JP6503209B2 - Method of manufacturing joined products by press-fitting - Google Patents
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Description
本発明は、圧入接合による接合品の製造方法に関する。 The present invention relates to the production how the bonded article by press-fitting joint.
従来、加工時に金属部材の変形を防止する方法として、例えば特許文献1に記載の方法は図7に示すように、金属部材同士を接合した後の製品のバラツキを抑えるため、第1金属部材40の円弧状壁が外側に拡がらないよう、保持部材42によって下側電極44を円弧状壁の外周面に当接した状態に保持しておき、上側電極46で第2金属部材48を加圧しながら両電極に通電し、電気抵抗熱により両金属部材同士を接合するというものであり、圧入嵌合時に第1金属部材40の側壁部が外側に拡がって変形することを保持部材42によって防止する、というものである。
Conventionally, as a method of preventing deformation of a metal member at the time of processing, for example, as shown in FIG. 7, the method described in Patent Document 1 reduces the variation of the product after joining the metal members to each other. The
また、特許文献2に記載された金属部材の接合方法等は、位置規制リングを、環状電極部の下端面のうちの当接面の内周側部分に固定し、この位置規制リングをクラッチコーンのテーパ部に内嵌させることで、クラッチコーンの軸心Bがギヤの軸心と同軸となるようにクラッチコーンをセンタリングし、位置決めするというものである。
Moreover, the joining method of the metal member etc. which were described in
また、本件出願人は、先に特許文献3において圧入接合方法を開示した。これは第一の部材(プレート)の孔部に、第二の部材(筒体)を押圧するとともに、両部材間に通電(一次通電)して圧入による固相接合を行い、この接合後に再度の通電(二次通電)による熱処理(焼き戻し)を行い、靭性等を確保するというものである。 In addition, the applicant of the present invention previously disclosed a press-fit bonding method in Patent Document 3. This presses the second member (cylindrical body) into the hole of the first member (plate), and applies current (primary current) between both members to perform solid phase bonding by press-fitting, and after this bonding again Heat treatment (tempering) by current flow (secondary current flow) to secure toughness and the like.
同様に本件出願人は、先に特許文献4において鋼製品の製造方法を開示した。これは、一次通電により第一の鋼材の孔部内に第二の鋼材を圧入して固相拡散接合を行う際、一次通電による抵抗熱によりA3又はA1変態点以上に急速加熱した後、二次通電による再加熱を行い、この二次通電により、接合部の温度を連続冷却変態図のパーライト析出線以上の温度に上昇又は保持させ、その後、冷却曲線がパーライト析出線上を通過し、さらにマルテンサイト変態点を通過して冷却させるものである。この製造方法により、粒界への析出物は、炭化物と比べてフェライトが大部分を占め、それぞれ塊状となってネット状に粒界に析出し、ネット中の生地にはマルテンサイト組織が存在する組織を有し、靭性及び強度等に優れた鋼製品が得られるというものである。 Similarly, the applicant has previously disclosed a method for producing a steel product in Patent Document 4. This is because when performing solid-phase diffusion bonding by pressing the second steel material into the hole of the first steel material by primary energization and performing solid phase diffusion bonding, secondary heating after rapid heating to A3 or A1 transformation point or more by resistance heat by primary energization, Reheating by energization is performed, and the temperature of the joint is raised or maintained above the pearlite precipitation line of the continuous cooling transformation diagram by this secondary energization, and then the cooling curve passes over the pearlite precipitation line, and further martensite It passes through the transformation point and is cooled. According to this manufacturing method, the precipitates in the grain boundaries are mostly ferrite in comparison with the carbides, and each form a massive form and precipitate in the form of nets at the grain boundaries, and the material in the net has a martensitic structure. It is said that a steel product having a structure and excellent in toughness and strength can be obtained.
さて、上記特許文献1は、金属部材の側壁部が外側に拡がって変形するのを保持部材で防止するものであるが、これは保持部材による当接の程度、強度等により変形の精度が左右されるという問題がある。また、特許文献2に記載の位置規制リングは、環状電極の下端面に固定されてクラッチコーンに内嵌させ、その水平方向の移動を規制するものであるため垂直方向の規制には不向きである。
By the way, in the patent document 1, the holding member prevents the side wall of the metal member from expanding and deforming outward, but the accuracy of the deformation depends on the degree of contact by the holding member, strength, etc. Have the problem of being In addition, the position control ring described in
一方、本出願人は、先に圧入接合方法に係る出願(特許文献3)を行った。この圧入接合方法では、最初の通電時、電気抵抗熱により発熱するのは主に接触面積が小さく、電気抵抗の大きい接合部であるが、二次通電時には、接合部の接触面積の増大による発熱領域の拡大により、第二の部材自体が発熱する。つまり、接合部に対して第二の部材自体の電気抵抗が相対的に大きくなり、第二の部材自体(接合部近傍)も接合部と同様に抵抗熱により発熱する。
そして、第二の部材の発熱・軟化により、加圧力により外径が膨出する等の変形(潰れ)が見られ、また、二次通電時の接合部の軟化等により第二の部材が必要以上に押し込まれるという問題もあった。特許文献4に係る鋼製品の製造方法についても、二次通電による熱処理を行うことから、上記特許文献3の場合でも同様な問題が生じることがあった。
上記第二の部材の変形は、部材の一部であるため従来あまり問題にはならなかったが、近年、車両の軽量化に伴うユニット・構成部品の軽量化により、ユニットの全長を極力短く設計する傾向があり、関連する部品ではシャフトを短く設計するあまり、シャフトの根元まで軸径の厳しい公差が要求され、部材の寸法精度の達成を求められるようになった。
On the other hand, the present applicant previously filed an application (Patent Document 3) related to a press-fit bonding method. In this press-fit bonding method, at the time of the first energization, the contact area is mainly small and the contact area is large at the electric resistance heat generation. However, at the time of secondary energization, the heat generation is caused by the increase of the contact area of the joint. Due to the expansion of the area, the second member itself generates heat. That is, the electrical resistance of the second member itself relative to the bonding portion becomes relatively large, and the second member itself (in the vicinity of the bonding portion) also generates heat due to resistance heat similarly to the bonding portion.
Then, due to heat generation and softening of the second member, deformation (collapsing) such as expansion of the outer diameter due to applied pressure is observed, and the second member is necessary due to softening of the joint at the time of secondary energization and the like. There was also the problem of being pushed further than that. Also in the method of manufacturing a steel product according to Patent Document 4, the same problem may occur even in the case of Patent Document 3 because heat treatment is performed by secondary energization.
The deformation of the second member has not been a problem so far because it is a part of the member, but in recent years, the overall length of the unit is designed to be as short as possible by the weight reduction of the unit and components accompanying the weight reduction of the vehicle. As the related parts tend to design the shaft short, tight tolerances of the shaft diameter are required at the root of the shaft, and it has become necessary to achieve the dimensional accuracy of the member.
本発明は、上記問題点等に鑑みてなされたものであり、圧入接合に係る接合品の潰れ(膨出)等を防止し、精度及び品質に優れ信頼性にも優れた圧入接合による接合品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems and the like, and prevents the crushing (expansion) and the like of a joined product related to press-fit bonding, and is a joined product by press-fit bonding excellent in precision and quality and excellent in reliability. an object of the present invention is to provide a manufacturing how.
