JPH1190621A - Method and device for connecting metal member - Google Patents

Method and device for connecting metal member

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JPH1190621A
JPH1190621A JP9270666A JP27066697A JPH1190621A JP H1190621 A JPH1190621 A JP H1190621A JP 9270666 A JP9270666 A JP 9270666A JP 27066697 A JP27066697 A JP 27066697A JP H1190621 A JPH1190621 A JP H1190621A
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JP
Japan
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metal member
joining
valve seat
metal
electrode
Prior art date
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Application number
JP9270666A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Nomura
誠治 野村
Satoshi Nanba
智 南場
Yukio Yamamoto
幸男 山本
Yukihiro Sugimoto
幸弘 杉本
Shinya Shibata
伸也 柴田
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily prevent the generation of partial fusions on the top side of a section supporting a metal member at a low cost even if deflection is produced on the supporting section by pressurizing, by means of forming a non-conducting part at the top of an electrode supporting section of a device with which metal members are jointed each other by pressurizing and heat- generating with energizing the metal members. SOLUTION: While a valve seat is placed on a jointing surface of a cylinder head main body 2 on the upper face of a lower electrode 25 of a connecting device 20, the lower face of an upper electrode 24 is brought into contact with the upper face part of the valve seat and the both electrodes are energized while the both members are pressed. A notch 28 is formed as non-conducting part on the lower part which is a contact part with the upper face part of the valve seat of the upper electrode 24. An insulating member can be stuck on the lower face part of the upper electrode 24 instead of the notch 28. In this way, the device is easily provided at low cost without having the connecting device 20 complicated or oversized even if a large deflection is produced by a high pressurizing force in an upper and a lower horizontal parts 21a and 21b of a supporting main body 21.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、第1の金属部材と
第2の金属部材とを、該両金属部材間の通電に伴う発熱
及び加圧により接合するようにした金属部材の接合方法
及び接合装置に関し、特に基端側で片持ち状に支持され
て互いに対向する1対の支持部にそれぞれ設けた2つの
電極を用いるものの技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of joining a first metal member and a second metal member by heating and pressurization caused by energization between the two metal members. The present invention relates to a joining apparatus, which belongs to the technical field of using two electrodes provided on a pair of supporting portions which are supported in a cantilever manner on a base end side and opposed to each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えばエンジンのシリンダヘ
ッドにおいてバルブシートをシリンダヘッド本体の吸気
及び排気用ポートの開口周縁部に接合する場合のよう
に、金属部材同士を接合する方法としては種々の方法が
知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been various methods for joining metal members to each other, for example, in a case where a valve seat is joined to a peripheral portion of an opening of an intake and exhaust port of a cylinder head body in an engine cylinder head. It has been known.

【0003】その方法として、例えば特開平8−100
701号公報に示されているように、バルブシートとA
l系シリンダヘッド本体とをAl−Zn系ろう材及びフ
ッ化物系フラックスによりろう付け接合するようにする
ことが提案されている。
[0003] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-100
No. 701, the valve seat and A
It has been proposed that an l-type cylinder head body is brazed and joined with an Al-Zn-based brazing material and a fluoride-based flux.

【0004】また、例えば特開昭58−13481号公
報に示されているように、両部材の接合面部における接
触抵抗加熱を利用した抵抗溶接により金属部材同士を接
合する方法が知られている。そして、この抵抗溶接で
は、例えば特開平6−58116号公報に示されている
ように、焼結材で構成されたバルブシートの空孔に金属
を溶浸することによって、焼結材内部の発熱量を低減し
て接合面部での発熱量を増大させるようにすることや、
例えば特開平8−270499号公報に示されているよ
うに、バルブシートの表面に皮膜を形成し、その皮膜を
シリンダヘッド本体との結合時に溶融させるようにする
ことが提案されている。
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-13481, for example, a method is known in which metal members are joined to each other by resistance welding utilizing contact resistance heating at a joint surface of both members. In this resistance welding, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-58116, a metal is infiltrated into holes of a valve seat formed of a sintered material, thereby generating heat inside the sintered material. Reducing the amount of heat to increase the amount of heat generated at the joint surface,
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-270499, it has been proposed to form a film on the surface of a valve seat and to melt the film at the time of coupling with a cylinder head body.

【0005】さらに、例えば特開平8−200148号
公報に示されているように、バルブシートとシリンダヘ
ッド本体とを、シリンダヘッド本体の接合面部に塑性変
形層を形成しつつ溶融反応層を形成することなく固相拡
散接合(圧接接合)するようにすることが提案されてい
る。
Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-200148, a molten reaction layer is formed while forming a plastically deformable layer on the joint surface of the cylinder head body with the valve seat and the cylinder head body. It has been proposed that solid-phase diffusion bonding (pressure welding) be performed without the need.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記抵抗溶
接による接合方法や固相拡散接合方法のように、金属部
材同士を該両部材間の通電に伴う発熱及び加圧により接
合する場合、通常、市販のスポット溶接機等と同様の接
合装置やそれを改良した接合装置を用いる。この接合装
置は、一般に、側方から見て一辺が開口された略コ字状
をなす支持本体と、該支持本体の両対向辺部(1対の支
持部)にそれぞれ設けられた2つの電極とを備えてい
る。そして、上記両支持部間においてその各電極を第1
の金属部材及び第2の金属部材の各接合面部と反対側に
それぞれ当接させて通電及び加圧を行うようになってい
る。
In the meantime, when metal members are joined to each other by heating and pressurization due to energization between the two members, as in the joining method by resistance welding and the solid-phase diffusion joining method, usually, A joining device similar to a commercially available spot welding machine or the like or a modified joining device is used. This joining device generally has a substantially U-shaped support body with one side opened when viewed from the side, and two electrodes provided on both opposing sides (a pair of support parts) of the support body. And Then, the respective electrodes are placed between the two supporting portions in the first direction.
The metal member and the second metal member are respectively brought into contact with the opposite sides of the respective joint surfaces so as to conduct electricity and pressurize.

【0007】しかし、上記接合装置を用いて通電及び加
圧を行って両金属部材を接合する場合、上記支持部は基
端側のみが支持された片持ち状とされているので、加圧
により撓みが生じて加圧力は支持本体の開口側(支持部
の先端側)が低くなり、その分だけ両部材の接合面部に
おける支持部先端側に相当する部分の接触抵抗が高くな
ってしまう。このため、両部材又はいずれか一方の部材
の支持部先端側が局所的に溶融して両部材間に隙間が生
じ、接合強度が安定しなくなる可能性がある。特に接触
抵抗を低くして発熱量を抑えようとする場合は、高加圧
力により支持部の撓みが大きくなり、局所的な溶融が著
しくなる。
However, when the two metal members are joined by energizing and pressurizing using the above-described joining device, the supporting portion is cantilevered with only the base end supported, so Due to the bending, the pressing force is reduced on the opening side of the support body (the tip side of the support portion), and the contact resistance of the portion corresponding to the support portion tip side in the joint surface of the two members is increased accordingly. For this reason, the front end side of the support portion of both members or one of the members may locally melt and a gap may be formed between the two members, and the bonding strength may not be stable. In particular, in the case where the contact resistance is reduced to suppress the heat generation, the bending of the support portion is increased by the high pressure, and the local melting becomes remarkable.

【0008】一方、上記両支持部の先端側端部同士を繋
いでその撓み量を小さくすることも考えられるが、接合
装置が大型複雑化すると共に、コストアップを招いてし
まうという問題がある。
On the other hand, it is conceivable to reduce the amount of bending by connecting the front end portions of the two support portions to each other, but there is a problem that the joining device becomes large and complicated and the cost is increased.

【0009】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記接合装置のよう
に、基端側で片持ち状に支持されて互いに対向する1対
の支持部間において第1の金属部材と第2の金属部材と
を、該両支持部にそれぞれ設けた2つの電極を用いた上
記両金属部材間の通電に伴う発熱及び加圧により接合す
る場合に、その接合装置の電極を改良することによっ
て、加圧により支持部に撓みが生じても、低コストで簡
単に、第1の金属部材又は第2の金属部材の支持部先端
側に局所的な溶融が生じるのを防止しようとすることに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a pair of support members which are supported in a cantilever manner at the base end side and opposed to each other, as in the above-described bonding apparatus. In the case where the first metal member and the second metal member are joined between the parts by heat generation and pressurization caused by energization between the two metal members using the two electrodes provided on the both support portions, By improving the electrode of the joining device, even if the supporting portion is bent by pressurization, low-cost and easy local melting of the first metal member or the second metal member on the tip side of the supporting portion. To prevent the occurrence of

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、電極において支持部の先端側に非
通電部を形成するようにした。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, a non-conducting portion is formed at the tip of the supporting portion in the electrode.

【0011】具体的には、請求項1の発明では、基端側
で片持ち状に支持されて互いに対向する1対の支持部間
において第1の金属部材と第2の金属部材とを、該両支
持部にそれぞれ設けた2つの電極を用いた上記両金属部
材間の通電に伴う発熱及び加圧により接合する接合方法
を対象とする。
Specifically, according to the first aspect of the present invention, the first metal member and the second metal member are provided between a pair of support portions which are supported in a cantilever manner on the base end side and face each other. The present invention is directed to a joining method in which two metal members provided on the both support portions are joined by heat and pressure generated by energization between the two metal members.

【0012】そして、上記少なくとも一方の電極におい
て上記支持部の先端側に非通電部を形成して通電を行う
ようにする。
In the at least one electrode, a non-conducting portion is formed on the tip side of the supporting portion to conduct electricity.

【0013】このことにより、支持部が撓んでその先端
側における接触抵抗が高くなっていても、電極の支持部
先端側に非通電部が形成されているので、第1の金属部
材及び第2の金属部材の支持部先端側に相当する部分を
流れる電流値は小さくなり、その部分の抵抗発熱量が過
大にはならなくなる。一方、電極に非通電部を設けるだ
けであるので、接合装置が大型化したりコストがアップ
したりするということはない。よって、低コストで簡単
に、第1の金属部材又は第2の金属部材の支持部先端側
が局所的に溶融するのを防止することができ、接合強度
を安定化させることができる。
Accordingly, even if the support portion is bent and the contact resistance at the distal end side is high, the non-conductive portion is formed at the distal end side of the support portion of the electrode. The value of the current flowing through the portion corresponding to the front end side of the supporting portion of the metal member becomes small, and the resistance heat generation amount at that portion does not become excessive. On the other hand, since only the non-conductive portion is provided on the electrode, there is no increase in the size of the joining device or increase in cost. Therefore, it is possible to easily and locally prevent the distal end side of the support portion of the first metal member or the second metal member from being locally melted, and to stabilize the bonding strength.

【0014】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、電極の非通電部を、該電極の第1の金属部材又は
第2の金属部材との当接部を切り欠くことにより形成す
るようにする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the non-conductive portion of the electrode is formed by cutting out a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. To do.

【0015】この発明により、電極を切り欠くだけで電
極に容易に非通電部を形成することができる。よって、
簡単な非通電部の具体的構成が容易に得られる。
According to the present invention, a non-conducting portion can be easily formed in the electrode only by cutting out the electrode. Therefore,
A specific configuration of a simple non-conductive portion can be easily obtained.

【0016】請求項3の発明では、請求項1の発明にお
いて、電極の非通電部を、該電極の第1の金属部材又は
第2の金属部材との当接部に絶縁部材を貼り付けること
により形成するようにする。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a non-conductive portion of the electrode is attached to an insulating member at a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. To form.

【0017】このことで、絶縁部材を貼り付けるだけで
簡単に電極に非通電部を形成することができる。よっ
て、請求項2の発明と同様の作用効果が得られる。
Thus, a non-conducting portion can be easily formed on the electrode only by attaching the insulating member. Therefore, the same function and effect as the second aspect of the invention can be obtained.

【0018】請求項4の発明では、請求項1〜3のいず
れかの発明において、予め第1の金属部材の接合面部
に、該第1の金属部材及び第2の金属部材よりも融点の
低いろう材と第1の金属部材との拡散層を介して上記ろ
う材層を形成しておき、上記第1の金属部材と第2の金
属部材とを、該両金属部材間の通電に伴う上記ろう材の
融点以上の温度への発熱及び加圧により、上記ろう材及
び第2の金属部材の拡散層を形成しかつ溶融したろう材
を両金属部材の接合面部間から排出しながら、上記両拡
散層を介した液相拡散状態で接合するようにする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, the bonding surface of the first metal member has a lower melting point than the first metal member and the second metal member. The brazing material layer is formed via a diffusion layer between the brazing material and the first metal member, and the first metal member and the second metal member are connected to each other by energization between the two metal members. By generating heat and pressurizing to a temperature not lower than the melting point of the brazing material and forming a diffusion layer of the brazing material and the second metal member and discharging the molten brazing material from between the joining surfaces of the two metal members, Bonding is performed in a liquid phase diffusion state via the diffusion layer.

【0019】このことにより、ろう材を排出して両拡散
層を介した状態で第1の金属部材と第2の金属部材とを
液相拡散接合するので、第2の金属部材表面部の酸化被
膜や汚れ等がろう材と共に排出されると共に、ろう材層
を介さずに両拡散層が直接的に接合される。また、通
常、ろう材の融点は低いが、そのろう材は排出され、僅
かに残っていたとしても、ろう材の成分の割合が拡散層
の形成により変化するので、接合後のろう材の融点を高
くすることができる。このため、固相拡散接合よりも接
合強度を高くすることができると共に、使用したろう材
以上に耐熱性をも向上させることができる。そして、こ
のように従来にない利点を有する液相拡散接合方法で
は、接合強度をより高くするためには、酸化被膜を破壊
したりろう材を有効に排出したりする必要があり、その
ためには加圧力を高くすることが必要となるので、第1
の金属部材又は第2の金属部材の支持部先端側における
局所的な溶融が避けられなくなる。しかし、この発明で
は、高加圧力により支持部の撓み量が大きくなったとし
ても、両金属部材の支持部先端側の抵抗発熱量が過大と
ならずに、その部分の局所的な溶融を防止することがで
きる。よって、両金属部材の接合強度を向上させつつ、
両金属部材の接合時における欠陥の発生を防止して、接
合強度を安定化させることができる。
With this, the first metal member and the second metal member are liquid-phase diffusion-bonded in a state where the brazing material is discharged and the two diffusion layers are interposed therebetween, so that the surface of the second metal member is oxidized. The coating and dirt are discharged together with the brazing material, and the two diffusion layers are directly joined without interposing the brazing material layer. Also, although the melting point of the brazing material is usually low, even if the brazing material is discharged and a little remains, the melting point of the brazing material after joining is changed because the ratio of the components of the brazing material changes due to the formation of the diffusion layer. Can be higher. Therefore, the joining strength can be increased as compared with the solid phase diffusion joining, and the heat resistance can be improved more than the brazing material used. In the liquid-phase diffusion bonding method having such an unprecedented advantage, in order to further increase the bonding strength, it is necessary to destroy the oxide film or to effectively discharge the brazing material. Since it is necessary to increase the pressing force, the first
Local melting of the metal member or the second metal member on the distal end side of the support portion cannot be avoided. However, according to the present invention, even if the amount of bending of the supporting portion is increased by the high pressure, the amount of resistance heat generated at the front end side of the supporting portion of both metal members is not excessively increased, and local melting of the portion is prevented. can do. Therefore, while improving the joining strength of both metal members,
The occurrence of defects at the time of joining the two metal members can be prevented, and the joining strength can be stabilized.

