JP2020001078A - 接合装置及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１金属部材と第２金属部材を良好に接合可能な接合装置及び接合方法を提供する。【解決手段】接合装置１０は、第１金属部材１４の受圧面４６に接触する当接面７８が設けられた通電加圧ヘッド６２を備え、通電加圧ヘッド６２を用いた通電及び加圧により第１金属部材１４と第２金属部材１８とを接合し、受圧面４６に対して接合界面３０が傾斜する接合体２０を得る。当接面７８は、第１金属部材１４に通電可能な電極部８２と、絶縁材料からなる絶縁部８０とを有する。受圧面４６のうち、少なくとも接合界面３０との距離が最も短くなる最短部分４６ａは、電極部８２と非接触の電極非接触部８３となり、絶縁部８０は、電極非接触部８３の少なくとも一部に接触する。【選択図】図９

Description

本発明は、通電及び加圧により第１金属部材と第２金属部材とを接合する接合装置及び接合方法に関する。

例えば、特許文献１には、２つの電極の間で通電及び加圧を行って第１金属部材と第２金属部材を接合する際、第１金属部材の受圧面に一方の電極の当接面を接触させる接合装置が開示されている。この接合装置により最終的に得られる接合体では、第１金属部材と第２金属部材との接合界面の面方向が、第１金属部材の受圧面の面方向に対して傾斜する。

特開平１１−９０６２１号公報

上記のように受圧面に対して接合界面が傾斜すると、接合界面と受圧面との距離が、接合界面の部分ごとに異なる長さとなる。接合界面のうち、受圧面との距離が他の部分よりも短くなる部分では、通電抵抗が小さくなるため、大電流が流れて発熱量が大きくなり易い。これにより接合界面の発熱量にばらつきが生じると、第１金属部材と第２金属部材とを良好に接合することが困難になる場合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、第１金属部材と第２金属部材を良好に接合可能な接合装置及び接合方法を提供する。

本発明の第１の態様は、第１金属部材の受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを備え、前記通電加圧ヘッドを用いた通電及び加圧により前記第１金属部材と第２金属部材とを接合し、前記受圧面に対して接合界面が傾斜する接合体を得る接合装置であって、前記当接面は、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とを有し、前記受圧面は前記電極部と接触しない電極非接触部を有し、前記電極非接触部は、前記受圧面と前記接合界面との距離が最も短くなる最短部分を包含し、前記絶縁部は、前記電極非接触部の少なくとも一部に接触する。

本発明の第２の態様は、受圧面と前記受圧面に対して傾斜する接合面とが設けられた第１金属部材を、通電及び加圧により第２金属部材に接合する接合装置であって、前記受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを備え、前記当接面は、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とを有し、前記受圧面のうち前記絶縁部が当接する部位と前記接合面との最短距離が、前記受圧面のうち前記電極部が当接する部位と前記接合面との最短距離よりも短くなるように、前記絶縁部が配設されている。

本発明の第３の態様は、第１金属部材の受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを用いた通電及び加圧により、第１金属部材と第２金属部材とを接合し、前記受圧面に対して接合界面が傾斜する接合体を得る接合方法であって、前記当接面には、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とが設けられ、前記受圧面に前記当接面を接触させる接触工程と、前記受圧面に直交する加圧方向に加圧力を付与するとともに、前記通電加圧ヘッドを介して通電を行うことで、前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合して前記接合界面を形成する接合工程と、を有し、前記受圧面のうち、前記接合界面との距離が最も短くなる最短部分を少なくとも包含する部分が、前記電極部と非接触の電極非接触部となり、且つ前記電極非接触部の少なくとも一部に前記絶縁部が接触するように、前記接触工程で前記当接面を前記受圧面に接触させる。

本発明の接合装置及び接合方法によれば、通電加圧ヘッドの当接面の所定位置に絶縁部が設けられているため、接合界面のうち受圧面に最も近い部位である近接部位を、電極部から遠ざけることができる。このため、電極部から近接部位までの通電距離を長くすることができる。これによって、近接部位の発熱量が接合界面の他の部分よりも大きくなることを抑制できる。その結果、接合界面の発熱量にばらつきが生じることを抑制できるため、第１金属部材と第２金属部材とを良好に接合することができる。

