JP5771974B2 - Joining method - Google Patents
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Description
本発明は、抵抗加熱および加振摩擦を用いた接合方法に関する。 The present invention relates to a bonding side method using resistance heating and vibrating friction.
従来より、導電性の金属材料同士を互いに接合する方法として、抵抗溶接が使用されている。抵抗溶接は、導電性金属材料同士を接触させた状態で電極により挟み、電極から電流を与えることで、接合面の接触抵抗により生じる抵抗加熱により、導電性金属材料同士を溶融接合する方法である。例えば特許文献1には、接合する対の導電性金属材料を接触させた状態で加振し、表面の絶縁被覆を剥がした後に加振を停止させ、抵抗加熱により溶融接合する方法が記載されている。 Conventionally, resistance welding has been used as a method for joining conductive metal materials to each other. Resistance welding is a method in which conductive metal materials are melt-bonded by resistance heating caused by contact resistance of the joint surface by sandwiching the conductive metal materials in contact with each other and applying current from the electrodes. . For example, Patent Document 1 describes a method in which a pair of conductive metal materials to be bonded are vibrated in contact with each other, the vibration is stopped after the surface insulating coating is peeled off, and fusion bonding is performed by resistance heating. Yes.
しかし、抵抗加熱を引き起こす電流は、被接合部材間の接合面における高面圧部に集中し、接触面全体に均等に流れないため、加熱が不均等となり、限定された面積および形状しか接合できない。例えば、被接合部材の接合面が、同一平面上にない場合、全ての接合面を均一に接合し、安定した接合強度を得ることが困難である問題を有する。特に、中空通路を形成するための割り面であって中空通路の軸線に沿って伸びる割り面の場合、同一平面上にないことが多く、このような割り面を接合面に設定して均一な接合を可能とする技術の確立が要請されている。 However, the current that causes resistance heating is concentrated on the high surface pressure portion at the joint surface between the members to be joined and does not flow evenly over the entire contact surface, resulting in uneven heating and joining only a limited area and shape. . For example, when the joining surfaces of the members to be joined are not on the same plane, there is a problem that it is difficult to uniformly join all the joining surfaces and obtain a stable joining strength. In particular, in the case of a split surface for forming a hollow passage and extending along the axis of the hollow passage, the split surface is often not on the same plane, and such a split surface is set as a joint surface to be uniform. There is a demand for the establishment of technology that enables bonding.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、同一平面上にない接合面として、中空通路を形成するための割り面であって中空通路の軸線に沿って伸びる割り面を設定したときにおいても安定した接合強度を得ることが可能な接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and as a joining surface that is not on the same plane, a split surface for forming a hollow passage and extending along the axis of the hollow passage is provided. and an object thereof is also to provide a stable bonding how capable of obtaining a joining strength at the time set.
上記目的を達成する本発明に係る接合方法は、導電材料からなり、同一平面上にない接合面を有する一対の被接合部材を接合するための接合方法である。当該接合方法は、互いに接合される前記被接合部材の接合面を対向させ、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、前記接合面同士を接合する接合工程を有している。そして、同一平面上にない接合面として、中空通路を形成するための割り面であって前記中空通路の軸線に沿って伸びる割り面を設定してある。さらに、当該接合方法は、前記摺動を一方向の振動によって発生させ、一対の前記被接合部材の接合領域に、前記割り面が前記中空通路の軸線に沿って伸びている方向に対して交差する方向に前記一方向の振動を作用させる。 The joining method according to the present invention that achieves the above object is a joining method for joining a pair of members to be joined that are made of a conductive material and have a joining surface that is not on the same plane. In the bonding method, the bonding surfaces of the members to be bonded are opposed to each other, and a pair of the members to be bonded are relatively slid, and current is passed from one of the members to be bonded to the other to perform resistance heating. By doing, it has the joining process which joins the said joint surfaces. And as a joint surface which is not on the same plane, a split surface for forming a hollow passage and extending along the axis of the hollow passage is set. Further, in the joining method, the sliding is generated by vibration in one direction, and intersects the joining region of the pair of members to be joined with respect to the direction in which the split surface extends along the axis of the hollow passage. The vibration in the one direction is applied to the direction of movement .
