JP6773094B2 - Joining device and joining method for metal members - Google Patents

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Description

本発明は、金属部材の接合装置及び接合方法に関し、特に、抵抗溶接を用いた異種金属の接合技術に関する。 The present invention relates to a joining device and a joining method for metal members, and more particularly to a technique for joining dissimilar metals using resistance welding.

棒状又は筒状の第1金属部材と、環状の第2金属部材と、を接合する方法として、一方の孔部に圧入させながら、短時間に大電流を通電して行う接合方法が用いられている。具体的には、先ず、第1金属部材の横断面でのサイズを、第2金属部材における孔部の横断面でのサイズよりも大きくしておく。また、第1金属部材における先端部をテーパー加工し、第2金属部材の孔部の開口縁もテーパー加工しておく。 As a method of joining a rod-shaped or tubular first metal member and an annular second metal member, a joining method is used in which a large current is applied in a short time while press-fitting into one of the holes. There is. Specifically, first, the size of the first metal member in the cross section is made larger than the size of the hole in the second metal member in the cross section. Further, the tip portion of the first metal member is tapered, and the opening edge of the hole portion of the second metal member is also tapered.

次に、第2金属部材の孔部に対して、第1金属部材を宛がい、加圧しながら短時間に大電流を流す。これにより、第1金属部材の外周面及び第2金属部材の一方の界面部分を軟化させて塑性流動させ、当該界面部分で固相接合させる。 Next, the first metal member is addressed to the hole of the second metal member, and a large current is passed in a short time while pressurizing. As a result, the outer peripheral surface of the first metal member and one interface portion of the second metal member are softened and plastically flowed, and solid-phase bonding is performed at the interface portion.

上記の接合方法では、短時間に大電流を通電するので、接合部及びその周辺に焼けや歪みを生じ難く、高精度な接合が可能である。また、アーク溶接やロウ付けなどを用いた接合に比べてコストダウンを図ることも可能である。 In the above joining method, a large current is applied in a short time, so that the joining portion and its surroundings are less likely to be burnt or distorted, and high-precision joining is possible. In addition, it is possible to reduce costs as compared with joining using arc welding or brazing.

ところで、近年においては、軽量化及びコストダウンを図るために、互いに物理的性質(溶融温度、耐力など)が異なる異種金属同士を接合するための技術開発がなされている(特許文献1)。 By the way, in recent years, in order to reduce the weight and cost, technical development for joining dissimilar metals having different physical properties (melting temperature, proof stress, etc.) has been made (Patent Document 1).

特開2006−181627号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-181627

しかしながら、互いに物理的性質が異なる異種金属同士を、従来技術に係る上記のような接合方法を採用しようとする場合には、接合強度を確保するためにアップセット量を多くとることが必要となり、接合部品の大型化及び重量増大に繋がる。 However, when dissimilar metals having different physical properties from each other are to be joined by the above-mentioned joining method according to the prior art, it is necessary to take a large amount of upset in order to secure the joining strength. This leads to an increase in the size and weight of the joined parts.

これについて、本発明者等が検討した事項について、図10を用い説明する。図10には、上記のような接合方法を用い、炭素鋼からなる第1金属部材900と、アルミニウム合金(Al合金)からなる第2金属部材901とを接合した状態を示す。図10に示すように、接合方法においては、第2金属部材901のテーパー面901bに第1金属部材900のテーパー面900aが押圧(矢印A90)されて塑性流動し、拡散層902の形成により固相接合される。 Regarding this, the matters examined by the present inventors will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a state in which the first metal member 900 made of carbon steel and the second metal member 901 made of an aluminum alloy (Al alloy) are joined by using the joining method as described above. As shown in FIG. 10, in the joining method, the tapered surface 900a of the first metal member 900 is pressed (arrow A 90 ) against the tapered surface 901b of the second metal member 901 to plastically flow, and the diffusion layer 902 is formed. Solid phase bonding.

しかしながら、Al合金からなる第2金属部材901の溶融温度は炭素鋼に比べて低いため、接合初期のAl合金が溶融してしまい、バリ903となって外部に排出されてしまう。これにより、未接合部Arが生じる。また、Al合金と炭素鋼との耐力差により、第2金属部材901が変形してしまう。これらより、従来技術では、接合強度を確保するために、アップセット量を多くとることが必要であった。 However, since the melting temperature of the second metal member 901 made of Al alloy is lower than that of carbon steel, the Al alloy at the initial stage of joining melts and becomes burrs 903 and is discharged to the outside. As a result, an unjoined portion Ar 0 is generated. Further, the second metal member 901 is deformed due to the difference in yield strength between the Al alloy and the carbon steel. From these, in the prior art, it was necessary to take a large amount of upset in order to secure the joint strength.

本発明は、上記のような問題の解決を図るべくなされたものであって、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる金属部材の接合装置及び接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a joining device and joining method for metal members capable of suppressing an increase in the amount of upset while ensuring high joining strength. The purpose is to do.

本発明の一態様に係る金属部材の接合装置は、棒状又は筒状の第1金属部材を、環状の第2金属部材の孔部に圧入させて接合するための金属部材の接合装置において、前記第1金属部材は、第1金属材料からなっており、前記第2金属部材は、前記第1金属材料とは異なる第2金属材料からなり、前記孔部の横断面でのサイズが前記第1金属部材の横断面でのサイズよりも小さくなっており、前記金属部材の接合装置は、前記第2金属部材が載置される台と、前記台の上に前記第2金属部材が載置された状態で、前記第1金属部材を、前記第2金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧手段と、前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給手段と、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、前記圧入の方向に対して交差する方向である横断面方向への変形を抑制する変形抑制手段と、を備え、前記変形抑制手段は、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域に設けられており、前記第2金属材料は、前記第1金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、前記変形抑制手段は、前記第2金属部材に対し、当該第2金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加し、前記変形抑制手段は、前記第2金属部材の外周部に沿って配された複数の変形抑制ヘッドと、前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、を有し、前記複数の変形抑制ヘッドは、互いに前記第2金属部材の外周方向に隣接するとともに、前記押圧機構からの押圧力を受けて、それぞれが前記外周部に対して隙間なく密に接するように前記締め付け荷重を付加し、前記変形抑制手段による前記締め付け荷重の付加は、前記加圧手段による前記第2金属部材の前記孔部への前記第1金属部材の圧入に同期して、なされる。 The metal member joining device according to one aspect of the present invention is the metal member joining device for joining a rod-shaped or tubular first metal member by press-fitting it into a hole of an annular second metal member. The first metal member is made of a first metal material, the second metal member is made of a second metal material different from the first metal material, and the size of the hole in the cross section is the first. It is smaller than the size in the cross section of the metal member, and the joining device for the metal member has a table on which the second metal member is placed and a table on which the second metal member is placed. In this state, the first metal member is pressed toward the hole of the second metal member and press-fitted, and a welding current is applied between the first metal member and the second metal member. Crosses the press-fitting direction with respect to the current supply means for supplying the metal and the member of the first metal member and the second metal member on which at least one of the strength and melting temperature of the constituent metal material is lower. A deformation suppressing means for suppressing deformation in the cross-sectional direction, which is the direction in which the metal is formed, is provided, and the deformation suppressing means is provided in a region including at least a plastic flow range in the press-fitting direction. The metal material has a lower resistance and melting temperature than the first metal material, and the deformation suppressing means refers to the second metal member from the outer peripheral portion of the second metal member in the cross-sectional direction. A tightening load is applied in the direction, and the deformation suppressing means attaches a plurality of deformation suppressing heads arranged along the outer peripheral portion of the second metal member and each of the plurality of deformation suppressing heads in the cross-sectional direction. The plurality of deformation suppressing heads have a pressing mechanism that presses inward, and the plurality of deformation suppressing heads are adjacent to each other in the outer peripheral direction of the second metal member, and receive pressing force from the pressing mechanism, and each of the outer peripheral heads receives the pressing force. The tightening load is applied so as to be in close contact with the portion without a gap, and the addition of the tightening load by the deformation suppressing means is performed by the pressurizing means for the first metal to the hole portion of the second metal member. It is done in synchronization with the press fitting of the member.

上記のように、第2金属材料の耐力及び溶融温度が、第1金属材料に比べて低い場合には、加圧手段により加圧しながら電流を流し始めると、温度上昇及び横断面方向外向きの応力により、第2金属部材の内外周長がともに大きくなろうとする。即ち、第2金属部材が拡径しようとする。 As described above, when the proof stress and melting temperature of the second metal material are lower than those of the first metal material, when the current is started to flow while pressurizing by the pressurizing means, the temperature rises and the cross section outwards. Due to the stress, both the inner and outer peripheral lengths of the second metal member tend to increase. That is, the diameter of the second metal member tries to increase.

しかし、本態様に係る金属部材の接合装置では、変形抑制手段により、第2金属部材をその外周部から横断面方向内側に向けて締め付けているので、第2金属部材の外への拡がりを抑制することができる。 However, in the metal member joining device according to this embodiment, since the second metal member is tightened from the outer peripheral portion thereof toward the inside in the cross-sectional direction by the deformation suppressing means, the expansion of the second metal member to the outside is suppressed. can do.

また、本態様に係る金属部材の接合装置では、変形抑制手段が、複数の変形抑制ヘッドと、これを押圧する押圧機構と、を有することとしている。これにより、複雑な機構を用いず、第2金属部材の変形を抑制することができる。 Further, in the metal member joining device according to this aspect, the deformation suppressing means includes a plurality of deformation suppressing heads and a pressing mechanism for pressing the heads. As a result, deformation of the second metal member can be suppressed without using a complicated mechanism.

また、複数の変形抑制ヘッドを用いて第2金属部材の外周部を押圧するので、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第2金属部材の外への拡がりを偏りなく抑制することができる。
また、本態様に係る金属部材の接合装置では、締め付け荷重の付加と圧入とを同期して実行するので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
Further, since the outer peripheral portion of the second metal member is pressed by using a plurality of deformation suppressing heads, the pressing with less bias is possible, and the spread of the second metal member to the outside in the cross-sectional direction is suppressed without bias. Can be done.
Further, in the metal member joining device according to the present embodiment, since the application of the tightening load and the press-fitting are executed in synchronization, the load for suppressing the deformation can be applied at an appropriate timing. Therefore, it is possible to efficiently suppress an increase in the amount of upset while ensuring high bonding strength.

