(57)【要約】【課題】少なくとも２つの部材を摩擦圧接により容易かつ短時間に接合できる部材の接合構造及び接合部材の製造方法を提供すること。【解決手段】接合部材４０は、平坦部を有するスプロケット１０と、所定の仮想的な位置Ｃ２から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに接合領域内に仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含むシャフト２０とを有し、スプロケット１０の平坦部１１内の回転中心位置Ｃ１と所定の仮想的な位置Ｃ２とが対向するように、平坦部と接合面とが摩擦圧接される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦部を有する第１の部材と、
所定の仮想的な位置から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに前記接合領域内に前記仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含む第２の部材と、
を有し、
前記平坦部内の回転中心位置と前記所定の仮想的な位置とが対向するように前記平坦部と前記接合面とが摩擦圧接されることを特徴とする部材の接合構造。
【請求項２】
前記穴部により前記円形状の接合領域の内周が形成されることを特徴とする請求項１記載の部材の接合構造。
【請求項３】
前記第２の部材は、円柱形状であり、一方の端部に前記接合面が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の部材の接合構造。
【請求項４】
前記接合面が設けられた端部の直径は、他の部分の直径より大きいことを特徴とする請求項３記載の部材の接合構造。
【請求項５】
前記第１の部材は、前記平坦部に前記穴部より小さい穴部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の部材の接合構造。
【請求項６】
前記第１の部材と前記第２の部材の接合部分にバリ跡を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の部材の接合構造。
【請求項７】
前記第２の部材の接合面と同様な構成の接合面を含む第３の部材を有し、
前記１の部材は、第２の平坦部を有し、
前記第３の部材の接合面が前記第２の平坦部に摩擦圧接されることを特徴とする請求項１記載の部材の接合構造。
【請求項８】
前記第２の部材及び前記第３の部材は円柱形状であり、周方向に沿って歯車の歯を有する歯車部材をそれぞれ有し、
前記第１の部材は、円盤形状部材であり、かつ、当該円盤形状部材の周方向に沿って歯車の歯を有し、
前記第２及び前記第３の前記歯車部材の位相が一致することを特徴とする請求項７記載の部材の接合構造。
【請求項９】
平坦部を有する第１の部材を回転装置に固定し、
所定の仮想的な位置から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに前記接合領域内に前記仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含む第２の部材を固定装置に固定し、
前記回転装置により前記第１の部材の回転開始後、前記平坦部内の回転中心位置と、前記所定の仮想的な位置とが対向するように前記平坦部を前記接合面に加圧し、摩擦圧接することを特徴とする接合部材の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の部材の接合面と同様な構成の接合面を含む第３の部材を加圧装置に固定し、
前記回転装置により前記第１の部材の回転開始後、前記加圧装置により、前記第３の部材の接合面を前記第１の部材の平坦部に加圧するとともに、前記第１の部材の平坦部を前記第２の部材の接合面に加圧し、それぞれ摩擦圧接することを特徴とする請求項９記載の接合部材の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の部材及び前記第３の部材は円柱形状であり、それぞれ周方向に沿って歯車の歯を有する歯車部材を有し、
前記第１の部材は、円盤形状部材であり、かつ、当該円盤形状部材の周方向に沿って歯車の歯を有するものであり、
前記第２及び前記第３の部材の歯車部材の位相が一致するように、前記第２の部材を前記固定装置に固定し、前記第３の部材を前記加圧装置に固定することを特徴とする請求項１０記載の接合部材の製造方法。
【請求項１２】
前記摩擦圧接に必要な熱量を得た後、前記回転装置は前記第１の部材の回転を停止し、当該第１の部材の回転停止後に、前記加圧装置は更なる加圧を行うことを特徴とする請求項１１記載の接合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材を接合して構成される部材の接合構造及び接合部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の部材を接合して所望の部材を製造することが行われており、部材と部材とを接合する方法の１つとして、摩擦圧接という方法が知られている。摩擦圧接は、接合する金属を高速で擦り合わせ、その時に生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて原子同士を金属融合させて部材を接合する技術である。
