JP2021146366A - 金属部品接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バリ／突起物の存在が、接合前の重ね合わせにおいて空隙を発生させるため、面で一様な接合達成するには、バリ／突起物を除去する工程を要する。【解決手段】 金属部材接合方法において、第１金属部材にろう材層を形成する工程と、前記第１金属部材のろう材層を形成した面に突起構造物が発生するように抜き加工を行う工程と、ろう材層を挟むように、第１金属部材と第２金属部材とを重ねわせる工程と、第１の電極と第２の電極で、第１金属部材の突起構造物が第２金属材と当接するように第１荷重を印可した状態で通電させ、突起構造物を溶融させる工程と、第１荷重よりも大きな第２荷重を印可した状態で加熱し、ろう材を溶融させる工程と、第２荷重を印可した状態で固着させる工程と、を有する金属部材接合方法とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属接合に関するものである。

複数の金属板を重ねた状態で金属同士を接合することにより、部品等を製造することが知られている。例えば特許文献１には、プレス加工によって抜き加工を行った金属部材１とねじ加工を行った金属部材２とを、切削加工や砥粒加工でバリなどを除去し、加圧用治具で挟んで真空炉に投入し拡散ろう接を行うことが開示されている。図５は、拡散ろう接で接合部品を作成するプロセスを示す図である。

特開平８―１７７８６２号公報

従来技術における金属接合では、バリ／突起物の存在が、接合前の重ね合わせにおいて空隙を発生させるため、面で一様な接合達成するには、バリ／突起物を除去する工程を要するという問題点がある。

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、バリ／突起物の除去なしに、面で一様な接合を提供することを目的とする。

金属部材接合方法において、第１金属部材にろう材層を形成する工程と、前記第１金属部材のろう材層を形成した面に突起構造物が発生するように抜き加工を行う工程と、ろう材層を挟むように、第１金属部材と第２金属部材とを重ねわせる工程と、第１の電極と第２の電極で、第１金属部材の突起構造物が第２金属材と当接するように第１荷重を印可した状態で通電させ、突起構造物を溶融させる工程と、第１荷重よりも大きな第２荷重を印可した状態で加熱し、ろう材を溶融させる工程と、第２荷重を印可した状態で固着させる工程と、を有する金属部材接合方法とする。

さらに第１荷重が、第２荷重よりも小さい金属部材接合方法とする。

さらにろう材がＮｉめっきである金属部材接合方法とする。

さらに第１金属部材と第２金属部材が同じ金属である金属部材接合方法とする。

さらに突起構造物が部材の厚さの１５％以下である金属部材接合方法とする。

本発明よれば、バリ／突起物を溶融させ、ろう材層に固溶させることにより、ろう材層のみで接合する場合よりも強固な接合が可能になり、かつ、バリ／突起物の除去なしに、面で一様な金属接合を提供することができる。

本発明における金属接合プロセスの縦断面図である。 燃料噴射オリフィスプレートの製造方法を示す図である。 接合工程で用いられる接合装置の構成を説明するための図である。 燃料噴霧オリフィスプレートの構成を説明するための図である。 従来技術による金属接合部材の作製プロセスである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態では、図示しない内燃機関のシリンダ内に、渦状に燃料を噴霧するために用いられる燃料噴霧オリフィスプレート１００を例とし、その製造方法および構成に関する説明を行う。なお、以下の説明で参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の寸法とは異なっている場合がある。

〔燃料噴霧オリフィスプレートの製造方法〕
図２は、接合部材またはオリフィスプレートの一例としての燃料噴霧オリフィスプレート１００の製造方法を示す図である。本実施の形態では、シート１０と、シート１０の片面にメッキによって形成されたろう材３０と、ろう材が形成されていないシート２０とを用いて、燃料噴霧オリフィスプレート１００の製造を行っている。

ここで、本実施の形態では、シート１０が第１の被接合部材または第１シートの一例であり、シート２０が第２の被接合部材または第２シートの一例である。また、シート１０およびシート２０の両者が、被接合部材の一例である。

〔準備工程２２０〕
準備工程２２０は、第１シート取得工程と、第２シート取得工程とを含んで構成される。第１シート取得工程では、導電性を有する金属の板材であるシート１０に、メッキにて片面にろう材３０が形成されたシートロール材を取得する。また、第２シート取得工程では、導電性を有する金属の板材であって、ろう材が形成されていないシート２０のロール材であるシートロール材を取得する。

ここでシート１０およびシート２０としては、導電性を有する各種金属等を採用することが可能であるが、腐食が生じ難く、加工し易く、世の中に広く普及されていて廉価であるもの、といった観点から、ステンレス鋼を採用することが好ましい。

