JP2022117672A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流の供給源から目的部位までの通電距離による電流の偏りを低減させ、接合部分の強度を向上させる接合装置を提供する。【解決手段】接合装置は、被接合部に印加する電流を発生させる電源部２０と、電源部２０に接続され、第１のワークＷ１に接触する第１の電極１１と、電源部２０に接続され、第２のワークＷ２に接触する第２の電極１２と、を有し、例えば、通電距離に準じて第１の電極１１と第２の電極１２とワークＷ１、Ｗ２との接触面の表面粗さを調整することにより、第１の電極１１及び第２の電極１２は、それぞれ、電源部２０と接触するワークＷ１、Ｗ２との距離によらずにワークＷ１、Ｗ２内で流れる電流の偏りを、低減させる構成を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、接合装置に関し、特に金属部材同士を接合する接合装置に関する。

金属材料からなる被接合材同士を電極で挟み込み、被接合部に加圧力を加えながらパルス状の接合用電流を流して抵抗溶接する接合装置が知られている。このような接合装置を用いて被接合材同士の接合を行うにあたり、被接合材の少なくとも一方が高炭素鋼や浸炭処理を施した鋼等の焼きが入り得る金属材料である場合、接合用電流の通電により接合された接合部は焼き入れされた状態になる。そのため、接合品においては、焼入れされた接合部を含むその近傍の靭性が低下する。これにより、靭性が低下した部分には、クラック等の不具合が生じやすい。そのため、接合部の靭性を向上させるために、接合部に焼戻し用電流を流して、焼戻し処理を行う場合がある。

特許文献１には、焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材と、金属材料で形成された第２の部材とを接合した接合部材を製造する方法であって、第１の部材の接合対象部分と第２の部材の接合対象部分とを接触させて第１の部材及び第２の部材を配置する接触配置工程と、第１の部材及び第２の部材の接合対象部分に接合用のパルス状溶接電流を流し第１の部材と第２の部材を接合する接合工程と、第１の部材と第２の部材とが接合された接合部分に、第一の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第一の焼き戻し工程と、接合部分に、第一の焼き戻し電流よりも小さい第二の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第二の焼き戻し工程とを備える接合部材の製造方法が開示されている。

特開２０１８－３４１６０号公報

上記の接合工程や各焼き戻し工程では、被接合材に対して電流を通電するが、電流は、電流の供給源からの通電距離に応じて流れやすさが変化する特徴を有する。すなわち、電流の供給源から目的部位までの通電距離が長い程、電流が流れにくくなる。したがって、特許文献１に記載の接合部材の製造方法において、焼戻し電流を通電した際に、接合部分のうち電流の通電距離が長い領域では、十分に焼戻しされない虞がある。しかしながら、特許文献１には、この点について開示されておらず、改善の余地がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、接合部分の強度を向上させる接合装置を提供することを目的とするものである。

一実施の形態にかかる接合装置は、被接合部に印加する電流を発生させる電源部と、電源部に接続され、第１のワークに接触する第１の電極と、電源部に接続され、第２のワークに接触する第２の電極と、を有し、第１の電極及び第２の電極は、それぞれ、電源部と接触するワークとの距離によらずにワーク内で流れる電流の偏りを低減させる構成を有する。

本発明により、接合部分の強度を向上させる接合装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる接合装置の概要を示す図である。 図１に示した接合装置の電極を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる接合装置により接合されるワークの一例を示す図である。 図１に示した接合装置における電流経路を説明する斜視図である。 比較例の接合装置の電極を示す斜視図である。 接合部に流れる電流密度を示したグラフである。

実施の形態１
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。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本実施形態にかかる接合装置は、被接合部に印加する電流を発生させる電源部２０と、電源部２０に接続され、第１のワークＷ１に接触する第１の電極１１と、電源部２０に接続され、第２のワークＷ２に接触する第２の電極１２と、を有し、第１の電極１１及び第２の電極１２は、それぞれ、電源部２０と接触するワークＷ１、Ｗ２との距離によらずにワークＷ１、Ｗ２内で流れる電流の偏りを低減させる構成を有するものである。

まず、図１を参照して、上記構成を有する接合装置の一例について説明する。図１は、実施の形態１にかかる接合装置の概要を示す図である。なお、図１において、被接合材であるワークＷ１、Ｗ２はその断面を示している。

