JPH11123569A

JPH11123569A - 加圧接合方法

Info

Publication number: JPH11123569A
Application number: JP29282897A
Authority: JP
Inventors: Masatsune Kondo; 正恒近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】二部材の少なくとも一方が管状のものである場
合において、継手の軸方向の寸法を変化させることな
く、継手に高い接合強度を付与できる加圧接合方法を提
供する。【解決手段】アルミ系材料からなる管状の第１、２部材
１、２をろう材を介して軸方向に所定の重ね代で重ね合
わせる。そして、重ね合わされた重ね部Ｐを曲率を有す
る各押圧治具１５及び被押圧治具３１により径方向で加
圧することにより、重ね部Ｐで相対移動を生じさせつ
つ、ろう材の融点以上に第１、２部材１、２を加熱す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加圧接合方法に関す
る。この接合方法は、金属材料からなる管状の二部材を
接合してインテーク・マニホールド、エキゾースト・マ
ニホールド、サスペンション・メンバー、フレーム等を
得る場合に好適である。また、この接合方法は特に二部
材が薄肉のアルミ系材料からなる場合に好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接学会誌第６１巻（１９９２）
第４号第７５〜８２頁には、液相拡散接合（ＴＬＰ（Ｔ
ｒａｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄｕｓＰｈａｓｅ）Ｂ
ｏｎｄｉｎｇ）方法が開示されている。この接合方法
は、金属材料からなる二部材間にその金属材料に近い成
分をもつろう材からなる薄いインサート材を介在し、比
較的小さな圧縮応力の下、インサート材の融点以上に加
熱して等温凝固させる方法である。これにより二部材
は、インサート材の成分の拡散を生じて接合されること
となる。かかる接合方法は米国特許第３６７８５０号で
ある。同様の技術は特開平８−３００１６６号公報に
「管の突き合わせ接合方法」として開示されている。

【０００３】また、溶接学会論文集第４巻（１９８６）
第１号第５３〜５９頁には、拡散溶接部の密着部での酸
化皮膜の挙動についての報告がある。この報告によれ
ば、継手を構成する二部材を加熱するために、真空雰囲
気炉や還元雰囲気炉を採用したり、大気炉中でも二部材
が鉄系材料であればその鉄系材料にＳｉ、Ｂを添加した
りすることによって、二部材の相互の表面から酸化皮膜
を除去でき、これにより継手に高い接合強度を付与でき
ることが期待できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記液相拡散
接合方法は、上記前者の公報にも記載されているよう
に、二部材の端面を突き合わせて接合するものであり、
二部材を所定の重ね代で重ね合わせて接合するものでは
ない。このため、二部材が薄肉のものである場合にはこ
の接合方法を適用することができない。

【０００５】また、この接合方法では、インサート材を
二部材間に拡散させるために圧縮応力下で加熱している
にすぎず、インサート材は単に二部材間の界面に隙間が
できることを防いでいるにすぎない。このため、二部材
間には金属材料の酸化物からなる酸化皮膜が残留し、継
手の接合強度に不安を生じる。この点、この接合方法を
応用し、二部材をろう材を介して所定の重ね代で重ね合
わせ、ろう材の融点以上に加熱するとすれば、二部材が
薄肉のものである場合にも適用可能であると考えられ
る。しかしながら、これでも、二部材間の酸化皮膜を除
去しなければ、やはり接合強度に不安が残ることとな
る。特に、二部材がアルミ系材料である場合には、上記
後者の報告にも記載されているように、各二部材の表面
のアルミ酸化物が強固に界面に存在し続けるため、この
懸念が大きいと考えられる。

【０００６】このため、この接合方法において、仮に各
二部材の接合面近傍を相対移動させることとすれば、上
記後者の報告にも記載されているように、二部材間の酸
化皮膜の酸素が二部材側等に移動したり、酸化皮膜が細
かく分断されたりするため、二部材の金属材料が直接接
触し、継手の接合強度が向上することが期待できる。し
かしながら、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、両二部
材１、２が管状のものであったり、一方の部材１が管状
で、他方の部材３が部材１に対して直交するものである
場合には、一般的に部材１、２の軸方向に加圧して接合
面近傍を相対移動させるとすると、図６に示すように、
二部材１、２の重ね代ｌが増減してしまい、継手の軸方
向の寸法が変化してしまうこととなる。

