JP5909014B1 - 接合部材の製造方法及び接合部材製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部材を溶接した際に接合部分に焼きが入っても割れが発生することを抑制する接合部材の製造方法及び接合部材製造装置を提供する。【解決手段】接合部材の製造方法は、第１の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置し、第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加熱して溶接し、溶接後の第１の部材Ｄに対して割れの発生を抑制する措置を施し、第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの溶接部分を電磁加熱によって焼き戻す。接合部材製造装置は、第１の部材Ｄに接触させる第１の電極１１と、第２の部材Ｅに接触させる第２の電極１２と、第１の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとが接触して接合された部分に誘導加熱を行う誘導加熱コイル２３とを備え、誘導加熱コイル２３は、誘導加熱が行われる際に、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置される。【選択図】図３

Description

本発明は接合部材の製造方法及び接合部材製造装置に関し、特に接合部材の溶接部分に割れが発生することを抑制する接合部材の製造方法及び接合部材製造装置に関する。

２つの部材を溶接する際に、一対のローラ電極を被溶接部の重ね合わせ代に沿って加圧・通電しながら走行させるマッシュシーム溶接がある。マッシュシーム溶接の、溶接に時間がかかるという問題を解決する溶接方法として、溶接部分を僅かに重ねておき、２つの被溶接物の間に加圧力をかけた状態で溶接電流を流すものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１７０４８号公報

加熱して溶接する手法では、被溶接物に、浸炭焼き入れ鋼等の高炭素鋼を含む場合、溶接した箇所が固く脆い焼き入れ組織に変化し、割れが発生する可能性がある。

本発明は上述の課題に鑑み、２つの部材を溶接した際に接合部分に焼きが入った場合でも、製造された接合部材に割れが発生することを抑制する接合部材の製造方法及び接合部材製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、例えば図３を参照して示すと、焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅ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の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置する接触配置工程（図３（Ａ）参照）と；第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程（図３（Ｃ）参照）と；溶接工程が行われた後の第１の部材Ｄに対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程（図３（Ｄ）参照）とを備える。

このように構成すると、溶接工程によって接合部分に焼きが入った場合に、電磁加熱によって焼き戻すことができ、溶接された部分の割れの発生を抑制することができる。

また、請求項１に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、例えば図３を参照して示すと、溶接工程は、第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加圧しながら抵抗溶接を行うことである。

さらに、請求項１に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、以下のように構成されている。

つまり、請求項１に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、割れ抑制措置工程は、第１の部材と第２の部材とが溶接された部分に電流を流して加熱して予備的な焼き戻しを行うことで構成されている。

このように構成すると、溶接と電磁加熱とを別の場所で行うことが可能となり、工程の自由度を上げることができる。

また、請求項４に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、例えば図３及び図４を参照して示すと、焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅ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の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置する接触配置工程（図３（Ａ）参照）と；第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程（図３（Ｃ）参照）と；溶接工程が行われた後の第１の部材Ｄに対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程（図３（Ｄ）参照）とを備え；電磁加熱工程（図３（Ｄ）参照）は、誘導加熱コイル２３を用いた誘導加熱で行われ、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとの接合面の外周を構成する一辺Ｓｎの近傍に誘導加熱コイル２３を配置して、最初に一辺Ｓｎに対向する対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行い、以後に誘導加熱コイル２３の出力を対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で一辺Ｓｎ側の接合面Ｊｎの焼き戻しを行うように構成されている。

このように構成すると、１回の誘導加熱コイルの設置で接合面全体の焼き戻しを行うことができる。

また、請求項５に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、例えば図３及び図５を参照して示すと、焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅ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の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置する接触配置工程（図３（Ａ）参照）と；第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程（図３（Ｃ）参照）と；溶接工程が行われた後の第１の部材Ｄに対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程（図３（Ｄ）参照）とを備え；電磁加熱工程は、誘導加熱コイル２３、２３Ａを用いた誘導加熱で行われ、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとの接合面の外周を構成する一辺Ｓｎの近傍と、接合面の一辺Ｓｎに対向する対向辺Ｓｆ側の近傍と、にそれぞれ誘導加熱コイル２３、２３Ａを配置して、一辺Ｓｎの近傍に配置された誘導加熱コイル２３で一辺Ｓｎ側の接合面Ｊｎの焼き戻しを行い、対向辺Ｓｆの近傍に配置された誘導加熱コイル２３Ａで対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行うように構成されている。

