(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主体部（３）と先端部（４）との間に該先端部（４）の外周面より窄まった環状の段付部（５，１３）を有する第１金属体（１）と、その第１金属体（１）の先端部（４）に嵌合し得る凹部（８）とその凹部（８）の口縁に連設される被溶融部（９）とを持つ第２金属体（２）とを接合するに当たり、
前記先端部（４）を前記凹部（８）に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部（９）の内周面と、該被溶融部（９）により取り囲まれる前記段付部（５，１３）との間に環状の空隙を形成し、
次いでその被溶融部（９）をレーザ加熱により溶融して、その凝固収縮により、前記凹部（８）口縁に、前記段付部（５，１３）に係合した抜止め部（１０）を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法。
【請求項２】
主体部（３）と先端部（４）との間に該先端部（４）の外周面より窄まった環状の段付部（５，１３）を有する第１金属体（１）と、その第１金属体（１）の先端部（４）に嵌合し得る凹部（８）とその凹部（８）の口縁に連設される被溶融部（９）とを持つ第２金属体（２）とを接合するに当たり、
前記先端部（４）を前記凹部（８）に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部（９）の内周面と、該被溶融部（９）により取り囲まれる前記段付部（５，１３）との間に環状の空隙を形成し、
次いでその被溶融部（９）及び段付部（５，１３）のレーザ加熱による融合によって、前記凹部（８）口縁と前記段付部（５，１３）とに跨がる環状の溶接部（１１）を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法。
【請求項３】
主体部（３）と先端部（４）との間に該先端部（４）の外周面より窄まった環状の段付部（５，１３）を有する第１金属体（１）と、その第１金属体（１）の先端部（４）に嵌合し得る凹部（８）とその凹部（８）の口縁に連設される被溶融部（９）とを持つ第２金属体（２）とを接合するに当たり、
前記先端部（４）を前記凹部（８）に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部（９）の内周面と、該被溶融部（９）により取り囲まれる前記段付部（５，１３）との間に環状の空隙を形成し、
次いでその被溶融部（９）を加熱下で溶融して、その凝固収縮により、前記凹部（８）口縁に、前記段付部（５，１３）に係合した抜止め部（１０）を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二種の金属体の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の接合構造としては、例えば内燃機関用燃料噴射装置のインジェクタにおけるステンレス鋼製ニードルバルブと磁性材製コアとの接合構造が知られている。
【０００３】
この場合、ニードルバルブの凹部にコアの一端部が嵌合されていて、その凹部口縁とコア外周部とがレーザによるすみ肉溶接によって融合されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらレーザによるすみ肉溶接を溶加材を用いることなく行うと、溶損に起因して溶接部に陥没部分が発生し、その結果、ニードルバルブとコアとの引抜き強度が低い、という問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するためには溶加材を使用すればよいが、それには高熱エネルギを有する設備が必要となり、前記接合構造の高コスト化は避けられない。また溶加材により溶接部には、さらに異種材料が混じるためその溶接部の強度低下を招くおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は比較的簡単な手段を採用して得られた接合強度の高い、前記接合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するために、請求項１の発明によれば、主体部と先端部との間に該先端部の外周面より窄まった環状の段付部を有する第１金属体と、その第１金属体の先端部に嵌合し得る凹部とその凹部の口縁に連設される被溶融部とを持つ第２金属体とを接合するに当たり、前記先端部を前記凹部に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部の内周面と、該被溶融部により取り囲まれる前記段付部との間に環状の空隙を形成し、次いでその被溶融部をレーザ加熱により溶融して、その凝固収縮により、前記凹部口縁に、前記段付部に係合した抜止め部を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法が提供され、