図２に示すように、接合装置１は、電極１１及び電極１２からなる一対の電極１０と、電源部２０と、制御装置３０と、を有する。本実施形態では、接合装置１を用いて、第１のワークとしてのワークＷ１と、第２のワークとしてのワークＷ２と、を抵抗溶接により接合する例を説明する。例えば、接合装置１は、筒状部材同士を接合し、環状の接合部を形成するリングマッシュ（商標登録）接合を行うことができる装置である。

ワークＷ１、Ｗ２は、任意の同種の金属材料、又は異種の金属材料からなる。例えば、ワークＷ１、Ｗ２は、炭素鋼、表面を浸炭処理した鋼、鋳物等の鉄系材料、アルミニウム、アルミニウム合金等により構成される。これらのうち、ワークＷ１、Ｗ２の少なくとも一方は、予め焼入れが行われた金属材料（例えば、表面を浸炭処理した鋼）、又は、溶接時の通電により焼入れが行われる金属材料（例えば、焼入れが行われ得る程度の炭素を含有する高炭素鋼）により構成される。

本実施形態において、ワークＷ１及びワークＷ２は、ともに筒形状を有し、詳細には、略円筒形状の中空部材である。ワークＷ１、Ｗ２は、中心軸方向に存在するワークＷ１の一方の端部Ｗａ及びワークＷ２の一方の端部Ｗｃにおける径方向の幅がともに全周に渡り先端に向かって先細る形状を有する。接合時には、ワークＷ１及びワークＷ２は、互いに先細った一方の端部Ｗａ、Ｗｃ側が上下に対向するように配置されるとともに、ワークＷ１、Ｗ２は同軸的に重ね合わされる。つまり、ワークＷ１、Ｗ２の中心軸方向に切る断面積は、ワークＷ１とワークＷ２とが所要の重ね合わせ代を有して重ね合わされた状態において、互いに向かい合う方向に向かって漸次減少している。

例えば、ワークＷ１の外周端（外形部）と、ワークＷ２の内周端（ワークＷ２の中空部分の周縁部）と、がそれぞれ被接合部である場合、ワークＷ２の中空部分に対し、加圧力を伴ってワークＷ１を押し込みながら両者の接合が行われ、互いに接合部を形成する。この場合、ワークＷ１の被接合部に対応する外径は、ワークＷ２の被接合部に対応する中空部分の直径よりも僅かに大きく形成されることが望ましい。また、接合部は、ワークＷ１における外周端とワークＷ２の内周端との間で全周に渡って形成されてもよく、一部が接合されずに断続的に形成されてもよい。

上記のワークＷ１、Ｗ２同士を接合する接合装置１は、一対の電極１０を用いて抵抗溶接を行うことができるように構成されている。電極１０は、第１の電極としての電極１１と、第２の電極としての電極１２と、からなる。なお、以下の説明において、電極１１と電極１２とを区別する必要のない場合に、電極１１及び電極１２をまとめて電極１０と表記することもある。

電極１１及び電極１２は、クロム銅、ベリリウム銅等の導電材料により形成され、ともに電源部２０に電気的に接続されている。また、各電極１１、１２は、それぞれ全体として略円柱状を呈している。各電極１１、１２は、ワークＷ１、Ｗ２への通電を行うにあたり、電極１１、１２とワークＷ１、Ｗ２との各接触面積を十分に確保することが可能であれば、略円環状に形成されていてもよい。電極１１、１２は、ワークＷ１、Ｗ２を上下から挟み込むように配置される。

電極１１は、ワークＷ１、Ｗ２の上方に配置される。電極１１は、ワークＷ１の中心軸方向の上側に存在する端面Ｗｂに接触するものであり、電極１１の下端面は、ワークＷ１と接触する第１接触面１１ｓとして形成されている。電極１１は、第１接触面１１ｓが水平方向に沿うように配置され、接合装置１が備える支持部材４０ａに支持されている。

電極１２は、ワークＷ１、Ｗ２の下方に配置される。電極１２は、ワークＷ２の中心軸方向の下側に存在する端面Ｗｄと接触するものであり、電極１２の上端面は、ワークＷ２と接触する第２接触面１２ｓとして形成されている。電極１２は、第２接触面１２ｓが水平方向に沿うように配置され、接合装置１が備える基台４０ｂに固定されている。