このように構成すると、接合面の一辺側と対向辺側とを同時に焼き戻すことができ、電磁加熱工程の所要時間を短縮することができる。
また、請求項６に記載の発明に係る接合部材の製造方法は、例えば図３を参照して示すと、請求項４又は請求項５に記載の接合部材の製造方法において、溶接工程は、第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加圧しながら抵抗溶接を行うことであり；割れ抑制措置工程は、溶接工程における加圧を維持することで構成されている。
このように構成すると、溶接と電磁加熱とを連続して行うことが可能となり、生産性を向上させることができる。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明に係る接合部材製造装置は、例えば図１に示すように、焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅ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Ｄに接触させる第１の電極１１と；第２の部材Ｅに接触させる第２の電極１２と；第１の電極１１に接触した第１の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆ（例えば図２（Ｂ）参照）と、第２の電極１２に接触した第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆ（例えば図２（Ｂ）参照）と、が接触して接合された部分に対して誘導加熱を行う誘導加熱コイル２３とを備え；誘導加熱コイル２３は、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが接合された部分に対する誘導加熱が行われる際に、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置されるように構成されている。

このように構成すると、第１の電極及び第２の電極を用いて接合対象部分を接合した際に焼きが入った場合に、誘導加熱コイルによる誘導加熱によって焼き戻すことができ、接合された部分の割れの発生を抑制することができる。
さらに、請求項７に記載の発明に係る接合部材製造装置は、例えば図１、図３及び図４を参照して示すと、第１の電極１１及び第２の電極１２への電流の供給並びに誘導加熱コイル２３への電流の供給を制御する制御装置５０を備え；制御装置５０は、第１の電極１１に接触した第１の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆと第２の電極１２に接触した第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆとを接触させて相互に接触した接合対象部分を加圧しながら第１の電極１１と第２の電極１２との間に電流を流して接合対象部分を溶接し、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとの接合面への加圧を維持しながら、接合面の外周を構成する一辺Ｓｎの近傍に誘導加熱コイル２３を配置して、最初に一辺Ｓｎに対向する対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行い、以後に誘導加熱コイル２３の出力を対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で一辺Ｓｎ側の接合面Ｊｎの焼き戻しを行うように構成されている。
また、請求項８に記載の発明に係る接合部材製造装置は、例えば図４及び図５を参照して示すと、請求項７に記載の接合部材製造装置において、制御装置５０（例えば図１参照）は、接合面の外周を構成する一辺Ｓｎの近傍に誘導加熱コイル２３を配置して、最初に一辺Ｓｎに対向する対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行い、以後に誘導加熱コイル２３の出力を対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で一辺Ｓｎ側の接合面Ｊｎの焼き戻しを行うことに代えて、接合面の外周を構成する一辺Ｓｎの近傍と、接合面の一辺Ｓｎに対向する対向辺Ｓｆ側の近傍と、にそれぞれ誘導加熱コイル２３、２３Ａを配置して、一辺Ｓｎの近傍に配置された誘導加熱コイル２３で一辺Ｓｎ側の接合面Ｊｎの焼き戻しを行い、対向辺Ｓｆの近傍に配置された誘導加熱コイル２３Ａで対向辺Ｓｆ側の接合面Ｊｆの焼き戻しを行うように構成されている。
また、請求項９に記載の発明に係る接合部材製造装置は、例えば図１及び図５に示すように、焼きが入り得る金属材料でリング状に形成された第１の部材Ｄと、金属材料で円柱状に形成された第２の部材Ｅ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Ｄに接触させる第１の電極１１と；第２の部材Ｅに接触させる第２の電極１２と；第１の電極１１に接触した第１の部材Ｄの接合対象部分Ｄｆ（例えば図２（Ｂ）参照）と、第２の電極１２に接触した第２の部材Ｅの接合対象部分Ｅｆ（例えば図２（Ｂ）参照）と、が接触して接合された部分に対して誘導加熱を行う誘導加熱コイルとを備え；誘導加熱コイルは、第２の部材Ｅの外径よりも一回り大きい径に巻かれた第１の誘導加熱コイル２３と、第１の誘導加熱コイル２３よりも小さい径に巻かれて第１の誘導加熱コイル２３の下方に配置された第２の誘導加熱コイル２３Ａとを有すると共に、第１の誘導加熱コイル２３及び第２の誘導加熱コイル２３Ａが、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが接合された部分に対する誘導加熱が行われる際に、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置されるように構成されている。