【０００７】本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされ
たものであって、二部材の少なくとも一方が管状のもの
である場合において、継手の軸方向の寸法を変化させる
ことなく、継手に高い接合強度を付与できる加圧接合方
法を提供することを解決課題とする。特に、本発明は、
二部材がアルミ系材料である場合にも大きな効果を期待
できる加圧接合方法を提供することを解決課題とする。
また、二部材が薄肉のものである場合にも適用可能な加
圧接合方法を提供することを解決課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の加圧接合方法
は、金属材料からなる少なくとも一方が管状の二部材を
ろう材を介して該一方の部材の軸方向に所定の重ね代で
重ね合わせ、重ね合わされた重ね部を曲率を有する治具
により径方向で加圧することにより、該重ね部で相対移
動を生じさせつつ、該ろう材の融点以上に各該二部材を
加熱することを特徴とする。

【０００９】本発明の加圧接合方法では、少なくとも一
方が管状の二部材の重ね部を曲率を有する治具により径
方向で加圧するため、二部材の金属材料はその重ね部に
おいてその曲率に沿って擦り合わされるように相対移動
する。このため、この際に重ね代が増減することはな
く、継手の軸方向の寸法が変化しない。また、各二部材
の重ね部における相対移動により、二部材間の酸化皮膜
が除去され、継手に高い接合強度を付与できる。

【００１０】なお、かかる酸化皮膜除去効果は、二部材
がアルミ系材料である場合には、酸化皮膜が細かく分断
されることにより二部材の金属材料の直接接触を生じさ
せる。また、本発明の加圧接合方法では、二部材をろう
材を介して軸方向に所定の重ね代で重ね合わせるため、
二部材が薄肉のものである場合にも適用可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。まず、薄肉のアルミ系
材料からなる管状の二部材１、２（図５（Ａ）参照）を
用意する。また、図１に示す加圧接合装置を用意する。
この加圧接合装置では、移動可能な第１フレーム１１に
第１挿入部材１２のフランジ１２ａが図示しないボルト
により固定されている。第１挿入部材１２の中央には貫
通孔１２ｂが形成されており、貫通孔１２ｂ内には図示
しない油圧ポンプ等により伸縮されるロッド１３が延在
されており、このロッド１３の先端には逆円錐台形状の
カム１４が固定されている。第１挿入部材１２の先端に
はこのカム１４の回りで複数個に分割された押圧治具１
５がそれぞれ可撓性部材１６により固定されている。各
押圧治具１５は軸方向に凸状に湾曲する曲率の外周面１
５ａを有している。そして、かかる第１挿入部材１２を
第１部材１に挿入した後、第１押さえ部材１７を第１部
材１の外周に設け、第１押さえ部材１７のフランジ１７
ａを第１フレーム１１に固定する。こうして、第１部材
１の先端が第１挿入部材１２及び第１押さえ部材１７か
ら突出し、その先端内部に各押圧治具１５及びカム１４
が位置する状態として、第１フレーム１１に第１部材１
を固定する。

【００１２】他方、移動可能な第２フレーム２１に第２
挿入部材２２のフランジ２２ａが図示しないボルトによ
り固定されている。そして、かかる第２挿入部材２２を
第２部材１に挿入した後、第２押さえ部材２３を第２部
材２の外周に設け、第２押さえ部材２３のフランジ２３
ａを第２フレーム２１に固定する。こうして、第２部材
２の先端が第２挿入部材２２及び第２押さえ部材２３か
ら突出した状態として、第２フレーム２１に第２部材２
を固定する。

【００１３】また、加圧接合装置には、図示しない基台
に固定された第３フレーム３２に第１部材１を挿入可能
な内径をもつリング状の被押圧治具３１が固定されてい
る。この被押圧治具３１は軸方向に凹状に湾曲する曲率
の内周面３１ａを有している。また、被押圧治具３１に
は図示しない電源と接続された高周波コイル３３が内蔵
されている。

