JPH03184677A

JPH03184677A - 金属焼結材の接合方法と、金属焼結材製プーリおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03184677A
Application number: JP32094789A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nishikura; 西倉　靖; Koki Yanagawa; 柳川　弘毅; Toru Kono; 河野　通; Rokuro Sato; 佐藤　録郎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1991-08-12
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2536200B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、金属焼結材の接合方法と、金属焼結材製プー
リおよびその製造方法に関する。

「従来の技術」従来より、金属材同士の簡便な接合方法としてプロジェ
クション溶接法が周知である。

このプロジェクション溶接法は、一方の部材の接合部に
突起（プロジェクション）を形成し、他の部材の接合面
と加圧当接させたうえ、両部材を電極間にはさんで交流
または直流電流を通電し、その抵抗加熱により前記突起
を溶融させ、両部材を接合する方法である。

「発明が解決しようとする課題」ところで、従来のプロジェクション溶接法を金属焼結材
の接合に適用しようとすると、以下のような問題が生じ
る。

■　接合部の溶融により空孔中のガスが膨張して接合部
内にブローホールが生じ、接合強度が低下する。また、
溶融した金属が電極間の加圧あるいは空孔から噴出する
ガスにより吹き飛ばされ、スパッタを生じて製品の美観
を損ねる。

■　溶融後は接合部が急冷されるため、接合部の靭性が
著しく低下するうえ、接合部に生じる応力によりクラッ
クが生じるおそれもある。

したがって従来では、プロジェクション溶接法により焼
結材を接合した例は殆どなく、一般には手間とコストの
かかる電子ビーム溶接法が用いられている。

そこで、前記問題を解決して焼結材のプロジェクション
溶接を可能とするため、特開昭５８−１３４８０号公報
では、接合する一対の金属焼結材のうち熱容量が大きい
側の接合面に突起を形成し、各部材の接合面での昇温速
度の差を小さくし、各接合面での溶融程度を均一にして
前記各問題を改善する提案がなされている。

また、特開昭５８−１３４８２号公報では、真空中でプ
ロジェクション溶接を行なうことにより、予め金属焼結
材の気孔中のガスを抜き、前記問題を改善する方法が開
示されている。

しかしこれらの方法も、接合部を溶融する点では従来法
と変わりがなく、若干の改善効果はあるものの依然とし
てスパッタやブローホールの発生が確認され、根本的な
解決には至らないことが判明した。

そこで本発明者らは、従来あまり顧みられていないプロ
ジェクション溶接時の接合面の温度条件について詳細な
検討を試み、その結果、接合部すなわち突起の加熱温度
を従来法よりも低く設定し、突起を溶融しない条件で一
種の拡散接合を行なうことにより、ブローホール等の発
生なしに金属焼結材を強固に接合することが可能である
との新規な知見を得た。

「課題を解決するための手段」本発明は上記知見に基づいてなされたもので、以下、そ
の具体的な構成を説明する。

この方法では、接合すべき金属焼結材の接合面に突起を
一体形成するとともに、この突起を他方の金属焼結材ま
たは金属材の接合面に加圧当接させつつ両部材の間に通
電し、前記突起を溶融することなく突起を潰して、両部
材の接合面を拡散接合することを特徴としている。

接合時の突起の状態を直接観測することは実際には困難
であるが、通電量を増減して実験を行ない、接合後の接
合部に溶融跡が見られない接合条件を選択すれば、最適
通電量が容易ｊこ設定できる。

なお、ここでいう溶融とは、焼結材の不均質性等に起因
する局部的かつ微視的な溶融を含まないものとする。

本発明者らは、Ｆｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−０，７ｗｔ％Ｃ１
Ｆｅ−３ｗｔ％Ｎｉ−０，４ｗｔ％Ｃ５Ｆｅ−０，１ｗ
ｔ％Ｃ等の鉄系合金について実験を行ない、この種の鉄
系合金においては、通電量を溶接前の突起の先端面積で
除した公称電流密度が１．５〜２．６ＫＡ／ｍｍ２であ
る場合に突起（接合部）が溶融せず、ブローホールやス
パッタ等の問題も生じず、十分な接合強度が得られるこ
とを見出だした。１．５ＫＡ／Ｉ１１未満では突起が完
全に潰れず、十分な接合強度が得られない。また、２．
６ＫＡ／ｘｉ”より大であると接合部が溶融してスパッ
タやブローホールを生ずる。

