JP7282009B2 - 溶接装置、および接合部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置、接合部材の製造方法、接合部材およびオリフィスプレートに関する。

複数の金属板を重ねた状態で金属板同士を接合することにより、部品等を製造することが知られている。
例えば特許文献１には、金属からなる複数枚の板の積層体である被接合物と当接する一方の電極と、被接合物を挟んで一方の電極と対向する他方の電極と、両電極のうち少なくとも一方を加圧し、被接合物を両電極によって挟持させる加圧機構と、両電極に電流を供給する溶接電源とを備えた溶接装置において、各電極を、モリブデン、タングステン、鉄、ニッケル、チタンのうち少なくとも１つの元素を含む金属または合金で構成することが開示されている。
また、例えば特許文献２には、電極を介して被接合部材に電流を流し、この電流によって発生する抵抗熱によって被接合部材を接合する抵抗溶接方法であって、電気抵抗値が前記被接合部材よりも高く、かつ、融点が前記被接合部材の沸点よりも高い抵抗部材を、前記被接合部材と前記電極との間に介在させることが開示されている。

特開２０１３－４６９１７号公報 特開２００５－３４２７７１号公報

一般に、隣接する部材同士の接触抵抗を利用して接合を行う場合には、接触抵抗が低くなっている部位よりも、接触抵抗が高くなっている部位での発熱量が大きくなる。このため、接触抵抗が高くなっている部位が選択的、優先的に溶融することとなってしまい、溶融後に固化して得られる接合部に偏りが生じることがあった。
また、ろう材を挟んだ２枚の金属板に対して加圧および通電を行うことで、ろう材を溶融および固化させることにより、２枚の金属板を接合するろう接と呼ばれる技術においても、ろう材を溶融および固化して得られる接合部に、接触抵抗等に起因する偏りが生じることがあった。
本発明は、ろう接における局所的な接合部の形成を抑制することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、第１の被接合部材と第２の被接合部材とを有する被接合部材をろう材により接合するための溶接装置であって、電圧が印加され、前記第１の被接合部材に対峙する第１の電極と前記第２の被接合部材に対峙する第２の電極とを有する電極と、前記第１の電極と前記第１の被接合部材との間に設けられる第１の金属体と、前記第２の電極と前記第２の被接合部材との間に設けられる第２の金属体と、を有する金属体と、を有し、電気抵抗率が、前記金属体＜前記被接合部材＜前記ろう材＜前記電極であることを特徴とする溶接装置である。
請求項２に記載された発明は、熱伝導率が、前記被接合部材＜前記ろう材＜前記電極＜前記金属体であることを特徴とする請求項１記載の溶接装置である。
請求項３に記載された発明は、前記電極はカーボン単体を含有する材料で構成され、
前記金属体は、タングステンと銀、またはタングステンと銅の複合材料で構成されることを特徴とする請求項２記載の溶接装置である。
請求項４に記載された発明は、第１の被接合部材と第２の被接合部材とを有する被接合部材を、電気抵抗率が当該被接合部材よりも大きいろう材を用いて接合してなる接合部材の製造方法であって、前記ろう材よりも電気抵抗率の大きい電極である第１の電極と第２の電極とであって、当該第１の電極と前記第１の被接合部材とを対峙させおよび当該第２の電極と前記第２の被接合部材とを対峙させるに際して、前記被接合部材よりも電気抵抗率が小さい金属体からなる第１の金属体と第２の金属体とであって、前記第１の電極と前記第１の被接合部材との間に当該第１の金属体を、および前記第２の電極と前記第２の被接合部材との間に当該第２の金属体を配置し、前記ろう材が挟まれている前記被接合部材を前記第１の電極および前記第２の電極により押圧し、前記第１の金属体を当該第１の電極および前記第１の被接合部材に当接させ、および前記第２の金属体を当該第２の電極および前記第２の被接合部材に当接させ、前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加することを特徴とする接合部材の製造方法である。

本発明によれば、本構成を採用しない場合と比較して、ろう接における局所的な接合部の形成を抑制することができる。

燃料噴霧オリフィスプレートの製造方法を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、燃料噴霧オリフィスプレートの構成を説明するための図である。 接合工程で用いられる溶接装置の構成を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、溶接装置を用いたろう接の手順を説明するための図である。 （ａ）は実施例における接合部の状態を、（ｂ）は比較例における接合部の状態を、超音波探傷検査により得た画像である。 良好な接合部の状態の他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本実施の形態では、図示しない内燃機関のシリンダ内に、渦状に燃料を噴霧するために用いられる燃料噴霧オリフィスプレート１００（後述する図２参照）を例とし、その製造方法および構成に関する説明を行う。なお、以下の説明で参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の寸法とは異なっている場合がある。