また、接合装置１は、電極１１及び電極１２を互いに接近又は離間する方向に移動させるとともに、電極１１と電極１２との間に加圧力を加える加圧装置を備える。加圧装置は、例えば、上下方向に昇降可能なピストンロッドが設けられたシリンダである。シリンダには、エアシリンダや油圧シリンダ等を用いることができる。このような加圧装置は、電極１１と電極１２とのうち、少なくとも一方を駆動するように設けられればよい。

例えば、電極１１に対して、支持部材４０ａを介して加圧装置が設けられる。これにより、電極１１は、上下方向に移動可能に構成される。接合に際しては、被接合部側を上向きにした状態でワークＷ２が電極１２の第２接触面１２ｓ上に載置される。ワークＷ１は、被接合部側を下向きにした状態で、所定の重ね合わせ代を有してワークＷ２の上に重ね合わされる。このように、電極１２上にワークＷ１、Ｗ２がセットされる。

電極１１は、加圧装置により押圧されて下降し、電極１１の第１接触面１１ｓがワークＷ１の端面Ｗｂに接触する。そして、電極１１は、ワークＷ１、Ｗ２に上側から加圧力を加えることができる。

電極１２は、基台４０ｂに固定された状態で、電極１２の第２接触面１２ｓ上にワークＷ１、Ｗ２を載置して支持する。この時、電極１２の第２接触面１２ｓは、ワークＷ２の端面Ｗｄに接触している。電極１２は、電極１１から加圧力を受けた場合に、当該加圧力の反力によりワークＷ１、Ｗ２に下側から加圧力を加えることができる。

電源部２０は、ワークＷ１、Ｗ２の各被接合部に印加する電流を発生させる電源である。電源部２０は、電極１０に対してパルス状電流を供給するものである。電源部２０は、交流電源、整流回路、直流電源回路、コンデンサ、インバータ回路、トランス、スイッチ部品等を備え、短時間で大電流を通電可能に構成される。

制御装置３０は、接合装置１の動作を制御するものである。制御装置３０は、加圧装置と電気的に接続され、加圧装置を駆動制御する。また、制御装置３０は、電源部２０と電気的に接続され、電極１０に対する電流の供給の有無、及び供給する電流の大きさを制御することができる。

ここで、図２を参照して、電極１０のより詳細な構成について説明する。図２は、図１に示した接合装置の電極を示す斜視図である。本実施形態では、ワークＷ１、Ｗ２内で流れる電流の偏りを低減させる１つの方法として、電極１０とワークＷ１、Ｗ２との接触面積を調整する例を説明する。

電極１１及び電極１２は、同様の形状及び構造を有するものを対向配置して用いることができるため、図２では、電極１２を示して電極１０の詳細について説明する。図２には、電極１２の第２接触面１２ｓを示して説明するが、電極１１の第１接触面１１ｓも第２接触面１２ｓと同様の構成を有するものとする。

なお、以下の説明では、電極１０の電源部２０に最も近い側を電源部側とし、電極１０の電源部２０から最も離れた側を反電源部側として説明する。さらに、電極１０の中心軸を中心として、第１接触面１１ｓ及び第２接触面１２ｓにおける周方向の角度θについて、電源部側をθ＝０°とし、反電源部側をθ＝１８０°として定義する。図２には、電極１２を中心軸に沿って切断し、０°～１８０°の範囲を含んだ電極１２の一部を示している。

図２に示すように、電極１２は、第２接触面１２ｓの表面粗さが電源部２０から離れるにしたがって段階的に減少するように構成されている。例えば、第２接触面１２ｓは、中心を起点として外周方向に延びる複数の放射状の直線によって、略扇形状を有する複数の領域に区画される。本実施形態では、第２接触面１２ｓの中心を通る直径を用いて、第２接触面１２ｓを６つの領域に区画した例を示している。

当該６つの領域について、電源部側から順に領域１２ａ、２つの領域１２ｂ、２つの領域１２ｃ、領域１２ｄとして説明する。図２に部分的に図示した電極１２では、区画された６つの領域のうち、４つの領域が示されている。当該４つの領域は、電源部側から順に領域１２ａ、領域１２ｂ、領域１２ｃ、領域１２ｄである。

