(57)【要約】  本発明は複合部品（１２）の製造方法に関する。少なくとも１つのシャフト（２）と、好ましくはローター又はカムの形態にある少なくとも１つの焼結品（１）とが複合部品へと組み立てられる。この複合部品を組み立てるために、少なくとも以下の工程、すなわち、シャフト（２）を焼結品（１）の連続する孔（３）の中へと導入する工程、並びに少なくとも調整ダイ（４）を用いて、さらにより好ましくは少なくとも１つの上方加圧装置（５）及び少なくとも１つの下方加圧装置（７）を用いて焼結品（１）に対して軸方向の力を同時に印加することによって焼結品（１）を調整する工程が実施される。シャフト（２）は、一時的にせよ上記調整工程の間、上記焼結品（１）の上記孔（３）の中にあってもよい。本発明はさらに複合部品（１２）に関する。【選択図】図１
2015535749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合部品（１２）の製造方法であって、少なくとも１つのシャフト（２）と、好ましくはローター又はカムの形態にありかつ少なくとも１つの外周を有する少なくとも１つの焼結品（１）とが接合されて上記複合部品（１２）が形成されており、上記複合部品（１２）の組み立てが、
上記シャフト（２）を上記焼結品（１）の連続する孔（３）の中へと導入する工程と、
少なくとも調整ダイ（４）を用いて、さらにより好ましくは少なくとも１つの上方加圧装置（５）及び少なくとも１つの下方加圧装置（７）を用いて上記焼結品（１）に対して軸方向の圧力を同時に印加することによって上記焼結品（１）を調整する工程と
を少なくとも含み、上記シャフト（２）は、一時的にせよ上記調整工程の間、上記焼結品（１）の上記孔（３）の中に置かれる複合部品（１２）の製造方法。
【請求項２】
上記シャフト（２）を下方加圧装置（４）上に配置することで上記シャフト（２）を位置決めすることによって、上記シャフト（２）を、一部は上記調整ダイ（４）の中に位置決めし、好ましくはシャフト（２）を半径方向に位置決めし、
次に、シャフト（２）が上記調整ダイの中に位置決めされた状態で、上記焼結品を上記調整ダイ（４）の中へと案内することで、上記シャフト（２）を上記連続する孔（３）の中へと導入し、
上記シャフトを上記連続する孔の中へ導入（２）する間及び／又は後の少なくとも一時期に、上記焼結品（１）が上記調整ダイ（４）の中で調整され、これにより上記シャフトと接合されて上記複合部品（１２）が形成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記シャフト（２）が上記調整ダイ（４）の外で上記連続する孔（３）の中へと導入され、上記焼結品（１）が、上記シャフト（２）が上記焼結品（１）の孔の中に置かれた状態で、上記調整ダイ（４）の中に位置決めされ、上記シャフトを上記連続する孔の中へ導入（２）する間及び／又は後の少なくとも一時期に、上記焼結品（１）が上記調整ダイ（４）の中で調整され、これにより上記シャフトと接合されて上記複合部品（１２）が形成されるか、または
上記焼結品（１）が少なくとも一部は上記調整ダイ（４）の中で、好ましくは導入用面取り部の一領域に位置決めされ、その後、上記シャフト（２）が上記連続する孔（３）の中へと導入され、上記シャフトを上記連続する孔の中へ導入（２）する間及び／又は後の少なくとも一時期に、上記焼結品（１）が上記調整ダイ（４）の中で調整され、これにより上記シャフトと接合されて上記複合部品（１２）が形成される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記シャフト（２）が上記孔（３）の中へと導入される前には、上記シャフト（２）が上記孔（３）に対して過大サイズにはない請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
上記シャフト（２）が上記焼結品（１）の上記孔（３）の中へと導入された後、上記シャフト（２）が上記孔（３）の中に置かれた状態で、上記焼結品（１）が上記調整ダイ（４）の中へと圧入される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
上記焼結品（１）が上記調整ダイ（４）の中へと軸方向に圧入される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
調整する間の少なくとも一時期、及びさらに上記調整ダイ（４）によって同心的な圧力を加えられる間であって圧力（６）が上記焼結品（１）の上面及び／又は上記焼結品（１）の下面に作用するとき、上記焼結品（１）が軸方向に加圧される請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
上記調整のあいだ少なくとも一時的に上記シャフト（２）が上記焼結品（１）の上記孔（３）の中に置かれた状態で上記焼結品（１）を調整することで、１つで同じ作業工程の中で、
上記焼結品（１）と上記シャフト（２）との間に圧力嵌め接続を確立すること、及び
半径方向の圧縮を用いて上記焼結品（１）の外周を調整すること
が可能である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
上記焼結品（１）に作用する上記焼結品（１）の調整によって発生される圧力が、上記焼結品（１）の上記孔（３）の中に置かれている上記シャフト（２）によって発生される逆圧と相互作用することによって、内部圧縮応力が上記焼結品（１）内で実質的に発生し、好ましくは実質的にこれらの内部圧縮応力によって上記焼結品（１）と上記シャフト（２）との間に圧力嵌め接続が確立される請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