また、請求項１０に記載の発明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、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の接合部材製造装置１によって接合部材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Ｄと第２の部材Ｅとを接合部材製造装置１に配置する部材配置工程（図３（Ａ）参照）と；第１の電極１１と第２の電極１２との間に電流Ｉを流す電極通電工程（図３（Ｃ）参照）と；誘導加熱コイル２３に電流を流すコイル通電工程（図３（Ｄ）参照）とを備える。

このように構成すると、第１の電極及び第２の電極を用いて接合対象部分を接合した際に焼きが入った場合に、誘導加熱コイルによる誘導加熱によって焼き戻すことができ、接合された部分の割れの発生を抑制することができる。

本発明によれば、接合された部分に焼きが入った場合に、電磁加熱によって焼き戻すことができ、接合された部分の割れの発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置の概略構成図である。 （Ａ）は第１部材及び第２部材の斜視図、（Ｂ）は第１部材及び第２部材の断面図、（Ｃ）は接合部材の断面図である。 本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法の手順を示す概略図である。 （Ａ）は高周波誘導加熱による焼き戻し状況を示す部分断面図、（Ｂ）は溶接完了部の部分断面斜視図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る接合部材製造装置の加熱コイルまわりの断面図である。

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。

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「第１部材Ｄ」という）に接触させる第１の電極（以下「第１電極１１」という）と、第２の部材（以下「第２部材Ｅ」という）に接触させる第２の電極（以下「第２電極１２」という）と、溶接電源１５と、誘導加熱コイル（以下「加熱コイル２３」という）と、コイル電源２５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。

図２（Ａ）は、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅの斜視図である。図２（Ｂ）は、第１部材Ｄ及び第２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、第１部材Ｄと第２部材Ｅとが溶接された部品である。本実施の形態では、第１部材Ｄがリング状に形成されており、第２部材Ｅが円柱状に形成されているとして説明する。第１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。第１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。第１部材Ｄは、端面Ｄｓと中空部分Ｄｈとの角部が面取りされて第１接合面Ｄｆが形成されている。第１接合面Ｄｆは、第１部材Ｄの接合対象部分に相当する。第１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、第１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、典型的には溶接する際の加熱で焼きが入るが、溶接前に（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、例えば溶接機の仕様や第１部材Ｄとする材料種によって異なる。

第２部材Ｅの外径は、第１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。第２部材Ｅは、端面と側面との角部が面取りされて第２接合面Ｅｆが形成されている。第２接合面Ｅｆは、第２部材Ｅの接合対象部分に相当する。第２接合面Ｅｆは、第１部材Ｄの第１接合面Ｄｆと面で接触するように形成されている。第２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、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとが固相接合されることで構成されている。固相接合は、融点以下の温度で行う溶接であり、本実施の形態では抵抗溶接により行われている。本実施の形態では、リング状に形成された第１接合面Ｄｆと、第２接合面Ｅｆとの接合が全周にわたってほぼ均一に行われる。こ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。

再び図１に戻って接合部材製造装置１の説明を続ける。接合部材製造装置１は、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅに対して、第１電極１１及び第２電極１２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。第１電極１１は、上面に、第１部材Ｄが接触する第１接触面１１ｔが形成されている。第１接触面１１ｔは、典型的には平坦に形成されている。第１電極１１は、典型的には、第１接触面１１ｔ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。第２電極１２は、第１電極１１の上方に配置されており、下面に、第２部材Ｅが接触する第２接触面１２ｔが形成されている。第２接触面１２ｔは、典型的には平坦に形成されている。第２電極１２は、第２接触面１２ｔが水平になるようにして、電極支持具（不図示）に支持されている。電極支持具（不図示）に支持された第２電極１２は、上下に移動することができ、また、第１電極１１に対して押圧することができるように構成されている。第１電極１１及び第２電極１２は、溶接電源１５に電気的に接続されている。

溶接電源１５は、第１電極１１及び第２電極１２に電流を供給する装置である。溶接電源１５は、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に接続されており、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溶接トランスと、溶接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。溶接電源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、溶接電源１５を用いた溶接では、短時間で大電流を得ることができ、熱影響の少ない溶接が可能となっている。また、溶接電源１５では、入力電源（交流電源）が比較的小さい容量で足りる。溶接電源１５は、第１電極１１及び第２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。