領域１２ａは、電極１２のうち電源部２０に最も近い領域である。領域１２ａは、第２接触面１２ｓの中心を通って電源部２０から反電源部側に向かう方向（Ｘ方向）を対称軸として対称性を有する形状に形成される。領域１２ａは、領域１２ａ～１２ｄの中で表面粗さが最大に構成され、最も粗い表面形状を有する。領域１２ｄは、電極１２のうち電源部２０から最も離れた領域であり、Ｘ方向に沿って領域１２ａと対称的に位置する領域である。領域１２ｄは、領域１２ａ～１２ｄの中で表面粗さが最小に構成され、最も細かい表面形状を有する。

領域１２ｂ、１２ｃは、領域１２ａと領域１２ｄとの間に挟まれた領域である。領域１２ｂは、領域１２ａより反電源部側に位置するとともに、領域１２ｃより電源部側に位置する領域である。また、領域１２ｂの表面粗さは、領域１２ａより小さく、領域１２ｃ、１２ｄより大きく構成される。領域１２ｃは、領域１２ｂより反電源部側に位置するとともに、領域１２ｄより電源部側に位置する領域である。領域１２ｃの表面粗さは、領域１２ａ、１２ｂより小さく、領域１２ｄより大きく構成される。なお、領域１２ｃ、１２ｄは、Ｘ方向を対称軸として線対称に他方の領域１２ｃ、１２ｄが形成される。

すなわち、領域１２ａ～１２ｄの表面粗さの大きさは、領域１２ａ＞領域１２ｂ＞領域１２ｃ＞領域１２ｄである。また、このように構成される電極１２と端面Ｗｄが平坦なワークＷ２とが接触した場合に、両者の接触面積の大きさを第２接触面１２ｓの各領域１２ａ～１２ｄに対応させて比べると、領域１２ａ＞領域１２ｂ＞領域１２ｃ＞領域１２ｄとなるように構成される。

ここで、電極１１、１２とワークＷ１、Ｗ２との接触面積を調整する他の例としては、電極１１、１２と接触するワークＷ１、Ｗ２の各端面Ｗｂ、Ｗｄの表面粗さを電源部２０から離れるにしたがって小さくなるように構成する方法がある。図３は、実施の形態１にかかる接合装置により接合されるワークの一例を示す図である。

なお、以下の説明では、上記と同様に、ワークＷ１、Ｗ２の電源部２０に最も近い側を電源部側とし、ワークＷ１、Ｗ２の電源部２０から最も離れた側を反電源部側として説明する。さらに、ワークＷ１、Ｗ２の中心軸を中心として、端面Ｗｂ、Ｗｄにおける周方向の角度θについて、電源部側をθ＝０°とし、反電源部側をθ＝１８０°として定義する。また、図３には、ワークＷ１の端面Ｗｂを示して説明するが、ワークＷ２の端面Ｗｄも端面Ｗｂと同様の構成を有するものとする。

図３に示すように、ワークＷ１は、端面Ｗｂの表面粗さが電源部２０から離れるにしたがって段階的に減少するように構成されている。図３は、端面Ｗｂの中心を通る直径を用いて、端面Ｗｂを６つの領域に区画した例を示しており、図２で説明した電極１２の第２接触面１２ｓと同様の構成である。当該６つの領域について、電源部側から順に領域Ｆａ、２つの領域Ｆｂ、２つの領域Ｆｃ、領域Ｆｄとして説明する。

領域Ｆａは、端面Ｗｂのうち電源部２０に最も近い領域である。領域Ｆａは、端面Ｗｂの中心を通って電源部２０から反電源部側に向かう方向（Ｘ方向）を対称軸として対称性を有する形状に形成される。領域Ｆａは、領域Ｆａ～Ｆｄの中で表面粗さが最大に構成され、最も粗い表面形状を有する。領域Ｆｄは、端面Ｗｂのうち電源部２０から最も離れた領域であり、Ｘ方向に沿って領域Ｆａと対称的に位置する領域である。領域Ｆｄは、領域Ｆａ～Ｆｄの中で表面粗さが最小に構成され、最も細かい表面形状を有する。