【0020】請求項5の発明では、請求項4の発明にお
いて、第1の金属部材は、Fe系材料からなり、第2の
金属部材は、Al系材料からなり、ろう材は、Zn系材
料からなるものとする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, the first metal member is made of an Fe-based material, the second metal member is made of an Al-based material, and the brazing material is a Zn-based material. Shall consist of

【0021】この発明により、Zn系のろう材は融点が
比較的低いので、ろう材の溶融及び排出を容易かつ確実
に行うことができる。しかも、Zn系のろう材はFe系
の第1の金属部材とFe−Znの拡散層を、またAl系
の第2の金属部材とAl−Znの拡散層をそれぞれ容易
に形成する。さらに、両拡散層を介した接合であるの
で、Fe−Alという脆い金属間化合物が生成するのを
有効に防止することができる。よって、請求項4の発明
における接合方法に最適な材料の組合せが得られる。
According to the present invention, since the melting point of the Zn-based brazing material is relatively low, the melting and discharging of the brazing material can be performed easily and reliably. In addition, the Zn-based brazing material easily forms the Fe-based first metal member and the Fe-Zn diffusion layer, and the Al-based second metal member and the Al-Zn diffusion layer, respectively. Further, since the bonding is performed via both diffusion layers, the generation of a brittle intermetallic compound of Fe-Al can be effectively prevented. Therefore, an optimum combination of materials for the joining method according to the fourth aspect of the invention can be obtained.

【0022】請求項6の発明では、請求項4又は5の発
明において、ろう材浴中の第1の金属部材の表面部に超
音波振動の付与によりろう材をコーティングすること
で、第1の金属部材にろう材層及び拡散層を形成するよ
うにする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, the first metal member in the brazing material bath is coated with the brazing material by applying ultrasonic vibration to the first metal member. A brazing material layer and a diffusion layer are formed on a metal member.

【0023】このことで、超音波によるキャビテーショ
ン作用により第1の金属部材の表面部の酸化被膜やメッ
キ層が破壊されるので、ろう材を第1の金属部材の表面
部に擦りつけるという機械的な摩擦を利用する方法より
も確実にろう材を第1の金属部材側に拡散させることが
できる。また、フラックスを用いたろう付けを行う場合
のようなフラックス除去のための後工程が不要である。
よって、簡単な方法でろう材と第1の金属部材との拡散
層を確実に形成することができ、両金属部材の接合強度
をより一層向上させることができる。
As a result, the oxide film and the plating layer on the surface of the first metal member are destroyed by the cavitation effect of the ultrasonic wave, so that the brazing material is rubbed against the surface of the first metal member. The brazing material can be more reliably diffused to the first metal member side than the method using the appropriate friction. Further, a post-process for removing the flux as in the case of performing brazing using the flux is unnecessary.
Therefore, the diffusion layer between the brazing material and the first metal member can be reliably formed by a simple method, and the joining strength between the two metal members can be further improved.

【0024】請求項7の発明では、請求項1〜6のいず
れかの発明において、第1の金属部材の内部に、該第1
の金属部材と第2の金属部材とを接合する前に予め高電
気伝導率材料を溶浸するようにする。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the first metal member is provided inside the first metal member.
Before joining the metal member and the second metal member, the high electrical conductivity material is infiltrated in advance.

【0025】このすることで、例えば焼結材のように内
部に空孔を有していても、その空孔は高電気伝導率材料
で満たされるので、加圧力の一部が空孔を潰すのに使わ
れるということはなく、加圧力の全てが直接的に両金属
部材の接合面部に加えられる。また、高電気伝導率材料
の溶浸により、通電時に第1の金属部材内部の発熱を抑
制して接合面部において有効に発熱させることができ
る。特に請求項4、5又は6の発明では、ろう材の溶融
及び排出を効果的に行うことができる。よって、両金属
部材の接合強度を有効に向上させることができる。
By doing so, even if there are pores inside such as a sintered material, for example, the pores are filled with the high electrical conductivity material, and a part of the pressing force crushes the pores. In this case, all of the pressing force is directly applied to the joint surface of the two metal members. In addition, by the infiltration of the high electrical conductivity material, heat generation inside the first metal member can be suppressed at the time of energization, and heat can be generated effectively at the joint surface. In particular, in the invention of claim 4, 5 or 6, the melting and discharge of the brazing material can be effectively performed. Therefore, the joining strength of both metal members can be effectively improved.

【0026】請求項8の発明では、請求項1〜7のいず
れかの発明において、第1の金属部材及び第2の金属部
材の接合は、第2の金属部材の接合面部を塑性流動させ
て行うようにする。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects of the present invention, the first metal member and the second metal member are joined by plastically flowing the joint surface of the second metal member. To do.

【0027】このことで、第2の金属部材表面の酸化被
膜が効果的に破壊されるので、第2の金属部材の表面を
特に保護しておく必要はない。一方、第2の金属部材の
塑性流動は、第1の金属部材及び第2の金属部材を加圧
するときにその加圧力を利用することで容易に行うこと
ができ、特別な手段は不要である。特に請求項4、5又
は6の発明では、第2の金属部材表面の酸化被膜や汚れ
がろう材と共に排出されるので、ろう材を第2の金属部
材側に確実に拡散させることができ、簡単な方法でろう
材と第2の金属部材との拡散層を確実に形成することが
できる。よって、両金属部材の接合強度のさらなる向上
化を図ることができる。
As a result, the oxide film on the surface of the second metal member is effectively destroyed, so that it is not necessary to particularly protect the surface of the second metal member. On the other hand, plastic flow of the second metal member can be easily performed by utilizing the pressing force when pressing the first metal member and the second metal member, and no special means is required. . In particular, in the invention of claim 4, 5 or 6, the oxide film and the dirt on the surface of the second metal member are discharged together with the brazing material, so that the brazing material can be surely diffused to the second metal member side, The diffusion layer between the brazing material and the second metal member can be reliably formed by a simple method. Therefore, the joint strength between the two metal members can be further improved.

【0028】請求項9の発明は、基端側で片持ち状に支
持されて互いに対向する1対の支持部と、該両支持部に
それぞれ設けられた2つの電極とを備え、両支持部間に
おいて第1の金属部材を第2の金属部材に、上記両電極
を用いた該両金属部材間の通電に伴う発熱及び加圧によ
り接合するようにした接合装置の発明である。
According to a ninth aspect of the present invention, there are provided a pair of support portions which are supported in a cantilever manner on the base end side and are opposed to each other, and two electrodes provided respectively on the both support portions. The present invention is an invention of a joining apparatus in which a first metal member is joined to a second metal member by heat and pressure generated by energization between the two metal members using both electrodes.

【0029】そして、この発明では、上記少なくとも一
方の電極において上記支持部の先端側に非通電部が形成
されているものとする。このことにより、請求項1の発
明と同様の作用効果が得られる。
In the present invention, it is assumed that a non-conducting portion is formed at the tip of the support portion in at least one of the electrodes. Thus, the same function and effect as the first aspect of the invention can be obtained.

【0030】請求項10の発明では、請求項9の発明に
おいて、電極の非通電部は、該電極の第1の金属部材又
は第2の金属部材との当接部における切欠部からなるも
のとする。このことで、請求項2の発明と同様の作用効
果を得ることができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the non-conducting portion of the electrode comprises a cutout portion at a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. I do. Thus, the same function and effect as the second aspect of the invention can be obtained.

【0031】請求項11の発明は、請求項9の発明にお
いて、電極の非通電部は、該電極の第1の金属部材又は
第2の金属部材との当接部に貼り付けられた絶縁部材か
らなるものとする。こうすることで、請求項3の発明と
同様の作用効果が得られる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the non-conductive portion of the electrode is an insulating member attached to a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. Shall consist of By doing so, the same operation and effect as the third aspect of the invention can be obtained.

【0032】請求項12の発明は、請求項9〜11のい
ずれかの発明において、第2の金属部材の接合面部を塑
性流動させて第1の金属部材と第2の金属部材とを接合
するように構成されているものとする。このことによ
り、請求項8の発明と同様の作用効果が得られる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the ninth to eleventh aspects, the first metal member and the second metal member are joined by plastically flowing the joint surface of the second metal member. It is assumed to be configured as follows. Thus, the same function and effect as the eighth aspect of the invention can be obtained.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施形態1)図1は、本発明の実施形態1に係る接合
装置20(図7参照)により製造された接合金属部材と
してのエンジンのシリンダヘッド1の要部を示し、この
シリンダヘッド1は、第2の金属部材としてのシリンダ
ヘッド本体2における4つの吸気及び排気用ポート2
b,2b,…の開口周縁部つまりバルブが当接する位置
に略リング状のバルブシート3,3,…(第1の金属部
材)が後述の如く接合されてなるものである。上記各ポ
ート2bの開口周縁部はシリンダヘッド1の下側から見
て略正方形状に並べられており、その各開口周縁部は各
バルブシート3との接合面部2aとされている。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a main part of an engine cylinder head 1 as a joining metal member manufactured by a joining device 20 (see FIG. 7) according to Embodiment 1 of the present invention. , Four intake and exhaust ports 2 in the cylinder head body 2 as the second metal member
The substantially ring-shaped valve seats 3, 3,... (first metal members) are joined to the peripheral edges of the openings b, 2b,. The peripheral edges of the openings of the ports 2b are arranged in a substantially square shape when viewed from the lower side of the cylinder head 1, and the peripheral edges of the openings are the joint surfaces 2a with the valve seats 3.

【0034】上記各バルブシート3の内周面部はバルブ
当接面部3cとされて、バルブ上面の形状に沿うように
上方に向かって径が小さくなるテーパ状に形成されてい
る。また、各バルブシート3の外周面部は、シリンダヘ
ッド本体2との第1接合面部3aであって、上記シリン
ダヘッド本体2の接合面部2aにより包囲されかつ内周
面と同様にテーパ状に形成されている。さらに、各バル
ブシート3の上面部は、シリンダヘッド本体2との第2
接合面部3bであって、内周側に向かって上方に傾斜し
ている。
The inner peripheral surface of each of the valve seats 3 is formed as a valve abutting surface 3c, and is formed in a tapered shape whose diameter decreases upward along the shape of the upper surface of the valve. The outer peripheral surface portion of each valve seat 3 is a first joint surface portion 3a with the cylinder head main body 2, is surrounded by the joint surface portion 2a of the cylinder head main body 2, and is formed in a tapered shape like the inner peripheral surface. ing. Further, the upper surface of each valve seat 3 is in the second position with the cylinder head body 2.
The joining surface portion 3b is inclined upward toward the inner peripheral side.

【0035】上記各バルブシート3はFe系材料からな
る焼結材であり、その内部には高電気伝導率材料として
のCu系材料が溶浸されている。この各バルブシート3
のシリンダヘッド本体2との第1及び第2接合面部3
a,3bには、図2に模式的に示すように、Zn−Al
系材料(約95重量%のZn成分及び約5重量%のAl
成分)からなるろう材と該バルブシート3との拡散接合
層5(拡散層)が形成されている。すなわち、この拡散
接合層5は、上記ろう材のZn成分がバルブシート3側
に拡散することにより形成されたFe−Znからなって
いる。
Each of the valve seats 3 is a sintered material made of an Fe-based material, and a Cu-based material as a high electrical conductivity material is infiltrated therein. This valve seat 3
First and second joint surfaces 3 with the cylinder head body 2
a, 3b, as schematically shown in FIG.
System material (about 95% by weight of Zn component and about 5% by weight of Al
A diffusion bonding layer 5 (diffusion layer) between the brazing material made of the above component and the valve seat 3 is formed. That is, the diffusion bonding layer 5 is made of Fe—Zn formed by diffusing the Zn component of the brazing material to the valve seat 3 side.

【0036】一方、上記シリンダヘッド本体2はAl系
材料からなり、このシリンダヘッド本体2の各バルブシ
ート3との接合面部2aには上記ろう材と該シリンダヘ
ッド本体2との溶融反応層6(拡散層)が形成されてい
る。すなわち、この溶融反応層6は、上記ろう材のZn
成分が溶融状態でシリンダヘッド本体2側に液相拡散す
ることにより形成されたAl−Znからなっている。
尚、上記ろう材の融点は、各バルブシート3及びシリン
ダヘッド本体2よりも低い。
On the other hand, the cylinder head main body 2 is made of an Al-based material, and a fusion reaction layer 6 (between the brazing material and the cylinder head main body 2) is formed on a joint surface 2a of the cylinder head main body 2 with each valve seat 3. Diffusion layer) is formed. That is, the molten reaction layer 6 is made of Zn of the brazing material.
It is made of Al-Zn formed by liquid phase diffusion of components in the molten state to the cylinder head main body 2 side.
The melting point of the brazing material is lower than that of each valve seat 3 and cylinder head body 2.

【0037】そして、上記各バルブシート3とシリンダ
ヘッド本体2とは、上記拡散接合層5及び溶融反応層6
を介した液相拡散状態で接合され、この拡散接合層5及
び溶融反応層6のトータルの厚さは1.0μm以下とさ
れている。尚、図2では、拡散接合層5及び溶融反応層
6間にろう材層7が形成されているが、このろう材層7
の厚さは極めて小さく実質的には殆ど無いと見做せる状
態にある。
The valve seat 3 and the cylinder head main body 2 are connected to the diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6.
The diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6 have a total thickness of 1.0 μm or less. In FIG. 2, a brazing material layer 7 is formed between the diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6.
Is extremely small and can be considered to be practically negligible.

【0038】以上の構成からなるシリンダヘッド1にお
いて各バルブシート3をシリンダヘッド本体2の各ポー
ト2b開口周縁部(接合面部2a)に接合してシリンダ
ヘッド1を製造する方法を説明する(尚、以下の製造工
程では、シリンダヘッド本体2及びバルブシート3の天
地は逆になっている)。
A method of manufacturing the cylinder head 1 by joining the valve seats 3 to the peripheral portions (joining surfaces 2a) of the ports 2b of the cylinder head body 2 in the cylinder head 1 having the above-described structure will be described. In the following manufacturing process, the top and bottom of the cylinder head body 2 and the valve seat 3 are reversed.

【0039】先ず、Fe系材料の粉末を焼結することに
よってバルブシート3を作製する。このとき、バルブシ
ート3は、図3に示すように、バルブシート3及びシリ
ンダヘッド本体2の接合時の加圧力に耐え得るように、
その内周側及び上側(図1では下側)に肉厚が厚くなる
ように形成されている。すなわち、この段階ではバルブ
当接面部3cは形成せず、内周面は真っ直ぐに上方に延
びるように、また上面は略水平状となるようにそれぞれ
形成する。さらに、シリンダヘッド本体2との第1接合
面部3aのテーパ角(図3のθ1)は約0.52rad
(30°)に、また第2接合面部3bの傾斜角(図3の
θ2)は約0.26rad(15°)にそれぞれ形成す
る。すなわち、上記第1接合面部3aのテーパ角θ1
は、小さすぎると、バルブシート3をシリンダヘッド本
体2に埋め込むのは容易ではあるが、シリンダヘッド本
体2の接合面部2aにおける酸化皮膜破壊作用効果が低
下する一方、大きすぎると、バルブシート3の埋め込み
が困難になると共に、バルブシート3の最外径が大きく
なりすぎて2つのポート2b,2bの間隔を狭くするこ
とができなくなるので、約0.52rad(30°)に
設定している。
First, the valve seat 3 is manufactured by sintering Fe-based material powder. At this time, as shown in FIG. 3, the valve seat 3 is designed to withstand the pressing force at the time of joining the valve seat 3 and the cylinder head main body 2.
The inner peripheral side and the upper side (the lower side in FIG. 1) are formed so as to be thicker. That is, at this stage, the valve contact surface portion 3c is not formed, and the inner peripheral surface is formed to extend straight upward and the upper surface is formed to be substantially horizontal. Further, the taper angle (θ1 in FIG. 3) of the first joint surface 3a with the cylinder head body 2 is about 0.52 rad.
(30 °), and the inclination angle (θ2 in FIG. 3) of the second joint surface 3b is formed at about 0.26 rad (15 °). That is, the taper angle θ1 of the first joint surface 3a
Is too small, it is easy to embed the valve seat 3 in the cylinder head body 2, but the oxide film destruction effect on the joint surface 2a of the cylinder head body 2 is reduced. Since the embedding becomes difficult and the outermost diameter of the valve seat 3 becomes too large to make it possible to narrow the interval between the two ports 2b, 2b, it is set to about 0.52 rad (30 °).

