特許 7581926 インサートの接合した鋳造品又は鍛造品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】インサートの接合した鋳造品又は鍛造品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20241106BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 340

B23K20/00 360Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021014124

(22)【出願日】2021-02-01

(65)【公開番号】P2022117565

(43)【公開日】2022-08-12

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雄大

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２３７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１２５９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３２６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－１１７５５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２２Ｄ １７／００－１７／３２

Ｂ２２Ｄ １９／００－１９／１６

Ｂ２１Ｊ １／００－１／０６

Ｂ２１Ｊ ５／００－５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳型内部の空洞を挟んで互いに対向する第１面及び第２面を備え、前記第１面は第１開口を有し、前記第２面は第２開口を有する鋳型を用いて行うインサートの接合した鋳造品の製造方法であって、
前記空洞に金属又は非金属である第１素材からなるとともにテーパーを有するインサートを配置し、
前記第１面側に配置された前進ピンと前記第２面側に配置された後退ピンで前記インサートを挟み込み、
前記第１開口を前記インサート又は前記前進ピンで塞ぐとともに前記第２開口を前記インサート又は前記後退ピンで塞ぎ、
前記空洞に金属である第２素材からなる溶湯を注入することで前記インサートを、前記溶湯でくるみ、
前記溶湯を前記第２素材の再結晶温度よりも高く前記第２素材の融点よりも低い温度、以下、圧入温度という、まで半冷却することで前記第２素材からなる鋳造品を生成し、ここで前記鋳造品には前記インサートが埋まる孔、以下、嵌合孔という、が成形され、前記テーパーは前記嵌合孔にフィットし、前記テーパーの先端より先にアンダーカットは形成されず、
前記圧入温度において、前記前進ピン、前記インサート及び前記後退ピンが列を成して前記テーパーの細くなる方向、以下、圧入方向という、に沿って進むことで、前記テーパーで前記嵌合孔を押し広げながら、前記鋳造品の前記嵌合孔に前記インサートを圧入し、
前記圧入を維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
インサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項2】

少なくとも前記インサートの圧入後において前記嵌合孔は前記鋳造品を貫通している、
請求項１に記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項3】

前記第２開口を前記後退ピンで塞ぎ、
前記前進ピンで前記インサートを押し込むことで前記インサートの頭部と前記後退ピンの頂部との間に染み込むとともに凝固した前記溶湯をその周囲に押し出し、
前記押し出しを維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
請求項１又は２に記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項4】

前記第２開口を前記後退ピンで塞ぎ、ここで前記後退ピンの頂部は前記テーパーの前記先端よりも大きく、
前記後退ピンを前記インサートの頭部で押し込むことで前記第２開口内に空間を生むとともに、前記インサートの圧入により前記第２面を超えて前記空間内に前記鋳造品の余剰な体積を押し除け、
前記押し除けを維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
請求項１又は２に記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項5】

前記後退ピンの前記頂部はその中央にさらに突起を有し、
前記第２開口を前記後退ピンの外縁で塞ぎ、
前記空洞に前記溶湯を注入することでさらに前記突起を前記溶湯でくるみ、
前記インサートを圧入することで、前記突起の占めていた空間の少なくとも一部を前記インサートの頭部に置き換える。
請求項４に記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項6】

前記インサートは、前記先端よりも先の箇所において、前記頭部まで延在する、前記圧入方向に平行な柱状面をさらに有し、
前記柱状面は前記嵌合孔にフィットする、
請求項５に記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項7】

前記第１素材の融点は、前記第２素材の前記融点よりも高く、
前記圧入温度において前記第１素材のヤング率は、前記第２素材のヤング率よりも高い、
請求項１～６のいずれかに記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【請求項8】

前記第１素材は鉄の単体又はその合金であり、
前記第２素材はアルミニウムの単体又はその合金であり、
前記圧入温度は150℃より高い、
請求項１～６のいずれかに記載のインサートの接合した鋳造品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインサートの接合した鋳造品又は鍛造品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、鉄系金属のリベットを、鉄系金属以外例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の部材に設けた孔に圧入することでリベットと部材とを接合する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０８９６５７号公報

