JP2020189334A - Joint member manufacturing device and joint member manufacturing method - Google Patents
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本発明は接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関し、特に接合の精度を維持しつつ接合対象の部材に不具合が生じることを抑制する接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a joining member manufacturing apparatus and a manufacturing method of a joining member, and more particularly to a joining member manufacturing apparatus and a joining member manufacturing method for suppressing a defect in a member to be joined while maintaining the accuracy of joining.
例えば自動車のクラッチ部品のような、ドラム等の環状(リング状)の部材の中央空間に、シャフト等の棒状の部材を嵌め込んだ部品を製造する際の手法として、環状の金属部品と棒状の金属部品とを、わずかにオーバーラップさせた状態で加圧しながら電流を流して、ジュール熱によって部材を軟化させて接合を達成する、リングマッシュ(登録商標)の接合方法がある(例えば、特許文献1参照。)。かかる接合方法を実行する際に、接合対象部材が、浸炭焼き入れ鋼等の高炭素鋼を含む場合、電流が流れる部分及びその周辺部分の小さい領域が急激に加熱され、その後に自然状態で急冷されると、接合部分の硬度が増大し、機械的強度の低下やクラックを引き起こす要因となるため、2回通電による焼き戻しを行うことで、硬度を低下させる技術がある(例えば、特許文献2参照。)。 For example, as a method for manufacturing a part in which a rod-shaped member such as a shaft is fitted in a central space of an annular (ring-shaped) member such as a drum such as a clutch part of an automobile, an annular metal part and a rod-shaped member are used. There is a ring mash (registered trademark) joining method in which a metal part is slightly overlapped and a current is applied while pressurizing the member, and the member is softened by Joule heat to achieve the joining (for example, Patent Document). See 1.). When performing such a joining method, when the member to be joined contains high carbon steel such as charcoal-hardened steel, a small region of a portion through which current flows and a peripheral portion thereof is rapidly heated, and then rapidly cooled in a natural state. If this is done, the hardness of the joint portion will increase, which will cause a decrease in mechanical strength and cracks. Therefore, there is a technique for reducing the hardness by tempering by energizing twice (for example, Patent Document 2). reference.).
リングマッシュ(登録商標)の接合方法を行う際、接合後の部品の高さ寸法精度の向上を図るために、目標の深さまで部材が嵌め込まれたときに嵌め込みが止まるようにするストッパを用いるのが好適である。しかしながら、寸法精度の向上のために、変形しにくい金属材料でストッパを構成した場合、焼き戻しのための電流が接合対象部材とストッパとに分流してしまい、十分な焼き戻し効果を得ることができず、さらに、電極に接触する接合対象部材の面に荒れや破損が生じる場合があり得る。 When performing the ring mash (registered trademark) joining method, in order to improve the height and dimensional accuracy of the parts after joining, a stopper is used to stop the fitting when the member is fitted to the target depth. Is preferable. However, when the stopper is made of a metal material that is not easily deformed in order to improve the dimensional accuracy, the current for tempering is diverted between the member to be joined and the stopper, and a sufficient tempering effect can be obtained. In addition, the surface of the member to be joined that comes into contact with the electrode may be roughened or damaged.
本発明は上述の課題に鑑み、接合の精度を維持しつつ接合対象の部材に不具合が生じることを抑制する接合部材製造装置及び接合部材の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a joining member manufacturing apparatus and a joining member manufacturing method that suppress the occurrence of defects in the members to be joined while maintaining the accuracy of joining.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、金属材料で形成された第1の部材Eと、金属材料で形成された第2の部材Dと、を接合した接合部材C(例えば図2(C)参照)を製造する装置であって;第1の部材Eに接触させる第1の電極11と;第2の部材Dに接触させる第2の電極12であって、第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に第1の電極11との間に第1の部材E及び第2の部材Dを挟むように第1の電極11に対向して配置された第2の電極12と;第1の部材E及び第2の部材Dを介して第1の電極11と第2の電極12との間に流す電流を発生させる電流発生器15と;第1の電極11と第2の電極12との距離を近づけるように第1の電極11及び第2の電極12の少なくとも一方を移動させる移動装置16と;第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に、第1の部材Eが接触した第1の電極11と、第2の電極12に接触した第2の部材D又は第2の部材Dが接触した第2の電極12(例えば図5参照)と、の間に配置されるストッパ13とを備え;ストッパ13は、第1の部材Eと第2の部材Dとが所定の態様で接合されたときに、第1の電極11と、第2の部材D又は第2の電極12と、に接しているように形成され、かつ、絶縁部分13sを有すると共に、所定のヤング率を有する材料で形成されており;所定のヤング率は、接合された第1の部材Eと第2の部材Dとを介して第1の電極11と第2の電極12との間に電流を流す際に、第1の電極11に接する部分の第1の部材Eの応力の増加率及び第2の電極12に接する部分の第2の部材Dの応力の増加率のうちの小さい方よりも、第1の電極11に接する部分のストッパ13の応力の増加率及び第2の部材D又は第2の電極12に接する部分のストッパ13の応力の増加率が小さくなるヤング率である。
In order to achieve the above object, the joining member manufacturing apparatus according to the first aspect of the present invention is formed of the first member E made of a metal material and the metal material, for example, as shown in FIG. An apparatus for manufacturing a joining member C (see, for example, FIG. 2C) in which a second member D is joined; with a
このように構成すると、絶縁部分を有するストッパを備えることで第1の電極からストッパを介して第2の電極に電流が流れることを防ぎながら接合の精度を維持しつつ、ストッパが所定のヤング率を有するので、第1の電極によって第1の部材を加圧したときの接触部分の応力の変化率を、第1の電極とストッパとの接触部分の応力の変化率よりも大きくすることができて、第1の電極が接する第1の部材の面が荒れることを抑制することができる。なお、第1の部材、第2の部材というとき、各部材は複数の構成部材からなる合成部材であってもよい。合成部材のヤング率は合成ヤング率と呼ぶこととする。荒れを抑制したい面に関する合成ヤング率は、その面の法線方向(典型的には面の移動方向)に力をかけたときに生じるその面の法線方向の変位を当該変位の方向の合成部材の長さで除した(見かけ上の)ひずみと前記構成部材の法線方向の応力との比例定数である。合成ヤング率は、各構成部材のヤング率、断面積、長さに基づいて算定することができる。合成ヤング率の算定の際は、第1の電極及び/又は第2の電極も構成部材の一つとなり得る。合成ヤング率は、荒れを抑制したい面(電極と接触する面)をもつ構成部材のヤング率とは、通常は異なる値となる場合が多い。他方の部材(ストッパ)が合成部材であるときは、比較の対象となる面について、合成ヤング率は同様に定義される。 With this configuration, by providing a stopper having an insulating portion, the stopper has a predetermined Young's modulus while maintaining the joining accuracy while preventing current from flowing from the first electrode to the second electrode via the stopper. Therefore, the rate of change in stress at the contact portion when the first member is pressurized by the first electrode can be made larger than the rate of change in stress at the contact portion between the first electrode and the stopper. Therefore, it is possible to prevent the surface of the first member in contact with the first electrode from becoming rough. When referring to the first member and the second member, each member may be a synthetic member composed of a plurality of constituent members. The Young's modulus of the synthetic member is referred to as the Young's modulus. The synthetic Young's ratio for a surface for which roughness is desired to be suppressed is a combination of the displacement in the normal direction of the surface that occurs when a force is applied in the normal direction of the surface (typically, the direction of movement of the surface). It is a proportional constant between the (apparent) strain divided by the length of the member and the stress in the normal direction of the constituent member. The synthetic Young's modulus can be calculated based on the Young's modulus, cross-sectional area, and length of each component. When calculating the synthetic Young's modulus, the first electrode and / or the second electrode can also be one of the constituent members. The synthetic Young's modulus is usually different from the Young's modulus of a component having a surface (surface in contact with an electrode) for which roughness is desired to be suppressed. When the other member (stopper) is a synthetic member, the synthetic Young's modulus is similarly defined for the surface to be compared.