【0040】そして、Cu系材料の粉末を焼結すること
によって上記バルブシート3と略同径のリングを作製し
た後、このリングを上記焼結したバルブシート3の上面
に載せた状態で加熱炉に入れて溶融させることによりバ
ルブシート3の内部にCu系材料を溶浸させる。この
後、バルブシート3の上記第1及び第2接合面部3a,
3bを含む表面部全体に、酸化被膜形成防止等の観点か
らCuメッキ層(2μm程度)を施しておく。
A ring having substantially the same diameter as the valve seat 3 is manufactured by sintering a powder of a Cu-based material, and the ring is placed on the upper surface of the sintered valve seat 3 to form a heating furnace. Then, the Cu-based material is infiltrated into the interior of the valve seat 3 by being melted. Thereafter, the first and second joint surfaces 3a,
A Cu plating layer (about 2 μm) is applied to the entire surface including 3b from the viewpoint of preventing formation of an oxide film.

【0041】続いて、図5(a)に模式的に示すよう
に、上記バルブシート3の第1及び第2接合面部3a,
3bに拡散接合層5を介してろう材層7を形成する。こ
のバルブシート3にろう材層7及び拡散接合層5を形成
するには、ろう材浴中のバルブシート3の表面部に超音
波振動の付与によりろう材をコーティング(超音波メッ
キ)する。すなわち、図6に示すように、振動板11の
一端部を超音波発振機12に取り付け、上記バルブシー
ト3をこの振動板11の他端部の上面に載せた状態で有
底状容器13内のろう材浴14に浸漬する。この状態で
上記超音波発振機12から振動板11を介して超音波振
動をバルブシート3に付与すると、超音波によるキャビ
テーション作用によりバルブシート3の表面部のCuメ
ッキ層や僅かに形成されていた酸化被膜が破壊され、ろ
う材のZn成分がバルブシート3側に拡散してFe−Z
nからなる拡散接合層5が形成されると共に、この拡散
接合層5の表面側にろう材層7が形成される。このこと
で、ろう材をバルブシート3の表面部に擦りつけるとい
う機械的な摩擦を利用する方法よりも確実かつ容易に拡
散接合層5を形成することができる。尚、上記超音波メ
ッキの条件としては、例えば、ろう材浴温度を400
℃、超音波出力を400W、超音波振動付与時間を20
秒にそれぞれ設定すればよい。
Subsequently, as schematically shown in FIG. 5A, the first and second joint surfaces 3a, 3b of the valve seat 3 are formed.
A brazing material layer 7 is formed on 3b via a diffusion bonding layer 5. In order to form the brazing material layer 7 and the diffusion bonding layer 5 on the valve seat 3, the surface of the valve seat 3 in the brazing material bath is coated with a brazing material by applying ultrasonic vibration (ultrasonic plating). That is, as shown in FIG. 6, one end of the diaphragm 11 is attached to the ultrasonic oscillator 12, and the valve seat 3 is placed on the upper surface of the other end of the diaphragm 11 in the bottomed container 13. In a brazing material bath 14. In this state, when ultrasonic vibration is applied to the valve seat 3 from the ultrasonic oscillator 12 via the diaphragm 11, a Cu plating layer on the surface of the valve seat 3 and a slight amount are formed by cavitation by the ultrasonic waves. The oxide film is destroyed, and the Zn component of the brazing material diffuses to the valve seat 3 side to reduce the Fe-Z
A diffusion bonding layer 5 made of n is formed, and a brazing material layer 7 is formed on the surface side of the diffusion bonding layer 5. This makes it possible to form the diffusion bonding layer 5 more reliably and easily than a method using mechanical friction in which a brazing material is rubbed against the surface of the valve seat 3. The conditions for the ultrasonic plating include, for example, a brazing material bath temperature of 400.
° C, ultrasonic output 400 W, ultrasonic vibration application time 20
Seconds can be set for each.

【0042】次に、上記バルブシート3を、予め鋳造等
により作製しておいたシリンダヘッド本体2のポート2
b開口周縁部つまりバルブシート3との接合面部2aに
接合する。このとき、シリンダヘッド本体2の接合面部
2aは、図4(a)に示すように、接合完了時の形状
(バルブシート3の第1及び第2接合面部3a,3bと
同じ形状)とは異なり、約0.79rad(45°)の
テーパ角を有している。
Next, the valve seat 3 is connected to the port 2 of the cylinder head body 2 which has been manufactured in advance by casting or the like.
b, which is joined to the periphery of the opening, that is, to the joint surface 2a with the valve seat 3. At this time, the joining surface portion 2a of the cylinder head main body 2 is different from the shape at the time of joining completion (the same shape as the first and second joining surface portions 3a and 3b of the valve seat 3) as shown in FIG. , About 0.79 rad (45 °).

【0043】そして、バルブシート3をシリンダヘッド
本体2の接合面部2aに接合するには、図7に示すよう
に、市販のプロジェクション溶接機を改良した接合装置
20を用いて行う。この接合装置20は、側方から見て
一辺が開口された略コ字状をなす支持本体21を有して
おり、この支持本体21の互いに対向する上下水平部2
1a,21b(1対の支持部)は基端側の鉛直部21c
のみに支持された片持ち状とされている。上記支持本体
21の上側水平部21aの下部には加圧シリンダ22が
設けられ、この加圧シリンダ22の下側には、加圧シリ
ンダ22のシリンダロッド23に取り付けられかつこの
シリンダロッド23と同一軸上を上下移動可能な略円筒
状のCu製上側電極24が設けられている。一方、上記
下側水平部21bの上側には、移動台27を介してCu
製下側電極25が上側電極24に対向した状態で設けら
れ、この下側電極25の斜めに傾いた上面にシリンダヘ
ッド本体2を、その接合面部2aがシリンダヘッド本体
2の上側となるように載せることが可能とされている。
上記移動台27の下側水平部21bに対する水平方向位
置と下側電極25の上面の傾きとは調整可能とされてお
り、バルブシート3を接合する接合面部2aの中心軸が
鉛直方向となりかつ上側電極24の中心軸に略一致する
ように調整する。
In order to join the valve seat 3 to the joining surface 2a of the cylinder head main body 2, as shown in FIG. 7, a joining device 20 which is an improved version of a commercially available projection welding machine is used. The joining device 20 has a substantially U-shaped support body 21 having one side opened when viewed from the side, and the upper and lower horizontal portions 2 of the support body 21 facing each other.
1a and 21b (a pair of support portions) are vertical portions 21c on the base end side.
It is a cantilever supported only by. A pressurizing cylinder 22 is provided below the upper horizontal portion 21a of the support main body 21, and is attached to a cylinder rod 23 of the pressurizing cylinder 22 below the pressurizing cylinder 22 and is the same as the cylinder rod 23. A substantially cylindrical upper electrode 24 made of Cu that can move up and down on the axis is provided. On the other hand, on the upper side of the lower horizontal portion 21b, Cu
The lower electrode 25 is provided so as to face the upper electrode 24, and the cylinder head main body 2 is placed on the obliquely upper surface of the lower electrode 25 so that the joint surface 2 a is located above the cylinder head main body 2. It is possible to put on.
The horizontal position of the movable base 27 with respect to the lower horizontal portion 21b and the inclination of the upper surface of the lower electrode 25 can be adjusted, and the center axis of the joint surface 2a for joining the valve seat 3 is vertical and The adjustment is made so as to substantially coincide with the central axis of the electrode 24.

【0044】上記上側及び下側電極24,25は、支持
本体21の鉛直部21c内に収納された溶接電源26に
それぞれ接続され、下側電極25上面におけるシリンダ
ヘッド本体2の接合面部2aにバルブシート3を載せた
状態でそのバルブシート3の上面部に上側電極24の下
面部を当接させてバルブシート3及びシリンダヘッド本
体2を加圧シリンダ22により加圧しつつ上記溶接電源
26をONすると、電流がバルブシート3からシリンダ
ヘッド本体2へと流れるようになっている。そして、上
記上側電極24のバルブシート3上面部との当接部であ
る下面部には、図8(a)及び(b)に拡大して示すよ
うに、上下水平部21a,21bの先端側(支持本体2
1の開口側)に非通電部としての切欠部28が形成され
ている。
The upper and lower electrodes 24 and 25 are respectively connected to a welding power source 26 housed in the vertical portion 21c of the support main body 21, and a valve is provided on the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 on the upper surface of the lower electrode 25. When the lower surface of the upper electrode 24 is brought into contact with the upper surface of the valve seat 3 with the seat 3 placed thereon, the welding power source 26 is turned on while the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are pressed by the pressing cylinder 22. The current flows from the valve seat 3 to the cylinder head main body 2. 8A and 8B, the upper electrode 24 has a contact portion with the upper surface of the valve seat 3 on the lower end portion thereof, as shown in an enlarged manner in FIGS. (Support body 2
A cutout 28 as a non-conducting portion is formed on the side of the opening 1.

【0045】上記シリンダヘッド本体2を上記接合装置
20の下側電極25上面に載せ、バルブシート3を接合
する接合面部2aの中心軸が上側電極24と略一致する
ように移動台26の水平方向位置と下側電極24上面の
傾きとを調整した後、その接合面部2a上にバルブシー
ト3を載せる。このとき、図4(a)に示すように、バ
ルブシート3の第1及び第2接合面部3a,3bの角部
のみがシリンダヘッド本体2の接合面部2aに当接して
いる状態にある。
The cylinder head main body 2 is placed on the upper surface of the lower electrode 25 of the joining device 20, and the movable base 26 is moved in the horizontal direction so that the central axis of the joining surface 2 a joining the valve seat 3 substantially coincides with the upper electrode 24. After adjusting the position and the inclination of the upper surface of the lower electrode 24, the valve seat 3 is placed on the joint surface 2a. At this time, as shown in FIG. 4A, only the corners of the first and second joint surfaces 3a and 3b of the valve seat 3 are in contact with the joint surface 2a of the cylinder head body 2.

【0046】次いで、加圧シリンダ22の作動により上
側電極24を下側に移動させて上記バルブシート3の上
面に当接させ、この状態からバルブシート3及びシリン
ダヘッド本体2の加圧を開始する。この加圧力は294
20N(3000kgf)程度が望ましい。そして、図
9に示すように、この加圧力を保持しながら、加圧開始
から約1.5秒経過後に溶接電源26をONしてバルブ
シート3及びシリンダヘッド本体2間の通電に伴う抵抗
発熱によりろう材層7におけるろう材の融点以上の温度
への加熱を行い、そのろう材を溶融させる。この電流値
は70kA程度が望ましい。
Then, the upper electrode 24 is moved downward by the operation of the pressurizing cylinder 22 to come into contact with the upper surface of the valve seat 3, and pressurization of the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is started from this state. . This pressure is 294
About 20N (3000 kgf) is desirable. Then, as shown in FIG. 9, while maintaining this pressing force, the welding power source 26 is turned on about 1.5 seconds after the start of pressurization, and the resistance heat generated by energization between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is generated. As a result, heating is performed to a temperature equal to or higher than the melting point of the brazing material in the brazing material layer 7, and the brazing material is melted. This current value is desirably about 70 kA.

【0047】このとき、約95重量%のZn成分及び約
5重量%のAl成分からなるろう材の融点は、図11に
示すように、約380℃と極めて低く、通電開始から直
ぐに溶融する。また、上記抵抗発熱によりシリンダヘッ
ド本体2の接合面部2aは軟化し、図4(b)に示すよ
うに、加圧によりバルブシート3の第1接合面部3aと
第2接合面部3bとの角部がシリンダヘッド本体2の接
合面部2aを塑性流動させながらバルブシート3がシリ
ンダヘッド本体2に埋め込まれていく。このことで、シ
リンダヘッド本体2の接合面部2aの酸化被膜が確実に
破壊され、溶融したろう材のZn成分がシリンダヘッド
本体2側に液相拡散してAl−Znからなる溶融反応層
6を形成する(図5(b)参照)。
At this time, the melting point of the brazing material composed of about 95% by weight of the Zn component and about 5% by weight of the Al component is extremely low at about 380 ° C., as shown in FIG. Further, the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 is softened by the resistance heating, and as shown in FIG. 4B, the corner between the first joint surface 3a and the second joint surface 3b of the valve seat 3 is pressurized. The valve seat 3 is buried in the cylinder head body 2 while causing the joint surface 2a of the cylinder head body 2 to plastically flow. As a result, the oxide film on the joint surface portion 2a of the cylinder head body 2 is surely destroyed, and the Zn component of the molten brazing material diffuses in the liquid phase toward the cylinder head body 2 to form the molten reaction layer 6 made of Al-Zn. (See FIG. 5B).

【0048】一方、図5(c)に示すように、加圧によ
りろう材層7のろう材が殆ど全てバルブシート3の第1
及び第2接合面部3a,3bとシリンダヘッド本体2の
接合面部2aとの間から上記酸化被膜や汚れと共に排出
される。このため、ろう材層7を介さずに拡散接合層5
及び溶融反応層6が直接的に接合され、その両層5,6
間で拡散がより一層促進される。しかも、両層5,6を
介することでFe−Alという脆い金属間化合物が生成
するのを有効に防止することができる。したがって、バ
ルブシート3とシリンダヘッド本体2とは、拡散接合層
5及び溶融反応層6を介した液相拡散状態で接合され、
その結合強度は非常に高くなる。また、ろう材層7が僅
かに残っていたとしても、そのろう材のZn比率は拡散
により減少し、その融点は500℃程度以上まで上昇す
る(図11参照)。このため、接合後は使用したろう材
の融点以上の耐熱性を有することになる。
On the other hand, as shown in FIG. 5 (c), almost all the brazing material of the brazing
And, it is discharged together with the oxide film and the dirt from between the second joint surfaces 3a and 3b and the joint surface 2a of the cylinder head body 2. For this reason, the diffusion bonding layer 5 does not pass through the brazing material layer 7.
And the molten reaction layer 6 are directly joined to each other,
Diffusion between them is further promoted. In addition, the formation of a brittle intermetallic compound of Fe—Al can be effectively prevented through the two layers 5 and 6. Therefore, the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined in a liquid phase diffusion state via the diffusion joining layer 5 and the molten reaction layer 6,
Its bonding strength is very high. Even if a small amount of the brazing material layer 7 remains, the Zn ratio of the brazing material decreases due to diffusion, and its melting point rises to about 500 ° C. or higher (see FIG. 11). For this reason, after joining, it has heat resistance higher than the melting point of the brazing material used.

【0049】さらに、バルブシート3の内部に、高電気
伝導率のCu系材料が溶浸されているので、焼結により
生じた内部の空孔がCu系材料で満たされ、加圧力の一
部が上記空孔を潰すのに使われるということはなく、加
圧力の全てが直接的にシリンダヘッド本体2の接合面部
2aを塑性流動させかつろう材を排出するのに使用され
ると共に、通電時にバルブシート3内部の発熱を抑制し
てろう材を有効に溶融させることができる。
Further, since the inside of the valve seat 3 is infiltrated with a Cu-based material having a high electric conductivity, the pores formed by sintering are filled with the Cu-based material, and a part of the pressure is applied. Is not used to crush the above-mentioned hole, and all of the pressing force is used to directly plastically flow the joint surface portion 2a of the cylinder head body 2 and to discharge the brazing material. The heat generation inside the valve seat 3 can be suppressed, and the brazing material can be effectively melted.