また、第１金属部材の受圧面には、電極部だけでなく絶縁部も接触させて加圧力を付与することができるため、通電及び加圧時に、第１金属部材等に撓み等が生じることを抑制して、第１金属部材と第２金属部材とを良好に接合することが可能になる。

本発明の実施形態に係る接合装置の要部概略構成図である。 図１の接合装置を適用して接合することが可能なバルブシート素材（第１金属部材）及びシリンダヘッド本体（第２金属部材）の断面図である。 図２のバルブシート素材及びシリンダヘッド本体を接合した接合体を加工して得られるシリンダヘッドの要部拡大断面図である。 図１の接合装置の通電加圧ヘッドの要部概略断面図である。 図４の通電加圧ヘッドの下面図である。 本発明の実施形態に係る接合方法の一例を示すフローチャートである。 通電加圧ヘッドの当接面をバルブシート素材の受圧面に接触させ、且つバルブシート素材の第１接合面と、シリンダヘッド本体の第２接合面に設けられた凸部とを当接させた様子を説明する説明図である。 図７の凸部を溶融させて、バルブシート素材とシリンダヘッド本体を近接させた様子を説明する説明図である。 図８のバルブシート素材とシリンダヘッド本体をさらに近接させて、第１接合面と第２接合面との間に接合界面を形成した様子を説明する説明図である。

本発明に係る接合装置及び接合方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

以下では、図１に示す本実施形態に係る接合装置１０を適用して、最終的にバルブシート１２ａ（図３参照）に加工されるワーク（以下、「バルブシート素材１２」ともいう）である第１金属部材１４と、シリンダヘッド本体１６である第２金属部材１８とを接合して接合体２０（図９参照）を得る例について説明する。接合装置１０を用いて得られた接合体２０に対して、例えば、不図示の切削装置等を用いて機械加工等を施し、図３に示すように、バルブシート素材１２にバルブ当接面２２を形成することにより、バルブシート１２ａを有するシリンダヘッド２４が得られる。

しかしながら、接合装置１０を適用して接合することが可能な第１金属部材１４及び第２金属部材１８は、バルブシート素材１２及びシリンダヘッド本体１６に限定されるものではない。

先ず、図３を参照しつつ、シリンダヘッド２４について簡単に説明する。シリンダヘッド本体１６には、一端側（矢印Ｘ１側）が不図示の燃焼室に向かってそれぞれ開口するポート２６が形成されている。ポート２６の一端側（矢印Ｘ１側）の開口周縁部である挿入口２８に、円環状のバルブシート１２ａが挿入され、該バルブシート１２ａの外周面と挿入口２８の内周面とが接合界面３０を介して接合されている。具体的には、バルブシート１２ａの外周面に設けられた第１接合面３２と、挿入口２８の内周面に設けられた第２接合面３４とが接合界面３０を介して接合されている。

シリンダヘッド２４では、バルブシート１２ａに、燃焼室側に向かって拡径する方向に傾斜するバルブ当接面２２が設けられており、該バルブ当接面２２に対して、不図示のバルブが着座又は離間することにより、ポート２６が開閉可能となっている。つまり、シリンダヘッド２４では、シリンダヘッド本体１６のバルブが当接する位置にバルブシート１２ａが接合されている。

次に、図２、図７〜図９を参照しつつ、接合前の、換言すると、接合体２０（図９参照）となる前のバルブシート素材１２及びシリンダヘッド本体１６について説明する。図２に示すように、接合前のバルブシート素材１２では、バルブ当接面２２（図３参照）が形成されていない。また、接合前のシリンダヘッド本体１６では、第２接合面３４に凸部３６が設けられている。

なお、図２に示すように、挿入口２８に対して、バルブシート素材１２は、互いの軸方向（矢印Ｘ１Ｘ２方向）が一致し、且つ互いの径方向（矢印Ｙ方向）が平行となるように配置された状態で、該挿入口２８の軸方向の一端側（矢印Ｘ１側）から他端側（矢印Ｘ２側）に向かって挿入される。

