(57)【要約】本発明は、粒子（１０１）の、接合される部分（１００、２００）との相互作用により形成される接合を備える。粒子（１０１）は、一旦アセンブルされると部分（１００、２００）のさらなる相対的な動きを防止する高い摩擦状態を生成しながら、それぞれの部分（１００、２００）の接触表面（１０３、１０４）に嵌合する。粒子（１０１）は実質的にフラット、若しくはフレーク状の形態を有する。それぞれの粒子（１０１）の表面は、それぞれの接触表面（１０３、１０４）との機械的な嵌合を強めるために粗面である。フレーク状の形態は、接着プロセスにおいて粒子を無益なものとしてしまう、粒子（１０１）のエラストマー部分への入り込みを防止する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体間の最初の滑り嵌合を容易にするために摩擦力低減流体と結合されている複数の粒子をこれらの物体の接触表面の間に挿入するステップと、
これらの物体を共にプレスするステップと、
これらの物体の相対的な動きが防止されるよう、前記粒子を前記物体のそれぞれの接触表面と機械的に嵌合させるステップと
を備えることを特徴とする物体間の接合を作り出す方法。
【請求項２】
さらに、２つの前記物体間に、厚さを有し、かつ２つの物体の硬度より低い硬度を有する材料を備える中間物を用いるステップと、
前記粒子を、前記中間物の接触表面、及び前記２つの物体のそれぞれの対応する接触表面に機械的に嵌合させるステップと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、アセンブリの間、前記粒子が部分的に機械的に個々の接触表面に入り込み、それにより、前記物体間の更なる相対的な動き防止するよう、前記２つの物体と前記中間物をアセンブルするステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
それぞれの粒子は前記２つの物体若しくは前記中間物のいずれかの硬度より高い硬度を有し、
それぞれの粒子はフレーク状の形態を有し、
そのフレークは粗面を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記中間物はある弾性率を有するエラストマー材を備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記２つの物体の少なくとも１つが金属であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
さらに、１から１０００ミクロンの範囲にある平均直径を有する粒子を使用するステップを備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
さらに、前記２つの物体の間に前記中間物を圧縮するステップを備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記２つの物体の間に前記中間物を圧縮するステップは、前記中間物の厚みを５パーセントから４５パーセントの範囲で減ずることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
その引張弾性率が３００から１５００ｐｓｉの範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プレス嵌めを有する２つの物体間の接合であって
接触表面を有する物体と、
前記接触表面の間に機械的に嵌合させられる複数の粒子と
を備えることを特徴とする接合。
【請求項１２】
さらに、２つの物体のそれぞれに嵌合するための接触表面を有する中間物と、
前記中間物のそれぞれの接触表面と前記２つの物体のそれぞれの対応する接触表面との間で嵌合する粒子とを備え、
前記中間物はある厚みを有しており、かつ前記２つの物体よりも柔らかい材料を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の接合。
【請求項１３】
前記粒子はアセンブリの間、機械的に少なくとも１つの接触表面に入り込み、それにより前記物体のさらなる相対的な動きを防止することを特徴とする請求項１２に記載の接合。
【請求項１４】
前記中間物はある弾性率を有するエラストマー材を備えることを特徴とする請求項１３に記載の接合。
【請求項１５】