【0050】また、支持本体21の上下水平部21a,
21bは片持ち状とされて、その上下水平部21a,2
1bの撓みにより加圧力は支持本体21開口側が低くな
り、その分だけ各接合面部2a、3a,3bにおける支
持本体21開口側に相当する部分の接触抵抗が高くなっ
ているので、開口側の発熱量が過大となり、シリンダヘ
ッド本体2が局部的に溶融してバルブシート3との隙間
が生じることがある。これを防止するため、上述の如
く、上側電極24の下面部において支持本体21開口側
に切欠部28を形成している。この場合、バルブシート
3及びシリンダヘッド本体2の支持本体21開口側に相
当する部分では電流値が小さくなる。このため、シリン
ダヘッド本体2において支持本体21の開口側が局所的
に溶融してバルブシート3との間に隙間が生じるという
ことはない。また、加圧シリンダ22のシリンダロッド
23と上側電極24との中心軸が一致しているので、そ
れらが一致していない装置に比べて上側電極24全体に
おける加圧力の差や上側電極24の水平方向位置の変化
を小さくすることができ、切欠部28の切欠きの程度は
少なくて済むと共に、シリンダヘッド本体2の接合面部
2aに対するバルブシート3の芯ずれを防止することが
できる。尚、上記切欠部28を設ける代わりに上側電極
24の下面部に絶縁部材を貼り付けることでも、シリン
ダヘッド本体2の局所的な溶融を防止することができ
る。
The upper and lower horizontal portions 21a,
The upper and lower horizontal portions 21a, 2b are cantilevered portions.
Due to the flexure of 1b, the pressing force is reduced on the opening side of the support main body 21, and the contact resistance of the joint surfaces 2a, 3a, 3b corresponding to the opening side of the support main body 21 is increased by that amount, so that the heat generation on the opening side is generated. If the amount becomes excessive, the cylinder head main body 2 may locally melt and a gap with the valve seat 3 may occur. In order to prevent this, as described above, the notch 28 is formed on the lower surface of the upper electrode 24 on the opening side of the support main body 21. In this case, the current value is small in portions corresponding to the valve seat 3 and the opening side of the support main body 21 of the cylinder head main body 2. For this reason, the opening side of the support main body 21 in the cylinder head main body 2 is not locally melted and a gap is formed between the support head 21 and the valve seat 3. Further, since the central axes of the cylinder rod 23 of the pressurizing cylinder 22 and the upper electrode 24 coincide with each other, the difference in the pressing force of the entire upper electrode 24 and the horizontal axis of the upper electrode The change in the directional position can be reduced, the degree of notch of the notch 28 can be reduced, and the misalignment of the valve seat 3 with respect to the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 can be prevented. It should be noted that local melting of the cylinder head main body 2 can also be prevented by attaching an insulating member to the lower surface of the upper electrode 24 instead of providing the cutout 28.

【0051】続いて、通電の開始から1.5〜2.5秒
経過後に溶接電源26をOFFして通電を停止すると、
バルブシート3はシリンダヘッド本体2の接合面部2a
に完全に埋め込まれた状態となる(図4(c)参照)。
このとき、加圧は停止しないでそのまま継続させる。す
なわち、溶融反応層6が完全に凝固冷却するまで加圧力
を保持して、バルブシート3とシリンダヘッド本体2と
の熱膨張率が異なることによる各接合面部2a、3a,
3bでの剥離や割れを防止する。
Subsequently, when 1.5 to 2.5 seconds have elapsed from the start of energization, the welding power source 26 is turned off to stop energization.
The valve seat 3 is a joint surface 2a of the cylinder head body 2.
(See FIG. 4 (c)).
At this time, the pressurization is continued without stopping. That is, the pressing force is maintained until the molten reaction layer 6 is completely solidified and cooled, and the respective joint surfaces 2 a, 3 a,.
3b prevents peeling and cracking.

【0052】尚、図10に示すように、通電の停止と略
同時に加圧力を低下させるのがより望ましい。すなわ
ち、大きな加圧力では変形能が小さくなる凝固直後にお
いて加圧により各接合面部2a、3a,3bで割れが生
じる可能性が高いので、収縮変形に追従させ得る程度の
加圧力まで低下させて、加圧による凝固後の各接合面部
2a、3a,3bでの割れを確実に防止する。
As shown in FIG. 10, it is more desirable to reduce the pressing force almost simultaneously with stopping the energization. That is, since there is a high possibility that cracks will occur in the joint surfaces 2a, 3a and 3b due to the pressure immediately after solidification where the deformability becomes small with a large pressing force, the pressing force is reduced to a level that can follow the shrinkage deformation, Cracks at the joint surfaces 2a, 3a, 3b after solidification by pressure are reliably prevented.

【0053】その後、通電の停止から約1.5秒経過後
に加圧を停止することによりバルブシート3とシリンダ
ヘッド本体2との接合が完了する。続いて、同じシリン
ダヘッド本体2において同様の作業を繰り返して残り3
つの接合面部2a,2a,…に各バルブシート3を接合
する。
Thereafter, the pressure is stopped about 1.5 seconds after the stop of the energization, and the joining of the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is completed. Subsequently, the same operation is repeated in the same cylinder head main body 2 so that the remaining 3
The valve seats 3 are joined to the two joining surfaces 2a, 2a,.

【0054】最後に、各バルブシート3の内周面部や上
面部等を切削加工することでバルブ当接面部3cを形成
する等して所定の形状に仕上げる。このことにより、シ
リンダヘッド本体2の各ポート2b開口周縁部に各バル
ブシート3が接合されたシリンダヘッド1が完成する。
Finally, the inner peripheral surface and the upper surface of each valve seat 3 are cut to form a valve abutting surface 3c and finished in a predetermined shape. Thus, the cylinder head 1 in which the valve seats 3 are joined to the peripheral portions of the openings of the ports 2b of the cylinder head body 2 is completed.

【0055】したがって、上記実施形態1では、バルブ
シート3とシリンダヘッド本体2とを、通電に伴う発熱
及び加圧により、拡散接合層5及び溶融反応層6を介し
た液相拡散状態で接合するようにしたので、接合強度が
高くかつ使用したろう材以上の耐熱性を有するシリンダ
ヘッド1を短時間で得ることができる。また、ろう材を
溶融しかつ排出することが可能なように加圧力や電流値
を設定するだけで済むので、高い接合強度が得られる条
件範囲が広い。しかも、焼ばめによる接合方法よりもバ
ルブシート3を格段に小形化することができるので、2
つのポート2b,2bの間隔を狭くしたりスロート径を
大きくしたりすることができる。さらに、断熱層が生じ
ることはなくてバルブ近傍の熱伝導率を向上させること
ができ、しかも、ポート2b,2b間に設けた冷却水通
路をバルブシート側により近づけることが可能であるの
で、バルブ近傍の温度を有効に低下させることができ
る。さらに、グロープラグやインジェクタをポート2
b,2b間に配設したとしても、その間の肉厚を十分に
確保することができる。よって、エンジンの性能、信頼
性及び設計の自由度を向上させることができる。
Therefore, in the first embodiment, the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined in a liquid-phase diffusion state via the diffusion joining layer 5 and the molten reaction layer 6 by the heat and pressure generated by energization. As a result, the cylinder head 1 having high bonding strength and heat resistance higher than that of the brazing filler metal used can be obtained in a short time. Further, since it is only necessary to set the pressing force and the current value so that the brazing material can be melted and discharged, the condition range in which high joining strength can be obtained is wide. In addition, the valve seat 3 can be made much smaller than the joining method by shrink fit,
The distance between the two ports 2b, 2b can be reduced or the throat diameter can be increased. Further, the thermal conductivity in the vicinity of the valve can be improved without forming a heat insulating layer, and the cooling water passage provided between the ports 2b, 2b can be made closer to the valve seat side. The temperature in the vicinity can be effectively reduced. In addition, connect a glow plug or injector to port 2
Even if it is arranged between b and 2b, the wall thickness between them can be sufficiently ensured. Therefore, the performance, reliability and design freedom of the engine can be improved.

【0056】また、上側電極24の支持本体21開口側
に切欠部28を形成する(又は絶縁部材を貼り付ける)
ようにしたので、高加圧力により支持本体21の上下水
平部21a,21bの撓み量が大きくても、接合装置2
0を大型複雑化することなく、低コストで容易にシリン
ダヘッド本体2における支持本体21開口側の局所的な
溶融を防止することができる。よって、各バルブシート
3及びシリンダヘッド本体2の接合時における欠陥の発
生を防止して、その接合強度を安定向上化させることが
できる。
A notch 28 is formed on the upper electrode 24 on the opening side of the support body 21 (or an insulating member is attached).
Thus, even if the amount of bending of the upper and lower horizontal portions 21a and 21b of the support body 21 is large due to the high pressing force, the joining device 2
0 can be easily prevented at low cost and locally on the opening side of the support main body 21 in the cylinder head main body 2 without increasing the size of the cylinder 0. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defects at the time of joining the respective valve seats 3 and the cylinder head main body 2, and to stably improve the joining strength.

【0057】尚、上記実施形態1では、各バルブシート
3を焼結により製造してその内部にCu系材料を溶浸す
るようにしたが、各バルブシート3内部の密度がある程
度確保されていれば、必ずしも溶浸する必要はない。ま
た、各バルブシート3を、焼結した後に鍛造を行って得
られる焼結鍛造材とすることにより、溶浸するのと同様
に、バルブシート3内部の空孔をなくすことができるの
で、ろう材を効果的に排出することができる。
In the first embodiment, the valve seats 3 are manufactured by sintering and the Cu-based material is infiltrated therein. However, the density inside each valve seat 3 is ensured to some extent. If so, it is not necessary to infiltrate. In addition, by forming each valve seat 3 as a sintered forged material obtained by forging after sintering, it is possible to eliminate voids inside the valve seat 3 in the same manner as infiltration. The material can be discharged effectively.

【0058】(実施形態2)図12は本発明の実施形態
2を示し、バルブシート3及びシリンダヘッド本体2の
接合時における通電の制御方法が上記実施形態1と異な
る。
(Embodiment 2) FIG. 12 shows Embodiment 2 of the present invention, and the method of controlling energization at the time of joining the valve seat 3 and the cylinder head main body 2 is different from that of Embodiment 1 described above.

【0059】すなわち、この実施形態では、一定の電流
値で連続して電流を流すのではなく、大小の電流値の繰
り返しからなるパルス通電としたものである。このパル
ス通電の大きい側の電流値は約70kAで一定であり、
小さい側の電流値は0に設定している。また、大電流値
パルスの通電時間は0.25〜1秒であり、小電流値パ
ルスの通電時間(電流を流していない時間)は0.1〜
0.5秒程度である。さらに、大電流値パルス数は3〜
9パルス(図12では4パルス)が望ましい。尚、加圧
開始から最初の大電流値パルスの通電開始までの時間及
び最後の大電流値パルスの通電停止から加圧停止までの
時間は上記実施形態1と同じ1.5秒である。
That is, in this embodiment, a current is not continuously supplied at a constant current value, but a pulse is applied by repeating a large and small current value. The current value on the larger side of the pulse current is constant at about 70 kA,
The smaller current value is set to zero. The energizing time of the large current value pulse is 0.25 to 1 second, and the energizing time of the small current value pulse (time during which no current is flowing) is 0.1 to 1 second.
It is about 0.5 seconds. Furthermore, the number of high current value pulses is 3 to
Nine pulses (four pulses in FIG. 12) are desirable. The time from the start of pressurization to the start of energization of the first large current value pulse and the time from the stop of energization of the last large current value pulse to stop of pressurization are 1.5 seconds, which is the same as in the first embodiment.

【0060】このようなパルス通電を行ったときのバル
ブシート3の温度変化を図13に示す。つまり、Fe系
材料からなるバルブシート3の熱容量はかなり小さいた
めに、バルブシート3の抵抗発熱による温度上昇が激し
く、特にその上下方向中央部では、上側電極24やシリ
ンダヘッド本体2への放熱が容易な上下端部に比べて放
熱し難く、最初の大電流値パルスの通電時には、バルブ
シート3及びシリンダヘッド本体2間の接触抵抗が高い
ので、抵抗発熱量も大きくてバルブシート3の上下方向
中央部の温度は、その最初の大電流値パルスの通電停止
時にはA1変態点以上となっている。この段階で、バル
ブシート3はシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋め込
まれた状態となっているので、通電を完全に停止するこ
とも可能であるが、バルブシート3はA1変態点以上の
温度から急激に冷却されるので、その上下方向中央部に
は焼きが入って硬さが上昇してしまうことになる。
FIG. 13 shows a change in the temperature of the valve seat 3 when such pulse current is applied. That is, since the heat capacity of the valve seat 3 made of the Fe-based material is considerably small, the temperature rise due to the resistance heat generation of the valve seat 3 is remarkable. It is harder to dissipate heat than the upper and lower ends, and the contact resistance between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is high when the first large current value pulse is applied. The temperature at the center is equal to or higher than the A1 transformation point when the first large current value pulse is stopped. At this stage, since the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, it is possible to completely stop the energization. However, the valve seat 3 is kept at a temperature above the A1 transformation point. Since it is rapidly cooled, its center in the vertical direction is baked and its hardness increases.

【0061】そこで、温度が少し低下した時点で2回目
の大電流値パルスの通電を行う。このとき、最初の大電
流値パルスの通電時とは異なり、冶金的接合により接触
抵抗が小さくなって抵抗発熱量は減少し、放熱も行われ
るので、最初と同じ電流値であってもそれ程温度上昇は
せず、このことを繰り返すことにより、徐冷されるた
め、バルブシート3の硬さは殆ど上昇しない。
Therefore, when the temperature is slightly lowered, the second large current value pulse is supplied. At this time, unlike the first energization of the large current value pulse, the contact resistance is reduced by metallurgical bonding, the resistance heating value is reduced, and heat is also released, so even if the current value is the same as the initial value, the temperature is not so much By repeating this process without increasing the hardness, the valve seat 3 hardly increases in hardness.

【0062】したがって、上記実施形態2では、パルス
通電によりバルブシート3の上下方向中央部の温度を徐
々に低下させるようにしたので、バルブシート3の硬さ
が大きく上昇することはなく、その内周面部を切削加工
するときの加工性の悪化を防止することができる。ま
た、バルブ当接面部3cが硬くなりすぎることによって
バルブが摩耗し易くなるのを有効に抑制することができ
る。
Therefore, in the second embodiment, the temperature of the central portion in the vertical direction of the valve seat 3 is gradually reduced by the pulse current, so that the hardness of the valve seat 3 does not increase significantly. Deterioration in workability when cutting the peripheral surface portion can be prevented. In addition, it is possible to effectively suppress the valve from being easily worn due to the valve contact surface 3c being too hard.

【0063】尚、上記実施形態2では、パルス通電の大
電流値を一定とし、小電流値を0としたが、これに限ら
ず、例えば、図14(a)に示すように、大電流値を段
階的に低下させていってもよく、図14(b)に示すよ
うに、小電流値を0とせずに大電流値と0との中間値に
設定してもよい。また、図14(c)に示すように、最
初の大電流値パルスの通電に続いて小電流値パルス(図
14(c)では0)を通電した後、電流値を時間に対し
て比例して減少させる連続通電に切り替えてもよく、最
初の大電流値パルスの通電停止後は、バルブシート3を
徐冷可能であれば、どのような通電制御を行ってもよ
い。
In the second embodiment, the large current value of the pulse current is fixed and the small current value is set to 0. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. May be reduced stepwise, and as shown in FIG. 14B, the small current value may be set to an intermediate value between the large current value and 0 without being set to 0. Further, as shown in FIG. 14 (c), after applying the first large current value pulse and then applying the small current value pulse (0 in FIG. 14 (c)), the current value is proportional to time. Alternatively, any energization control may be performed as long as the valve seat 3 can be gradually cooled after the energization of the first large current value pulse is stopped.

【0064】また、バルブシート3の上側電極24への
放熱を向上させるために、その上側電極24内に冷却水
を通して水冷するようにすることが望ましい。さらに、
図15に示すように、上側電極24の下部に、バルブシ
ート3の内周面部に対向する円筒状の突起部31を設
け、この突起部31の外周部に円周方向に略等間隔に設
けた複数のノズル32,32,…から上側電極24内の
冷却水をバルブシート3の内周面部に噴霧するようにし
てもよい。このことで、バルブシート3の上下方向中央
部を有効に冷却し、バルブシート3がA1変態点以上に
過熱されるのを防止することができる。
Further, in order to improve the heat radiation to the upper electrode 24 of the valve seat 3, it is desirable that the cooling water is passed through the upper electrode 24 and water-cooled. further,
As shown in FIG. 15, a cylindrical projection 31 facing the inner peripheral surface of the valve seat 3 is provided below the upper electrode 24, and is provided on the outer periphery of the projection 31 at substantially equal intervals in the circumferential direction. The cooling water in the upper electrode 24 may be sprayed onto the inner peripheral surface of the valve seat 3 from the plurality of nozzles 32, 32,. This effectively cools the central portion in the vertical direction of the valve seat 3 and can prevent the valve seat 3 from being overheated to the A1 transformation point or higher.