上記のように構成した接合方法によれば、被接合部材を摺動させつつ抵抗加熱を行って接合するため、抵抗加熱により加熱された高面圧部に摺動が作用して摩耗、塑性流動が生じ、高面圧部の面圧が低下することにより時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、接合面を均一に加熱し、接合面の全体を均一に接合でき、同一平面上にない複数の接合面においても安定した接合強度を得ることができる。したがって、同一平面上にない接合面として、中空通路を形成するための割り面であって中空通路の軸線に沿って伸びる割り面を設定したときにおいても安定した接合強度を得ることが可能である。 According to the joining method configured as described above, since resistance welding is performed while sliding the members to be joined, sliding acts on the high surface pressure portion heated by resistance heating, and wear and plastic flow occur. As the surface pressure of the high surface pressure portion decreases, the current concentration location changes from moment to moment. As a result, the bonding surface can be heated uniformly, the entire bonding surface can be bonded uniformly, and stable bonding strength can be obtained even on a plurality of bonding surfaces that are not on the same plane. Therefore, it is possible to obtain stable joint strength even when a split surface for forming a hollow passage and a split surface extending along the axis of the hollow passage is set as a joint surface that is not on the same plane. .
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and are different from the actual ratios.
図1は、実施の形態に係る接合方法に適用される接合装置を説明するための概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a joining apparatus applied to the joining method according to the embodiment.
実施の形態に係る接合装置40は、導電性を備えた一対の被接合部材10,20を接合するための接合装置である。接合装置40は、概説すれば、互いに接合される被接合部材10,20の接合面10a,20aを対向させ、一対の被接合部材10,20を相対的に摺動させつつ、被接合部材10,20の一方から他方へ第1と第2の電極42,44を経由して電流を流して抵抗加熱することによって、接合面10a,20a同士を接合する接合手段を有している。抵抗加熱および摩擦熱(塑性流動)を利用する接合手段は、被接合部材10,20同士を相対的に押し付ける加圧装置80と、被接合部材10,20を相対的に摺動させる摺動装置70と、被接合部材10,20の一方から他方へ電極42,44を経由して電流を流すための電流供給装置50と、制御装置90とを有する。制御装置90は、加圧装置80、摺動装置70、および電流供給装置50のそれぞれの作動を制御する。
The joining
接合されるワークは、上方に位置する被接合部材10と、下方に位置する被接合部材20と、被接合部材10,20の間に配置される被接合部材である中間部材30とからなる。被接合部材10,20および中間部材30の接合領域つまり接合面は、後述される一方向の振動を許容する形状を有し、接合面10a,20aの延長方向は、水平方向Hとなっており、被接合部材10,20を振動によって容易に接合することが可能である。
The workpieces to be joined include a member to be joined 10 positioned above, a member to be joined 20 located below, and an
被接合部材10,20は、本実施の形態においては、高圧ダイカスト(HPDC)鋳物であり、アルミニウム鋳物素材(ADC12)が適用されている。 In the present embodiment, the members to be joined 10 and 20 are high-pressure die casting (HPDC) castings, and an aluminum casting material (ADC12) is applied.
なお、被接合部材10,20は、特に、高圧ダイカスト(HPDC)鋳物に限定されず、例えば、圧延材を適用することも可能である。しかし、実施の形態1に係る接合は、融点以下で形成され、内包ガスの影響が抑制されるため、鋳造素材の選択の自由度が大きい(材料の選択範囲が広い)。また、アルミニウム高圧ダイカスト鋳物は安価な構造材であるため、接合体の製造コストを低減することができる。 Note that the members to be joined 10 and 20 are not particularly limited to high-pressure die casting (HPDC) castings, and for example, rolled materials can be applied. However, since the joint according to Embodiment 1 is formed at a melting point or lower and the influence of the inclusion gas is suppressed, the degree of freedom in selecting a casting material is large (the material selection range is wide). Moreover, since the aluminum high pressure die casting is an inexpensive structural material, the manufacturing cost of the joined body can be reduced.
被接合部材10,20は、同材(同種金属)からなる形態に限定されない。例えば、被接合部材10,20の一方を、アルミニウムから構成し、被接合部材10,20の他方を、鉄系材料あるいはマグネシウム系材料から構成することが可能である。この場合、Al−FeやAl−Mgの異材接合体が得られるため、自動車用部品に広く適用することが容易である。 The members to be joined 10 and 20 are not limited to the form made of the same material (the same kind of metal). For example, one of the members to be joined 10 and 20 can be made of aluminum, and the other of the members to be joined 10 and 20 can be made of an iron-based material or a magnesium-based material. In this case, since an Al—Fe or Al—Mg dissimilar material joined body is obtained, it can be easily applied to automotive parts.