上記シャフト（２）の円周面（９）が上記シャフト（２）の上記円周面（９）に対して過大サイズである少なくとも１つの縁及び／又は外形を有し、かつ／又は上記孔（３）の内面が上記孔の内面に対して過大サイズである少なくとも１つの縁（１０）及び／又は外形を有し、上記縁（１０）及び／又は外形が、好ましくは上記孔の内面の一領域において上記焼結品（１）の材料の半径方向の圧縮を引き起こす請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
上記シャフト（２）の円周面（９）が上記シャフト（２）の上記円周面（９）に対して過小サイズである少なくとも１つの縁及び／又は外形を有し、かつ／又は上記孔（３）の内面が上記孔の内面に対して過小サイズである少なくとも１つの縁（１０）及び／又は外形を有し、上記縁（１０）及び／又は外形が上記焼結品（１）の材料で充填され、これにより嵌合接続が確立される請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
上記焼結品（１）が少なくとも一部は硬化性合金を含み、上記焼結品（１）の製造後に、上記焼結品（１）が硬化される前に調整が実施される請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
上記焼結品（１）の製造後に、少なくとも上記焼結品（１）の溶液アニーリング及び／又はクエンチングが実施され、焼結品（１）が硬化される前に上記焼結品（１）が調整される請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
上記焼結品（１）及び／又は上記シャフト（２）が、少なくとも一部は、アルミニウム合金、青銅合金、黄銅合金、及び／又は鋼鉄を含む請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
シャフト（２）が導入される孔（３）を有する焼結品（１）を含む複合部品（１２）であって、上記焼結品（１）が同様に少なくとも、好ましくは実質的に上記シャフト（２）に圧力嵌めによって接続され、上記焼結品（１）において内部圧縮応力が内部引張応力に勝り、かつこれらの内部圧縮応力が上記焼結品（１）と上記シャフト（２）との間の圧力嵌め接続に実質的に寄与する複合部品（１２）。
【請求項１６】
上記焼結品（１）及び／又は上記シャフト（２）が、少なくとも一部は、アルミニウム合金、青銅合金、黄銅合金、及び／又は鋼鉄を含む請求項１５に記載の複合部品（１２）。
【請求項１７】
上記焼結品（１）がローター（１３）又はカム（１４）である請求項１５又は請求項１６に記載の複合部品（１２）。
【請求項１８】
好ましくはローター（１３）又はカム（１４）として設計されている少なくとも１つの焼結品（１）をシャフト（２）に接合して複合部品（１２）を形成するための請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合部品の製造方法、及び複合部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の部品を互いに接合することが知られている。１つの接合方法によると、接続はばねによって確立される。これには所定の種類の機械加工が必要であるが、そのためには追加的な労力が必要である。製造工学では、接合は種々の群に分類され、それらの群に対して異なる接合プロセスが誂えられる。これらの群のうちの１つによれば、複数の部品は圧着又は圧入される。この場合、第二部品の空洞に対する第一部品の適切な干渉を用いて、この第一部品と第二部品との間の圧定（圧入）接続を確立することが可能である。しかしながら、複数の部品を圧着又は圧入する方法を用いたこの種の接合の不都合は、これらの方法の多くは、粉末冶金によって製造された部品に対しては限られた範囲にしか使用できないということである。その理由は、粉末冶金による部品の特有の多孔性であり、粉末冶金による部品は上記の部品を圧着又は圧入するために加えられる圧力によって損傷を受けるリスクがあり、しかもその圧力は非常に大きいことが多い。粉末冶金によって製造された複数の部品の破壊ひずみが低いほど、この問題はより深刻になる。技術の視点からは、圧着及び圧入はローターをシャフトに接合するために特によく使用され、上記の問題は、特に粉末冶金によって製造されたローターを接合する場合に生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、接合を簡便にして、これによって、より高品質の複合部品を製造することを可能にするという課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題は請求項１に記載の方法及び請求項１５に記載の複合部品によって解決される。他の有利な実施形態及び発展的態様は以下の明細書の記載から明らかとなる。請求項、明細書の記載及び図面の１以上の特徴をそれらの１以上の特徴と組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。特に、独立請求項の１以上の特徴は、明細書の記載及び／又は図面に由来する１以上の他の特徴によって置き換えられてもよい。提示される請求項は、発明主題を文言にするための草案としてのみ解釈されるべきであり、それは前記主題を限定しない。
【０００５】
複合部品の製造方法が提案される。この複合部品の製造方法によれば、少なくとも１つのシャフトと、少なくとも１つの外周を含む少なくとも１つの焼結品とが接合されて複合部品が形成される。この複合部品を組み立てるために、少なくとも以下の工程が実施される。
上記シャフトを上記焼結品の連続する孔の中へと導入する工程、及び
少なくとも調整ダイを用いてこの焼結品を調整する工程。
