JPH10146670A - 管状部材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合強度及び気密性に優れた管状部材の接合
方法を提供すること。 【解決手段】 内部が中空の管状部材１と、この管状部
材１の内部に挿入される接合部材３とを備え、管状部材
１の一方端から接合部材３を挿入すると共に、管状部材
１の内部であって接合部材３との接合領域５に低融点合
金７を配設し、しかる後、当該低融点合金７に対し直接
的若しくは間接的に超音波振動を印加して管状部材１と
接合部材３を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管状部材とこの管
状部材に挿入される接合部材との接合方法に係り、特
に、アルミニウム合金同士又はアルミニウム合金と異種
金属との接合に際し、超音波はんだ付け法を適用する管
状部材の接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アルミニウム合金からなる管
状部材の接合方法としては、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等
の溶接方法等が用いられている。

【０００３】また、アルミニウム合金と鉄等の異種金属
間の接合方法としては、超音波はんだ付け法がある。こ
の超音波はんだ付け法は、例えば中空の管状部材と、こ
の管状部材の内径とほぼ等しい外径を有する管状部材を
用いる。そして、一方の管状部材の内壁と他方の管状部
材の外周にそれぞれ超音波はんだ付け法によりはんだメ
ッキをする。その後、両者のメッキ部分が相互に接触す
るように嵌合し、最後に超音波振動を印加して接合する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下のような不都合が有った。即ち、ＴＩＧや
ＭＩＧ等の溶接法によって管状部材を接合する場合に
は、溶接法の特徴から、管状部材や接合部材の一部分が
局所的に加熱される。このため、溶接によって管状部材
や接合部材内に熱歪みが生じやすく、これらの母材の強
度や特性を変化させてしまう、という不都合を生じてい
た。

【０００５】また、溶接法による場合には、当然に管状
部材の外周部から溶接機の電極等を接合領域に近接させ
なければならない、という制限がある。従って、複数の
管状部材を狭い範囲に密集させて接合したい場合等に
は、それぞれの管状部材が他の管状部材の溶接作業の障
害となって、適切に接合できないという不都合を生じて
いた。

【０００６】更に、従来の超音波はんだ付け法による接
合では、管状部材及び接合部材にはんだメッキを施した
後に、両者を嵌合して超音波振動を印加するので、接合
までの工数が多く製造コストを低減することができな
い、という不都合を生じていた。また、はんだメッキを
施す際に、管状部材及び接合領域における接合領域以外
にもはんだが付着してしまい、加工後の後処理が必要に
なる、という不都合を生じていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、接合強度及び気密性に優れた管状部材
の接合方法を提供することを、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、内部が中空の管状部
材と、この管状部材に接合される接合部材とを備え、管
状部材の一端に接合部材を当接させると共に、管状部材
の内部であって接合部材との接合領域に低融点合金を配
設し、しかる後、当該低融点合金に対し直接的若しくは
間接的に超音波振動を印加して管状部材と接合部材を接
合する、という手段を採っている。

【０００９】以上のような手段を採ることにより、先
ず、管状部材の内部に接合部材が所定量挿入される。そ
して、低融点合金を管状部材と接合部材との接合領域に
配設する。続いて、超音波振動を印加することにより管
状部材及び接合部材と低融点合金の間で合金が形成され
る。その後、自然冷却させることにより、溶融していた
低融点合金が凝固し、管状部材と接合部材とが接合され
る。

【００１０】また、請求項２記載の発明では、管状部材
と接合部材との接合に際し、予め溶融した低融点合金を
接合領域に流し込み、しかる後、超音波振動を印加して
接合するという構成を採り、その他の構成は請求項１記
載の発明と同様である。以上のような手法を採ることに
より、管状部材と接合部材の接合領域に溶融した低融点
合金が供給される。特に、溶融している低融点合金であ
れば、複雑に折れ曲がった管状部材にも容易に流し込む
ことができる。その後、超音波振動を印加することで管
状部材及び接合部材と低融点合金の間に合金が形成さ
れ、自然冷却させることにより、管状部材と接合部材と
が接合される。