中間部材30は、被接合部材10,20と共晶反応する共晶反応材料からなる。被接合部材10,20がアルミニウムの場合、アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料は、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)、銅(Cu)、錫(Sn)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)等を適用することが可能である。
The
共晶反応材料は、液相を形成し、被接合部材10,20同士および共晶反応材料と被接合部材10,20との間における相互拡散を促進するため、良好な接合強度を確保することが可能であり、かつ、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。したがって、高度な水密性が要求される部位や、2次元的な曲面や大面積部位に、特に有効である。共晶反応材料の厚みは、例えば、10〜100μmであるが、特にこれに限定されず、また、厚さを部位に応じ適宜変化させることも可能である。 The eutectic reaction material forms a liquid phase and promotes interdiffusion between the members to be bonded 10 and 20 and between the eutectic reaction material and the members to be bonded 10 and 20, thereby ensuring good bonding strength. In addition, since the gap is filled with the liquid phase to be formed, it is easy to achieve good water-tightness even when joining large areas or curved surfaces. Therefore, it is particularly effective for a portion requiring high water tightness, a two-dimensional curved surface, or a large area portion. The thickness of the eutectic reaction material is, for example, 10 to 100 μm, but is not particularly limited thereto, and the thickness can be appropriately changed according to the site.
中間部材30の共晶反応により低融点で液層化し、酸素を遮断して再酸化を抑制する役割を果たすため、真空雰囲気と長時間が必要であった真空ろう付けに対し、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる点でも好ましい。
Due to the eutectic reaction of the
中間部材30は、共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料から構成することも可能である。この場合は、中間部材の選択の自由度が大きく(材料の選択範囲が広い)、また、中間部材30によって液相が形成され、被接合部材10,20同士および中間部材30と被接合部材10,20との間における相互拡散が促進されるため、良好な接合強度が確保される。そして、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料としては、共晶反応材料に比較して安価で一般的なろう材や低温はんだが挙げられる。
The
中間部材30は、別体からなる形態に限定されず、被接合部材10,20の一方と一体化された被覆層から構成することも可能である。この場合、中間部材30を局所的に配置することが可能である。被覆は、めっき、クラッド材、塗布等により形成することが可能である。また、中間部材30は、かならずしも設けられなくてもよい。
The
第1および第2電極42,44は、抵抗加熱によって被接合部材10,20および中間部材30(中間部材30が介在している被接合部材10,20の接合面10a,20a)を昇温し軟化させるための加熱手段であり、第1電極42は、上方に位置する被接合部材10に電気的に接続され、第2電極44は、下方に位置する被接合部材20に電気的に接続される。第1および第2電極42,44は、被接合部材10,20に直接接触する形態に限定されず、例えば、導電性を有する他の部材を介して間接的に接触させることも可能である。第1および第2電極42,44は、それぞれ複数の電極によって構成することも可能である。
The first and
電流供給装置50は、直流電流または交流電流を、第1電極42から、被接合部材10、中間部材30および被接合部材20を経由して第2電極44に流すための電流供給手段であり、例えば、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。
The
保持装置60は、上方に位置する可動保持部62と下方に位置する固定保持部64とを有する。可動保持部62は、被接合部材10を水平方向Hに往復動自在に保持するために使用される。固定保持部64は、被接合部材20の水平方向Hへの移動を規制し、被接合部材10に対し被接合部材20を相対的に静止した状態で維持するために使用される。
The holding
摺動装置70は、被接合部材10を被接合部材20に対して相対的に摺動させ、中間部材30が介在している被接合部材10,20の接合面10a,20aに摩擦熱(塑性流動)を発生させるために使用される加振手段からなる。加振手段は、可動保持部62に保持された被接合部材10を、接合面10a,20aの延長方向に対して平行である水平方向Hに振動(加振)させるシャフト72と、シャフト72の駆動源であるモータ74と、を有する。加振手段は、加振周波数、加振振幅および加振力等を任意に制御可能となっている。例えば、加振振幅は100〜1000μmの範囲、加振周波数は10〜100Hzの範囲で調整可能に構成されている。加振機構は、特に限定されず、例えば、超音波振動、電磁式振動、油圧式加振、カム式振動を適用することが可能である。
The sliding
加振方向は、接合面10a,20aの延長方向に沿う1方向への往復運動であるため、接合面10a,20aの形状の自由度が向上することとなる。すなわち、1方向にさえ変位可能であれば加振できるため、接合面10a,20aの形状が平面である必要はなく、例えば、一方向に延びる溝に凸部が嵌合する形態とすることも可能である。
