(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材が組合わせ接合される組合わせ部材において、第１の部材は凸部を有し、且つ該凸部は先端方向に拡大する形状であり、第２の部材は凹部を有し、且つ該凹部は、前記凸部に所定の間隙を持って相対応する形状であり、なお且つ前記凸部の最大外径より前記凹部の最小内径部分が大きく形成され、前記凹部と凸部の嵌合により両者の間に形成された間隙に、くさび状部材が挿入されることにより、第１の部材と第２の部材の分離が防止されることを特徴とする組合わせ部材。
【請求項２】
前記くさび状部材の挿入後、残る間隙部分に充填剤が充填されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の組合わせ部材。
【請求項３】
前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が非金属材質の部材であり、他方が金属材質の部材であることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の組合わせ部材。
【請求項４】
前記第１の部材と第２の部材のうち、少なくとも一方が耐食、耐摩耗、耐熱いずれかの性質を備えた部材であることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の組合わせ部材。
【請求項５】
前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が耐食、耐摩耗、耐熱いずれかの性質を備えた羽根部材であり、他方が金属材質の羽根支持部材であり、両者の嵌装接合により羽根車が形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の組合わせ部材。
【請求項６】
前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が化粧用部材であり、他方が金属または非金属材質の支持部材であることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の組合わせ部材。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、金属、セラミックス、プラスチック、カーボン等の異種材質部材、あるいは同種材質部材の組合わせ接合に関するものである。
背景技術
構造用部材の耐食性、耐摩耗性、耐熱性等の化学的、機械的性質を強化するために複数の、特に異種の材質の部材を接合して使用することはよく知られている。異種の材質の部材を接合する方法として、例えば、金属製部材に、セラミックスあるいは焼結材等の耐食性、耐摩耗性は高いが、脆い異材質を接合する場合、焼き嵌め、嵌合等の機械的接合法、接着剤等を使用する接着法などが、一般的に利用されている。
機械的接合法は、両者の局部的接触による応力の集中あるいは、熱膨張率の差による破損を防ぐため、双方の形状を精密に加工する必要があり、そのためコストが高くなる、あるいは使用温度範囲が限定されるなどの欠点がある。一方、接着法は、使用温度範囲の制約が若干はあるものの、施工が容易で、コストが安いということから、接着剤の進歩に伴い、近年一般化しつつある。  しかし、接着剤は定常的荷重には強いが、衝撃的荷重には脆いという特性があり、衝撃的荷重により一旦剥離が発生すると、致命的損傷に至ることがある。特にセラミックス部材等の場合は靭性が少ないため、剥離により、二つの部材が分離した場合、セラミックス材の破壊や回転体のような場合には飛散に繋がる可能性もある。本発明は、上記の様な異種あるいは同種材質部材の接合方法の欠点を抜本的に解決し、堅牢かつ耐食性、耐摩耗性、耐熱性等に優れた組合わせ部材を経済的に得ることを目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明は、第１の部材と第２の部材が組合わせ接合される組合わせ部材において、第１の部材は凸部を有し、且つ該凸部は先端方向に拡大する形状であり、第２の部材は凹部を有し、且つ該凹部は、前記凸部に所定の間隙を持って相対応する形状であり、なお且つ前記凸部の最大外径より前記凹部の最小内径部分が大きく形成され、前記凹部と凸部の嵌合により両者の間に形成された間隙に、くさび状部材が挿入されることにより、第１の部材と第２の部材の分離が防止されることを特徴としている。本発明においては、前記くさび状部材の挿入後、残る間隙部分に充填剤が充填された構成であってもよい。又、前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が非金属材質の部材であり、他方が金属材質の部材である構成であってもよい。又、前記第１の部材と第２の部材のうち、少なくとも一方が耐食、耐摩耗、耐熱いずれかの性質を備えた部材である構成であってもよい。又、前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が耐食、耐摩耗、耐熱いずれかの性質を備えた羽根部材であり、他方が金属材質の羽根支持部材であり、両者の嵌装接合により羽根車が形成される構成であってもよい。更に、前記第１の部材と第２の部材のうち、一方が化粧用部材であり、他方が金属または非金属材質の支持部材である構成であってもよい。