【文献】特開２００６－３１２１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の方法に沿って、金属材の孔にインサートを圧入することで金属材とインサートとを強く接合するためには、孔及びインサートをそれぞれ別個に精度良く成形しなければならない。また圧入時に孔に対するインサートの位置を正確に決めなければならない。本発明の一つの観点において、金属材の孔とインサートとの形状並びに位置決めの精度に依拠せずに、これら部材を強く接合する方法を提供する。

【0005】

また特許文献２では鋼材からなるインサートをアルミニウムで鋳ぐるみにすることでこれらを接合する。鋳ぐるみでは接合の強度を高める上で、形状加工や位置決めの精度を高めることへの依存が圧入ほど強くない。またインサートと鋳造品との間に隙間はないため接合の強度も高い。しかしながら、鋳ぐるみされたインサートの周囲の金属材に、鋳巣及びその他の内部欠陥が生じる。内部欠陥はインサートと金属材の接合を弱める。本発明の一つの観点において、鋳ぐるみで生じるインサート周囲の内部欠陥を除去する方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

＜１＞ インサートの接合した鋳造品の製造方法であって、
金属又は非金属である第１素材からなるとともにテーパーを有するインサートを、金属である第２素材からなる溶湯でくるみ、
前記溶湯を前記第２素材の再結晶温度よりも高く前記第２素材の融点よりも低い温度、以下、圧入温度という、まで半冷却することで前記第２素材からなる鋳造品を生成し、ここで前記鋳造品には前記インサートが埋まる孔、以下、嵌合孔という、が成形され、前記テーパーは前記嵌合孔にフィットし、前記テーパーの先端より先にアンダーカットは形成されず、
前記圧入温度において、前記テーパーの細くなる方向、以下、圧入方向という、に向かって、前記テーパーで前記嵌合孔を押し広げながら、前記鋳造品の前記嵌合孔に前記インサートを圧入し、
前記圧入を維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
方法。

【0007】

＜２＞ 少なくとも前記インサートの圧入後において前記嵌合孔は前記鋳造品を貫通している、＜１＞の方法。

【0008】

＜３＞ 鋳型内部の空洞を挟んで互いに対向する第１面及び第２面を備え、前記第１面は第１開口を有し、前記第２面は第２開口を有する鋳型を用いて行う＜１＞又は＜２＞の方法であって、
前記空洞に前記インサートを配置し、
前記第１面側に配置された前進ピンと前記第２面側に配置された後退ピンで前記インサートを挟み込み、
前記第１開口を前記インサート又は前記前進ピンで塞ぐとともに前記第２開口を前記インサート又は前記後退ピンで塞ぎ、
前記空洞に前記溶湯を注入することで前記インサートを前記溶湯でくるみ
前記前進ピン、前記インサート及び前記後退ピンが列を成して前記圧入方向に沿って進むことで前記圧入を行う、
方法。

【0009】

＜４＞ 前記第２開口を前記後退ピンで塞ぎ、
前記前進ピンで前記インサートを押し込むことで前記インサートの頭部と前記後退ピンの頂部との間に染み込むとともに凝固した前記溶湯をその周囲に押し出し、
前記押し出しを維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
＜３＞の方法。

【0010】

＜５＞ 前記第２開口を前記後退ピンで塞ぎ、ここで前記後退ピンの頂部は前記テーパーの前記先端よりも大きく、
前記後退ピンを前記インサートの頭部で押し込むことで前記第２開口内に空間を生むとともに、前記インサートの圧入により前記第２面を超えて前記空間内に前記鋳造品の余剰な体積を押し除け、
前記押し除けを維持したまま前記鋳造品をさらに冷却する、
＜３＞の方法。

【0011】

＜６＞ 前記後退ピンの前記頂部はその中央にさらに突起を有し、
前記第２開口を前記後退ピンの外縁で塞ぎ、
前記空洞に前記溶湯を注入することでさらに前記突起を前記溶湯でくるみ、
前記インサートを圧入することで、前記突起の占めていた空間の少なくとも一部を前記インサートの頭部に置き換える。
＜５＞の方法。

【0012】

＜７＞ 前記インサートは、前記先端よりも先の箇所において、前記頭部まで延在する、前記圧入方向に平行な柱状面をさらに有し、
前記柱状面は前記嵌合孔にフィットする、
＜６＞の方法。