【００１１】請求項３記載の発明では、管状部材と接合
部材との接合に際し、固体状の低融点合金を接合領域に
配設すると共に、当該低融点合金を加熱して溶融させ、
しかる後、超音波振動を印加して接合するという構成を
採り、その他の構成は請求項１記載の発明と同様であ
る。以上のような手法を採ることにより、管状部材内に
低融点合金を供給する際には固体状であるので、管状部
材の内部の不要な部分に低融点合金が付着することはな
い。そして、固体状のまま接合領域に低融点合金が配設
された後、管状部材及び接合部材全体を低融点合金の融
点以上に加熱することにより、固体状の低融点合金が溶
融する。溶融後に超音波振動を印加し自然冷却させるこ
とにより、管状部材と接合部材とが接合される。

【００１２】請求項４記載の発明では、管状部材と接合
部材との接合後に、当該接合部材の内部に中心軸に沿っ
た貫通口を形成するという構成を採り、その他の構成は
請求項１，２又は３記載の発明と同様である。以上のよ
うな手法を採ることにより、接合部材の貫通口と管状部
材とによって長い管状の部材が形成される。このとき、
管状部材と接合部材との接合領域には低融点合金が凝固
しているので、内部に流体を流してもその流体が外部に
漏洩することはない。

【００１３】更に、請求項５記載の発明では、管状部材
として吸気パイプを用い、且つ接合部材として吸気パイ
プが嵌合されるフランジを用いるという構成を採り、そ
の他の構成は請求項１，２，３又は４記載の発明と同様
である。以上のような手法を採ることにより、比較的狭
い領域に複数の吸気パイプを密集させてフランジに嵌合
させる。このとき、嵌合に先立て吸気パイプの内部に低
融点合金を配設しておく。そして、吸気パイプ及びフラ
ンジ全体を低融点合金の融点以上の温度に加熱すること
により、低融点合金が溶融する。その後、超音波振動を
印加し自然冷却させることにより、吸気パイプとフラン
ジとが接合される。接合後、フランジの所定箇所に吸気
パイプに対応した貫通口を形成することにより、吸気マ
ニホールドが完成する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１５】〔第１の実施形態〕 〔構成の説明〕本発明の管状部材の接合方法では、図１
に示すように、内部が中空の管状部材１と、この管状部
材１の内部に挿入される接合部材３とを備え、管状部材
１の一方端から接合部材３を挿入すると共に、管状部材
１の内部であって接合部材３との接合領域５に低融点合
金７を付し、しかる後、当該低融点合金７に対し直接的
若しくは間接的に超音波振動を印加して管状部材１と接
合部材３を接合するという手段を採っている。

【００１６】図１に基づいて、以下にこれを詳述する
と、管状部材１は内部が中空のパイプであり、特に本実
施形態では円筒状に構成されている。但し、場合によっ
ては角パイプ状の部材であっても良い。また、管状部材
１はアルミニウム合金製の部材であり、より具体的に
は、一般的に用いられている材料であるＡＤＣ１２から
構成されている。

【００１７】また、接合部材３も円筒状に構成されてお
り、特に、その外径は管状部材１の内径より僅かに小さ
く形成されている。このため、管状部材１の内部へ接合
部材３を挿入することができるようになっている。接合
部材３の材質も、上記した管状部材１と同様にアルミニ
ウム合金（ＡＤＣ１２）である。但し、接合部材３は中
実で構成されている点で管状部材１と異なる。

【００１８】上記した管状部材１と接合部材３との接合
には低融点合金（以下「亜鉛合金はんだ」という）７が
用いられる。この亜鉛合金はんだ７は、実際に接合に用
いられる場合には、予め溶融したものを管状部材１と接
合部材３の接合領域５に流し込む場合と、固体状ものを
接合領域５に配設して、一旦加熱して溶融させる場合が
考えられる。

【００１９】〔接合方法の説明〕次に、本実施形態にか
かる管状部材１の接合方法について、図１に基づいて説
明する。ここで図１は、管状部材１に接合部材３を挿入
し、亜鉛合金はんだ７によって両者を接合するまでの行
程を示す図である。