Since the excitation direction is a reciprocating motion in one direction along the extending direction of the
加圧装置80は、上方に位置する加圧部82と下方に位置する支持構造体84とを有する。加圧部82は、第1電極42に連結され、かつ、上下方向(接合面10a,20aと直交する押圧方向)Lに進退動可能となっている。加圧部82は、第1電極42を介して被接合部材10に加圧力P1を付与可能であり、被接合部材20に対する被接合部材10の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段である。加圧部82は、例えば、油圧シリンダが組み込まれており、加圧力を調整自在に構成されている。加圧力は、例えば、2〜10MPaである。支持構造体84は、被接合部材10、中間部材30および被接合部材20を介して加圧装置80の加圧力が伝達される第2電極44を、支持するために使用される。
The pressurizing
加圧部82による加圧力は、第1電極42を介することなく、被接合部材10に直接付与する形態を適用することも可能である。加圧部82と支持構造体84とを逆に配置することも可能である。この場合、下方に配置される加圧部82によって第2電極44が押圧され、上方に配置される支持構造体84よって第1電極42が支持されることになる。また、支持構造体84の代わりに、第2の加圧部を設けることによって、面圧調整の自由度を向上さることも可能である。
It is also possible to apply a form in which the pressure applied by the pressurizing
制御装置90は、演算部、記憶部、入力部および出力部を有するコンピュータからなる制御手段であり、加圧装置80、摺動装置70、および電流供給装置50を統括的に制御するために使用される。制御装置90の各機能は、記憶装置に格納されているプログラムを演算部が実行することにより発揮される。
The
プログラムは、例えば、加圧装置80の加圧力P1を調整した状態で、摺動装置70によって被接合部材10を水平方向Hに振動させることによって、中間部材30が介在している被接合部材10,20の接合面10a,20aを摺動させつつ、電流供給装置50から供給される電流を、第1電極42から、被接合部材10、中間部材30および被接合部材20を経由して、第2電極44へ流して抵抗加熱することによって、中間部材30を介在させて被接合部材10,20を接合するための手順を、制御装置90に実行させるためものである。
For example, the program causes the member to be joined 10 in which the
図2は、実施の形態に係る接合方法を適用して接合されたシリンダヘッド100を示す概略構成図、図3は、図2の3−3線に沿う断面図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the
図2を参照して、シリンダヘッド100は、上側から順に、カムキャリア101、アッパデッキ102、ウォータジャケットアッパ103、ウォータジャケットロア104、およびロアデッキ105に分割され、これらを互いに接合して構成されている。カムキャリア101は、吸気弁および排気弁を開閉作動させるカムシャフトを回転自在に支持する。ウォータジャケットアッパ103およびウォータジャケットロア104は、ウォータジャケット空間を形成する。アッパデッキ102は、ウォータジャケット空間を上側から閉じる。ロアデッキ105は、図示しないシリンダブロックの上面に接して燃焼室を形成する。
Referring to FIG. 2, the
一点鎖線によって示される接合面P1は、カムキャリア101とアッパデッキ102との接合面を示し、接合面P2は、アッパデッキ102とウォータジャケットアッパ103との接合面を示している。接合面P3は、ウォータジャケットアッパ103とウォータジャケットロア104との接合面を示し、接合面P4は、ウォータジャケットロア104とロアデッキ105との接合面を示している。
A joint surface P1 indicated by a one-dot chain line indicates a joint surface between the
特に、ウォータジャケットアッパ103とウォータジャケットロア104との接合面P3は、同一平面上にない接合面となっている。この同一平面上にない接合面として、中空通路を形成するための割り面であって中空通路の軸線に沿って伸びる割り面が設定されている。中空通路には、吸気ポート110と、排気ポート111とが含まれている。ウォータジャケットアッパ103が被接合部材10に相当し、ウォータジャケットロア104が被接合部材20に相当する。振動方向は、図2においては紙面に直交する方向であり、図3においては左右の水平方向Hである。
In particular, the joint surface P3 between the water jacket upper 103 and the water jacket lower 104 is a joint surface that is not on the same plane. A split surface for forming the hollow passage and extending along the axis of the hollow passage is set as the joint surface that is not on the same plane. The hollow passage includes an
図3を参照して、割り面120は、中空通路110,111の軸線112に対して直交する断面で見て、割り面120が伸びる方向(図中左右方向)の寸法が最大となる部位121(図中黒丸を付して示す)に設定されている。図示例では、中空通路111の断面は円形であり、水平な割り面120は中空通路111の直径部分を通っている。このように構成することによって、被接合部材10,20に振動を均等に伝達することができる。なお、図3の符号130はウォータジャケット空間を示している。
Referring to FIG. 3, the
次に、実施の形態に係る接合方法を説明する。 Next, the joining method according to the embodiment will be described.