また、ろう材３０としては、シート１０とシート２０とをろう接した場合に濡れ性がよく、ろう接による接合後の強度を高く確保できるものを用いるとよい。ここで、ろう接の対象となる被接合部材として、本実施の形態のようにステンレス鋼を採用する場合には、ろう材３０としてＮｉ−Ｐ（ニッケルリン）を用いることが望ましく、特に、リンを１０ｗｔ．％以上含む所謂高リンタイプのＮｉ−Ｐを用いることが望ましい。一般に、ろう材３０としてＮｉ−Ｐを用いる場合、粉末状あるいは薄状に形成されたろう材を、被接合部材間に挟み込むことが多い。しかしながら、本実施の形態では、ろう材３０がＮｉ−Ｐであることから、ステンレス鋼からなるシート１０に、所謂無電解ニッケルメッキ法を用いて、Ｎｉ−Ｐからなるろう材３０を付着させている。

また、本実施の形態の場合、シート１０の厚さは、例えば０．１５〜２（ｍｍ）程度の範囲より選択することができ、シート２０の厚さは、例えば０．１〜０．５（ｍｍ）程度の範囲より選択することができる。一方、ろう材３０の厚さは、例えば１〜２（μｍ）の範囲より選択することができる。

〔抜き工程２３０〕
抜き工程２３０では、シート１０とシート２０とに各種の孔を形成する。片面にろう材３０が形成されたシート１０には金型２３１を用いて加工を施し、シート２０には金型２３５を用いて加工を施している。この例では、抜き工程２３０で、シート１０にスワール溝を含む各種の孔を形成しており、シート２０には各種の孔を形成している。
当該工程で形成する各種孔は、板厚の１０％程度のバリをろう材を形成した面側に生じさせるように加工を行う。

〔重ね工程２４０〕
重ね工程２４０では、抜き工程２３０にてそれぞれに各種の孔が形成されたシート１０とシート２０とが重ね合わされる。ここで、本実施の形態では、シート１０とシート２０とを重ね合わせる際、シート１０の片面に設けられたろう材３０を、シート２０の一方の面に接触させるようにしている。換言すれば、重ね工程２４０では、シート１０とシート２０とによって、ろう材３０を挟み込むようにしている。

〔接合工程２５０〕
〔接合装置〕
図３は、接合工程で用いられる溶接装置２５０ａの構成を説明するための図である。本実施の形態の溶接装置２５０ａは、第１の電極２５１ａと第２の電極２５１ｂとを有する電極を備えている。なお、図２に示したように、第１の電極２５１ａは、重ね合わされたシート１０およびシート２０のうち、シート１０に対峙して配置される。これに対し、第２の電極２５１ｂは、シート２０に対峙して配置される。

また、溶接装置２５０ａは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂに接合のための電圧を印加する電源装置２５２と、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂを図中上下方向に移動させることでシート１０およびシート２０の積層体に接触して加圧を行う加圧機構２５３と、これら電源装置２５２および加圧機構２５３の動作を制御する制御装置２５４とを備えている。

〔接合工程２５０プロセス１〕
図１（ａ）は、接合工程２５０プロセス１を示す図である。接合工程２５０プロセス１では、重ね工程２４０にてシート１０とシート２０とを重ね合わせてなる積層体が、第１の電極２５１ａと第２の電極２５１ｂとによって上下から挟み込まれ、シート１０とシート２０とが、バリ/突起物１２を介して接するような、第１印可圧力２５５ａを印可した状態で、第一印可電圧２５６ａを制御し３０００Ａを保つように通電を行い、バリ/突起物構造に対して選択的に電流を流すことで、バリ/突起物構造を溶融させる。

〔接合工程２５０プロセス２〕
図１（ｂ）は、接合工程２５０プロセス２を示す図である。接合工程プロセス２では圧力の印可を第２印可圧力２５５ｂに変化させ、ろう材３０の溶融温度８８０℃に保つように第２印可電圧２５６ｂを制御し、５秒間通電することで、プロセス１で溶融したバリ/突起物１２は、ろう材層３０を含む合金として溶融し、ろう材層３０の方向に固溶層３１を得ることができる。

〔接合工程２５０プロセス３〕
図１（ｃ）、（ｄ）は、接合工程２５０プロセス３を示す図である。接合工程２５０プロセス３では、プロセス２で発生した固溶層３１を固着させるため、第２印可圧力２５５ｂを印可した状態でエアーブロー２５７による空冷と装置内の冷却水２５８を５秒間作用させることで、前述の固溶層３１を固着層５０へ変化させた後、圧力の印可をやめ電極２５１ａおよび２５１ｂとシート１０及び２０を非接触の状態にして、接合状態１０２を得る。

〔噴霧孔形成工程２６０〕
噴霧孔形成工程２６０では、接合工程２５０で接合されたシート１０およびシート２０のうち、シート１０に設けられたスワール溝を介して露出するシート２０に、金型２６１を用いて複数の噴霧孔を形成する。