【００２０】先ず、中空円筒からなる管状部材１の内部
に中実円筒状の接合部材３を挿入する（図１（Ａ））。
従って、接合部材３の外径は管状部材１の内径より僅か
に小さく形成されている。このとき、管状部材１の内径
と接合部材３の外径の大きさの関係を適宜調整すること
により、接合強度を調整することができる。即ち、管状
部材１の内径と接合部材３の外径をほぼ同等とすること
により、接合領域５において両部材が大きな圧力で接触
し、管状部材１と接合部材３との機械的接合強度が高く
なる。一方、管状部材１の内径と接合部材３の外径の差
を大きくとることにより、両部材の接合領域５の相互間
に後述する亜鉛合金はんだ７が浸入して、超音波はんだ
付けによる接合強度が向上する。

【００２１】次に、相互に一体となった管状部材１と接
合部材３とを予熱する。予熱温度は亜鉛合金はんだ７の
融点以上で且つ４５０〔℃〕以下である。これは、後述
する溶融した亜鉛合金はんだ７を接合領域５に流し込ん
だ場合に、亜鉛合金はんだ７が溶融したまま適切に保持
されるようにするためである。具体的には、亜鉛合金は
んだ７の融点より５０〔℃〕程度高い温度とすることが
好適である。

【００２２】溶融した亜鉛合金はんだ７を管状部材１の
内部に流し込んだ後には（図１（Ｂ））、管状部材１の
上部に超音波ホーン９を当接させ、超音波振動を印加す
る（図１（Ｃ））。これにより、管状部材１及び接合部
材３と亜鉛合金はんだ７との境界近傍が合金化する。こ
こで、超音波振動の印加条件としては、例えば、周波数
２０〔ＫＨｚ〕，発振器出力１５０〜１０００〔ＫＷ〕
そして超音波振動の印加時間は３〜１０〔秒〕程度であ
る。

【００２３】このとき、図１から判るように、管状部材
１の下端部に所定の台１３を配置する。これは、管状部
材１の上部から超音波ホーン９が当接した場合に、その
力によって管状部材１が下方にずれるのを防止するため
である。そして、超音波振動の印加を停止し、自然冷却
させることにより、溶融していた亜鉛合金はんだ７が凝
固する（図１（Ｄ））。

【００２４】亜鉛合金はんだ７が凝固して安定した後に
は、接合部材３の中央部にその中心軸に沿って貫通口１
１が形成される（図１（Ｅ））。この貫通口１１は、管
状部材１及び接合部材３を連通させてパイプとしての役
割を果たさせるために形成されるものである。従って、
貫通口１１の形状や太さは特に限定されない。具体的な
加工方法としては種々考えられるが、一般的なドリル等
で加工するようにすれば良い。これにより管状部材１と
接合部材３との接合が完了する。

【００２５】〔作用の説明〕以上のような方法によって
接合された管状部材１と接合部材３とは、その接合領域
５が亜鉛合金はんだ７によって完全に密閉されている。
従って、機械的接合強度に優れていることはもちろんで
あるが、管状部材１と接合領域５との隙間も完全に亜鉛
合金はんだ７によって塞がれ、気密性に優れた管状部材
１を提供することができる。また、管状部材１の内部で
亜鉛合金はんだ７によって接合しているので、亜鉛合金
はんだ７が外部に付着せず、後処理等を必要としない。
更には、接合に際しては超音波振動の印加により行うの
で、複数の管状部材を密集させて接合する場合にも、何
らの加工上の制限を受けることがない。また、管状部材
１内に流し込む亜鉛合金はんだ７の量を増大させること
により、接合面積が増大し、結果として接合強度が増大
する。

【００２６】〔第２の実施形態〕次に、図２に基づいて
第２の実施形態について説明する。この実施形態にかか
る管状部材１の接合方法においては、上記した第１の実
施形態とその主要な接合行程を共通にしている。しかし
ながら、本実施形態においては、超音波振動を印加する
手法が第１の実施形態とは異なっている。即ち、超音波
振動を印加するのに、管状部材１の内径より細い超音波
ホーン９ａを用い、溶融した亜鉛合金はんだ７中に超音
波ホーン９ａを挿入する。そして、亜鉛合金はんだ７に
直接超音波振動を印加するようになっている（図２
（Ｃ））。このように構成しても、管状部材１及び接合
部材３と亜鉛合金はんだ７との境界領域に合金が形成さ
れ、強固に管状部材１と接合部材３とが接合される。