以上の技術的課題を解決するため、本発明は、孔部4が形成された第一の部材6と、挿入部分9を有する第二の部材8とを圧入接合した接合品の製造方法であって、上記第一の部材と第二の部材とを、ともに金属からなる部材とし、上記第一の部材6の孔部4に対する上記第二の部材8の挿入部分9に圧入代を設け、上記第一の部材6を下部電極12の上面部に配置する一方、上記第二の部材8を上部電極10で保持し、且つこの第二の部材8の下部を上部電極10の下部の押圧部20より下方に突出させ、上記上部電極10の押圧部20と上記第一の部材6の上側部との間に、中央に挿通孔部を有するリング形状又は複数の分割片をリング状に組み合せた形状で、且つ絶縁性の又は基材に絶縁被覆を施したカラー部材16を設け、上記挿通孔部に差し入れた上記第二の部材8の挿入部分9を、上記第一の部材6の孔部4に合わせ、上記上部電極10による加圧力とともに、上記両部材間に一次通電を行って両部材の接合部を加熱し軟化させて、上記挿入部分9を上記第一の部材6の孔部4に圧入し、上記上部電極10の下降にともない、上記上部電極10の押圧部20によって加えられる加圧力が、上記カラー部材16及び上記第一の部材6を介して上記下部電極12に加えられる状態になるまで、上記第二の部材8の挿入部分9を上記孔部4に圧入接合を行い(この過程で固相拡散接合が行われる)、上記一次通電を停止した後、上記上部電極10による加圧力を伴う状態で、上記両部材間に二次通電を行い、両部材の接合部及びその近傍を加熱した後二次通電を停止することを特徴とする構成である。
In order to solve the above technical problems, the present invention is a method of manufacturing a joined product in which the
ここで、上記上部電極10の押圧部20と上記第一の部材6の上側部との間にカラー部材16を設けとは、上記押圧部20にカラー部材16を取り付け、或は上記第一の部材6の上側部にカラー部材16を配置することなどをいう。
また、上記カラー部材16の絶縁被覆とは、金属などの基材に絶縁性の塗料を塗布し、又は基材に絶縁材のコーティング、例えばセラミック溶射等を行い、或は基材に絶縁材の被覆を行うことなどをいう。
Here, providing the
Further, the insulation coating of the
本発明に係る接合品の製造方法は、上記カラー部材16に替えて、上記上部電極10の押圧部20の下部に絶縁被覆を施した被覆部36を設け、上記上部電極10の押圧部20によって加えられる加圧力が、上記被覆部36及び上記第一の部材6を介して上記下部電極12に加えられる状態になるようにしたことを特徴とする構成である。
ここで上記押圧部20に施す絶縁被覆についても、押圧部20に絶縁性の塗料を塗布し、又は基材に絶縁材のコーティング、例えばセラミック溶射等を行い、或は押圧部に絶縁材の被覆を行うことなどをいう。
In the method of manufacturing a joined product according to the present invention, a covering
Here, as for the insulation coating applied to the
本発明に係る接合品の製造方法は、上記第一の部材6と第二の部材8とを、ともに鋼材からなる部材とした構成である。
The method of manufacturing a joined product according to the present invention is configured such that the
本発明に係る接合品の製造方法は、上記第二の部材8の側面部を、複数の電極片14を有する上部電極10で機械的に挟持したことである。
The manufacturing method of the joined article according to the present invention is that the side surface portion of the
また、本発明に係る接合品の製造方法は、上記カラー部材16をリング形状に形成し、このカラー部材16を上記上部電極10の各電極片14の押圧部20に取り付ける際、このカラー部材16の複数個所にネジ孔を設け、このネジ孔よりも径の小さいネジを用い、両者間に遊びをもたせて螺設した構成である。
Further, in the method of manufacturing a joined product according to the present invention, when the
また、本発明に係る接合品の製造方法は、上記二次通電時の加圧力を、上記一次通電時の加圧力の1/2以上好ましくは2/3以上、且つ上記一次通電時の加圧力以下としたことである。 Further, in the method of manufacturing a joined product according to the present invention, the pressing force at the time of the secondary energization is 1⁄2 or more, preferably 2⁄3 or more of the pressing force at the primary energization, and the pressing force at the primary energization. It is as follows.
また本発明に係る接合品は、上記何れかの接合品の製造方法により製造されたものである。 Further, a bonded article according to the present invention is manufactured by any of the above-described methods of manufacturing a bonded product.
本発明に係る接合品の製造方法によれば、上部電極の押圧部によって加えられる加圧力が、カラー部材及び第一の部材を介して下部電極に加えられる状態になるまで、第二の部材の挿入部分を孔部に圧入して固相拡散による圧入接合を行い、その後、上部電極による加圧力を伴う状態で、二次通電による熱処理を行う構成としたから、第二の部材の潰れ(膨出)が防止でき、また所定の深さまで圧入をした後、上記カラー部材は圧入が更に進行しないように止める機能を持つことから、第二の部材の圧入深さの精度が高められ、併せて部材の焼け色(異常発熱)も防止されて接合品の品質が向上し、信頼性にも優れた接合品が得られるという効果を奏する。 According to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, the pressure applied by the pressing portion of the upper electrode is applied to the lower electrode through the collar member and the first member. Since the insertion portion is press-fit into the hole portion and press-fit bonding is performed by solid phase diffusion, and then heat treatment by secondary energization is performed in a state accompanied by pressure force by the upper electrode. Because the collar member has a function to stop the press-in from proceeding further after press-fitting to a predetermined depth, the accuracy of the press-in depth of the second member is enhanced. The burnt color (abnormal heat generation) of the member is also prevented, the quality of the bonded product is improved, and a bonded product having excellent reliability can be obtained.
本発明に係る接合品の製造方法によれば、カラー部材に替えて、上部電極の押圧部の下部に絶縁被覆を施した被覆部を設け、上部電極の押圧部によって加えられる加圧力が、被覆部及び第一の部材を介して下部電極に加えられる構成としたから、上記と同様、第二の部材の潰れ(膨出)が防止でき、また圧入深さの精度が高められ部材の焼け色も防止されて品質が向上し、信頼性にも優れた接合品が得られ、また経済的であるという効果を奏する。 According to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, a coating portion coated with an insulating coating is provided on the lower portion of the pressing portion of the upper electrode instead of the collar member, and the pressure applied by the pressing portion of the upper electrode is coating In the same manner as described above, the second member can be prevented from collapsing (expansion), and the accuracy of the press-in depth can be enhanced, and the color of the member can be burnt, as described above. Also, it is possible to obtain a joint product which is improved in quality, reliability and excellent in economy, and is also effective.
本発明に係る接合品の製造方法によれば、第一の部材と第二の部材とを、ともに鋼材からなる部材としたから、鋼材を用いた接合品の精度、品質が高められ、また靭性等が確保されるなど信頼性にも優れた接合品が得られるという効果がある。 According to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, since the first member and the second member are both members made of steel, the precision and quality of the joined product using the steel are enhanced, and the toughness is also improved. There is an effect that a joint product excellent in reliability can be obtained, for example, by securing etc.
本発明に係る接合品の製造方法によれば、第二の部材の側面部を、複数の電極片を有する上部電極で機械的に挟持したから、第二の部材の保持が迅速に行え、加圧力の伝達も確実に行えるという効果がある。 According to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, since the side surface portion of the second member is mechanically held by the upper electrode having a plurality of electrode pieces, the second member can be held quickly. There is an effect that pressure transmission can also be performed reliably.
また、本発明に係る接合品の製造方法によれば、カラー部材を上部電極の各電極片の押圧部に取り付ける際、このカラー部材のネジ孔よりも径の小さいネジを用い、両者間に遊びをもたせて取り付けた構成としたから、カラー部材をその都度介在させる等の手間が省け、また遊びの範囲で各電極片を拡径し挟持することができ、迅速に第二の部材が上部電極に取り付けられるという効果がある。 Further, according to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, when the collar member is attached to the pressing portion of each electrode piece of the upper electrode, a screw smaller in diameter than the screw hole of the collar member is used. Because the collar member is inserted each time and the like, it is possible to save time and effort, and to expand and hold each electrode piece within the range of the play, and the second member quickly becomes the upper electrode. It has the effect of being attached to
また、本発明に係る接合品の製造方法によれば、二次通電時の加圧力を、一次通電時の加圧力の1/2以上好ましくは2/3以上、且つ一次通電時の加圧力以下としたから、第一の部材の形状、厚さ等に応じて加圧力の加減が適切に行え、品質確保にも寄与するという効果がある。 Further, according to the method of manufacturing a joined product according to the present invention, the pressing force at the time of secondary energization is at least 1/2 or more, preferably 2/3 or more of the pressing force at the primary energization, and less than the pressing force at primary energization. Accordingly, the pressure can be appropriately adjusted according to the shape, thickness and the like of the first member, which contributes to ensuring the quality.