電流は交流または直流のいずれでもよいが、交流の方が
電流量等の接合条件を厳密に制御しやすい利点がある。

また通電時間は従来のプロジェクション法と同様でよい
。

なお、本発明で公称電流密度を用いるのは、プロジェク
ション接合時には接合の進行につれ接合面積が増加し、
接触部の電気抵抗が変化して電流密度を厳密に規定する
ことができないからである。

そこで本発明では、溶接前の突起の先端面積により通電
量を除した値を公称電流密度と定義し、その値により電
流密度を限定している。

接合時の加圧力は従来のプロジェクション溶接法と同程
度でよい。加圧力を変えても接合状態への影響は殆どな
いことが本発明者らの実験で確かめられた。ただし加圧
力が極端に不足した場合には、突起と接合面との間で放
電が生じて好ましくない。この下限値は焼結材の材質や
寸法等により決定される。

突起の先端面の大きさは、接合に使用する接合機の通電
容量を前記公称電流密度で除して決定される。また突起
の形成位置は、突起が各接合面の間で鼓状に潰れて四方
にバランス良く平坦に広がり、良好な接合強度が得られ
るように考慮して決定される。

突起の縦断面形状は、先端面に向けて窄まる断面テーパ
状であることが望ましく、テーバ角度は接合面の垂線に
対して１５〜４０°であることが望ましい。１５°未満
ではプレス時や取り扱い時に突起に欠けが生じやすく、
４０°を越えると鼓状に突起が潰れに＜＜、接合時の後
半で電流密度が不足し、良好な拡散接合が行なえない。

なお、この金属焼結材と接合すべき金属焼結材または金
属材の接合面は、完全な平坦面であってもよいし、前記
突起と対向する位置に凹部を形成し、この凹部と突起と
嵌合することにより位置決めが行なえるようにしてもよ
い。

「実施例」次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。

（実施例り第１図および第２図に示す形状および寸法のテストピー
スを、Ｐ　ｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−０，７ｗｔ％Ｃの金属焼
結材で成形した。焼結密度は６　、７５９／ｃ１、気孔
率１４ｖｏ１％だった。突起ｌの寸法は、幅１ｊＩｆｆ
×高さ１ｘｘＸ長さ４ｘｘである。

次いで、このテストピースを、同一の材質からなる外径
３０ＪＩＩＸ厚さ＋３３１３１の焼結板と同心に合わせ
て接合機にセットし、公称直流電流密度を７通りに変え
（ＡＩ−Ａ７）、それぞれ３回づつプロノエクンヨン接
合した。

その結果、公称電流密度が１．５ＫＡ／ＩＩＩ”未満の
ＡＩ、Ａ２　　では突起Ｉが完全に潰れず、第５図に示
すように接合部ＩＡの面積が小さかった。公称電流密度
が１．５〜２．６ＫＡ／ｘｉ’のＡ３〜Ａ５では、第６
図に示すように突起１が完全に潰れて十分な接合面積が
得られ、しかも溶融部が見られなかった。さらに公称電
流密度を高めた八〇お上びＡ７では、第７図に示すよう
に接合部の外周側に溶融部（斜１部）が生じ、その内部
にブローホールが生じた。この結果は以後の実施例につ
いても同様である。

次に、接合したテストピースと焼結板とを引張強度試験
機にセットし、引張破断荷重を測定した。

以上の結果を平均した数値を第１表に示す。

（実施例２）焼結剤をＦｅ−３ｗｔ％Ｎｉ−０，４ｗｔ％Ｃに変更し
た点以外は実施例Ｉと全く同じ条件で、公称直流電流密
度を７通りに変え、それぞれ３回づつプロジェクション
接合した。実施例１と同じ試験をした結果を第２表に示
す。