【0065】(実施形態3)図16は本発明の実施形態
3を示し、バルブシート3及びシリンダヘッド本体2の
接合時における通電の制御方法を上記実施形態1,2と
異ならせたものである。
(Embodiment 3) FIG. 16 shows Embodiment 3 of the present invention, in which the method of controlling energization at the time of joining the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is different from Embodiments 1 and 2. .

【0066】すなわち、この実施形態では、接合装置2
0が、バルブシート3の高さ方向の位置を検出するシー
ト位置検出手段としてのリミットスイッチ(図示せず)
を有し、バルブシート3がシリンダヘッド本体2に殆ど
完全に埋め込まれた状態となる接合位置で上記リミット
スイッチが作動するように構成されている。そして、通
電を開始した後、このリミットスイッチが作動すると、
通電開始時の初期電流値(約70kA)よりも小さい一
定の電流値に切り替えて通電するようになっている。そ
して、切り替え後の通電の停止は時間で行われ、初期電
流値の通電開始から1.5〜5秒で停止するようになっ
ている。
That is, in this embodiment, the joining device 2
0 is a limit switch (not shown) as a seat position detecting means for detecting the position of the valve seat 3 in the height direction.
And the limit switch is operated at a joint position where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2. Then, after the energization starts, when this limit switch operates,
The current is switched to a constant current value smaller than the initial current value (about 70 kA) at the start of energization. Then, the stop of the energization after the switching is performed in a time, and is stopped in 1.5 to 5 seconds from the start of the energization of the initial current value.

【0067】このようにバルブシート3がシリンダヘッ
ド本体2に殆ど完全に埋め込まれた状態で小さい電流値
に切り替えるという通電制御を行った場合の挙動につい
て説明する。
A description will be given of the behavior in the case where the energization control of switching the current value to a small current value in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head body 2 as described above.

【0068】先ず、通電開始時には、上記実施形態2で
説明したように、バルブシート3はAl系材料からなる
シリンダヘッド本体2よりも格段に温度が上昇するの
で、熱膨張率(線膨張係数)がシリンダヘッド本体2よ
りも小さいにも拘らず、熱膨張量は大きい。このため、
バルブシート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋
め込まれた状態で通電を完全に停止すると、バルブシー
ト3の収縮量がシリンダヘッド本体2よりも大きいの
で、バルブシート3に引張の熱応力が生じる。
First, at the start of energization, as described in the second embodiment, since the temperature of the valve seat 3 is significantly higher than that of the cylinder head body 2 made of an Al-based material, the coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient) is increased. Is smaller than the cylinder head body 2, but the thermal expansion amount is large. For this reason,
When energization is completely stopped in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, since the contraction amount of the valve seat 3 is larger than that of the cylinder head main body 2, tensile thermal stress is generated in the valve seat 3. .

【0069】そこで、初期電流値よりも小さい電流値に
切り替えて通電を行うと、上記実施形態2と同様に、バ
ルブシート3の温度は徐々に低下していく。一方、シリ
ンダヘッド本体2の温度はバルブシート3からの熱によ
り上昇するので、バルブシート3とシリンダヘッド本体
2との温度差は小さくなる。この状態で、通電を停止す
れば、収縮量の差は小さくなり、バルブシート3に生じ
る熱応力を低減することができる。
Therefore, when the current is switched to a current value smaller than the initial current value and the current is supplied, the temperature of the valve seat 3 gradually decreases as in the second embodiment. On the other hand, since the temperature of the cylinder head body 2 rises due to the heat from the valve seat 3, the temperature difference between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 becomes smaller. If the current supply is stopped in this state, the difference in the amount of contraction becomes small, and the thermal stress generated in the valve seat 3 can be reduced.

【0070】したがって、上記実施形態3では、バルブ
シート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋め込ま
れた状態で初期電流値よりも小さい電流値に切り替える
ようにしたので、バルブシート3及びシリンダヘッド本
体2の熱容量及び熱膨張率の差に起因して生じる熱膨張
量(収縮量)の差を小さくすることができる。よって、
バルブシート3に生じる引張の熱応力を低減し、その内
周面部に縦クラックが発生するのを防止することができ
る。
Therefore, in the third embodiment, the valve seat 3 is switched to a current value smaller than the initial current value in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, so that the valve seat 3 and the cylinder head main body are switched. The difference in the amount of thermal expansion (shrinkage) caused by the difference between the heat capacity and the coefficient of thermal expansion of the second element can be reduced. Therefore,
The tensile thermal stress generated in the valve seat 3 can be reduced, and the occurrence of vertical cracks on the inner peripheral surface can be prevented.

【0071】尚、上記実施形態3では、リミットスイッ
チの作動による切替後の電流値を一定としたが、これに
限らず、例えば、図17(a)に示すように、切替後の
電流値を時間に対して比例するように低下させていって
もよく、図17(b)に示すように、上記実施形態2と
同様に、リミットスイッチの作動後は大電流値が初期電
流値よりも小さいパルス通電としてもよい。さらに、上
記実施形態2と同じ通電制御方法であっても、同様の作
用効果を得ることができる。
In the third embodiment, the current value after switching by the operation of the limit switch is constant. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. As shown in FIG. 17B, the large current value is smaller than the initial current value after the limit switch is activated, as shown in FIG. Pulse current may be applied. Further, even with the same energization control method as in the second embodiment, the same operation and effect can be obtained.

【0072】また、上記実施形態3では、リミットスイ
ッチによりバルブシート3の高さ方向の位置を検出して
電流値を切り替えるようにしたが、光センサ等の位置検
出手段を用いてもよく、位置を検出する代わりに時間で
電流値を切り替えるタイミングを制御してもよい。この
場合、通電開始から0.25〜1秒(より望ましくは
0.25〜0.5秒)で電流値を切り替えるのが望まし
く、この時間であればバルブシート3がシリンダヘッド
本体2に殆ど完全に埋め込まれた状態で切り替わること
になる。
In the third embodiment, the current value is switched by detecting the position of the valve seat 3 in the height direction by the limit switch. However, a position detecting means such as an optical sensor may be used. May be controlled instead of detecting the time. In this case, it is desirable to switch the current value within 0.25 to 1 second (more preferably, 0.25 to 0.5 second) from the start of energization. In this time, the valve seat 3 is almost completely connected to the cylinder head body 2. It will be switched in the state embedded in.

【0073】さらに、バルブシート3をシリンダヘッド
本体2に接合する前に、シリンダヘッド本体2を200
℃程度まで予熱しておくことが望ましい。このようにす
れば、それらの温度差はより一層小さくなって、熱応力
を低く抑えることができる。この結果、バルブシート3
の縦クラックの発生を確実に防止することができ、リミ
ットスイッチの作動後における電流値の切替を不要にす
ることもできる。このようにシリンダヘッド本体2を予
熱するには、上記接合装置20を用いればよい。すなわ
ち、接合装置20の上側及び下側電極24,25をカー
ボン製のものと交換し、その両電極24,25でシリン
ダヘッド本体2を挟んだ状態にして溶接電源をONする
ことにより予熱を行う。このとき、両電極24,25が
カーボン製であるので、自己発熱が大きく、シリンダヘ
ッド本体2を効率良く予熱することができる。このよう
にすれば、インライン化対応も可能となる。
Further, before joining the valve seat 3 to the cylinder head body 2, the cylinder head body 2 is
It is desirable to preheat to about ° C. By doing so, the temperature difference between them becomes even smaller, and the thermal stress can be kept low. As a result, the valve seat 3
Can reliably be prevented from occurring, and switching of the current value after operation of the limit switch can be made unnecessary. In order to preheat the cylinder head body 2 in this manner, the above-described joining device 20 may be used. That is, the upper and lower electrodes 24 and 25 of the joining device 20 are replaced with carbon electrodes, and the welding power source is turned on with the cylinder head body 2 sandwiched between the electrodes 24 and 25 to perform preheating. . At this time, since both electrodes 24 and 25 are made of carbon, self-heating is large and the cylinder head body 2 can be efficiently preheated. In this way, it is possible to cope with inlining.

【0074】また、図18に示すように、バルブシート
3の上部には内周面側に向かって高さが高くなる上面テ
ーパ部3dを設ける一方、上側電極24の下部には上記
バルブシート3の上面テーパ部3dが略嵌合する円錐状
の凹部34を形成しておき、バルブシート3の上面テー
パ部3dを上側電極24の凹部34に略嵌合した状態で
加圧するようにしてもよい。すなわち、このように加圧
すれば、バルブシート3の縮径方向にも加圧力が作用す
るので、バルブシート3の温度が上昇してもその膨張を
防止することができ、シリンダヘッド本体2との温度差
が大きくても収縮量の差は小さくなる。よって、この場
合でも、バルブシート3に縦クラックが発生するのを防
止することができる。
As shown in FIG. 18, an upper surface tapered portion 3 d whose height increases toward the inner peripheral surface is provided on the upper portion of the valve seat 3, while the valve seat 3 is provided below the upper electrode 24. A conical concave portion 34 into which the upper tapered portion 3d of the valve seat 3 substantially fits may be formed, and the pressure may be applied while the upper tapered portion 3d of the valve seat 3 is substantially fitted into the concave portion 34 of the upper electrode 24. . That is, when the pressure is applied in this manner, the pressing force acts also in the diameter reducing direction of the valve seat 3, so that even if the temperature of the valve seat 3 rises, the expansion can be prevented, and the cylinder head body 2 Is large, the difference in the amount of shrinkage is small. Therefore, even in this case, generation of a vertical crack in the valve seat 3 can be prevented.

【0075】さらに、図19に示すように、バルブシー
ト3の内周面側の応力集中を緩和すべく、内周面部と上
面部及び下面部との角部に面取り部3e,3eを形成す
ることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 19, chamfered portions 3e, 3e are formed at corners between the inner peripheral surface, the upper surface, and the lower surface in order to reduce stress concentration on the inner peripheral surface of the valve seat 3. It is desirable.

【0076】また、バルブシート3の内周面側は最終的
には削り取る部分であるので、その削り取る部分のみを
安価な材料として焼結するようにすることもできる。
Further, since the inner peripheral surface side of the valve seat 3 is a part to be finally cut off, only the part to be cut off can be sintered as an inexpensive material.

【0077】(実施形態4)図20は、本発明の実施形
態4に係る接合装置20の要部を示し(尚、図7と同じ
部分についてはその詳細な説明は省略し、異なる箇所の
みを説明する)、通電経路を上記実施形態1〜3とは異
ならせたものである。
(Embodiment 4) FIG. 20 shows a main part of a joining apparatus 20 according to Embodiment 4 of the present invention (note that the same parts as in FIG. 7 are not described in detail, and only different parts are shown. It will be described), and the energization paths are different from those of the first to third embodiments.

【0078】すなわち、この実施形態では、接合装置2
0は、上記実施形態1〜3と同様に下側電極25を有す
るが、この下側電極25は溶接電源26には接続されて
おらず、バルブシート3及びシリンダヘッド本体2を加
圧するためにのみ用いられている。そして、上側電極2
4は2つの第1及び第2電極24a,24bからなり、
この第1電極24aは上記実施形態1〜3と同じもので
ある。一方、上記第2電極24bは、第1電極24aを
上下移動させる加圧シリンダ22と同様の別の加圧シリ
ンダにより独立して上下移動可能とされている。また、
上記第2電極24bは、第1電極24aとは異なり、カ
ーボン製であり、この両電極24a,24bがそれぞれ
溶接電源26に接続されている。
That is, in this embodiment, the joining device 2
0 has a lower electrode 25 as in the first to third embodiments, but this lower electrode 25 is not connected to the welding power source 26 and is used to press the valve seat 3 and the cylinder head body 2. Only used. And the upper electrode 2
4 comprises two first and second electrodes 24a, 24b,
The first electrode 24a is the same as in the first to third embodiments. On the other hand, the second electrode 24b can be vertically moved independently by another pressure cylinder similar to the pressure cylinder 22 for vertically moving the first electrode 24a. Also,
Unlike the first electrode 24a, the second electrode 24b is made of carbon, and both electrodes 24a and 24b are connected to a welding power source 26, respectively.

【0079】上記第1及び第2電極24a,24bは、
同じシリンダヘッド本体2において新たに接合する未接
合バルブシート3及び前回接合した既接合バルブシート
3の上面にそれぞれ当接するようになっている。そし
て、溶接電源26をONすると、電流は、順に第1電極
24a、未接合バルブシート3、シリンダヘッド本体
2、既接合バルブシート3及び第2電極24bを流れ、
溶接電源26に戻るようになっている。このことで、既
接合バルブシート3は、未接合バルブシート3の接合時
の戻り側の通電経路とされている。
The first and second electrodes 24a and 24b are
In the same cylinder head body 2, it comes into contact with the upper surfaces of the unjoined valve seat 3 newly joined and the joined valve seat 3 joined previously, respectively. When the welding power source 26 is turned on, the current flows through the first electrode 24a, the unjoined valve seat 3, the cylinder head body 2, the already-joined valve seat 3, and the second electrode 24b in order.
It returns to the welding power source 26. Thus, the already-joined valve seat 3 serves as a return-side energization path when the unjoined valve seat 3 is joined.

【0080】したがって、上記実施形態4では、未接合
バルブシート3を接合するときに、既接合バルブシート
3側では抵抗発熱量が小さく既接合バルブシート3の内
部温度が未接合バルブシート3のように上昇することは
ないが、カーボン製の第2電極24bが自己発熱するの
で、上記実施形態2で説明したように、既接合バルブシ
ート3に焼きが入って硬さが上昇していたとしても、適
度に焼戻しを行うことが可能となる。しかも、インライ
ンで工程を増やすことなく既接合バルブシート3の焼戻
しを行うことができる。よって、接合時におけるバルブ
シート3の硬さの上昇という熱影響を効果的に抑えるこ
とができる。
Therefore, in the fourth embodiment, when the unjoined valve seat 3 is joined, the resistance heating value is small on the already-joined valve seat 3 side and the internal temperature of the already-joined valve seat 3 is the same as that of the unjoined valve seat 3. However, since the second electrode 24b made of carbon self-heats, even if the already joined valve seat 3 is hardened and hardened as described in the second embodiment. In addition, tempering can be performed appropriately. Moreover, the tempered valve seat 3 can be tempered without increasing the number of steps in-line. Therefore, it is possible to effectively suppress the thermal effect of increasing the hardness of the valve seat 3 at the time of joining.

【0081】尚、上記実施形態4では、第2電極24b
をカーボン製としたが、これは最も自己発熱量が大きい
材料であるので、既接合バルブシート3の温度が高くな
りすぎる場合には、第2電極24bを、例えば鉄製又は
黄銅製として焼戻しを有効に行えるものを選択すればよ
い。
In the fourth embodiment, the second electrode 24b
Is made of carbon. However, since this is a material having the largest self-heating value, if the temperature of the joined valve seat 3 becomes too high, the second electrode 24b is made of, for example, iron or brass, and tempering is effective. What can be done can be selected.

【0082】(実施形態5)図21は、本発明の実施形
態5に係る接合金属部材としてのディーゼルエンジンの
ピストン41を示し、このピストン41は、上記実施形
態1と同様に、Al系材料からなるピストン本体42
(第2の金属部材)の上部外周部にFe系材料からなる
耐摩環43(第1の金属部材)が、またピストン本体4
2の上部中央部に設けた燃焼室42a内のリップ部にF
e系(例えばオーステナイト系ステンレス鋼)の強化部
材44(第1の金属部材)がそれぞれ接合されてなる。
(Embodiment 5) FIG. 21 shows a piston 41 of a diesel engine as a joining metal member according to Embodiment 5 of the present invention. Piston body 42
A wear-resistant ring 43 (first metal member) made of an Fe-based material is provided on the upper outer peripheral portion of the (second metal member).
The lip in the combustion chamber 42a provided at the upper center of
The e-type (for example, austenitic stainless steel) reinforcing member 44 (first metal member) is joined to each other.