また本発明に係る接合品によれば、上記何れかの接合品の製造方法により製造されたものとしたから、上記と同様、第二の部材の潰れ(膨出)が防止でき、また接合品の精度が高められ焼け色も防止される等により品質が向上し、信頼性にも優れた接合品が得られるという効果がある。 Further, according to the bonded product according to the present invention, since it is manufactured by the method for manufacturing any one of the above bonded products, it is possible to prevent the second member from being crushed (blown) in the same manner as described above. Therefore, the quality is improved by improving the accuracy of the above and preventing the burnt color, etc., and there is an effect that a joined product having excellent reliability can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図1は、圧入による接合品を製造する圧入接合装置2(一部)を示したものである。この圧入接合装置2により部材同士が接合される接合品は、金属製要素部品であり、ここでは孔部4が設けられたプレート体6(第一の部材)、及び上記孔部4に接合される軸体8(第二の部材)を用いた。これらプレート体6、軸体8は何れも鋼材からなるものである。また、プレート体6の孔部4と軸体8の挿入部分9との間には、所定の重なり部分として圧入代が必要である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
FIG. 1 shows (a part of) a press-
上記圧入接合装置2は、全体を制御する制御機構、プレート体6と軸体8間に通電する電極として上部電極10及び下部電極12、上部電極10を保持する上部プラテン11、下部電極12を支持する下部プラテン13、この上部プラテン11を所定位置に位置決め移動させる移動機構、及び上部プラテン11に加圧力を加えるプレス機構等を有する(各機構は図示せず)。なお電極は、電極ホルダーに電極本体がボルト等で固定された形態である。
The press-
上部電極10は軸体8を保持(挟持)可能な形態であり、下部電極12はプレート体6の載置が可能な表面が平坦な肉厚板状であり、何れも電極(電極本体)の材質はクロム銅又はベリリウム銅製である。
ここでは、上部電極10として、4個の電極片14に分割され(軸体8の挟持のためリング状に組み合わされる形状)、各電極片14の下部の挟持部で軸体8を挟持する所謂コレットチャック型の電極を用いた。また、上部電極10として他に、複数の電極片に分割されたものを用いることができ、これら電極片はリング状に組み合わされる形状である。
上部電極10及び下部電極12は、それぞれ上部プラテン11及び下部プラテン13を介して通電が行われる。通電に用いる電源は、直流、交流、或いは大容量のコンデンサーを利用した直流電流等を用いることができる。
The
Here, the
The
さらに、この実施の形態では、軸体8を保持し加圧する上部電極10とプレート体6との間に絶縁性のカラー部材16を設け、このカラー部材16により軸体8に加わる加圧力を軽減する方策を採用した。カラー部材16は、上部電極10とプレート体6との間を絶縁し、両者間に加わる加圧力を受け止めるものである。カラー部材16を設ける(介在)形態としては、下部電極12の上に配置し、或いは上部電極10の下部に固定して使用する形態等がある。
Furthermore, in this embodiment, the insulating
ここではカラー部材16として、図2(a)に示すように、中央に挿通孔部22を有するリング形状(中空円板状)の絶縁材を用いた。この挿通孔部22の大きさは、軸体8(挿入部分9)が緩やかに挿通可能な大きさが適当である。軸体8と挿通孔部22との間の隙間は、軸体8に対して0.5mm以上3mm以下(半径方向)、より好ましくは1mm以上2mm以下の大きさとする。また、カラー部材16の板厚は、後述する軸体8の熱保存領域24を確保するのに必要な寸法とすることが好ましく、他にカラー部材16の強度及び軸体8自体の電気抵抗等を考慮すれば、0.5mm以上5mm以下、より好ましくは1mm以上3mm以下がよい。
Here, as the
なお、カラー部材16が薄い場合等、熱保存領域24をより多く確保する方法として、例えば、上部電極10自体の先端部の内側(挟持部側)の周囲に凹部(面取り)を設ける方法がある。この上部電極10によれば、上記凹部により、軸体8には上部電極10とは接しない露出部分23が形成され、ここを熱保存領域24として確保できる。
When the
また、カラー部材16として、複数の分割片(絶縁性)、例えば複数の円弧状片を、リング状に組み合わせた形状のものを用いることができる。
図2(b)は、カラー部材16として、絶縁性の2つの円弧状の分割片17,17をリング状に組み合わせ、中央に挿通孔部22を有する絶縁部材を示したものである。
このように、カラー部材16を複数の分割片に分けて使用するのは、特に軸体8として上部に拡径部が設けられた形状の場合等に有効である。つまり、カラー部材16がリング形状(一体)の場合、接合後にカラー部材が接合品から外せない場合があり不都合である。カラー部材16を複数の分割片で構成する場合、全体がリング状になるよう分割片を組み合わせて配置するのが好ましい。カラー部材16を複数の分割片でリング状に配置した形態においても、上記軸体8との間の隙間、及び各分割片の板厚等は上記リング形状のカラー部材16の場合と同様である。
Moreover, as the color |
FIG. 2B shows, as the
As described above, the use of the
カラー部材16の材料としては、耐熱絶縁性のあるセラミック、ベークライト及びフッ素樹脂等の合成樹脂等の使用が可能である。
また、カラー部材16としては、基材としての金属材に耐熱絶縁性の塗料を塗布し、又は金属材に耐熱絶縁材のコーティングを行う等、基材に絶縁被覆を施したものを用いることも可能である。より具体的にはカラー部材16として、クロム銅等に耐熱絶縁性の塗料を塗布した絶縁塗料被覆品、クロム銅等に絶縁性のセラミック溶射を施したセラミック被覆品等の採用が可能である。また、基材に耐熱絶縁材(合成樹脂等)を被着し、絶縁被覆を施したものの使用も可能である。
As a material of the
In addition, as the
他に、カラー部材16の基材にスプリングワッシャー(皿バネ、コイル状バネ等)を用いることも有効である。この場合も上記と同様、スプリングワッシャーの表面に絶縁被膜を施し、これをカラー部材16として用いる。
上部電極10の押圧部20或いはプレート体6の上側部等が平坦でない場合等では、カラー部材16と押圧部20等との接触部位に片当たりが生じ、隙間が発生する可能性があり、この場合、基材にスプリングワッシャーを用いたカラー部材16を用いることにより、上記片当たりが防止できる。
また、カラー部材16として、上記絶縁被覆を基材の片面又は両面に施したものを用いることが可能である。カラー部材16は、プレート体6と軸体との接合部18の近くに位置して高温にさらされることから耐熱性、耐圧性が要求され、また量産化にともなう耐久性等も必要である。
In addition, it is also effective to use a spring washer (a disc spring, a coil spring, etc.) as a base material of the
In the case where the
Moreover, it is possible to use what apply | coated the said insulation coating to the single side | surface or both surfaces of a base material as the color |
ここではカラー部材16としてクロム銅にセラミック溶射を施した材料(セラミック被覆品)を用いた。これは、板厚2mmのクロム銅からなる中空円板材に、膜厚0.6mmのセラミック溶射の処理を両面に施し仕上げ加工を行った(絶縁被覆)ものである。このカラー部材16は、板厚3mmのリング形状(外径φ=25mm、内径φ=18mm、但し軸体径φ=12mm用)である。
セラミック溶射を施した材料は、基材の材質によらず高硬度、粒子間の密着性が高く高密度で滑らかな絶縁被膜が得られ、また割れもなく高温下での使用にも十分耐えられる。
Here, a material (ceramic coated product) obtained by subjecting chromium copper to ceramic spraying is used as the
Ceramic-sprayed materials have high hardness, high adhesion between particles and high-density, smooth insulating coatings regardless of the material of the base material, and they are sufficiently resistant to use at high temperatures without cracking. .