発明を実施するための最良の形態
本発明は２つの部材を接合する全ての構造物に応用することが可能であり、又、その材質の組合わせも金属、セラミックス、プラスチック等各種あり得るが、本発明に係る基本的技術思想並びに主旨は同様であるので、本発明をポンプの羽根車に適用して羽根車を金属とセラミックスの組合わせ部材とした実施例を示す第１図に基づき説明する。
羽根車は、第１の部材に相当する金属材質の羽根支持部材１と第２の部材に相当するセラミックス材質の羽根部材２を、くさび状部材３により接合して構成する。羽根部材２は、円板部２ａ、羽根部２ｄが一体となったセラミックス材質部材であり、凸形状の羽根支持部材外縁部１ｂの外径に嵌合するよう外周近くに凹形状の段付部２ｂを形成している。凸形状の羽根支持部材外縁部１ｂは先端方向に拡大する形状の嵌合面１ｂ’を持ち、相対する羽根部材段付部２ｂは嵌合面１ｂ’に所定の形状の間隙４ｂを持って相対応する嵌合面２ｂ’を持つように加工が施され、嵌合により両者の間に形成される間隙４ｂに、くさび状部材３を挿入した構造としている。
羽根支持部材外縁部１ｂの最大外径より羽根部材段付部２ｂの最小内径部分が若干大きく形成されているため、嵌装は自在であるが、嵌装することによりできる前記間隙４ｂに、くさび状部材３が挿入されると、くさび状部材３が破壊されないかぎり、２つの部材１、２は分離することが出来ず、確実に羽根支持部材１、羽根部材２の軸方向への分離が阻止される。
更に、くさび状部材３を適切な弾性を持った材質で製作することにより、羽根支持部材１上に、セラミックス材質の羽根部材２を所定の面積を持ったクッション材を介して固定した状態を作る事が可能となり、ねじ等で固定する方法とは全く違い、両者の局部的接触による応力の集中を防ぐことができる。又、くさび状部材３の厚みを適切に設定することにより、羽根支持部材１とセラミックス材質の羽根部材２の相対的位置および同芯度な調整することが可能になる。
尚、図示は省略するが、回転方向への滑りを防止するために、羽根支持部材円板部１ａと羽根部材円板部２ａとに、あるいは羽根支持部材外縁部１ｂと羽根部材段付部２ｂとに、回転力を確実に伝達するための相対応する凹凸部を適宜に配設する構造としてもよい。又、羽根支持部材ボス部１ｄは主軸に螺合、ナット締め等の適宜の方法で固着してよい。
又、この実施例においては、羽根部材の段付部２ｂが羽根支持部材１を抱きかかえる形態となっているが、逆に羽根支持部材１が羽根部材２を抱きかかえる形態にしてもよく、その場合は、金属材質の羽根支持部材１の接液面積は増える一方、セラミックス材質の羽根部材２に万一ひび割れ等が発生した場合に、破壊、飛散を抑制できる効果がある。
又、この実施例においては、主羽根について述べたが、裏羽根についても、同様の構造とすることは当然可能であるし、ポンプのケーシングを構成する、前板、後板等についても同様の構造とすることが当然可能である。
第１図の実施例では、間隙４ｂの形状、くさび状部材３の材質、寸法を適切に選定することにより機械的に羽根支持部材１と羽根部材２の２つの部材を固定しているが、第２図の実施例で示すように、羽根支持部材１とセラミックス材質の羽根部材２の間の間隙４ｂ、又は羽根支持部材１とくさび状部材３、羽根部材２とくさび状部材３の間の間隙には、充填剤４を充填してもよい。充填剤４は、充填された後、所定の厚みの弾力性のある膜を形成することにより、羽根支持部材１とセラミックス材質の羽根部材２の両者を保持し、両者が直接接触する事を防ぎ、更には、両者の熱膨張率の差により生じる両者の相対的動きを吸収することができる。充填剤４は、接着力を有してもよく、その方が好都合な場合が多い。接着力を有する充填剤であれば、くさび状部材３の抜け落ちを確実に防止できる上、硬化することにより３つの部材１、２、３を固定し、くさび状部材３による分離防止を補完することができる。硬化後も所定の弾性を有する充填剤４であれば、なお好ましい。
尚、接着強度を安定化する為には、充填剤４の膜厚を適切に管理する必要があるが、くさび状部材３の厚さを適切に選定することにより、２つの部材１、２の間の間隙寸法を一定に保つことが可能となり、その結果、充填剤４の膜厚を一定に管理する事が可能になり、安定した接着力を得ることができる。
第１図、第２図においては、嵌合間隙４ｂの断面形状を、平行四辺形状に形成し、くさび状部材３として、短冊状の薄板を挿入した例を示しているが、その他にも、第３図における各種実施例（羽根車及びその他各種の組合わせ部材の実施例）に例示するように、第１の部材１と第２の部材２の間の嵌合間隙４ｂの断面形状は半円形状、多角形形状あるいはそれらの組合わせが考えられ、それらの形状に応じた、くさび状部材３が使用可能である。