〔燃料噴霧オリフィスプレートの製造方法〕
図１は、接合部材またはオリフィスプレートの一例としての燃料噴霧オリフィスプレート１００の製造方法を示す図である。本実施の形態では、シート１０と、シート１０の片面にメッキによって形成されたろう材３０と、ろう材が形成されていないシート２０とを用いて、燃料噴霧オリフィスプレート１００の製造を行っている。

ここで、本実施の形態では、シート１０が第１の被接合部材または第１シートの一例であり、シート２０が第２の被接合部材または第２シートの一例である。また、シート１０およびシート２０の両者が、被接合部材の一例である。

〔準備工程２２０〕
準備工程２２０は、第１シート取得工程と、第２シート取得工程とを含んで構成される。第１シート取得工程では、導電性を有する金属の板材であるシート１０に、メッキにて片面にろう材３０が形成されたシートロール材Ａを取得する。また、第２シート取得工程では、導電性を有する金属の板材であって、ろう材が形成されていないシート２０のロール材であるシートロール材Ｂを取得する。

ここでシート１０およびシート２０としては、導電性を有する各種金属等を採用することが可能であるが、腐食が生じ難く、加工し易く、世の中に広く普及されていて廉価であるもの、といった観点から、ステンレス鋼を採用することが好ましい。

また、ろう材３０としては、シート１０とシート２０とをろう接した場合に濡れ性がよく、ろう接による接合後の強度を高く確保できるものを用いるとよい。ここで、ろう接の対象となる被接合部材として、本実施の形態のようにステンレス鋼を採用する場合には、ろう材３０としてＮｉ－Ｐ（ニッケルリン）を用いることが望ましく、特に、リンを１０ｗｔ．％以上含む所謂高リンタイプのＮｉ－Ｐを用いることが望ましい。一般に、ろう材３０としてＮｉ－Ｐを用いる場合、粉末状あるいは薄状に形成されたろう材を、被接合部材間に挟み込むことが多い。しかしながら、本実施の形態では、ろう材３０がＮｉ－Ｐであることから、ステンレス鋼からなるシート１０に、所謂無電解ニッケルメッキ法を用いて、Ｎｉ－Ｐからなるろう材３０を付着させている。

また、本実施の形態の場合、シート１０の厚さは、例えば０．１５～２（ｍｍ）程度の範囲より選択することができ、シート２０の厚さは、例えば０．１～０．５（ｍｍ）程度の範囲より選択することができる。一方、ろう材３０の厚さは、例えば１～２（μｍ）の範囲より選択することができる。

〔抜き工程２３０〕
抜き工程２３０では、シート１０とシート２０とに各種の孔を形成する。片面にろう材３０が形成されたシート１０には金型２３１を用いて加工を施し、シート２０には金型２３５を用いて加工を施している。この例では、抜き工程２３０で、シート１０にスワール溝を含む各種の孔を形成しており、シート２０には各種の孔を形成している。

〔重ね工程２４０〕
重ね工程２４０では、抜き工程２３０にてそれぞれに各種の孔が形成されたシート１０とシート２０とが重ね合わされる。ここで、本実施の形態では、シート１０とシート２０とを重ね合わせる際、シート１０の片面に設けられたろう材３０を、シート２０の一方の面に接触させるようにしている。換言すれば、重ね工程２４０では、シート１０とシート２０とによって、ろう材３０を挟み込むようにしている。

〔接合工程２５０〕
接合工程２５０では、重ね工程２４０にてシート１０とシート２０とを重ね合わせてなる積層体が、第１の電極２５１ａと第２の電極２５１ｂとによって上下から挟み込まれ、シート１０とシート２０とが、ろう材３０を用いてろう接により接合される。なお、接合工程２５０の詳細については後述する。

〔噴霧孔形成工程２６０〕
噴霧孔形成工程２６０では、接合工程２５０で接合されたシート１０およびシート２０のうち、シート１０に設けられたスワール溝を介して露出するシート２０に、金型２６１を用いて複数の噴霧孔を形成する。

〔打ち抜き工程２７０および取り出し工程２８０〕
打ち抜き工程２７０では、シート１０およびシート２０を接合してなる帯状体に対し、金型２７１を用いて外形を打ち抜くプレス加工を施すことで、燃料噴霧オリフィスプレート１００を作製する。なお、燃料噴霧オリフィスプレート１００が打ち抜かれた帯状体（切断屑）は、再度ロール状に巻き取られ、その後廃棄される。
取り出し工程２８０では、以上のようにして製造された燃料噴霧オリフィスプレート１００が取り出される。