【０００３】
また、下記特許文献１には、円盤形状のインサート材の両端部と、対応する２つの円柱形状の被接合部材とをそれぞれ摩擦圧接する方法が開示されている。より具体的には、インサート部材を回転させた状態で被接合部材の１つをスライドさせることにより、被接合部材とインサート部材の一端部、及びインサート部材の他端部と他の被接合部材とをそれぞれ摩擦圧接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７５９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の記載の技術では、被接合部材の端面の全領域がインサート部材の一端部と接するように構成されている。ところが、回転するインサート部材の角速度は回転中心に近づけば近づくほど遅くなり、したがって、回転中心に近づくほど発熱量が小さくなる。このため、インサート部材と被接合部材との摩擦圧接において、被接合部材の端面の中心部分に摩擦圧接に必要な発熱量を得るためには、インサート部材の回転数を大きく増加させる、長時間回転させる、又は圧接する力を増加させる等の処置が必要だった。部材と部材との摩擦圧接には、このような処置が必要であり、摩擦圧接を容易に行うための工夫が求められていた。
【０００６】
また、部材と部材とを接合して構成される接合部材の具体的な一例として、立体駐車場の昇降軸を挙げることができる。この昇降軸は、車体を搭載する車体昇降台（パレット）の昇降動作を行うための軸であり、スプロケットと、このスプロケットの中心の穴を貫通する円柱形状のシャフトとを有し、スプロケットとシャフトとが溶接されて構成される。また、溶接後に、スプロケットの回転に基づく動力を他の機構に伝達するために歯車部材をシャフトの両側に接合する必要がある。このように、昇降軸の製造には、多くの工程が必要であり、更に、シャフトの両側の歯車の位相を一致させる必要もあった。
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の技術を適用して、予め歯車部材が設けられたシャフトとスプロケットとを摩擦圧接することにより、昇降軸の製造工程を減らすことも考えられるが、この場合、既述したように、スプロケットの回転数を大きく増加させる、長時間回転させる、又は圧接する力を増加させる等の処置が必要になる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも２つの部材を摩擦圧接により容易かつ短時間に接合できる部材の接合構造及び接合部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、平坦部を有する第１の部材と、所定の仮想的な位置から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに接合領域内に仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含む第２の部材とを有し、平坦部内の回転中心位置と所定の仮想的な位置とが対向するように平坦部と接合面とが摩擦圧接される部材の接合構造である。
【００１０】
この部材の接合構造によると、第２の部材に穴部を設けていることにより摩擦圧接時に角速度の小さい中心部が第１の部材の平坦部と接触せず、第１の部材の回転数、又は圧接する力を大きく増加させなくても摩擦圧接に必要な熱量を容易に短時間で得ることができる。更に、冷却時には、穴部に熱を逃がすことができるため、冷却時間も短くすることができる。
【００１１】
また、穴部により円形状の接合領域の内周が形成されることが望ましい。
【００１２】
この構成によると、穴部を形成するのと同時に接合領域の内周を形成することができる。
【００１３】
更に、第２の部材は円柱形状であり、一方の端部に接合面が形成されることが望ましい。
【００１４】
この構成によると、第２の部材が円柱形状であるため、第２の部材製造時に、例えば、パイプ形状の部材の場合と比較して断面形状を容易に真円とすることができる。このため、第１の部材と第２の部材とが接合して構成される接合部材をより精密な製品にすることが可能になる。
【００１５】
更に、接合面が形成された端部の直径は、他の部分の直径より大きいことが望ましい。
【００１６】
この構成によると、直径が大きくなった分に応じて摩擦圧接時の角速度が大きくなるため、摩擦圧接に必要な熱量をより短時間で得ることができる。
【００１７】
更に、第１の部材は、平坦部に第２の部材の穴部より小さい穴部を有することが望ましい。
【００１８】
この構成によると、第２の部材の穴部より小さい穴部により熱を逃がす空間が広がるため、冷却時間を更に短時間にすることができる。
【００１９】
更に、第１の部材と第２の部材の接合部分にバリ跡を有することが望ましい。
【００２０】