上記シャフトは、一時的にせよ調整工程の間、焼結品の孔の中に置かれる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】複合部品の製造方法の例示の実施形態の流れ図を示す。
【図２】複合部品の製造方法の別の例示の実施形態の中間工程を示す。
【図３】複合部品の例示の実施形態を示す。
【図４】複合部品の別の例示の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本願においては、用語「複合部品」は、特に、少なくとも２つの部品から構成される部品であって、それらの部品のうちの少なくとも２つが取り外し可能に又は取り外し不可能に相互に接続されているものを意味する。しかしながら、３以上の部品が相互に接続されていてもよい。例えば、この複合部品はカムシャフト、ギヤシャフト、又は平歯車シャフトであってもよい。
【０００８】
本願明細書で、及び一般言語で使用する用語「シャフト」は、回転運動及び／若しくはトルクを伝え、かつ／又は回転部を支えるために設けられる機械要素である。最も簡単な形態では、これは、例えば円形の断面を有する円筒形の棒であることができる。しかしながら、用語「シャフト」は円形ではない断面を有するシャフトをも意味してもよい。例えば、矩形、正方形、楕円形、三角形、又は多角形の断面を有するシャフトが準備されてもよい。定型の幾何学図形に当てはまらない別の種類の断面を有するシャフトが準備されてもよい。本願明細書で使用する用語「シャフト」は、全体的に又は少なくとも断面が棒の形状から外れるシャフトを含むことも意図されている。例えば、円筒形ではない断面積を有するシャフトが用語「シャフト」に包含されることが想定できる。変化する断面を有するか、又は変化する形状を有するシャフトが準備されうることも意図されている。加えて、既存の回転軸、及び／又は例えばこのシャフトを通って延在する軸の断面の幾何学的重心として設計されている重心軸が対称的ではない実施形態が可能であると意図されている。例えば、軸方向に対して、及び軸方向に平行な方向に対して１回又は数回方向転換するシャフトを準備することも可能である。この場合、このシャフトはオフセットシャフト（オフセット軸）と呼ばれことが多い。直角に方向転換するシャフトの領域に加えて、直角以外の角度に方向転換する領域が設けられてもよい。
【０００９】
本願明細書で使用される用語「シャフト」の使用は、少なくとも一部の領域においては細長いが回転運動及び／又はトルクを伝えるためには設けられておらず、専ら回転部品を支えかつ／又は担持するために設けられている部品を用語「シャフト」が包含するということを意味することも意図されている。例えば、以下に記載される方法が駆動軸の接合をも包含すること、つまり広義の用語「シャフト」が駆動軸も包含するということも想定されている。
【００１０】
当該焼結品は、ローター又はカムとして設計されていることが好ましい。
【００１１】
本願明細書で使用する用語「ローター」は、シャフトの周りの回転のために設けられるか又はシャフトとともに回転するために設けられるすべての機械要素及び他の部品を意味する。本願においては、回転はあらゆる軸の周りの回転であってもよく、すなわちローターの回転軸は必ずしもシャフトの回転軸と一致する必要はない。ローターの回転軸及び／又はシャフトの回転軸がローターの対称軸と一致しなくてもよい。用語「ローター」は、例えば、大歯車、楕円歯車、ウオームギヤ、平歯車等、並びに特に明示的にクレームされたカムを包含することができる。
【００１２】
用語「焼結品」は、特に粉末冶金学的方法等の一次成形プロセスを用いて製造される部品を意味する。用語「焼結品」は、焼結された部品、又は焼結後に、例えば追加的な熱処理を用いて後処理された焼結された部品を意味する。本願における用語「熱処理」は、少なくとも、部品を明確な目的で加熱及び／又はクエンチングすることを意味する。本願においては、この明確な目的の加熱は、例えば、焼結ベルト加熱炉プロセスで焼結品を製造する際のベルトプロセスの一部として行うことができるし、又は別途の加熱プロセスが実施されてもよい。
【００１３】
用語「外周」は、特に、焼結品の円周面を記載するために使用される。この外周は、例えば、一部又は全体的に焼結品の軸と平行に配向することができるし、又は焼結品が円錐形状を有する場合などのいずれの他の種類の配向も想定できる。
【００１４】
用語「孔」は、空洞を記載するために使用される。用語「連続する孔」は、部品が第一表面から第二表面までの、部品が延在する空洞を意味する。本願においては、用語「孔」は、その空洞が必ず穿孔によって生成されたものでなければならないことを含意しない。記載される方法は、特に、一次成形プロセスを用いて、特に粉末冶金プロセスを用いて、とりわけ焼結プロセス等を用いて製造される部品を接合するために意図されているので、多くの場合、孔はこの一次成形プロセスのあいだに直接形成される。一次成形プロセスを用いた孔の形成に加えて、孔を形成するための追加的な方法を準備することも可能である。また、用語「孔」は特定の断面積が存在しなければならないということを含意しない。特に、当該用語の一般的であることが多い口語的な使用とは逆に、孔が円形の断面積を有する連続的な空洞であることは必要ではない。そうではなく、例えば、孔は正方形、矩形、多角形、又は非定型の断面積を有してもよい。当該孔の円筒形の実施形態に加えて、円筒形の構成から外れる孔の形態も想定できる。例えば、孔は、軸の異なる位置で異なる断面形状を有してもよい。孔が、例えばいくつかの断面において、円錐形であるか又は断面積の大きさを円錐形とは異なる態様で変化させる形態を有してもよい。
【００１５】