加熱コイル２３は、第１部材Ｄと第２部材Ｅとが溶接された部分に対して高周波誘導加熱を行うためのものである。高周波誘導加熱は、電磁加熱の一形態である。加熱コイル２３は、円柱状の第２部材Ｅの外径よりも一回り大きい径に巻かれている。ここでいう一回り大きいとは、第２部材Ｅに接触することがなく、加熱コイル２３に電流を流すことによって生じる渦電流の作用を、第１部材Ｄと第２部材Ｅとの溶接部分に及ぼすことができる大きさである。加熱コイル２３は、コイル支持具（不図示）に支持されて、第１電極１１と第２電極１２との間に配置されている。コイル支持具（不図示）に支持された加熱コイル２３は、第１電極１１と第２電極１２とを結ぶ仮想直線に沿って（本実施の形態では上下に）移動することができるように構成されている。加熱コイル２３は、コイル電源２５に接続されている。コイル電源２５は、加熱コイル２３に流す電流を発生させる装置である。コイル電源２５は、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に接続されており、交流電源から受電した交流電流をインバータ等により高周波の電流に変換する高周波電流発生部を含んでいる。コイル電源２５は、加熱コイル２３に流す電流の周波数、大きさ、時間を適宜設定することができるように構成されている。

筐体３０は、第１電極１１、第２電極１２、溶接電源１５、加熱コイル２３、コイル電源２５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、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅ並びに接合部材Ｃを出し入れする開口３１が形成されている。

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、電極支持具（不図示）及びコイル支持具（不図示）とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、第２電極１２及び加熱コイル２３を個別に上下に移動させることができるように構成されている。また、制御装置５０は、溶接電源１５と信号ケーブルで接続されており、第１電極１１及び第２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、コイル電源２５と信号ケーブルで接続されており、加熱コイル２３への電流の供給の有無及び加熱コイル２３に流す電流の周波数、大きさ、時間を制御す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。

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。

筐体３０の内部に第１部材Ｄ及び／又は第２部材Ｅが入っていないとき、第２電極１２及び加熱コイル２３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、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅを開口３１から筐体３０内に入れる。このとき、まず、第１部材Ｄを、第１接合面Ｄｆを上に向けて第１電極１１の第１接触面１１ｔに載置し、次に、第２部材Ｅを、第２接合面Ｅｆを第１接合面Ｄｆに接触させて第１部材Ｄに載置する（接触配置工程：図３（Ａ）参照）。このようにして、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅが接合部材製造装置１に配置される（部材配置工程）。第１接触面１１ｔに第１部材Ｄ及び第２部材Ｅを載置したら、制御装置５０は、コイル支持具（不図示）を介して加熱コイル２３を下降させて、加熱コイル２３の内部に第２部材Ｅが通った状態で、第１部材Ｄの端面Ｄｓと第２部材Ｅの側面とが交わった部分の近傍に加熱コイル２３を配置する。このとき、加熱コイル２３は、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅに接触しないように配置される。

次に、制御装置５０は、電極支持具（不図示）を介して第２電極１２を下降させて、第２電極１２の第２接触面１２ｔを第２部材Ｅに接触させ、さらに第２部材Ｅを下方に押圧して第１部材Ｄに向けて加圧する（図３（Ｂ）参照）。次に、制御装置５０は、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの接触した部分を加圧しつつ、溶接電源１５を起動して、第１電極１１と第２電極１２との間に電流Ｉを流し（電極通電工程）、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの接触した部分を溶接する（溶接工程：図３（Ｃ）参照）。ここで行われる溶接は、金属材料で形成された第１部材Ｄと第２部材Ｅとの接触抵抗によって発生するジュール熱によって接合する抵抗溶接である。本実施の形態では、溶接電源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、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとが固相接合される（以下、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの溶接が完了した部分を「溶接完了部Ｆ」という）。このとき、溶接完了部Ｆの第１接合面Ｄｆ側は、溶接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。

従来は、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ていた。しかし、浸炭層は非常に硬いため、浸炭層の除去には多大な手間がかかっていた。接合部の焼き入れを防ぐための代替えの手法として、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があるが、防炭処理にも多大な工数がかかる。このように、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、接合する部分に浸炭層が形成されたまま溶接したうえで、焼き入れによる割れの発生を抑制することを考えると、溶接で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挙げられる。しかし、接合部に再度電流を流して焼き戻しをしても、製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまでビッカース硬さが下がらない場合がある。本発明者らは、接合する部分に浸炭層が形成されたまま溶接して焼きが入った場合でも、以下の処理を行うことにより、接合部を製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまで下げることができることを見出した。以下に、本実施の形態に係る接合部材の製造方法における溶接に続く工程を説明する。