また、本発明の第2の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様に係る接合部材製造装置1において、所定のヤング率は、移動装置16によって第1の電極11及び第2の電極12の少なくとも一方が移動する方向におけるストッパ13の長さの範囲において、第1の電極11、第1の部材E、第2の部材D、及び第2の電極12のうちストッパ13の長さの範囲に存在するものの合成ヤング率よりも小さなヤング率である。
Further, the joining member manufacturing apparatus according to the second aspect of the present invention shows, for example, with reference to FIG. 1, in the joining
このように構成すると、ストッパの長さを基準として、この範囲にある両部材及び両電極とストッパとに同じひずみが生じたときに、ストッパの応力の増加率を小さくすることができる。 With this configuration, the rate of increase in stress of the stopper can be reduced when the same strain occurs in both members and both electrodes and the stopper in this range with reference to the length of the stopper.
また、本発明の第3の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第2の態様に係る接合部材製造装置1において、所定のヤング率は、合成ヤング率に対する比が、0.1〜0.8となる値である。
Further, as shown in the joining member manufacturing apparatus according to the third aspect of the present invention with reference to FIG. 1, for example, in the joining
このように構成すると、第1の電極と第1の部材とが接する部分にかかる力を確保することができ、第1の電極が接する第1の部材の面が荒れることを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to secure the force applied to the portion where the first electrode and the first member are in contact with each other, and it is possible to prevent the surface of the first member in contact with the first electrode from being roughened. ..
また、本発明の第4の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る接合部材製造装置1において、ストッパ13の主要部13pのヤング率が、20GPa〜90GPaである。
Further, the joining member manufacturing apparatus according to the fourth aspect of the present invention is, for example, as shown with reference to FIG. 1, the joining member according to any one of the first to third aspects of the present invention. In the
このように構成すると、ストッパとして機能する剛性を確保しつつ、第1の電極に接する部分の第1の部材の面が荒れることを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to prevent the surface of the first member in contact with the first electrode from becoming rough while ensuring the rigidity that functions as a stopper.
また、本発明の第5の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図1及び図3を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第4の態様のいずれか1つの態様に係る接合部材製造装置1を用いて接合部材C(例えば図2(C)参照)を製造する方法であって;第1の部材Eと第2の部材Dとを接触させ、第1の部材Eが接触した第1の電極11と第2の部材Dが接触した第2の電極12とを近づけるようにして第1の電極11が第1の部材E及びストッパ13を加圧する加圧工程(S4)と;加圧工程(S4)中に、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して1次電流を流す1次通電工程(S5)と;1次通電工程(S5)の後、加圧を維持しながら、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して2次電流を流す2次通電工程(S6)とを備える。
Further, the method for manufacturing the joining member according to the fifth aspect of the present invention is shown by referring to, for example, FIGS. 1 and 3, any one of the first to fourth aspects of the present invention. A method of manufacturing a joining member C (see, for example, FIG. 2C) using the joining
このように構成すると、接合の精度を有しつつ第1の部材の面荒れを抑制した接合部材を得ることができる。 With this configuration, it is possible to obtain a joined member that has the accuracy of joining and suppresses surface roughness of the first member.
なお、例えば図1及び図3を参照して示すと、上記本発明の第1の態様乃至第4の態様のいずれか1つの態様に係る接合部材製造装置1あるいは上記本発明の第5の態様に係る接合部材の製造方法において、ストッパ13が第1の電極11と第2の部材D又は第2の電極12とに接触した状態で、第1の電極11が第1の部材Eを第1の所定の圧力で加圧(S4)しながら第1の電極11と第2の電極12との間に1次電流を流し(S5)た後、第1の部材に対する加圧力が不足することに起因する第1の部材の面が荒れることを抑制するために加圧を第1の所定の圧力よりも高い第2の所定の圧力に上昇させてから第1の電極11と第2の電極12との間に2次電流を流す(S6)ように、電流発生器15及び移動装置16を制御する制御装置50を備えることとしてもよい。
For example, with reference to FIGS. 1 and 3, the joining
上記目的を達成するために、本発明の第6の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図1及び図3を参照して示すと、金属材料で形成された第1の部材Eと、金属材料で形成された第2の部材Dと、を接合した接合部材C(例えば図2(C)参照)を製造する方法であって;第1の電極11に接触する第1の部材Eと、第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に第1の電極11との間に第1の部材E及び第2の部材Dを挟むように第1の電極11に対向して配置された第2の電極12に接触する第2の部材Dと、を提供する部材提供工程(S1)と;第1の電極11と第2の部材D又は第2の電極12との間に、所定のヤング率を有すると共に絶縁部分13sを有するストッパ13を提供するストッパ提供工程(S2)と;部材提供工程(S1)及びストッパ提供工程(S2)の後に、第1の部材Eが接触した第1の電極11と第2の部材Dが接触した第2の電極12とを近づけるようにして第1の電極11が第1の部材E及びストッパ13を加圧する加圧工程(S4)と;加圧工程(S4)中に、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して1次電流を流す1次通電工程(S5)と;1次通電工程(S5)の後、加圧を維持しながら、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して2次電流を流す2次通電工程(S6)とを備え;所定のヤング率は、2次通電工程(S6)において、第1の電極11に接する部分の第1の部材Eの応力の増加率及び第2の電極12に接する部分の第2の部材Dの応力の増加率のうちの小さい方よりも、第1の電極11に接する部分のストッパ13の応力の増加率及び第2の部材D又は第2の電極12に接する部分のストッパ13の応力の増加率が小さくなるヤング率である。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing the joining member according to the sixth aspect of the present invention shows, for example, with reference to FIGS. 1 and 3, the first member E made of a metal material and the first member E. A method of manufacturing a joining member C (see, for example, FIG. 2C) in which a second member D formed of a metal material is joined; with a first member E in contact with the
このように構成すると、接合の精度を維持しつつ、第1の電極が接する第1の部材の面が荒れることを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to prevent the surface of the first member in contact with the first electrode from becoming rough while maintaining the accuracy of joining.
本発明によれば、絶縁部分を有するストッパを備えることで第1の電極からストッパを介して第2の電極に電流が流れることを防ぎながら接合の精度を維持しつつ、ストッパが所定のヤング率を有するので、第1の電極によって第1の部材を加圧したときの接触部分の応力の変化率を第1の電極とストッパとの接触部分の応力の変化率よりも大きくすることができて、第1の電極が接する第1の部材の面が荒れることを抑制することができる。 According to the present invention, by providing a stopper having an insulating portion, the stopper has a predetermined Young ratio while maintaining the accuracy of joining while preventing the current from flowing from the first electrode to the second electrode via the stopper. Therefore, the rate of change in the stress of the contact portion when the first member is pressurized by the first electrode can be made larger than the rate of change in the stress of the contact portion between the first electrode and the stopper. , It is possible to prevent the surface of the first member in contact with the first electrode from becoming rough.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, members that are the same or correspond to each other are designated by the same or similar reference numerals, and duplicate description will be omitted.