以下では、バルブシート素材１２について、該バルブシート素材１２を挿入口２８に挿入する際の挿入方向の先端側（矢印Ｘ２側）を単に先端側ともいい、当該挿入方向とは逆の基端側（矢印Ｘ１側）を単に基端側ともいう。また、バルブシート素材１２及び挿入口２８の径方向（矢印Ｙ方向）の外側を単に外側ともいい、中心側を単に中心側ともいう。

バルブシート素材１２は、例えば、鋼材等の鉄系材料の焼結体からなる円環状である。なお、バルブシート素材１２は、さらに、銅系材料等の高電気伝導率材料を含んでいてもよい。図２に示すように、バルブシート素材１２の先端面３８は、面方向がバルブシート素材１２の径方向に沿う。

バルブシート素材１２の外周面には、互いに面方向が異なる第１テーパ状部４０と第２テーパ状部４２とが設けられる。第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２の各々は、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ状である。第１テーパ状部４０は、第２テーパ状部４２よりも先端側に配置され、第１テーパ状部４０の基端部と第２テーパ状部４２の先端部とが一致する。第１テーパ状部４０の先端部は、先端面３８の外側の端部と一致する。

図９に示すように、バルブシート素材１２では、第１テーパ状部４０の基端側の部分と、第２テーパ状部４２の先端側の部分とが第１接合面３２になる。図２に示すように、バルブシート素材１２の中心側には、軸方向に沿って貫通孔４４が設けられる。バルブシート素材１２の基端側の端面である受圧面４６は、その面方向が軸方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に直交する。

シリンダヘッド本体１６は、例えば、純アルミニウムや、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料からなる。図２に示すように、シリンダヘッド本体１６の挿入口２８の内周面には、円環状に突出する凸部３６と、テーパ面５０とが設けられている。バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６との接合時に、凸部３６がなくなり、代わりに第２接合面３４が形成される。第２接合面３４は、接合界面３０（図９参照）を形成した際に、バルブシート素材１２の第１接合面３２に沿う形状である。

テーパ面５０は、第２接合面３４の基端側（矢印Ｘ１方向側）の端部から、さらに基端側に向かって挿入口２８を拡径する方向に延在するテーパ状である。テーパ面５０と、バルブシート素材１２の第２テーパ状部４２は、例えば、互いのテーパ角度を略等しく、又はテーパ面５０の軸方向に対する傾斜角度をわずかに大きくすること等によって、テーパ面５０の中心側端部５０ａ（図７及び図８参照）と第２テーパ状部４２とが当接したときに、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とが所望の接合位置関係となるように各々の形状が設定されている。

図９に示すように、接合体２０では、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６が接合界面３０を介して接合され、且つバルブシート素材１２にバルブ当接面２２（図３参照）が設けられていない。すなわち、接合体２０のバルブシート素材１２では、その中心側の部分が切削除去されていない。この接合体２０では、バルブシート素材１２の受圧面４６の面方向に対して、接合界面３０の面方向が傾斜している。

具体的には、接合界面３０の外側の端部である外側端部３０ａが受圧面４６に最も近接し、接合界面３０の中心側の端部である内側端部３０ｂが受圧面４６から最も離間するように、受圧面４６に対して接合界面３０が傾斜している。このため、接合界面３０と受圧面４６との軸方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向、後述する加圧方向）に沿った距離は、外側端部３０ａで最短となり、且つ内側端部３０ｂで最長となる。換言すると、接合界面３０では、外側端部３０ａが最も受圧面４６に近接し、内側端部３０ｂが最も受圧面４６から離間する。

次に、図１、図４、図５を併せて参照しつつ、接合装置１０について説明する。図１に示す接合装置１０は、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを、軸方向を加圧方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）として加圧しつつ、通電を行って抵抗溶接することが可能であり、電極構造体６０と、通電加圧ヘッド６２と、加圧手段６４と、不図示の電源等とを主に備える。

電極構造体６０には、シリンダヘッド本体１６がセットされる。この際、電極構造体６０とシリンダヘッド本体１６とは接触して、電気的に接続された状態になる。電極構造体６０にセットされたシリンダヘッド本体１６は、挿入口２８が通電加圧ヘッド６２側に臨む。