プレート体6は所定の厚さを有し、このプレート体6に設けられた孔部4は断面の直径が一定の円形であり、プレート体6の板面から垂直方向にこの孔部4の内壁面部が形成されている。
プレート体6としては、板状材、円盤状材、皿状材、ギヤ、スプロケット等、比較的平坦な金属製要素部品を使用することができる。他に、プレート体6に替えて、孔部4が垂直方向に穿設された部材(直方体等種々の塊形状)を用いることも可能である。
また、ここでは、プレート体6の孔部4の上部内周側の周囲に凹状のバリ収納部(座繰り)を設け、圧入接合時に発生するバリ(余肉)を収納することとした。
The
As the
Further, in this case, a concave burr storage portion (round hole) is provided around the upper inner peripheral side of the hole portion 4 of the
軸体8は円柱状(又は円筒状)である。この軸体8の挿入部分9は、軸体8の下部に形成された径が一様な部位であり、プレート体6の孔部4に圧入される部分である。
軸体8の挿入部分9の外径(直径)は、プレート体6の孔部4の直径より僅かに大きく、圧入代はこれらの差となる。この圧入代により、軸体8の挿入部分9の外周部位が、プレート体6の孔部4の内壁面部と接してしごかれて接合界面を形成し、全周に及ぶ圧入接合が行われる。
他に、第二の部材(軸体8)として、挿入部分9が中実材、中空材、棒材、パイプ状等の形状を有する物が用いられる。
The
The outer diameter (diameter) of the
In addition, as the second member (shaft 8), a material in which the
なお、ここでは、プレート体6の孔部4を円形とし軸体8の断面を円形としたが、これら孔部4と軸体8(挿入部分9)の形状は、他に多角形、半円形、楕円形等でもよく適用は可能である。
また軸体8(挿入部分9)は、孔部4とは断面を相似形状とした場合には全周が接合される形態となるが、相似形状としない軸体8を採用した場合であっても周囲の部分的な接合は可能である。何れにしても、孔部4と軸体8との間(全周或いは一部)に圧入代は必要である。
Here, although the hole 4 of the
Further, the shaft 8 (insertion portion 9) has a form in which the entire circumference is joined when the cross section with the hole 4 has a similar shape, but in the case where the
上部電極10は、図3に示すように4つの電極片14を有する形状である。各電極片14は、それぞれ電極ホルダーの下部に4つの電極本体15がそれぞれボルト等で固定された形態である。
上部電極10は、電極片14により軸体8を四方側から機械的に挟持する。電極片14自体の挟持力は、エアシリンダー機構、バネ機構、ネジ式などにより得られる。電極片14の下部には、軸体8の側面部を挟持する狭持部が形成されている。
また、各電極片14の下面は平坦であり、この部位(電極本体15)が押圧部20として機能する。
なお、ここでは4片からなる電極片14(電極本体15)を用いて軸体8を挟持しているが、これは他に2片、3片の電極片等、複数の電極片を持つ形態とすることができる。
上部電極10として、他に、軸体8の上部を嵌め込む穴部を有する嵌入形態の電極等を用いることができる。
The
The
Further, the lower surface of each
In addition, although the
As the
上部電極10は上部プラテン11を介して移動機構に装備されており、軸体8は上部電極10に機械的に狭持された状態で、この移動機構により所定の位置に搬送して位置決めされる。軸体8の圧入の際には、移動機構の上下移動機能により上部電極10は降下可能であり、またプレス機構の加圧力により上部電極10を押圧し、加圧力を伴って軸体8を降下させる。
The
上部電極10とプレート体6間にカラー部材16を介在させる場合、プレート体6の上部に配置する形態、及び、生産性等を考慮した場合には、上部電極10の下部の押圧部20にカラー部材16を取り付ける形態(係着、螺着、接着等)等がある。
カラー部材16を取り付ける場合、例えば、ビス等を用いてカラー部材16を上部電極10の下部に螺着する方法、カラー部材16の上部にボルト軸を取り付け上部電極10の下部に螺着する方法等がある。また、カラー部材16の両側に鉤部を設けて、この鉤部を上部電極10の下部に設けた係止溝に係着することも可能である。
In the case of interposing the
When the
ここでは、リング状のカラー部材16の4か所(各電極片に対応)にネジ孔32を設け、ネジ34を用いてカラー部材16を上部電極10の下部の押圧部20に取り付ける形態を示した。この場合、ネジ孔32の径(内径)よりもネジ34の径(外径)を小さく形成し、ネジ孔32とネジ34との間に隙間(水平方向)が形成されるようにする。そして、押圧部20にネジの穴を設け、ネジ34を用いてカラー部材16を螺設する。このように、カラー部材16を上部電極10の下部に取り付けたときには、両者間に遊びが設けられる。
そして、上部電極10の各電極片14で軸体8を挟持する場合、挟持前は4つの電極片14に囲まれた挟持孔部の内径を少し開いて(拡径)軸体8を挿入し、その後、挟持孔部を閉じて軸体8を挟持する。このように、ネジ34とネジ孔32との間に隙間を設け、この隙間の間隔を軸体8の挿入が可能な範囲に形成しておけば、上記隙間分の電極片の開閉により軸体8の着脱が自在に行える。
Here, screw holes 32 are provided at four locations (corresponding to the respective electrode pieces) of the ring-shaped
And when pinching the
また上部電極10として複数の電極片を有する場合には、複数の円弧状片からなるカラー部材16を用いるようにしても良い。例えば、上部電極10として2つの電極片14,14を有する場合、これには2つの円弧状片(分割片17,17)からなるカラー部材16を用い、各円弧状片をそれぞれ各電極片14,14の下部の押圧部20に取り付ける。
When a plurality of electrode pieces are provided as the
また、カラー部材16に替えて、上部電極10の下部の押圧部20に絶縁被覆を施す形態を採用することができる。
これは図4に示すように、上部電極10の押圧部20の下部に絶縁被覆を施した被覆部36を設けたものである。この場合、上部電極10の押圧部20によって加えられる加圧力が、被覆部36及びプレート体6を介して下部電極12に加えられる。
上部電極10に施す絶縁被覆としては、押圧部20に耐熱絶縁塗料を塗布する形態、絶縁材のコーティングとして、例えばセラミック溶射等を行う形態、或いは耐熱絶縁性の合成樹脂等を被覆する形態等を採用することが可能であり、この場合、電極とカラー部材とを別体にする必要がないため簡便かつ経済的である。
Moreover, it changes to the color |
As shown in FIG. 4, this is provided with a
As the insulating coating to be applied to the
上部電極10によって軸体8を挟持する際、軸体8を挟持した上部電極10の押圧部20から下方に突出する軸体8の長さとしては、圧入深さの寸法と介在させるカラー部材16の厚さ寸法とを加えた長さと同等とする必要がある。この圧入深さの寸法は、プレート体6の表面から挿入部分9が挿入される深さとなる。
例えば、圧入深さが4mm、カラー部材16の厚さが3mmの場合、軸体8の下部(挿入部分9)は上部電極10の押圧部20から7mm(4+3mm)突出させた状態で挟持する。
When the
For example, in the case where the press-in depth is 4 mm and the thickness of the
このとき、圧入深さ4mmで圧入接合が完了したときには、上部電極10(押圧部20)、カラー部材16、プレート体6及び下部電極12(表面)が重なり互いに密着した状態となる。そして、二次通電時には、上部電極10が軸体8に加えていた加圧力は、軸体8からカラー部材16に切りかわり、上部電極10による加圧力はカラー部材16が受けることになり、同加圧力は軸体8には加わらないようになる。これが、カラー部材16の主な機能である。
At this time, when press-fit bonding is completed at a press-fit depth of 4 mm, the upper electrode 10 (pressing portion 20), the
ここで、圧入接合について説明する。図5は、圧入接合装置の電極近傍を示したものである。上部電極10は軸体8の側面部19を挟持し、下部電極12にはプレート体6が載置されている。またここでは、プレート体6の上側部(表面)にカラー部材16を配置する形態をとっている。
下部電極12は、プレート体6を載置支持する平坦な上面部26を有し、この上面部26の中央部付近には断面円形の穴部28が設けられている。プレート体6は、その孔部4を穴部28の上部に中心を略一致させて配置する。
この穴部28の穴の大きさ(D:内径)は、軸体8よりも少し大きく形成する。この穴部28は、軸体8をプレート体6に圧入接合したときに、プレート体6の孔部4の周辺が圧入方向に変形するのでこの逃げを形成するためである。また、穴部28の大きさ(D)は、プレート体6の孔部4の内径(D1)より少し大きめとするのが望ましい。
Here, press fitting will be described. FIG. 5 shows the vicinity of the electrodes of the press-fit bonding apparatus. The
The
The size (D: inner diameter) of the
穴部28は、プレート体6に加わる荷重の加減で、プレート体6と下部電極12との接触が不安定になった場合に、この接触部で発生するスパーク、爆飛などを防止する。
また、穴部28の利用形態として、他に穴部28内にコイルバネにより上下移動可能な位置決め部材を配置することができる。この位置決め部材は、プレート体6の孔部4に係合挿通可能に形成されプレート体6及びカラー部材16の位置決めに利用でき、軸体8の圧入に伴い下方に弾性移動する。
The
In addition, as a utilization form of the
軸体8の挿入部分9の外径(D2:直径)は、プレート体6の孔部4の内径より僅かに大きく、圧入代はこれらの差となる。また、プレート体6の孔部4の上縁部、及び軸体8の下面部の縁部の何れか或いは両方に面取り加工を施し、面取部29を設けている。
圧入接合の条件として、プレート体6の孔部4と軸体8との間の圧入代(d)と、圧入深さ(h)を設定する。
The outer diameter (D2: diameter) of the
As a condition of press-fit bonding, a press-fit margin (d) between the hole 4 of the
圧入代(d)は直径に対するものであり、ここで圧入代(d)=軸体8の外径(D2)−孔部4の内径(D1)となる。圧入代は、圧入が可能な範囲であれば良い。圧入代の範囲は0.1mm〜0.7mmが実用的であるが、0.1mm〜0.5mmの範囲であればバリも少なくて良好である。
圧入深さ(又はプレート体6の板厚)は通電電流の大きさ等にも依存するが、1mm以上10mm以下、好ましくは1mm以上6mm以下の範囲が実用的で良好である。また、圧入深さ(h)はh=軸体8の挿入部分9の圧入(プレート体6の表面からの挿入)の深さ(ここではプレート体6の板厚と同様)となる。
The press-fit allowance (d) is relative to the diameter, where the press-fit allowance (d) = the outer diameter of the shaft 8 (D2) −the inner diameter (D1) of the hole 4. The press-in allowance may be in the range in which the press-in can be performed. The practical range of press-fit allowance is 0.1 mm to 0.7 mm, but if it is in the range of 0.1 mm to 0.5 mm, the amount of burrs is also small and good.