図4は、実施の形態に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。図4に示されるフローチャートにより示されるアルゴリズムは、制御装置90の記憶部にプログラムとして記憶されており、制御装置90の演算部によって実行される。接合装置40を用いて被接合部材10,20を接合する方法を、図4に示すフローチャートに沿って説明する。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the joining method according to the embodiment. The algorithm shown by the flowchart shown in FIG. 4 is stored as a program in the storage unit of the
初めに、図1に示すように、互いに接合する被接合部材10,20の間に中間部材30を挟み、電極42,44の間に被接合部材10,20を保持する。被接合部材20は固定保持部64に固定され、被接合部材10は可動保持部62に振動可能に保持される。
First, as shown in FIG. 1, the
続いて、加圧装置80によって、被接合部材10,20同士を予め設定された加圧力で加圧する。加圧装置80による加圧力は、制御装置90で調節され、例えば2〜10MPa程度が好ましいが、これに限定されない。
Subsequently, the members to be joined 10 and 20 are pressurized with a pressurizing force set in advance by the pressurizing
次に、制御装置90により摺動装置70を駆動させて、被接合部材10を、接合面10a,20aに沿う方向へ加振して摺動させる(予備摺動工程S11)。加振周波数および加振振幅は、特に限定されないが、一例として、加振振幅は100〜1000μm程度が好ましく、加振周波数は10〜100Hz程度が好ましい。
Next, the sliding
上記のように加圧しながら摺動させる予備摺動工程S11が行われると、接合面10a,20aが摺動するとともに摩擦熱が発生して材料が軟化され、接合面10a,20aが磨耗しつつ塑性流動し、接合面10a,20aの間の面圧がある程度均一化される。更に、予備摺動工程S11は、アルミニウムの表面の酸化皮膜を除去して皮膜厚さの違いによる接触抵抗のばらつきを低減させ、後の工程で抵抗加熱した際の発熱量のばらつきを抑える効果を発揮する。したがって、接合する前に、アルミニウムである被接合部材10,20の表面を脱脂し、更にワイヤブラシによりブラッシングして表面の酸化膜を除去する等の処置が不要となり、作業性が向上する。なお、当然、予備摺動工程S11の前にブラッシング等の処置を行ってもよい。
When the pre-sliding step S11 for sliding while applying pressure as described above is performed, the
予備摺動工程S11の後には、第1接合工程S12を行う。第1接合工程S12では、第1電極42および第2電極44を被接合部材10,20に接触させ、摺動装置70による摺動を維持しつつ、第1電極42と第2電極44の間に電流供給装置50によって電流を供給する。このようにして、摩擦加熱および抵抗加熱の両方を併用して被接合部材10,20を加熱する。第1接合工程S12では、接合面10a,20aにおける電流が集中する高面圧部において抵抗加熱が大きく作用して加熱され、接合面10a,20aの酸化膜が強制的に剥離される。更に、抵抗加熱により加熱された高面圧部に加圧力と摺動が作用して塑性流動および材料拡散が生じ、かつ高面圧部が磨耗して時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、電流の流れが分散し、接合面10a,20aが均一に加熱される。
After the preliminary sliding step S11, a first joining step S12 is performed. In the first joining step S <b> 12, the
第1接合工程S12の後には、第2接合工程S13が行われる。第2接合工程S13では、電流供給装置50による電流の供給を減少させる一方、加圧装置80による加圧力を増加させることによって摩擦熱が増加させられる。これにより、抵抗加熱による発熱量が減少し、軟化された材料を摺動によって掻き混ぜるようにして一体化を促進する過程へ移行することになる。なお、電流供給装置50による電流の供給は、最終的には停止される。また、摩擦熱の増加は、摺動装置70を制御することによっても達成することが可能である。
After the first joining step S12, a second joining step S13 is performed. In the second joining step S <b> 13, the frictional heat is increased by decreasing the supply of current by the
第2接合工程S13を終了する直前には、摺動装置70を停止させるが、被接合部材10,20を望ましい相対的位置で接合するために、最終的に摺動装置70によって被接合部材10,20を望ましい位置に位置決めする。なお、加圧装置80の加圧力が大きいと位置決め精度が低下するため、摺動装置70を停止させる前に、加圧装置80による加圧力を低下させてもよい。加圧装置80による加圧力を低下させると、被接合部材10,20の位置決め精度が向上し、被接合部材10,20が望ましい相対的位置となった状態で摺動装置70を停止させることができる。なお、被接合部材10,20を位置決めするための他の構成を別途設けてもよい。
Immediately before ending the second joining step S13, the sliding
第2接合工程S13の後には、冷却工程S14を行う。冷却工程S14では、制御装置90が、摺動装置70および電流供給装置50を停止させ、加圧装置80による加圧力を上昇させる。そして、予め設定した時間が経過した際に、冷却が終了したと判断し、加圧装置80による加圧を終了させる。または、被接合部材10,20の温度を計測する温度計(不図示)から制御装置90へ入力される信号が所定値以下となった後、冷却が終了したと判断し、加圧装置80による加圧を終了させることもできる。この後、電極42,44を後退させて、接合された被接合部材10,20が装置から取り外される。これにより、被接合部材10,20の接合が完了する。