図１に示すように、通電加圧ヘッド６２は、電極部材６６及び絶縁部材６８が一体化されて構成されている。電極部材６６は、略円柱状であり、軸方向の一端側（矢印Ｘ１側）がホルダ７０を介して加圧手段６４のピストンロッド７２に固定されている。

図４に示すように、電極部材６６の軸方方向の他端側（矢印Ｘ２側）の端面には、外周縁を周回するように円環状の切り欠き部７４が設けられ、且つ径方向の中心側に突出部７６が突設されている。切り欠き部７４に、絶縁材料からなる円環状の絶縁部材６８が挿入されることにより、電極部材６６と絶縁部材６８とが一体化されている。なお、電極部材６６と絶縁部材６８とは、嵌合によって一体化されてもよいし、接着剤等を用いた接着によって一体化されてもよい。

突出部７６は、バルブシート素材１２の貫通孔４４（図７等参照）に挿入可能な寸法に設定される。後述するように接合装置１０を用いた通電及び加圧時に、突出部７６がバルブシート素材１２の貫通孔４４に挿入されることで、通電加圧ヘッド６２とバルブシート素材１２とが位置決めされる。

通電加圧ヘッド６２では、軸方向の他端側の端面の、突出部７６を除く部分が、通電及び加圧時にバルブシート素材１２の受圧面４６に当接する当接面７８となる。当接面７８は、通電加圧ヘッド６２の軸方向に直交する平面である。この当接面７８では、絶縁部材６８の軸方向の他端側（矢印Ｘ２側）の端面が絶縁部８０となり、電極部材６６の軸方向の他端側の端面の突出部７６を除く部分が電極部８２となる。図９に示すように、切り欠き部７４は、受圧面４６のうち、接合界面３０との距離が最短となる箇所である最短部分４６ａを少なくとも含む面部分に臨むように形成されている。すなわち、受圧面４６のうち、切り欠き部７４が臨む面部分は、電極部８２と非接触である電極非接触部８３となる。

図４に示すように、絶縁部材６８の内周面６８ａは、切り欠き部７４の段差面７４ａに当接しており、電極部８２と絶縁部８０とは面一に形成されている。図５に示すように、絶縁部８０は、当接面７８の外周縁を周回して配設される円環状であり、電極部８２は、絶縁部８０と突出部７６との間に配設される円環状である。従って、絶縁部８０と電極部８２とにより構成される当接面７８は、円環状である。

図９に示すように、切り欠き部７４の内部に設けられる絶縁部８０は、受圧面４６の電極非接触部８３に当接するように当接面７８に配設される。従って、受圧面４６のうち絶縁部８０が当接する部位と接合界面３０との最短距離が、受圧面４６のうち電極部８２が当接する部位と接合界面３０との最短距離よりも短くなるように、絶縁部８０が配設されている。すなわち、電極部８２の絶縁部８０側の端部と、接合界面３０のうち受圧面４６に最も近い部位である接合界面３０の外側端部３０ａとの最短距離Ｌａが、外側端部３０ａと受圧面４６との間の最短距離Ｌよりも長くなるように、絶縁部８０が配設されている。また、受圧面４６の電極非接触部８３と、電極部８２に接触する部分との境界８４（電極部８２の絶縁部８０側の端部）は、接合界面３０の外側端部３０ａまでの最短距離Ｌａと、内側端部３０ｂまでの最短距離Ｌｂとが略等しくなるように、当接面７８に配設される。

図１に示すように、加圧手段６４は、例えば、油圧シリンダやエアシリンダ等からなる加圧シリンダ８６を有する。加圧シリンダ８６の一端側（矢印Ｘ１側）は、支持部８８に固定され、加圧シリンダ８６の他端側（矢印Ｘ２側）には、加圧方向に進退可能なピストンロッド７２が設けられる。ピストンロッド７２の他端側には、ホルダ７０を介して通電加圧ヘッド６２が固定されている。