【0013】

＜８＞ 前記第１素材の融点は、前記第２素材の前記融点よりも高く、
前記圧入温度において前記第１素材のヤング率は、前記第２素材のヤング率よりも高い、
上記方法。

【0014】

＜９＞ 前記第１素材は鉄の単体又はその合金であり、
前記第２素材はアルミニウムの単体又はその合金であり、
前記圧入温度は150℃より高い、
上記方法。

【0015】

＜１０＞ インサートの接合した鍛造品の製造方法であって、
その再結晶温度よりも高くその融点よりも低い温度、以下、鍛造温度という、にて金属塊を型で押圧することで前記金属塊を成形し、
さらに前記鍛造温度にて、テーパーを有するインサートを、前記金属塊に圧入することで前記インサートが埋まる孔、以下、嵌合孔という、を前記金属塊内に成形し、ここで前記テーパーは前記嵌合孔にフィットし、
前記金属塊をその再結晶温度よりも高く、前記鍛造温度よりも低い温度、以下、再圧入温度という、まで半冷却することで前記金属塊からなる前記鍛造品を生成し、
前記再圧入温度において、前記鍛造品の前記嵌合孔の周りを前記型で抑えながら、また前記テーパーで前記嵌合孔を押し広げながら、前記テーパーの細くなる方向に向かって、前記鍛造品の前記嵌合孔に前記インサートを再度圧入し、
前記再度の圧入を維持したまま前記鍛造品をさらに冷却する、
製造方法。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一つの観点において、金属材の孔とインサートとの形状並びに位置決めの精度に依拠せずに、これら部材を強く接合する方法を提供する。本発明の他の観点において、鋳ぐるみで生じるインサート周囲の内部欠陥を除去する方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】インサート及び金属成形品の接合の模式図。

【図2】インサート及び鋳型の断面図。

【図3】インサート及び溶湯の断面図。

【図4】インサート及び鋳造品の断面図。

【図5】各種インサートの断面図。

【図6】各種インサートの断面図。

【図7】各種テーパーの断面図。

【図8】各種突起の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１はインサート９６及び金属成形品ＭＭの接合の様子を断面視して示す。本実施形態において、特に言及しない限り断面は縦断面を表す。金属成形品ＭＭは鋳造品又は鍛造品である。インサート９６及び金属成形品ＭＭは相異なる素材からなる。上段は金属成形品ＭＭ内にインサート９６が挿入された状態を示す。下段はインサート９６を金属成形品ＭＭの９２にさらに突き入れた状態を示す。

【0019】

＜鋳造品＞

【0020】

図１の上段に示す金属成形品ＭＭが鋳造品である場合、事前にインサート９６を溶湯で鋳ぐるみする。インサート９６はテーパー９７を有する。図の上段において鋳ぐるみにより金属成形品ＭＭには嵌合孔９２が成形される。テーパー９７は嵌合孔９２にフィットする。

【0021】

図１の上段においてテーパー９７の先端、図中では下端、より先にアンダーカットは形成されないことが好ましい。本実施形態においてテーパーの先端とは細い側をいう。嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していることが好ましい。他の態様において嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していない。

【0022】

図１の上段において、圧入温度まで半冷却することで金属成形品ＭＭを生成する。圧入温度は金属成形品ＭＭの再結晶温度よりも高い。テーパー９７の細くなる方向に向かって、テーパー９７で嵌合孔９２を押し広げながら、金属成形品ＭＭの嵌合孔９２にインサート９６を圧入する。圧入はもともと嵌合孔９２に挿入されていたインサート９６を嵌合孔９２にさらに突き入れることで行う。圧入は嵌合孔９２の表面に強い拡張圧力を生じる。またテーパー９７の表面に強い締め付け圧力を生じる。

【0023】

図１の下段において、圧入により嵌合孔９２の周りに鍛流線９４が新たに生じる。また嵌合孔９２の周りに内部欠陥があっても、これらは半冷却状態の金属の塑性流動と圧入の圧力とによって押しつぶされる。半冷却状態の金属は流動性に乏しいので圧入の圧力は嵌合孔９２の周りに集中する。インサート９６の圧入を維持したまま金属成形品ＭＭをさらに冷却する。以上によりインサート９６と金属成形品ＭＭとの間に接合が形成される。圧入による接合は鋳ぐるみのみで得られる接合よりも強固である。