前記粒子は、前記２つの物体若しくは前記中間物の硬度より高い硬度を有する材料を備えることを特徴とする請求項１４に記載の接合。
【請求項１６】
それぞれの粒子はさらに粗面を備えることを特徴とする請求項１５に記載の接合。
【請求項１７】
前記２つの物体の少なくとも１つが金属材料を備えることを特徴とする請求項１６に記載の接合。
【請求項１８】
それぞれが接触表面を有する少なくとも２つの物体と、
前記２つの物体のそれぞれの間の中間物であって、ある厚みを有しており、エラストマー材を備えており、かつ対応する前記物体の接触表面と嵌合するために接触表面を有している中間物と、
滑剤と結合され、前記中間物のそれぞれの接触表面と前記２つの物体のそれぞれの対応する接触表面とに機械的に嵌合される複数の粒子と
を備える２つの物体間の接合。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合（joint）に関し、より詳しくは、隣接する表面を機械的に連結させる粒子を有する接合に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの部分を他の部分と接合させたり、接続させるのに有用な多くのメソッドがあることが機械の分野ではよく知られている。これらのメソッドは化学的な接着剤の利用から溶接にまで亘っている。
【０００３】
一般的に、化学的な接着剤は、２つの表面の接着をそれらの物体の材料との化学的な相互作用により行う。その接合は、極めて強く、耐久性を持たせることができる。問題は、化学的な接着剤に起因する付随の環境問題があることであり、この問題には接着剤の保管、使用、処分が含まれる。さらに、もし化学的な接着剤が不適切に使用されると、それらはしばしば人間の健康をおびやかすものとなる。化学的な接着剤は、主として、非金属材料、例えばプラスチックや合成物に用いられる。
【０００４】
溶接された接合は、金属の部品を接合する主な手段である。例えば、電気アークの溶接は、接合されるべき物体の一部をわずかな間溶かす。溶接された金属は、溶接ロッドからの金属と協同し、分子レベルで金属製の物体同士を連結させるべく凝固する。ここでの問題は、適切に溶接するためには所定のスキルが要求されるということである。さらに、材料を溶かして接合させるためには高電流、高電圧、高温が必要である。
【０００５】
接着剤と溶接に加えて、もう１つのファスナー（締めるもの）を用いない選択は、焼付き接合（galled joint）である。焼付き（galling）とは、表面の材料を一方の物体からもう一方の物体へ制御して移動させることにより、更なる横の動きに抵抗すべく共に結合し連結する機械的に網目状になっている凹部と突起部のアレイ（array）を作り出しながら、関係する表面を均一に粉砕させる高レベルの摩擦の結果として、２つの物体が接合されるプロセスである。
【０００６】
この技術の典型は、１９９４年のリンゼル（Linzell）の米国特許第５，３４８，２１０号である。これは、部材間の材料を用い、それにより分子レベルで溶接させながら、表面の凹凸のゆがみにより焼付き接合を作成する方法を開示している。しかしながら、この方法では、大量の溶接が起こるレベルまで温度を上げるのに十分ではない。
【０００７】
１９９８年のリンゼル（Linzell）の米国特許第５，８３７，０６６号もまた、この技術の典型である。これは、２つの金属接合の間に焼付き接合を作成する方法を開示している。２つの金属接合には形成に先立って間隙が存在しており、その間隙には焼付きを強める材料と組み合わされた微小な金属粒子を含む合成物が存在している。
【０００８】
この焼付き方法は、焼付きを強める材料や、焼付きプロセスを容易にする合成物の使用を教示している。一般的に、焼付きを強める材料はポリシロキサンを含む。ポリシロキサンは、接合されるべき部材間の摩擦を高める。さらに、焼付き接合を適切に形成させるためには、接合は、クリアランス、アラインメント、接合形成速度の制御を含め、部材の正確な組合わせの態様に依存する。さらに、上述の‘２１０特許に開示された接合は、接合における粗粒子を使用しないことを明確に教示している。一方、‘０６６特許は、接合における粒子の使用を教示している。しかしながら、これらの粒子は、表面の間の焼付きを促進するために用いられ、また、焼付き強化合成物を生成するために、焼付き強化材料、すなわち、ポリメチルシロキサンと提携して用いられる。また、これらの粒子は一般的に等軸的な状態にある。これは、それぞれの粒子が３次元において、例えば、球、立方体、若しくは他の不規則な形状のように、実質的に同一であることを意味する。これは実質的に同一の硬度を有する部分、例えば金属部分の接合を促進する。しかしながら、これらのメソッドは、プラスチックと金属のように硬度において実質的に異なる部分を接合することの助けとはならない。特に、一方の部分がエラストマーであり、他方の部分が金属であるとき、等軸的な粒子は相対的に柔らかいエラストマーに入り込み、その内部へと消える可能性がある。