【0083】すなわち、従来は、耐摩環43を鋳ぐるん
でピストン本体42を鋳造しているが、ピストン本体4
2をT6熱処理してその強度を向上させようとしても、
耐摩環43を鋳ぐるんだ状態ではFe−Alという脆い
金属間化合物が生じるので、T6熱処理を行うことは不
可能である。しかし、この実施形態では、予めピストン
本体42をT6熱処理しておき、そのピストン本体42
に耐摩環43を接合することができる。また、たとえピ
ストン本体42に耐摩環43を接合した後にT6熱処理
したとしてもその耐熱性は良好であり、Fe−Alは生
じ難いので、問題はない。このため、ピストン41の耐
摩耗性及び強度の両方を向上させることができる。
That is, conventionally, the piston body 42 is cast by casting the wear ring 43, but the piston body 4
2 is T6 heat treated to improve its strength,
Since the brittle intermetallic compound of Fe-Al is generated when the wear ring 43 is cast, it is impossible to perform the T6 heat treatment. However, in this embodiment, the piston main body 42 is subjected to T6 heat treatment in advance, and the piston main body 42 is subjected to T6 heat treatment.
Can be joined to the wear ring 43. Even if the wear ring 43 is joined to the piston main body 42 and then subjected to T6 heat treatment, the heat resistance is good and Fe-Al is hardly generated, so there is no problem. Therefore, both the wear resistance and the strength of the piston 41 can be improved.

【0084】一方、ピストン本体42の燃焼室42a内
の壁部には、特に角隅部にクラックが生じ易いという問
題がある。しかし、この実施形態では、燃焼室42a内
のリップ部に強化部材44が接合されているので、燃焼
室42a内の壁部にクラックが発生するのを防止するこ
とができる。
On the other hand, the wall of the piston body 42 inside the combustion chamber 42a has a problem that cracks are likely to occur particularly at corners. However, in this embodiment, since the reinforcing member 44 is joined to the lip portion in the combustion chamber 42a, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the wall portion in the combustion chamber 42a.

【0085】(実施形態6)図22は、本発明の実施形
態6に係る接合金属部材としてのエンジンのシリンダブ
ロック51の要部を示し、このシリンダブロック51
は、上記実施形態1と同様に、Al系材料からなるシリ
ンダブロック本体52(第2の金属部材)のウォーター
ジャケット52aの上部にFe系材料からなるリブ部材
53(第1の金属部材)が接合されてなる。尚、54は
気筒内周面部に嵌め込まれた鋳鉄製のライナである。
(Embodiment 6) FIG. 22 shows a main part of an engine cylinder block 51 as a joining metal member according to Embodiment 6 of the present invention.
In the same manner as in the first embodiment, a rib member 53 (first metal member) made of an Fe-based material is joined to an upper portion of a water jacket 52a of a cylinder block body 52 (second metal member) made of an Al-based material. Be done. Reference numeral 54 denotes a cast iron liner fitted to the inner peripheral surface of the cylinder.

【0086】すなわち、従来は、シリンダブロック51
の剛性を向上させるために、そのシリンダブロック本体
52の鋳造時に砂中子を使用してウォータージャケット
部の上部にリブを一体で形成しているが、この方法で
は、鋳造時のサイクルタイムが長くなり、生産性が悪い
という問題がある。しかし、この実施形態では、シリン
ダブロック本体52の鋳造を容易にしつつ、リブ部材5
3を短時間でシリンダブロック本体52のウォータージ
ャケット52aの上部に接合することができ、シリンダ
ブロックの剛性を向上させることができる。このため、
気筒内周面部のライナ54の変形を防止することがで
き、LOCやNVH等のエンジン性能を向上させること
ができる。また、ライナレスにすることも可能となる。
That is, conventionally, the cylinder block 51
In order to improve the rigidity of the cylinder block 52, a rib is integrally formed on the upper portion of the water jacket portion using a sand core at the time of casting of the cylinder block body 52. However, this method requires a long cycle time at the time of casting. And there is a problem that productivity is poor. However, in this embodiment, the rib member 5 is formed while facilitating the casting of the cylinder block body 52.
3 can be joined to the upper part of the water jacket 52a of the cylinder block main body 52 in a short time, and the rigidity of the cylinder block can be improved. For this reason,
The deformation of the liner 54 on the inner peripheral surface of the cylinder can be prevented, and the performance of the engine such as LOC and NVH can be improved. Also, it can be made linerless.

【0087】尚、上記各実施形態では、第1の金属部材
と第2の金属部材とを、拡散接合層5及び溶融反応層6
を介した液相拡散状態で接合する場合に、上側電極24
の下面部における支持本体21開口側に切欠部28を設
けるようにしたが、従来例の如く固相拡散接合方法によ
り両金属部材を接合する場合のように、両金属部材間の
通電に伴う発熱及び加圧により接合する接合方法であれ
ばどのような場合でも、上側電極24の下面部における
支持本体21開口側に上記切欠部28を設けたり絶縁部
材を貼り付けたりすることにより、上記各実施形態と同
様の作用効果が得られる。
In each of the above embodiments, the first metal member and the second metal member are connected to the diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6.
When bonding in a liquid phase diffusion state through the
The notch 28 is provided on the opening side of the support main body 21 on the lower surface of the metal member. In any case of the joining method of joining by pressurization, the above-described implementation is performed by providing the notch 28 on the opening side of the support main body 21 on the lower surface of the upper electrode 24 or attaching an insulating member. The same operation and effect as in the embodiment can be obtained.

【0088】[0088]

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。先ず、第2の金属部材として、図23に示すよう
に、Al合金鋳物(JIS規格H5202に規定されて
いるAC4D)で試験片61を鋳造した。そして、この
試験片61に対してT6熱処理を施した。
Next, a specific embodiment will be described. First, as shown in FIG. 23, a test piece 61 was cast from an Al alloy casting (AC4D specified in JIS H5202) as a second metal member. Then, the test piece 61 was subjected to a T6 heat treatment.

【0089】続いて、表1に示すように、ろう材コーテ
ィング方法、シート形状及び第1接合面部のテーパ角θ
1を異ならせて5種類のFe系バルブシートを作製した
(実施例1〜5)。
Subsequently, as shown in Table 1, the brazing material coating method, the sheet shape, and the taper angle θ of the first joint surface portion
1 were made different to produce five types of Fe-based valve seats (Examples 1 to 5).

【0090】この表1において、ろう材コーティング方
法の欄における「Friction」とは、バルブシー
トの表面部に拡散接合層及びろう材層を形成する際、ろ
う材を擦りつけることによりコーティングを行う方法の
ことである。一方、「超音波」とは、上記実施形態1で
説明したように、超音波メッキによりろう材のコーティ
ングを行う方法のことである。また、シート形状の欄に
おける「薄肉」とは、図24に示すように、バルブシー
トが最終形状に近い形状をして肉厚が薄いことをいう。
一方、「厚肉」とは、図25に示すように、上記実施形
態と同様の形状をして肉厚が厚いことをいう。
In this Table 1, "Friction" in the column of the brazing material coating method is a method of coating by rubbing the brazing material when forming a diffusion bonding layer and a brazing material layer on the surface of the valve seat. That is. On the other hand, the “ultrasonic wave” is a method of coating a brazing material by ultrasonic plating as described in the first embodiment. Further, "thin" in the column of the seat shape means that the valve seat has a shape close to the final shape and is thin, as shown in FIG.
On the other hand, “thick” means that the wall has a large thickness in the same shape as the above embodiment, as shown in FIG.

【0091】尚、バルブシートの材料は、表2に示す成
分のものを使用した。この表2において、数値は重量%
であり、TCとは、総炭素量(遊離炭素(黒鉛)とセメ
ンタイトの炭素との合計量)のことである。
The materials of the valve seat used were those having the components shown in Table 2. In Table 2, the numerical values are% by weight.
And TC is the total carbon amount (total amount of free carbon (graphite) and carbon of cementite).

【0092】また、ろう材には、95重量%のZn成
分、4.95重量%のAl成分及び0.05重量%のM
g成分からなるものを使用した。
Further, the brazing filler metal contains 95% by weight of Zn component, 4.95% by weight of Al component and 0.05% by weight of M
What consisted of a g component was used.

【0093】さらに、各バルブシートの内部にはCu系
材料を溶浸し、表面にはCuメッキを施した。
Further, the inside of each valve seat was infiltrated with a Cu-based material, and the surface was plated with Cu.

【0094】上記実施例1〜5の各バルブシートを、上
記実施形態1と同様にして、接合装置により上記試験片
61に接合した。この接合時における加圧力及び電流値
は、表1に示す値に設定した。尚、電流値については、
加圧力の変化等によりバルブシート及び試験片61間の
接触抵抗が変化してバルブシートの埋め込み深さが変わ
るので、略同一埋め込み深さとなるように設定してい
る。
Each of the valve seats of Examples 1 to 5 was joined to the test piece 61 by a joining device in the same manner as in Embodiment 1. The pressure and current value at the time of this joining were set to the values shown in Table 1. In addition, about a current value,
Since the contact resistance between the valve seat and the test piece 61 changes due to a change in the applied pressure and the like, the embedment depth of the valve seat changes, so that the embedment depth is set to be substantially the same.

【0095】また、比較のために、厚肉形状でかつθ1
=0.52rad(30°)のバルブシート(表面にC
uメッキしたもの)を、加圧力及び電流値をそれぞれ2
9420N(3000kgf)及び70kAとして固相
拡散接合(圧接接合)した(比較例)。
For comparison, a thick-walled shape and θ1
= 0.52 rad (30 °) valve seat (C on the surface
u-plated), the applied pressure and the current value were 2
Solid-phase diffusion bonding (pressure welding) was performed at 9420N (3000 kgf) and 70 kA (comparative example).

【0096】次に、上記実施例1〜5及び比較例のバル
ブシートの接合強度を測定した。すなわち、図26に示
すように、試験片61を、バルブシート62の接合した
側が下側となるように治具台63の上面に置き、このと
き、バルブシート62がその治具台63に接触しないよ
うに、治具台63の略中央部に設けた貫通孔63aの上
側に位置させる。そして、試験片61の貫通孔61aの
上側から円筒状の加圧治具64を挿入してバルブシート
62を押し、バルブシート62が試験片61から抜けた
ときの抜き荷重を測定する。この抜き荷重が接合強度に
相当する。
Next, the joint strength of the valve seats of Examples 1 to 5 and Comparative Example was measured. That is, as shown in FIG. 26, the test piece 61 is placed on the upper surface of the jig base 63 so that the side where the valve seat 62 is joined is on the lower side. To prevent this, the jig table 63 is positioned above a through hole 63a provided substantially at the center of the jig table 63. Then, a cylindrical pressing jig 64 is inserted from above the through hole 61 a of the test piece 61 to push the valve seat 62, and a pulling load when the valve seat 62 comes off from the test piece 61 is measured. This removal load corresponds to the joining strength.

【0097】上記抜き荷重測定試験の結果を図27に示
す。この結果、実施例1と実施例2とを比較すること
で、超音波メッキによりバルブシートの表面部に拡散接
合層及びろう材層を形成する方が、ろう材を擦りつける
ことによりコーティングを行う方法よりも接合強度が向
上することが判る。これは、試験後のバルブシートの表
面には、実施例2においては後述の如く拡散接合層が残
っていた(図30参照)のに対し、実施例1においては
ろう材層や拡散接合層の痕跡が殆ど認められなかったこ
とから、実施例1では拡散接合層が完全に形成されてい
ないためと推定することができる。
FIG. 27 shows the results of the above-mentioned pulling load measurement test. As a result, by comparing Example 1 and Example 2, the case where the diffusion bonding layer and the brazing material layer are formed on the surface portion of the valve seat by ultrasonic plating is performed by rubbing the brazing material. It can be seen that the bonding strength is improved as compared with the method. This is because the diffusion bonding layer remained on the surface of the valve seat after the test in Example 2 as described later (see FIG. 30), whereas in Example 1, the brazing material layer and the diffusion bonding layer Since almost no trace was observed, it can be estimated that in Example 1, the diffusion bonding layer was not completely formed.

【0098】ここで、上記実施例2において、超音波メ
ッキした直後のバルブシート表面部の顕微鏡写真(倍率
約180倍)を図28に、また接合後におけるバルブシ
ート及び試験片61の接合面部の顕微鏡写真(倍率約3
60倍)を図29に、さらに抜き荷重測定試験後のバル
ブシート表面部の顕微鏡写真(倍率約360倍)を図3
0にそれぞれ示す。図28において、上側がバルブシー
トであり、その下側にはCuメッキ層ではなく薄い拡散
接合層を介してろう材層が形成されている。尚、バルブ
シート内部には、Cu系材料が溶浸された空孔が存在す
ることが判る。また、図29において、上側のバルブシ
ートと下側の試験片61との間には隙間がなくて拡散接
合層及び溶融反応層が明確に存在している。さらに、図
30において、バルブシートの表面部(下面部)には薄
く拡散接合層が残っていることが判る。
Here, a micrograph (approximately 180 times magnification) of the valve seat surface immediately after the ultrasonic plating in Example 2 is shown in FIG. 28, and the joint surface between the valve seat and the test piece 61 after joining is shown in FIG. Micrograph (approximately 3 magnifications)
FIG. 29 shows a microphotograph (approximately 360 times) of the surface of the valve seat after the pulling load measurement test.
0 is shown. In FIG. 28, the upper side is a valve seat, and the lower side is formed with a brazing material layer via a thin diffusion bonding layer instead of a Cu plating layer. In addition, it turns out that the hole which infiltrated the Cu-based material exists inside the valve seat. In FIG. 29, there is no gap between the upper valve seat and the lower test piece 61, and the diffusion bonding layer and the molten reaction layer are clearly present. Further, in FIG. 30, it can be seen that a thin diffusion bonding layer remains on the surface portion (lower surface portion) of the valve seat.

【0099】また、実施例2と実施例3とを比較するこ
とにより、厚肉形状のバルブシートの方が薄肉形状より
も抜き荷重が大きくなることが判る。これは、実施例2
のものは、バルブシートの各角部等に変形が生じている
ことから、変形によって接合面部に作用する実際の加圧
力が低下したためと推定することができる。
Further, by comparing Example 2 and Example 3, it can be seen that a thicker valve seat has a greater removal load than a thinner valve seat. This is similar to Example 2
Can be presumed to be due to the fact that the actual pressing force acting on the joint surface has decreased due to the deformation since the corners and the like of the valve seat are deformed.

【0100】そして、実施例3と実施例4とを比較する
ことにより、第1接合面部のテーパ角θ1が大きい実施
例4の方が、上記実施形態1で説明したように、酸化皮
膜破壊作用効果が優れていて、接合強度は大きくなるこ
とが判る。
By comparing Example 3 and Example 4, it can be seen that Example 4 having a larger taper angle θ1 of the first joint surface portion has an oxide film destruction effect as described in Embodiment 1 above. It can be seen that the effect is excellent and the bonding strength increases.

【0101】さらに、実施例4と実施例5とを比較する
と、加圧力が大きい実施例5の方が接合強度は高くなる
ことが判る。しかも、加圧力を29420N(3000
kgf)とすることで、比較例のものよりも接合強度が
格段に向上することが判る。
Further, comparing Example 4 and Example 5, it is found that Example 5 having a larger pressing force has higher bonding strength. Moreover, the pressing force is 29420N (3000
It can be seen that by setting to kgf), the joining strength is significantly improved as compared with the comparative example.