After the second bonding step S13, a cooling step S14 is performed. In the cooling step S <b> 14, the
本実施形態の接合方法によって接合された被接合部材10,20の接合界面には、被接合部材10,20の材料が拡散することで接合される拡散接合面、被接合部材10,20の材料が塑性流動することで接合される塑性流動接合面、および中間部材30を介在して接合される中間層介在接合面が混在して形成される。
A diffusion bonding surface bonded by diffusion of the material of the members to be bonded 10 and 20 to the bonding interface of the members to be bonded 10 and 20 bonded by the bonding method of the present embodiment, and the material of the members to be bonded 10 and 20 Are formed by mixing a plastic flow joint surface joined by plastic flow and an intermediate layer joint surface joined via the
中間部材30は、第1接合工程S12および第2接合工程13において、共晶反応により低融点で液相化し、被接合部材10,20同士、または中間部材30の被接合部材10,20への相互拡散を促進させる。さらに、中間部材30は、酸素を遮断して接合面10a,20aの再酸化を抑制する役割を果たすため、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる。
In the first joining step S <b> 12 and the second joining
本接合方法では、摺動および抵抗加熱を併用して接合するため、接合面10a,20aに高い加圧力を付与せずとも、電流集中箇所が変化して均一な加熱が可能となり、接合面10a,20aが大面積の場合や複雑な形状の場合であっても接合することができ、かつ低歪みで均一な面接合が可能である。また、接合面10a,20aの表層のみを溶融して接合するため、加熱時間を短縮でき、更に、材料内に気体を含有している鋳造品であっても、加熱により材料内の気体が膨張、噴出し難く、良好な接合を実現できる。
In the present bonding method, since sliding and resistance heating are used in combination, the current concentration location is changed and uniform heating is possible without applying high pressure to the bonding surfaces 10a and 20a, and the
なお、被接合部材10は、接合面10a,20aに沿う1方向に加振されるが、相対的に摺動するのであればこれに限定されず、例えば公転運動等のように、接合面10a,20aに沿う2方向へ加振することもできる。
The member to be joined 10 is vibrated in one direction along the joining
また、予備摺動工程S11は、かならずしも設けずに省略することができる。また、予備摺動工程S11の替わり若しくは予備摺動工程S11の前に、摺動装置70により摺動させるのではなしに、電流供給装置50により電極42,44へ電流を供給することで、接合面10a,20aを抵抗加熱により軟化させてもよい。また、第1接合工程S12と第2接合工程S13の間で、電流の供給を減少させつつ加圧力を増加させることなしに、第1接合工程S12および第2接合工程S13を1つの接合工程として実施することもできる。また、冷却工程S14も、かならずしも設けずに省略することができる。
Further, the preliminary sliding step S11 can be omitted without necessarily providing it. In addition, instead of sliding by the sliding
上記のような接合手順によれば、被接合部材10,20(ウォータジャケットアッパ103、ウォータジャケットロア104)を摺動させつつ抵抗加熱を行って接合するため、抵抗加熱により加熱された高面圧部に摺動が作用して摩耗、塑性流動が生じ、高面圧部の面圧が低下することにより時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、接合面10a,20aを均一に加熱し、接合面10a,20aの全体を均一に接合でき、同一平面上にない複数の接合面10a,20aにおいても安定した接合強度を得ることができる。したがって、同一平面上にない接合面10a,20aとして、中空通路110,111を形成するための割り面120であって中空通路110,111の軸線112に沿って伸びる割り面120を設定したときにおいても安定した接合強度の被接合部材10,20(ウォータジャケットアッパ103、ウォータジャケットロア104)を得ることが可能となる。
According to the joining procedure as described above, since the members to be joined 10 and 20 (water jacket upper 103, water jacket lower 104) are joined by resistance heating while sliding, the high surface pressure heated by resistance heating is increased. Sliding acts on the part to cause wear and plastic flow, and the surface pressure of the high surface pressure part decreases, so that the current concentration portion changes from moment to moment. Thereby, the joining