制御装置５０は、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの溶接が終了しても、溶接完了部Ｆへの加圧を維持する。このことで、溶接完了部Ｆの応力が解放されて焼き入れ部に割れが生じてしまうことを抑制している。つまり、溶接終了後も溶接完了部Ｆへの加圧を維持することは、割れ抑制措置工程に相当する。制御装置５０は、割れ抑制措置工程を行いつつ、コイル電源２５を起動して、加熱コイル２３に電流を流し（コイル通電工程）、溶接完了部Ｆに渦電流Ｑを生じさせ、溶接完了部Ｆに対して高周波誘導加熱を行う（電磁加熱工程：図３（Ｄ）参照）。溶接完了部Ｆを高周波誘導加熱することにより、溶接完了部Ｆの焼き戻しが行われる。制御装置５０は、コイル電源２５から加熱コイル２３に供給する電流の周波数、大きさ、時間を調節し、溶接完了部Ｆが、製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまで下がる熱量を加えて溶接完了部Ｆの焼き戻しを行う。このとき、溶接完了部Ｆの奥行き（加熱コイル２３から溶接完了部Ｆ最遠部までの距離）が大きいと、適切な焼き戻しができない可能性がある。本実施の形態では、以下のような手順で、溶接完了部Ｆに対する高周波誘導加熱を行うこととしている。

図４（Ａ）は高周波誘導加熱による焼き戻し状況を示す部分断面図、図４（Ｂ）は溶接完了部Ｆの部分断面斜視図である。加熱コイル２３は、第１部材Ｄの端面Ｄｓと第２部材Ｅの側面との境界線を形成する一辺Ｓｎの近傍に配置されている。第１部材Ｄの中空部分Ｄｈの面と第２部材Ｅの端面との境界線を形成する対向辺Ｓｆは、溶接完了部Ｆのうちで加熱コイル２３から最も遠くに存在している。加熱コイル２３による高周波誘導加熱を行う際、制御装置５０は、まず、コイル電源２５の出力を比較的高くして、対向辺Ｓｆ側の溶接完了部Ｆを含むその周辺の領域（以下「対向辺側領域Ｊｆ」という）を、焼き戻しに適した温度に加熱して、対向辺側領域Ｊｆの焼き戻しを行う。このとき、一辺Ｓｎ側の溶接完了部Ｆを含むその周辺の領域（以下「一辺側領域Ｊｎ」という）は、対向辺側領域Ｊｆよりも温度が高くなり、典型的には焼き戻しは行われず、焼き入れされる場合がある。制御装置５０は、対向辺側領域Ｊｆの焼き戻しが完了したら、一旦コイル電源２５の出力を停止して、一辺側領域Ｊｎを焼き入れ状態とする。次いで、制御装置５０は、一辺側領域Ｊｎが焼き戻しに適した温度となるようにコイル電源２５の出力を上げ、一辺側領域Ｊｎを焼き戻しに適した温度に加熱して、一辺側領域Ｊｎの焼き戻しを行う。通常、コイル電源２５の出力は、対向辺側領域Ｊｆ焼き戻しを行うときよりも、一辺側領域Ｊｎの焼き戻しを行うときの方が小さくなる。このように、本実施の形態では、一辺Ｓｎの近傍に配置した１つの加熱コイル２３により、溶接完了部Ｆ全体の焼き戻しを行うことができる。なお、高周波誘導加熱は、誘導電流による直接加熱であるため、通常の焼き戻しと比較して短時間で焼き戻しが終了する。また、高周波誘導加熱は、局所的な加熱が可能であるため、溶接完了部Ｆ付近だけを加熱して焼き戻しを行い、その周囲の浸炭層に影響を及ぼさないようにすることができる。換言すれば、例えば、炉などで焼き戻しを行うと、長時間要するうえに、硬さが必要な部分（例えば歯車の歯の部分）までもが焼き戻しされてしまうことになるが、高周波誘導加熱によればこのような悪影響が及ぶことを回避することができる。

再び図３を主に参照して接合部材の製造方法の説明を続ける。高周波誘導加熱による溶接完了部Ｆの焼き戻しが終了したら、制御装置５０は、電極支持具（不図示）を介して第２電極１２を上昇させ、溶接完了部Ｆに対する加圧を解放する。溶接によって焼き入れされた溶接完了部Ｆは、その後に高周波誘導加熱による焼き戻しが行われたため、加圧を解放しても割れの発生を回避することができる。次いで、制御装置５０は、コイル支持具（不図示）を介して加熱コイル２３を上昇させる（図３（Ｅ）参照）。その後、開口３１を介して、製造された接合部材Ｃを筐体３０から取り出す。