なお、「押圧機構」の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ及び電動モータなどを採用することもできるし、リンク機構等を介して手動で(より具体的には、例えば、コレットチャックを用いた構成で)押圧することもできる。 As a specific example of the "pressing mechanism", a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, an electric motor, or the like can be adopted, or manually (more specifically, for example, a collet chuck) via a link mechanism or the like. It can also be pressed (with the configuration used).

また、「塑性流動範囲」については、第1金属材料及び第2金属材料の各物理的性質や、接合条件及び環境条件などに基づき、実験的・経験的に設定することができる。 In addition, the "plastic flow range" can be set experimentally and empirically based on the physical properties of the first metal material and the second metal material, the joining conditions, the environmental conditions, and the like.

また、電流供給手段については、公知の金属部材の接合装置(コンデンサ溶接装置)用の電流供給装置を採用することができる。具体的には、電解コンデンサ、溶接トランス、放電回路、大電流回路を備え、電解コンデンサに溶接に必要な電気エネルギを一旦充電し、これを短時間にトランスに放電し、短時間に大電流を第1金属部材と第2金属部材との間に供給する装置である。 Further, as the current supply means, a known current supply device for a metal member joining device (capacitor welding device) can be adopted. Specifically, it is equipped with an electrolytic capacitor, a welding transformer, a discharge circuit, and a large current circuit. The electrolytic capacitor is once charged with the electrical energy required for welding, and this is discharged to the transformer in a short time to generate a large current in a short time. It is a device that supplies between the first metal member and the second metal member.

従って、本態様に係る金属部材の接合装置では、第2金属部材を相対的に耐力及び溶融温度が低い材料から構成した場合にあっても、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 Therefore, in the metal member joining device according to this embodiment, even when the second metal member is made of a material having a relatively low proof stress and melting temperature, the upset amount is increased while ensuring high joining strength. Can be suppressed.

上記態様に係る金属部材の接合装置では、前記第2金属材料が、アルミニウムを含む材料であり、前記第1金属材料が、鉄を含む材料である、こととしてもよい。 In the metal member joining apparatus according to the above aspect, the second metal material may be a material containing aluminum, and the first metal material may be a material containing iron.

上記の金属部材の接合装置では、耐力及び溶融温度が互いに異なるアルミニウム系材料(アルミニウムを含む材料)と鉄系材料(鉄を含む材料)との接合にも、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑えることができる。 In the above metal member joining device, even when joining aluminum-based materials (materials containing aluminum) and iron-based materials (materials containing iron), which have different yield strengths and melting temperatures, while ensuring high joining strength, it is improved. It is possible to suppress an increase in the set amount.

本発明の一態様に係る金属部材の接合方法は、棒状又は筒状の第1金属部材を、環状の第2金属部材の孔部に圧入させて接合する金属部材の接合方法であって、第1金属材料からなる前記第1金属部材を準備する第1金属部材準備ステップと、前記第1金属材料とは異なる第2金属材料からなり、前記孔部の横断面サイズが前記第1金属部材の横断面サイズよりも小さく設定された前記第2金属部材を準備する第2金属部材準備ステップと、前記第2金属部材を台の上に載置する載置ステップと、前記台の上に前記第2金属部材が載置された状態で、前記第1金属部材を、前記第2金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧ステップと、前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給ステップと、前記第1金属部材及び前記第2金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する変形抑制ステップと、を備え、前記変形抑制ステップでは、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域で変形を抑制し、前記第2金属材料は、前記第1金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、前記変形抑制ステップでは、前記第2金属部材の外周部に沿って配された複数の変形抑制ヘッドと、前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、を用いて前記横断面方向の内向きの締め付け荷重を付加し、前記複数の変形抑制ヘッドは、互いに前記第2金属部材の外周方向に隣接するとともに、前記押圧機構からの押圧力を受けて、それぞれが前記外周部に対して隙間なく接するように前記締め付け荷重を付加し、前記変形抑制ステップでの前記締め付け荷重の付加は、前記加圧ステップでの前記第2金属材料の前記孔部への前記第1金属部材の圧入に同期して、なされる。 The method for joining a metal member according to one aspect of the present invention is a method for joining a metal member by press-fitting a rod-shaped or tubular first metal member into a hole of an annular second metal member. It is composed of a first metal member preparation step for preparing the first metal member made of one metal material and a second metal material different from the first metal material, and the cross-sectional size of the hole is of the first metal member. A second metal member preparation step for preparing the second metal member set smaller than the cross-sectional size, a mounting step for mounting the second metal member on a table, and the first on the table. A pressurizing step of pressurizing and press-fitting the first metal member toward the hole of the second metal member while the two metal members are placed, and the first metal member and the second metal. The current supply step for supplying a welding current between the members and the member of the first metal member and the second metal member on which at least one of the strength and melting temperature of the constituent metal material is lower is crossed. A deformation suppressing step for suppressing deformation in the plane direction is provided, and in the deformation suppressing step, deformation is suppressed at least in a region including a plastic flow range in the press-fitting direction, and the second metal material is the same. The resistance and melting temperature are lower than those of the first metal material, and in the deformation suppressing step, a plurality of deformation suppressing heads arranged along the outer peripheral portion of the second metal member and each of the plurality of deformation suppressing heads. The inward tightening load in the cross-sectional direction is applied by using a pressing mechanism that presses the metal inward in the cross-sectional direction, and the plurality of deformation suppressing heads are mutually used in the outer peripheral direction of the second metal member. The tightening load is applied so that each of them is in contact with the outer peripheral portion without a gap in response to the pressing force from the pressing mechanism, and the tightening load is applied in the deformation suppressing step. This is done in synchronization with the press-fitting of the first metal member into the hole of the second metal material in the pressurizing step.

本態様に係る金属部材の接合方法では、上記変形抑制ステップの具体的な実行方法として、複数の変形抑制ヘッドを、押圧機構で押圧することによるものとしている。これにより、付加する押圧力の外周部の領域ごとでのバラツキを抑えながら、第2金属部材の変形を抑制することができる。 In the method of joining metal members according to this aspect, as a specific execution method of the deformation suppressing step, a plurality of deformation suppressing heads are pressed by a pressing mechanism. As a result, it is possible to suppress the deformation of the second metal member while suppressing the variation of the applied pressing force in each region of the outer peripheral portion.

また、複数の変形抑制ヘッドを用いて第2金属部材の外周部を押圧するので、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第2金属部材の外への拡がり(拡径)を偏りなく抑制することができる。
また、本態様に係る金属部材の接合装置では、締め付け荷重の付加と圧入とを同期して実行するので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
Further, since the outer peripheral portion of the second metal member is pressed by using a plurality of deformation suppressing heads, the pressing with less bias is possible, and the expansion (diameter expansion) of the second metal member to the outside in the cross-sectional direction is biased. Can be suppressed without.
Further, in the metal member joining device according to the present embodiment, since the application of the tightening load and the press-fitting are executed in synchronization, the load for suppressing the deformation can be applied at an appropriate timing. Therefore, it is possible to efficiently suppress an increase in the amount of upset while ensuring high bonding strength.

なお、押圧機構及び塑性流動範囲については、上記同様である。 The pressing mechanism and the plastic flow range are the same as above.

上記態様に係る金属部材の接合方法では、前記第2金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、前記第1金属材料は、鉄を含む材料である、こととしてもよい。 In the method for joining metal members according to the above aspect, the second metal material may be a material containing aluminum, and the first metal material may be a material containing iron.

上記の金属部材の接合方法では、耐力及び溶融温度が互いに異なるアルミニウム系材料(アルミニウムを含む材料)と鉄系材料(鉄を含む材料)との接合にも、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑えることができる。 In the above method of joining metal members, even when joining aluminum-based materials (materials containing aluminum) and iron-based materials (materials containing iron), which have different yield strengths and melting temperatures, while ensuring high joining strength, it is improved. It is possible to suppress an increase in the set amount.

上記の各態様では、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 In each of the above aspects, an increase in the amount of upset can be suppressed while ensuring high bonding strength.

本発明の第1実施形態に係る金属部材接合装置1の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the metal member joining apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 金属部材接合装置1における変形抑制ユニット17の構成を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the deformation suppressing unit 17 in a metal member joining apparatus 1. FIG. 変形抑制ユニット17が果たす機能を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the function performed by the deformation suppression unit 17. 金属部材接合装置1を用い接合された第1金属部材100と第2金属部材101とを示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the 1st metal member 100 and the 2nd metal member 101 which were joined using the metal member joining apparatus 1. 本発明の第2実施形態に係る金属部材接合装置2の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the metal member joining apparatus 2 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 金属部材接合装置2における変形抑制ユニット20の構成を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the deformation suppression unit 20 in a metal member joining apparatus 2. 金属部材接合装置2を用い接合された第1金属部材103と第2金属部材104とを示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the 1st metal member 103 and the 2nd metal member 104 which were joined using the metal member joining apparatus 2. 本発明の第3実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット30の構成を抜き出して示す模式平面図である。It is a schematic plan view showing the structure of the deformation suppressing unit 30 extracted from the structure of the metal member joining device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット40の構成を抜き出して示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the deformation suppressing unit 40 extracted from the structure of the metal member joining apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 従来技術に係る金属部材接合装置を用い接合された第1金属部材900と第2金属部材901とを示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the 1st metal member 900 and the 2nd metal member 901 which were joined using the metal member joining apparatus which concerns on the prior art.

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The form described below is an aspect of the present invention, and the present invention is not limited to any of the following forms except for its essential configuration.