また請求項２の発明によれば、主体部と先端部との間に該先端部の外周面より窄まった環状の段付部を有する第１金属体と、その第１金属体の先端部に嵌合し得る凹部とその凹部の口縁に連設される被溶融部とを持つ第２金属体とを接合するに当たり、前記先端部を前記凹部に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部の内周面と、該被溶融部により取り囲まれる前記段付部との間に環状の空隙を形成し、次いでその被溶融部及び段付部のレーザ加熱による融合によって、前記凹部口縁と前記段付部とに跨がる環状の溶接部を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法が提供され、
さらに請求項３の発明によれば、主体部と先端部との間に該先端部の外周面より窄まった環状の段付部を有する第１金属体と、その第１金属体の先端部に嵌合し得る凹部とその凹部の口縁に連設される被溶融部とを持つ第２金属体とを接合するに当たり、前記先端部を前記凹部に嵌合して、その嵌合状態で前記被溶融部の内周面と、該被溶融部により取り囲まれる前記段付部との間に環状の空隙を形成し、次いでその被溶融部を加熱下で溶融して、その凝固収縮により、前記凹部口縁に、前記段付部に係合した抜止め部を形成することを特徴とする、二種の金属体の接合方法が提供される。
【０００８】
前記請求項１，３のように構成すると、被溶融部の凝固収縮により、凹部の口縁に形成される抜止め部が段付部外周面に強固に係合し、これにより大きな引抜き強度を得ることができる。また特に請求項１のように構成すると、第２金属体の抜止め部に対応する部分（被溶融部）をレーザ加熱により瞬時に溶融するので、第１、第２金属体への入熱量が少なく、これにより接合構造の熱ひずみを抑制することができる。
【０００９】
また前記請求項２のように構成すると、第１、第２金属体が溶接部により接合されると共にその溶接部における陥没部分の発生が、被溶融部の溶加材的機能によって防止され、また溶接部への新たな異種材料の混入は回避されているので、前記抜止め部を適用した場合よりも大きな引抜き強度を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１，２に示す二種の金属体の接合構造は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＵＳ４４０Ｃ）より構成された第１金属体１と、その第１金属体１に接合され、且つ電磁ステンレス鋼（磁性材、例えば、東北特殊鋼製Ｋ−Ｍ６２Ｆ）より構成された第２金属体２とよりなる。第１金属体１はロッド状をなすもので、小径の主体部３と、大径の先端部４と、それら３，４を繋ぐべく該先端部４の外周面より窄まった段付部、図示例では円錐台形部５を有する。
【００１１】
第２金属体２は段付短円柱状をなすもので、小径部６端面に開口し、且つ大径部７に達する凹部８を有し、その凹部８に第１金属体１の一部である大径の先端部４が嵌合される。第２金属体２の小径部６において、その凹部８口縁には、図３に示すように環状被溶融部９が連設されており、その被溶融部９がレーザ加熱により溶融して、凹部８口縁から露出する円錐台形部５のテーパ面に添い、その凝固によって円錐台形部５に係合する環状の抜止め部１０が形成される。尚、レーザ加熱前の状態（図２）においては、凹部８と先端部４との嵌合状態で被溶融部９の内周面と、該被溶融部９により取り囲まれる前記段付部５との間に環状の空隙が形成され、この状態で前記レーザ加熱がなされて被溶融部９が溶融する。
【００１２】
この場合のレーザ加熱条件は次の通りである。Ｎｄ−ＹＡＧレーザ使用、レーザ波長  １０６４ｎｍ、光ファイバ  ＳＩ１０００μｍ、レーザスポット径  ０．５mm、レーザ出力  １００Ｗ±５Ｗ、レーザ周波数  ４０Ｈｚ、レーザパルス幅  ２．０msec、レーザ焦点  プラス０．５mm．
前記のように構成すると、抜止め部１０の凝固収縮により、その抜止め部１０が円錐台形部５のテーパ面に強固に係合し、これにより大きな引抜き強度を得ることができる。また第２金属体２の被溶融部９をレーザ加熱により瞬時に溶融するので、第１、第２金属体１，２への入熱量が少なく、これにより接合構造の熱ひずみを抑制することができる。なお、ステンレス鋼としては、ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、日立金属製ＡＴＳ３４等も用いられる。また電磁ステンレス鋼としては、東北特殊鋼製Ｋ−Ｍ３５ＦＬも用いられる。