〔燃料噴霧オリフィスプレート１００の構造〕
図２（ａ）、（ｂ）は、上述した製造方法により製造された燃料噴霧オリフィスプレート１００の構成を説明するための図である。図２（ａ）は上面から燃料噴霧オリフィスプレート１００を眺めた上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す上面図の断面ＢＢを示した図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）には、上述した打ち抜き工程２７０における打ち抜きによって燃料噴霧オリフィスプレート１００に形成される切断面１０１も、併せて示している。

燃料噴霧オリフィスプレート１００は、円板状を呈しており、表面且つ中央部には、シート１０に形成されたスワール溝１３が設けられている。そして、溝の一例としてのスワール溝１３における４枚羽根の外周端側には、シート２０の表裏面すなわち厚さ方向に貫通する４つの噴霧孔２６が設けられている。燃料噴霧オリフィスプレート１００の直径はφ１０～φ２０（ｍｍ）程度である。そして、切断面１０１により形成される燃料噴霧オリフィスプレート１００の外周面は、円筒形状を呈するようになっている。さらに、４つの噴霧孔２６は同一の直径（例えば１ｍｍ程度）に設定されている。そして、噴射孔の一例としての噴霧孔２６の内周面は、円筒形状を呈するようになっている。

図２（ｂ）に示すように、シート１０とシート２０との間には、ろう材３０が溶解した後に固化することで得られた接合部５０が存在し、この接合部５０によって、シート１０とシート２０とが固着接合されている。スワール溝１３は、シート１０にて形状が打ち抜かれ、シート２０によって底面が形成され、これらによって凹み容積が決定されている。

なお、この燃料噴霧オリフィスプレート１００は、表面側すなわちスワール溝１３が設けられている側に燃料噴霧装置が対向し、裏面側に内燃機関のシリンダが対向した状態で使用される。

〔接合工程の詳細〕
次に、上述した接合工程２５０の詳細について説明を行う。ここでは、最初に、接合工程２５０で用いる溶接装置の構成について説明を行い、続いて、この溶接装置を用いた接合工程２５０におけるろう接の手順について説明を行う。

〔溶接装置〕
図３は、接合工程で用いられる溶接装置２５０ａの構成を説明するための図である。
本実施の形態の溶接装置２５０ａは、第１の電極２５１ａと第２の電極２５１ｂとを有する電極を備えている。なお、図１に示したように、第１の電極２５１ａは、重ね合わされたシート１０およびシート２０のうち、シート１０に対峙して配置される。これに対し、第２の電極２５１ｂは、シート２０に対峙して配置される。また、溶接装置２５０ａには、第１の電極２５１ａとシート１０との間に設けられる第１の金属体２５２ａと、第２の電極２５１ｂとシート２０との間に設けられる第２の金属体２５２ｂとが用いられている。

また、溶接装置２５０ａは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂに接合のための電圧を印加する電源装置２５３と、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂを図中上下方向に移動させることでシート１０およびシート２０の積層体に接触して加圧を行う加圧機構２５４と、これら電源装置２５３および加圧機構２５４の動作を制御する制御装置２５５とを備えている。

本実施の形態の溶接装置２５０ａは、一般的な抵抗スポット溶接装置とは異なり、母材（この例ではシート１０およびシート２０）そのものを溶解させて溶接する抵抗溶接を行うのではなく、ろう材３０を用いてろう接を行っている。また、本実施の形態では、一般的なろう付けでは２つの母材とは別に用意されるろう材３０を、一方の母材となるシート１０にメッキ膜として予め付着させている。さらに、本実施の形態の溶接装置２５０ａでは、詳細は後述するが、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂの両者を、ろう材３０を加熱する加熱源としても機能させている。そして、本実施の形態の溶接装置２５０ａでは、詳細は後述するが、これら第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂが発生した熱を、積層体の厚さ方向と交差する面方向に拡散させる第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂ、を設けている。

第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂは、略円柱状を呈しており、その直径は外径Ｄａとなっている。一般的な抵抗溶接では、電極の構成材料として、抵抗値を低くしやすい銅（Ｃｕ）や銅を含む銅合金等が使用される。第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂは、導電性を有する金属等の各種材料を用いて構成することが可能であるが、本実施の形態では、発熱体としての機能も考慮し、ある程度の大きさの抵抗値を実現可能な材料で構成することが望ましい。例えば、銅系の材料よりも抵抗値を高くしやすい、グラファイト状の炭素（Ｃ）を含む材料、換言すれば、カーボン単体を含む材料で第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂを構成することができる。そして、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂとして使用可能なカーボン単体を含む材料としては、グラファイトを含むもの、グラファイト中に炭化珪素（ＳｉＣ）を含有させたもの（Ｃ＋ＳｉＣ）、グラファイト中に炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）を含有させたもの、グラファイト複合材等を挙げることができる。