まず図1を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置1を説明する。図1は、接合部材製造装置1の概略構成図である。接合部材製造装置1は、第1の部材(以下「棒状部材E」という)に接触させる第1の電極(以下「上電極11」という)と、第2の部材(以下「環状部材D」という)に接触させる第2の電極(以下「下電極12」という)と、ストッパ13と、電源15と、移動装置16と、これらを収容する筐体30と、制御装置50とを備えている。ここで、接合部材製造装置1の詳細な説明に先立って、接合部材製造装置1で製造される接合部材の構成を例示する。
First, the joining
図2(A)は、環状部材D及び棒状部材Eの斜視図である。図2(B)は、環状部材D及び棒状部材Eの断面図である。図2(C)は、接合部材Cの断面図である。接合部材Cは、環状部材Dと棒状部材Eとが接合された部品である。本実施の形態では、環状部材Dがリング状に形成されており、棒状部材Eが円柱状に形成されているとして説明する。環状部材Dは、厚い円板状の中心に、円柱状の中空部分Dhが形成されている。環状部材Dの円板の外周と中空部分Dhの円周とは、同心円となっている。環状部材Dは、中空部分Dhの外周を形成する面と端面Dsとの境界部分が面取りされて接合面Dfが形成されている。換言すれば、接合面Dfは、端面Dsの中央に現れる開口部が面取りされることで形成されている。環状部材Dは、本実施の形態では、リング状に形成された低炭素鋼に対して、表面が浸炭処理された浸炭鋼で構成されている。このため、環状部材Dは、内部は軟らかくて粘り強い組織であり、表面は硬くて加熱されたときに焼きが入り得る部材となっている。ここで、焼きが入り得るとは、所定の条件を充足したときに焼きが入る程度の炭素を含有することであり、典型的には接合する際の加熱で焼きが入るが、接合前に(例えば浸炭鋼製造工場で)加熱されて既に焼きが入っていてもよい。所定の条件は、例えば接合機の仕様や環状部材Dとする材料種によって異なる。 FIG. 2A is a perspective view of the annular member D and the rod-shaped member E. FIG. 2B is a cross-sectional view of the annular member D and the rod-shaped member E. FIG. 2C is a cross-sectional view of the joining member C. The joining member C is a component in which the annular member D and the rod-shaped member E are joined. In the present embodiment, it will be described that the annular member D is formed in a ring shape and the rod-shaped member E is formed in a columnar shape. The annular member D has a columnar hollow portion Dh formed in the center of a thick disk shape. The outer circumference of the disk of the annular member D and the circumference of the hollow portion Dh are concentric circles. In the annular member D, a joint surface Df is formed by chamfering the boundary portion between the surface forming the outer periphery of the hollow portion Dh and the end surface Ds. In other words, the joint surface Df is formed by chamfering the opening appearing at the center of the end surface Ds. In the present embodiment, the annular member D is made of carburized steel whose surface is carburized with respect to low carbon steel formed in a ring shape. For this reason, the annular member D has a soft and tenacious structure inside, and the surface is hard and can be burnt when heated. Here, the fact that it can be baked means that it contains enough carbon to be baked when a predetermined condition is satisfied, and typically it is baked by heating at the time of joining, but before joining ( It may be heated (for example, in a carburized steel manufacturing plant) and already baked. The predetermined conditions differ depending on, for example, the specifications of the joining machine and the material type used as the annular member D.
棒状部材Eの外径は、環状部材Dの中空部分Dhの直径よりも一回り大きく形成されている。棒状部材Eは、端面と側面との角部が面取りされて接合面Efが形成されている。接合面Efは、環状部材Dの接合面Dfと面で接触するように形成されている。棒状部材Eは、本実施の形態では、鋳鉄で構成されている。接合部材Cは、本実施の形態では、接合面Dfと接合面Efとがリングマッシュ(登録商標)の接合方法(以下、単に「リングマッシュ接合」という。)によって接合されることで構成されている。リングマッシュ接合は、環状部材Dの中空部分Dhに、この内部空間の径よりも一回り大きい径を有する棒状部材Eを、加圧しながらパルス状電流を流して嵌め込んで、棒状部材Eの接合面Efが環状部材Dの接合面Dfに全周にわたって完全に又は概ね均一に固相接合される方法である。この固相接合は、接合する部材同士を密着させ、融点未満の温度に加熱することで、部材を溶融させずに接合を行うものである。棒状部材Eの径が環状部材Dの中空部分Dhの径よりも一回り大きいとした一回りとは、リングマッシュ接合に適した大きさであり、例えば0.2mm〜1.4mmとするとよい(1.0mmであってもよい)。環状部材Dのようなリングの部材を含む接合の特徴を例示すると、位置決めが容易で治具が簡単、接合面の形状が簡単で加工コストが安価、接合が短時間で完了してサイクルタイムが短い、熱歪みが少なく接合後の寸法精度を得やすいことが挙げられる。接合部材Cは、ギヤやシャフト等の大型駆動系部品として利用することができる。 The outer diameter of the rod-shaped member E is formed to be one size larger than the diameter of the hollow portion Dh of the annular member D. In the rod-shaped member E, the corners between the end face and the side surface are chamfered to form a joint surface Ef. The joint surface Ef is formed so as to be in surface contact with the joint surface Df of the annular member D. In the present embodiment, the rod-shaped member E is made of cast iron. In the present embodiment, the joining member C is configured by joining the joining surface Df and the joining surface Ef by a joining method of ring mash (registered trademark) (hereinafter, simply referred to as "ring mash joining"). There is. In the ring mash joining, a rod-shaped member E having a diameter one size larger than the diameter of the internal space is fitted into the hollow portion Dh of the annular member D by passing a pulsed current while applying pressure to join the rod-shaped member E. This is a method in which the surface Ef is solid-phase bonded completely or substantially uniformly to the bonding surface Df of the annular member D over the entire circumference. In this solid phase bonding, the members to be bonded are brought into close contact with each other and heated to a temperature below the melting point to perform bonding without melting the members. The diameter of the rod-shaped member E is one size larger than the diameter of the hollow portion Dh of the annular member D, which is a size suitable for ring mash joining, and is preferably 0.2 mm to 1.4 mm (for example). It may be 1.0 mm). To exemplify the characteristics of a joint including a ring member such as an annular member D, positioning is easy, a jig is easy, the shape of the joint surface is simple, the processing cost is low, the joint is completed in a short time, and the cycle time is short. It is short, has little thermal distortion, and is easy to obtain dimensional accuracy after joining. The joining member C can be used as a large drive system component such as a gear or a shaft.