【００２７】ここで、直接溶融した亜鉛合金はんだ７中
に超音波ホーン９ａを挿入する場合には、超音波ホーン
９ａは耐熱性のあるステンレス等の材料を用いることが
好適である。また、亜鉛合金はんだ７に直接超音波振動
を印加する構成の場合には、管状部材１に力が加わらな
いので、第１の実施形態で用いたような台１３は不要と
なる。

【００２８】〔第３の実施形態〕次に、図３に基づいて
第３の実施形態について説明する。この実施形態にかか
る管状部材１の接合方法においては、上記した第１の実
施形態とその主要な接合行程を共通にしている。しかし
ながら、本実施形態においては、亜鉛合金はんだ７ａの
供給方法が第１の実施形態とは異なっている。即ち、当
該実施形態においては、固体状の亜鉛合金はんだ７ａを
用いる。

【００２９】具体的に説明すると、予め所定の大きさ及
び形状に形成した亜鉛合金はんだ７ａのブロックを管状
部材１と接合部材３の接合領域５に配設する（図３
（Ａ））。亜鉛合金はんだ７ａの形状としては管状部材
１の内部に配置できるように円筒状で且つ管状部材１の
内径より小さなものである。但し、形状としては円筒状
に限定されるものではなく、角柱状のものや球形状のも
のでもよい。以後の加熱によって溶融させるものだから
である。

【００３０】固体状の亜鉛合金はんだ７ａを管状部材１
の内部に配設した後は、管状部材１及び接合部材３の全
体を亜鉛合金はんだ７ａの融点以上の温度に加熱する。
加熱は、全体が均一に昇温するように加熱炉（図示略）
内で行う。これにより、固体状の亜鉛合金はんだ７ａが
管状部材１と接合部材３の接合領域５で溶融する（図３
（Ｂ））。そして、以後の行程は第１の実施形態と同様
である。ここで、亜鉛合金はんだ７ａの成分としては、
アルミニウムが約４〔重量％〕で、マグネシウムが1.5
〔重量％〕であり、残りが亜鉛となっている。そして、
この亜鉛合金はんだ７ａの融点は約３５２〔℃〕であ
る。また、超音波振動は管状部材１を介して印加し、そ
の印加条件は、周波数が１９〔ＫＨｚ〕，発振器出力６
００〜７００〔Ｗ〕そして印加時間は約５〔秒〕程度で
ある。但し、亜鉛合金はんだ７ａの成分及び超音波振動
の印加条件は上記のものに限定されるものではなく、種
々のものが考えられる。

【００３１】以上のように、固体状の亜鉛合金はんだ７
ａを管状部材１内の接合領域５に挿入し、その後溶融さ
せるようにしたので、予め溶融した亜鉛合金はんだを流
し込む場合と比較して、管状部材１の内壁に不要な亜鉛
合金はんだが付着することを有効に防止することができ
る。

【００３２】〔第４の実施形態〕次に、図４に基づいて
第４の実施形態について説明する。この実施形態にかか
る管状部材１の接合方法においては、上記した第３の実
施形態とその主要な接合行程を共通にしている。しかし
ながら、本実施形態においては、亜鉛合金はんだ７ａに
超音波振動を印加する手法が第３の実施形態とは異なっ
ている。即ち、超音波振動を印加するのに、管状部材１
の内径より細い超音波ホーン９ａを用い、溶融した亜鉛
合金はんだ７ａ中に超音波ホーン９ａを挿入する。そし
て、亜鉛合金はんだ７ａに直接超音波振動を印加するよ
うになっている（図４（Ｃ））。この点は、第２の実施
形態と共通している。

【００３３】〔第５の実施形態〕次に、図５ないし図６
に基づいて第５の実施形態について説明する。当該実施
形態は、本発明にかかる管状部材の接合方法を、自動車
等の内燃機関に使用される吸気マニホールド１５の製造
に適用した場合である。即ち、図５に示すように、吸気
パイプ１５ａをフランジ１５ｂに接合することを目的と
している。