上記シャフトを上記焼結品の連続する孔の中へと導入するという概念は、本願においては、シャフトだけを移動させるか、焼結品だけを移動させるか、又は同時に及び／若しくは交互にシャフト及び焼結品を移動させるかによってシャフトを孔の中へと導入することができるということを意味することが意図されている。
【００１６】
１つの実施形態では、シャフトが連続する孔の中へと完全に導入されていることが想定されている。連続する孔がシャフトによって完全に充填されているときに、導入は完全であると考えられる。
【００１７】
シャフトが一部だけ連続する孔の中へと導入されてもよい。
【００１８】
両方の可能性、つまりシャフトを孔の中へと一部又は完全に導入することが、シャフトを孔の中へと導入することという概念に包含されることが意図されている。
【００１９】
本方法の好ましい実施形態によれば、調整は、少なくとも１つの上方加圧装置及び少なくとも１つの下方加圧装置を用いて、焼結品に対して軸方向の圧力を同時に印加することによって実施される。
【００２０】
本方法の１つの実施形態では、例えば、シャフトが少なくとも一部は調整ダイの中に位置決めされ、
次に、シャフトが調整ダイの中に位置決めされた状態で、焼結品を調整ダイの中へと案内することで、シャフトが連続する孔の中へと導入され、
シャフトを連続する孔の中へ導入する間及び／又は後の少なくとも一時期に、その焼結品は調整ダイの中で調整され、これによりシャフトと接合されて当該複合部品を形成するということが行われる。
【００２１】
シャフトは、好ましくはシャフトを下方加圧装置上に配置することでシャフトを半径方向に位置決めすることによって、一部は調整ダイの中に位置決めされる。
【００２２】
本願においては、半径方向の位置決めという概念は、軸方向に垂直である方向においてシャフトを位置決めすることを包含する。結果として、シャフトが焼結品の孔の中にある状態で焼結品がシャフトの上を滑動することができるように、このシャフトを焼結品の連続する孔の中へと導入することができる。この焼結品がシャフトの一領域の中へと案内されている間、焼結品を調整ダイの中へと案内することができる。本願においては、焼結品を調整ダイの中へと案内することは、焼結品の軸方向の少なくとも１つの領域が調整ダイの軸方向の領域に置かれることを包含する。この焼結品が調整ダイの中へと案内されている間、焼結品は、好ましくは最初に、調整ダイの導入用面取り部の領域に入る。
【００２３】
シャフトを焼結品の連続する孔の中へと導入することは、その導入用面取り部の領域内で少なくとも一部実施されることが好ましい。
【００２４】
本方法の別の実施形態では、シャフトを連続する孔の中へと導入することは調整ダイの外で行われる。それに引き続いて、焼結品は、シャフトが孔の中に置かれた状態で、調整ダイの中に位置決めされる。シャフトを連続する孔の中へ導入する間及び／又は後の少なくとも一時期に、焼結品が調整ダイの中で調整され、これによりシャフトと接合されて当該複合部品が形成される。
【００２５】
焼結品が少なくとも一部は調整ダイの中で位置決めされ、次いでシャフトが連続する孔の中へと導入されてもよい。シャフトを連続する孔の中へ導入する間及び／又は後の少なくとも一時期後に、焼結品が調整ダイの中で調整され、これによりシャフトと接合されて当該複合部品を形成してもよい。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、この焼結品は、導入用面取り部の一領域において少なくとも一部は調整ダイの中へと配設される。
【００２７】
１つの実施形態によれば、シャフトを孔の中へと導入する前に焼結品を調整することができる。上記焼結品がその最終寸法にまだ到達していないその焼結品の状態まで焼結品が調整されてもよい。
【００２８】
本方法の別の実施形態によれば、シャフトが孔の中へと導入される前には、シャフトは、孔に対して過大サイズにはない。
【００２９】
シャフトが孔の中へと導入される前には、シャフトが孔に対して過大サイズにはないという本方法の一実施形態の利点は、例えば、シャフトを孔の中へと容易に導入することができるということである。例えば、調整ダイの一領域にある下方加圧装置の中にシャフトがすでに位置決めされている場合、追加的な力を加えなくても、又は少しの力を加えるだけで、このシャフトを調整ダイの一領域、特に導入用面取り部の一領域などに位置決めすることができる。最初にシャフトをダイの中へと導入するために加圧が必要でないとすれば、例えば、接合が著しく簡便になるという利点が生じる。加えて、部品のうちの１つへの損傷、例えば特に、内部の引張応力に起因する焼結品への損傷のリスクが著しく低減され、かつ／又は、もはや加圧は必要ではないので本方法の費用効率の高さが向上するといった利点が生じる。
【００３０】
別の利点として、加圧の前にシャフトを連続する孔の中へと導入できることに起因して、シャフトが、後に行われる加圧プロセスのための、焼結品にとってのガイドとして機能するという利点が生じる。
【００３１】
本方法の別の実施形態では、シャフトが少なくとも一部の領域において円筒形のデザインを有し、断面が孔の断面の形状及び寸法に合致してもよい。
【００３２】
少なくとも一部の領域において円筒形のデザインを有し、断面が孔の断面の形状及び寸法に合致するシャフトを含む本方法の一実施形態にとっての決定的な因子は、シャフトが導入される時期である。例えば、焼結品の最初の調整の前には、孔がシャフトよりも大きい寸法を有していてもよい。例えば、焼結品の最初の調整の後でシャフトが孔の中へと導入されること、及び導入後に第二調整が実施されるということが想定できる。
【００３３】
１つの実施形態では、特に、当該シャフトが少なくとも一部の領域において円筒形であり、かつ少なくとも一部の領域において円形であるその領域での当該シャフトの断面の直径と同じ直径を少なくとも一部の領域において有してもよい。
【００３４】