２つ領域Ｆｂ及び２つの領域Ｆｃは、領域Ｆａと領域Ｆｄとの間に挟まれた領域である。領域Ｆｂ、Ｆｃは、周方向に隣り合う１組の領域Ｆｂ及び領域Ｆｃに対し、端面Ｗｂの中心を通るＸ方向を対称軸として残り１組の領域Ｆｂ及び領域Ｆｃが対称的に形成される。

領域Ｆｂは、領域Ｆａより反電源部側に位置するとともに、各領域Ｆｃより電源部側に位置する領域である。また、領域Ｆｂの表面粗さは、領域Ｆａより小さく、領域Ｆｃ、Ｆｄより大きく構成される。領域Ｆｃは、領域Ｆｂより反電源部側に位置するとともに、領域Ｆｄより電源部側に位置する領域である。領域Ｆｃの表面粗さは、領域Ｆａ、Ｆｂより小さく、領域Ｆｄより大きく構成される。

すなわち、領域Ｆａ～Ｆｄの表面粗さの大きさは、領域Ｆａ＞領域Ｆｂ＞領域Ｆｃ＞領域Ｆｄである。また、このように構成されるワークＷ１と第１接触面１１ｓが平坦な電極１１とが接触した場合に、両者の接触面積を端面Ｗｂの各領域Ｆａ～Ｆｄに対応させて比べると、領域Ｆａ＞領域Ｆｂ＞領域Ｆｃ＞領域Ｆｄとなるように構成される。

このように、電極１１、１２の接触面１１ｓ、１２ｓやワークＷ１、Ｗ２の端面Ｗｂ、Ｗｄの表面形状を凹凸状に形成する方法の一例として、電極１１、１２の接触面１１ｓ、１２ｓやワークＷ１、Ｗ２の端面Ｗｂ、Ｗｄに対して公知のショットブラスト加工を施す方法が挙げられる。

ショットブラスト加工は、鋳鉄や鋳鋼等の球形粒子やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の球形粒子や微粉末からなる多数の投射材を被加工面に投射する方法であり、これにより、被加工面を所定の表面粗さに加工するものである。

例えば、電極１１、１２の接触面１１ｓ、１２ｓやワークＷ１、Ｗ２の端面Ｗｂ、Ｗｄに対してショットブラスト加工を施す際に、上記した領域毎に衝突させる粒子の粒子径を変えることにより、各領域をそれぞれ所望の異なる表面形状とすることができる。

具体的には、表面形状を粗くしたい領域には、より大きな粒子径の粒子を衝突させる。また、表面形状を細かくしたい領域には、より小さな粒子径の粒子を衝突させる。このようなショットブラスト加工の代わりに、バレル加工を行ってもよい。

凹凸状の表面形状を形成した後の各領域の表面粗さの度合いは、例えば算術平均粗さＲａを指標として評価すればよい。算術平均粗さＲａは、画像解析等による測定を行うことにより算出可能である。また、各領域の表面粗さは、ショットブラスト加工で使用する投射材の粒子径に基づいて判断してもよい。

このように、電極１１、１２の接触面１１ｓ、１２ｓ、又はワークＷ１、Ｗ２の端面Ｗｂ、Ｗｄにおける表面粗さを減少させて凹凸形状を細かく形成すると、電極１１、１２と電極１１、１２がそれぞれ接触するワークＷ１、Ｗ２との各接触面積が増加する。そのため、ワークＷ１、Ｗ２を電極１０により加圧しながら通電する際には、当該接触面積が小さい場合と比較して、電極１０とワークＷ１、Ｗ２との間の接触抵抗を低減することができる。

次に、接合装置１を用いてワークＷ１、Ｗ２を接合する方法について説明する。まず、電極１２上にワークＷ２をセットする。さらに、ワークＷ２の上にワークＷ１をセットする。この時、ワークＷ１は、ワークＷ２に対して所定の重ね合わせ代を有して位置合わせされる。

続いて、シリンダを駆動することにより電極１１を下降させる。下降した電極１１は、ワークＷ１の端面Ｗｂに当接し、ワークＷ１、Ｗ２を一対の電極１０で挟み込んだ状態で加圧することにより、ワークＷ１、Ｗ２に上側及び下側から加圧力を加える。