このため、加圧手段６４では、ピストンロッド７２を進出させることで、加圧方向に沿って通電加圧ヘッド６２と電極構造体６０とを相対的に接近させることができる。これによって、通電加圧ヘッド６２の当接面７８と電極構造体６０との間にセットされたバルブシート素材１２及びシリンダヘッド本体１６に加圧力が付与される。

電源は、通電加圧ヘッド６２の電極部材６６と、電極構造体６０とに電気的に接続される。電源をオンにすることで、電極部８２と電極構造体６０との間に通電を行うことができる。これによって、電極部８２に接触する受圧面４６を介してバルブシート素材１２からシリンダヘッド本体１６へと電流が流れる。

次に、図１、図６〜図９を主に参照しつつ、接合装置１０を用いてバルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを接合する接合方法について説明する。

図６に示すように、この接合方法は、接触工程と、接合工程とを有する。接触工程では、図７に示すように、バルブシート素材１２の貫通孔４４に、通電加圧ヘッド６２の突出部７６を挿入するとともに、受圧面４６に当接面７８を接触させる。当接面７８には、上記のように絶縁部８０及び電極部８２が配設されている。このため、受圧面４６のうち、電極非接触部８３に絶縁部８０が接触する。また、図１に示すように、電極構造体６０にシリンダヘッド本体１６をセットして互いを接触させる。

電極構造体６０と通電加圧ヘッド６２の当接面７８との間において、図７に示すように、シリンダヘッド本体１６のテーパ面５０と、バルブシート素材１２の第２テーパ状部４２とは互いに間隔をおいて対向し、且つ凸部３６の頂点が第１テーパ状部４０（第１接合面３２）に当接する。なお、接触工程は、第１テーパ状部４０と凸部３６とを当接させる前に行ってもよいし、第１テーパ状部４０と凸部３６とを当接させた状態で行ってもよい。

次に、接合工程では、図１に示す加圧手段６４の作用下に当接面７８と電極構造体６０とを相対的に接近させて、図７等に示す受圧面４６に直交する加圧方向に加圧力を付与する。また、接合工程では、電源をオンにして電極部８２（図７参照）と電極構造体６０（図１参照）の間に通電を行う。

これによって、抵抗溶接を開始すると、図８に示すように、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６との接触部が、接触抵抗に基づいて発熱し、凸部３６が溶融し始める。溶融した凸部３６を、第１接合面３２と第２接合面３４との間から排出しながら、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを近接させると、図８に示すように、溶融した凸部３６と、第１接合面３２との接触面積が増大していく。

そして、凸部３６の略全体が溶融すると、図９に示すように、第１接合面３２と第２接合面３４との間に接合界面３０が形成されるとともに、第２テーパ状部４２の第１接合面３２よりも一端側と、テーパ面５０の中心側端部５０ａ（図８参照）とが当接する。このように第２テーパ状部４２の第１接合面３２よりも一端側と中心側端部５０ａとが接触する直前、又は接触と同時のタイミングで通電を停止して、抵抗溶接を終える。その結果、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを所望の位置関係で接合して接合体２０を得ることができる。

次に、本実施形態に係る接合装置１０及び接合方法の作用効果を説明する。この接合装置１０及び接合方法では、受圧面４６の少なくとも最短部分４６ａを含む箇所を、電極部８２に接触しない電極非接触部８３とすることで、接合界面３０のうち受圧面４６に最も近い近接部位である外側端部３０ａを電極部８２から遠ざけることができる。これによって、電極部８２から外側端部３０ａまでの通電距離を長くすることができるため、外側端部３０ａの発熱量が接合界面３０の他の部位よりも大きくなることを抑制できる。その結果、接合界面３０の発熱量にばらつきが生じることを抑制できるため、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを良好に接合することが可能になる。

また、上記のように接合界面３０の発熱量のばらつきを抑制するべく、受圧面４６に電極非接触部８３を設けても、該電極非接触部８３には、絶縁部８０を接触させて加圧力を付与することができる。これによって、当接面７８から受圧面４６に付与される加圧力に偏りが生じることを抑制できる。さらに、受圧面４６が加圧方向に直交することで、効果的に且つ安定して加圧力を付与することができる。これらによっても、通電及び加圧時に、バルブシート素材１２等に撓み等が生じることを抑制して、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを良好に接合することが可能になる。