【0024】

図１の下段において、嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していることが好ましい。他の態様において嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していない。

【0025】

＜鍛造品＞

【0026】

図１の上段に示す金属成形品ＭＭが鍛造品である場合、事前に金属塊を型９１で押圧するとともにインサート９６を金属塊に圧入することで鍛造を行う。鍛造は再結晶温度よりも高くその融点よりも低い温度、以下鍛造温度という、で行う。図の上段においてインサート９６の圧入より金属成形品ＭＭには嵌合孔９２が成形される。テーパー９７は嵌合孔９２にフィットする。

【0027】

図１の上段において嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していることが好ましい。他の態様において嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していない。鍛造温度よりも低い再圧入温度まで半冷却することで金属成形品ＭＭを生成する。再圧入温度は金属成形品ＭＭの再結晶温度よりも高い。

【0028】

図１の下段に示すようにテーパー９７の細くなる方向、テーパー９７で嵌合孔９２を押し広げながら、金属成形品ＭＭの嵌合孔９２にインサート９６を再度圧入する。再度の圧入はもともと嵌合孔９２に挿入されていたインサート９６を嵌合孔９２にさらに突き入れることで行う。

【0029】

図１の下段において、再圧入温度の金属は鍛造温度の金属よりも流動性に乏しいので再圧入の圧力は嵌合孔９２の周りに特に集中する。再度の圧入は嵌合孔９２の表面に強い拡張圧力を生じる。またテーパー９７の表面に強い締め付け圧力を生じる。インサート９６の再度の圧入は嵌合孔９２の周りを型９１で抑えながら行う。

【0030】

図１の下段において、インサート９６の再度の圧入を維持したまま金属成形品ＭＭをさらに冷却する。以上によりインサート９６と金属成形品ＭＭとの間に接合が形成される。再度の圧入による接合は鍛造温度で行う圧入のみで得られる接合よりも強固である。

【0031】

図１の下段において、嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していることが好ましい。他の態様において嵌合孔９２は金属成形品ＭＭを貫通していない。

【実施例】

【0032】

以下の実施例において、鋳造品を例にとって本発明をさらに説明する。以下の例示は上述の鍛造品にも応用することができる。

【0033】

＜概要＞

【0034】

図２はインサート１６及びその他の工具の断面図である。その他の工具には鋳型１０、前進ピン１５ａ及び後退ピン１５ｂが含まれる。鋳型１０は上型１１ａ、下型１１ｂを備える。鋳型１０は上型１１ａと下型１１ｂとで挟まれた内部に空洞１３を備える。これらの工具を用いて鋳ぐるみと圧入によりインサート１６の接合した鋳造品を製造する。

【0035】

図３は鋳型１０内に注がれた溶湯２０の断面を表す。鋳造はダイカストで行う。図４は空洞１３に形成された鋳造品２５の断面を表す。空洞１３に留め置かれている鋳造品２５に対してインサート１６が圧入される。

【0036】

＜インサート＞

【0037】

図２に戻る。図２に示すインサート１６は鋳造用金属と異なる材料からなる。本実施形態において、インサート１６を構成する材料を第１素材と称する。第１素材は金属又は非金属である。一態様において金属は鉄、銅、チタン及びニッケルの単体並びにこれらの合金のいずれかである。一態様において鉄の合金は鋼である。一態様において非金属はセラミックスである。また本実施形態において、鋳造用金属を第２素材と称する。インサート１６は第２素材で鋳ぐるみされる。

【0038】

図２に示すように空洞１３にインサート１６を配置する。インサート１６はその中央にテーパー１７を有する。先に述べたように圧入はテーパー１７の細くなる方向に向かって行う。この方向を圧入方向という。図中では圧入方向は下向きである。テーパー１７の先端は圧入方向の先頭側にある。

【0039】

図２に示すようにインサート１６は、テーパー１７の太い側に、圧入方向に対して平行な柱状面１８ａをさらに有する。柱状面１８ｂはインサート１６の尾部まで延在する。本実施形態においてインサートの『尾部』は圧入方向における後方側端部をいう。他の態様においてインサート１６は柱状面１８ａを有しない。前進ピン１５ａに接する側のインサート１６の端面は平坦である。