The press-in depth (or the plate thickness of the plate body 6) depends on the magnitude of the current, etc., but a practical range is 1 mm or more and 10 mm or less, preferably 1 mm or more and 6 mm or less. The press-in depth (h) is the depth of the press-in (insertion from the surface of the plate 6) of the
カラー部材16は、上部電極10の押圧部20とプレート体6との間に介在させる。カラー部材16は、上部電極10の押圧部20とプレート体6との間を絶縁し、且つ上部電極10の降下を停止させ、加圧力を受け止め、上部電極10の加圧力が軸体8に加わらないようにする。カラー部材16としては、上部電極10とプレート体6との間が絶縁され、且つ両者間に加わる加圧力に耐える材質、形状等が求められる。
The
ここで図5及び図6に基づき、圧入接合品の製造方法を説明する。製造工程として、先ず下部電極12の上面部26にプレート体6を載置する。このとき、下部電極12の穴部28の中心に、プレート体6の孔部4の中心が位置するように位置決めをして配置する。
一方、下部電極12に軸体8を保持させる。軸体8は、下部電極12の電極片14,14によって機械的に狭持する。
さらにこの実施の形態では、プレート体6の上部にカラー部材16を配置し、両孔部の中心を一致させる。
Here, based on FIG. 5 and FIG. 6, the manufacturing method of a press-fit joined article is demonstrated. As a manufacturing process, first, the
On the other hand, the
Furthermore, in this embodiment, the
次に、移動機構により上部電極10とともに軸体8を所定の位置決め位置に移動させる。そして、プレス機構による加圧力とともに上部電極10を降下させ、軸体8の挿入部分9の先をプレート体6の孔部4に合わせる(面取部29で合致精度を高める)。このときプレス機構により、軸体8はプレート体6の孔部4に対して、一定の加圧力を伴った状態が維持される。
そして、制御機構等からの指示により、電源が供給され、上部電極10と下部電極12間に一次通電による通電が開始される。これにより、軸体8とプレート体6の孔部4との間(接合部18)に大容量の電流が流れ、電気抵抗熱の発生とともに接合部18が軟化し軸体8の圧入が開始され、軸体8の挿入部分9がプレート体6の孔部4内を降下移動する。
Next, the
Then, power is supplied according to an instruction from the control mechanism or the like, and energization by primary energization is started between the
この場合、軸体8がプレート体6の孔部4に圧入され、このとき両部材の接合界面にしごきの作用が生じ圧入接合が行われる。これにより表面の酸化物層等が削られて表面が清浄化され、この清浄な組織に固相状態の拡散接合(固相拡散接合)が行われる。
圧入が進行し、やがて上部電極10の押圧部20がカラー部材16に当接し、上部電極10がカラー部材16、プレート体6及び下部電極12を押圧する状態になる。このとき、上部電極10の下降が阻まれて圧入の進行が止まり、プレート体6に対する軸体8の固相拡散接合が完了する。また、上部電極10によって軸体8に加えられていた加圧力は、カラー部材16及びプレート体6を通じて下部電極12に加えられる加圧力に切りかわる。
In this case, the
The press-fit proceeds, and eventually, the
そして、制御機構等からの指示により一次通電が停止される。一次通電開始から通電の停止までの通電時間は、プレート体6の孔部4に対する軸体8の圧入接合が完了するまでの時間より少し長く設定される。
圧入接合方法では、上述した加圧通電による圧入接合が行われ、瞬時に接合部18が発熱され、短時間で軸体8が孔部4に圧入され接合を完了する。一次通電による加熱、圧入後は通電を停止する。
一次通電の停止後から二次通電の開始時間までの待ち時間(冷却期間)としては、二次通電による熱処理を考慮して0.1秒〜2秒確保する。この待ち時間が少なすぎると、二次通電の際、接合部近傍が過剰に発熱して好ましくない。
Then, the primary energization is stopped by an instruction from the control mechanism or the like. The energization time from the start of the primary energization to the stop of the energization is set to be slightly longer than the time until the press-fit bonding of the
In the press-fit bonding method, the press-fit bonding is performed by the above-described pressure application, and the
As waiting time (cooling period) from the stop of primary energization to the start time of secondary energization, 0.1 second to 2 seconds are secured in consideration of heat treatment by secondary energization. If this waiting time is too small, it is not preferable because the vicinity of the junction is excessively heated during secondary energization.
さて、次に二次通電により熱処理を行うが、この二次通電の工程の説明とともに、ここでは、圧入接合に係る加圧及び通電、特に二次通電等に関して検証を行い、本発明を見出した経緯について説明を加える。なお、ここでの二次通電による熱処理は、主に、鋼材からなるプレート体と軸体との接合部18等に、靭性、強度に富んだ組織を得るために行うものである。
上記圧入接合の条件下において、圧入接合が開始されると、接合部材であるプレート体6の孔部4に軸体8が当たって動きは止まるが、接触部分に圧力は加わったままである。この時の、圧入接合条件としての上部電極10による加圧力は、軸体8の径(プレート体6の孔部4の径)にもよるが、例えば、径(φ)が12mmの場合、500〜600kgfが必要である。
Now, heat treatment is carried out by secondary energization, but with the explanation of the process of this secondary energization, in this case, verification was carried out regarding pressurization and energization related to press-fit bonding, especially secondary energization etc., and the present invention was found Add an explanation of the process. Here, the heat treatment by secondary energization is mainly performed in order to obtain a structure rich in toughness and strength at the
When the press-fit bonding is started under the conditions of the above-described press-fit bonding, the
この状態で一次通電が開始され、上部電極10から下部電極12に電気が流れると、電流経路の中で断面積が一番小さい部分、即ち電気抵抗の大きい接合部18が最も発熱する。
そして加圧、通電の開始により、圧入が進行しこれに従って接合部18の断面積が増大する。この断面積の増大に伴い、接合部18の電気抵抗が低下して発熱量も減少する。
この時点で、軸体8の接合部18近傍の上部に若干の変化(膨出)が見られる。これは、上部電極10から軸体8に加えられる圧力と軸体8の周辺部の発熱によるものであり、数μm程度軸体8の径が膨出する。
In this state, primary energization is started, and when electricity flows from the
Then, by the start of pressurization and energization, the press-in proceeds and the cross-sectional area of the
At this point, a slight change (expansion) is observed in the upper part near the joint 18 of the
圧入接合が完了した状態で、二次通電を行う。二次通電により、良好に熱処理を行うためには、二次通電時の加圧力は一次通電時より減圧し、例えば、二次通電の際には、上部電極10による加圧力は一次通電時の3分の2程度とする。なお、この減圧をせずに同一の加圧力で二次通電を行うと、接合部18周辺にズレが発生し或いは軸体8に潰れ(膨出)が生じ、また軸体8が必要以上に押し込まれる。
しかし、二次通電の際、加圧力を下げすぎると電極(特に下部電極12)とプレート体6との接触部分で放電、スパークが発生する。これは、プレート体6の裏面部と下部電極12とが接触する部位の密着度が弱くなるため、電極とプレート体6との間の接触が不安定(電気抵抗が高い)になり、放電現象が生じるためである。
In the state where press-in bonding is completed, secondary electrification is performed. In order to perform the heat treatment well by the secondary energization, the pressure applied during the secondary current is reduced from that during the primary current. For example, when the secondary current is applied, the pressure applied by the
However, when secondary pressure is excessively reduced, discharge and spark are generated at the contact portion between the electrode (particularly the lower electrode 12) and the