[第1実施形態]
1.金属部材接合装置1の構成
本発明の第1実施形態に係る金属部材接合装置1の構成について、図1を用い説明する。
[First Embodiment]
1. 1. Configuration of Metal Member Joining Device 1 The configuration of the metal member joining device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置1は、ベース10と、溶接ヘッド11と、加圧ロッド12と、変形抑制ユニット17と、溶接電流供給部18と、を備える。ベース10は、台形状をしている。ベース10の上面10aには、第2金属部材101が載置される。 As shown in FIG. 1, the metal member joining device 1 according to the present embodiment includes a base 10, a welding head 11, a pressure rod 12, a deformation suppressing unit 17, and a welding current supply unit 18. The base 10 has a trapezoidal shape. The second metal member 101 is placed on the upper surface 10a of the base 10.

溶接ヘッド11は、加圧ロッド12に接合されており、矢印Aで示すように、Z軸方向に下降できるようになっている。溶接ヘッド11には、第1金属部材100が保持される。ここで、第1金属部材100を第2金属部材101上に載置した状態でセットし、溶接ヘッド11を下降させて第1金属部材100を加圧するように構成することも勿論可能である。 Welding head 11 is joined to the pressure rod 12, as shown by the arrow A 1, it has to be lowered in the Z axis direction. The first metal member 100 is held by the welding head 11. Here, of course, it is also possible to set the first metal member 100 in a state of being placed on the second metal member 101, and lower the welding head 11 to pressurize the first metal member 100.

なお、図示を省略しているが、加圧ロッド12は、加圧機構に連結されており、加圧機構の駆動に伴い、Z軸方向に上下動できるようになっている。加圧機構の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、電動モータなどをあげることができる。 Although not shown, the pressurizing rod 12 is connected to the pressurizing mechanism and can move up and down in the Z-axis direction as the pressurizing mechanism is driven. Specific examples of the pressurizing mechanism include a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, an electric motor, and the like.

変形抑制ユニット17は、一対の変形抑制ヘッド13,14と、各変形抑制ヘッド13,14に接合された押圧ロッド15,16と、を有する。変形抑制ヘッド13,14は、ベース10の上面10aに載置された第2金属部材101に対し、その外周部を囲繞する状態で配されている。第2金属部材101の外周部と、変形抑制ヘッド13,14の内周部とは、略隙間なく密に接している。 The deformation suppressing unit 17 has a pair of deformation suppressing heads 13 and 14, and pressing rods 15 and 16 joined to the deformation suppressing heads 13 and 14. The deformation suppressing heads 13 and 14 are arranged in a state of surrounding the outer peripheral portion of the second metal member 101 placed on the upper surface 10a of the base 10. The outer peripheral portion of the second metal member 101 and the inner peripheral portions of the deformation suppressing heads 13 and 14 are in close contact with each other with substantially no gap.

変形抑制ヘッド13,14は、押圧ロッド15,16を介した押圧力を受けて、矢印A,Aで示すように、第2金属部材101の外周部を横断面方向の内側に向けて押圧できるようになっている。なお、図示を省略しているが、押圧ロッド15,16には、押圧機構が連結されており、押圧機構の駆動に伴い、X方向に前進及び後退ができるようになっている。押圧機構の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、電動モータなどをあげることができる。 The deformation suppressing heads 13 and 14 receive the pressing force via the pressing rods 15 and 16 and, as shown by arrows A 2 and A 3 , the outer peripheral portion of the second metal member 101 is directed inward in the cross-sectional direction. It can be pressed. Although not shown, a pressing mechanism is connected to the pressing rods 15 and 16, so that the pressing mechanism can move forward and backward in the X direction as the pressing mechanism is driven. Specific examples of the pressing mechanism include a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, an electric motor, and the like.

上記において、「横断面方向」とは、第2金属部材101の孔部101aに対する第1金属部材100の圧入方向に対して直交する方向(Z方向に対して直交する面方向)のことである。本開示においては、他の箇所についても同様である。 In the above, the "cross-sectional direction" is a direction orthogonal to the press-fitting direction of the first metal member 100 with respect to the hole 101a of the second metal member 101 (a plane direction orthogonal to the Z direction). .. The same applies to other parts of the present disclosure.

ここで、変形抑制ヘッド13,14による押圧は、溶接ヘッド11の加圧と同期してなされる。より具体的には、溶接ヘッド11が矢印Aに示すように下降し、第1金属部材100の先端が第2金属部材101の孔部101aに圧入し始めるタイミングに呼応して(同期して)、変形抑制ヘッド13,14は、矢印A,Aに示すように、第2金属部材101の外周部を押圧し始める。 Here, the pressing by the deformation suppressing heads 13 and 14 is performed in synchronization with the pressurization of the welding head 11. More specifically, the welding head 11 is lowered as indicated by the arrow A 1, the tip of the first metal member 100 is in response to a timing to start pressed into the hole 101a of the second metal member 101 (synchronized ), deformation suppressing head 13 and 14, as indicated by the arrow a 2, a 3, begins to press the outer peripheral portion of the second metal member 101.

なお、変形抑制ヘッド13,14の押圧力及び押圧ストロークは、第2金属部材101の外周部が所定以上に縮径してしまわない程度で制御されている。 The pressing force and pressing stroke of the deformation suppressing heads 13 and 14 are controlled to such an extent that the outer peripheral portion of the second metal member 101 does not shrink more than a predetermined diameter.

溶接電流供給部18は、第1金属部材100と第2金属部材101との間に、短時間に大電流を供給する。なお、図1では、溶接電流供給部18から第1金属部材100及び第2金属部材101に対して直接配線が接続されているように図示をしているが、実際の配線形態はこれに限定されない。例えば、ベース10及び溶接ヘッド11を導電性材料から構成しておき、これらベース10及び溶接ヘッド11を介して溶接電流供給部18からの電流供給がなされるようにしておいてもよい。 The welding current supply unit 18 supplies a large current between the first metal member 100 and the second metal member 101 in a short time. In FIG. 1, the wiring is shown so as to be directly connected from the welding current supply unit 18 to the first metal member 100 and the second metal member 101, but the actual wiring form is limited to this. Not done. For example, the base 10 and the welding head 11 may be made of a conductive material so that the current is supplied from the welding current supply unit 18 through the base 10 and the welding head 11.

具体的に、溶接電流供給部18としては、電解コンデンサ、溶接トランス、放電回路、大電流回路を備える構成の大電流供給装置を採用することができる。溶接電流供給部18は、電解コンデンサに溶接に必要な電気エネルギを一旦充電し、これを短時間にトランスに放電し、短時間に大電流を第1金属部材100と第2金属部材101との間に供給する装置である。 Specifically, as the welding current supply unit 18, a large current supply device having a configuration including an electrolytic capacitor, a welding transformer, a discharge circuit, and a large current circuit can be adopted. The welding current supply unit 18 temporarily charges the electrolytic capacitor with the electric energy required for welding, discharges the electric energy to the transformer in a short time, and supplies a large current to the first metal member 100 and the second metal member 101 in a short time. It is a device to supply in between.

2.接合対象の第1金属部材100及び第2金属部材101
引き続き図1を用い、接合対象である第1金属部材100及び第2金属部材101について説明する。
2. First metal member 100 and second metal member 101 to be joined
Subsequently, with reference to FIG. 1, the first metal member 100 and the second metal member 101 to be joined will be described.

図1に示すように、第1金属部材100は、中実棒状をしている。そして、第1金属部材100は、その軸芯がZ方向に沿う状態で配されている。 As shown in FIG. 1, the first metal member 100 has a solid rod shape. The first metal member 100 is arranged so that its axis is along the Z direction.

第1金属部材100におけるZ方向下端、即ち、第2金属部材101の孔部101aへの圧入先端側の外周面がテーパー部100aとなっている。 The lower end of the first metal member 100 in the Z direction, that is, the outer peripheral surface of the second metal member 101 on the press-fitting end side into the hole 101a is the tapered portion 100a.

また、第1金属部材100における横断面径は、第2金属部材101の孔部101aの孔径よりも大径となっている。 Further, the cross-sectional diameter of the first metal member 100 is larger than the hole diameter of the hole 101a of the second metal member 101.

第1金属部材100の構成金属材料は、鉄(Fe)を含む金属材料、具体的には、炭素鋼からなる。本実施形態では、一例として、S35Cを採用している。S35Cの降伏点(耐力)は、305(N/mm)以上であり、溶融温度は、1538(℃)である。また、線膨張係数は、11.7(×10−6/℃)である。 The constituent metal material of the first metal member 100 is a metal material containing iron (Fe), specifically, carbon steel. In this embodiment, S35C is adopted as an example. The yield point (proof stress) of S35C is 305 (N / mm 2 ) or more, and the melting temperature is 1538 (° C.). The coefficient of linear expansion is 11.7 (× 10 −6 / ° C.).

一方、第2金属部材101は、円環状をしており、第1金属部材100の横断面径よりも小径の孔部101aを有する。第2金属部材101では、孔部101aの圧入側口縁がテーパー部101bとなっている。テーパー部101bのテーパー角は、第1金属部材100のテーパー部100aのテーパー角と略同一となっている。 On the other hand, the second metal member 101 has an annular shape and has a hole portion 101a having a diameter smaller than the cross-sectional diameter of the first metal member 100. In the second metal member 101, the press-fit side rim of the hole 101a is a tapered portion 101b. The taper angle of the tapered portion 101b is substantially the same as the taper angle of the tapered portion 100a of the first metal member 100.

第2金属部材101は、アルミニウム(Al)を含む金属材料、具体的には、アルミニウム合金からなる。本実施形態では、一例として、Al−Mg系のアルミニウム合金であるA5056(H34)を採用している。A5056(H34)の降伏点(耐力)は、230(N/mm)であり、溶融温度は、568〜638(℃)である。また、線膨張係数は、26.3(×10−6/℃)である。 The second metal member 101 is made of a metal material containing aluminum (Al), specifically, an aluminum alloy. In this embodiment, A5056 (H34), which is an Al—Mg-based aluminum alloy, is adopted as an example. The yield point (proof stress) of A5056 (H34) is 230 (N / mm 2 ), and the melting temperature is 568 to 638 (° C.). The coefficient of linear expansion is 26.3 (× 10 -6 / ° C.).

