合することができる。
【００５８】
しかも第１部材１１の有底穴１３が、底部１４側程太くなる逆テーパ形状を有しているため、第２部材２１が肥大化することで有底穴１３の形状に対応した形状で接合される結果、第１部材１１から第２部材２１が抜けることが確実に防止される。それ故、例えば第１部材１１と第２部材２１とを接合した後で熱処理を施しても第１部材１１から第２部材２１が有底穴１３から抜け外れることを確実に防止できる。
【００５９】
上記第１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。
例えば上記第１及び第２実施形態では、脆性材料の場合に第２部材２１の一端側をテーパ形状に形成して接合し、展延性の材料の場合に第１部材１１の有底穴１３を逆テーパ形状に形成して接合した。しかしながら、第１部材１１と第２部材２１とが接合可能であれば、脆性材料であっても第２部材２１の一端側をストレート形状にしたり第１部材１１の有底穴１３を逆テーパ形状にすることが可能である。また展延性の材料であっても、第２部材２１の一端側や第１部材１１の有底穴１３を先細り状のテーパ形状にすることが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｃ  軸線
α  テーパ角
σ  元径で生じる応力
σｃ  圧縮破壊強度
Ｌ  収容長さ
Ｄ  元径の直径
ｄ  先端の直径
ｍ  クリアランス
１０  複合部材
１１  第１部材
１３  有底穴
１４  底部
１５  内周面
１６  口元部
２１  第２部材
２２  端部
２３  固定部位
２４  テーパ軸部
３０  製造装置
３１  第１ホルダ
３２  第２ホルダ
３３  環状治具
３４  嵌合凹部
３６  第１保持部
３７  第２保持部
【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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