【００３４】具体的に説明すると、図６に示すように、
吸気パイプ１５ａは３本が１組となっており、この吸気
パイプ１５ａを接合するフランジ１５ｂには吸気パイプ
１５ａに対応した所定の凹部１７が形成されている。こ
の凹部１７は、各吸気パイプ１５ａの一端部が正確に嵌
合されるように、その相互の間隔及び内径が適切に設定
されている。そして、接合に先立って、先ず、凹部１７
に固体状の亜鉛合金はんだ７ａを配設する（図６（Ａ）
参照）。この亜鉛合金はんだ７ａは吸気パイプ１５ａの
内径より小さなものとなっている。

【００３５】次に、吸気パイプ１５ａをフランジ１５ｂ
の凹部１７に嵌合する。これによって吸気パイプ１５ａ
の内部に固体状の亜鉛合金はんだ７ａが収納されること
となる（図６（Ｂ）参照）。そして、吸気パイプ１５ａ
及びフランジ１５ｂを加熱炉（図示略）等で加熱して吸
気パイプ１５ａの内部に収納されている亜鉛合金はんだ
７ａを溶融させる（図６（Ｃ）参照）。そして、亜鉛合
金はんだ７ａが溶融した状態で凝固する前に、フランジ
１５ｂ及び吸気パイプ１５ａを超音波ホーン９ｂの上に
担持する。そして、フランジ１５ｂを介して超音波振動
を印加する（図６（Ｃ）参照）。これにより、吸気パイ
プ１５ａ及びフランジ１５ｂと亜鉛合金はんだ７ａとの
接合領域に合金が形成される。

【００３６】しかる後、超音波振動の印加を停止し、吸
気パイプ１５ａ及びフランジ１５ｂを自然冷却させるこ
とによって溶融していた亜鉛合金はんだ７ａが凝固す
る。完全に冷えて凝固した後に、フランジ１５ｂ側から
各吸気パイプ１５ａに対応させて貫通口１１ａを形成す
ることにより、フランジ１５ｂ側と吸気パイプ１５ａと
が連通し、吸気マニホールド１５としての部材が完成す
る（図６（Ｄ）参照）。

【００３７】吸気マニホールド１５は、各吸気パイプ１
５ａ同士が隣接しているので、一般的な溶接方法では接
合することができない。外部から溶接用の電極を吸気パ
イプ１５ａの全周にわたって近接させるのは困難だから
である。このため、本発明を適用すれば、狭い領域に複
数の吸気パイプ１５ａが密集している場合でも、容易で
且つ接合強度に優れた接合を行うことができる。

【００３８】〔管状部材及び接合部材の変形例〕 〔第１の変形例〕次に図７ないし図１４に基づいて管状
部材及び接合部材の変形例について説明する。先ず、図
７に示す管状部材１ａ及び接合部材３ａにはそれぞれ対
応するテーパ２ａが形成されている。即ち、管状部材１
ａの内周壁の接合領域は、外側（下方）に向かって広が
るテーパ部となっている。また、接合部材３ａの端部に
も、管状部材１ａのテーパ部に対応して端部方向（上
方）に向かって細くなるようにテーパ部が形成されてい
る。このような形状とすることにより、管状部材１ａを
超音波ホーン（図１参照）で押圧した場合でも、管状部
材１ａが接合部材３ａに対して移動しない。このため、
図１（Ｃ）で用いたような台１３は不要となる。逆に、
超音波ホーンによる押圧力によって、管状部材１ａと接
合部材３ａの接合領域がより強固に接合される。

【００３９】〔第２の変形例〕図８に基づいて第２の変
形例について説明する。本変形例では、接合部材３ｂの
上端部に凸部２ｂを設けた形状となっている。このよう
な形状にすることにより、凸部２ｂが無い場合と比較し
て接合面積が増大する。即ち、亜鉛合金はんだ７ｂが管
状部材１ｂの内壁側に多く滞留するからである。この結
果、接合強度が向上する、という優れた効果を生じる。
また、本変形例では凸部２ｂを垂直方向に立ち上げてい
るが、これに限定されることなく、例えば傾斜をつけた
凸部としても良い。但し、本変形例の場合には、管状部
材１ｂの上方から超音波ホーン（図示略）を当接させる
と管状部材１ｂが降下してしまうので、接合作業に際し
ては第１の実施形態で用いた台１３（図１参照）を必要
とする。