次に、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂからなる金属体について説明する。
第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂをそのままシート１０およびシート２０に接触させて、電流を流すと、シート１０およびシート２０に挟まれたろう材３０のうち、接触抵抗の高い部分が局所的に高温になりやすい。そのために、ろう接させたい箇所の全体を均一に接合することが困難となる。そこで、本実施の形態では、第１の金属体２５２ａを第１の電極２５１ａとシート１０との間に設け、かつ、第２の金属体２５２ｂを第２の電極２５１ｂとシート２０との間に設け、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを熱の拡散体として機能させている。

この第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、略円板状の金属板であり、その直径は上記直径Ｄａよりも大きい直径Ｄｂとなっている（Ｄａ＜Ｄｂ）。また、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂの厚さは、２．０～１０．０ｍｍ程度の範囲より選択することができる。

第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、上述したように熱の拡散体としての機能も有していることから、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂに比べて電気抵抗率が小さい材料で構成することが望ましく、また、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂに比べて熱伝導率が大きい材料で構成することが望ましい。また、発熱体となる第１の電極２５１ａによって加熱された際に溶融してしまわないよう、ある程度の耐熱性を有する材料で構成することが望ましい。

第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂとして使用可能な材料としては、銀タングステン（ＡｇＷ）、銅タングステン（ＣｕＷ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステンニッケル銅（Ｗ－Ｎｉ－Ｃｕ）、銅クロム（ＣｕＣｒ）等を挙げることができる。また、これらの中でも、比較的小さい電気抵抗率と比較的大きい熱伝導率とを両立させるという観点から、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂには、銀タングステン（ＡｇＷ）や銅タングステン（ＣｕＷ）を用いることが望ましい。ただし、上述した材料のうち、銅を含む材料については、銅が、空気中に含まれる酸素との反応性が高いという問題がある。例えばろう材３０としてＮｉ－Ｐを用いた場合、銅は、Ｎｉ－Ｐの融点（８５０～９００℃程度）付近で酸素と反応して化合物を形成することから、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気中に溶接装置２５０ａを設置して作業を行う必要性が生じる。このため、空気中での使用を考慮すれば、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂとして銀タングステン（ＡｇＷ）を用いることが望ましい。なお、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂとしてタングステン単体（Ｗ）を使用してもかまわない。ただし、この場合は、タングステン単体（Ｗ）の電気抵抗率が高いことから、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂを構成する材料が、タングステン単体よりも電気抵抗率の高いものに制限される。

次に、本実施の形態におけるろう接について説明する。ここでは、電気抵抗率（Ω・ｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）および融点（℃）の関係を例示する。

まず、電気抵抗率に関しては、『第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜シート１０・シート２０＜ろう材３０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ』の順となっている。すなわち、電気抵抗率に関しては、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂが最も小さく、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂが最も大きくなっている。また、これを分解してみると、溶接装置２５０ａ側では、『第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ』となっており、積層体側では、『シート１０・シート２０＜ろう材３０』となっている。

次に、熱伝導率に関しては『シート１０・シート２０＜ろう材３０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ＜第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ』の順となっている。すなわち、熱伝導率に関しては、シート１０およびシート２０が最も小さく、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂが最も大きくなっている。また、これを分解してみると、溶接装置２５０ａ側では、『第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ＜第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ』となっており、積層体側では、『シート１０・シート２０＜ろう材３０』となっている。
そして、電気抵抗率および熱伝導率の比較結果から、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、これらの中で最も電気抵抗率が小さく且つ最も熱伝導率が大きくなっていることがわかる。

さらに、融点に関しては、『ろう材３０＜第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜シート１０・シート２０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ』の順となっている。すなわち、融点に関しては、ろう材３０が最も低く、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂが最も高くなっている。また、これを分解してみると、溶接装置２５０ａ側では、『第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ』となっており、積層体側では、『ろう材３０＜シート１０・シート２０』となっている。

〔ろう接の手順〕
図４は、溶接装置２５０ａを用いたろう接の手順を説明するための図である。図４（ａ）は、図１と同様に側方から第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂ等を眺めた図であり、図４（ｂ）は上下方向（鉛直方向）の上方からシート１０とシート２０とを眺めた図である。

以下では、主として図３および図４を参照しつつ、溶接装置２５０ａを用いた、ろう材３０によるシート１０およびシート２０のろう接について説明を行う。なお、初期状態において、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは離れた状態にある。また、初期状態において、第１の電極２５１ａおよび第１の金属体２５２ａは離れた状態にあり、第２の電極２５１ｂおよび第２の金属体２５２ｂも離れた状態にある。さらに、初期状態において、電源装置２５３はオフに設定されている。

ここで、図４に示したように、溶接装置２５０ａに供給されてくる積層体を構成するシート１０およびシート２０のそれぞれには、上述した抜き工程２３０（図１参照）において、各種孔や溝が設けられている。