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及び接合部材の製造方法によれば、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとが接触した部分を溶接して焼きが入った場合に、焼きが入った部分を高周波誘導加熱によって焼き戻すので、溶接完了部Ｆを製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまで下げつつ割れの発生を抑制することができる。

次に図５を参照して、本発明の実施の形態の変形例に係る接合部材製造装置１Ａを説明する。図５は、接合部材製造装置１Ａの加熱コイルまわりの断面図である。接合部材製造装置１Ａは、前述の接合部材製造装置１（図１参照）の構成に加えて、加熱コイル２３Ａを備えている。つまり、接合部材製造装置１Ａは、誘導加熱コイルを２つ備えている。加熱コイル２３Ａは、前述の接合部材の製造方法における高周波誘導加熱による焼き戻しの際に対向辺Ｓｆの近傍となる位置に配置されている。換言すれば、加熱コイル２３Ａは、第２部材Ｅの第２接合面Ｅｆが第１部材Ｄの第１接合面Ｄｆに接触し、この第１部材Ｄが第１電極１１に載置された状態のときに、第２部材Ｅの端面よりも下方で第１部材Ｄの中空部分Ｄｈに配置されている。加熱コイル２３Ａは、信号ケーブルでコイル電源２５（図１参照）と接続されている。制御装置５０（図１参照）は、加熱コイル２３とは別個に、加熱コイル２３Ａへの電流の供給の有無及び加熱コイル２３Ａに流す電流の周波数、大きさ、時間を制御することができるように構成されている。接合部材製造装置１Ａの上記以外の構成は、接合部材製造装置１（図１参照）と同様である。

典型的には上述の接合部材製造装置１Ａを用いて行われる、本発明の実施の形態の変形例に係る接合部材の製造方法では、前述の接合部材の製造方法（図３参照）における高周波誘導加熱を行う際（図３（Ｄ）参照）に、１つの加熱コイル２３のみではなく、２つの加熱コイル２３、２３Ａで、同時に高周波誘導加熱を行う。このとき、加熱コイル２３は主として一辺側領域Ｊｎの加熱を行い、加熱コイル２３Ａは主として対向辺側領域Ｊｆの加熱を行う。つまり、制御装置５０は、一辺側領域Ｊｎを焼き戻しに適した温度に加熱するように加熱コイル２３に流す電流の周波数及び／又は大きさ及び／又は時間を制御すると共に、対向辺側領域Ｊｆを焼き戻しに適した温度に加熱するように加熱コイル２３Ａに流す電流の周波数及び／又は大きさ及び／又は時間を制御する。このようにして、本変形例では、一辺側領域Ｊｎ及び対向辺側領域Ｊｆの焼き戻しを同時に行うことで、高周波誘導加熱による焼き戻し（電磁加熱工程）の所要時間を短縮することができる。本変形例に係る接合部材の製造方法の、上述した高周波誘導加熱による焼き戻し以外の工程は、図３に示した製造方法と同様である。なお、本変形例に係る接合部材の製造方法も、接合部材製造装置１Ａを作動させること以外の手法で行うことも可能である。

以上の説明では、第１部材Ｄ及び第２部材Ｅ（以下「ワーク」という場合もある）の溶接を行う際に用いられる第１電極１１及び第２電極１２並びに溶接電源１５（以下「電極等」という場合もある）と、ワークの高周波誘導加熱を行う際に用いられる加熱コイル２３（及び加熱コイル２３Ａ）並びにコイル電源２５（以下「加熱コイル等」という場合もある）とが、１つの筐体３０に収容されているとしたが、両者を１つの筐体３０に収容せずに、ワークの溶接と高周波誘導加熱とを別の場所で行うこととしてもよい。この場合、ワークを電極等の場所から加熱コイル等の場所に搬送するために溶接完了部Ｆに対する加圧を解放する前に、溶接電源１５を起動して溶接完了部Ｆに再度電流を流して予備的な焼き戻しを行うとよい。予備的な焼き戻しを行うことにより、溶接完了部Ｆに対する加圧を解放しても、焼き入れされた溶接完了部Ｆに割れが生じてしまうことを抑制することができる。つまり、溶接完了部Ｆに再度電流を流して予備的な焼き戻しを行うことは、割れ抑制措置工程に相当する。ワークの溶接と高周波誘導加熱とを別の場所で行うことができることとすると、接合部材の製造方法における工程の自由度を上げることができる。