3.変形抑制ユニット17の構成
本実施形態に係る金属部材接合装置1が具備する変形抑制ユニット17の構成について、図2を用い補足説明する。図2は、変形抑制ユニット17を図1のZ方向上方から平面視した模式平面図である。
3. 3. Configuration of Deformation Suppression Unit 17 The configuration of the deformation suppression unit 17 included in the metal member joining device 1 according to the present embodiment will be supplementarily described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of the deformation suppressing unit 17 viewed from above in the Z direction of FIG.

図2に示すように、変形抑制ユニット17における変形抑制ヘッド13,14は、それぞれが半円環形状をしている。変形抑制ヘッド13と変形抑制ヘッド14とは、互いの端辺同士が向き合う状態で配される。 As shown in FIG. 2, each of the deformation suppressing heads 13 and 14 in the deformation suppressing unit 17 has a semicircular ring shape. The deformation suppressing head 13 and the deformation suppressing head 14 are arranged so that their ends face each other.

孔部101aを有する第2金属部材101に対しては、その外周部101cに変形抑制ヘッド13,14の内周面が略隙間なく沿うようになっている。第2金属部材101の外周部101cに対して当接させた状態の変形抑制ヘッド13,14の間には、隙間G,Gがあくようになっている。隙間G,Gは、微細な隙間である。 With respect to the second metal member 101 having the hole 101a, the inner peripheral surfaces of the deformation suppressing heads 13 and 14 are aligned with the outer peripheral portion 101c without any gap. Between the second metal member 101 outer peripheral portion 101c with respect to the state of deformation suppression head 13, 14 abutted in, so that the drilled gaps G 1, G 2. The gaps G 1 and G 2 are minute gaps.

ここで、第2金属部材101の外周部101cに対して当接させた状態の変形抑制ヘッド13,14の間に隙間G,Gがあくようにしているのは、第2金属部材101の寸法公差や、変形抑制ヘッド13,14の寸法公差などがあっても、第2金属部材101の変形を抑制することができるようにするためである。 Here, what as the gap G 1, G 2 are drilled between the second metal member 101 outer peripheral portion 101c with respect to the state of deformation suppression head 13, 14 abutted the second metal member 101 This is so that the deformation of the second metal member 101 can be suppressed even if there is a dimensional tolerance of the above and the dimensional tolerances of the deformation suppressing heads 13 and 14.

4.金属部材接合装置1を用いた第1金属部材100と第2金属部材101との接合
上記の構成を有する金属部材接合装置1を用いた、第1金属部材100と第2金属部材101との接合は、次のようにしてなされる。
4. Joining the first metal member 100 and the second metal member 101 using the metal member joining device 1 Joining the first metal member 100 and the second metal member 101 using the metal member joining device 1 having the above configuration. Is done as follows.

(i)第1金属部材100を準備し、これを溶接ヘッド11にセットする。なお、図1に示すように、溶接ヘッド11への第1金属部材100のセットに際しては、先端外周にテーパー部100aがベース10の側を向くように行う。 (I) The first metal member 100 is prepared and set on the welding head 11. As shown in FIG. 1, when setting the first metal member 100 on the welding head 11, the tapered portion 100a is set on the outer periphery of the tip so that the tapered portion 100a faces the base 10.

(ii)第2金属部材101を準備し、これをベース10の上面10a上に載置する。このとき、第2金属部材101の載置に際しては、圧入側口縁にテーパー部101bが設けられた側が溶接ヘッド11の側を向くようにする。また、溶接ヘッド11にセットされた第1金属部材100の軸芯に対して、第2金属部材101における孔部101aの孔中心が一致するように位置調整を行う。 (Ii) The second metal member 101 is prepared and placed on the upper surface 10a of the base 10. At this time, when the second metal member 101 is placed, the side provided with the tapered portion 101b on the press-fitting side opening edge faces the welding head 11. Further, the position is adjusted so that the center of the hole 101a in the second metal member 101 coincides with the axis of the first metal member 100 set in the welding head 11.

(iii)第2金属部材101の外周部101cに対して、変形抑制ユニット17の変形抑制ヘッド13,14をセットする。なお、この段階において、変形抑制ヘッド13,14は、第2金属部材101の外周部101cに対して隙間がないようにセットするだけであり、径方向内向きの押圧力は付加しないものとする。 (Iii) The deformation suppressing heads 13 and 14 of the deformation suppressing unit 17 are set on the outer peripheral portion 101c of the second metal member 101. At this stage, the deformation suppressing heads 13 and 14 are only set so that there is no gap with respect to the outer peripheral portion 101c of the second metal member 101, and no inward pressing force in the radial direction is applied. ..

(iv)溶接ヘッド11を矢印Aで示すように、下降させてゆく。 (Iv) a welding head 11 as shown by arrow A 1, Yuku is lowered.

(v)第1金属部材100の先端と、第2金属部材101の孔部101aに面する開口縁と、が当接又は近接状態となった時点で、溶接電流供給部18からの電流供給を開始する。 (V) When the tip of the first metal member 100 and the opening edge of the second metal member 101 facing the hole 101a are in contact with each other or in close proximity to each other, the current is supplied from the welding current supply unit 18. Start.

(vi)第1金属部材100の先端が、第2金属部材101の孔部101aに対し圧入し始めた時点で、上記電流供給とともに、変形抑制ヘッド13,14を矢印A,Aで示すように、第2金属部材101の径方向内側に向けて押圧する。換言すると、第2金属部材101の孔部101aに対する第1金属部材100の圧入に同期して、第2金属部材101の径方向内側に向け締め付け荷重を付加する。 (Vi) When the tip of the first metal member 100 begins to press-fit into the hole 101a of the second metal member 101, the deformation suppressing heads 13 and 14 are indicated by arrows A 2 and A 3 together with the above current supply. As described above, the second metal member 101 is pressed inward in the radial direction. In other words, a tightening load is applied inward in the radial direction of the second metal member 101 in synchronization with the press fitting of the first metal member 100 into the hole 101a of the second metal member 101.

(vii)予め規定されたアップセット量だけ、第1金属部材100を圧入させて、接合が終了する。そして、接合完了と同時、又は、やや遅れて変形抑制ユニット17による変形抑制動作も終了する。 (Vii) The first metal member 100 is press-fitted by a predetermined amount of upset, and the joining is completed. Then, at the same time as the joining is completed or slightly later, the deformation suppressing operation by the deformation suppressing unit 17 is also completed.

5.変形抑制ユニット17の果たす機能
金属部材接合装置1において、変形抑制ユニット17が果たす機能について、図3及び図4を用い説明する。図3は、第1金属部材100が圧入され、溶接電流が供給されている状態での第2金属部材101の様子を模式的に示す模式図である。図4は、金属部材接合装置1を用い接合した後の第1金属部材100と第2金属部材101とを示す模式断面図である。
5. Functions Performed by the Deformation Suppressing Unit 17 The functions performed by the deformation suppressing unit 17 in the metal member joining device 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic view schematically showing the state of the second metal member 101 in a state where the first metal member 100 is press-fitted and a welding current is supplied. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the first metal member 100 and the second metal member 101 after joining using the metal member joining device 1.

上述のように、第2金属部材101はアルミニウム合金から構成されており、第1金属部材100を構成する炭素鋼に比べて、耐力及び溶融温度がともに低い。よって、図3に示すように、第2金属部材101には、径方向外向きに変形しようとする力Fが働く。これにより、第2金属部材101の内周部101d及び外周部101cの周長が伸びようとすることになる。 As described above, the second metal member 101 is made of an aluminum alloy, and has a lower strength and melting temperature than the carbon steel constituting the first metal member 100. Therefore, as shown in FIG. 3, a force F 1 that tends to deform outward in the radial direction acts on the second metal member 101. As a result, the peripheral lengths of the inner peripheral portion 101d and the outer peripheral portion 101c of the second metal member 101 tend to be extended.

しかしながら、本実施形態においては、第2金属部材101は、外周部101cに変形抑制ユニット17の変形抑制ヘッド13,14が当接され、嵌合に同期して、径方向内向きの力Fが付加されている。よって、第2金属部材101においては、外径Dがほとんど変化せず、内径Dについても、塑性流動による分を除き、実質的にほとんど変化しない。 However, in the present embodiment, the second metal member 101 is deformed suppressed head 13 and 14 contact the outer peripheral portion 101c on the deformation suppression unit 17, in synchronization with the fitting, a force in the radially inward F 2 Is added. Therefore, in the second metal member 101, the outer diameter D 2 hardly changes, and the inner diameter D 1 does not change substantially except for the portion due to the plastic flow.

以上のように、変形抑制ユニット17を具備する金属部材接合装置1を用い接合された第1金属部材100と第2金属部材101とは、図4に示すように、バリの生成及び排出が抑制され、図10で示したような“未接合部”が発生することも抑制される。これにより、本実施形態に係る金属部材接合装置1を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながら、接合長LB102の長い接合部(拡散層102)を形成することができる。 As described above, as shown in FIG. 4, the first metal member 100 and the second metal member 101 joined by using the metal member joining device 1 provided with the deformation suppressing unit 17 suppress the formation and discharge of burrs. Therefore, the occurrence of "unjoined portion" as shown in FIG. 10 is also suppressed. As a result, in the joining using the metal member joining device 1 according to the present embodiment, it is possible to form a long joining portion (diffusion layer 102) having a joining length of LB 102 while suppressing an increase in the amount of upset.

従って、本実施形態に係る金属部材接合装置1を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながらも、高い接合強度で第1金属部材100と第2金属部材101との接合を行うことができる。 Therefore, in the joining using the metal member joining device 1 according to the present embodiment, the first metal member 100 and the second metal member 101 are joined with high joining strength while suppressing an increase in the upset amount. Can be done.