例えばシート１０には、搬送時のガイドとなる基準孔１２が、積層体の搬送方向に沿って複数設けられている。また、シート１０には、搬送方向に沿って複数のスワール溝１３が設けられている。ただし、図４には、１個のスワール溝１３のみを示している。さらに、シート１０には、スワール溝１３の周囲に存在する切断面１０１の外側を略円形状に囲む４つの溝部１４が設けられており、隣接する溝部１４同士の間には４つの接続部１５が設けられている。

一方、例えばシート２０には、搬送時のガイドとなる孔２２が、積層体の搬送方向に沿って複数設けられている。また、シート２０には、切断面１０１の外側を略円形状に囲む４つの溝部２４が設けられており、隣接する溝部２４同士の間には４つの接続部２５が設けられている。

そして、シート１０とシート２０とを重ね合わせてなる積層体において、シート１０に設けられた基準孔１２と、シート２０に設けられた孔２２とが、厚さ方向において重なるように、それぞれの形成位置が定められている。また、この積層体において、シート１０に設けられた４つの溝部１４と、シート２０に設けられた４つの溝部２４とが、厚さ方向において略重なるように、それぞれの形成位置が定められている。そして、シート１０に設けられた４つの溝部１４の内部とシート２０に設けられた４つの溝部２４の内部とに、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂの外周縁の位置が重なるように、これら４つの溝部１４あるいは４つの溝部２４によって形成される円の外径が定められている。

まず、溶接装置２５０ａに対し、シート１０とシート２０との積層体が搬送により供給された後、制御装置２５５は、加圧機構２５４を用いて、第１の電極２５１ａを下降させ、且つ、第２の電極２５１ｂを上昇させる制御を行う。これに伴い、第１の電極２５１ａと第１の金属体２５２ａとが接触した状態へと移行し、この状態を維持しつつ、第１の金属体２５２ａが積層体のシート１０に接触する位置まで下降していく。一方、第２の電極２５１ｂと第２の金属体２５２ｂとが接触した状態へと移行し、この状態を維持しつつ、第２の金属体２５２ｂがシート２０に接触する位置まで上昇していく。その結果、第１の金属体２５２ａと第２の金属体２５２ｂとによって、積層体が挟み込まれる。そして、制御装置２５５は、第１の電極２５１ａと第２の電極２５１ｂとを用いて、積層体に予め定められた圧力（例えば数Ｎ程度）を付与した状態で、これらの移動を停止させる。

次に、制御装置２５５は、電源装置２５３をオフ状態からオン状態へと移行させることにより、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂを介して積層体に電圧を印加する。また、制御装置２５５は、所定の条件（経過時間や測定温度）を満足したことが検出されると、電源装置２５３をオン状態からオフ状態へと移行させることにより、電圧の印加を停止する。

この間、積層体には、第１の電極２５１ａから第２の電極２５１ｂに向かって電流が流れる。より具体的に説明すると、第１の電極２５１ａ→第１の金属体２５２ａ→シート１０→ろう材３０→シート２０→第２の金属体２５２ｂ→第２の電極２５１ｂの順で電流が流れる。そして、通電に伴ってろう材３０の温度が上昇することでろう材３０が溶融し、その後通電を停止することに伴ってろう材３０の温度が低下することで、ろう材３０が固化して接合部５０となる。すなわち、シート１０とシート２０とが、ろう材３０を用いたろう接により接合される。

この接合を、より詳細に説明する。
ここでは、通電に伴って生じる、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂからろう材３０へと至る熱の流れについて説明を行う。

まず、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂが、通電に伴い、自身が有する抵抗値によって自己発熱し、自身が発生した熱を第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂに伝達する。
次に、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂから受け取った熱を、シート１０およびシート２０に伝達する。また、第１の電極２５１ａと第１の金属体２５２ａとの境界および第２の電極２５１ｂと第２の金属体２５２ｂとの境界では、通電に伴い、両者の接触抵抗に起因する抵抗値によって発熱が生じ、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、この境界で発生した熱をシート１０およびシート２０に伝達する。さらに、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、通電に伴い、自身が有する抵抗値によって自己発熱し、自身が発生した熱をシート１０およびシート２０に伝達する。

このように、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂから受け取った熱と、第１の電極２５１ａと第１の金属体２５２ａとの境界および第２の電極２５１ｂと第２の金属体２５２ｂとの境界で発生した熱と、自身の発熱によって生じた熱とを、シート１０およびシート２０に供給することになる。ただし、この例では、電気抵抗率に関して、「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」であり、また、抵抗値に関して「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」である。このため、同じ大きさの電流を流した場合、発生する熱量に関して「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」となる。したがって、これらの中で一番大きいのは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂが発生する熱量である。