別の発展的態様では、例えば、シャフトが円形−円筒形であり、シャフトの直径が孔の直径よりも小さいことが想定できる。
【００３５】
本方法の別の実施形態によれば、シャフトが焼結品の孔の中へと導入された後、シャフトが孔の中に置かれた状態で、焼結品が調整ダイの中へと圧入される。
【００３６】
本願においては、シャフトが全体的に調整ダイの外で孔の中へと導入されてもよい。シャフトが調整ダイの導入用面取り部の一領域において焼結品の孔の中へと導入され、それゆえ焼結品が調整ダイの一領域にすでに置かれた状態で圧入が開始されてもよい。
【００３７】
シャフトが焼結品の孔の中に置かれた状態で、加圧を用いて焼結品を調整ダイの中へと導入することで、加圧の時間のあいだ調整のために調整ダイによって焼結品の外周へと加えられる半径方向の圧力が原因となって、シャフトは、孔の内面とシャフトの外周との接触面において焼結品に対し反発力を加える。それゆえ、シャフトはサイジングマンドレルとして機能する。それゆえ、シャフトが、少なくとも焼結品の調整の時間のあいだサイジングマンドレルとして使用されることが想定される。
【００３８】
本方法の別の実施形態によれば、焼結品は、調整ダイの中へと軸方向に圧入される。
【００３９】
本方法の別の実施形態によれば、例えば、調整する間の少なくとも一時期、及びさらに調整ダイによって同心的な圧力を加えられる間であって圧力が焼結品の上面及び／又は焼結品の下面に作用するとき、焼結品は軸方向に加圧される。
【００４０】
例えば、ただ１つの下方加圧装置が加圧によって焼結品の第一軸端面に圧力を加え、かつただ１つの上方加圧装置が加圧によって焼結品の第一軸端面と平行に配向している第二軸端面に圧力を加え、そのあいだ半径方向の圧力が調整ダイによって焼結品に同時に加えられることが想定できる。それゆえ本願においては、焼結品及び／又はシャフトは、調整ダイ並びに上方加圧装置及び下方加圧装置によって完全に囲まれ、そのため多方向からの外部圧力がすべて又はほぼすべての外表面に加えられる。これで、焼結品の内部引張応力の解放がほぼ防止される。
【００４１】
本方法の別の実施形態では、例えば、調整のあいだ少なくとも一時的にシャフトが焼結品の孔の中に置かれた状態で焼結品を調整することで、１つの同じ作業工程の中で、
焼結品とシャフトとの間に圧力嵌め接続を確立すること、及び
半径方向の圧縮を用いて焼結品の外周を調整すること
が可能であるということが想定できる。
【００４２】
焼結品とシャフトとの間の圧力嵌め接続への寄与は、例えば、シャフトと焼結品との間に圧力嵌め接続を確立するために、内部圧縮応力が焼結品の中で実質的に生成され、かつこれらの内部圧縮応力が高いことで成し遂げることができる。
【００４３】
本方法の別の実施形態では、例えば、焼結品に作用する焼結品の調整によって発生される圧力が、焼結品の孔の中に置かれているシャフトによって発生される逆圧と相互作用することによって、内部圧縮応力が焼結品内で実質的に発生することが想定できる。
【００４４】
本方法のこの実施形態では、好ましくは、実質的にこれらの内部圧縮応力によって圧力嵌め接続が焼結品とシャフトとの間に確立されることが想定される。
【００４５】
本願においては、特に、調整のあいだに、及び任意に同時の又は一時的に同時の軸方向の加圧を用いて、１つ、いくつか又は、好ましくはすべての外表面に加えられる圧力が、調整のあいだ少なくとも一時的に焼結品の孔の中に置かれるシャフトによって孔の内面に加えられる圧力と相互作用することによって、内部圧縮応力が発生される。いくつかの面又は好ましくはすべての面への圧力の印加は、内部圧縮応力が焼結品内でほぼ完全に、すなわち優位な程度に形成されるという利点をもたらす。しかしながら、焼結品にクラックを形成させる可能性がある内部引張応力はほぼ回避され、かつ／又は上記内部圧縮応力によって過剰に補われる。これは、比較的低い破壊ひずみを有する材料から作製される焼結品も、記載された方法を用いてシャフトと接合できるという利点をもたらす。
【００４６】
本方法の別の実施形態によれば、例えば、シャフトの円周面は、シャフトの円周面に対して過大サイズである少なくとも１つの縁（凹凸）及び／又は外形を有し、かつ／又は孔の内面は孔の内面に対して過大サイズである少なくとも１つの縁及び／又は外形を有する。この縁及び／又は外形が焼結品の材料の半径方向の圧縮を引き起こすことがさらに想定される。
【００４７】
本願においては、過大サイズの縁は、シャフトの円周面及び／又は孔の内面に設けられる壁型の隆起部を意味する。これは、軸方向に又は別の方向に延在する線状の隆起部であることができる。これは、任意のコースを描く隆起部であってもよい。例えば、この縁がジグザグコース又は波形のコースを描くことが想定できる。
【００４８】
例えば、上記縁が一次成形プロセスを用いて焼結品及び／又はシャフトに形成されてもよい。焼結品及び／又はシャフトが製造されるまで、上記縁が設けられなくてもよい。焼結後、任意に実施される熱処理の後、又はいずれかの他の時期に上記縁が焼結品に設けられてもよい。鋳造後、鍛造後、及び／又はシャフトを製造するための別の加工工程後に、上記縁がシャフトに設けられてもよい。同様に、シャフトと接合することが意図される焼結品の孔に対してすでに過大サイズのシャフトから、縁が与えられないシャフトの表面の領域においてだけ、材料を取り除き、これにより他の領域だけに縁が残るようにすることによって上記縁がシャフトに設けられてもよい。
【００４９】
シャフトの円周表面に対して過大サイズであるか、又は孔の表面に対して過大サイズである外形は、壁のようではなくむしろ異なるデザインを有する隆起部を意味する。例えば、これは、丘型の隆起部又は類似の隆起部を意味することができる。本願においては、これらの隆起部は、定型の幾何学形状、例えば円筒形又はピラミッドのような形状を有するように設計することができ、定型若しくは非定型の構成を有するように設計することができる。