【００４０】〔第３の変形例〕図９に基づいて第３の変
形例について説明する。本変形例では、管状部材１ｃの
直径が接合部材３ｃの直径とほぼ同等となっている。こ
のように構成することにより、管状部材１ｃの上端部に
超音波ホーン（図示略）を当接させても管状部材１ｃは
下方にずれないので、管状部材３ｃを支持するための台
は不要である。

【００４１】〔第４の変形例〕図１０に基づいて第４の
変形例について説明する。本変形例では、管状部材１ｄ
の直径が接合部材３ｄの直径より小さくなっている。こ
のように構成することにより、管状部材１ｄの上端部に
超音波ホーン（図示略）を当接させても管状部材１ｄは
下方にずれないので、管状部材１ｄを支持するための台
は不要である。

【００４２】〔第５の変形例〕図１１に基づいて第５の
変形例について説明する。本変形例では、管状部材１ｅ
の直径が接合部材３ｅの直径より小さくなっている。そ
して、接合部材３ｅの上端部が管状部材１ｅの内部に挿
入されている。このように構成することにより、管状部
材１ｅと接合部材３ｅとは適度な強度で嵌合されるの
で、超音波振動を印加する際に管状部材１ｅが安定した
状態となる。また、管状部材１ｅの上端部に超音波ホー
ン（図示略）を当接させても管状部材１ｅは下方にずれ
ないので、管状部材１ｅを支持するための台は不要であ
る。

【００４３】〔第６の変形例〕図１２に基づいて第６の
変形例について説明する。本変形例では、接合部材３ｆ
の上端部に円環状の溝２ｆが形成されている。そして、
この溝２ｆに管状部材１ｆの端部が挿入されて固定され
る。このように構成することにより、管状部材１ｆと接
合部材３ｆとは適度な強度で嵌合されるので、超音波振
動を印加する際に管状部材１ｆが安定した状態となる。
また、管状部材１ｆの上端部に超音波ホーン（図示略）
を当接させても管状部材１ｆは下方にずれないので、管
状部材１ｆを支持するための台は不要である。

【００４４】〔第７の変形例〕図１３に基づいて第７の
変形例について説明する。本変形例は、図１１に示した
第５の変形例とほぼ同様であるが、本変形例では、接合
部材３ｇの上端部に凸部２ｇが形成されている。このよ
うに構成することにより、溶融した亜鉛合金はんだ（図
示略）は管状部材１ｇとの接合領域に多く滞留するの
で、少ない亜鉛合金はんだの量で広い接合面積を得るこ
とができる。このため、接合強度が向上する。また、管
状部材１ｇの上端部に超音波ホーン（図示略）を当接さ
せても管状部材１ｇは下方にずれないので、管状部材１
ｇを支持するための台は不要である。更には、管状部材
１ｇと接合部材は一部が嵌合しているので、超音波振動
印加の際にも安定している。

【００４５】〔第８の変形例〕図１４に基づいて第８の
変形例について説明する。本変形例は、上端部が閉塞さ
れた接合部材３ｈを用いる。接合部材３ｈの具体的形状
は、管状部材１ｈとほぼ同等の外径を有する管状となっ
ている。そして、接合部材３ｈの端部が閉塞された側を
上方にして、この接合部材３ｈ上に管状部材１ｈを配置
する。

【００４６】管状部材１ｈの配置後に、管状部材１ｈの
内部に亜鉛合金はんだ（図示略）を挿入し、超音波振動
を印加して両者を接合する。接合された後には、接合部
材３ｈの閉塞壁に貫通口（図示略）を形成することによ
り、管状部材１ｈと接合部材３ｈとが連通する。以上の
ような構成を採る場合には、接合後に貫通口を形成する
のが容易である、という優れた効果を生じる。