また、この例では、熱伝導率に関して、「第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ＜第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ」である。このため、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂでは、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂよりも熱が伝わりやすくなっている。それゆえ、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂから第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂに伝達された熱は、第１の金属体２５２ａ内および第２の金属体２５２ｂ内において厚さ方向に進みつつ面方向に広がっていく（拡散されていく）状態で、第１の金属体２５２ａ内および第２の金属体２５２ｂ内を進行していくことになる。

続いて、シート１０およびシート２０は、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂから受け取った熱を、ろう材３０に伝達する。また、第１の金属体２５２ａとシート１０との境界および第２の金属体２５２ｂとシート２０との境界では、通電に伴い、両者の接触抵抗に起因する抵抗値によって発熱が生じ、シート１０およびシート２０は、この境界で発生した熱をろう材３０に伝達する。さらに、シート１０およびシート２０は、通電に伴い、自身が有する抵抗値によって発熱し、自身が発生した熱をろう材３０に伝達する。

このように、シート１０およびシート２０は、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂから受け取った熱と、第１の金属体２５２ａとシート１０との境界および第２の金属体２５２ｂとシート２０との境界で発生した熱と、自身の発熱によって生じた熱とを、ろう材３０に供給することになる。ただし、この例では、電気抵抗率に関して、「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜シート１０・シート２０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」であり、また、抵抗値に関して、「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜シート１０・シート２０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」である。このため、同じ大きさの電流を流した場合、発熱量に関して、「第１の金属体２５２ａ・第２の金属体２５２ｂ＜シート１０・シート２０＜第１の電極２５１ａ・第２の電極２５１ｂ」となる。したがって、これらの中で一番大きいのは、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂから受け取る熱量である。

このような過程を経た結果、ろう材３０には、第１の電極２５１ａから第１の金属体２５２ａおよびシート１０を介して熱が伝達されるとともに、第２の電極２５１ｂから第２の金属体２５２ｂおよびシート２０を介して熱が伝達される。また、シート１０とろう材３０との境界、および、シート２０とろう材３０との境界では、通電に伴い、それぞれの接触抵抗に起因する抵抗値によって発熱が生じる。さらに、ろう材３０は、通電に伴い、自身が有する抵抗値によって自己発熱する。このとき、ろう材３０の自己発熱および接触抵抗によって生じる熱量は、上述した電気抵抗率の関係により、ろう材３０が外部から受け取る熱量よりも小さい。

ろう材３０は、第１の電極２５１ａ側からろう材３０に供給されてくる第１の熱と、第２の電極２５１ｂ側からろう材３０に供給される第２の熱と、自身が発生する第３の熱とによって加熱される。そして、加熱によりろう材３０の融点を超えることに伴ってろう材３０が溶融し、ろう材３０は固体状から液体状へと移行する。

この例では、ろう材３０の融点が、上述した他の部材よりも低くなっている。このため、ろう材３０が溶融し始めた時点で、これら他の部材は溶融せず、固体の状態を維持することになる。

そして、この状態を一定期間維持することにより、シート１０とシート２０との積層体のうち、第１の金属体２５２ａと第２の金属体２５２ｂとによって挟まれた部位に存在するろう材３０は、略全域にわたって溶融した状態となる。その後、通電を停止することにより、この部位に存在するろう材３０は、ろう材３０の融点を下回ることによって今度は液体状から固体状へと移行し、シート１０およびシート２０の両者に接触することで接合部５０となる。

本実施の形態の溶接装置２５０ａでは、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを設けない場合と比べて、直列に接続される第１の電極２５１ａおよび第１の金属体２５２ａの合成抵抗値と、同じく直列に接続される第２の電極２５１ｂおよび第２の金属体２５２ｂの合成抵抗値とを、ともに大きくすることができる。これにより、ろう材３０に電流が流れにくくなる分、ろう材３０の自己発熱量を低減することができる。その結果、ろう材３０の溶融において、ろう材３０の自己発熱の影響よりも、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂから伝達される熱の影響が高まることとなり、得られる接合部５０の分布の偏りを抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の溶接装置２５０ａでは、第１の電極２５１ａとシート１０との間には第１の金属体２５２ａを、第２の電極２５１ｂとシート２０との間には第２の金属体２５２ｂを、それぞれ配置している。このような構成を採用することで、これらを設けない場合と比べて、シート１０とシート２０との間に存在するろう材３０に対し、電流を面方向により広げた状態で供給することができるようになっている。すなわち、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを設けたことにより、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂに挟まれたろう材３０に供給する電流分布のむらを少なくすることができ、ろう材３０を局所的ではなく略一様に加熱して溶融できるようになる。その結果、ろう材３０を溶融および固化して得られる接合部５０の分布の偏りを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、ガソリンや軽油等の燃料を噴霧する燃料噴霧オリフィスプレート１００を例として説明を行ったが、噴霧するのは燃料に限られるものではなく、各種流体の噴霧に用いることもできる。