【００５０】
シャフトが孔の中へと導入されるとき、及び／又は調整のあいだ、焼結品の材料が圧縮されることが特に想定できる。シャフトが孔の中へと導入されるとき、特に上記縁及び／又は上記外形の領域で焼結品の材料は圧縮される。上記縁の過大サイズ及び／又は上記外形の過大サイズに起因して、例えば、シャフトを孔に導入しているあいだ及び／又は調整のあいだ、上記縁及び／又は外形の領域における塑性変形プロセスを用いて嵌合接続が生成される。嵌合接続の利点は、嵌合接続が圧力嵌め接続に加えて作用し、これにより焼結品とシャフトとの間の接続が向上し、このため、例えば焼結品がより高いトルクに耐えられることである。
【００５１】
本方法の別の実施形態によれば、シャフトの円周面はシャフトの円周面に対して過大サイズである少なくとも１つの縁及び／又は外形を含み、かつ／又は孔の内面は孔の内面に対して過小サイズである少なくとも１つの縁及び／又は外形を含み、上記縁及び／又は上記外形は焼結品の材料で充填され、これにより嵌合接続を生じる。
【００５２】
同様に、シャフトの円周面に対して過小サイズである縁及び／又は外形がシャフトの円周面に配置されてもよい。結果として、焼結品の材料は、特に調整のあいだ、外部圧力の作用の下で塑性変形プロセスを用いてこの縁及び／又は外形の中へと導入される。結果として、嵌合接続が確立され、このため焼結品とシャフトとの間の接続が向上する。
【００５３】
同様に、孔の内面に対して過小サイズである縁及び／又は外形が孔の内面に配置されていてもよい。
【００５４】
本方法の別の実施形態によれば、当該焼結品は少なくとも一部は硬化性合金から作製されている。本方法のこの実施形態では、焼結品が特に焼結によって製造された後、この焼結品が硬化される前に調整が実施されることも想定される。
【００５５】
一種の硬化性合金又は複数種の硬化性合金を有する方法の適用の利点は、焼結品が高強度を有することである。多くの場合、特に硬化性合金の利点は、満足できる強度及び／又は硬度に比較的高い延性が伴うことである。このことは、特性のこの組み合わせは比較的高いサイクリング強度（繰り返し強度）及び／又は疲労強度を伴うことも多いので、例えばローターとして使用される部品の場合に有利であることが多い。
【００５６】
硬化性合金から作製される焼結品の適用の別の利点は、焼結品の材料がまだ硬化しておらずそれゆえ硬化した状態よりも著しく柔らかい状態で接合を実施することができるということである。例えば、好適な熱処理の結果としての粒子の除去によって強度を高めることが可能な合金を使用することができる。本願においては、特に、２つの成分の混晶の形成が制限され中間相（金属間化合物相）の形成を伴い、かつ相図において、温度が下がるにつれて溶解した成分の溶解度が下がる領域を有する二元合金又は疑二元合金を、本発明での使用のために準備することができる。このような合金の従来からの例は、例えばアルミニウム合金、青銅合金、黄銅合金、及び銅合金である。
【００５７】
焼結品は、２以上の合金から作製される不均一な微細構造を含んでもよい。この焼結品は、二元合金又は疑二元合金以外の合金、例えば三元合金又は四元合金、又はさらに多くの成分を有する合金を含むこともできる。添加剤を有する合金を準備することも可能である。
【００５８】
当該焼結品は、鋳造合金のみを含んでもよいし、又は硬化性合金に加えて鋳造合金を含んでもよい。この焼結品は、他の合金又は純粋な金属を含有することもできる。
【００５９】
本発明の別の実施形態によれば、焼結品が特に焼結によって製造された後に、少なくとも焼結品の溶液アニーリング及び／又はクエンチングが実施されてもよい。本方法のこの実施形態では、焼結品が硬化される前に、焼結品が調整されることも想定される。
【００６０】
そのような方法は、例えば、焼結品が硬化性合金を含む場合に実施することができる。本願においては、例えば、焼結品が焼結された後に溶液アニーリングを実施してもよい。この溶液アニーリングは、対応する平衡状態図によっては予測されない相の混晶が室温で形成されるということをもたらす。加えて、溶液アニーリングの後に焼結品のクエンチング、すなわち急速冷却、が行われてもよい。このクエンチングは、例えば、焼結品を水、油、又は液状プラスチックに浸漬することによって実施することができる。クエンチングは、焼結品がその平衡相で存在することを妨げ、そのため、混晶を含みかつ溶液アニーリングのあいだほぼ存在する相（１つ又は複数）は準安定状態のままである。一定時間後、上記硬化性合金は硬化される。
【００６１】
本願においては、上記硬化性合金の硬化は、室温で又は室温よりも高い温度で実施することができる。この際、硬化が可能な最高温度よりも低い温度では、温度が低いほど硬化に必要な時間は長くなる。この硬化プロセスは析出処理として知られる。
【００６２】
例えば、いわゆる析出処理温度等の焼結品を硬化させるのに好適な温度で調整が行われてもよい。この目的のために、調整ダイが加熱されてもよい。
【００６３】
調整が室温で行われてもよい。同様に、調整ダイが冷却されてもよい。
【００６４】
焼結品は焼結後には高温にあるので、溶液アニーリングの代わりに、又は後に行われる溶液アニーリングに加えて、クエンチングを焼結直後に実施してもよい。焼結後の焼結品の温度が溶液アニーリングに好適な温度に相当する場合には、焼結直後に、及び任意に、焼結品を溶液アニーリングに好適な温度まで冷却するために必要とされる焼結後の待ち時間の後に、クエンチングを溶液アニーリングの代わりに実施することができる。
【００６５】
クエンチング後でかつ焼結品が硬化される前に、調整を実施することができる。
【００６６】