【0040】

図２に示すようにインサート１６は、テーパー１７の細い側に、圧入方向に平行な柱状面１８ｂをさらに有する。柱状面１８ｂはインサート１６の頭部まで延在する。本実施形態においてインサートの『頭部』は圧入方向における前方側端部をいう。他の態様においてインサート１６は柱状面１８ｂを有しない。後退ピン１５ｂに接する側のインサート１６の端面は平坦である。

【0041】

図２に示すインサート１６の形状は例示である。インサート１６の尾部は上型１１ａの内部にまで延在していてもよい。インサート１６の頭部は上型１１ｂの内部にまで延在していてもよい。インサート１６の内部は空洞を有していてもよい。

【0042】

＜鋳型＞

【0043】

図２に示すように、鋳型１０は第１面１２ａ及び第２面１２ｂを備える。第１面１２ａは上型１１ａ上に位置する。第２面１２ｂは下型１１ｂ上に位置する。第１面１２ａ及び第２面１２ｂは空洞１３を挟んで互いに対向する。第１面１２ａは第１開口１４ａを有する。第２面１２ｂは第２開口１４ｂを有する。

【0044】

＜ピン＞

【0045】

図２に示すように前進ピン１５ａは第１面１２ａの側に配置される。後退ピン１５ｂは第２面１２ｂ側に配置される。前進ピン１５ａ及び後退ピン１５ｂのペアでインサート１６を挟み込むように配置する。一態様においてインサート１６の尾部が前進ピン１５ａの頂部に接し、インサート１６の頭部が後退ピン１５ｂの頂部に接する。本実施形態において各ピンの『頂部』はインサートに近い側の端部をいう。

【0046】

図２に示す後退ピン１５ｂの頂部は、これを平面視した時、インサート１６の頭部よりも大きいことが好ましい。また後退ピン１５ｂの頂部は、これを平面視した時、テーパー１７の先端よりも大きいことが好ましい。また後退ピン１５ｂの頂部はその中央にさらに突起１９を有することが好ましい。一態様において突起１９は、これを平面視した時、インサート１６の頭部と大きさが等しい。一態様において突起１９は、これを平面視した時、インサート１６の柱状面１８ｂと大きさが等しい。一態様において突起１９は、これを平面視した時、テーパー１７の先端と大きさが等しい。

【0047】

図２に示すように第１開口１４ａをインサート１６で塞ぐ。他の態様において第１開口１４ａを前進ピン１５ａで塞ぐ。また第２開口１４ｂを後退ピン１５ｂで塞ぐ。他の態様において第２開口１４ｂをインサート１６で塞ぐ。好ましくは後退ピン１５ｂの頂部の外縁で第２開口１４ｂを塞ぐ。一態様において後退ピン１５ｂの外縁は下型１１ｂの第２面１２ｂと高さが揃い、それらの間に段差が生じない。他の態様において第２開口１４ｂを突起１９で塞ぐ。

【0048】

＜鋳ぐるみ＞

【0049】

図３に示すように第２素材からなる溶湯２０を鋳型１０内の空洞に注入する。インサート１６を溶湯２０でくるむ。さらに突起１９を溶湯２０でくるむことが好ましい。溶湯２０を所定の圧入温度まで半冷却することで第２素材からなる成型物を生成する。

【0050】

図３に示す溶湯２０に対する圧入温度は溶湯２０を構成する第２素材の再結晶温度よりも高く、第２素材の融点よりも低い。一態様において溶湯２０の第１素材の融点は、溶湯２０の第２素材の融点よりも高い。

【0051】

図３に示すように、溶湯２０から生じる成型物にはインサート１６が埋まる孔、嵌合孔２２、が成形される。テーパー１７は嵌合孔２２にフィットする。柱状面１８ａ及び１８ｂも嵌合孔２２にフィットする。また成型物中においてテーパー１７の先端より先にアンダーカットは形成されないことが好ましい。

【0052】

図３に示す溶湯２０となっている第２素材は、一態様においてアルミニウム、マグネシウム及び亜鉛の単体並びにそれらの合金のいずれかである。

【0053】

一例において図３に示す溶湯２０の第２素材は純アルミニウム又はアルミニウム合金である。一態様において圧入温度は１５０℃より高い。これらの第２素材は１５０℃以上で高い延性を示す。したがって、下記の行程でインサート１６を鋳造品に突き入れた時でも嵌合孔２２が割れにくい。