要するに、二次通電の際の上部電極10による加圧は、軸体8とプレート体6との接合部18分に対する(加える)ためではなく、プレート体6と下部電極12との間の接触部分の密着度を高めるために行うものである。
また、二次通電時の発熱部位は、圧入接合過程での発熱部位が接合部18に集中するのとは異なり、接合部18、及びこれに加えて接合部18の上部で軸体8が上部電極10から下に突出し露出した部分が発熱する。
In short, pressurization by the
In addition, unlike the heat generation site in the press-fit bonding process, the heat generation site at the time of secondary energization is different from the concentration at the
二次通電により、接合部18の発熱に加えて、接合部18の近傍である上記軸体8の露出した部分を発熱させるのは有効である。つまり、上記露出した部分は、接合部18材の接合部18近傍であり、この露出部分23を発熱させ且つこの熱を保持する熱保存領域24として利用することにより、二次通電停止後の接合部18近傍の冷却の速度を緩やかにすることができるのである。このため、軸体8の露出した部分の有無が冷却速度を左右し、熱処理の効果(靭性、接合強度等)等にも影響する。
従来、上記軸体8の露出部分23は、二次通電時の加圧力と発熱により潰れが生じ外径が膨出する等、若干の変形が生じるという不良現象を生じることがあった。また他にも、一次通電時及び特に二次通電時には、発熱による接合部18及びその近傍の軟化により、軸体が更に深く押し込まれ圧入深さが規定以上に増すこともあった。
In addition to the heat generation of the
Heretofore, the exposed
このため、本発明者らは、軸体8の露出部分23の外径が膨らむ原因について試験した結果、その原因として、加圧力、及び軸体8の発熱による軟化を挙げるに至った。
これに対して、二次通電時の電流値を下げ、或いは加圧力を下げるといった手段が考えられるが、このような手段をとることは、製品(接合品)の品質維持のためには好ましくない。特に、加圧力の著しい減圧はプレート体6と下部電極との間に放電、スパークが発生する原因ともなる。また、圧入深さの精度を維持するため、軸体に段差部を設けこれをストッパーとして機能させる方法もあるが、コストアップにもつながり好ましくない。
For this reason, as a result of examining about the cause by which the outer diameter of the exposed
On the other hand, means may be considered to lower the current value at the time of secondary electrification or to reduce the pressing force, but such means is not preferable for maintaining the quality of the product (joined product). . In particular, the significant pressure reduction of the pressure also causes discharge and spark between the
そこで上記事項に鑑み、本発明者らは、上記電極による加圧力が軸体8に加わらないよう、加圧力をプレート体6等に逃がす技術を見出した。
この技術は、新たにカラー部材16を採用し、圧入通電(二次通電)の際、上部電極10による加圧力がカラー部材16を介しプレート体6を通じて下部電極12に加わるように配置する。そして、カラー部材16により、二次通電した時の加圧力が直接軸体8に加わらないようにし、通電により加熱軟化した軸体8の外径の膨出を防止する。
Therefore, in view of the above matters, the present inventors have found a technique for releasing the pressing force to the
In this technique, a
上記のように、本発明者らは、上部電極10と接合部材に係るプレート体6との間に、カラー部材16を介在させることを考案した。このカラー部材16の介在は、二次通電の開始直前でも可能ではあるが、一次通電の前或いは常設しておくのが製造工程上効果的である。
そして、二次通電の際、上部電極10の下端に設けた押圧部20がカラー部材16を介してプレート体6を押圧するようにする。これにより、軸体8を通じて加えられていた上部電極10による加圧力は、上部電極10の押圧部20からカラー部材16を介してプレート体6、下部電極12へと迂回する。
このため、軸体8に加わる圧力は理論的にはゼロとなり、軸体8の露出部分23の潰れ、軸体8の外径の膨出等は生じない。また、上部電極10による加圧力が、カラー部材16を通じてプレート体6及び下部電極12に直接伝わり、互いの接触部分、特にプレート体6と下部電極12との接触部分を効果的に加圧する。
As described above, the inventors devised to interpose the
Then, during secondary energization, the
For this reason, the pressure applied to the
さらには、カラー部材16を介在させることにより、カラー部材16の板厚分、軸体8の該当箇所が露出することになるが、この露出部分23に上部電極10からの通電電流が流れて電気抵抗熱による加熱が行われる。
この軸体8の露出部分23を加熱することにより、これが熱保存領域24として機能し、プレート体6と軸体8との接合部18近傍の熱保存領域が拡大し、この近傍のプレート体6と軸体8との接合部18の冷却(熱保存領域24の冷却も含めて)の速度が緩和され、また速度の制御も可能となる。
Furthermore, by interposing the
By heating the exposed
このカラー部材16の介在により、熱保存領域24(カラー部材16の板厚分)が有効に確保できる。なお、熱保存領域24が少ないと、接合部18の熱が上部電極10へ逃げ易くなる。
加熱した鋼材を冷却する場合、急速に冷却すると鋼材の該当箇所の組織はマルテンサイトに変態するが、二次通電の際の冷却速度を緩和し徐冷した場合には、鋼材の該当箇所にフェライトが多く析出され、これにより靭性等が確保され強度も増加する。
By interposing the
When cooling a heated steel material, the structure of the corresponding portion of the steel material transforms to martensite when it is rapidly cooled, but if the cooling rate at the time of secondary energization is relaxed and gradual cooling is performed, ferrite in the corresponding portion of the steel material A large amount of precipitation occurs, which secures toughness and the like and also increases strength.
また、カラー部材16の介在により、圧入接合時の圧入深さの制御が、カラー部材16によって正確に行われる。このため、一次通電による接合時及び二次通電時による熱処理時に、圧入の深さが予定外に進むといった不都合も防止され、圧入深さの精度が確保され好適である。なお、従来、圧入深さの制御は主に一次通電の通電時間や電流値、加圧力等の接合条件の制御や、部材に段差を設ける等の製品仕様により行っていた。
Further, by the interposition of the
一次通電による圧入接合が完了した後、上部電極10の押圧部20がカラー部材16に当たる条件下では、カラー部材16を通じてプレート体6及び下部電極12に上部電極10による加圧力が加わる。これにより、上部電極10による加圧力は、軸体8を通じた加圧からカラー部材16を経由する加圧力(F)に切りかわり、加圧力は上部電極10、カラー部材16、プレート体6、及び下部電極12へと伝わる。よって、圧入接合後の二次通電時には、軸体8に対する加圧力は理論的にはゼロとなり、軸体8の露出部分23(熱保存領域24)の潰れ(膨出)は生じない。
After the press-fit bonding by the primary energization is completed, under the condition that the
即ち、一次通電による圧入接合時は、プレート体6と軸体8との接合部18を加熱し軟化させて、挿入部分9を孔部4に圧入し、上部電極10の下降にともない、上部電極10の押圧部20によって加えられる加圧力が、カラー部材16及びプレート体6を介して下部電極12に加えられる状態になるまで、軸体8の挿入部分9を孔部4に圧入して固相拡散による圧入接合が行われる。この状態で、上部電極10によって軸体8に加えられていた加圧力はカラー部材16等に迂回し、軸体8は加圧力から解放される。
そして、圧入接合の後、上部電極10によって所定の加圧力を保持した状態で、プレート体6と軸体8との間に二次通電を行い、両者の接合部18及びこの近傍(軸体8の熱保存領域24)に電気抵抗熱を発生させて加熱し、その後二次通電を停止し、接合部18等を冷却(徐冷)して熱処理を行う。
二次通電停止後、接合品に最適なタイミングで、接合品を電極から外す。通常このタイミングは5秒以内である。
That is, at the time of press-fitting and joining by primary energization, the
Then, after press-fitting and bonding, with the
After the secondary energization stop, remove the joint from the electrode at the optimal timing for the joint. Usually, this timing is within 5 seconds.
ここで、上記圧入接合の工程に基づき、圧入接合装置を用いて軸体8の径の変化量(膨出による潰れ)を検証する試験を行ったので、その結果について説明する。
試験は、比較のために「カラー部材16」を用いない試験(「試験(1)」)、及び「カラー部材16」を用いた試験(「試験(2)」)を行った。
Here, based on the above-described press-fitting process, a test was conducted to verify the amount of change in diameter of the shaft 8 (collapse due to bulging) using a press-fitting apparatus, so the results will be described.