本方法の別の実施形態では、例えば、焼結品及び／又はシャフトが、少なくとも一部はアルミニウム合金、青銅合金、黄銅合金、及び／又は鋼鉄から構成されていてもよい。
【００６７】
例えば、焼結品は、ＡｌＭｎ及びＡｌＭｇの種類、並びに／又はＡｌＭｇＭｎの種類の自硬性Ａｌ合金を含んでいてもよい。加えて、焼結品はＡｌＣｕＭｇ、ＡｌＣｕＳｉＭｎ、ＡｌＭｇＳｉ及びＡｌＺｎＭｇの種類、並びに／又はＡｌＺｎＭｇＣｕの種類の硬化性合金を含んでいてもよい。例えば、焼結品はＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＭｇ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＭｇ、ＡｌＭｇＳｉ及びＡｌＣｕＴｉの種類、並びに／又はＡｌＣｕＴｉＭｇの種類のＡｌ鋳造合金を含んでいてもよい。
【００６８】
特に、当該焼結品は、材料Ａｌ−４．４Ｃｕ−０．７Ｓｉ−０．５Ｍｇを含んでいてもよい。
【００６９】
特に、当該焼結品は、材料Ａｌ−１４Ｓｉ−２．５Ｃｕ−０．５Ｍｇを含んでいてもよい。
【００７０】
特に、当該焼結品は、材料Ａｌ−５．５Ｚｎ−２．５Ｍｇ−１．５Ｃｕを含んでいてもよい。
【００７１】
特に、当該焼結品は、材料Ａｌ−ｘ  Ｃｕ−ｙ  Ｍｇ−ｚセラミック、すなわち、いわゆるＡｌ−ＭＭＣを含んでいてもよい。本願においては、ｘ、ｙ及びｚは百分率であり、ｘ＞ｙ＞ｚである。
【００７２】
加えて、当該焼結品は、特に青銅合金又は黄銅合金等のＣｕ合金を含んでいてもよい。
【００７３】
同様に、当該シャフトは、これらの上述の材料のうちの１以上を含んでいてもよい。
【００７４】
上記の方法の実質的な利点は、ローターとして設計されている焼結品の破壊ひずみが比較的低い場合であっても、ローターとして設計されている焼結品とシャフトとの間に接続を確立することを可能にするために当該方法が使用できるということである。
【００７５】
上記の方法の別の実質的な利点は、原則として、基本的に焼結品及びシャフトの材料のあらゆる組み合わせに対して、ローターとして設計されている焼結品をシャフトと接合できるために当該方法が使用できるということである。
【００７６】
本方法の別の実施形態では、上記焼結品及び上記シャフトは同じ材料を含む。本方法の別の実施形態によれば、上記焼結品及び上記シャフトは同一材料から実質的に形成されている。本方法の別の実施形態によれば、同一材料が焼結品及びシャフトを製造するために使用される。
【００７７】
本方法の別の実施形態によれば、例えば、室温において、及び／又は焼結温度において、及び／又はケルビンで表示される焼結温度の半分の温度において、焼結品及びシャフトの１℃あたりの体積膨張である体積膨張係数が同じであることが想定される。別の実施形態によれば、室温において、及び／又は焼結温度において、及び／又はケルビンで表示される焼結温度の半分の温度において、焼結品は、シャフトよりもケルビン度あたりの体積膨張が小さい。
【００７８】
上記の方法の実質的な利点は、内部引張応力の発生をほぼ防止する、少なくとも一時的にシャフトが焼結品の孔の中に置かれた状態で焼結品の調整を行うことで、同等及び／又は同一の熱膨張係数を有する材料から作製される複数の部品を接合することが可能であるということである。上記の方法のため、上述の利点は、熱膨張係数の差があまりにも大きく、合わせて同時に第一部品を含む第二部品の破壊ひずみがあまりにも低いために、加熱した状態で接合しその後にクエンチングを行う従来の方法を用いては圧定（圧入）接続をもはや確立することができない場合にも当てはまる。
【００７９】
特に、例えば、アルミニウム合金製のエンジンとアルミニウム合金製のシャフトとの組み合わせを実現することが可能である。
【００８０】
上記の方法に依存して、又は上記の方法とは独立に適用できる本発明の別の発想は複合部品に関する。
【００８１】
この複合部品は、孔を有する焼結品を含む。シャフトが孔の中へと導入される。これにより焼結品は、同様に少なくとも圧力嵌めによってシャフトに接続される。これにより焼結品がシャフトに実質的に圧力嵌めによって接続されることが好ましく、焼結品において内部圧縮応力が内部引張応力に勝ることが好ましく、かつこれらの内部圧縮応力が焼結品とシャフトとの間の圧力嵌め接続に実質的に寄与することが好ましい。
【００８２】
複合部品の実施形態では、焼結品及び／又はシャフトが、少なくとも一部はアルミニウム合金、青銅合金、黄銅合金、及び／又は鋼鉄から構成されることが想定される。
【００８３】
複合部品の別の実施形態では、例えば、焼結品はローター又はカムであってもよい。
【００８４】
本発明の別の発想によれば、上記の方法のうちの１つは、少なくとも１つの焼結品をシャフトに接合して、複合部品を形成するために使用される。本願においては、この焼結品はローター又はカムであることが好ましい。
【００８５】
他の有利な実施形態及び発展的態様は以下の図面から明確になる。しかし、図面に示される細部及び特徴はそれらに限定されるものではない。そうではなく、１以上の特徴を上記の記載で触れられた１以上の特徴と組み合わせ、新しい実施形態を形成することができる。特にこの後の説明は、それぞれ権利保護の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ個々の特徴及びそれらの互いの可能な相互作用を説明することを意図している。
【００８６】