【0054】

＜圧入＞

【0055】

図４に示すように圧入温度において嵌合孔２２にインサート１６を圧入する。圧入はテーパー１７の細くなる方向、圧入方向、に向かって行う。圧入はテーパー１７で嵌合孔２２を押し広げながら、インサート１６を嵌合孔２２に突き入れることで行う。圧入は嵌合孔２２の表面を拡張する圧力と、テーパー１７の表面を締め上げる圧力とを生じる。

【0056】

図４に示すように圧入は、前進ピン１５ａでインサート１６及び後退ピン１５ｂを押し込むことで行う。前進ピン１５ａ及びインサート１６は第１開口１４ａ上を圧入方向に沿って摺動する。後退ピン１５ｂは第２開口１４ｂ上を圧入方向に沿って摺動する。

【0057】

図４において前進ピン１５ａ、インサート１６及び後退ピン１５ｂが列を成して圧入方向に沿って進む。後退ピン１５ｂが空洞１３から逃げることで、後退ピン１５ｂのいなくなった領域にインサート１６が進入する。後退ピン１５ｂはインサート１６の頭部に働く、インサート１６を押し戻す圧力を軽減する。

【0058】

一態様において図４に示す前進ピン１５ａ及びインサート１６がいずれも回転対称形であり、またそれらの回転中心が一致する。さらなる一態様において回転中心を軸にしてインサート１６で前進ピン１５ａを回転させながら突き込む。嵌合孔２２の表面に強い剪断力が働くため、さらに嵌合孔２２の表面が硬くなり強い接合が得られる。

【0059】

一態様において図４に示す鋳造品２５の第２素材の再結晶温度は常温よりも高い。一例において常温は5～35℃である（JIS規格）。さらにインサート１６の第１素材のヤング率は、圧入温度において鋳造品２５の第２素材のヤング率よりも高い。したがって嵌合孔２２の周囲の金属組織は、インサート１６によって鍛造された状態を有するに至る。圧入により鋳造品２５の嵌合孔２２の周囲の金属組織に鍛流線２４が形成される。

【0060】

図４に示す一態様において、圧入後において嵌合孔２２は鋳造品２５を貫通していることが好ましい。非貫通孔の底には応力が集中し割れやすいため、そのような底を有しないことが有利である。他の態様において嵌合孔２２は鋳造品２５を貫通していない。

【0061】

＜鋳造品の取り出し＞

【0062】

図４において、上述の通りインサート１６の圧入を維持したまま鋳造品２５をさらに冷却する。好ましくは第２素材の再結晶温度よりも低い温度まで冷却する。上型１１ａ、下型１１ｂ、前進ピン１５ａ及び後退ピン１５ｂを鋳造品２５から取り外すことで、インサート１６の接合した鋳造品２５を取り出す。

【0063】

＜応用例：バリの除去＞

【0064】

図３に戻る。図に示すように溶湯２０がインサート１６の頭部と後退ピン１５ｂの頂部との間に染み込むことがある。具体的にはインサート１６の頭部と突起１９との間に溶湯が染み込む。染み込んだ溶湯２０は凝固することでバリとなる。一態様においてこのバリを圧入時に除去する。

【0065】

図４に示すように前進ピン１５ａでインサート１６を押し込む。後退ピン１５ｂは第２開口１４ｂに支持されている。インサート１６の頭部は後退ピン１５ｂの頂部に達する。インサート１６と後退ピン１５ｂとが、それらの間に生じたバリをその周囲に押しのける。このバリ除去は、圧入によるインサート１６と鋳造品２５との接合と同時に行われる。

【0066】

図４においてインサート１６と後退ピン１５ｂの間からバリを押し除けた状態を維持したまま鋳造品２５をさらに冷却する。好ましくは第２素材の再結晶温度よりも低い温度まで冷却する。

【0067】

図４に示す他の態様においてインサート１６と後退ピン１５ｂとの間のバリは鋳造品２５に残ってもよい。鋳造品２５を鋳型１０から取り出すとともに、後退ピン１５ｂを鋳造品２５から分離した後にバリを除去してもよい。