再び図1に戻って接合部材製造装置1の説明を続ける。以下の説明において、棒状部材E及び環状部材D並びに接合部材Cの構造に言及しているときは、適宜図2(A)〜図2(C)を参照することとする。上電極11は、下面に、棒状部材Eが接触する接触面11tが形成されている。接触面11tは、典型的には平坦に形成されている。接触面11tは、典型的には棒状部材Eの平面形状を包含するように、棒状部材Eの平面の大きさ以上の大きさに形成されている。上電極11は、典型的には、接触面11tが水平になるようにして、移動装置16に支持されている。下電極12は、上電極11の下方に配置されており、上面に、環状部材Dが接触する接触面12tが形成されている。接触面12tは、典型的には環状部材Dの平面形状を包含する大きさに形成されている。接触面12tは、典型的には平坦に形成されており、本実施の形態では、環状部材Dの配置を決めるためのわずかな凹みが形成されている。下電極12は、接触面12tが水平になるようにして筐体30の底面に配置されている。上電極11及び下電極12は、電流が流れやすく棒状部材E及び環状部材Dよりも硬い材料が用いられ、典型的には金属で形成されている。
Returning to FIG. 1 again, the description of the joining
ストッパ13は、棒状部材Eが環状部材Dの中空部分Dh(図2参照)に嵌め込まれる際に、嵌め込まれる深さを規定するために用いられる部材である。ストッパ13は、本実施の形態では、円筒状に形成されている。ストッパ13は、円筒状の内径が棒状部材Eの外形よりも大きく形成されており、円筒状の外径が、環状部材Dの外径よりも小さく、かつ、上電極11の接触面11tに包含される大きさに形成されている。ストッパ13は、本実施の形態では、円筒状の軸線方向に、主要部13p、絶縁部13s、受部13rが分離可能に積層されて構成されている。主要部13pは、ストッパ13の大部分(概ね80〜90%)を占める主要な部分であり、環状部材Dへの棒状部材Eの嵌め込み深さの規定を担う部分(ストッパの機能を担う主たる部分)である。主要部13pは、環状部材D及び棒状部材Eの双方よりもヤング率が小さい材料で形成されており、例えば20GPa〜90GPa(50GPaでもよい)のヤング率を有する材料で形成されていてもよく、本実施の形態ではアルミニウムで形成されている。絶縁部13sは、電流の通過を妨げる部分である。絶縁部13sは、電流の流れを妨げることができる部材で形成されていればよく、本実施の形態では硬質アルマイトで形成されている。絶縁部13sが設けられていることで、ストッパ13及び環状部材Dが上電極11及び下電極12で挟まれたときにストッパ13及び環状部材Dを介して上電極11と下電極12との間に電流が流れることを抑制することができる。受部13rは、加圧を受ける部分であり、本実施の形態では、焼き入れ鉄で形成されている。主要部13p、絶縁部13s、受部13rは、ボルト等の締結部材(不図示)によって連結されている。また、主要部13p、絶縁部13s、受部13rが連結されたストッパ13全体は、本実施の形態では、ボルト等の締結部材(不図示)によって主要部13pが接触面11tに接続されていることで、上電極11に接続されている。なお、ストッパ13は、上述の材料に限らず、ストッパ13全体として所望の剛性と絶縁性を有する他の材料で形成されていてもよい。ストッパ13全体の剛性の程度は、棒状部材E及び環状部材Dに加圧しながらパルス状電流を流す際の、ストッパ13にも力が加わるときに、棒状部材Eの応力の増加率よりもストッパ13の応力の増加率が小さくなるようなヤング率をストッパ13が有する程度である。
The
電源15は、上電極11及び下電極12に電流を供給する装置であり、上電極11及び下電極12と電気的に接続されている。電源15は、上電極11と下電極12とに挟まれた棒状部材E及び環状部材Dを介して上電極11と下電極12との間に流す電流を発生させるように構成されており、電流発生器に相当する。電源15は、典型的にはパルス状の直流電流を発生させるように構成されており、本実施の形態では、商用交流電源や交流発電機等の交流電源から受電した交流電力を昇圧し整流する電源ユニットと、電気エネルギーを蓄電及び放電するコンデンサと、電源ユニット及びコンデンサから供給される電流を大電流に変換するトランスと、トランスの上流側に設けられたスイッチ部品とを有している。電源15は、コンデンサに充電したエネルギーを瞬時に放電することができるように構成されている。このため、電源15を用いた接合では、短時間で大電流を得ることができ、熱影響の少ない接合が可能となっている。また、電源15では、入力電源(交流電源)が比較的小さい容量で足りる。電源15は、上電極11及び下電極12に供給する電流の大きさを適宜設定することができるように構成されている。
The
移動装置16は、上電極11及び下電極12を、相互に近づける方向及び離れる方向に移動させる装置である。移動装置16は、本実施の形態では、上電極11を支持していて上電極11を上下に移動させることで、上電極11及び下電極12が相対的に接近及び離れるように移動させることができるように構成されている。下電極12は筐体30に固定されている。しかしながら、装置構成によっては、上電極11が固定されていて移動装置が下電極12を移動させるように構成されていてもよく、上電極11及び下電極12の双方を移動させるように構成されていてもよい。
The moving
筐体30は、上電極11、下電極12、ストッパ13、電源15、移動装置16等の接合部材製造装置1を構成する機器を収容している。このように構成されていることで、接合部材製造装置1を、1つのユニットとして運搬しやすくなっている。筐体30には、環状部材D及び棒状部材E並びに接合部材C(図2(C)参照)を出し入れする開口31が形成されている。
The
制御装置50は、接合部材製造装置1の動作を制御する装置である。制御装置50は、電源15と有線又は無線で接続されており、上電極11及び下電極12への電流の供給の有無及び供給する電流の大きさを制御することができるよう構成されている。また、制御装置50は、移動装置16と有線又は無線で接続されており、上電極11を上下に移動させることができるように構成されている。制御装置50は、典型的には筐体30の内部又は外側で筐体30に取り付けられているが、筐体30から離れた場所に設置されて接合部材製造装置1を遠隔で操作するように構成されていてもよい。
The
次に図3を参照して本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法について説明する。図3は、接合部材Cの製造の手順を示す概略図である。以下に説明する接合部材Cの製造方法は、これまで説明した接合部材製造装置1で行われることとする。つまり、以下の説明は、接合部材製造装置1の作用の説明を兼ねている。なお、接合部材Cの製造は、接合部材製造装置1を作動させること以外の手法で行うことも可能である。以下の接合部材の製造方法の説明において、接合部材製造装置1及び接合部材Cの詳細な構成に言及しているときは、適宜図1及び図2を参照することとする。
Next, a method for manufacturing the joint member according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a procedure for manufacturing the joining member C. The method for manufacturing the joining member C described below will be performed by the joining
筐体30の内部に環状部材D及び/又は棒状部材Eが入っていないとき、ストッパ13が取り付けられている上電極11は筐体30内の上部で待機している。接合部材Cの製造を開始するに際し、まず、環状部材D及び棒状部材Eを開口31から筐体30内に入れる(部材提供工程:S1)。このとき、まず、環状部材Dを、接合面Dfを上に向けて下電極12の接触面12tのわずかに凹んだ部分に載置し、次に、棒状部材Eを、接合面Efを接合面Dfに接触させて環状部材Dに載置する。環状部材D及び棒状部材Eを接合部材製造装置1内に入れると、上下方向に見て、上電極11と環状部材Dとの間にストッパ13が提供されていることとなる(ストッパ提供工程:S2)。なお、筐体30内に供給された順番に着目して、ストッパ提供工程(S2)が部材提供工程(S1)よりも先に行われることとしてもよい。また、ストッパ13が上電極11にあらかじめ接続されていない場合は、筐体30の外で環状部材Dと棒状部材Eとストッパ13とを組み(配置し)、組んだ状態でまとめて筐体30内に入れることで、部材提供工程(S1)とストッパ提供工程(S2)とを同時に行うこととしてもよい。
When the annular member D and / or the rod-shaped member E is not contained inside the