そして、ワークＷ１、Ｗ２に加圧力を加えながら、電源部２０からワークＷ１、Ｗ２同士を接合するための接合用電流を供給する。接合用電流は、ワークＷ１、Ｗ２の各被接合部を流れ、被接合部同士の接触抵抗によって発熱し、各被接合部は塑性流動する。各被接合部における塑性流動の進行に伴って、ワークＷ１がワークＷ２の中空部分に押し込まれて、ワークＷ１の外周端とワークＷ２の内周端との間で接合部を形成する。接合用電流の通電後、電極１１に対する通電が解除され、ワークＷ１、Ｗ２は冷却される。

上記の接合方法によると、ワークＷ１、Ｗ２を、僅かな重ね合わせ代を有して配置し、これらを一対の電極１０間に挟んで加圧しながら大電流を流し、母材の融点以下の温度において瞬時に固相接合することができる。そのため、上記の接合方法によれば、熱ひずみが小さく、短時間で溶接を行うことができる。

本実施形態において、ワークＷ１、Ｗ２のうち少なくとも一方は、予め焼入れが行われた金属材料、又は、溶接時の通電により焼入れが行われる金属材料により構成される。そのため、接合部は焼入れされた状態である。

そこで、接合部の靭性を向上させるために、接合部の焼戻しを行う。上記した接合部の形成に続いて、ワークＷ１、Ｗ２に加圧力を加えながら、電源部２０から焼戻し用電流を供給すると、焼戻し用電流が接合部に流れる。これにより、接合部の焼戻しが行われる。接合部の焼戻しが完了すると、電極１１に対する加圧及び通電が解除され、電極１１は上昇して初期位置に戻る。そして、互いに接合されたワークＷ１、Ｗ２は、接合装置１から取り出される。

接合装置１では、電極１０に対する電流の供給の有無、及び供給する電流の大きさを制御することができるため、焼戻しを行う際に別の電極を用意する等、焼戻し専用の設備を必要としないことから、生産性が向上する。

次に、接合装置１における通電時の電流経路について、ワークＷ１、Ｗ２の接合部への通電を例として、図４を参照しつつ説明する。図４は、図１に示した接合装置における電流経路を説明する斜視図である。なお、通電時には、電極１１、１２、及びワークＷ１、Ｗ２は同軸的に配置されている。また、図４には、電極１１、１２、及びワークＷ１、Ｗ２の断面を含んだ斜視図を示しており、電流経路Ｐ１、Ｐ２は黒矢印で示している。

電流経路Ｐ１は、電流が接合部に流れる経路のうち、電源部２０から接合部を通って電源部２０に戻るまでの通電距離が最短の経路である。電流経路Ｐ２は、電流が接合部に流れる経路のうち、電源部２０から接合部を通って電源部２０に戻るまでの通電距離が最長の経路である。

電流経路Ｐ１は、接合部において電源部２０に最も近接した部分を通過する経路である。詳細には、まず、電源部２０から電極１１に電流が供給されると、供給された電流は、電極１１とワークＷ１との接触面に向かって、電極１１内の電源部側を流れる。電流は、電極１１とワークＷ１との接触面を介してワークＷ１に流れて下方向に進み、ワークＷ１とワークＷ２とが接合された接合部を流れる。接合部を流れた電流は、接合部を介してワークＷ２に流れてそのまま下方向へ進み、ワークＷ２と電極１２との接触面を介して電極１２内に流れる。続いて、電流は、電極１２の電源部側から電源部２０に向かって進み、電源部２０に到達する。

電流経路Ｐ２は、電源部２０から供給された電流が接合部において最も電源部２０から離れた部分を通過する経路である。詳細には、まず、電源部２０から電極１１に電流が供給されると、供給された電流は、電源部２０から反電源部側に向かうとともに、電極１１とワークＷ１との接触面に向かって電極１１内を流れる。電流は、電極１１とワークＷ１との接触面を介してワークＷ１に流れて下方向に進み、ワークＷ１とワークＷ２とが接合された接合部を流れる。接合部を流れた電流は、接合部を介してワークＷ２に流れて下方向に進み、ワークＷ２と電極１２との接触面を介して電極１２内に流れる。続いて、電流は、電極１２の反電源部側から電源部２０に向かって進み、電源部２０に到達する。

接合装置１において、電極１０とワークＷ１、Ｗ２との各接触面積は、電源部２０から離れるにしたがって大きくなるように構成される。したがって、ワークＷ１、Ｗ２を電極１０により加圧しながら通電する際に、電源部２０からの通電距離が長い領域ほど電極１０とワークＷ１、Ｗ２との間の接触面積を大きくすることにより、電極１０とワークＷ１、Ｗ２との間の当該領域における電気抵抗を小さくして電流を流れやすくしている。