（実施例３）焼結材の材質をＦｅ−０，１ｖｔ％Ｃに変更した点以外
は実施例Ｉと全く同じ条件で、公称直流電流密度を７通
りに変え、それぞれ３回づつプロジェクション接合した
。結果を第３表に示す。

（実施例４）焼結材をＦｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−０，７ｗｔ％Ｃにすると
ともに、テストピースの形状を第３図および第４図のよ
うに変更し、プロジェクション接合した。

実施例１と同様の実験を行なった結果を第４表に示す。

（実施例５）実施例Ｉと同じテストピースと、溶製材（Ｓ　Ｓ　４１
）とのプロジェクション接合を行なった。溶製材の寸法
は外径４０×厚さ３ｘｘである。他の条件は実施例１と
同様とした。結果を第５表に示す。

（実施例６）第８図に示す焼結材製のプーリ本体２と、第９図に示す
フランジ３との接合を試みた。

プーリ本体２はＦ　ｅ　−２ｖｔ％Ｃｕ−０，７ｗｔ％
Ｃ製で、一端に同軸なフランジ部２Ａが一体形成された
円柱状をなし、その中心には中心孔４が形成されている
。フランジ部２Ａの外径はｌ　４０　ｘｘ。

ベルト巻回部の外径は１２８ｘｘで、中心孔４の周囲に
は軽量化用の空孔５が形成されている。さらに、プーリ
本体２の他端面には、外周縁と平行に６つの円弧状の突
起６が等間隔で形成されており、これら突起６の寸法は
幅０．５ｘｘｘ高さＩｊＩｊＩ×長さ８肩ｌである。一
方、フランジ３は溶製材（ＳＳ４１）製のもので、厚さ
２．５■、外径１４０ｍｍ、内径１２（ｌｙｕである。

そして、実施例１と同様に７種の通電量でこれらを接合
し、第１１図に示す引張強度試験機の治具７，８　間に
セットして引張破断荷重を測定した。

その結果を第６表に示す。この例でも、公称電流密度が
１．５〜２．６ＫＡ／ｘｘ’の場合にブローホールやス
パッタが生じず、良好な接合強度が得られた。

（実施例７）第１２図ないし第１４図に示す焼結材製のプーリ本体２
と、第１５図および第１６図に示す円環状フランジ３と
の接合を試みた。

プーリ本体２はＦｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−０，７ｗｔ％Ｃ製
のカップ形をなし、その中心には中心孔４が形成され、
その外径は６０ｙｘ１周壁部には先端に向はテ薄肉化す
るテーバが付けられ、先端肉厚は３ｊ１１である。プー
リ本体２の端面には、外周縁と平行に６つの円弧状の突
起６が等間隔で形成され、これら突起６の寸法は幅０．
５ｘｘｘ高さｌＲＪ＋×長さＢｙｚである。一方、フラ
ンジ３は溶製材（ＳＳ４１）製で、厚さ２　ｘｘ、外径
６５ｍｍ、内径５４　ｘｇである。

そして、実施例Ｉと同様に７種の通電量でこれらを接合
し、第１７図および第１８図に示すプーリを得た後、第
１９図に示す引張強度試験機の治具７．８　間にセット
して引張破断荷重を測定した。

その結果を第７表に示す。この例でも、公称電流密度が
１．５〜２．６ＫＡ／ｘｘ”の場合にブローホールやス
パッタが生じず、良好な接合強度が得られた。

（以下余白）なお、本発明は上記実施例に限られることはなく、例え
ば第２０図および第２１図に示すように他の形式のプロ
ジェクション接合にも適用できる。

第２０図はエツジリングプロジェクション接合と称され
る方法で、金属焼結材ＩＯ？、ｍｙｉＪロ部１１を形成
し、金属焼結材（または金属材）１２のテーパ部１２Ａ
をこの開口部１１に当てはめ、通電して開口部Ｉｔのエ
ツジＩＩＡを溶融することなく加熱して接合する。この
場合、エツジＩＩＡが突起に相当する。