上記の実施形態に係る接合装置１０では、第１金属部材１４（バルブシート素材１２）は、軸方向に沿って貫通孔４４が設けられ、且つ受圧面４６を軸方向の一端面とする円環状である。バルブシート素材１２の外周面には、軸方向の受圧面４６側から他端面（先端面３８）側に向かって縮径するテーパ状部（第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２）が設けられている。第２金属部材１８（シリンダヘッド本体１６）は、バルブシート素材１２が軸方向に沿って挿入される挿入口２８を有する。接合界面３０は、バルブシート素材１２の第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２を含む外周面と、シリンダヘッド本体１６の挿入口２８の内周面との間に設けられる。絶縁部８０は、当接面７８の外周縁を周回して配設される円環状である。

また、上記の実施形態に係る接合方法では、第１金属部材１４（バルブシート素材１２）は、軸方向に沿って貫通孔４４が設けられ、且つ受圧面４６を軸方向の一端面とする円環状である。バルブシート素材１２の外周面には、軸方向の受圧面４６側から他端面（先端面３８）側に向かって縮径するテーパ状部（第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２）が設けられる。第２金属部材１８（シリンダヘッド本体１６）は、バルブシート素材１２が軸方向に沿って挿入される挿入口２８を有する。接触工程では、当接面７８の外周縁部を周回して配設された円環状の絶縁部８０を、電極非接触部８３に接触させる。接合工程では、バルブシート素材１２の第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２を含む外周面と、シリンダヘッド本体１６の挿入口２８の内周面との間に接合界面３０を形成する。

接合装置１０及び接合装置１０を用いた接合方法は、上記のように、バルブシート素材１２の第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２を含む外周面と、シリンダヘッド本体１６の挿入口２８の内周面との間に接合界面３０を形成して接合体２０を得る場合に、特に好適に適用することが可能である。

すなわち、図５に示すように、当接面７８に、該当接面７８の外周縁を周回する円環状である絶縁部８０を設けることで、図９に示すように、受圧面４６の最短部分４６ａを少なくとも含む部分に絶縁部８０を容易に接触させることができる。これによって、通電及び加圧時に、接合界面３０の発熱量にばらつきが生じることや、バルブシート素材１２等に撓み等が生じることを抑制して、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを良好に接合することができる。

通電加圧ヘッド６２は、電極部８２が設けられた電極部材６６と、一端面に絶縁部８０が設けられた円環状の絶縁部材６８とを有する。通電加圧ヘッド６２の当接面７８が設けられた側の端部において、電極部材６６の外周縁には円環状の切り欠き部７４が設けられ、当該切り欠き部７４に、絶縁部材６８が配置されている。この構成により、通電加圧ヘッド６２の組立時に、絶縁部８０を所望位置に正確且つ簡単に配置することができる。

絶縁部材６８の内周面６８ａは、切り欠き部７４の段差面７４ａに当接しており、電極部８２と絶縁部８０とは面一に形成されている。すなわち、絶縁部８０が、電極非接触部８３の全体に接触する。この構成により、受圧面４６に対する当接面７８の当接面積をより広くすることができるため、一層効果的に加圧力を付与することができる。

上記の実施形態に係る接合装置１０では、接合界面３０と受圧面４６との距離は、第１金属部材１４（バルブシート素材１２）の径方向で外側に配置される接合界面３０の外側端部３０ａで最短となり、且つ径方向で中心側に配置される接合界面３０の内側端部３０ｂで最長となる。受圧面４６のうち電極非接触部８３と、電極部８２に接触する部分との境界、換言すると、当接面７８の境界８４が接触する部位は、外側端部３０ａまでの最短距離Ｌａと、内側端部３０ｂまでの最短距離Ｌｂとが略等しくなるように配設されている。