なお、図4に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置1においては、変形抑制ユニット17における変形抑制ヘッド13,14(図4では、変形抑制ヘッド13のみを図示。)のZ方向高さH13を、第2金属部材101のZ方向高さと同じか、それ以上としている。換言すると、変形抑制ヘッド13,14における下面13bは、ベース10の上面10aに当接し、上面13aは、第2金属部材101のZ方向上側の表面と面一又はそれよりも高い位置になるように設定されている。 As shown in FIG. 4, in the metal member joining device 1 according to the present embodiment, the deformation suppressing heads 13 and 14 in the deformation suppressing unit 17 (in FIG. 4, only the deformation suppressing head 13 is shown) in the Z direction. The height H 13 is equal to or higher than the height of the second metal member 101 in the Z direction. In other words, the lower surface 13b of the deformation suppressing heads 13 and 14 abuts on the upper surface 10a of the base 10, and the upper surface 13a is flush with or higher than the upper surface of the second metal member 101 in the Z direction. Is set to.

変形抑制ヘッド13,14のサイズ及び配置を上記のように設定することにより、Z方向において、接合時における塑性流動の範囲(拡散層102が形成される範囲と略同じ範囲)を包含する範囲で、第2金属部材101に対して締め付け荷重を付加することができる。これより、接合時に塑性流動が生じる範囲での第2金属部材101の拡径方向の変形が確実に抑制され、バリの生成及び外部への排出が抑制される。 By setting the sizes and arrangements of the deformation suppressing heads 13 and 14 as described above, in the Z direction, a range including a range of plastic flow at the time of joining (a range substantially the same as the range in which the diffusion layer 102 is formed) is included. , A tightening load can be applied to the second metal member 101. As a result, deformation of the second metal member 101 in the diameter-expanding direction within the range where plastic flow occurs at the time of joining is reliably suppressed, and burr formation and discharge to the outside are suppressed.

6.効果
金属部材接合装置1では、第1金属部材100よりも構成材料の耐力及び溶融温度がともに低い第2金属部材101の外周部101cを、拡径方向の変形を抑制する変形抑制ユニット17が設けられている。このため、第1金属部材100を第2金属部材101の孔部101aに対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、第2金属部材101の拡径変形を抑制することができる。
6. Effect In the metal member joining device 1, a deformation suppressing unit 17 for suppressing deformation in the diameter-expanding direction is provided on the outer peripheral portion 101c of the second metal member 101, which has a lower yield strength and melting temperature of the constituent materials than the first metal member 100. Has been done. Therefore, it is possible to suppress the diameter-expanding deformation of the second metal member 101 after the first metal member 100 is press-fitted into the hole 101a of the second metal member 101 and the current starts to flow.

また、変形抑制ユニット17は、塑性流動範囲を包含する領域を押圧できるように設けられているので、接合時におけるバリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。 Further, since the deformation suppressing unit 17 is provided so as to be able to press the region including the plastic flow range, it is possible to effectively suppress the formation of burrs and the external discharge of burrs at the time of joining.

従って、本実施形態に係る金属部材接合装置1では、炭素鋼からなる第1金属部材100とアルミニウム合金からなる第2金属部材101との接合において、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 Therefore, in the metal member joining device 1 according to the present embodiment, in the joining of the first metal member 100 made of carbon steel and the second metal member 101 made of an aluminum alloy, the upset amount is increased while ensuring high joining strength. The increase can be suppressed.

また、金属部材接合装置1では、変形抑制ユニット17による締め付け荷重の付加と、溶接ヘッド11の下降による孔部101aへの第1金属部材100の圧入と、を同期して実行することができるので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 Further, in the metal member joining device 1, the addition of the tightening load by the deformation suppressing unit 17 and the press-fitting of the first metal member 100 into the hole 101a by lowering the welding head 11 can be executed in synchronization with each other. , It is possible to apply a load to suppress deformation at an appropriate timing. Therefore, it is possible to efficiently suppress an increase in the amount of upset while ensuring high bonding strength.

また、金属部材接合装置1における変形抑制ユニット17では、2つの変形抑制ヘッド13,14を有する。これにより、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第2金属部材101の拡径変形を偏りなく抑制することができる。 Further, the deformation suppressing unit 17 in the metal member joining device 1 has two deformation suppressing heads 13 and 14. As a result, pressing with less bias is possible, and expansion deformation of the second metal member 101 in the cross-sectional direction can be suppressed without bias.

[第2実施形態]
1.金属部材接合装置2の構成
本発明の第2実施形態に係る金属部材接合装置2の構成について、図5を用い説明する。図5は、金属部材接合装置2の構成を示す模式断面図であって、一部構成の図示を省略している。また、図5において、上記第1実施形態に係る金属部材接合装置1と同一構成の部位については、同一符号を付し、以下での詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
1. 1. Configuration of Metal Member Joining Device 2 The configuration of the metal member joining device 2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the metal member joining device 2, and the illustration of a partial configuration is omitted. Further, in FIG. 5, the parts having the same configuration as the metal member joining device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted below.

図5に示すように、金属部材接合装置2では、円筒状をした第2金属部材104の筒内に変形抑制ユニット20が設けられている。変形抑制ユニット20は、第2金属部材104の内周部104bに対して、径方向外向きに押圧力を付加できるようになっている。 As shown in FIG. 5, in the metal member joining device 2, the deformation suppressing unit 20 is provided in the cylinder of the second metal member 104 having a cylindrical shape. The deformation suppressing unit 20 can apply a pressing force outward in the radial direction to the inner peripheral portion 104b of the second metal member 104.

なお、第2金属部材104のZ方向下端、即ち、第1金属部材103の孔部103aへの圧入先端側の外周面がテーパー部104aとなっている点は、上記第1実施形態の第1金属部材100と同様である。 The point that the lower end of the second metal member 104 in the Z direction, that is, the outer peripheral surface of the first metal member 103 on the press-fitting end side into the hole 103a is the tapered portion 104a is the first aspect of the first embodiment. It is the same as the metal member 100.

一方、本実施形態に係る金属部材接合装置2では、第1金属部材103の外周部に対して締め付け荷重を付加するための変形抑制ユニットが設けられていない。ただし、図示を省略しているが、ベース10上において第1金属部材103が位置ズレを抑制するための位置決め装置は設けられている。 On the other hand, in the metal member joining device 2 according to the present embodiment, the deformation suppressing unit for applying a tightening load to the outer peripheral portion of the first metal member 103 is not provided. However, although not shown, a positioning device for suppressing the positional deviation of the first metal member 103 on the base 10 is provided.

なお、第1金属部材103の孔部103aの圧入側口縁がテーパー部103bとなっている。テーパー部103bのテーパー角は、第2金属部材104のテーパー部104aのテーパー角と略同一となっている。また、第1金属部材103の孔部103aの孔径は、第2金属部材104の外径よりも若干小さくなっている。 The press-fit side rim of the hole 103a of the first metal member 103 is a tapered portion 103b. The taper angle of the taper portion 103b is substantially the same as the taper angle of the taper portion 104a of the second metal member 104. Further, the hole diameter of the hole 103a of the first metal member 103 is slightly smaller than the outer diameter of the second metal member 104.

2.第1金属部材103及び第2金属部材104の各構成金属材料
第1金属部材103の構成金属材料は、鉄(Fe)を含む金属材料、具体的には、炭素鋼からなる。本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、一例として、S35Cを採用している。S35Cの降伏点(耐力)は、305(N/mm)以上であり、溶融温度は、1538(℃)である。また、線膨張係数は、11.7(×10−6/℃)である。
2. Each constituent metal material of the first metal member 103 and the second metal member 104 The constituent metal material of the first metal member 103 is a metal material containing iron (Fe), specifically, carbon steel. Also in this embodiment, as in the first embodiment, S35C is adopted as an example. The yield point (proof stress) of S35C is 305 (N / mm 2 ) or more, and the melting temperature is 1538 (° C.). The coefficient of linear expansion is 11.7 (× 10 −6 / ° C.).

一方、第2金属部材104の構成金属材料は、アルミニウム(Al)を含む金属材料、具体的には、アルミニウム合金からなる。本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、一例として、Al−Mg系のアルミニウム合金であるA5056(H34)を採用している。A5056(H34)の降伏点(耐力)は、230(N/mm)であり、溶融温度は、568〜638(℃)である。また、線膨張係数は、26.3(×10−6/℃)である。 On the other hand, the constituent metal material of the second metal member 104 is a metal material containing aluminum (Al), specifically, an aluminum alloy. Also in this embodiment, as in the first embodiment, A5056 (H34), which is an Al—Mg-based aluminum alloy, is adopted as an example. The yield point (proof stress) of A5056 (H34) is 230 (N / mm 2 ), and the melting temperature is 568 to 638 (° C.). The coefficient of linear expansion is 26.3 (× 10 -6 / ° C.).

3.変形抑制ユニット20の構成
本実施形態に係る金属部材接合装置2が具備する変形抑制ユニット20の構成について、図6を用い補足説明する。図6は、変形抑制ユニット20を図5のZ方向上方から仮想的に平面視した模式平面図である。
3. 3. Configuration of Deformation Suppression Unit 20 The configuration of the deformation suppression unit 20 included in the metal member joining device 2 according to the present embodiment will be supplementarily described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic plan view of the deformation suppressing unit 20 as a virtual plan view from above in the Z direction of FIG.

図6に示すように、変形抑制ユニット20は、6つの変形抑制ヘッド21〜26を有している。また、図示を省略しているが、変形抑制ユニット20は、各変形抑制ヘッド21〜26を径方向に前進・後退させるための押圧機構を有する。 As shown in FIG. 6, the deformation suppressing unit 20 has six deformation suppressing heads 21 to 26. Although not shown, the deformation suppressing unit 20 has a pressing mechanism for moving the deformation suppressing heads 21 to 26 forward and backward in the radial direction.

変形抑制ヘッド21〜26の各々は、円形状を6分割した扇形状をしている。各変形抑制ヘッド21〜26は、拡径時において、各外周面が第2金属部材104の内周部104bに略隙間なく当接するようになっている。 Each of the deformation suppressing heads 21 to 26 has a fan shape obtained by dividing a circular shape into six parts. The outer peripheral surfaces of the deformation suppressing heads 21 to 26 come into contact with the inner peripheral portion 104b of the second metal member 104 without any gap when the diameter is expanded.