次に、制御装置50は、移動装置16を作動させて上電極11を下降させ、上電極11と下電極12とを接近させる(S3)。このとき、上電極11を下降させ始めると、円筒状のストッパ13の中に棒状部材Eが入っていき、まず、上電極11の接触面11tに棒状部材Eの端面が接触する。上電極11に棒状部材Eが接触した時点では、ストッパ13は環状部材Dに接触していない。制御装置50は、上電極11に棒状部材Eが接触した後も、移動装置16を介して上電極11を下降させる方向に作用させ、これによって、上電極11が棒状部材Eを加圧する(加圧工程:S4)。上電極11が棒状部材Eを加圧し始めると、環状部材Dの中空部分Dhに棒状部材Eが入り込んでいく。そして、上電極11が棒状部材Eを加圧している最中に、制御装置50は、電源15を作動させ、パルス電流を流す(1次通電工程:S5)。電源15で発生したパルス電流は、上電極11と棒状部材Eと環状部材Dと下電極12とで形成される回路を流れる。上電極11と下電極12との間に流れる電流が、棒状部材Eの接合面Efと環状部材Dの接合面Dfとの接触部分を通過する際、当該接触部分が加圧されながらジュール熱によって加熱されて軟化して、固相接合(リングマッシュ接合)が行われる。当該接触部分が加熱されて軟化されることにより、中空部分Dhへの棒状部材Eの進入が円滑になり、やがてストッパ13が環状部材Dに接触する。ストッパ13が環状部材Dに接触すると、上電極11と下電極12との位置関係が定まり、環状部材Dに対する棒状部材Eの差込深さが所望の深さになっている。このときの、環状部材Dに棒状部材Eが所望の深さで差し込まれた態様が所定の態様である。
Next, the
制御装置50は、ストッパ13が環状部材Dに触れてからも短時間は上電極11を下降させる方向に作用させており、これによって、上電極11が棒状部材Eに加えてストッパ13をも加圧することとなる。つまり、加圧工程(S4)では、上電極11が棒状部材E及びストッパ13を加圧するまで加圧力を増加させている。このとき、ストッパ13の存在により、上電極11と下電極12との距離は実質的には変わらない(接合部材Cとなったときの寸法誤差に影響を与えない)が、上電極11による棒状部材E及びストッパ13への加圧力は増す。制御装置50は、上電極11がストッパ13を加圧するようになったら、移動装置16を介した上電極11の下降を停止して、加圧力の増加を停止する一方で、上電極11による棒状部材E及びストッパ13の加圧状態を維持する。典型的には、この時点でパルス電流の流れは終了する。ストッパ13が環状部材Dに接触すると、上電極11と環状部材Dとの間には、棒状部材Eと並列の位置にストッパ13も接触配置されていることとなるが、仮に、ストッパ13が環状部材Dに接触した際にパルス電流の流れが継続していたとしても、ストッパ13は絶縁部13sを有するのでストッパ13及び環状部材Dを介して上電極11と下電極12との間にパルス電流が流れることが回避される。上述の固相接合により、棒状部材Eと環状部材Dとの位置関係が固定され、接合部材Cとしての寸法(高さを含む)が決まる。本実施の形態では、電源15にコンデンサが含まれていて電気エネルギーを瞬時に放出するため、短時間(例えば数十ミリ秒)で比較的大きな電流が得られ、接合面Dfと接合面Efとが固相接合される。このとき、接合部分は、接合時の加熱によって焼きが入った状態になる。焼きが入ると、硬度が上がるが(例えばビッカース硬さ800程度)、衝撃に弱くなるので、割れが生じるおそれがある。
The
従来、焼きが入ることに起因して割れが発生する可能性が生じることを排除するために、焼きが入り得る浸炭層を、接合する部分及びその周辺だけ除去したり、接合部の焼き入れを防ぐために、浸炭する際に浸炭層が形成されないようにする防炭処理を施していたが、接合する部分に浸炭層が形成されないようにするには多大な手間がかかるため、接合した後に接合部に再度電流を流して焼き戻しを行うことが実施されるようになった。本実施の形態においても、棒状部材Eと環状部材Dとの接合部分に再度電流を流して焼き戻しを行うこととするため、制御装置50は、上電極11による棒状部材E及びストッパ13への加圧を維持しながら、電源15を作動させ、パルス電流を流す(2次通電工程:S6)。1次通電工程(S5)と2次通電工程(S6)との間は、所定の時間をあけるとよい。所定の時間は、1次通電によって上昇した接合部の温度が、常温付近まで低下するのに要する時間である。
Conventionally, in order to eliminate the possibility of cracking due to quenching, the carburized layer that can be quenched is removed only in and around the joint, or the joint is tempered. In order to prevent it, a carburizing treatment was applied to prevent the carburizing layer from being formed during carburizing, but it takes a lot of time and effort to prevent the carburizing layer from being formed at the joint, so the joint after joining. It has come to be carried out by applying an electric current to the carburizing again. Also in the present embodiment, since the current is applied again to the joint portion between the rod-shaped member E and the annular member D to perform tempering, the
本実施の形態では、ストッパ13が絶縁部13sを有するので、2次通電工程(S6)においても、1次通電工程(S5)と同様、電源15で発生したパルス電流が、上電極11と棒状部材Eと環状部材Dと下電極12とで形成される回路を流れることとなり、棒状部材Eの代わりにストッパ13を通過することが回避される。これにより、上電極11と下電極12との間を流れる電流が棒状部材E及び環状部材Dを集中的に経由することとなり、接合部分の焼き戻しを適切に行うことができる。また、ストッパ13が、棒状部材E及び環状部材Dに比べてヤング率が小さい(所定のヤング率を有する)ため、上電極11による棒状部材Eへの加圧力の割合をストッパ13への加圧力の割合よりも大きくすることができる。したがって、上電極11による加圧力が、棒状部材Eに対してよりもストッパ13に多くかかることを抑制することができる。換言すれば、1次通電工程によってリングマッシュ接合が行われた棒状部材E及び環状部材Dと、ストッパ13と、の双方に対して、上電極11での加圧により同一のひずみが生じたとき、ストッパ13のヤング率が棒状部材Eのヤング率よりも小さいので、棒状部材Eの力(応力)の変化率がストッパ13の力(応力)の変化率よりも大きくなる。この、上電極11から棒状部材E及びストッパ13にかかる加圧力の割合の差を作り出すために、ストッパ13のヤング率の、棒状部材Eのヤング率に対する比(ストッパ13のヤング率/棒状部材Eのヤング率)が、0.1〜0.8であることが好ましく、0.2〜0.5であることがより好ましく、典型的には0.3〜0.4程度であるとよい。これにより、上電極11に接触している棒状部材Eの面が荒れることを防ぐことができる。
In the present embodiment, since the
従来は、比較的高い剛性を有するストッパを使用しつつ2次通電を行って焼き戻しをした際に、電極に接触する接合対象部材の面に、接合対象部材の表面が軟化し溶融したことに起因する荒れ(面荒れ)が発生することがあった。これは、電極から接合対象部材への加圧力がストッパへの加圧力よりも小さくなることに伴って電極と接合対象部材との間の抵抗が大きくなり、電極と接合対象部材との接触部分で発熱が生じることで、接合対象部材の表面が軟化し溶融するためと推察される。 Conventionally, when tempering is performed by performing secondary energization while using a stopper having relatively high rigidity, the surface of the member to be joined softens and melts on the surface of the member to be joined in contact with the electrode. Roughness (roughness) caused by this may occur. This is because the pressure applied from the electrode to the member to be joined becomes smaller than the pressure applied to the stopper, the resistance between the electrode and the member to be joined increases, and the contact portion between the electrode and the member to be joined increases. It is presumed that the heat generated causes the surface of the member to be joined to soften and melt.