以上の説明では、第２電極１２が第１電極１１の上方に配置されているとしたが、第１電極１１と第２電極１２との上下を入れ替えて、第１電極１１が第２電極１２の上方に配置されることとしてもよい。第１電極１１が第２電極１２の上方に配置されている場合、第１接触面１１ｔが下方を向き、第２接触面１２ｔが上方を向くこととなり、接合部材Ｃを製造するに際し、第２接触面１２ｔの上方に配置された加熱コイル２３の中に第２部材Ｅを通したうえで第２部材Ｅを第２接触面１２ｔ上に載置し、その第２部材Ｅの上に第１部材Ｄを載置して、第１電極１１を下降させて抵抗溶接を行い、次いで、加熱コイル２３によって誘導加熱を行うこととなる。このとき、加熱コイル２３は、第２部材Ｅに第１部材Ｄが載置された後に一辺Ｓｎの近傍に移動させることとしてもよく、第１部材Ｄが載置された第２部材Ｅが第２接触面１２ｔに載置されたときに一辺Ｓｎの近傍となる位置にあらかじめ固定されていてもよい。また、第１電極１１及び第２電極１２の配置は、上下に離れるものに限らず、水平方向に離れるものであってもよく、この場合は、第１電極１１及び／又は第２電極１２並びに加熱コイル２３を、水平方向へ移動可能に構成することとなる。

以上の説明では、溶接電源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溶接機で用いられる電源構成であってもよい。

以上の説明では、第１部材Ｄがリング状に形成され、第２部材が中実の円柱状に形成されているとしたが、第２部材Ｅは中実のみならず中空であってもよく、あるいは、第１部材Ｄ及び／又は第２部材Ｅの形状はこれら以外の形状であってもよい。また、第１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溶接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、第１部材Ｄは、溶接によって焼きが入るとしたが、溶接す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、第１部材Ｄと第２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、第２部材Ｅが鋳鉄であるとしたが、第２部材Ｅも焼きが入り得る材料で形成されていてもよい。

以上の説明では、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの溶接が、抵抗溶接であるとしたが、レーザ溶接や電子ビーム溶接等の、抵抗溶接以外の溶接であってもよい。レーザ溶接や電子ビーム溶接等の抵抗溶接以外の溶接であっても、第１部材Ｄに焼きが入り得る。

以上の説明では、溶接完了部Ｆの焼き戻しを行う際の電磁加熱が高周波誘導加熱であるとしたが、高周波以外の電磁波を用いた誘導加熱等であってもよい。

１ 接合部材製造装置
１１ 第１電極
１２ 第２電極
２３ 加熱コイル
Ｃ 接合部材
Ｄ 第１部材
Ｄｆ 第１接合面
Ｅ 第２部材
Ｅｆ 第２接合面
Ｊｆ 対向辺側領域
Ｊｎ 一辺側領域
Ｓｆ 対向辺
Ｓｎ 一辺

Claims (10)