図１は、どのように前記方法を実施することができるかの一例として、複合部品１２の製造方法の一実施形態を示す。図１Ａは調整ダイ４の断面を示す。調整ダイ４は空洞１５を有し、この空洞１５の半径方向の寸法は、その下方領域１６において、焼結品１の外周に応じた最終的に意図された外寸法に対応する。空洞１５の上方領域１７では、調整ダイは導入用面取り部を有する。下方加圧装置７は、空洞１５の下方領域に置かれ、そして示されている実施形態では円形−円筒形の空洞として設計されている受け手側空洞１８を有する。この円形−円筒形の空洞はシャフト２と同じ直径を有し、それゆえ、シャフトを半径方向に位置決めするためにシャフトを受けるのに好適である。調整ダイ４の軸方向の領域１７に設けられているこの導入用面取り部は、焼結品１の最終外周を有する領域１６における、調整ダイ４の空洞１５の寸法までこの導入用面取り部が同心的にテーパー状になっており、これに伴い、焼結品１の目的の最終寸法よりも寸法が大きい調整ダイ４の表面にある開口部から始まることを特徴とする。第一工程では、シャフト２が円形−円筒形の空洞１８の中へと導入される。第二工程では、孔３の中にシャフト２を含む焼結品１が調整ダイ４の中に位置決めされる。それゆえ、シャフト２が焼結品１の連続する孔３の中へと導入される。この焼結品が上記導入用面取り部の領域である軸方向の領域１７の中へと挿入されるように、焼結品１は位置決めされる。
【００８７】
図１Ｂに示すように、焼結品１は調整ダイ４の導入用面取り部の中へと挿入され、これによりシャフト２は、一部は、焼結品１の孔３の中へと導入される。この導入用面取り部は、焼結品１を収容するように設計されているため、この導入用面取り部の、上記表面の領域に置かれる側の直径が焼結品１の寸法よりも大きい。この導入用面取り部の下の領域１６では、調整ダイ４の空洞１５の半径方向の広がりは調整前の焼結品１の半径方向の広がりよりも小さい。最後に、焼結品１は調整ダイ４の中へと軸方向に圧入される。焼結品１を調整ダイ４の中へと圧入するために、矢印６ａによって示される焼結品の上面に作用する軸方向の圧力が、上方加圧装置５を用いて発生される。
【００８８】
図１Ｃに示すように、軸方向の圧力が焼結品１の上面に作用することで、焼結品１は調整ダイ４の中へと圧入される。圧入がシャフト２の軸に沿って続くにつれて調整ダイ４の空洞１５の広がりが導入用面取り部の圧入方向に減少することに起因して、焼結品の外周から焼結品の内部へと、すなわちシャフトの方向に半径方向の圧力が発生される。この半径方向の圧力は矢印１９ａ及び１９ｂによって示されている。本願においては上方ダイ５も円筒形の空洞２０を有し、その断面はシャフト２の断面と同一である。それゆえ、シャフト２は円筒形の空洞２０によって収容されることが可能であり、この収容は、焼結品１が上方加圧装置５を用いて圧入されるときに起こる。
【００８９】
図１Ｄに示すように、加えられた多方向からの圧力が、図１Ｃに示す矢印６ｂ及び６によって示されるように、上面及び下面でいずれの場合も焼結品の内側に向かって軸方向に作用し、図１Ｃに示す矢印１９ａ及び１９ｂによって示されるような焼結品１の外周に焼結品１の内部に向かって加えられる圧力はともに、調整ダイ４の外周に、領域１６における調整ダイ４の空洞１５の内面によって与えられる寸法をとらせる。すなわち、調整の目的が成し遂げられる。調整のあいだ、シャフト２は、図１Ｄに特に明確に示すようにサイジングマンドレルとして機能する。
【００９０】
図１Ｅに示すように、調整後、焼結品１は、複合部品１２として焼結品１と接合されているシャフト２とともに取り出される。
【００９１】
最後に、図１Ｆは、最終工程として焼結品１が調整ダイ４から取り除かれることを示す。焼結品１及びシャフト２はこの段階で複合部品となっている。
【００９２】
当該方法の特定の実施形態によれば、例えば、アルミニウム合金Ａｌ−４．４Ｃｕ−０．７Ｓｉ−０．５Ｍｇ、合金Ａｌ−１４Ｓｉ−２．５Ｃｕ−０．５Ｍｇ、合金Ａｌ−５．５Ｚｎ−２．５Ｍｇ−１．５Ｃｕ又は合金Ａｌ−ｘ  Ｃｕ−ｙ  Ｍｇ−ｚセラミックを含む焼結品について、焼結は５５０℃〜６２０℃の温度範囲で実施されることが想定される。この焼結は約３０〜６０分間実施されることが好ましい。この特定の実施形態では、調整が１０時間にわたって、好ましくは５時間にわたって実施された後、焼結品が室温で約１０時間かけてほぼ硬化されることが好ましい。
【００９３】
この時間内に調整が行われなかった場合、例えば、調整が行われる前に、溶液アニーリングが５００℃で実施され、水の中でのクエンチングが実施され、そして調整が前の段落に記載された時間のあいだ実施されることが想定される。
【００９４】
図２は、一例として図１に示す方法と同様の方法のサブステップを示す。示される方法工程は、図１Ｄに示す方法工程におよそ対応する。図１Ｄに示す描写とは対照的に、シャフト２が過大サイズの縁１０を有することが図２から明らかである。この縁１０は、シャフト２の円周面９に設けられる。縁１０は、シャフト２を焼結品１に接合するあいだ焼結品１の孔３内に置かれるシャフト２の一領域に設けられる。結果として、焼結品１の材料は、シャフト２が焼結品１の孔３の中に一時的に置かれた状態で実施される調整のあいだ、縁１０の個々の線の領域において圧縮される。
【００９５】
図３は、大歯車として設計されている複合部品１２の実施形態を示す。この大歯車は棒形状をしたシャフト２に配置されている。
【００９６】
図４は図３に示す実施形態と同様の複合部品１２の実施形態を示す。図３に示す実施形態とは対照的に、焼結品１がカムとして設計されていることは図４に示す複合部品１２の実施形態から明らかである。
【図１】
2015535749.tif 000003
【図２】
2015535749.tif 000004
【図３】
2015535749.tif 000005
【図４】
2015535749.tif 000006
【国際調査報告】
2015535749.tif 000007
2015535749.tif 000008
2015535749.tif 000009
2015535749.tif 000010
2015535749.tif 000011
2015535749.tif 000012