〔打ち抜き工程２７０および取り出し工程２８０〕
打ち抜き工程２７０では、シート１０およびシート２０を接合してなる帯状体に対し、金型２７１を用いて外形を打ち抜くプレス加工を施すことで、燃料噴霧オリフィスプレート１００を作製する。なお、燃料噴霧オリフィスプレート１００が打ち抜かれた帯状体（切断屑）は、再度ロール状に巻き取られ、その後廃棄される。
取り出し工程２８０では、以上のようにして製造された燃料噴霧オリフィスプレート１００が取り出される。

〔燃料噴霧オリフィスプレート１００の構造〕
図４（ａ）、（ｂ）は、上述した製造方法により製造された燃料噴霧オリフィスプレート１００の構成を説明するための図である。図４（ａ）は上面から燃料噴霧オリフィスプレート１００を眺めた上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す上面図の断面ＢＢを示した図である。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、上述した打ち抜き工程２７０における打ち抜きによって燃料噴霧オリフィスプレート１００に形成される切断面１０１も、併せて示している。

燃料噴霧オリフィスプレート１００は、円板状を呈しており、表面且つ中央部には、シート１０に形成されたスワール溝１１が設けられている。そして、溝の一例としてのスワール溝１１における４枚羽根の外周端側には、シート２０の表裏面すなわち厚さ方向に貫通する４つの噴霧孔２１が設けられている。燃料噴霧オリフィスプレート１００の直径はφ１０〜φ２０ｍｍ程度である。そして、切断面１０１により形成される燃料噴霧オリフィスプレート１００の外周面は、円筒形状を呈するようになっている。さらに、４つの噴霧孔２１は同一の直径（例えば１ｍｍ程度）に設定されている。そして、噴射孔の一例としての噴霧孔２１の内周面は、円筒形状を呈するようになっている。

図４（ｂ）に示すように、シート１０とシート２０との間には、ろう材３０とバリ/突起物１２が溶解した後に固化することで得られた接合部５０が存在し、この接合部５０によって、シート１０とシート２０とが固着接合されている。スワール溝１１は、シート１０にて形状が打ち抜かれ、シート２０によって底面が形成され、これらによって凹み容積が決定されている。

なお、この燃料噴霧オリフィスプレート１００は、表面側すなわちスワール溝１１が設けられている側に燃料噴霧装置が対向し、裏面側に内燃機関のシリンダが対向した状態で使用される。

なお、本実施の形態では、ガソリンや軽油等の燃料を噴霧する燃料噴霧オリフィスプレート１００を例として説明を行ったが、噴霧するのは燃料に限られるものではなく、各種流体の噴霧に用いることもできる。

また、本実施の形態では、燃料噴霧オリフィスプレート１００を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。すなわち、上述した構成および手法は、２つの被接合部材をろう材にて接合してなる各種接合部材および各種接合部材の製造方法に適用することができる。そして、このような接合部材としては、例えば複数の金属板を厚さ方向に重ねて接合することで構成される熱交換器や冷却プレート等を挙げることができる。

１０…シート、１１…スワール溝、１２…バリ/突起物、２０…シート、２１…噴霧孔、３０…ろう材、３１…固溶層、５０…固着層、６０…金属製マイクロスラスト板、６１…上側部品、６２…下側部品、６３…貫通孔、６４…ねじ付き貫通孔、１００…燃料噴霧オリフィスプレート、１０１…切断面、１０２…接合状態、２２０…準備工程、２３０…抜き工程、２３１、２３５、２６１、２７１…金型、２４０…重ね工程、２５０…接合工程、２５０ａ…溶接装置、２５１ａ…第１電極、２５１ｂ…第２電極、２５２…電源装置、２５３…加圧機構、２５４…制御装置、２５５ａ…第１印可圧力、２５５ｂ…第２印可圧力、２５６ａ…第１印可電圧、２５６ｂ…第２印可電圧、２５７…エアーブロー、２５８…冷却水、２６０…噴霧孔形成工程、２７０…打ち抜き工程、２８０…取り出し工程

Claims (5)

1. 金属部材接合方法において、
   第１金属部材にろう材層を形成する工程と、
   前記第１金属部材の前記ろう材層を形成した面に突起構造物が発生するように抜き加工を行う工程と、
   ろう材層を挟むように、前記第１金属部材と第２金属部材とを重ねわせる工程と、
   第１の電極と第２の電極で、前記第１金属部材の前記突起構造物が前記第２金属材と当接するように第１荷重を印可した状態で通電させ、前記突起構造物を溶融させる工程と、
   前記第１荷重よりも大きな第２荷重を印可した状態で加熱し、前記ろう材層を溶融させる工程と、
   前記第２荷重を印可した状態で固着させる工程と、
   を有することを特徴とする金属部材接合方法。
2. 前記第１荷重が、前記第２荷重よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の金属部材接合方法。
3. 前記ろう材層がＮｉめっきであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材接合方法。
4. 前記第１金属部材と前記第２金属部材が同じ金属であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の金属部材接合方法。
5. 前記突起構造物が部材の厚さの１５％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに金属部材接合方法とする。
   
   
   
   

Images