この構成によると、第１の部材と第２の部材の接合部分にバリが形成されていたことが明確にあり、摩擦圧接が十分であったことを確認できる。なお、バリの形成状態が切削等する必要のない程度であればバリは切削せずに、そのままバリとして残しても良い。
【００２１】
上述の部材の接合構造は、更に、第２の部材の接合面と同様な構成の接合面を含む第３の部材を有し、第１の部材は、第２の平坦部を有することとし、第３の部材の接合面が第１の部材の第２の平坦部に摩擦圧接されるようにしても良い。
【００２２】
この構成によると、第１の部材の２つの平坦部に同様な構成の接合面を有する２つの部材をそれぞれ接合することができる。
【００２３】
更に、第２の部材及び第３の部材は円柱形状であり、周方向に沿って歯車の歯を有する歯車部材をそれぞれ有し、第１の部材は、円盤形状部材であり、かつ、当該円盤形状部材の周方向に沿って歯車の歯を有することとし、第２及び第３の有する歯車部材の位相を一致させるようにしても良い。
【００２４】
この構成によると、例えば、立体駐車場に用いられる昇降軸のような部材を少ない工程で製造でき、かつ、第２及び第３の部材に設けられた歯車の位相を一致させることができる。
【００２５】
また、他の本発明は、平坦部を有する第１の部材を回転装置に固定し、所定の仮想的な位置から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに接合領域内に仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含む第２の部材を固定装置に固定し、回転装置により第１の部材の回転開始後、平坦部内の回転中心位置と、所定の仮想的な位置とが対向するように平坦部を接合面に加圧し、摩擦圧接する接合部材の製造方法である。
【００２６】
この接合部材の製造方法によると、第２の部材に穴部を設けていることにより摩擦圧接時に角速度の小さい中心部が第１の部材の平坦部と接触せず、第１の部材の回転数、又は圧接する力を大きく増加させなくても摩擦圧接に必要な熱量を容易に短時間で得ることができ、２つの部材を摩擦圧接により容易に短時間で接合した接合部材を製造できる。更に、冷却時には、穴部に熱を逃がすことができるため、冷却時間も短くすることができる。
【００２７】
上記接合部材の製造方法は、第２の部材の接合面と同様な構成の接合面を含む第３の部材を加圧装置に固定し、回転装置により第１の部材の回転開始後、加圧装置により、第３の部材の接合面を第１の部材の平坦部に加圧するとともに、第１の部材の平坦部を第２の部材の接合面に加圧し、それぞれ摩擦圧接するようにしても良い。
【００２８】
この構成によると、第１の部材の２つの平坦部に同様な構成の接合面を有する２つの部材を接合した接合部材を同時に製造できる。
【００２９】
更に、第２の部材及び第３の部材は円柱形状であり、それぞれ周方向に沿って歯車の歯を有する歯車部材を有し、第１の部材は、円盤形状部材であり、かつ、当該円盤形状部材の周方向に沿って歯車の歯を有することとし、第２及び第３の部材の歯車部材の位相が一致するように、第２の部材を固定装置に固定し、第３の部材を加圧装置に固定するようにしても良い。
【００３０】
この構成によると、例えば、立体駐車場に用いられる昇降軸のような部材を少ない工程で、かつ、第２及び第３の部材に設けられた歯車部材の位相を一致させるように製造できる。
【００３１】
更に、摩擦圧接に必要な熱量を得た後、回転装置は第１の部材の回転を停止し、当該回転停止後に、加圧装置により更なる加圧を行うようにしても良い。
【００３２】
この構成によると、接合バリを押し出すことができ、第１の部材と第２の部材の接合部分の摩擦圧接が十分であることが確認できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、少なくとも２つの部材を摩擦圧接により容易かつ短時間に接合できる部材の接合構造及び接合部材の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る第１の部材の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る第２の部材の断面図である。
【図４】同第２の部材の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る接合部材の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る歯車部材を示す図である。
【図７】同歯車部材が接合された第２の部材の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態では、第１の部材をスプロケット１０、第２及び第３の部材をそれぞれシャフト２０，２０´に適用した場合で説明する。
【００３６】
図１はスプロケット１０の平面図を示しており、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示している。
【００３７】