【００１３】
図４に示す接合構造は、図３示のごとく、第１金属体１の大径の先端部４を第２金属体２の凹部８に嵌合した状態において、被溶融部９ならびに第１金属体１の円錐台形部５および先端部４の外周部分をレーザ加熱により融合させて環状溶接部１１を形成したものである。この場合のレーザ溶接条件は、レーザ出力を８０Ｗ±５Ｗに、またレーザ焦点をジャストにそれぞれ設定した、ということ以外は前記と同じである。
【００１４】
前記のように構成すると、第１、第２金属体１，２が溶接部１１により接合されると共にその溶接部１１の陥没が、被溶融部９の溶加材的機能によって防止され、また溶接部１１への新たな異種材料の混入は回避されているので、前記抜止め部１０を適用した場合よりも大きな引抜き強度を得ることができる。
【００１５】
図５に示す接合構造の比較例は、被溶融部９を持たない第２金属体２の凹部８に第１金属体１の先端部４を嵌合した状態において、その凹部８口縁にレーザによるすみ肉溶接を施したもので、溶接部１１に陥没部分ａが発生している。この場合のレーザ溶接条件は、レーザ出力を７０Ｗ±５Ｗに、またレーザ焦点をジャストに設定したということ以外は前記と同じである。
【００１６】
図１，２に示した抜止め部１０を有する第１の実施例、図４に示した、陥没部分の無い溶接部１１を有する第２の実施例および図５に示したすみ肉溶接による、陥没部分ａを持つ比較例について、第１金属体１を第２金属体２から引抜くために必要な荷重を測定したところ、第１の実施例は８８２Ｎ、第２の実施例は９８０Ｎ、比較例は７８４Ｎであった。したがって引抜き強度の大小関係は、比較例＜第１の実施例＜第２の実施例となる。
【００１７】
図６、７は、第１の実施例に対応する第３の実施例を示す。この場合、第１金属体１の主体部３および先端部４は等径であり、両部３，４は小径部１２を介して繋がれている。したがって、小径部１２が突出する、先端部４の環状端面１３が抜止め部１０の係合用段付部となる。従って、この実施例においても、レーザ加熱前の状態においては、凹部８と先端部４との嵌合状態で被溶融部９と、該被溶融部９により取り囲まれる前記段付部（環状端面１３）との間に環状の空隙が形成され、この状態で前記レーザ加熱がなされて被溶融部９が溶融し、その凝固収縮により、該段付部（環状端面１３）に係合する抜止め部１０が形成される。
【００１８】
本発明は、レーザ加熱を含む各種加熱手段を用いる接合構造、つまり第１金属体１と、その第１金属体１の一部と嵌合する凹部８を持つ第２金属体２と、第２金属体２の凹部８口縁に連設され、且つ加熱下で溶融して、凹部８口縁から露出する第１金属体１の段付部５，１１に係合した抜止め部１０とを有する二種の金属体の接合構造を包含する。
【００１９】
また本発明は第１金属体１と、その第１金属体１の一部４と面接触する第２金属体２と、その第２金属体２の端部に連設された被溶融部９および第１金属体１のレーザ加熱による融合で形成された溶接部１１とを有する二種の金属体の接合構造を包含し、これには前記第２の実施例の外に板状金属体等の接合構造も含まれる。
【００２０】
なお、被溶融部９の溶融は、その一部について行うこともある。また本発明は、前記インジェクタにおけるステンレス鋼製ニードルバルブと磁性材料製コアとの接合構造以外の各種接合構造に適用される。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１、３記載の発明によれば、前記のように構成することによって引抜き強度が高く、また熱ひずみを抑制された、二種の金属体の接合構造を提供することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、引抜き強度をさらに向上させた前記接合構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例の正面図である。
【図２】  図１の２−２線断面図である。
【図３】  第１、第２金属体の組合わせ状態を示す断面図で、図２に対応する。
【図４】  第２の実施例の要部破断正面図である。
【図５】  比較例の要部破断正面図で、図４に対応する。
【図６】  第３の実施例の正面図である。
【図７】  図６の７−７線断面図である。
【符号の説明】
１      第１金属体
２      第２金属体
３ 主体部
４      先端部
５      円錐台形部（段付部）
８      凹部
９      被溶融部
１０    抜止め部
１１    溶接部
１３    環状端面（段付部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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