【０００９】
必要とされるのは、隣接する表面を機械的に連結する粒子を備える粒子接合（particle joint）であ  る。必要とされるのは、実質的に平坦な形状を有する粒子を備える粒子接合である。本願発明はこれ  らのニーズを満たすものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の第１の特徴は、隣接する表面を機械的に連結する粒子を含む粒子接合を提供することである。
【００１１】
本発明の他方の特徴は、実質的に平坦な形状を有する粒子を含む粒子接合を提供することである。
【００１２】
本発明の他の特徴は、本願発明に関する後述の記載と添付の図面により示され明らかにされるであろう。
【００１３】
本発明は、接合されるべき部分との粒子の機械的な相互作用により形成される接合を含む。粒子は、一度組立てられると部分間のさらなる相対的な動きを防止する高摩擦の状態を生成しながら、それぞれの部分の接触表面（interface surface）に嵌合する。粒子は、実質的に平坦な、若しくはフレーク状の形態を有する。それぞれの粒子の表面は、それぞれの接触表面との機械的な嵌合を強化させるために粗面となっている。フレーク状の形状は、接着プロセスにおいて粒子を無効ならしめるであろうエラストマー部の中へ粒子が入り込むことを防止する。
【００１４】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成しており、本願発明の好ましい実施形態を図示する。そして、記載と共に、本願発明の原理を説明するのに役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、接合されている２つの部分の間の間隙の断面を示す。接合は一般的にプレス嵌め（圧入）を有している同軸的な２以上の構成要素の間にある。金属材１００と非金属材２００は断面で描かれている。非金属材２００はエラストマー若しくは金属材１００よりも低い硬度を有する他の材料を含んでいてよい。複数の粒子１０１が、各接触表面１０３、１０４に嵌合する。符号１０２で示す表面の粗さ（図３参照）は、接触表面とのそれぞれの粒子の嵌合を強化させる。
【００１６】
接合は、表面の間の間隙Ｇ１及びＧ２を有するよう示される。好ましい実施形態において、間隙Ｇ１は各領域において粒子の厚さよりもわずかに小さい範囲にある。これは、金属材やエラストマー材の中への粒子の部分的な入り込みによるものであり、特にエラストマーが圧縮されているからである。間隙Ｇ２は、粒子が無い領域では「０」である。本明細書で後述するように、金属の部分と非金属の部分との間に締り嵌め（interference fit）を生成することもまた可能である。また、非金属の部分は、ある弾性率（modulus）を有するエラストマー材を含んでいてもよい。プーリのような回転部材の場合において、エラストマー材の使用は、回転部材に減衰機能を果たさせる。
【００１７】
粒子は、図２及び３に示される粗面を備えた、他よりも極めて大きい一枚の面の形態、すなわちフレーク状を呈している。このことにより、粒子を、エラストマーの中へ入り込ませ、その中へ「姿を見せなくさせる」ことなく、機械的に双方の表面に「固定」させる。個々の粒子の相対的に大きな領域は、局所的な高圧力が個々の粒子をしてエラストマーを押し分けその中に入り込ませることを防止する。しかしながら、粒子のエラストマー材への入り込みがわずかな量であれば問題ない。粒子はまた、機械的な嵌合を強め、さらに表面間の摩擦を増すのに役立つ組立ての間に、接触表面に筋をつけてもよい。
【００１８】
粒子は溶融した材料からのもの、固形体からのもの、化学反応によるものを含む、複数の異なるプロセスにより生成される。溶融材料から二次加工されるとき、溶融合金（金属部分やエラストマーよりも固い）は、噴霧（高圧のアルゴンのような不活性ガスを溶解合金のストリームの中へ吹き込ませること）若しくは溶融抽出により粉末にさせられる。