一方、比較例の接合装置について説明する。図５は、比較例の接合装置の電極を示す斜視図である。比較例の接合装置は接合装置１と比較してワークＷ１、Ｗ２と接触する電極の接触面の構成が異なるものである。図５には比較例の接合装置が備える一対の電極のうちの一方を図示して説明する。

図５に示す電極１１０は、ワークＷ１又はワークＷ２と接触する接触面１１０ｓの全体が一定の表面粗さを有するものである。この場合、比較例の接合装置を用いて接合されるワークＷ１、Ｗ２は、電極１１０が接触する端面Ｗｂ、Ｗｄの全体が一定の表面粗さに形成されたものとする。例えば、接触面１１０ｓ及び端面Ｗｂ、Ｗｄの表面形状が平坦面として構成される場合、接触面１１０ｓ及び端面Ｗｂ、Ｗｄは一定の表面粗さを有する。

電流は、供給源からの通電距離が長くなるほど電気抵抗が大きくなり、流れにくいものである。したがって、接触面積が何ら調整されていない比較例の接合装置では、主に電流経路Ｐ２に従った経路により電流が流れやすい。この場合、電流の供給源である電源部２０からの通電距離が短いワークＷ１、Ｗ２の電源部側の領域に電流が流れやすく、電源部２０からの通電距離が長いワークＷ１、Ｗ２の電源部２０から離れた反電源部側の領域には電流が流れにくい。

このように、接触面積が調整されない場合、電源部２０からの通電距離に応じて、ワークＷ１、Ｗ２に対して電流は電源部側に偏って流れる。すなわち、比較例の接合装置を用いてワークＷ１、Ｗ２の接合部に焼戻し用電流を流した際には、接合部のうち電源部２０に近い領域で局所的に焼入れが行われる。一方、接合部のうち電源部２０から離れた反電源部側の領域では、焼戻しが十分に行われないため、当該領域における靭性は低いままであり、依然としてクラック等の不具合が発生しやすい。したがって、比較例の接合装置を用いた場合、接合部に流れる電流に偏りが生じ、焼戻しが行われた接合部の強度が不均一な状態になるという問題がある。

次に、接合装置１と比較例の接合装置とをそれぞれ用いてワークＷ１、Ｗ２の接合部に焼戻し用電流を通電した際の接合部に流れる電流密度を調査した結果を説明する。図６は、接合部に流れる電流密度を示したグラフである。なお、図６では、接合装置１を用いた場合において接合部に流れる電流密度の値を実施例として実線で示し、比較例の接合装置を用いた場合において接合部に流れる電流密度の値を比較例として破線で示している。

図６に示すように、比較例では、電源部側（θ＝０°）における電流密度は６０．５～６１．０Ａ／ｍｍ^２の間にあり、反電源部側（θ＝１８０°）における電流密度は５８．０～５８．５Ａ／ｍｍ^２の間にある。両者の差は２．０Ａ／ｍｍ^２以上であり、電源部側から反電源部側に向かうにつれて電流密度は徐々に減少しており、実施例と比べてグラフの変動が大きい。

比較例の場合、接合部に流れる電流密度は、接合部の周方向に沿って電源部２０から離れるにしたがって減少し、その減少幅が大きいことがわかった。よって、比較例においては、接合部に流れる電流が、電流の供給源から目的部位までの通電距離が短い電源部側の領域に偏って流れるため、接合部における温度上昇の度合いが領域毎に異なり不均一になる。その結果、焼戻しが行われた接合部の強度が不均一な状態になる。

一方、実施例では、電源部側（θ＝０°）における電流密度は５９．５～６０．０Ａ／ｍｍ^２の間にあり、反電源部側（θ＝１８０°）における電流密度は５９．０～５９．５Ａ／ｍｍ^２の間にある。両者の差は１．０Ａ／ｍｍ^２未満であり、電源部側から反電源部側に向かうにつれて電流密度は僅かに減少しているが、比較例と比べて緩やかに減少している。