【0102】ここで、上記実施例5において、接合後に
おけるバルブシート及び試験片61の接合面部の電子顕
微鏡写真(倍率約10000倍)を図31に示す。この
図において、左側がバルブシート(白く見える部分を含
む)であり、右側が試験片61である。そして、その間
の灰色に見える部分が拡散接合層及び溶融反応層であ
る。この両層の厚みは約1μmであることが判る。尚、
この両層の元素を分析すると、Fe、Zn及びAlがそ
れぞれ検出された。
FIG. 31 shows an electron micrograph (magnification: about 10,000 times) of the joint surface of the valve seat and the test piece 61 after the joining in Example 5 described above. In this figure, the left side is a valve seat (including a portion that looks white), and the right side is a test piece 61. The gray portions between them are the diffusion bonding layer and the molten reaction layer. It can be seen that the thickness of both layers is about 1 μm. still,
When the elements in both layers were analyzed, Fe, Zn and Al were respectively detected.

【0103】上記加圧力の影響に関してさらに詳細に調
べるために、ろう材コーティング方法、シート形状及び
第1接合面部のテーパ角θ1を上記実施例4,5と同じ
にして加圧力を9807N(1000kgf)、147
10N(1500kgf)及び29420N(3000
kgf)にそれぞれ設定してバルブシートを試験片61
に接合し、上記最初に行った抜き荷重測定試験と同様
に、その抜き荷重を測定した。
In order to investigate the influence of the pressing force in more detail, the pressing force was set to 9807 N (1000 kgf) while the brazing material coating method, the sheet shape, and the taper angle θ1 of the first joint surface were the same as those in the above Examples 4 and 5. , 147
10N (1500kgf) and 29420N (3000
kgf) and set the valve seat to the test piece 61.
And the extraction load was measured in the same manner as in the initial extraction load measurement test.

【0104】また、加圧力が9807N(1000kg
f)のものと29420N(3000kgf)のものと
で接合後の試験片61の硬さを測定した。この硬さの測
定は、バルブシートの第1接合面部と第2接合面部との
角部(図33において接合面部からの距離=0の点)か
ら試験片61の外周側に向かってバルブシートが接合さ
れた側と反対側に約0.79rad(45°)傾いた方
向に沿って所定の距離ごとに行った。
When the pressing force is 9807 N (1000 kg
The hardness of the test piece 61 after bonding was measured for the test piece f) and that for 29420N (3000 kgf). The measurement of the hardness is based on the fact that the valve seat is moved from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat (point = 0 from the joint surface in FIG. 33) toward the outer peripheral side of the test piece 61. This was performed at predetermined intervals along a direction inclined by about 0.79 rad (45 °) to the side opposite to the joined side.

【0105】上記抜き荷重測定試験の結果を図32に、
また硬さ測定試験の結果を図33にそれぞれ示す。この
ことで、加圧力が大きいほど接合強度は高く、高加圧力
の方が試験片61の接合面部近傍の硬さが大きいことが
判る。これは、高加圧力の方が接触抵抗が低くて発熱量
が小さい分、試験片61の軟化が抑制されているからで
あり、軟化が抑えられると、塑性流動が確実に行われて
酸化皮膜の破壊作用効果が高まると共に、ろう材の排出
も確実に行われるためである。
FIG. 32 shows the results of the above-mentioned pulling load measurement test.
FIG. 33 shows the results of the hardness measurement test. From this, it can be seen that the higher the pressing force, the higher the bonding strength, and the higher the pressing force, the higher the hardness of the test piece 61 near the bonding surface. This is because the higher the applied pressure, the lower the contact resistance and the smaller the calorific value, so that the softening of the test piece 61 is suppressed. When the softening is suppressed, the plastic flow is reliably performed and the oxide film is formed. This is because the effect of the destruction of the brazing material increases and the brazing material is reliably discharged.

【0106】次いで、パルス通電の効果を調べるため
に、パルス通電を行うことによりバルブシートを試験片
61に接合した。このパルス通電の大電流値及び小電流
値はそれぞれ70kA及び0とした。また、大電流値パ
ルスの通電時間は0.5秒とし、小電流値パルスの通電
時間は0.1秒とした。さらに、大電流値パルス数は6
パルスとした。一方、比較のために、連続通電(60k
Aの電流値で2秒間通電)によりバルブシートを試験片
61に接合した。尚、加圧力はどちらも29420N
(3000kgf)とした。
Next, in order to examine the effect of the pulse current, the valve seat was joined to the test piece 61 by performing the pulse current. The large current value and the small current value of this pulse conduction were set to 70 kA and 0, respectively. The energizing time of the large current value pulse was 0.5 seconds, and the energizing time of the small current value pulse was 0.1 seconds. Furthermore, the pulse number of the large current value is 6
Pulsed. On the other hand, for comparison, continuous energization (60 k
The valve seat was joined to the test piece 61 by applying a current of A for 2 seconds). The pressure was 29420N for both
(3000 kgf).

【0107】そして、パルス通電及び連続通電により接
合したものについて、各々、バルブシートの上下両端部
(A部)及び上下方向中央部(B部)における接合前及
び接合後の硬さ、試験片61においてバルブシートの第
1接合面部と第2接合面部との角部から該試験片61の
外周側に向かってバルブシートが接合された側と反対側
に約0.79rad(45°)傾いた方向に沿った所定
距離ごとの硬さ並びに抜き荷重を測定した。
[0107] For those joined by pulsed and continuous energization, the hardness before and after joining at the upper and lower ends (A) and the central part (B) in the vertical direction of the valve seat, the test piece 61, respectively. In the direction inclined about 0.79 rad (45 °) from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat toward the outer peripheral side of the test piece 61 toward the side opposite to the side where the valve seat is joined. The hardness and the punching load were measured for each predetermined distance along.

【0108】上記接合前及び接合後の硬さ測定試験の結
果を図34に示す。このことで、連続通電により接合し
たものは、特に上下方向中央部(B部)の硬さが接合後
に非常に高くなるのに対し、パルス通電により接合した
ものは、徐冷により焼きが入らず、硬さが殆ど上昇して
いないことが判る。
FIG. 34 shows the results of the hardness measurement test before and after the joining. As a result, in the case of joining by continuous energization, the hardness of the central portion (part B) in the vertical direction becomes particularly high after joining, whereas in the case of joining by pulse energization, burning does not occur due to slow cooling. It can be seen that the hardness hardly increased.

【0109】また、接合面部からの距離による硬さ測定
試験の結果を図35に示す。この結果、パルス通電によ
り接合したものでは、バルブシートからの熱を受けるこ
とにより試験片61の硬さが低くなっていることが判
る。
FIG. 35 shows the results of a hardness measurement test based on the distance from the joint surface. As a result, it can be seen that the hardness of the test piece 61 is reduced by receiving heat from the valve seat in the case of joining by pulsed electric current.

【0110】さらに、抜き荷重測定結果を図36に示
す。以上のことから、パルス通電により、バルブシート
内部の徐冷を行って硬さが上昇するのを抑えつつ、試験
片61への放熱によりバルブシート及び試験片61の温
度差を低減して収縮量の差を小さくすることができ、し
かも、接合強度を向上させることができる。
FIG. 36 shows the results of measurement of the unloading load. From the above, it is possible to reduce the temperature difference between the valve seat and the test piece 61 by radiating the heat to the test piece 61 while suppressing the increase in hardness by performing the slow cooling inside the valve seat by the pulse current, and reducing the shrinkage amount. Can be reduced, and the bonding strength can be improved.

【0111】続いて、パルス通電においてバルブシート
が試験片61にどのように埋め込まれていくかを調べる
ために、加圧開始からの時間に応じてその埋め込み量y
(図37参照)を測定した。このとき、パルス通電の大
電流値は68kAとし、小電流値は0とした。また、大
電流値パルスの通電時間(H)、小電流値パルスの通電
時間(C)及び大電流値パルス数(N)は可変とし、基
本条件では、それぞれ0.5秒、0.1秒及び6パルス
とした。そして、この基本条件に対していずれか1つの
みを変えて試験を行った(変更条件については図38参
照)。
Subsequently, in order to examine how the valve seat is embedded in the test piece 61 in the pulse current application, the embedded amount y is determined according to the time from the start of pressurization.
(See FIG. 37). At this time, the large current value of the pulse current was set to 68 kA, and the small current value was set to 0. Also, the energizing time (H) of the large current value pulse, the energizing time (C) of the small current value pulse, and the number of large current value pulses (N) are variable, and are 0.5 seconds and 0.1 seconds, respectively, under basic conditions. And 6 pulses. Then, a test was performed by changing only one of these basic conditions (see FIG. 38 for the changed conditions).

【0112】上記埋め込み量測定試験の結果を図38に
示す。このことより、最初の大電流値パルスの通電によ
り殆ど埋め込みが完了し、後の通電では埋め込みは進行
していないことが判る。また、この試験の設定条件の範
囲では、埋め込み量は殆ど変わらない。但し、大電流値
パルスの通電時間が1秒と長い場合は、他の場合よりも
最初の大電流値パルスの通電のときから埋め込み量が僅
かに大きく、パルス数が9パルスと多い場合は、途中か
ら試験片61が軟化して埋め込みが進行することが判
る。したがって、最初の大電流値パルスの通電ではバル
ブシートの埋め込みが行える条件に、また2回目以降の
大電流値パルスの通電ではバルブシート内部の徐冷及び
シリンダヘッド本体への放熱が行える条件にそれぞれ設
定すればよい。
FIG. 38 shows the results of the embedding amount measurement test. From this, it can be seen that the embedding was almost completed by the first energization of the large current value pulse, and the embedding did not progress in the energization performed later. In addition, the embedding amount hardly changes within the range of the setting conditions of this test. However, when the energizing time of the large current value pulse is as long as 1 second, the embedding amount is slightly larger than at the time of energizing the first large current value pulse than in other cases, and when the number of pulses is as large as 9 pulses, It can be seen that the test piece 61 softens from the middle and the embedding proceeds. Therefore, the condition that the valve seat can be embedded in the first energization of the large current value pulse, and the condition that the slow cooling inside the valve seat and the heat radiation to the cylinder head body can be performed in the energization of the second and subsequent large current value pulses, respectively. Just set it.

【0113】最後に、バルブシートを焼結鍛造材とし、
これを29420N(3000kgf)の加圧力でパル
ス通電により試験片61に接合した。このとき、パルス
通電の大電流値は60kAとし、小電流値は0とした。
また、大電流値パルスの通電時間、小電流値パルスの通
電時間及び大電流値パルス数を、それぞれ0.5秒、
0.1秒及び4パルスとした。尚、比較のために、Cu
系材料で溶浸した焼結材からなるバルブシートを同様に
試験片61に接合した。但し、パルス通電の大電流値は
53kAとした。そして、バルブシートが焼結鍛造材の
ものと溶浸した焼結材のものとについて、試験片61に
おいてバルブシートの第1接合面部と第2接合面部との
角部から該試験片61の外周側に向かってバルブシート
が接合された側と反対側に約0.79rad(45°)
傾いた方向に沿った所定距離ごとの硬さを測定した。
Finally, the valve seat is made of a sintered forged material,
This was joined to the test piece 61 by applying a pulse current at a pressing force of 29420 N (3000 kgf). At this time, the large current value of the pulse current was set to 60 kA, and the small current value was set to 0.
Also, the energizing time of the large current value pulse, the energizing time of the small current value pulse, and the number of the large current value pulse are each 0.5 seconds,
0.1 seconds and 4 pulses. In addition, for comparison, Cu
A valve seat made of a sintered material infiltrated with a system material was similarly joined to the test piece 61. However, the large current value of the pulse current was 53 kA. The outer circumference of the test piece 61 is determined from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat in the test piece 61 for the case where the valve seat is a sintered forged material and the case where the valve sheet is a sintered material infiltrated. About 0.79 rad (45 °) on the side opposite to the side where the valve seat is joined toward the side
The hardness was measured at a predetermined distance along the inclined direction.

【0114】この結果を図39に示す。このことより、
溶浸した焼結材の方が試験片61内部の硬さが低いこと
が判る。これは、Cu系材料の溶浸によりバルブシート
内部の発熱が抑制されて接合面部において発熱が有効に
行われたために、試験片61が軟化したからである。し
かし、バルブシートが焼結鍛造材であっても接合は良好
に行われている。このことは、シート及び試験片61の
接合面部の顕微鏡写真(図40では倍率約50倍、図4
1では倍率約400倍)からも判る。これは、鍛造によ
りバルブシート内部の空孔が潰されて、溶浸したのと同
様の効果を有するからである。
FIG. 39 shows the result. From this,
It can be seen that the infiltrated sintered material has lower hardness inside the test piece 61. This is because the heat generation inside the valve seat was suppressed by the infiltration of the Cu-based material and the heat generation was effectively performed at the joint surface portion, so that the test piece 61 was softened. However, even if the valve seat is a sintered forged material, the joining is performed well. This can be seen from the micrograph of the joint surface between the sheet and the test piece 61 (approximately 50 times magnification in FIG. 40, FIG.
It can be seen from the magnification of about 400 for 1). This is because the holes inside the valve seat are crushed by forging and have the same effect as infiltration.

【0115】[0115]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1又は9の
発明によると、基端側で片持ち状に支持されて互いに対
向する1対の支持部間において第1の金属部材と第2の
金属部材とを、該両支持部にそれぞれ設けた2つの電極
を用いた上記両金属部材間の通電に伴う発熱及び加圧に
より接合する場合に、少なくとも一方の電極において上
記支持部の先端側に非通電部を形成して通電を行うよう
にしたことにより、低コストで簡単に、接合強度の安定
化を図ることができる。
As described above, according to the first or ninth aspect of the present invention, the first metal member and the second metal member are provided between a pair of supporting portions which are supported in a cantilever manner at the base end and face each other. When the metal member is joined by heat and pressure generated by energization between the two metal members using the two electrodes provided on the both support portions, at least one of the electrodes has a distal end side of the support portion. By forming a non-current-carrying portion in the first portion and performing current-carrying, stabilization of bonding strength can be easily achieved at low cost.

【0116】請求項2又は10の発明では、電極の非通
電部を、該電極の第1の金属部材又は第2の金属部材と
の当接部を切り欠くことにより形成するようにした。ま
た、請求項3又は11の発明では、電極の非通電部を、
該電極の第1の金属部材又は第2の金属部材との当接部
に絶縁部材を貼り付けることにより形成するようにし
た。したがって、これらの発明によると、簡単な非通電
部の具体的構成が容易に得られる。
According to the second or tenth aspect of the present invention, the non-conducting portion of the electrode is formed by cutting out a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. In the invention according to claim 3 or 11, the non-conductive portion of the electrode is
The electrode is formed by attaching an insulating member to a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. Therefore, according to these inventions, a simple specific configuration of the non-conductive portion can be easily obtained.

【0117】請求項4の発明によると、予め第1の金属
部材の接合面部に、第1及び第2の金属部材よりも融点
の低いろう材と第1の金属部材との拡散層を介して上記
ろう材層を形成しておき、上記第1の金属部材と第2の
金属部材とを、該両金属部材間の通電に伴う上記ろう材
の融点以上の温度への発熱及び加圧により、上記ろう材
及び第2の金属部材の拡散層を形成しかつ溶融したろう
材を両金属部材の接合面部間から排出しながら、上記両
拡散層を介した液相拡散状態で接合するようにしたこと
により、両金属部材の接合強度を向上させつつ、接合強
度の安定化を図ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, a diffusion layer of a brazing material having a lower melting point than the first and second metal members and the first metal member is provided in advance at the joint surface of the first metal member. The brazing material layer is formed, and the first metal member and the second metal member are heated and pressed to a temperature equal to or higher than the melting point of the brazing material due to energization between the two metal members. The diffusion layer of the brazing material and the second metal member is formed, and the molten brazing material is discharged from between the joining surfaces of the two metal members, and is joined in a liquid phase diffusion state via the two diffusion layers. Thereby, the joining strength can be stabilized while improving the joining strength between the two metal members.

【0118】請求項5の発明によると、第1の金属部材
をFe系材料とし、第2の金属部材をAl系材料とし、
ろう材をZn系材料としたことにより、請求項4の発明
における接合方法に最適な材料の組合せが得られる。
According to the fifth aspect of the present invention, the first metal member is made of an Fe-based material, the second metal member is made of an Al-based material,
By using a Zn-based material as the brazing material, an optimum combination of materials can be obtained for the joining method according to the fourth aspect of the present invention.