【００１９】
噴霧において、ノズルの数、ノズルの方向に加え、ガスのヴォリューム、温度、及び圧力が粒子のサイズと形状を決定する。数ミクロンより大きな粒子のために、噴霧で等軸的な粒子を作り、続いてそれらを粗面の表面を備える円筒状のローラへ送ることもまた可能である。異なる材料からの何百万トンもの粉末が、金属粉末産業、薬品産業、食品産業のために、毎年噴霧により製造される。
【００２０】
溶融抽出の間、高圧耐性合金で作られたホイールは、溶融金属の溶液の表面に接触し、ホイール上にごく少量の金属を凝固させながら、溶融金属の溶液の表面で回転する。ホイールが回転するとき、凝固された材料は、不活性ガスによりホイールの上側で吹き払われる。ホイールの形状、及び溶融金属の溶液の中へ入り込む深さは、粒子の形状を決定する。溶液に極めてわずかに接触している粗面のホイールは、フレーク状の粗い粒子を作るであろう。
【００２１】
圧潰及び粉砕の機械的なメソッドは、例えばサンドペーパーや建設産業において用いられるようなセラミックスや研磨剤のためにより用いられる。機械的なクラッシャーからの粒子の形状は、力の方向（ボールミル対平行移動クラッシャー）、及び鉱物の結晶質のあるいは非晶質の構成に依存する。クリスタルの原子の間の結合はいくつかの方向において他の方向より極めて強く、結果としてクリスタル依存の粒子形状となる。
【００２２】
好ましい実施形態において、調整されたノズルを用いた微粒化（噴霧）は、合金鋼、例えば高い硬度と良好な耐摩耗性を有する工具鋼であるＤ２から適切な形状を作り出すために用いられる。高い硬度は、材料を熱処理することにより得られる。溶解した合金に吹き付けられるガスの温度により熱処理が行われる。
【００２３】
このように生成された粒子は、フレーク形状を呈する（図２参照）。前述したように、それぞれのフレーク１０１は実質的にフラットな表面を有する。金属部１００と非金属部２００との間の接合を容易にするために、個々のフレークの表面は、それぞれの接触表面１０３、１０４を機械的に嵌合させるための、符号１０２で示す表面の粗さを有する。好ましい実施形態において、個々のフレークは１〜１０００ミクロンの平均直径を有する。
【００２４】
〔接合のアセンブリ〕
接合される部分は、まず、治具の中で整列されるか、あるいは一方の部分を他方の部分の中へ押し込ませるためにプレスされる。粒子は接合されるべき表面へ供給される。粒子は、空気圧の使用により、若しくはアセンブリのプロセスを容易にする滑剤（lubricant）を利用することにより、供給されてもよい。好ましい実施形態において、アセンブリの間の最初の滑り嵌合を強めるために、粒子は滑剤により結合される。
【００２５】
そして接合される部分は一緒にプレスされる。プレス処理の間、粒子は隣接する接触表面のそれぞれに嵌合する。好ましい実施形態において、金属材１００は、非金属材２００、例えばエラストマーに接合される。非金属材は、非金属材が押し込まれるスロットよりわずかに大きい、５パーセントから４５パーセントの倍率の直径若しくは幅を有するよう、二次加工される（すなわち締り嵌め）。これにより、非金属材が金属部分の間で圧縮されることを可能ならしめる。
【００２６】
この記載は部分間の円筒状の嵌合に関するものではあるが、接合される他の表面と圧着された状態に表面が保持されるいくつかの態様の接合にこの手法を適用してもよい。更に、この手法はカーブした形状や波形配列されたような形状を含む広い範囲の結合の形状に適用してもよい。
【００２７】
本明細書には本発明の単一の形態が記載されているが、本明細書に記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成においてまた部分同士の関係において変形例がなされ得ることは、この技術分野における通常の技術者にとって自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】接合されている２つの部分の間の間隙の断面を示す。
【図２】粒子フレークの斜視図を示す。
【図３】粒子フレークの側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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