図１及び図２に示すように、スプロケット１０は、両面が平坦部１１を有する円盤形状部材から構成されており、当該円盤形状部材の周方向に沿って歯車の歯１２を有している。また、スプロケット１０の中央部には、穴部１３が設けられている。穴部１３の中心は回転中心位置Ｃ１となっており、後述する回転装置によってスプロケット１０が回転される場合、回転中心位置Ｃ１を中心にして当該回転が行われる。
【００３８】
図３はシャフト２０の断面を示しており、図４はシャフト２０の正面図を示している。
【００３９】
図３及び図４に示すように、シャフト２０は、仮想的な位置Ｃ２から等距離ｒ１、かつ、所定幅（ｒ２−ｒ１）の円形状の接合領域２１を有するとともに、接合領域２１内に仮想的な位置Ｃ２を包含する穴部２２を有する接合面２３を有している。なお、仮想的な位置Ｃ２は、図４の正面図に示すように、中心に位置するように設定されている。また、円形状の接合領域２１の内周は穴部２２により形成されており、この穴部２２は、スプロケット１０の穴部１３より小さくなるように、例えば、正面フライス削り等により形成される。このため穴部２２を形成するのと同時に接合領域２１の内周を形成することができる。
【００４０】
また、シャフト２０は円柱形状の中実材から構成されおり、一方の端面に既述の接合面２３が形成される。このように、シャフト２０が円柱形状であるため、製造時に、例えば、パイプ形状の部材の場合と比較して断面を容易に真円とすることができる。このため、スプロケット１０とシャフト２０，２０´とがそれぞれ接合して構成される接合部材をより精密な製品にすることが可能になる。
【００４１】
更に、接合面２３が形成された端面の直径ｄ２は、他の部分の直径ｄ１より大きくなるように構成されている。
【００４２】
図５は、接合部材４０の断面を示している。接合部材４０は、スプロケット１０と、シャフト２０及びこのシャフト２０と同様の構成をしたシャフト２０´とがそれぞれ摩擦圧接されて接合されている。なお、シャフト２０´は、シャフト２０と同様な構成をしているため詳細な説明を省略し、符号に関しては、シャフト２０の対応する部材の符号に“´（ダッシュ）”をつけて説明することとする。
【００４３】
同図に示すように、スプロケット１０の一方の面において、回転中心位置Ｃ１とシャフト２０の仮想的な位置Ｃ２とが対向するように、スプロケット１０の一方の平坦部１１とシャフト２０の接合面２３（符号の図示を省略。）とが摩擦圧接されている。更に、シャフト２０´は、スプロケット１０の他方の面において、回転中心位置Ｃ１とシャフト２０´の仮想的な位置Ｃ２´とが対向するように、スプロケット１０の他方の平坦部１１とシャフト２０´の接合面２３´（符号の図示を省略。）とが摩擦圧接されている。
【００４４】
更に、スプロケット１０とシャフト２０，２０´との接合部分には、それぞれバリ跡４１が形成されている。バリは摩擦圧接を行った際に外周方向に押し出されてカール状に形成されるものである。このバリは、摩擦圧接後に切削等により取り除かれ、バリ跡４１が形成される。なお、本実施の形態においては、バリを取り除く場合で説明するが、バリの形成状態が切削等を必要な程度になければ、切削等を行わずバリをそのままの残しても良い。
【００４５】
次に、立体駐車場等に用いられる昇降軸を接合部材として製造する場合について説明する。昇降軸には、スプロケット１０の回転に基づいて動力を伝える歯車部材をシャフト２０，２０´に設けることが必要である。このため、図６及び図７に示すように、予め歯車部材２４が接合されたシャフト２０及び同様の歯車部材２４が接合されたシャフト２０´を用意しておく。図６は歯車部材２４を示しており、図７は歯車部材２４を設けたシャフト２０の断面図を示している。また、両図において、２５は歯車部材本体を示し、２６は歯車の歯を示している。
【００４６】
次に昇降軸を製造する手順について図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４７】
先ず、作業者は、シャフト２０を固定装置に固定し（Ｓ１０１）、スプロケット１０を回転装置に固定し（Ｓ１０２）、更に、シャフト２０´を加圧装置に固定する（Ｓ１０３）。なお、スプロケット１０及びシャフト２０，２０´を各装置に固定する順序はどのような順序で行っても良いが、固定装置に固定したシャフト２０の歯車部材２４と、加圧装置に固定したシャフト２０´の歯車部材２４の位相を一致させて固定する。
【００４８】
固定装置、回転装置及び加圧装置はこの順序で配置されており、固定装置に固定されたシャフト２０の接合面２３とスプロケット１０の一方の平坦部１１とが対向しており、更に、スプロケット１０の他方の平坦部１１と加圧装置に固定されたシャフト２０´の接合面２３´とが対向するように配置されている。更に、加圧装置は、当該加圧装置に固定されたシャフト２０´の接合面２３´を固定装置に固定されたシャフト２０の接合面２３が配置された方向に移動して、シャフト２０´とスプロケット１０及びスプロケット１０とシャフト２０をそれぞれ加圧するように構成されている。
【００４９】