【0119】請求項6の発明によると、ろう材浴中の第
1の金属部材の表面部に超音波振動の付与によりろう材
をコーティングすることで、第1の金属部材にろう材層
及び拡散層を形成するようにしたことにより、簡単な方
法でろう材と第1の金属部材との拡散層を確実に形成す
ることができ、両金属部材の接合強度のさらなる向上化
を図ることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the surface of the first metal member in the brazing material bath is coated with the brazing material by applying ultrasonic vibration, so that the first metal member has a brazing material layer and a diffusion layer. By forming the layer, a diffusion layer between the brazing material and the first metal member can be reliably formed by a simple method, and the joint strength between the two metal members can be further improved. .

【0120】請求項7の発明によると、第1の金属部材
の内部に、該第1の金属部材と第2の金属部材とを接合
する前に予め高電気伝導率材料を溶浸するようにしたこ
とにより、両金属部材の接合強度を有効に向上させるこ
とができる。
According to the seventh aspect of the present invention, the high electrical conductivity material is infiltrated into the first metal member before joining the first metal member and the second metal member. As a result, the joining strength between the two metal members can be effectively improved.

【0121】請求項8又は12の発明によると、第1の
金属部材及び第2の金属部材の接合は、第2の金属部材
の接合面部を塑性流動させて行うようにしたことによ
り、両金属部材の接合強度をより一層向上させることが
できる。
According to the eighth or twelfth aspect of the present invention, the first metal member and the second metal member are joined by plastically flowing the joint surface of the second metal member. The joining strength of the members can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態1に係る接合装置により製造
された接合金属部材としてのエンジンのシリンダヘッド
の要部を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of an engine cylinder head as a joining metal member manufactured by a joining device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】バルブシート及びシリンダヘッド本体の接合状
態を模式的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a joined state of a valve seat and a cylinder head main body.

【図3】バルブシートの接合前の形状を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a shape of a valve seat before joining.

【図4】バルブシートのシリンダヘッド本体への接合手
順を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a procedure for joining a valve seat to a cylinder head body.

【図5】バルブシート及びシリンダヘッド本体の接合過
程を模式的に示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a joining process of a valve seat and a cylinder head main body.

【図6】ろう材浴中のバルブシートの表面部に超音波振
動の付与によりろう材をコーティングしている状態を示
す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a brazing material is coated by applying ultrasonic vibration to a surface portion of a valve seat in a brazing material bath.

【図7】接合装置を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing the joining device.

【図8】(a)は図7のVIII方向矢示図であり、(b)
は上側電極の下面図である。
8 (a) is a view in the direction of arrow VIII in FIG. 7, and FIG. 8 (b)
Is a bottom view of the upper electrode.

【図9】加圧及び通電の制御方法を示すタイミングチャ
ートである。
FIG. 9 is a timing chart showing a control method of pressurization and energization.

【図10】加圧制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing another example of the pressurization control method.

【図11】Al−Zn合金の状態図である。FIG. 11 is a phase diagram of an Al—Zn alloy.

【図12】実施形態2を示す図9相当図である。FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing the second embodiment.

【図13】パルス通電によるバルブシート内部の温度変
化を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a temperature change inside a valve seat due to pulsed current.

【図14】通電制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。
FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing another example of the energization control method.

【図15】バルブシート内周面部に冷却水を噴霧してい
る状態を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state in which cooling water is sprayed on the inner peripheral surface of the valve seat.

【図16】実施形態3を示す図9相当図である。FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing the third embodiment.

【図17】通電制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。
FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 9, illustrating another example of the energization control method.

【図18】バルブシートを縮径方向にも加圧してその熱
膨張を抑えるようにしている状態を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which the valve seat is also pressed in the diameter reducing direction to suppress the thermal expansion thereof.

【図19】バルブシートの他の形状例を示す図3相当図
である。
FIG. 19 is a view corresponding to FIG. 3, showing another example of the shape of the valve seat.

【図20】実施形態4に係る接合装置によりバルブシー
ト及びシリンダヘッド本体を接合している状態を示す要
部断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a main part showing a state where the valve seat and the cylinder head main body are joined by the joining device according to the fourth embodiment.

【図21】実施形態5に係る接合金属部材としてのエン
ジンのピストンを示す断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an engine piston as a bonded metal member according to the fifth embodiment.

【図22】実施形態6に係る接合金属部材としてのエン
ジンのシリンダブロックの要部を示す断面図である。
FIG. 22 is a sectional view showing a main part of a cylinder block of an engine as a joining metal member according to a sixth embodiment.

【図23】試験片を示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view showing a test piece.

【図24】薄肉形状のバルブシートを示す断面図であ
る。
FIG. 24 is a sectional view showing a thin valve seat.

【図25】厚肉形状のバルブシートを示す断面図であ
る。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a thick valve seat.

【図26】抜き荷重測定試験の要領を示す概略断面図で
ある。
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a procedure of a pulling load measurement test.

【図27】実施例1〜5及び比較例のバルブシートにお
いて抜き荷重測定試験の結果を示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing the results of a punching load measurement test on the valve seats of Examples 1 to 5 and Comparative Example.

【図28】超音波メッキした直後のバルブシート表面部
の状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 28 is a micrograph showing a state of a valve seat surface immediately after ultrasonic plating.

【図29】実施例2におけるバルブシート及び試験片の
接合状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 29 is a photomicrograph showing a joint state between a valve seat and a test piece in Example 2.

【図30】抜き荷重測定試験後のバルブシート表面部の
状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 30 is a photomicrograph showing the state of the valve seat surface after the pulling load measurement test.

【図31】実施例5におけるバルブシート及び試験片の
接合状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 31 is a photomicrograph showing a joint state between a valve seat and a test piece in Example 5.

【図32】接合時加圧力と抜き荷重との関係を示すグラ
フである。
FIG. 32 is a graph showing the relationship between the welding pressure and the unloading load.

【図33】試験片の接合面部からの距離による硬さの変
化を示すグラフである。
FIG. 33 is a graph showing a change in hardness depending on a distance of a test piece from a bonding surface portion.

【図34】連続通電及びパルス通電においてバルブシー
トの接合前後の硬さの変化を示すグラフである。
FIG. 34 is a graph showing changes in hardness before and after joining of a valve seat in continuous energization and pulse energization.

【図35】連続通電及びパルス通電において試験片の接
合面部からの距離による硬さの変化を示すグラフであ
る。
FIG. 35 is a graph showing a change in hardness depending on a distance from a joint surface of a test piece in continuous energization and pulse energization.

【図36】連続通電及びパルス通電において抜き荷重測
定試験の結果を示すグラフである。
FIG. 36 is a graph showing the results of an extraction load measurement test in continuous energization and pulse energization.

【図37】埋め込み量測定試験における埋め込み量yを
示す説明図である。
FIG. 37 is an explanatory diagram showing an embedding amount y in an embedding amount measurement test.

【図38】加圧開始からの時間と埋め込み量yとの関係
を示すグラフである。
FIG. 38 is a graph showing the relationship between the time from the start of pressurization and the embedding amount y.

【図39】バルブシートが焼結鍛造材のものと溶浸した
焼結材のものとにおいて試験片の接合面部からの距離に
よる硬さの変化を示すグラフである。
FIG. 39 is a graph showing a change in hardness according to a distance from a joint surface portion of a test piece in a case where a valve seat is a sintered forged material and in a case where a valve material is an infiltrated sintered material.

【図40】焼結鍛造材からなるバルブシートと試験片と
の接合状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 40 is a micrograph showing a joint state between a valve seat made of a sintered forged material and a test piece.

【図41】焼結鍛造材からなるバルブシートと試験片と
の接合状態をさらに拡大して示す顕微鏡写真である。
FIG. 41 is a micrograph showing a further enlarged view of a joint state between a valve seat made of a sintered forged material and a test piece.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダヘッド 2 シリンダヘッド本体(第2の金属部材) 2a 接合面部 3 バルブシート(第1の金属部材) 3a 第1接合面部 3b 第2接合面部 5 拡散接合層(ろう材とバルブシートとの拡散層) 6 溶融反応層(ろう材とシリンダヘッド本体との拡散
層) 7 ろう材層 14 ろう材浴 20 接合装置 21 支持本体 21a 上側水平部(支持部) 21b 下側水平部(支持部) 24 上側電極 25 下側電極 28 切欠部(非通電部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder head main body (2nd metal member) 2a Joining surface 3 Valve seat (1st metal member) 3a 1st joining surface 3b 2nd joining surface 5 Diffusion joining layer (diffusion of brazing material and valve seat) Layer) 6 Molten reaction layer (diffusion layer between brazing material and cylinder head body) 7 Brazing material layer 14 Brazing material bath 20 Joining device 21 Supporting body 21a Upper horizontal part (supporting part) 21b Lower horizontal part (supporting part) 24 Upper electrode 25 Lower electrode 28 Notch (non-conducting part)

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 20/00 310 B23K 20/00 310A 310M 20/10 20/10 35/28 310 35/28 310D C23C 2/32 C23C 2/32 F01L 3/22 F01L 3/22 B F02F 1/24 F02F 1/24 S // B22F 3/26 B22F 3/26 B B23K 103:20 (72)発明者 杉本 幸弘 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 柴田 伸也 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI B23K 20/00 310 B23K 20/00 310A 310M 20/10 20/10 35/28 310 35/28 310D C23C 2/32 C23C 2 / 32 F01L 3/22 F01L 3/22 B F02F 1/24 F02F 1/24 S // B22F 3/26 B22F 3/26 B B23K 103: 20 (72) Inventor Yukihiro Sugimoto No. 3 Fuchu-cho, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture No. 1 Mazda Co., Ltd. (72) Inventor Shinya Shibata 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基端側で片持ち状に支持されて互いに対
向する1対の支持部間において第1の金属部材と第2の
金属部材とを、該両支持部にそれぞれ設けた2つの電極
を用いた上記両金属部材間の通電に伴う発熱及び加圧に
より接合する接合方法であって、 上記少なくとも一方の電極において上記支持部の先端側
に非通電部を形成して通電を行うことを特徴とする金属
部材の接合方法。
A first metal member and a second metal member are provided between a pair of support portions which are supported in a cantilever manner at a base end and face each other. A joining method of joining by heating and pressurization caused by energization between the two metal members using an electrode, wherein a non-energized portion is formed at a tip side of the support portion in at least one of the electrodes, and energization is performed. A method for joining metal members.
【請求項2】 請求項1記載の金属部材の接合方法にお
いて、 電極の非通電部を、該電極の第1の金属部材又は第2の
金属部材との当接部を切り欠くことにより形成すること
を特徴とする金属部材の接合方法。
2. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the non-conductive portion of the electrode is formed by cutting out a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. A method for joining metal members, comprising:
【請求項3】 請求項1記載の金属部材の接合方法にお
いて、 電極の非通電部を、該電極の第1の金属部材又は第2の
金属部材との当接部に絶縁部材を貼り付けることにより
形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
3. The method for bonding metal members according to claim 1, wherein an insulating member is attached to a non-conducting portion of the electrode and a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. A method for joining metal members, characterized by being formed by:
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の金属部
材の接合方法において、 予め第1の金属部材の接合面部に、該第1の金属部材及
び第2の金属部材よりも融点の低いろう材と第1の金属
部材との拡散層を介して上記ろう材層を形成しておき、 上記第1の金属部材と第2の金属部材とを、該両金属部
材間の通電に伴う上記ろう材の融点以上の温度への発熱
及び加圧により、上記ろう材及び第2の金属部材の拡散
層を形成しかつ溶融したろう材を両金属部材の接合面部
間から排出しながら、上記両拡散層を介した液相拡散状
態で接合することを特徴とする金属部材の接合方法。
4. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the first metal member has a melting point higher than that of the first metal member and the second metal member. The brazing material layer is formed via a diffusion layer between the low brazing material and the first metal member, and the first metal member and the second metal member are connected to each other by energization between the two metal members. By generating heat and pressurizing to a temperature equal to or higher than the melting point of the brazing material and forming a diffusion layer of the brazing material and the second metal member and discharging the molten brazing material from between the joining surfaces of the two metal members, A method of joining metal members, wherein the joining is performed in a liquid phase diffusion state via both diffusion layers.
【請求項5】 請求項4記載の金属部材の接合方法にお
いて、 第1の金属部材は、Fe系材料からなり、 第2の金属部材は、Al系材料からなり、 ろう材は、Zn系材料からなることを特徴とする金属部
材の接合方法。
5. The method according to claim 4, wherein the first metal member is made of an Fe-based material, the second metal member is made of an Al-based material, and the brazing material is a Zn-based material. A method for joining metal members, comprising:
【請求項6】 請求項4又は5記載の金属部材の接合方
法において、 ろう材浴中の第1の金属部材の表面部に超音波振動の付
与によりろう材をコーティングすることで、第1の金属
部材にろう材層及び拡散層を形成することを特徴とする
金属部材の接合方法。
6. The method according to claim 4, wherein the first metal member in the brazing material bath is coated with a brazing material by applying ultrasonic vibration to the first metal member. A method for joining metal members, comprising forming a brazing material layer and a diffusion layer on the metal member.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の金属部
材の接合方法において、 第1の金属部材の内部に、該第1の金属部材と第2の金
属部材とを接合する前に予め高電気伝導率材料を溶浸す
ることを特徴とする金属部材の接合方法。
7. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the first metal member is joined to the second metal member inside the first metal member. A method for joining metal members, comprising infiltrating a high electrical conductivity material in advance.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の金属部
材の接合方法において、 第1の金属部材及び第2の金属部材の接合は、第2の金
属部材の接合面部を塑性流動させて行うことを特徴とす
る金属部材の接合方法。
8. The joining method of a metal member according to claim 1, wherein the joining of the first metal member and the second metal member is performed by plastically flowing the joining surface of the second metal member. A joining method of a metal member.
【請求項9】 基端側で片持ち状に支持されて互いに対
向する1対の支持部と、該両支持部にそれぞれ設けられ
た2つの電極とを備え、両支持部間において第1の金属
部材と第2の金属部材とを、上記両電極を用いた該両金
属部材間の通電に伴う発熱及び加圧により接合するよう
にした接合装置であって、 上記少なくとも一方の電極において上記支持部の先端側
に非通電部が形成されていることを特徴とする金属部材
の接合装置。
9. A pair of support portions, which are supported in a cantilever manner on the base end side and face each other, and two electrodes respectively provided on the both support portions, wherein a first electrode is provided between the two support portions. A joining device for joining a metal member and a second metal member by heat and pressure generated by energization between the two metal members using the two electrodes, wherein the support is provided on the at least one electrode. A joining device for a metal member, wherein a non-conducting portion is formed at a tip side of the portion.
【請求項10】 請求項9記載の金属部材の接合装置に
おいて、 電極の非通電部は、該電極の第1の金属部材又は第2の
金属部材との当接部における切欠部からなることを特徴
とする金属部材の接合装置。
10. The metal member joining apparatus according to claim 9, wherein the non-conducting portion of the electrode comprises a cutout portion in a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. Characteristic metal member joining device.
【請求項11】 請求項9記載の金属部材の接合装置に
おいて、 電極の非通電部は、該電極の第1の金属部材又は第2の
金属部材との当接部に貼り付けられた絶縁部材からなる
ことを特徴とする金属部材の接合装置。
11. The metal member joining apparatus according to claim 9, wherein the non-conductive portion of the electrode is an insulating member attached to a contact portion of the electrode with the first metal member or the second metal member. An apparatus for joining metal members, comprising:
【請求項12】 請求項9〜11のいずれかに記載の金
属部材の接合装置において、 第2の金属部材の接合面部を塑性流動させて第1の金属
部材と第2の金属部材とを接合するように構成されてい
ることを特徴とする金属部材の接合装置。
12. The metal member joining apparatus according to claim 9, wherein the first metal member and the second metal member are joined by plastically flowing a joining surface portion of the second metal member. A joining device for a metal member, wherein
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