これに対し、本実施の形態に係る接合部材製造装置1では、ストッパ13のヤング率が棒状部材E及び環状部材Dのヤング率よりも小さい(ストッパ13が所定のヤング率を有する)ことによって、上電極11による棒状部材Eへの加圧力(力(応力)の変化率)が従来よりも大きくなるので、上電極11に接する棒状部材Eの面の荒れを効果的に防ぐことができる。2次通電工程(S6)が終了したら、制御装置50は、移動装置16を作動させて上電極を上昇させ、製造された接合部材Cを筐体30から取り出す(S7)。以上で接合部材Cの製造の1サイクルが終了し、次の接合部材Cを製造する場合は、上述のフローを繰り返す。
On the other hand, in the joining
以上で説明したように、本実施の形態に係る接合部材製造装置1によれば、ストッパ13が絶縁部13sを有しているので、上電極11と下電極12との間を流れる電流に関し、ストッパ13を経由することを防ぐことができる反面、棒状部材E及び環状部材Dを集中的に経由させることができて、棒状部材Eと環状部材Dとの固相接合(リングマッシュ接合)及び接合部分の焼き戻しを適切に行うことができる。また、ストッパ13が、棒状部材E及び環状部材Dよりも小さなヤング率に形成されているので、上電極11が棒状部材E及びストッパ13を加圧したときに、上電極11による棒状部材Eへの加圧力の割合(力(応力)の変化率)をストッパ13への加圧力の割合(力(応力)の変化率)よりも大きくすることができ、上電極11と棒状部材Eとの間の抵抗を小さくすることができて、上電極11に接する棒状部材Eの面荒れを効果的に防ぐことができる。
As described above, according to the joining
次に図4を参照して、本発明の実施の形態の第1の変形例に係る接合部材製造装置1Aを説明する。図4は、接合部材製造装置1Aの部分概略構成図であり、接合部材製造装置1Aの上電極11A及び下電極12まわりの部分の概略構成を示している。接合部材製造装置1Aは、図4では省略しているが図1に示されている、電源15、筐体30、制御装置50を含んでいる。接合部材製造装置1Aでは、上電極11A及び/又は下電極12が図中の移動方向Hに移動可能となっており、接合する棒状部材Eの移動方向Hにおける長さが、接合部材製造装置1(図1参照)で接合される棒状部材Eよりも短くなっている。これに伴って、上電極11Aが本体部11aと突起部11pとを有する構成になっている。本体部11aは、接合部材製造装置1(図1参照)の上電極11(図1参照)と同様に構成されている。突起部11pは、本体部11aの下面(下電極12に対向する面)の中央から下電極12の方に向かって延びる柱状(典型的には円柱状であるが角柱状であってもよい)に形成されている。突起部11pの、下電極12に対向する面が、接触面11tになっている。突起部11pの接触面11tは、本変形例では、棒状部材Eの端面と同じか一回り大きい面積に形成されている。突起部11pの移動方向Hにおける長さは、本変形例では、ストッパ13の移動方向Hにおける長さ(以下「移動方向長さ13H」という。)と同じに形成されている。ストッパ13は、本変形例では、接合部材製造装置1(図1参照)のストッパ13と同じ構成となっており、上電極11Aの本体部11aと環状部材Dの端面Dsとの間に配置されるようになっている。
Next, with reference to FIG. 4, the joining member manufacturing apparatus 1A according to the first modification of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a partial schematic configuration diagram of the joining member manufacturing apparatus 1A, and shows a schematic configuration of a portion around the upper electrode 11A and the
本変形例におけるストッパ13のヤング率は、2次通電工程(S6)を行う際に上電極11Aが棒状部材E及びストッパ13を加圧したときに、上電極11Aに接する部分の棒状部材Eの応力の増加率よりも上電極11Aに接する部分のストッパ13の応力の増加率が小さくなるヤング率である。なお、通常、棒状部材Eのヤング率は突起部11pのヤング率よりも小さいので、ストッパ13のヤング率は突起部11pのヤング率よりも小さい。ここで、ストッパ13のヤング率を突起部11pのヤング率と対比しているのは、2次通電工程を行う際に、ストッパ13の移動方向長さ13Hの範囲に存在するのが突起部11pのみとなっているからである。仮に、移動方向長さ13Hの範囲に存在するのが突起部11p及び棒状部材Eである場合は、突起部11p及び棒状部材Eの合成ヤング率でストッパ13のヤング率と対比するとよい。ここで、合成ヤング率は、先にした定義に照らし、移動方向Hで見て、移動方向長さ13Hの範囲内に複数の材質が混在する場合に、各材質のヤング率を按分して合成したヤング率である。
The Young's modulus of the
上述のように構成された接合部材製造装置1Aでは、接合部材Cを製造する際、接合部材製造装置1(図1参照)と同様に作用する。つまり、接合部材製造装置1Aにおいても、図3に示すフローチャートの手順で接合部材Cが製造される。したがって、接合部材製造装置1Aにおいても、ストッパ13が絶縁部13s(図1参照)を有しているので、上電極11Aと下電極12との間を流れる電流に関し、ストッパ13を経由することを防ぐことができ、棒状部材E及び環状部材Dを集中的に経由させることができて、棒状部材Eと環状部材Dとの固相接合(リングマッシュ接合)及び接合部分の焼き戻しを適切に行うことができる。また、ストッパ13が棒状部材E及び環状部材Dよりも小さなヤング率に形成されているので、上電極11Aが棒状部材E及びストッパ13を加圧したときに、上電極11Aによる棒状部材Eへの力(応力)の変化率をストッパ13への力(応力)の変化率よりも大きくすることができ、上電極11Aと棒状部材Eとの間の抵抗を小さくすることができて、上電極11Aに接する棒状部材Eの面荒れを効果的に防ぐことができる。
The joining member manufacturing apparatus 1A configured as described above operates in the same manner as the joining member manufacturing apparatus 1 (see FIG. 1) when manufacturing the joining member C. That is, even in the joining member manufacturing apparatus 1A, the joining member C is manufactured by the procedure shown in the flowchart shown in FIG. Therefore, also in the joining member manufacturing apparatus 1A, since the
次に図5を参照して、本発明の実施の形態の第2の変形例に係る接合部材製造装置1Bを説明する。図5は、接合部材製造装置1Bの部分概略構成図であり、接合部材製造装置1Bの上電極11B及び下電極12まわりの部分の概略構成を示している。接合部材製造装置1Bは、接合部材製造装置1A(図4参照)と同様、図5では省略しているが図1に示されている、電源15、筐体30、制御装置50を含んでいる。上電極11Bは、本体部11aと隆起部11qとを有している。本体部11aは、接合部材製造装置1A(図4参照)の本体部11aと同様に構成されている。隆起部11qは、接合部材製造装置1Aの突起部11p(図4参照)に似て、本体部11aの下面(下電極12に対向する面)の中央から下電極12の方に向かって延びる柱状(典型的には円柱状であるが角柱状であってもよい)に形成されているが、突起部11p(図4参照)よりも移動方向Hの長さが短くなっている。隆起部11qの、下電極12に対向する面が、接触面11tになっている。隆起部11qの接触面11tは、本変形例では、棒状部材Eの端面と同じか一回り大きい面積に形成されている。接合部材製造装置1Bでは、接合する環状部材Dの平面視における外径(接合面Dfの外径)が、ストッパ13の円筒状の内径よりも小さくなっている。このため、ストッパ13は、本変形例では上電極11Bと下電極12との間に配置されるようになっている。
Next, with reference to FIG. 5, the joining
本変形例におけるストッパ13のヤング率は、2次通電工程(S6)を行う際に上電極11Bが棒状部材E及びストッパ13を加圧したときに、上電極11Bに接する部分の棒状部材Eの応力の増加率及び下電極12に接する部分の環状部材Dの応力の増加率のうちの小さい方よりも、上電極11Bに接する部分のストッパ13の応力の増加率及び下電極12に接する部分のストッパ13の応力の増加率が小さくなるヤング率である。なお、本変形例に係る接合部材製造装置1Bにおけるストッパ13のヤング率は、移動方向長さ13Hの範囲に存在する隆起部11q、棒状部材E、及び環状部材Dの合成ヤング率よりも小さい。
The Young's modulus of the
上述のように構成された接合部材製造装置1Bでも、接合部材Cを製造する際、接合部材製造装置1(図1参照)と同様に作用し、図3に示すフローチャートの手順で接合部材Cが製造される。したがって、接合部材製造装置1Bにおいても、ストッパ13が絶縁部13s(図1参照)を有しているので、上電極11Bと下電極12との間を流れる電流に関し、ストッパ13を経由することを防ぐことができ、棒状部材E及び環状部材Dを集中的に経由させることができて、棒状部材Eと環状部材Dとの固相接合(リングマッシュ接合)及び接合部分の焼き戻しを適切に行うことができる。また、ストッパ13が棒状部材E及び環状部材Dよりも小さなヤング率に形成されているので、上電極11Bが棒状部材E及びストッパ13を加圧したときに、上電極11Bによる棒状部材Eへの力(応力)の変化率及び下電極12による環状部材Dへの力(応力)の変化率を、ストッパ13への力(応力)の変化率よりも大きくすることができ、上電極11Bと棒状部材Eとの間の抵抗及び下電極12と環状部材Dとの間の抵抗を小さくすることができて、上電極11Bに接する棒状部材Eの面荒れ及び下電極12に接する環状部材Dの面荒れを効果的に防ぐことができる。
Even in the joining
以上の説明では、電源15が、コンデンサに充電したエネルギーを瞬時に放電することができるように構成されていることとしたが、コンデンサ式以外の部品が用いられる電源構成であってもよい。
In the above description, it is assumed that the
以上の説明では、環状部材Dがリング状に形成され、棒状部材Eが中実の円柱状に形成されているとしたが、棒状部材Eは中実のみならず中空であってもよく、あるいは、環状部材D及び/又は棒状部材Eの形状はこれら以外の形状であってもよい。また、環状部材Dが浸炭鋼であるとしたが、浸炭処理されていなくても接合時の加熱によって焼きが入ることがある高炭素鋼で構成されていてもよい。また、環状部材Dは、接合時の加熱によって焼きが入るとしたが、接合時に加熱される前から焼きが入っている材料を用いて接合部材Cを製造してもよい。また、環状部材Dと棒状部材Eとが異種金属であるとしたが、同種の金属であってもよい。また、棒状部材Eが鋳鉄であるとしたが、棒状部材Eも焼きが入り得る材料で形成されていてもよい。また、接合部材Cがリングマッシュ接合により製造されることとしたが、リングプロジェクション接合等、リングマッシュ接合以外の接合方法により製造されることとしてもよい。 In the above description, it is assumed that the annular member D is formed in a ring shape and the rod-shaped member E is formed in a solid columnar shape, but the rod-shaped member E may be hollow as well as solid. , The shape of the annular member D and / or the rod-shaped member E may be a shape other than these. Further, although it is assumed that the annular member D is carburized steel, it may be made of high carbon steel which may be hardened by heating at the time of joining even if it is not carburized. Further, although it is said that the annular member D is baked by heating at the time of joining, the joining member C may be manufactured by using a material that has been baked before being heated at the time of joining. Further, although the annular member D and the rod-shaped member E are different metals, they may be the same type of metal. Further, although it is assumed that the rod-shaped member E is cast iron, the rod-shaped member E may also be made of a material that can be hardened. Further, although the joining member C is manufactured by ring mash joining, it may be manufactured by a joining method other than ring mash joining such as ring projection joining.