【0068】

＜応用例：余剰な体積の逃がし＞

【0069】

図３から図４にかけて示すように鋳造品２５にインサート１６を圧入することで嵌合孔２２の周りの金属が押し除けられる。さらにインサート１６と後退ピン１５ｂとの間の金属も押し除けられる。鋳造品２５は半冷却状態なのでこれにより生じる圧力は嵌合孔２２の周りに留まる。圧力が高すぎるとインサート１６の圧入自体が困難になる。したがって鋳造品２５のこれらの余剰な体積を逃がすことで、圧入を弱めるために以下のように後退ピン１５ｂ他を設計する。

【0070】

図４に示すように後退ピン１５ｂの頂部はテーパー１７の先端よりも大きい。したがって後退ピン１５ｂをテーパー１７の先端で押し込むことで第２開口１４ｂ内に空間２３を生む。これにより第２面１２ｂを超えて空間２３内に鋳造品２５の余剰な体積を押し除ける。

【0071】

図４に示すように鋳造品２５の余剰な体積を押し除けた状態を維持したまま鋳造品２５をさらに冷却する。

【0072】

＜応用例：インサート飛び出し量の調整＞

【0073】

図２に戻る。後退ピン１５ｂの頂部はその中央に突起１９を有する。また第２開口１４ｂを後退ピン１５ｂの外縁で塞ぐ。空洞１３に溶湯を注入することで、図３に示すように突起１９を溶湯２０でくるむ。溶湯２０を圧入温度まで冷却した後、図４に示すように圧入の深さが突起１９の高さを上回らない範囲でインサート１６を圧入する。

【0074】

図４に示すようにインサート１６を圧入することで、突起１９の占めていた空間の少なくとも一部を、好ましくは全部をインサート１６の頭部に置き換える。

【0075】

図２～４に示す一態様において突起１９は、これを平面視した時、インサート１６の頭部と大きさが等しい。一態様において突起１９は、これを平面視した時、インサート１６の柱状面１８ｂと大きさが等しい。一態様において突起１９は、これを平面視した時、テーパー１７の先端と大きさが等しい。突起１９の占めていた空間にインサート１６の頭部がスムーズに進入する。

【0076】

図４に示すようにインサート１６の頭部は鋳造品２５の表面から飛び出ないことが好ましい。この圧入状態を維持したまま鋳造品２５をさらに冷却する。突起１９の高さを調整することで、鋳型１０の第２面１２ｂ側に対するインサート１６の頭部の飛び出しの高さ又は引っ込みの深さを任意のものとすることができる。好ましい態様において圧入完了時の鋳型１０の第２面１２ｂとインサート１６の頭部の端面の高さを揃える。

【0077】

＜変形例：インサートの形状のバリエーション＞

【0078】

図５にインサート９６（図１）やインサート１６（図２～４）のバリエーションの断面形状を示す。インサート２６ａ～２６ｇは図の下方に向かって進行することで金属成形品ＭＭに圧入される。便宜的に図の下方をインサートの頭部とし、図の上方をインサートの尾部とする。特に言及しない限りインサートの有するテーパーは尾部側から頭部側に向かって細くなる。

【0079】

図５に示すインサート２６ａ～２６ｇはテーパーを有する。これらのテーパーはもっぱら尾部側から頭部側に向かって細くなる。インサート２６ａは頭部にテーパーを有し、尾部に、テーパーの根元からつながる柱状面を有する。インサート２６ｂは頭部の端部から尾部の端部まで全てテーパーで形成されている。インサート２６ｃは頭部側で丸まったテーパーを有する。

【0080】

図５に示すインサート２６ｄは頭部にテーパーを有し、尾部にもテーパーを有する。ただし尾部のテーパーは圧入方向に逆らって細くなる。

【0081】

図５に示すインサート２６ｅは頭部に柱状面を有し、尾部にテーパーを有する。インサート２６ｆは頭部にテーパーを有し、尾部に柱状面を有する。柱状面の径はテーパーの根元の径よりも大きい。テーパーと柱状面とを接続するテーブル面をされに備える。インサート２６ｇは頭部に柱状面を有し、尾部にテーパーを有する。尾部のテーパーは頭部側にて丸まっている。