The test performed the test ("test (1)") which does not use "
試験(1)と試験(2)との各試験条件は以下の通りである。
プレート体 板厚:3.2mm 孔径:11.6mm 材質:SPHC+浸炭焼入れ
軸体 外径:12.0mm 材質:炭素鋼(S35C) 圧入代 0.4mm
カラー部材 板厚:3mm(但し、試験(2)のみ使用)
一次通電 電流値:20kA 通電時間:0.25秒 加圧力:500kgf
二次通電 電流値:15kA、通電時間:0.17秒 加圧力:300kgf
一次通電停止後、二次通電開始までの間に少し待ち時間をおく。また、接合品は二次通電停止後電極から外す。
The test conditions of test (1) and test (2) are as follows.
Plate thickness: 3.2 mm Hole diameter: 11.6 mm Material: SPHC + Carburized and hardened Shaft body Outer diameter: 12.0 mm Material: Carbon steel (S35C) Press-fit allowance 0.4 mm
Color member Thickness: 3 mm (However, only test (2) is used)
Primary energization Current value: 20 kA Energization time: 0.25 seconds Applied pressure: 500 kgf
Secondary energization current value: 15 kA, energization time: 0.17 seconds Applied pressure: 300 kgf
After the primary energization stop, wait for a while until the secondary energization start. In addition, the joined product is removed from the electrode after the secondary energization stop.
試験は7組の材料(プレート体6、軸体8)を用いて7回(n=1〜7)行い、同様の試験を行なって平均値を求めた。
試験(1)では、加圧とともに、一次通電による圧入接合、及び二次通電を行った。
試験(2)では、カラー部材16をプレート体6の上側部に配置し、加圧とともに、一次通電による圧入接合、及び二次通電を行った。
The test was performed seven times (n = 1 to 7) using seven sets of materials (
In Test (1), press-fit bonding by primary energization and secondary energization were performed together with pressurization.
In the test (2), the
試験(1)の結果
表1において、「接合前」は接合前の軸体8の径(直径)を、「接合後(二次通電無)」は一次通電による接合後の軸体8の径を、「二次通電後」は二次通電による熱処理後の軸体8の径を示したものである。
ここで、軸体8の径を測定した位置は、軸体8(接合後)の根元から少し上部(0.5mm〜1.0mm上)の箇所とした。この測定箇所は、製品(接合品)として必要な精度を確認する位置(従来膨出が見られた位置)である。以下の表も同様である。
In Table 1, “before bonding” refers to the diameter (diameter) of the
Here, the position at which the diameter of the
試験(1)の結果(表1)より、何れの回の試験についても略同様な結果が出ているが、ここではこれらの平均値を比較検討する。平均値(n=7)で見た場合、接合に係る一次通電後の軸体8の変化量(接合後の径−接合前の径)は3μm(11.955-11.952mm)程度である。
さらに、熱処理のため二次通電を行った後の変化量(二次通電後の径−接合前の径)は170μm(12.125-11.952mm)である。このように、二次通電後は軸体8の根元近傍は変化量(膨出量)が大きくバラツキも大きい。
From the results of Test (1) (Table 1), substantially the same results are obtained for any of the tests, but here, these average values are compared and examined. When viewed at an average value (n = 7), the amount of change (diameter after bonding-diameter before bonding) of the
Furthermore, the amount of change (diameter after secondary energization—diameter before bonding) after secondary energization for heat treatment is 170 μm (12.125 to 11.95 mm). Thus, after the secondary energization, the amount of change (the amount of bulging) in the vicinity of the root of the
試験(2)の結果
試験(2)の結果(表2)より、何れの回の試験についても略同様な結果が出ているが、これらの平均値を比較検討する。平均値(n=7)で見た場合、接合に係る一次通電後の軸体8の変化量(接合後の径−接合前の径)は1μm(11.954-11.953mm)程度であり、これは殆ど変化無しといえる値である。また、試験(1)の結果(変化量3μm)と比較しても「カラー部材16」の効果は表れている
さらに、二次通電を行った後の変化量(二次通電後の径−接合前の径)は1μm(11.954-11.953mm)である。この結果は、一次通電後の変化量と同じであり、二次通電による変化量についても変化無しといえる値である。
これら結果から、下部電極12とプレート体6との間にカラー部材16を介在させることにより、二次通電による軸体8の変形(膨出による潰れ)が確実に防止できることが確認できた。
From the results of Test (2) (Table 2), substantially the same results are obtained for any of the tests, but their average values are compared and examined. When viewed at an average value (n = 7), the amount of change (diameter after bonding-diameter before bonding) of the
From these results, it was confirmed that, by interposing the
ここで、試みに試験(3)を行ったので、その試験条件及び試験結果について説明する。
試験(3)の試験条件は、二次通電時の加圧力を500kgf(一次通電時と同様)とした点以外は、全て試験(2)と同様である。従来、二次通電時は潰れ等の防止のため圧力を下げていたが、ここでは、敢えて一次通電時の加圧力と同様の加圧力を加えて二次通電を行い、その結果を見ることとした。
Here, since the test (3) was performed in the trial, the test conditions and the test results will be described.
The test conditions of the test (3) are all the same as those of the test (2) except that the pressure applied during secondary energization is 500 kgf (same as during primary energization). In the past, the pressure was lowered to prevent crushing and the like at the time of secondary energization, but here, secondary pressure is applied by applying the same pressing force as the pressure at primary energization, and the result is to be observed. did.
試験(3)の結果より、5回行った何れの回の試験についても略同様な結果が得られた。平均値(n=5)で見た場合、二次通電後の軸体8の径の平均値はφ=11.955mmであり、これは試験(2)と全く同様の結果であり、軸体8の変化量(膨出による潰れ)は殆ど変化無しといえる値である。
唯一変化を見たのは、プレート体6の裏面部における、下部電極12との接触部分の焼け色(加熱により鋼材表面に発生する色ムラ)の点である。
試験(1)に係るプレート体6裏面部等は焼け色に変色し、熱によって蝕まれた様子が見られたが、試験(3)に係るプレート体6裏面部等には焼け色の発生は見られなく、表面は殆ど熱によって蝕まれた様子がない。
From the results of test (3), substantially the same results were obtained for any of the five tests performed. When viewed at an average value (n = 5), the average value of the diameter of the
The only change observed is the burnt color (uneven color generated on the surface of the steel material due to heating) of the contact portion with the
The back surface of the
試験(3)の現象は、二次通電時の加圧力を一次通電時と同様に高くした結果、プレート体6の裏面部と下部電極12(上面部)との密着度が向上し、これにより異常発熱の領域が減少した結果と考えられる。つまり、下部電極12とプレート体6との接触部分は、ミクロ的には多くの点が接触した状態の集合体であり、この状態で大電流を流すと接触している点の周囲は発熱する一方、接触していない部分は放電現象が生じる。この放電現象の異常発熱により、プレート体6の裏面部(及び下部電極12の表面部)は、各面が蝕まれて焼け色が多く生じたものである。なおこの場合、下部電極12も蝕まれて摩耗し寿命が低下する。
In the phenomenon of test (3), as a result of increasing the pressing force at the time of secondary energization similarly to at the time of primary energization, the degree of adhesion between the back surface of
また、カラー部材16を用いた試験(2)は、試験(3)と比べて二次通電時の加圧力は300kgfと低いにも関わらず、試験(3)と同様、プレート体6の裏面部等に焼け色は見られない。
これは、試験(1)では、上部電極10で保持した軸体8自体で、プレート体6の孔部4の近傍のみを集中的に押圧するため、プレート体によってはその周辺に反りが生じ、この反りが下部電極12との密着性を妨げ、その結果放電等が生じプレート体6裏面部等に焼け色が生じるのである。
一方、試験(2)では、上部電極10の加圧力が直接カラー部材16に加えられ、このカラー部材16の全体、つまり広さのある面によってプレート体6が押圧されることから、プレート体6に反りが生じなく、このためプレート体6と下部電極12との密着性が保たれ、このためプレート体6裏面部等に焼け色が生じないのである。
Further, in the test (2) using the
This is because in the test (1), only the vicinity of the hole 4 of the
On the other hand, in the test (2), the pressing force of the
即ち、カラー部材16の採用により、二次通電時の加圧力を高くすることが可能となり、これにより、プレート体6と下部電極12との接触部分の異常な発熱が抑えられ、焼け色が無くて接合品の製品品質が向上し、且つ下部電極12の摩耗が防止され寿命も長くなる、という予想外の効果が得られた。
また、カラー部材16の採用により、カラー部材16により広さのある面でプレート体6が押圧されることから、プレート体6に反りが生じなく、プレート体6と下部電極12との接触部分の放電等の異常な発熱が抑えられ、接合品の製品品質が向上するという効果が得られた。
That is, the adoption of the
In addition, since the
これから、二次通電時の加圧力は一次通電時と同じとしてもよく、また、二次通電時の加圧力はプレート体6と下部電極間にプレート体6の裏面部が蝕まれない程度の圧力が加えられていれば良いと考えられる。また、二次通電時の加圧力は通電電流の大きさとは、比例関係的に対応する圧力とするのが良いと考えられる。さらに、二次通電時の加圧力は、接合品の特にプレート体自体の強度との係わりもあって、適宜な加圧力が望まれる。
以上(試験結果も含め)からすれば、二次通電時の加圧力は、一次通電時加圧力の1/2以上、好ましくは2/3以上とし、且つ一次通電時の加圧力以下とするのが好適である。
From this point, the pressing force at the time of secondary energization may be the same as that at the time of primary energization, and the pressing force at the time of secondary energization is a pressure such that the back surface of
From the above (including the test results), the pressing force at the time of secondary energization is set to 1/2 or more, preferably 2/3 or more, of the pressing force at the time of primary energization and at the same time or less Is preferred.