以上の説明では、1次通電工程(S5)における加圧を維持しながら2次通電工程(S6)を行うこととしたが、1次通電工程(S5)の後に、加圧工程(S4)よりもさらに上電極11を下降させる方向に作用させ、上電極11による棒状部材E及びストッパ13への加圧力を増大させる(増圧工程)こととしてもよい。この増圧工程により、1次通電によって棒状部材E及び環状部材Dの位置関係が決まった後に加圧力を増やすこととして、上電極11と棒状部材Eとを確実に密着させることができる。この増圧工程における加圧力は、1次通電工程(S5)において上電極11が棒状部材E及びストッパ13を加圧した際の加圧力に対して、2〜6割増しとするのが好ましく、3〜5割増しとするのがより好ましく、典型的には4割増しとするとよい。このように、1次通電工程(S5)と2次通電工程(S6)との間に増圧を行うこととすると、ストッパ13のヤング率が棒状部材E及び環状部材Dのヤング率よりも小さいことと、2次通電工程(S6)においてより大きな加圧力を棒状部材Eに与えていることとが相俟って、上電極11が棒状部材E及びストッパ13を加圧したときの、上電極11による棒状部材Eへの加圧力の増大効果を高めることができる。
In the above description, it was decided to perform the secondary energization step (S6) while maintaining the pressurization in the primary energization step (S5), but after the primary energization step (S5), from the pressurization step (S4). Further, the
以上の説明では、ストッパ13が棒状部材E及び環状部材Dよりも小さいヤング率を有することとしたが、棒状部材E及び環状部材Dよりも小さいヤング率でなくても、上述した1次通電の後の増圧によって、上電極11による棒状部材Eへの加圧力を、棒状部材Eの面荒れが生じない程度に確保することができる場合は、ストッパ13のヤング率に制限を設けなくてよい。この場合の接合部材製造装置の構成態様は、以下のようになる。
In the above description, the
すなわち、ヤング率に制限を設けない構成態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1を参照して示すと、金属材料で形成された第1の部材Eと、金属材料で形成された第2の部材Dと、を接合した接合部材C(例えば図2(C)参照)を製造する装置1であって;第1の部材Eに接触させる第1の電極11と;第2の部材Dに接触させる第2の電極12であって、第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に第1の電極11との間に第1の部材E及び第2の部材Dを挟むように第1の電極11に対向して配置された第2の電極12と;第1の部材E及び第2の部材Dを介して第1の電極11と第2の電極12との間に流す電流を発生させる電流発生器15と;第1の電極11と第2の電極12との距離を近づけるように第1の電極11及び第2の電極12の少なくとも一方を移動させる移動装置16と;第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に、第1の部材Eが接触した第1の電極11と、第2の電極12に接触した第2の部材Dと、の間に配置されるストッパ13であって、第1の部材Eと第2の部材Dとが所定の態様で接合されたときには第1の電極11と第2の部材12とに接しているように形成されると共に、絶縁部分13sを有するストッパ13と;ストッパ13が第1の電極11及び第2の部材Dに接触した状態で、第1の電極11が第1の部材Eを第1の所定の圧力で加圧しながら第1の電極11と第2の電極12との間に1次電流を流した後、加圧を第1の所定の圧力よりも高い第2の所定の圧力に上昇させてから第1の電極11と第2の電極12との間に2次電流を流すように、電流発生器15及び移動装置16を制御する制御装置50とを備える。このように構成すると、2次電流を流す際に第1の部材Eに対する圧力が不足することに起因する第1の部材Eの面が荒れることを抑制することができる。このように、ストッパ13のヤング率が第1の部材Eのヤング率よりも小さなヤング率でなくても第2の所定の圧力に上昇させて2次電流を流すことで目的を達成することができる場合は、ストッパ13のヤング率を限定しなくてもよい。
That is, the joining member manufacturing apparatus according to the configuration mode in which the Young rate is not limited is shown by referring to, for example, FIG. 1, a first member E made of a metal material and a second member E made of a metal material. A
また、ヤング率に制限を設けないストッパを用いる構成態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図1及び図3を参照して示すと、金属材料で形成された第1の部材Eと、金属材料で形成された第2の部材Dと、を接合した接合部材C(例えば図2(C)参照)を製造する方法であって;第1の電極11に接触する第1の部材Eと、第1の部材Eと第2の部材Dとが接合される際に第1の電極11との間に第1の部材E及び第2の部材Dを挟むように第1の電極11に対向して配置された第2の電極12に接触する第2の部材Dと、を提供する部材提供工程(S1)と;第1の電極11と第2の部材Dとの間に、絶縁部分13sを有するストッパ13を提供するストッパ提供工程(S2)と;部材提供工程(S1)及びストッパ提供工程(S2)の後に、第1の部材Eが接触した第1の電極11と第2の部材Dが接触した第2の電極12とを近づけるようにして第1の電極11が第1の部材E及びストッパ13を加圧する第1の加圧工程(S4)と;第1の加圧工程(S4)中に、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して1次電流を流す1次通電工程(S5)と;1次通電工程(S5)の後、第1の加圧工程(S4)における加圧力よりも大きい加圧力で、第1の電極11が第1の部材E及びストッパ13を加圧する第2の加圧工程と;第2の加圧工程中に、第1の電極11と第2の電極12との間に第1の部材E及び第2の部材Dを介して2次電流を流す2次通電工程(S6)とを備える。このように構成すると、2次電流を流す際に第1の部材Eに対する圧力が不足することに起因する第1の部材Eの面が荒れることを抑制することができる。
Further, as shown in reference to FIGS. 1 and 3, for example, a method of manufacturing a joining member according to a configuration mode in which a stopper having no limitation on the Young rate is used, a first member E made of a metal material and a metal A method of manufacturing a joining member C (see, for example, FIG. 2C), in which a second member D made of a material is joined; a first member E in contact with the
以上の説明では、上電極11、下電極12、棒状部材E、環状部材Dが、それぞれ、第1の電極、第2の電極、第1の部材、第2の部材に相当することとしたが、下電極12、上電極11、環状部材D、棒状部材Eが、それぞれ、第1の電極、第2の電極、第1の部材、第2の部材に相当することとしてもよい。
In the above description, the
以上の説明では、本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置及び接合部材の製造方法を、一例として各図を用いて説明したが、各部の構成、構造、数、配置、形状、材質などに関しては、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択的に採用したものも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に包含される。 In the above description, the joining member manufacturing apparatus and the manufacturing method of the joining member according to the embodiment of the present invention have been described with reference to each drawing as an example, but the configuration, structure, number, arrangement, shape, material, etc. of each part have been described. The present invention is not limited to the above specific examples, and those appropriately selectively adopted by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
1、1A、1B 接合部材製造装置
11、11A、11B 上電極
12 下電極
13 ストッパ
13p 主要部
13s 絶縁部
15 電源
16 移動装置
C 接合部材
D 環状部材
E 棒状部材
1,1A, 1B Joining
Claims (6)
前記第1の部材に接触させる第1の電極と;
前記第2の部材に接触させる第2の電極であって、前記第1の部材と前記第2の部材とが接合される際に前記第1の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を挟むように前記第1の電極に対向して配置された第2の電極と;
前記第1の部材及び前記第2の部材を介して前記第1の電極と前記第2の電極との間に流す電流を発生させる電流発生器と;
前記第1の電極と前記第2の電極との距離を近づけるように前記第1の電極及び前記第2の電極の少なくとも一方を移動させる移動装置と;
前記第1の部材と前記第2の部材とが接合される際に、前記第1の部材が接触した前記第1の電極と、前記第2の電極に接触した前記第2の部材又は前記第2の部材が接触した前記第2の電極と、の間に配置されるストッパとを備え;
前記ストッパは、前記第1の部材と前記第2の部材とが所定の態様で接合されたときに、前記第1の電極と、前記第2の部材又は前記第2の電極と、に接しているように形成され、かつ、絶縁部分を有すると共に、所定のヤング率を有する材料で形成されており;
前記所定のヤング率は、接合された前記第1の部材と前記第2の部材とを介して前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流を流す際に、前記第1の電極に接する部分の前記第1の部材の応力の増加率及び前記第2の電極に接する部分の前記第2の部材の応力の増加率のうちの小さい方よりも、前記第1の電極に接する部分の前記ストッパの応力の増加率及び前記第2の部材又は前記第2の電極に接する部分の前記ストッパの応力の増加率が小さくなるヤング率である;
接合部材製造装置。 A device for manufacturing a joined member in which a first member made of a metal material and a second member made of a metal material are joined;
With the first electrode in contact with the first member;
A second electrode that comes into contact with the second member, and the first member and the first member are placed between the first electrode when the first member and the second member are joined. With the second electrode arranged to face the first electrode so as to sandwich the second member;
With a current generator that generates a current to flow between the first electrode and the second electrode via the first member and the second member;
With a moving device that moves at least one of the first electrode and the second electrode so as to bring the distance between the first electrode and the second electrode closer;