また、第２１図はインタフェレンス接合と称され、２０
はガイド部、２■は遥げ溝、２２は接合用突起である。

そして焼結材１２を焼結材（金属材）１０に向けて加圧
し通電することにより、突起２２を潰して両部材１０．
１２を拡散接合する。

これら地形式の接合方法においても、本発明は前記実施
例と同様の優れた効果が得られる。

「発明の効果」以上説明したように、本発明に係わる焼結合金材の接合
方法によれば、焼結材に形成した突起を溶融することな
く両部材の接合面に拡散させて接合するため、空孔中の
ガスによりブローホールが生じて接合面積が減少し、接
合強度が低下したり、溶融した金属が電極間の加圧また
は空孔から噴出するガスで吹き飛ばされ、スパッタを生
じて製品の美観を損ねる等の問題が生じない。

また、突起を溶融温度まで加熱しないため、接合部の靭
性低下が防止できるとともに、冷却後の接合部に生じる
応力が小さく、クラックが生じるおそれがない。

一方、本発明に係わる金属焼結材製プーリおよびその製
造方法によれば、従来は例えばビス止め等の機械的手法
で固定していたプーリ本体とフランジとを、簡便なプロ
ジェクション接合により十分な強度で接合できるから、
生産性の大幅な向上および製造コスト低下が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例１ないし実施例３
および実施例５に使用したテストピースの平面図および
■−■線断面図、第３図および第４図は実施例４に使用
したテストピースの平面図およびＩＶ−ｆｆ線断面図、
第５図ないし第７図は第１図のテストピースにおける接
合状態の良否を示す平面図、第８図および第９図は実施
例６で使用したプーリ本体およびフランジの平面図、第
１Ｏ図はこれらの接合方法を示す正面図、第１１図は得
られたプーリに対する接合強度測定方法を示す正面図、
第１２図ないし第１４図は実施例７で使用したプーリ本
体の平面図、縦断面図および底面図、第１５図および第
１６図は実施例７のフランジを示す平面図および縦断面
図、第１７図および第１８図は実施例７で得られたプー
リの平面図および縦断面図、第１９図は同プーリに対す
る接合強度測定方法を示す縦断面図、第２０図および第
２１図はそれぞれ本発明の他の適用例を示す縦断面図で
ある。１・・・突起、ＩＡ・・・接合部、２・・・プーリ本体
、３・・・フランジ、４・・・中心孔、５・・・軽量化
用空孔、６・・・突起、１０・・・金属焼結材、１１・
・・開口部、１１Ａ・・・エツジ（突起）、１２・・・
金属焼結材、２０・・・ガイド部、２１・・・逃げ溝、
２２・・・突起。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属焼結材と、他の金属焼結材または金属材とを
接合する方法であって、少なくとも一方の金属焼結材の接合面に突起を形成し、
この突起を他方の金属焼結材または金属材の接合面に加
圧当接するとともに両部材間に通電し、前記突起を溶融
することなく加熱して両部材を接合することを特徴とす
る金属焼結材の接合方法。
（２）前記金属焼結材が鉄系合金焼結材である場合にお
いて、両部材間の通電量を溶接前の突起の先端面積で除
した公称電流密度を１．５〜２．６ＫＡ／ｍｍ＾２とす
ることを特徴とする請求項１記載の金属焼結材の接合方
法。
（３）金属焼結材製のプーリ本体と、金属製または金属
焼結材製のフランジとからなり、前記プーリ本体の他端
面に、前記フランジを金属拡散層を介して同軸に接合し
たことを特徴とする金属焼結材製プーリ。
（４）金属焼結材製のプーリ本体の端面に突起を形成し
、この突起に金属製または金属焼結材製のフランジを加
圧当接するとともに両部材間に通電し、前記突起を溶融
することなく加熱して両部材を接合することを特徴とす
る金−焼結材製プーリの製造方法。
（５）前記プーリ本体が鉄系合金焼結材製である場合に
おいて、両部材間の通電量を溶接前の突起の先端面積で
除した公称電流密度を１．５〜２．６ＫＡ／ｍｍ＾２と
することを特徴とする請求項４記載の金属焼結材製プー
リの製造方法。