【００４７】〔その他の例〕次に、複数の管状部材１ｉ
を密集させて接合する場合の例を図１５に基づいて説明
する。この例では、所定の板状部材３ｉに４本の管状部
材１ｉが接合されている。即ち、各管状部材１ｉは狭い
領域から四方にそれぞれ広がっている。このように管状
部材１ｉを密集させて接合する場合にも、管状部材１ｉ
の外部からは何らの加工も加えず、管状部材１ｉの内部
に亜鉛合金はんだ（図示略）を配設すると共に、単純に
超音波振動を印加するだけである。このため、どんな複
雑な形状の管状部材１ｉであっても、また、どんなに狭
い領域に管状部材１ｉが密集しても、適切に接合するこ
とができる。

【００４８】以上のような方法を用いて管状部材及び接
合部材を接合した場合の管状部材１及び接合部材３の金
属組織写真を図１６に示す。この金属組織写真から判る
ように、管状部材１と接合部材３との接合領域において
適切に亜鉛合金はんだ７が凝固し、両者を強固に接合し
ている。また、管状部材１と接合部材３の相互間にも溶
融した亜鉛合金はんだ７が浸入するので気密性も充分に
確保され、液体や気体のような流体を管状部材１内に流
す場合にも、内部の流体が漏洩することはない、という
優れた効果を生じる。

【００４９】また、図１７は、図１６における領域Ｘの
拡大した金属組織写真（４００倍）である。この接合に
使用した亜鉛合金はんだ７は、上記したように、アルミ
ニウムが約４〔重量％〕で、マグネシウムが1.5 〔重量
％〕であり、残りが亜鉛となっている。そして、この亜
鉛合金はんだ７の融点は約３５２〔℃〕である。また、
超音波振動は管状部材１を介して印加し、その印加条件
は、周波数が１９〔ＫＨｚ〕，発振器出力６００〜７０
０〔Ｗ〕そして印加時間は約５〔秒〕程度である。

【００５０】図１７から判るように、管状部材１と亜鉛
合金はんだ７の接合領域における境界部は確実に接合さ
れている。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、管状部
材の内部であって接合部材との接合領域に低融点合金を
配設し、しかる後、当該低融点合金に対し直接的若しく
は間接的に超音波振動を印加して管状部材と接合部材を
接合することとした。このため、外部から溶接法等によ
り狭い接合部を接合する場合と比較して、接合面積を大
きくとることができ、結果として接合強度を向上させる
ことができる、という優れた効果を生じる。

【００５２】また、本発明では溶接法で生じるような局
部的な加熱が行われないので、局部的な熱歪み等が生じ
ず、また、加熱温度も低いので管状部材や接合部材に対
する熱の影響を抑制することができる。

【００５３】また、本発明では、接合媒体である低融点
合金を管状部材の内部に配設し、外部から超音波振動を
印加するだけであるので、どんな複雑な形状でも接合す
ることができ、また、狭い領域に複数の管状部材が密集
している様な場所でも確実に接合することができる、と
いう優れた効果を生じる。

【００５４】加えて、予め管状部材や接合部材の接合領
域に低融点合金等をメッキしておく必要がないので、製
造行程の削減ができ、また、管状部材や接合部材の不要
な領域に低融点合金が付着せず、これらを除去するよう
な後処理も不要となる、という優れた効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図であり、
図１（Ａ）は管状部材と接合部材を嵌合させた状態を示
し、図１（Ｂ）は管状部材内の接合領域に亜鉛合金はん
だを流し込んだ状態を示し、図１（Ｃ）は超音波振動を
印加している状態を示し、図１（Ｄ）は自然冷却によっ
て亜鉛合金はんだが凝固した状態を示し、図１（Ｅ）は
接合部材に貫通口を形成した状態を示す。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図であり、
図２（Ａ）は管状部材と接合部材を嵌合させた状態を示
し、図２（Ｂ）は管状部材内の接合領域に亜鉛合金はん
だを流し込んだ状態を示し、図２（Ｃ）は超音波振動を
印加している状態を示し、図２（Ｄ）は自然冷却によっ
て亜鉛合金はんだが凝固した状態を示し、図２（Ｅ）は
接合部材に貫通口を形成した状態を示す。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す断面図であり、
図３（Ａ）は管状部材と接合部材を嵌合させた状態を示
し、図３（Ｂ）は管状部材内の接合領域に固体状の亜鉛
合金はんだを配設した状態を示し、図３（Ｃ）は超音波
振動を印加している状態を示し、図３（Ｄ）は自然冷却
によって亜鉛合金はんだが凝固した状態を示し、図３
（Ｅ）は接合部材に貫通口を形成した状態を示す。本発
明の第三の実施形態を示す側方断面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態を示す断面図であり、
図４（Ａ）は管状部材と接合部材を嵌合させた状態を示
し、図４（Ｂ）は管状部材内の接合領域に固体状の亜鉛
合金はんだを配設した状態を示し、図４（Ｃ）は超音波
振動を印加している状態を示し、図４（Ｄ）は自然冷却
によって亜鉛合金はんだが凝固した状態を示し、図４
（Ｅ）は接合部材に貫通口を形成した状態を示す。本発
明の第三の実施形態を示す側方断面図である。