上記の実施形態に係る接合方法において、接合界面３０と受圧面４６との加圧方向に沿った距離は、第１金属部材１４（バルブシート素材１２）の径方向で外側に配置される接合界面３０の外側端部３０ａで最短となり、且つ径方向で中心側に配置される接合界面３０の内側端部３０ｂで最長となる。接触工程では、境界８４から外側端部３０ａまでの最短距離Ｌａと、境界８４から内側端部３０ｂまでの最短距離Ｌｂとが略等しくなるように受圧面４６に当接面７８を接触させる。

境界８４を上記のように配設することで、接合界面３０の全体で通電距離の均等化を図ることが可能になるため、接合界面３０の発熱量にばらつきが生じることをより効果的に抑制することができる。その結果、バルブシート素材１２とシリンダヘッド本体１６とを一層良好に接合することができる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、絶縁部８０は、円環状に限定されるものではなく、受圧面４６の電極非接触部８３の少なくとも一部に接触可能な形状であればよい。また、バルブシート素材１２の外周面の形状は上記の実施形態に限定されるものではない。互いに面方向が異なる２個の第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２に代えて１個のテーパ状部が設けられていてもよいし、３個以上のテーパ状部が設けられていてもよい。また、第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２に代えて円弧部が設けられていてもよい。

上記の実施形態では、接合界面３０と受圧面４６との距離が外側端部３０ａで最短となり、内側端部３０ｂで最長となることとしたが特にこれに限定されるものではない。例えば、接合界面３０と受圧面４６との距離が外側端部３０ａで最長となり、内側端部３０ｂで最短となるようにしてもよい。この場合、当接面７８に対して、外周縁を周回するように電極部８２を配設し、且つ電極部８２の中心側に絶縁部８０を配置することで、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

接合界面３０は、バルブシート素材１２の第１テーパ状部４０及び第２テーパ状部４２を含む外周面と、シリンダヘッド本体１６の挿入口２８の内周面との間に設けられることとした。すなわち、接合界面３０が、円錐台の外周面に対応する形状であることとした。しかしながら、接合界面３０の形状は、特にこれに限定されるものではない。受圧面４６の面方向に対して傾斜する部分を有する接合界面３０を介して第１金属部材１４と第２金属部材１８を接合する場合に、本発明に係る接合装置及び接合方法を適用して、上記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０…接合装置 １２…バルブシート素材
１４…第１金属部材 １６…シリンダヘッド本体
１８…第２金属部材 ２０…接合体
２８…挿入口 ３０…接合界面
３０ａ…外側端部 ３０ｂ…内側端部
４０…第１テーパ状部 ４２…第２テーパ状部
４４…貫通孔 ４６…受圧面
４６ａ…最短部分 ６０…電極構造体
６２…通電加圧ヘッド ６４…加圧手段
７８…当接面 ８０…絶縁部
８２…電極部 ８３…電極非接触部
８４…境界 Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ…最短距離

Claims (11)