本実施形態に係る金属部材接合装置2が備える変形抑制ユニット20は、所謂、内径把握コレットチャックと同様の機構を有するものである。 The deformation suppressing unit 20 included in the metal member joining device 2 according to the present embodiment has a mechanism similar to that of a so-called inner diameter grasping collet chuck.

なお、本実施形態に係る金属部材接合装置2の駆動時においても、変形抑制ユニット20は、溶接ヘッド11の下降による第1金属部材103の孔部103aへの第2金属部材104の圧入と同期して、第2金属部材104の内周部104bに拡径方向の荷重を付加する。 Even when the metal member joining device 2 according to the present embodiment is driven, the deformation suppressing unit 20 is synchronized with the press-fitting of the second metal member 104 into the hole 103a of the first metal member 103 by lowering the welding head 11. Then, a load in the diameter-expanding direction is applied to the inner peripheral portion 104b of the second metal member 104.

4.第1金属部材103と第2金属部材104との接合状態
変形抑制ユニット20を具備する金属部材接合装置2を用い接合された第1金属部材103と第2金属部材104とは、図7に示すように、バリの生成及び外部排出が抑制され、図10で示したような“未接合部”が発生することも抑制される。これにより、本実施形態に係る金属部材接合装置2を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながら、接合長LB105の長い接合部(拡散層105)を形成することができる。
4. Joining state of the first metal member 103 and the second metal member 104 The first metal member 103 and the second metal member 104 joined by using the metal member joining device 2 provided with the deformation suppressing unit 20 are shown in FIG. As described above, the formation of burrs and the external discharge are suppressed, and the generation of "unjoined portions" as shown in FIG. 10 is also suppressed. As a result, in the joining using the metal member joining device 2 according to the present embodiment, it is possible to form a long joining portion (diffusion layer 105) having a joining length of LB 105 while suppressing an increase in the amount of upset.

従って、本実施形態に係る金属部材接合装置2を用いた接合でも、アップセット量の増大を抑制しながらも、高い接合強度で第1金属部材103と第2金属部材104との接合を行うことができる。 Therefore, even in the joining using the metal member joining device 2 according to the present embodiment, the first metal member 103 and the second metal member 104 are joined with high joining strength while suppressing an increase in the upset amount. Can be done.

図7に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置2においては、変形抑制ユニット20における変形抑制ヘッド21〜26(図7では、変形抑制ヘッド23のみを図示。)のZ方向高さH23を、接合時における塑性流動の範囲(拡散層105が形成される範囲と略同じ範囲)を包含するよう設定している。換言すると、変形抑制ヘッド21〜26における下面23bは、第2金属部材104のZ方向下端面と略面一とし、上面23aは、拡散層105が形成される予定領域よりもZ方向上側としている。 As shown in FIG. 7, in the metal member joining device 2 according to the present embodiment, the height of the deformation suppressing heads 21 to 26 in the deformation suppressing unit 20 (in FIG. 7, only the deformation suppressing head 23 is shown) in the Z direction. H 23 is set to include the range of plastic flow at the time of joining (the range substantially the same as the range in which the diffusion layer 105 is formed). In other words, the lower surface 23b of the deformation suppressing heads 21 to 26 is substantially flush with the lower end surface of the second metal member 104 in the Z direction, and the upper surface 23a is above the planned region where the diffusion layer 105 is formed. ..

変形抑制ヘッド21〜26のサイズ及び配置を上記のように設定することにより、Z方向において、接合時における塑性流動の範囲(拡散層105が形成される範囲と略同じ範囲)を包含する範囲で、第2金属部材104に対して径方向外向きの荷重を付加することができる。これより、接合時に塑性流動が生じる範囲での第2金属部材104の縮径方向の変形が確実に抑制され、バリの生成及び外部への排出が抑制される。 By setting the size and arrangement of the deformation suppressing heads 21 to 26 as described above, in the Z direction, a range including a range of plastic flow at the time of joining (a range substantially the same as the range in which the diffusion layer 105 is formed) is included. , A load outward in the radial direction can be applied to the second metal member 104. As a result, deformation of the second metal member 104 in the radial direction within the range where plastic flow occurs during joining is reliably suppressed, and burr formation and discharge to the outside are suppressed.

5.効果
金属部材接合装置2では、第1金属部材103よりも構成材料の耐力及び溶融温度がともに低い第2金属部材104の内周部104bを、縮径方向の変形を抑制する変形抑制ユニット20が設けられている。このため、第2金属部材104を第1金属部材103の孔部103aに対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、第2金属部材104の縮径変形を抑制することができる。
5. Effect In the metal member joining device 2, the deformation suppressing unit 20 that suppresses the deformation of the inner peripheral portion 104b of the second metal member 104, which has a lower yield strength and melting temperature of the constituent material than the first metal member 103, in the diameter reduction direction. It is provided. Therefore, it is possible to suppress the diameter-reduced deformation of the second metal member 104 after the second metal member 104 is press-fitted into the hole 103a of the first metal member 103 and the current starts to flow.

また、変形抑制ユニット20は、塑性流動範囲を包含する領域を押圧できるように設けられているので、接合時におけるバリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。 Further, since the deformation suppressing unit 20 is provided so as to be able to press the region including the plastic flow range, it is possible to effectively suppress the formation of burrs and the external discharge of burrs at the time of joining.

従って、本実施形態に係る金属部材接合装置2でも、炭素鋼からなる第1金属部材103とアルミニウム合金からなる第2金属部材104との接合において、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 Therefore, even in the metal member joining device 2 according to the present embodiment, in the joining of the first metal member 103 made of carbon steel and the second metal member 104 made of an aluminum alloy, the upset amount is increased while ensuring high joining strength. The increase can be suppressed.

また、本実施形態に係る金属部材接合装置2でも、変形抑制ユニット20による径方向外向きの荷重の付加と、溶接ヘッド11の下降による孔部103aへの第2金属部材104の圧入と、を同期して実行することができるので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。 Further, also in the metal member joining device 2 according to the present embodiment, the deformation suppressing unit 20 applies a load outward in the radial direction, and the welding head 11 lowers to press-fit the second metal member 104 into the hole 103a. Since it can be executed synchronously, it is possible to apply a load for suppressing deformation at an appropriate timing. Therefore, it is possible to efficiently suppress an increase in the amount of upset while ensuring high bonding strength.

また、金属部材接合装置2における変形抑制ユニット20では、6つの変形抑制ヘッド21〜26を有する。これにより、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第2金属部材104の縮径方向の変形を偏りなく抑制することができる。 Further, the deformation suppressing unit 20 in the metal member joining device 2 has six deformation suppressing heads 21 to 26. As a result, pressing with less bias is possible, and deformation of the second metal member 104 in the diameter reduction direction in the cross-sectional direction can be suppressed without bias.

[第3実施形態]
本発明の第3実施形態に係る金属部材接合装置の構成について、図8を用い説明する。なお、図8では、本実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット30の一部構成を抜き出して図示している。図示を省略している各構成については、上記第1実施形態に係る金属部材接合装置1と同じである。
[Third Embodiment]
The configuration of the metal member joining device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that FIG. 8 shows a partial configuration of the deformation suppressing unit 30 extracted from the configuration of the metal member joining device according to the present embodiment. Each configuration (not shown) is the same as the metal member joining device 1 according to the first embodiment.

図8に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置が具備する変形抑制ユニット30は、3つの変形抑制ヘッド31〜33と、各変形抑制ヘッド31〜33に接続された押圧ロッド34〜36と、を有する。また、図示を省略しているが、変形抑制ユニット30は、押圧ロッド34〜36に接続され、各変形抑制ヘッド31〜33を径方向に前進・後退させるための押圧機構を有する。 As shown in FIG. 8, the deformation suppressing unit 30 included in the metal member joining device according to the present embodiment includes three deformation suppressing heads 31 to 33 and pressing rods 34 to 34 connected to the deformation suppressing heads 31 to 33. 36 and. Although not shown, the deformation suppressing unit 30 is connected to the pressing rods 34 to 36 and has a pressing mechanism for moving the deformation suppressing heads 31 to 33 forward and backward in the radial direction.

変形抑制ヘッド31〜33は、それぞれが円環を3分割した平面形状を有している。変形抑制ヘッド31〜33は、互いの端辺同士が向き合う状態で配される。 Each of the deformation suppressing heads 31 to 33 has a planar shape in which an annulus is divided into three. The deformation suppressing heads 31 to 33 are arranged so that their ends face each other.

孔部101aを有する第2金属部材101に対しては、その外周部101cに変形抑制ヘッド31〜33の内周面が略隙間なく沿うようになっている。矢印A〜Aで示すように、変形抑制ヘッド31〜33を径方向内向きに前進させ、第2金属部材101の外周部101cに対してそれぞれを当接させた状態において、変形抑制ヘッド31〜33の各間には、隙間G,G,Gがそれぞれあくようになっている。隙間G,G,Gは、微細な隙間である。 With respect to the second metal member 101 having the hole 101a, the inner peripheral surfaces of the deformation suppressing heads 31 to 33 are aligned with the outer peripheral portion 101c without any gap. As shown by the arrow A 4 to A 6, in advance the deformation suppressing head 31-33 radially inward, it is brought into contact respectively with respect to the outer peripheral portion 101c of the second metal member 101 state, deformation restricting head between each of the 31 to 33, the gap G 3, G 4, G 5 is adapted to lye respectively. Gap G 3, G 4, G 5 are minute gaps.

本実施形態においても、隙間G,G,Gをあけるようにしているのは、上記同様に、第2金属部材101の寸法公差や、変形抑制ヘッド31〜33の寸法公差などがあっても、第2金属部材101の変形を抑制することができるようにするためである。 Also in this embodiment, are you to open a gap G 3, G 4, G 5 is the same manner as described above, and dimensional tolerance of the second metal member 101, there is such dimensional tolerance deformation suppressing head 31-33 However, this is so that the deformation of the second metal member 101 can be suppressed.