上記実施の形態に係る圧入接合に係る部材(金属)の材料として、炭素鋼(低炭素鋼及び高炭素鋼)、炭素合金鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、一般加工用鋼材、SUS(ステンレス鋼)、SUSと炭素鋼とを組み合わせたもの、耐熱鋼、工具鋼、バネ鋼、鋳鉄、快削鋼、軸受鋼、圧力容器用鋼材などの鋼材、その他の金属材料等が適用可能である。また、この圧入接合においては、低炭素鋼同士、低炭素鋼と高炭素鋼及び高炭素鋼同士等、同一材質の鋼材、異なる材質の鋼材等、上記材料のいずれの組み合わせも可能である。
また他に、鋼材と他の金属との合金、アルミニウム等の軽金属、マグネシウム、ニッケル、銅等の金属材料についても同様な効果が期待できる。例えば、アルミニウムでは潰れ等の膨出防止、及び二次通電による固相拡散の促進等が期待されている。
Carbon steel (low carbon steel and high carbon steel), carbon alloy steel, carbon steel for machine structure, alloy steel for machine structure, steel steel for general processing, as a material of members (metals) according to the above-described embodiment. , SUS (stainless steel), a combination of SUS and carbon steel, heat resistant steel, tool steel, spring steel, cast iron, free cutting steel, bearing steel, steel materials such as steel for pressure vessels, other metal materials, etc. are applied It is possible. Further, in this press-fit bonding, any combination of the above materials, such as steels of the same material, steels of different materials such as low carbon steel, low carbon steel and high carbon steel, high carbon steel, etc., is also possible.
In addition, similar effects can be expected for alloys of steel and other metals, light metals such as aluminum, and metal materials such as magnesium, nickel, and copper. For example, in aluminum, it is expected to prevent swelling such as crushing and to promote solid phase diffusion by secondary energization.
また、上記実施の形態に係る製造方法及び製造装置は、自動車、オートバイ、産業用機械などの要素部品の製造等に用いることができ、例えばトランスミッションのコントロールレバーコンポーネント、シフトレバーコンポーネント、スプロケット、ギヤ等、第一の部材(プレート体)に第二の部材(軸体)を接合する形態の部品、或いはエンジンの部品等の製品の製造に好適である。 In addition, the manufacturing method and manufacturing apparatus according to the above-described embodiment can be used for manufacturing element parts such as automobiles, motorcycles, industrial machines, etc. For example, control lever components of transmissions, shift lever components, sprockets, gears, etc. It is suitable for manufacture of products, such as parts of a form which joins a second member (shaft) to a first member (plate body), or parts of an engine.
従って、この実施の形態に係る圧入接合による製品の製造方法及び製造装置によれば、軸体の潰れ(膨出)が防止でき、また軸体の圧入深さの制御も正確に行える等、製品として接合品の精度が高められ、併せてプレート体等の接触部分の異常発熱が抑えられて焼け色の発生が防止されることから製品品質が向上し、併せて製法が簡易で経済性にも優れるという効果がある。また、一次通電による圧入接合及び加圧力を伴う二次通電により、接合品としての製品の品質向上及び品質の均一化にも寄与し、また有効に靭性及び強度等が確保されて優れた製品が得られる。 Therefore, according to the method and apparatus for manufacturing a product by press-fitting and joining according to this embodiment, it is possible to prevent crushing (expansion) of the shaft and to control the press-in depth of the shaft accurately. As the accuracy of joined products is enhanced, abnormal heat generation at the contact parts such as plate body is suppressed and the occurrence of burnt color is prevented, and the product quality is improved, and also the manufacturing method is simple and economical It has the effect of being excellent. In addition, the press-fit bonding by primary energization and the secondary energization accompanied by pressure force contribute to the improvement of the quality of the product as a joined product and the equalization of the quality, and the toughness and strength etc. are effectively ensured and the product is excellent. can get.
4 孔部
6 第一の部材(プレート体)
8 第二の部材(軸体)
9 挿入部分
10 上部電極
12 下部電極
14 電極片
16 カラー部材
20 押圧部
36 被覆部
4
8 Second member (shaft)
9
Claims (6)
上記第一の部材と第二の部材とを、ともに金属からなる部材とし、
上記第一の部材の孔部に対する上記第二の部材の挿入部分に圧入代を設け、
上記第一の部材を下部電極の上面部に配置する一方、上記第二の部材を上部電極で保持し、且つこの第二の部材の下部を上部電極の下部の押圧部より下方に突出させ、
上記上部電極の押圧部と上記第一の部材の上側部との間に、中央に挿通孔部を有するリング形状又は複数の分割片をリング状に組み合せた形状で、且つ絶縁性の又は基材に絶縁被覆を施したカラー部材を設け、
上記挿通孔部に差し入れた上記第二の部材の挿入部分を、上記第一の部材の孔部に合わせ、上記上部電極による加圧力とともに、上記両部材間に一次通電を行って両部材の接合部を加熱し軟化させて、上記挿入部分を上記第一の部材の孔部に圧入し、
上記上部電極の下降にともない、上記上部電極の押圧部によって加えられる加圧力が、上記カラー部材及び上記第一の部材を介して上記下部電極に加えられる状態になるまで、上記第二の部材の挿入部分を上記孔部に圧入して固相拡散による圧入接合を行い、
上記一次通電を停止した後、上記上部電極による加圧力を伴う状態で、上記両部材間に二次通電を行い、両部材の接合部及びその近傍を加熱した後二次通電を停止して二次通電による熱処理を行うことを特徴とする接合品の製造方法。 A manufacturing method of a joined product in which a first member in which a hole is formed and a second member having an insertion portion are press-fit and joined,
The first member and the second member are both members made of metal,
A press-fit allowance is provided at the insertion portion of the second member with respect to the hole of the first member,
The first member is disposed on the upper surface of the lower electrode, and the second member is held by the upper electrode, and the lower portion of the second member is made to project downward from the pressing portion of the lower portion of the upper electrode.
An insulating or base material having a ring shape or a plurality of divided pieces combined in a ring shape having an insertion hole at the center between the pressing portion of the upper electrode and the upper portion of the first member Provide a collar with an insulating coating on the
The insertion portion of the second member inserted into the insertion hole is aligned with the hole of the first member, and together with the pressure applied by the upper electrode, primary energization is performed between the two members to join the two members. Heating and softening the part, and pressing the insertion part into the hole of the first member;
The second member of the second member is pressed until the pressing force applied by the pressing portion of the upper electrode is applied to the lower electrode through the collar member and the first member as the upper electrode is lowered. Insert the inserted part into the hole and press-fit by solid phase diffusion,
After the primary energization is stopped, secondary energization is performed between the two members in a state accompanied by pressure by the upper electrode, and the junction between the two members and the vicinity thereof are heated and then the secondary energization is stopped. A method of manufacturing a bonded product, comprising performing heat treatment by next energization.
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