本実施形態の接合方法を、ウォータジャケットアッパ103とウォータジャケットロア104との接合面P3に適用することによって、ウォータジャケットアッパ103およびウォータジャケットロア104を金型によって成型することができ、この部位のウォータジャケット空間を形成するのに従来必要であった砂中子が不要となる。砂中子の廃止によって、ウォータジャケット空間の形状の最適化や、加工の容易化を図ることができる。さらに他の接合面P1、P2、P4に本実施形態の接合方法を適用することによって、それぞれの部位で従来必要であった砂中子が不要となり、シリンダヘッド100全体の軽量化や加工性の向上を図ることができる。
By applying the joining method of the present embodiment to the joining surface P3 between the water jacket upper 103 and the water jacket lower 104, the water jacket upper 103 and the water jacket lower 104 can be molded by a mold. The sand core, which was conventionally required to form the water jacket space, is no longer necessary. By eliminating the sand core, it is possible to optimize the shape of the water jacket space and facilitate processing. Furthermore, by applying the joining method of the present embodiment to the other joining surfaces P1, P2, and P4, the sand core that has been conventionally required in each part is not required, and the overall weight and workability of the
以上説明したように、本実施形態の接合方法は、導電材料からなり、同一平面上にない接合面を有する一対の被接合部材10,20を接合するための接合方法であって、互いに接合される被接合部材10,20の接合面10a,20aを対向させ、一対の被接合部材10,20を相対的に摺動させつつ、被接合部材10,20の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、接合面10a,20a同士を接合する接合工程を有している。そして、同一平面上にない接合面10a,20aとして、中空通路110,111を形成するための割り面120であって中空通路110,111の軸線112に沿って伸びる割り面120が設定してある。かかる接合方法によれば、被接合部材10,20を摺動させつつ抵抗加熱を行って接合するため、抵抗加熱により加熱された高面圧部に摺動が作用して摩耗、塑性流動が生じ、高面圧部の面圧が低下することにより時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、接合面10a,20aを均一に加熱し、接合面10a,20aの全体を均一に接合でき、同一平面上にない複数の接合面においても安定した接合強度を得ることができる。したがって、同一平面上にない接合面として、中空通路110,111を形成するための割り面120であって中空通路110,111の軸線112に沿って伸びる割り面120を設定したときにおいても安定した接合強度を得ることが可能となる。
As described above, the bonding method according to the present embodiment is a bonding method for bonding a pair of members to be bonded 10 and 20 that are made of a conductive material and have a bonding surface that is not on the same plane. The bonding surfaces 10a and 20a of the members to be bonded 10 and 20 are opposed to each other and the pair of members to be bonded 10 and 20 are relatively slid while a current is passed from one of the members to be bonded 10 and 20 to the other. It has a joining process which joins joining
割り面120は、中空通路110,111の軸線112に対して直交する断面で見て、割り面120が伸びる方向の寸法が最大となる部位121に設定してあるため、被接合部材10,20に振動を均等に伝達して、均一な接合を図ることができる。
The
摺動が一方向の振動によって発生され、被接合部材10,20の接合領域つまり接合面を一方向の振動を許容する形状を有するように構成する場合、被接合部材10,20を振動によって容易に接合することが可能である。 When the sliding is generated by vibration in one direction and the joining region, that is, the joining surface of the members to be joined 10 and 20 has a shape that allows vibration in one direction, the members to be joined 10 and 20 are easily caused by vibration. Can be joined.