また、本実施の形態では、燃料噴霧オリフィスプレート１００を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。すなわち、上述した構成および手法は、２つの被接合部材をろう材にて接合してなる各種接合部材および各種接合部材の製造方法に適用することができる。そして、このような接合部材としては、例えば複数の金属板を厚さ方向に重ねて接合することで構成される熱交換器や冷却プレート等を挙げることができる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、接合工程２５０で用いる溶接装置２５０ａとして、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを備えたものと、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを備えないものとを用意した。そして、それぞれの溶接装置２５０ａを用いて、シート１０とシート２０とのろう接を行い、得られた接合部５０の状態に関する評価を行った。なお、ここでは、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを備えた溶接装置２５０ａによる製造を実施例と称し、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを備えない溶接装置２５０ａによる製造を比較例と称する。

表１は、実施例で用いた溶接装置２５０ａと積層体とに関する、名称、構成材料、電気抵抗率、熱伝導率および融点の関係を示している。

〔実施例〕
実施例では、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂとして、炭素（Ｃ）を含むグラファイトを用いた。第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂの電気抵抗率は１．５～２．０×１０^－５（Ω・ｃｍ）、熱伝導率は１００～２５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、融点は３５５０以上（℃）であった。

また、実施例では、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂとして、銀タングステン（ＡｇＷ）を用いた。第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂの電気抵抗率は１．５～５．０×１０^－８（Ω・ｃｍ）、熱伝導率は２８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）、融点は９６０～１０００（℃）であった。なお、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂの厚さは、それぞれ３．５（ｍｍ）とした。

また、実施例では、シート１０およびシート２０として、ステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３０４を用いた。シート１０およびシート２０の電気抵抗率は７．０～８．５×１０^－７（Ω・ｃｍ）、熱伝導率は１６．７～２０．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、融点は１３９０～１４５０（℃）であった。

また、実施例では、ろう材３０として、Ｎｉ－Ｐを用いた。なお、ろう材３０は、ＳＵＳ３０４からなるシート１０に、無電解ニッケルメッキ法により付着させた。このとき、Ｎｉ－Ｐにおけるリン（Ｐ）の濃度は１０ｗｔ．％とした。ろう材３０の電気抵抗率は８．５～１０．０×１０^－７（Ω・ｃｍ）、熱伝導率は９４（Ｗ／ｍ・Ｋ）、融点は８５０～９００（℃）であった。

〔比較例〕
比較例では、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを備えない溶接装置２５０ａを用いた。すなわち、図３に示す溶接装置２５０ａから、第１の金属体２５２ａおよび第２の金属体２５２ｂを取り外したものを用いた。また、第１の電極２５１ａおよび第２の電極２５１ｂ、シート１０およびシート２０、そしてろう材３０としては、実施例と同じものを用いた（表１参照）。

〔製造方法〕
実施例および比較例の溶接装置２５０ａでは、電源装置２５３による電源制御方式として、直流インバータ制御を採用した。ここで、電源装置２５３では、トランスとしてＮＴ－ＩＮ８２２２Ｌを用いた。また、加圧機構２５４による加圧力としては、最初に積層体を挟み込んだ状態で０．７５（Ｎ）の力をかけ、その後さらに３．７５（Ｎ）の力を加えることにより、合計で４．５（Ｎ）の力を付与するようにした。さらに、通電時に供給する電流は１０００～３０００（Ａ）とし、接合に要する時間、換言すれば、４．５（Ｎ）の力を付与しながら通電を行う時間は、５～１０（ｓｅｃ）とした。なお、接合部５０となるろう材３０の温度は、非接触型の温度計を使用して監視を行うようにし、リミット温度を８５０（℃）に設定するとともに、測定温度がリミット温度を超えたら通電を停止させるようにした。

〔評価〕
実施例および比較例のろう接後の積層体に対し、超音波探傷検査による評価を行った。より具体的に説明すると、ろう接後の各積層体に対し、超音波探傷検査装置を用いて撮影を行い、シート１０とシート２０との間に存在するために、外部からの確認が困難な接合部５０の状態を観察した。

図５は、超音波探傷検査により得た画像を示している。図５（ａ）は実施例における接合部５０の状態を示しており、図５（ｂ）は比較例における接合部５０の状態を示している。なお、図５（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、画像の略中央部にはシート１０に設けられたスワール溝１３が存在しており、その周囲に存在する黒っぽい部分が、ろう材３０を溶融、固化してなる接合部５０となっている。