次に、作業者は、回転装置を動作させ回転中心位置Ｃ１を中心にスプロケット１０を回転させ（Ｓ１０４）、その後、加圧装置を動作させ、スプロケット１０の両平坦部１１とシャフト２０，２０´の接合面２３，２３´との間にそれぞれ所定の圧力を加える（Ｓ１０５）。これにより、シャフト２０の接合面２３とスプロケット１０の一方の平坦部１１及びスプロケット１０の他方の平坦部１１とシャフト２０´の接合面２３´の間でそれぞれ摩擦圧接が行われる。この摩擦圧接時において、両シャフト２０，２０´は回転装置及び加圧装置にそれぞれ固定されているため、歯車部材２４，２４´の位相がずれることを防止できる。
【００５０】
次に、作業者は、摩擦圧接に必要な所定の熱量が得られたか否かを判断し（Ｓ１０６）、所定の熱量が得られていないと判断した場合は（Ｓ１０６：ＮＯ）、スプロケット１０の回転を続行させる。一方、所定の熱量が得られたと判断した場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、作業者は、スプロケット１０の回転を停止させる（Ｓ１０７）。
【００５１】
次に、作業者は、加圧装置を再び動作させ、スプロケット１０の平坦部１１と両シャフト２０，２０´との接合部分に対して更なる加圧を行う（Ｓ１０８）。これにより、バリが接合部分から押し出され、摩擦圧接が十分に行われたことを確認することができる。
【００５２】
次に、作業者は、バリを取り除く作業を行う（Ｓ１０９）。これにより、バリ跡４１が形成される。そして、作業者は、昇降軸を固定装置、回転装置、加圧装置から取り外す（Ｓ１１０）。これにより昇降軸の製造工程の全てが完了となる。
【００５３】
以上説明した昇降軸の製造方法によると、シャフト２０に穴部２２を設けていることにより摩擦圧接時に角速度の小さい中心部がスプロケット１０の平坦部１１と接触せず、スプロケット１０の回転数、又は圧接する力を大きく増加させなくても摩擦圧接に必要な熱量を容易に短時間で得ることができ、したがって、昇降軸を容易に短時間で製造することができる。
【００５４】
更に、冷却時には、穴部２２に熱を逃がすことができるため、冷却時間を短くすることができる。また、スプロケット１０は、平坦部１１にシャフト２０の穴部２２より小さい穴部１３を有するため、熱を逃がす空間がより広がり、冷却時間をより短時間にすることができる。この穴部１３は、シャフト２０の穴部２２により小さいため、摩擦圧接時の接合領域に影響を与えることはない。
【００５５】
また、シャフト２０，２０´の接合面２３，２３´がそれぞれ形成された端部の直径ｄ２は、他の部分の直径ｄ１より大きくなっている。このため、直径が大きくなった分に応じて摩擦圧接時における接合部分の角速度が大きくなり、摩擦圧接に必要な熱量をより短時間で得ることができる。
【００５６】
更に、スプロケット１０は、円盤形状部材で構成されているため両面の平坦部１１に同様な接合面２３，２３´を有するシャフト２０，２０´を同時に摩擦圧接して昇降軸を製造することができる。
【００５７】
更に、歯車部材２４，２４´を設けたシャフト２０，２０´を固定したうえでスプロケット１０と摩擦圧接するため、昇降軸を少ない工程で、かつ、歯車部材２４，２４´の位相を一致させるように昇降軸を製造することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態では、スプロケット１０の両側にシャフト２０，２０´を摩擦圧接する場合について説明したが、スプロケット１０の一方の面にのみシャフト２０を接続する場合にも本発明を適用することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態では、第２の部材として円柱形状のシャフト２０を用いる場合で説明したが、これに限るものではない。少なくとも、仮想的な位置から等距離、かつ、所定幅の円形状の接合領域を有するとともに接合領域内に仮想的な位置を包含する穴部を有する接合面を含む部材であれば、本発明を適用することができる。その一例としては、断面が多角形状の部材が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、部材と部材とを摩擦圧接により接合する部材の接合構造及び接合部材の製造方法に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・スプロケット
１１・・・平坦部
１２・・・歯車の歯
１３・・・穴部
２０，２０´・・・シャフト
２１・・・接合領域
２２・・・穴部
２３・・・接合面
２４・・・歯車部材
２５・・・歯車部材本体
２６・・・歯車の歯
４０・・・接合部材
４１・・・バリ跡
Ｃ１・・・回転中心位置
Ｃ２，Ｃ２´・・・仮想的な位置
ｒ１，ｒ２・・・半径
ｄ１，ｄ２・・・直径
【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】
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【図８】
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【図１】
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