1. 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；
   前記第１の部材の接合対象部分と前記第２の部材の接合対象部分とを接触させて前記第１の部材及び前記第２の部材を配置する接触配置工程と；
   前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程と；
   前記溶接工程が行われた後の前記第１の部材に対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；
   前記第１の部材と前記第２の部材とが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程とを備え；
   前記溶接工程は、前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加圧しながら抵抗溶接を行うことであり；
   前記割れ抑制措置工程は、前記第１の部材と前記第２の部材とが溶接された部分に電流を流して加熱して予備的な焼き戻しを行うことで構成された；
   接合部材の製造方法。
2. 前記電磁加熱工程は、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱で行われ、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の外周を構成する一辺の近傍に前記誘導加熱コイルを配置して、最初に前記一辺に対向する対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、以後に前記誘導加熱コイルの出力を前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   請求項１に記載の接合部材の製造方法。
3. 前記電磁加熱工程は、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱で行われ、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の外周を構成する一辺の近傍と、前記接合面の前記一辺に対向する対向辺側の近傍と、にそれぞれ前記誘導加熱コイルを配置して、前記一辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、前記対向辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   請求項１に記載の接合部材の製造方法。
4. 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；
   前記第１の部材の接合対象部分と前記第２の部材の接合対象部分とを接触させて前記第１の部材及び前記第２の部材を配置する接触配置工程と；
   前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程と；
   前記溶接工程が行われた後の前記第１の部材に対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；
   前記第１の部材と前記第２の部材とが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程とを備え；
   前記電磁加熱工程は、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱で行われ、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の外周を構成する一辺の近傍に前記誘導加熱コイルを配置して、最初に前記一辺に対向する対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、以後に前記誘導加熱コイルの出力を前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   接合部材の製造方法。
5. 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；
   前記第１の部材の接合対象部分と前記第２の部材の接合対象部分とを接触させて前記第１の部材及び前記第２の部材を配置する接触配置工程と；
   前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加熱して溶接する溶接工程と；
   前記溶接工程が行われた後の前記第１の部材に対して割れの発生を抑制する措置を施す割れ抑制措置工程と；
   前記第１の部材と前記第２の部材とが溶接された部分を電磁加熱によって焼き戻す電磁加熱工程とを備え；
   前記電磁加熱工程は、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱で行われ、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の外周を構成する一辺の近傍と、前記接合面の前記一辺に対向する対向辺側の近傍と、にそれぞれ前記誘導加熱コイルを配置して、前記一辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、前記対向辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   接合部材の製造方法。
6. 前記溶接工程は、前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加圧しながら抵抗溶接を行うことであり；
   前記割れ抑制措置工程は、前記溶接工程における加圧を維持することで構成された；
   請求項４又は請求項５に記載の接合部材の製造方法。
7. 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装置であって；
   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の電極と；
   前記第１の電極に接触した前記第１の部材の接合対象部分と、前記第２の電極に接触した前記第２の部材の接合対象部分と、が接触して接合された部分に対して誘導加熱を行う誘導加熱コイルと；
   前記第１の電極及び前記第２の電極への電流の供給並びに前記誘導加熱コイルへの電流の供給を制御する制御装置とを備え；
   前記誘導加熱コイルは、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合された部分に対する誘導加熱が行われる際に、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されるように構成され；
   前記制御装置は、前記第１の電極に接触した前記第１の部材の接合対象部分と前記第２の電極に接触した前記第２の部材の接合対象部分とを接触させて相互に接触した前記接合対象部分を加圧しながら前記第１の電極と前記第２の電極との間に電流を流して前記接合対象部分を溶接し、前記第１の部材と前記第２の部材との接合面への加圧を維持しながら、前記接合面の外周を構成する一辺の近傍に前記誘導加熱コイルを配置して、最初に前記一辺に対向する対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、以後に前記誘導加熱コイルの出力を前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   接合部材製造装置。
8. 前記制御装置は、
   前記接合面の外周を構成する一辺の近傍に前記誘導加熱コイルを配置して、最初に前記一辺に対向する対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、以後に前記誘導加熱コイルの出力を前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行ったときよりも低下させた状態で前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行うことに代えて、
   前記接合面の外周を構成する一辺の近傍と、前記接合面の前記一辺に対向する対向辺側の近傍と、にそれぞれ前記誘導加熱コイルを配置して、前記一辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記一辺側の前記接合面の焼き戻しを行い、前記対向辺の近傍に配置された前記誘導加熱コイルで前記対向辺側の前記接合面の焼き戻しを行うように構成された；
   請求項７に記載の接合部材製造装置。
9. 焼きが入り得る金属材料でリング状に形成された第１の部材と、金属材料で円柱状に形成された第２の部材と、を接合した接合部材を製造する装置であって；
   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の電極と；
   前記第１の電極に接触した前記第１の部材の接合対象部分と、前記第２の電極に接触した前記第２の部材の接合対象部分と、が接触して接合された部分に対して誘導加熱を行う誘導加熱コイルとを備え；
   前記誘導加熱コイルは、前記第２の部材の外径よりも一回り大きい径に巻かれた第１の誘導加熱コイルと、前記第１の誘導加熱コイルよりも小さい径に巻かれて前記第１の誘導加熱コイルの下方に配置された第２の誘導加熱コイルとを有すると共に、前記第１の誘導加熱コイル及び前記第２の誘導加熱コイルが、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合された部分に対する誘導加熱が行われる際に、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されるように構成された；
   接合部材製造装置。
10. 請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の接合部材製造装置によって前記接合部材を製造する方法であって；
    前記第１の部材と前記第２の部材とを前記接合部材製造装置に配置する部材配置工程と；
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に電流を流す電極通電工程と；
    前記誘導加熱コイルに電流を流すコイル通電工程とを備える；
    接合部材の製造方法。

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