被接合部材10,20は、上記の接合方法に適用して好適な被接合部材であり、同一平面上にない接合面10a,20aとして、中空通路110,111を形成するための割り面120であって中空通路110,111の軸線112に沿って伸びる割り面120を設定したときにおいても安定した接合強度を得ることが可能となる。
The members to be bonded 10 and 20 are members to be bonded that are suitable for application to the above-described bonding method, and are split
被接合部材10,20は、シリンダヘッド100に適用され、中空通路110,111が吸気ポートまたは排気ポートの少なくとも一方であれば、従来必要であった砂中子が不要となり、シリンダヘッド100全体の軽量化や加工性の向上を図ることができる。
The members to be joined 10 and 20 are applied to the
10,20 被接合部材、
10a,20a 接合面、
30 中間部材、
40 接合装置、
42 第1電極、
44 第2電極、
50 電流供給装置、
60 保持装置、
70 摺動装置、
80 加圧装置、
82 加圧部、
84 支持構造体、
90 制御装置、
100 シリンダヘッド、
101 カムキャリア、
102 アッパデッキ、
103 ウォータジャケットアッパ、
104 ウォータジャケットロア、
105 ロアデッキ、
110 吸気ポート(中空通路)、
111 排気ポート(中空通路)、
112 軸線、
120 割り面、
130 ウォータジャケット空間、
P1 カムキャリアとアッパデッキとの接合面、
P2 アッパデッキとウォータジャケットアッパとの接合面、
P3 ウォータジャケットアッパとウォータジャケットロアとの接合面、
P4 ウォータジャケットロアとロアデッキとの接合面。
10, 20 member to be joined,
10a, 20a joint surface,
30 intermediate member,
40 joining device,
42 first electrode,
44 second electrode,
50 current supply device,
60 holding device,
70 sliding device,
80 pressure device,
82 pressurizing part,
84 support structure,
90 control device,
100 cylinder head,
101 cam carrier,
102 Upper deck,
103 Water jacket upper,
104 Water jacket lower,
105 Lower deck,
110 Intake port (hollow passage),
111 exhaust port (hollow passage),
112 axis,
120 facets,
130 Water jacket space,
P1 Joint surface between cam carrier and upper deck,
Joint surface between P2 upper deck and water jacket upper,
P3 Water jacket upper and water jacket lower joint surface,
P4 Joint surface between water jacket lower and lower deck.
Claims (3)
互いに接合される前記被接合部材の接合面を対向させ、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、前記接合面同士を接合する接合工程を有し、
同一平面上にない接合面として、中空通路を形成するための割り面であって前記中空通路の軸線に沿って伸びる割り面が設定されてなり、
前記摺動を一方向の振動によって発生させ、一対の前記被接合部材の接合領域に、前記割り面が前記中空通路の軸線に沿って伸びている方向に対して交差する方向に前記一方向の振動を作用させてなる接合方法。 A joining method for joining a pair of members to be joined having a joining surface that is not on the same plane, made of a conductive material,
By facing the bonding surfaces of the members to be bonded to each other and sliding the pair of the members to be bonded relatively, current is passed from one of the members to be bonded to the other, thereby resistance heating. Having a joining step of joining the joining surfaces together,
As a bonding surface not coplanar, Ri Na is set to split surfaces extending along the axis of the hollow passage a split surface to form a hollow passage,
The sliding is generated by vibration in one direction, and the one-way direction is formed in a direction intersecting the direction in which the split surface extends along the axis of the hollow passage in the joining region of the pair of members to be joined. A joining method that uses vibration .
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