実施例の場合、接合部に流れる電流密度は、接合部の周方向に沿って電源部２０から離れるにしたがって僅かに減少するが、その減少幅が小さいことがわかった。よって、電極１０とワークＷ１、Ｗ２との接触面積を適切に調整された実施例では、電流は電流の供給源から目的部位までの通電距離によらず、接合部の全体に均一な電流密度で流れる。これにより、接合部に焼戻し電流を流す通電時には、接合部の全周に渡って均一に温度上昇するため、接合部が全体的に十分に焼戻しされる。その結果、接合装置１を用いて接合及び焼戻しが行われた接合部では、全体的に靭性が向上するため、良好で均一な強度が得られる。

以上、説明したように、実施の形態１にかかる接合装置は、一対の電極１０とワークＷ１、Ｗ２とがそれぞれ接触する各接触面積について、電源部に近接する電源部側の領域では接触面積が大きく、電源部２０から離れた反電源部側の領域では接触面積が小さく構成される。

本実施形態にかかる接合装置によれば、電源部２０からの通電距離に応じて電極１０とワークＷ１、Ｗ２との接触面積を適切に調整することにより、接合部に流れる電流密度を接合部の全周に渡って均一化することができる。これにより、通電距離に応じた電流の偏りが低減され、接合部の焼入れ時には、接合部を全体的に焼戻しされた状態にすることができる。したがって、接合部の全体が良好な硬度を有することにより、接合部の強度を向上させることができる。

また、本実施形態にかかる接合装置によれば、例えば、特許文献１のように、複雑な電流値の制御と複数回の焼戻しとを行うことなく、接合部を全体的に均一な硬度とすることができる。

他の実施の形態
以上で説明した実施の形態１では、一対の電極１０とワークＷ１、Ｗ２との各接触面積を電源部２０からの通電距離に応じて調整することにより、接合部に流れる電流密度を全周に渡って均一化するものである。しかしながら、電源部２０とワークＷ１、Ｗ２との距離によらずにワークＷ１、Ｗ２内で流れる電流の偏りを低減できれば、他の構成により電流密度の均一化を行ってもよい。

例えば、実施の形態１で説明した電極１０の各領域１２ａ～１２ｄをそれぞれに含む電極１０の各部分毎に、電気抵抗の大きさを変えることが考えられる。この場合、電極１０の各部分は、電源部２０から離れるにしたがって電気抵抗が小さくなるように、電極１０を形成する導電材料の種類や成分組成を変える等すればよい。電源部２０から離れた領域ほど電気抵抗を小さくすることにより、通電距離が長い領域にも電流が流れやすくなる。

その他の例として、電極１０を複数の電源部２０に接続することが考えられる。この場合、複数の電源部２０は、電極１０の周方向に沿って電極１０の周囲に等間隔で配置し、各電源部２０から接合部に至るまでの通電距離を等しく構成するとともに、接合部を通過して各電源部２０に戻る通電距離を等しく構成すればよい。電流経路が均等に形成されることにより、電流は接合部の全周に渡って均等に流れることができる。

これらの構成によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。これらの構成を有する接合装置によれば、電流の通電距離に起因して接合部に流れる電流の偏りを低減することができる。接合部に流れる電流の偏りを低減することにより、通電時には、接合部の全周に渡って均一に温度上昇するため、接合部が全体的に十分に焼戻しされる。その結果、接合及び焼戻しが行われた接合部では、全体的に靭性が向上するため、良好で均一な強度が得られる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、それぞれの実施形態を適宜組み合わせて実施されてもよい。

１ 接合装置
１０、１１、１２ 電極
１１ｓ 第１接触面
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ 領域
１２ｓ 第２接触面
２０ 電源部
３０ 制御装置
４０ａ 支持部材
４０ｂ 基台
１１０ 電極
１１０ｓ 接触面
Ｐ１、Ｐ２ 電流経路
Ｗ１、Ｗ２ ワーク
Ｗａ、Ｗｃ 端部
Ｗｂ、Ｗｄ 端面
θ 角度

Claims (1)

1. 被接合部に印加する電流を発生させる電源部と、
   前記電源部に接続され、第１のワークに接触する第１の電極と、
   前記電源部に接続され、第２のワークに接触する第２の電極と、
   を有し、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ、前記電源部と接触する前記ワークとの距離によらずに前記ワーク内で流れる電流の偏りを低減させる構成を有する接合装置。

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