【図５】接合前の吸気パイプとフランジを示す斜視図で
ある。

【図６】図５に開示した吸気パイプとフランジを接合す
る場合を示す断面図であり、図６（Ａ）はフランジの接
合領域に固体状の亜鉛合金はんだを配設した状態を示
し、図６（Ｂ）はフランジに吸気パイプを嵌合した状態
を示し、図６（Ｃ）は超音波振動を印加している状態を
示し、図６（Ｄ）は接合後にフランジに貫通口を形成し
た状態を示す。

【図７】管状部材及び接合部材の第１の変形例を示す断
面図である。

【図８】管状部材及び接合部材の第２の変形例を示す断
面図であり、図８（Ａ）は接合前の状態を示し、図８
（Ｂ）は接合して貫通口を形成した状態を示す。

【図９】管状部材及び接合部材の第３の変形例を示す断
面図である。

【図１０】管状部材及び接合部材の第４の変形例を示す
断面図である。

【図１１】管状部材及び接合部材の第５の変形例を示す
断面図である。

【図１２】管状部材及び接合部材の第６の変形例を示す
断面図である。

【図１３】管状部材及び接合部材の第７の変形例を示す
断面図である。

【図１４】管状部材及び接合部材の第８の変形例を示す
断面図である。

【図１５】複数の管状部材が隣接して接合されている状
態を示す斜視図である。

【図１６】本発明の接合方法によって接合された管状部
材と接合部材の断面を示す金属組織写真である。

【図１７】図１６に開示した管状部材と亜鉛合金はんだ
との境界領域Ｘの拡大した金属組織写真である。

【符号の説明】

１ 管状部材 ３ 接合部材 ５ 接合領域 ７ 低融点合金（亜鉛合金はんだ） １１ 貫通口 １５ａ 吸気パイプ １５ｂ フランジ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部が中空の管状部材と、この管状部材
   に接合される接合部材とを備え、 前記管状部材の一端に前記接合部材を当接させると共
   に、前記管状部材の内部であって前記接合部材との接合
   領域に低融点合金を配設し、しかる後、当該低融点合金
   に対し直接的若しくは間接的に超音波振動を印加して前
   記管状部材と接合部材を接合することを特徴とした管状
   部材の接合方法。
2. 【請求項２】 前記管状部材と接合部材との接合に際
   し、予め溶融した低融点合金を前記接合領域に流し込
   み、しかる後、超音波振動を印加して接合することを特
   徴とした請求項１記載の管状部材の接合方法。
3. 【請求項３】 前記管状部材と接合部材との接合に際
   し、固体状の低融点合金を前記接合領域に配設すると共
   に、当該低融点合金を加熱して溶融させ、しかる後、超
   音波振動を印加して接合することを特徴とした請求項１
   記載の管状部材の接合方法。
4. 【請求項４】 前記管状部材と接合部材との接合後に、
   当該接合部材の内部に中心軸に沿った貫通口を形成する
   ことを特徴とした請求項１，２又は３記載の管状部材の
   接合方法。
5. 【請求項５】 前記管状部材として吸気パイプを用い、
   且つ前記接合部材として前記吸気パイプが嵌合されるフ
   ランジを用いることを特徴とした請求項１，２，３又は
   ４記載の管状部材の接合方法。