【0082】

図６に他のインサートの断面を示す。インサート３６ａ～３６ｃ及び３６ｅ～３６ｇはテーパーを有する。これらのテーパーはもっぱら尾部側から頭部側に向かって太くなる、いわゆる逆テーパーである。これらのインサートを頭部から金属成形品ＭＭの嵌合孔に圧入しても、逆テーパーの表面には締め付け圧力を生じない。したがってインサートと金属成形品ＭＭとの接合には、図１～５に示すようなテーパーを備えるインサートを用いることが好ましい。

【0083】

図６に示すインサート３６ｄは頭部に逆テーパーを有し、尾部にも逆テーパーを有するくびれ型である。ただし尾部の逆テーパーは圧入方向に沿って細くなる。したがって一見するとインサートを嵌合孔に圧入することで、尾部のテーパーに締め付け圧力がかかることが予想される。しかしながら本例では頭部の逆テーパーと嵌合孔の表面との間にポケットが形成されるため、フレッティング破壊が助長される可能性がある。したがって図１～５に示すように、テーパーの先端より先にアンダーカットは形成されないことが好ましい。

【0084】

＜変形例：圧入後のインサートの位置のバリエーション＞

【0085】

図７に圧入後のインサートの位置のバリエーションを断面視したものを示す。金属成形品ＭＭは貫通している嵌合孔を有する。嵌合孔は逆テーパーを有する。嵌合孔の逆テーパーの太い側の表面を第１面とする。逆テーパーの細い側の表面を第２面とする。

【0086】

図７に示すようにインサート２７ａの尾部の端面と金属成形品ＭＭの第１面とは高さが揃っている。またインサート２７ａの頭部の端面と金属成形品ＭＭの第２面とは高さが揃っている。インサート２７ｂの尾部は金属成形品ＭＭの第１面から飛び出ている。またインサート２７ｂの頭部の端面と金属成形品ＭＭの第２面とは高さが揃っている。インサート２７ｃの尾部は金属成形品ＭＭの第１面から飛び出ており、またインサート２７ｃの頭部は第２面から飛び出ている。インサート２７ｄの尾部の端面は金属成形品ＭＭの第１面よりも低いが、インサート２７ｃの頭部は第２面から飛び出ている。インサート２７ｅの尾部の端面は金属成形品ＭＭの第１面よりも低く、またインサート２７ｅの頭部の端面は金属成形品ＭＭの第２面よりも低い。

【0087】

本実施形態では金属成形品に対するインサートの位置を所望のものとすることができる。所望の位置はインサートの高さ、後退ピンの突起の高さ、及び圧入の深さを調整することで得られる。これらの調整により、インサートの端面と金属成形品の表面との間の段差を小さくすることができる。

【0088】

＜後退ピンの突起の形状のバリエーション＞

【0089】

図８は後退ピンの頂面の突起のバリエーションの断面の形状を示す。図２に示す後退ピン１５ｂと同様に、図８に示す後退ピン２８ａ～２８ｄも下型１１ｂの開口を塞いでいる。

【0090】

図８に示す後退ピン２８ａはテーパー形状の突起２９ａを有する。後退ピン２８ｂは丸まったテーパー形状の突起２９ｂを有する。後退ピン２８ｃは柱状の突起２９ｃを有する。これらの突起を備える後退ピンは半冷却状態の鋳造品２５から容易に脱離する。後退ピン２８ｄは逆テーパー形状の突起２９ｄを有する。突起２９ｄは鋳造品２５に対してアンダーカット形状となるため、後退ピン２８ｄは半冷却状態の鋳造品２５から脱離しにくい。

【符号の説明】

【0091】

１０ 鋳型、 １１ａ 上型、 １１ｂ 下型、 １２ａ 第１面、 １２ｂ 第２面、 １３ 空洞、 １４ａ 第１開口、 １４ｂ 第２開口、 １５ａ 前進ピン、 １５ｂ 後退ピン、 １６ インサート、 １７ テーパー、 １８ａ－ｂ 柱状面、 １９ 突起、 ２０ 溶湯、 ２２ 嵌合孔、 ２３ 空間、 ２４ 鍛流線、 ２５ 鋳造品、 ２６ａ－ｇ インサート、 ２７ａ－ｅ インサート、 ２８ａ－ｄ 後退ピン、 ２９ａ－ｄ 突起、 ３６ａ－ｇ インサート、 ９１ 型、 ９２ 嵌合孔、 ９４ 鍛流線、 ９６ インサート、 ９７ テーパー、 ＭＭ 金属成形品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】