以上のような構成の変形抑制ユニット30を有する金属部材接合装置においても、上記第1実施形態に係る金属部材接合装置1が奏するのと同様の効果を奏することが可能である。 Even in the metal member joining device having the deformation suppressing unit 30 having the above configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the metal member joining device 1 according to the first embodiment.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態に係る金属部材接合装置の構成について、図9を用い説明する。なお、図9では、本実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット40の一部構成を抜き出して図示している。
[Fourth Embodiment]
The configuration of the metal member joining device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that FIG. 9 shows a partial configuration of the deformation suppressing unit 40 extracted from the configuration of the metal member joining device according to the present embodiment.

先ず、上記第1実施形態から上記第3実施形態では、接合対象部材として、円形状または円環状の横断面形状を有する部材を採用したが、本実施形態では、図9に示すように、横断面形状が四角環状をした第2金属部材106を接合対象の一方としている。 First, in the first to third embodiments, a member having a circular shape or an annular cross-sectional shape is adopted as the member to be joined, but in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the cross section is used. The second metal member 106 having a square annular surface shape is one of the objects to be joined.

なお、図示を省略しているが、接合対象の他方は、第2金属部材106における孔部106aの形状に対応した四角形の横断面形状を有する棒体または筒体の金属部材である。 Although not shown, the other side to be joined is a rod or cylinder metal member having a quadrangular cross-sectional shape corresponding to the shape of the hole 106a in the second metal member 106.

図9に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置の変形抑制ユニット40は、4つの変形抑制ヘッド41〜44と、4つの押圧ヘッド45〜48を備える。4つの変形抑制ヘッド41〜44は、第2金属部材106における4つの外周部106c〜106fに対して、各々が隙間なく当接可能となっている。4つの押圧ヘッド45〜48は、図示を省略しているが、押圧機構に接続されており、孔部106aへの第1金属部材の圧入に同期して、矢印A〜A10で示すように、第2金属部材106に対して内向きに締め付け荷重を付加できるようになっている。 As shown in FIG. 9, the deformation suppressing unit 40 of the metal member joining device according to the present embodiment includes four deformation suppressing heads 41 to 44 and four pressing heads 45 to 48. Each of the four deformation suppressing heads 41 to 44 can come into contact with the four outer peripheral portions 106c to 106f of the second metal member 106 without any gap. Although not shown, the four pressing heads 45 to 48 are connected to a pressing mechanism and are indicated by arrows A 7 to A 10 in synchronization with press fitting of the first metal member into the hole 106a. In addition, a tightening load can be applied inward to the second metal member 106.

以上のような構成の変形抑制ユニット40を有する金属部材接合装置においても、上記第1実施形態に係る金属部材接合装置1が奏するのと同様の効果を奏することが可能である。 Even in the metal member joining device having the deformation suppressing unit 40 having the above configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the metal member joining device 1 according to the first embodiment.

[変形例]
上記第1実施形態から上記第4実施形態では、接合対象の部材として、Alを含む部材(Al合金)とFeを含む部材(炭素鋼)とを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。本発明では、少なくとも耐力及び溶融温度の少なくとも一方が異なる材料からなる部材同士の接合に対して、上記のように変形抑制ユニットを設けることで効果を奏することができる。
[Modification example]
In the first to fourth embodiments, a member containing Al (Al alloy) and a member containing Fe (carbon steel) are used as the members to be joined, but the present invention is limited thereto. I don't receive it. In the present invention, it is possible to exert an effect by providing the deformation suppressing unit as described above for joining members made of materials having at least one of different proof stress and melting temperature.

例えば、マグネシウム(Mg)を含む材料(例えば、Mg合金)からなる部材とAlを含む材料(例えば、Al合金)からなる部材との接合や、Mgを含む材料(例えば、Mg合金)からなる部材とFeを含む材料(例えば、炭素鋼)からなる部材との接合などにも適用が可能である。これらの場合においても、部材を構成する材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方を勘案して、変形抑制ユニットを設けることができる。 For example, joining a member made of a material containing magnesium (Mg) (for example, Mg alloy) and a member made of a material containing Al (for example, Al alloy), or a member made of a material containing Mg (for example, Mg alloy). It can also be applied to joining a member made of a material containing Fe and (for example, carbon steel). Even in these cases, the deformation suppressing unit can be provided in consideration of at least one of the proof stress and the melting temperature of the material constituting the member.

なお、Mg合金として、例えば、MDC1Dを採用する場合には、降伏点(耐力)が160(N/mm)であり、溶融温度が470〜595(℃)である。また、線膨張係数が27.0(×10−6/℃)である。これらの物理的性質と、接合相手の部材を構成する材料との関係を勘案すればよい。 When MDC1D is used as the Mg alloy, for example, the yield point (proof stress) is 160 (N / mm 2 ) and the melting temperature is 470 to 595 (° C.). The coefficient of linear expansion is 27.0 (× 10 −6 / ° C.). The relationship between these physical properties and the materials constituting the members to be joined may be taken into consideration.

上記第2実施形態では、第2金属部材104に対して変形抑制ユニット20を設け、第1金属部材103との接合時に第2金属部材104が縮径するのを抑制することとした。本発明は、例えば、上記第2実施形態において、さらに第1金属部材103に対して変形抑制ユニットを設けることとしてもよい。これは、溶接電流を流した場合に、各部材103,104の温度が上昇し、それぞれが膨張しようとすることになる。この場合に、炭素鋼からなり環状をした第1金属部材103が拡径しようとする。これを抑制することで、バリの生成及び外部への排出を抑制するのに有効となる。接合対象の金属部材について、その構成材料が上記以外の場合にも、各部材の構成材料の耐力及び溶融温度とともに線膨張係数を考慮することで、同様の効果を得ることができるよう変形抑制ユニットを構成することが可能となる。 In the second embodiment, the deformation suppressing unit 20 is provided on the second metal member 104 to prevent the second metal member 104 from shrinking in diameter at the time of joining with the first metal member 103. In the present invention, for example, in the second embodiment, the deformation suppressing unit may be further provided on the first metal member 103. This means that when a welding current is applied, the temperatures of the members 103 and 104 rise, and each member tends to expand. In this case, the first metal member 103 made of carbon steel and having an annular shape tries to increase the diameter. By suppressing this, it is effective in suppressing the formation of burrs and the discharge to the outside. Deformation suppression unit for metal members to be joined so that the same effect can be obtained by considering the coefficient of linear expansion together with the proof stress and melting temperature of the constituent materials of each member even when the constituent materials are other than the above. Can be configured.

上記第1実施形態から上記第4実施形態では、接合対象となる部材100,101,103,104,106の形状について、一例を示したが、本発明は、これらに限定を受けるものではない。例えば、平面視で長円環状の部材や、三角形や五角形以上の多角形状の外周形状を有する部材などを接合対象とすることもできる。この場合には、それら外周部の形状に対応する変形抑制ヘッドを設けることで、上記同様の効果を奏することができる。 In the first to fourth embodiments, examples are shown with respect to the shapes of the members 100, 101, 103, 104, 106 to be joined, but the present invention is not limited thereto. For example, a member having an oval ring shape in a plan view, a member having a polygonal outer peripheral shape of a triangle or a pentagon or more can be joined. In this case, the same effect as described above can be obtained by providing the deformation suppressing head corresponding to the shape of the outer peripheral portion.

上記第1実施形態から上記第4実施形態では、変形抑制ユニット17,20,30,40を設けることにより第2金属部材101,104,106の変形を抑制することとした。これら実施形態における変形抑制ユニット17,20,30,40は、第2金属部材101,104,106の横断面方向の変形を抑える機能を有するものとした。 In the first to fourth embodiments, the deformation suppressing units 17, 20, 30, and 40 are provided to suppress the deformation of the second metal members 101, 104, and 106. The deformation suppressing units 17, 20, 30, and 40 in these embodiments have a function of suppressing deformation of the second metal members 101, 104, and 106 in the cross-sectional direction.

しかし、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接電流を流し、溶融温度の低い側の金属部材が一部軟化した状態で、軟化した当該金属部材を、接合対象の他方の金属部材側に向け横断面方向に変形させることとしてもよい。このような構成とすることにより、横断面方向において、塑性流動した領域における密度の低下を抑制し、高い接合強度を確保するのに優位である。 However, the present invention is not limited thereto. For example, a welding current may be applied to partially soften the metal member on the lower melting temperature side, and the softened metal member may be deformed in the cross-sectional direction toward the other metal member to be joined. .. With such a configuration, it is advantageous to suppress a decrease in density in the plastically flowed region in the cross-sectional direction and to secure high bonding strength.

上記第1実施形態、上記第3実施形態及び上記第4実施形態では、第2金属部材101,106の外周部101c,106c,106d,106e,106fに締め付け荷重を付加することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、図1の第2金属部材101に対し、その外縁部分におけるZ方向上面をベース10側に向けて押圧し、摩擦力により第2金属部材101の径方向への変形を抑制することとしてもよい。 In the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, a tightening load is applied to the outer peripheral portions 101c, 106c, 106d, 106e, 106f of the second metal members 101, 106. The invention is not limited to this. For example, the upper surface in the Z direction of the outer edge portion of the second metal member 101 of FIG. 1 may be pressed toward the base 10 side to suppress the radial deformation of the second metal member 101 due to frictional force. Good.

上記第1実施形態では、ベース10の上面10aに第2金属部材101を載置し、上記第2実施形態では、第1金属部材103を載置することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接ヘッド11に対向する第2の溶接ヘッドを設け、当該第2の溶接ヘッドに第2金属部材101や第1金属部材103を把持することとし、溶接時においてZ方向上向きに上昇する構成としてもよい。 In the first embodiment, the second metal member 101 is mounted on the upper surface 10a of the base 10, and in the second embodiment, the first metal member 103 is mounted. However, the present invention relates to this. It is not limited. For example, a second welding head facing the welding head 11 is provided, and the second metal member 101 and the first metal member 103 are gripped by the second welding head, so that the welding head rises upward in the Z direction during welding. May be.