When the first member and the second member are joined, the first electrode in contact with the first member and the second member or the second member in contact with the second electrode. It is provided with a stopper arranged between the second electrode with which the second member is in contact;
The stopper is in contact with the first electrode and the second member or the second electrode when the first member and the second member are joined in a predetermined manner. It is made of a material that is formed so as to be present, has an insulating portion, and has a predetermined Young's modulus;
The predetermined Young's ratio is the first when a current is passed between the first electrode and the second electrode via the joined first member and the second member. It is in contact with the first electrode more than the smaller of the increase rate of the stress of the first member in the portion in contact with the electrode and the increase rate of the stress of the second member in the portion in contact with the second electrode. The rate of increase in stress of the stopper in the portion and the rate of increase in stress of the stopper in the portion in contact with the second member or the second electrode are the Young rate.
Joining member manufacturing equipment.
請求項1に記載の接合部材製造装置。 The predetermined Young's modulus is such that the first electrode and the first member are within the range of the length of the stopper in the direction in which at least one of the first electrode and the second electrode is moved by the moving device. , The Young's modulus of the second member, and the second electrode, which is within the length range of the stopper, is smaller than the synthetic Young's modulus;
The joining member manufacturing apparatus according to claim 1.
請求項2に記載の接合部材製造装置。 The predetermined Young's modulus is a value in which the ratio to the synthetic Young's modulus is 0.1 to 0.8;
The joining member manufacturing apparatus according to claim 2.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の接合部材製造装置。 The Young's modulus of the main part of the stopper is 20 GPa to 90 GPa;
The joining member manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の部材と前記第2の部材とを接触させ、前記第1の部材が接触した前記第1の電極と前記第2の部材が接触した前記第2の電極とを近づけるようにして前記第1の電極が前記第1の部材及び前記ストッパを加圧する加圧工程と;
前記加圧工程中に、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を介して1次電流を流す1次通電工程と;
前記1次通電工程の後、加圧を維持しながら、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を介して2次電流を流す2次通電工程とを備える;
接合部材の製造方法。 A method of manufacturing the joint member by using the joint member manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The first member and the second member are brought into contact with each other, and the first electrode with which the first member is in contact and the second electrode with which the second member is in contact are brought close to each other. A pressurizing step in which the first electrode pressurizes the first member and the stopper;
During the pressurization step, a primary energization step in which a primary current is passed between the first electrode and the second electrode via the first member and the second member;
After the primary energization step, a secondary current is passed between the first electrode and the second electrode via the first member and the second member while maintaining pressurization. It has a next energization process;
Manufacturing method of joining members.
第1の電極に接触する前記第1の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とが接合される際に前記第1の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を挟むように前記第1の電極に対向して配置された第2の電極に接触する前記第2の部材と、を提供する部材提供工程と;
前記第1の電極と前記第2の部材又は前記第2の電極との間に、所定のヤング率を有する材料で形成されていると共に絶縁部分を有するストッパを提供するストッパ提供工程と;
前記部材提供工程及び前記ストッパ提供工程の後に、前記第1の部材が接触した前記第1の電極と前記第2の部材が接触した前記第2の電極とを近づけるようにして前記第1の電極が前記第1の部材及び前記ストッパを加圧する加圧工程と;
前記加圧工程中に、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を介して1次電流を流す1次通電工程と;
前記1次通電工程の後、加圧を維持しながら、前記第1の電極と前記第2の電極との間に前記第1の部材及び前記第2の部材を介して2次電流を流す2次通電工程とを備え;
前記所定のヤング率は、前記2次通電工程において、前記第1の電極に接する部分の前記第1の部材の応力の増加率及び前記第2の電極に接する部分の前記第2の部材の応力の増加率のうちの小さい方よりも、前記第1の電極に接する部分の前記ストッパの応力の増加率及び前記第2の部材又は前記第2の電極に接する部分の前記ストッパの応力の増加率が小さくなるヤング率である;
接合部材の製造方法。 A method of manufacturing a joined member in which a first member made of a metal material and a second member made of a metal material are joined together;
When the first member in contact with the first electrode and the first member and the second member are joined, the first member and the second member are between the first electrode. A member providing step of providing the second member in contact with the second electrode arranged to face the first electrode so as to sandwich the member;
A stopper providing step of providing a stopper formed of a material having a predetermined Young's modulus and having an insulating portion between the first electrode and the second member or the second electrode;
After the member providing step and the stopper providing step, the first electrode with which the first member is in contact and the second electrode with which the second member is in contact are brought close to each other. With the pressurizing step of pressurizing the first member and the stopper;
During the pressurization step, a primary energization step in which a primary current is passed between the first electrode and the second electrode via the first member and the second member;
After the primary energization step, a secondary current is passed between the first electrode and the second electrode via the first member and the second member while maintaining pressurization. With the next energization process;
The predetermined Young's modulus is the rate of increase in the stress of the first member in the portion in contact with the first electrode and the stress of the second member in the portion in contact with the second electrode in the secondary energization step. The rate of increase in the stress of the stopper in the portion in contact with the first electrode and the rate of increase in the stress of the stopper in the portion in contact with the second member or the second electrode than the smaller of the rates of increase. Is the Young's modulus that becomes smaller;
Manufacturing method of joining members.
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