【００１４】そして、アルミ系材料を接合するための一
般的なろう材４（図１、２では図示せず。図３参照。）
を用意し、このろう材４を第１部材１の先端内周面又は
第２部材２の先端外周面に塗布する。この後、第１、２
フレーム１１、２１を作動させることにより、被押圧治
具３１内において、第１、２部材１、２を所定の重ね代
ｌで重ね合わせる。

【００１５】次いで、大気中において、高周波コイル３
３によりろう材４の融点以上に第１、２部材１、２を加
熱するとともに、図２に示すように、ロッド１３を縮小
してカム１４を貫通孔１２ｂに引き込み、各押圧治具１
５を外周方向に移動させる。これにより、第１、２部材
１、２は重ね合わされた重ね部Ｐが径外方向に加圧さ
れ、図中に矢印で示すように、第１、２部材１、２のア
ルミ系材料はその重ね部Ｐにおいて各押圧治具３１及び
被押圧治具３１の曲率に沿って擦り合わされるように相
対移動する。このため、この際に重ね代ｌが増減するこ
とはなく、継手の軸方向の寸法が変化しない。また、第
１、２部材１、２の酸化皮膜が細かく分断され、第１、
２部材１、２のアルミ系属材料の直接接触を生じる。

【００１６】こうして、図３に示すように、重ね部Ｐの
第１部材１と第２部材２との間から余分なろう材４が軸
方向前後に押し出されてフィレット５が形成される。こ
れにより、継手の重ね部Ｐ近傍の応力集中が緩和される
ため、疲労強度の大幅な向上が期待できる。また、接合
後、第１、２部材１、２の重ね部Ｐに残留する隙間を
０．１ｍｍ以下にすることができるため、母材破断が安
定的に得られ、継手に高い接合強度が期待できる。ま
た、このため、初期組付け時に圧入などの必要がなく、
第１、２部材１、２の間隙を大きくすることができるこ
とから、組付け作業性が改善される。

【００１７】したがって、この加圧接合方法によれば、
管状であってかつ薄肉のアルミ系材料からなる第１、２
部材１、２について、継手の軸方向の寸法を変化させる
ことなく、継手に高い接合強度を付与できる。また、こ
の加圧接合方法によれば、通常のろう付け方法や液相拡
散接合方法において必要な酸化皮膜を除去するためのフ
ラックスや雰囲気制御を要することなく、大気中の雰囲
気での接合が可能であるため、接合コストの低廉化も実
現できる。

【００１８】また、一般的なアーク溶接でこれら第１、
２部材１、２を溶接するとすれば、溶接トーチで継手位
置を適正な角度で狙わなければならず、このために第
１、２部材１、２に形状の制約を生じてしまうが、この
加圧接合方法では、高周波コイルによる加熱を採用して
いるため、自由な設計が可能である。なお、図１に示す
加圧接合装置では、外周面１５ａが凸状の各押圧治具１
５と内周面３１ａが凹状の被加圧治具３１とを用い、こ
れらが軸方向に対して同一位置で重ね部Ｐを加圧するこ
ととしたが、図４に示すように、ともに外周面６ａ、７
ａが凸状の押圧治具７と被加圧治具６とを用い、これら
を軸方向でオフセットすることもできる。

【００１９】また、二部材として、図５（Ｂ）に示すよ
うに、一方の部材１が管状で、他方の部材３が部材１に
対して直交するものを採用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る加圧接合装置を示す断面図であ
る。

【図２】実施形態に係り、加圧接合中を示す部分拡大断
面図である。

【図３】実施形態により得られた継手を示す部分拡大断
面図である。

【図４】変形形態を示す模式断面図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）共に、接合により得ようとする
継手の斜視図である。

【図６】接合により得ようとする継手の断面図である。

【符号の説明】

１…第１部材２…第２部材４…ろう材ｌ…重ね代Ｐ…重ね部１５…押圧治具３１…被押圧治具

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 103:10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料からなる少なくとも一方が管状の
二部材をろう材を介して該一方の部材の軸方向に所定の
重ね代で重ね合わせ、重ね合わされた重ね部を曲率を有
する治具により径方向で加圧することにより、該重ね部
で相対移動を生じさせつつ、該ろう材の融点以上に各該
二部材を加熱することを特徴とする加圧接合方法。