第３図ａ−１、第３図ａ−２、第３図ａ−３は、平行四辺形状の間隙４ｂで、それぞれ板状、円柱状のくさび状部材３を使用した例を示す。第３図ｂ−１、第３図ｂ−２、第３図ｂ−３は、半円形状の断面形状の間隙４ｂで、その間隙に応じた形のくさび状部材３を使用した例である。第３図ｃ−１、第３図ｃ−２は、クランク形の断面形状を持つ間隙４ｂで、ｃ−１の場合は板状のくさび状部材３を挿入、ｃ−２の場合は、可撓性のあるくさび状部材３を挿入することにより、目的を達した例である。以上の例は、一方の部材が、他方の部材を覆う構造とすることにより、前後への分離が防止されているが、第３図ｄ−１、第３図ｄ−２、第３図ｄ−３のような構造にすれば２つの部材１、２の外周と内周で嵌装接合することにより、前後いずれの方向に対しても分離防止を行うことが可能である。
又、第３図ａ−３には、第３図ａ−１における部材１の形状を変え、それに対応して、部材２の形状を変えた例も示しているが、第３図中のａ−１以外のものにおいても同様の形状の変更は可能である。更に、第３図ｂ−３には、第３図ｂ−１におけるくさび状部材３を、部材１の背面にまで挿入した例も示す。背面にまでくさび状部材３を挿入することにより、部材１の背面の間隙寸法を一定に保つとともに、部材１と部材２の直接的接触を完全に断つことが可能となる。
第４図は、嵌装接合部の形状の例を示すもので、第４図ａに縦断面、第４図ｂ−１、ｂ−２、ｃ−１、ｃ−２、ｄに第４図ａのＸ−Ｘ横断面の例を示している。その形状は、第４図ｂ−１、第４図ｂ−２のような円形であっても、第４図ｃ−１、第４図ｃ−２のような四角形であってもよい。又、凹部を持つ部材が凸部全周を取り囲む形状でなくても、第４図ｂ−２、第４図ｃ−２あるいは第４図ｄのように一部分のみが所定の嵌合間隙を持つ形状であってもよい。尚、この第４図には円形および四角形のものを例示したが、部材１と部材２が、所定の嵌合間隙を持った状態で嵌装できる形状であれば、どのような形状であってもよい。
第５図は、タイル状のセラミックス材の背面に嵌合用段付部を形成し、支持部材に接合した、ユニット化された耐食材、耐摩耗材、耐熱材等を製作する実施例である。第５図ａはタイル状のセラミックスの部材２の背面中央部に支持用の部材１との嵌装接合部を形成した例、第５図ｂはタイル状のセラミックスの部材１の背面外周部に支持用の部材２との嵌装接合部を形成した例である。接合の方法については、前記と同様の方法が適用できるので詳細は省略する。このユニット化された耐食材、耐摩耗材、耐熱材等を必要な数だけ、取り付け板５に取り付けねじ６等で取り付ければ、大きな面積を耐食材、耐摩耗材、耐熱材等で簡単確実に覆うことが可能となる。尚、実施例としては、セラミックス材をあげたが、耐食、耐摩耗、耐熱等の化学的、機械的性質を強化する手段として使用される、焼結合金、合成樹脂、カーボン材、ガラス、木材等全ての材質に使用可能な事はいうまでもない。更には、石材、陶器、磁器等を使用して、構造物の表面を飾る化粧材等の製作に使用することも当然可能である。
第１図〜第５図の各実施例においては、くさび状部材３を単に挿入しただけの状態としているが、くさび状部材３の固定を確実にするため、第６図ａのようにくさび状部材３を挿入後、その端部を折り曲げても良いし、折り曲げ後、その端部を部材１、２のいずれかに接着、溶接で固定しても良い。更に、第６図ｂのように折り曲げ部分を固定ねじ７で部材１、２のいずれかに固定する、あるいは第６図ｃのようにカバーを固定ねじ７で装着する等の手段を講じてもよい。
以上の全ての実施例において、くさび状部材３の材質については、剛性の高い金属、可撓性の高い合成樹脂、ゴム材等目的に応じて選択できる。また形状も、平板であっても、帯状の板であっても、円柱状のものでも、その他の形状のものでもよい。また、くさび状部材３は、第４図の各例にも示すとおり、短冊状のものを間隙部内に複数枚、適当な間隔をおいて配置する構造としても良いし、帯状の板を間隙部全周に挿入することも当然可能である。そして、くさび状部材３の挿入後、残る間隙部分に充填剤４が充填されてもよいことも前述の通りである。
そのほか、この発明の趣旨の範囲内で種々設計変更可能であり、この発明を前記の各実施例に限定するものではない。
産業上の利用可能性
本発明は以上の説明で明らかなように、熱膨張率、機械的強度等の性質の違う異種の部材を確実に接合すると共に、両部材の分離を確実に防止し、両部材の熱膨張差による接合面歪み、相対的な動きを所定量吸収可能であり、適切な耐食、耐摩耗、耐熱性等の目的の性質を発揮しながら、なおかつ全体としての堅牢さを保った組合わせ部材を経済的に製造することができ、その産業利用上の効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す半縦断面図である。
第２図は本発明の他の実施例を示す半縦断面図である。
第３図は本発明におけるくさび状部材挿入部の各種実施例を示す半縦断面図である。
第４図は本発明における嵌装接合部の形状の例を示す縦断面図および横断面図である。
第５図は本発明の他の実施例を示す断面図である。
第６図はくさび状部材の固定方法の例を示す断面図である。
【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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