1. 第１金属部材の受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを備え、前記通電加圧ヘッドを用いた通電及び加圧により前記第１金属部材と第２金属部材とを接合し、前記受圧面に対して接合界面が傾斜する接合体を得る接合装置であって、
   前記当接面は、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とを有し、
   前記受圧面は前記電極部と接触しない電極非接触部を有し、前記電極非接触部は、前記受圧面と前記接合界面との距離が最も短くなる最短部分を包含し、
   前記絶縁部は、前記電極非接触部の少なくとも一部に接触する、接合装置。
2. 請求項１記載の接合装置において、
   前記電極部の前記絶縁部側の端部と、前記接合界面のうち前記受圧面に最も近い近接部位との距離が、前記近接部位と前記受圧面との間の最短距離よりも長くなるように、前記絶縁部が配設されている、接合装置。
3. 請求項１又は２記載の接合装置において、
   前記絶縁部は、前記電極非接触部の全体に接触する、接合装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の接合装置において、
   前記第１金属部材は、軸方向に沿って貫通孔が設けられ、且つ前記受圧面を前記軸方向の一端面とする円環状であり、前記第１金属部材の外周面には、前記軸方向の前記受圧面側から他端面側に向かって縮径するテーパ状部が設けられ、
   前記第２金属部材は、前記第１金属部材が前記軸方向に沿って挿入される挿入口を有し、
   前記接合界面は、前記第１金属部材の前記テーパ状部を含む外周面と、前記第２金属部材の前記挿入口の内周面との間に設けられ、
   前記絶縁部は、前記当接面の外周縁を周回して配設される円環状である、接合装置。
5. 請求項４記載の接合装置において、
   前記通電加圧ヘッドは、前記電極部が設けられた電極部材と、一端面に前記絶縁部が設けられた円環状の絶縁部材とを有し、
   前記通電加圧ヘッドの前記当接面が設けられた側の端部において、前記電極部材の外周縁には円環状の切り欠き部が設けられ、
   前記切り欠き部に、前記絶縁部材が配置されている、接合装置。
6. 請求項５記載の接合装置において、
   前記絶縁部材の内周面は、前記切り欠き部の段差面に当接しており、
   前記電極部と前記絶縁部とは面一に形成されている、接合装置。
7. 請求項４〜６の何れか１項に記載の接合装置において、
   前記接合界面と前記受圧面との距離は、前記第１金属部材の径方向で外側に配置される前記接合界面の外側端部で最短となり、且つ前記径方向で中心側に配置される前記接合界面の内側端部で最長となり、
   前記受圧面のうち前記電極非接触部と、前記電極部に接触する部分との境界は、前記外側端部までの最短距離と、前記内側端部までの最短距離とが略等しくなるように配設されている、接合装置。
8. 受圧面と前記受圧面に対して傾斜する接合面とが設けられた第１金属部材を、通電及び加圧により第２金属部材に接合する接合装置であって、
   前記受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを備え、
   前記当接面は、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とを有し、
   前記受圧面のうち前記絶縁部が当接する部位と前記接合面との最短距離が、前記受圧面のうち前記電極部が当接する部位と前記接合面との最短距離よりも短くなるように、前記絶縁部が配設されている、接合装置。
9. 第１金属部材の受圧面に接触する当接面が設けられた通電加圧ヘッドを用いた通電及び加圧により、第１金属部材と第２金属部材とを接合し、前記受圧面に対して接合界面が傾斜する接合体を得る接合方法であって、
   前記当接面には、前記第１金属部材に通電可能な電極部と、絶縁材料からなる絶縁部とが設けられ、
   前記受圧面に前記当接面を接触させる接触工程と、
   前記受圧面に直交する加圧方向に加圧力を付与するとともに、前記通電加圧ヘッドを介して通電を行うことで、前記第１金属部材及び前記第２金属部材を接合して前記接合界面を形成する接合工程と、
   を有し、
   前記受圧面のうち、前記接合界面との距離が最も短くなる最短部分を少なくとも包含する部分が、前記電極部と非接触の電極非接触部となり、且つ前記電極非接触部の少なくとも一部に前記絶縁部が接触するように、前記接触工程で前記当接面を前記受圧面に接触させる、接合方法。
10. 請求項９記載の接合方法において、
    前記第１金属部材は、軸方向に沿って貫通孔が設けられ、且つ前記受圧面を前記軸方向の一端面とする円環状であり、前記第１金属部材の外周面には、前記軸方向の前記受圧面側から他端面側に向かって縮径するテーパ状部が設けられ、
    前記第２金属部材は、前記第１金属部材が前記軸方向に沿って挿入される挿入口を有し、
    前記接触工程では、前記当接面の外周縁部を周回して配設された円環状の絶縁部を、前記電極非接触部の少なくとも一部に接触させ、
    前記接合工程では、前記第１金属部材の前記テーパ状部を含む外周面と、前記第２金属部材の前記挿入口の内周面との間に前記接合界面を形成する、接合方法。
11. 請求項１０記載の接合方法において、
    前記接合界面と前記受圧面との距離は、前記第１金属部材の径方向で外側に配置される前記接合界面の外側端部で最短となり、且つ前記径方向で中心側に配置される前記接合界面の内側端部で最長となり、
    前記接触工程では、前記受圧面のうち前記電極非接触部と、前記電極部に接触する部分との境界から前記外側端部までの最短距離と、前記境界から前記内側端部までの最短距離とが略等しくなるように前記受圧面に前記当接面を接触させる、接合方法。

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