図５（ａ）に示すように、実施例の場合、接合部５０が、スワール溝１３の周囲を切れ目なく囲っていることがわかる。これに対し、比較例の場合、接合部５０が略Ｃ字状となっており、スワール溝１３の周囲を切れ目なく囲うことができない状態となっていることもわかる。

燃料噴霧オリフィスプレート１００は、上述したように、図示しない内燃機関のシリンダ内に、渦状に燃料を噴霧するために用いられる。このため、燃料噴霧オリフィスプレート１００に設けられたスワール溝１３およびその周辺には、燃料の噴霧に伴って高い圧力が加えられる。そして、高い圧力が加えられた燃料は、スワール溝１３に設けられた噴霧孔２６を通過することにより、霧状となって外部に出力される。

このため、例えば比較例のように、燃料噴霧オリフィスプレート１００に設けられたスワール溝１３の周囲に、接合部５０の切れ目が存在していると、この切れ目を介して燃料が漏れるおそれがある。そして、燃料の漏れが生じてしまうと、燃料に目的とする圧力を加えることが困難となってしまう。また、この切れ目を起点として、燃料噴霧オリフィスプレート１００を構成するシート１０とシート２０とが分離してしまうおそれがある。

これに対し、実施例のように、燃料噴霧オリフィスプレート１００に設けられたスワール溝１３の周囲に、切れ目なく接合部５０を配置できれば、上述した問題は生じ難くなる。その結果、長期にわたって、安定した燃料噴霧性能を維持することが可能になる。

なお、上述した実施例では、スワール溝１３の周囲のほぼ全域に接合部５０が形成されていたが、これに限られるものではない。
図６は、良好な接合部５０の状態の他の例を示す図である。
図６に示す例においても、接合部５０が、スワール溝１３の周囲を切れ目なく囲っている。ただし、図６に示す例では、スワール溝１３の形成部位と接合部５０との形成部位との間に、例えばろう材３０が溶融しなかったり、あるいは、溶融はしたものの固化した際にシート２０と接触することができなかったりすることにより、接合部５０にはなれなかった部位が存在している。

１０…シート、１３…スワール溝、２０…シート、２６…噴霧孔、３０…ろう材、５０…接合部、１００…燃料噴霧オリフィスプレート、２２０…準備工程、２３０…抜き工程、２４０…重ね工程、２５０…接合工程、２５０ａ…溶接装置、２５１ａ…第１の電極、２５１ｂ…第２の電極、２５２ａ…第１の金属体、２５２ｂ…第２の金属体、２５３…電源装置、２５４…加圧機構、２５５…制御装置、２６０…噴霧孔形成工程、２７０…打ち抜き工程、２８０…取り出し工程

Claims (4)

1. 第１の被接合部材と第２の被接合部材とを有する被接合部材をろう材により接合するための溶接装置であって、
   電圧が印加され、前記第１の被接合部材に対峙する第１の電極と前記第２の被接合部材に対峙する第２の電極とを有する電極と、
   前記第１の電極と前記第１の被接合部材との間に設けられる第１の金属体と、前記第２の電極と前記第２の被接合部材との間に設けられる第２の金属体と、を有する金属体と、
   を有し、
   電気抵抗率が、
   前記金属体＜前記被接合部材＜前記ろう材＜前記電極
   であることを特徴とする溶接装置。
2. 熱伝導率が、
   前記被接合部材＜前記ろう材＜前記電極＜前記金属体
   であることを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
3. 前記電極はカーボン単体を含有する材料で構成され、
   前記金属体は、タングステンと銀、またはタングステンと銅の複合材料で構成されること
   を特徴とする請求項２記載の溶接装置。
4. 第１の被接合部材と第２の被接合部材とを有する被接合部材を、電気抵抗率が当該被接合部材よりも大きいろう材を用いて接合してなる接合部材の製造方法であって、
   前記ろう材よりも電気抵抗率の大きい電極である第１の電極と第２の電極とであって、当該第１の電極と前記第１の被接合部材とを対峙させおよび当該第２の電極と前記第２の被接合部材とを対峙させるに際して、
   前記被接合部材よりも電気抵抗率が小さい金属体からなる第１の金属体と第２の金属体とであって、前記第１の電極と前記第１の被接合部材との間に当該第１の金属体を、および前記第２の電極と前記第２の被接合部材との間に当該第２の金属体を配置し、
   前記ろう材が挟まれている前記被接合部材を前記第１の電極および前記第２の電極により押圧し、前記第１の金属体を当該第１の電極および前記第１の被接合部材に当接させ、および前記第２の金属体を当該第２の電極および前記第２の被接合部材に当接させ、
   前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加する
   ことを特徴とする接合部材の製造方法。

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