上記第1実施形態から上記第3実施形態では、変形抑制ヘッド13,14,21〜26,31〜33が径方向にのみ前進・後退可能な構成としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、各変形抑制ヘッドが螺旋回転することにより、拡径又は縮径する構成とすることもできる。 From the first embodiment to the third embodiment, the deformation suppressing heads 13, 14, 21 to 26, 31 to 33 are configured to be able to move forward and backward only in the radial direction, but the present invention is limited to this. I don't receive it. For example, each deformation suppressing head may be spirally rotated to increase or decrease the diameter.

また、上記第1実施形態では、2つの変形抑制ヘッド13,14を具備し、上記第2実施形態では、6つの変形抑制ヘッド21〜26を具備し、上記第3実施形態では、3つの変形抑制ヘッド31〜33を具備し、上記第4実施形態では、4つの変形抑制ヘッド41〜44を具備することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、図1において、一体形成されてなる環状の変形抑制ヘッドを準備し、これを環状の第2金属部材101の外周部に密に当接させるようにしてもよい。 Further, the first embodiment includes two deformation suppressing heads 13 and 14, the second embodiment includes six deformation suppressing heads 21 to 26, and the third embodiment includes three deformations. The suppression heads 31 to 33 are provided, and in the fourth embodiment, the four deformation suppression heads 41 to 44 are provided, but the present invention is not limited thereto. For example, in FIG. 1, an annular deformation suppressing head integrally formed may be prepared and brought into close contact with the outer peripheral portion of the annular second metal member 101.

また、上述のように、金属部材の圧入方向における変形抑制ヘッドのサイズは、接合対象である金属部材の塑性流動の範囲内を包含するサイズであれば、上記の各実施形態に限定を受けるものではない。 Further, as described above, the size of the deformation suppressing head in the press-fitting direction of the metal member is limited to each of the above embodiments as long as the size includes the range of the plastic flow of the metal member to be joined. is not.

また、上記第1実施形態及び上記第2実施形態では、接合対象である各金属部材100,101,103,104にテーパー部100a,101b,103b,104aを設けることとしたが、本発明では、必ずしもテーパー部を設けなくてもよい。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, the tapered portions 100a, 101b, 103b, 104a are provided on the metal members 100, 101, 103, 104 to be joined, but in the present invention, the tapered portions 100a, 101b, 103b, 104a are provided. It is not always necessary to provide the tapered portion.

1,2 金属部材接合装置
11 溶接ヘッド
13,14,21,22,23,24,25,26,31,32,33,41,42,43,44 変形抑制ヘッド
17,20,30,40 変形抑制ユニット
18 溶接電流供給部
100,103 第1金属部材
101,104,106 第2金属部材
102,105 拡散層
1,2 Metal member joining device 11 Welding head 13,14,21,22,23,24,25,26,31,32,33,41,42,43,44 Deformation suppression head 17,20,30,40 Deformation Suppression unit 18 Welding current supply unit 100, 103 First metal member 101, 104, 106 Second metal member 102, 105 Diffusion layer

Claims (4)

棒状又は筒状の第1金属部材を、環状の第2金属部材の孔部に圧入させて接合するための金属部材の接合装置において、
前記第1金属部材は、第1金属材料からなっており、
前記第2金属部材は、前記第1金属材料とは異なる第2金属材料からなり、前記孔部の横断面でのサイズが前記第1金属部材の横断面でのサイズよりも小さくなっており、
前記金属部材の接合装置は、
前記第2金属部材が載置される台と、
前記台の上に前記第2金属部材が載置された状態で、前記第1金属部材を、前記第2金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧手段と、
前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給手段と、
前記第1金属部材及び前記第2金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、前記圧入の方向に対して交差する方向である横断面方向への変形を抑制する変形抑制手段と、
を備え、
前記変形抑制手段は、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域に設けられており、
前記第2金属材料は、前記第1金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、
前記変形抑制手段は、前記第2金属部材に対し、当該第2金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加し、
前記変形抑制手段は、
前記第2金属部材の外周部に沿って配された複数の変形抑制ヘッドと、
前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、を有し、
前記複数の変形抑制ヘッドは、互いに前記第2金属部材の外周方向に隣接するとともに、前記押圧機構からの押圧力を受けて、それぞれが前記外周部に対して隙間なく密に接するように前記締め付け荷重を付加し、
前記変形抑制手段による前記締め付け荷重の付加は、前記加圧手段による前記第2金属部材の前記孔部への前記第1金属部材の圧入に同期して、なされる、
金属部材の接合装置。
In a metal member joining device for joining a rod-shaped or tubular first metal member by press-fitting it into a hole of an annular second metal member.
The first metal member is made of a first metal material.
The second metal member is made of a second metal material different from the first metal material, and the size of the hole in the cross section is smaller than the size of the first metal member in the cross section.
The metal member joining device is
The table on which the second metal member is placed and
A pressurizing means for pressurizing and press-fitting the first metal member toward the hole of the second metal member while the second metal member is placed on the table.
A current supply means for supplying a welding current between the first metal member and the second metal member,
Among the first metal member and the second metal member, the member on the side where at least one of the proof stress and the melting temperature of the constituent metal material is lower is in the cross-sectional direction which is the direction intersecting the press-fitting direction. Deformation suppressing means for suppressing deformation of
With
The deformation suppressing means is provided in a region including at least a plastic flow range in the press-fitting direction.
The proof stress and melting temperature of the second metal material are lower than those of the first metal material.
The deformation suppressing means applies a tightening load to the second metal member inward in the cross-sectional direction from the outer peripheral portion of the second metal member.
The deformation suppressing means is
A plurality of deformation suppressing heads arranged along the outer peripheral portion of the second metal member, and
It has a pressing mechanism that presses each of the plurality of deformation suppressing heads inward in the cross-sectional direction.
The plurality of deformation suppressing heads are adjacent to each other in the outer peripheral direction of the second metal member, and are tightened so that they are in close contact with the outer peripheral portion without a gap by receiving a pressing force from the pressing mechanism. Add a load ,
The addition of the tightening load by the deformation suppressing means is performed in synchronization with the press-fitting of the first metal member into the hole of the second metal member by the pressurizing means.
Joining device for metal parts.
請求項1記載の金属部材の接合装置であって、
前記第2金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、
前記第1金属材料は、鉄を含む材料である、
金属部材の接合装置。
The metal member joining device according to claim 1 .
The second metal material is a material containing aluminum.
The first metal material is a material containing iron.
Joining device for metal parts.
棒状又は筒状の第1金属部材を、環状の第2金属部材の孔部に圧入させて接合する金属部材の接合方法において、
第1金属材料からなる前記第1金属部材を準備する第1金属部材準備ステップと、
前記第1金属材料とは異なる第2金属材料からなり、前記孔部の横断面サイズが前記第1金属部材の横断面サイズよりも小さく設定された前記第2金属部材を準備する第2金属部材準備ステップと、
前記第2金属部材を台の上に載置する載置ステップと、
前記台の上に前記第2金属部材が載置された状態で、前記第1金属部材を、前記第2金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧ステップと、
前記第1金属部材と前記第2金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給ステップと、
前記第1金属部材及び前記第2金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する変形抑制ステップと、
を備え、
前記変形抑制ステップでは、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域で変形を抑制し、
前記第2金属材料は、前記第1金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、
前記変形抑制ステップでは、
前記第2金属部材の外周部に沿って配された複数の変形抑制ヘッドと、
前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、を用いて前記横断面方向の内向きの締め付け荷重を付加し、
前記複数の変形抑制ヘッドは、互いに前記第2金属部材の外周方向に隣接するとともに、前記押圧機構からの押圧力を受けて、それぞれが前記外周部に対して隙間なく接するように前記締め付け荷重を付加し、
前記変形抑制ステップでの前記締め付け荷重の付加は、前記加圧ステップでの前記第2金属材料の前記孔部への前記第1金属部材の圧入に同期して、なされる、
金属部材の接合方法。
In a method for joining a metal member in which a rod-shaped or tubular first metal member is press-fitted into a hole of an annular second metal member to be joined.
A first metal member preparation step for preparing the first metal member made of the first metal material, and
A second metal member for preparing the second metal member, which is made of a second metal material different from the first metal material and whose cross-sectional size of the hole is set to be smaller than the cross-sectional size of the first metal member. Preparation steps and
A mounting step for mounting the second metal member on a table, and
A pressurizing step of pressurizing the first metal member toward the hole of the second metal member and press-fitting the first metal member while the second metal member is placed on the table.
A current supply step for supplying a welding current between the first metal member and the second metal member,
A deformation suppressing step of suppressing deformation in the cross-sectional direction with respect to a member of the first metal member and the second metal member on which at least one of the proof stress and the melting temperature of the constituent metal material is lower.
With
In the deformation suppressing step, deformation is suppressed at least in a region including a plastic flow range in the press-fitting direction.
The proof stress and melting temperature of the second metal material are lower than those of the first metal material.
In the deformation suppressing step,
A plurality of deformation suppressing heads arranged along the outer peripheral portion of the second metal member, and
An inward tightening load in the cross-sectional direction is applied by using a pressing mechanism that presses each of the plurality of deformation suppressing heads inward in the cross-sectional direction.
The plurality of deformation suppressing heads are adjacent to each other in the outer peripheral direction of the second metal member, and receive the pressing force from the pressing mechanism to apply the tightening load so that each of them comes into contact with the outer peripheral portion without a gap. Add ,
The addition of the tightening load in the deformation suppressing step is performed in synchronization with the press-fitting of the first metal member into the hole of the second metal material in the pressurizing step.
How to join metal members.
請求項3記載の金属部材の接合方法であって、
前記第2金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、
前記第1金属材料は、鉄を含む材料である、
金属部材の接合方法。
The method for joining metal members according to claim 3 .
The second metal material is a material containing aluminum.
The first metal material is a material containing iron.
How to join metal members.
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