(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１と第２の被溶接物品を拡散接合する方法において、
少なくとも一方がアルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金からなる前記第１と第２の被溶接物品はそれぞれプロジェクションを有すると共に、前記プロジェクションの高さよりも背の低い内面側の包囲壁を有し、
前記プロジェクションと前記包囲壁とにより形成された環状又は輪状の溝を備え、
前記第１と第２の被溶接物品の双方に形成された前記プロジェクションの頂部同士を突き合わせると共に加圧し、その加圧した状態で、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを３０ｍｓ以下の短時間で放出することにより、パルス状の電流を前記第１、第２の被溶接物品の前記プロジェクション間に流して前記プロジェクションの前記頂部とその近傍を塑性流動化させ、これにより前記プロジェクションの前記頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れを前記接合面から押し出して前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記拡散接合時に、前記包囲壁の一方の頂部面を他方の前記包囲壁の頂部面と同等以下のレベル以下になるよう相手方の前記溝に進入させることにより、発生するチリ及び前記プロジェクション同士の接合部分から押し出されるはみ出し部を前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム、あるいはマグネシウム又はそれらの合金などからなる被溶接物品のプロジェクション突き合わせ拡散接合方法及び溶接物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム材又はその合金は抵抗溶接される場合が多い。例えば、特開平１０−１９３１３２号公報に記載されている方法は、アルミニウム材又はその合金間に交流電流をあるサイクルの期間流して溶接部にナゲットを形成するスポット溶接であり、スポット溶接を行うことによって、溶接ナゲット部の周りに熱応力に起因する欠陥を生じないところに特徴がある。また、特開平９−３８７８２号公報に記載されている方法は、溶接されるアルミニウム材間に特定の金属粉末からなるインサート材を介在させ、低電流で抵抗スポット溶接するものである。さらにまた、特開平８−３９２６５号公報にもアルミニウム合金の同様なスポット溶接方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらはいずれもスポット溶接であり、一般的に被溶接物であるアルミニウム材又はその合金の一方だけに適当なプロジェクションを形成し、そのプロジェクシヨン及びその近傍に溶接電流を集中させて、接合部のアルミニウム材又はその合金を溶融させ、ナゲットを形成することにより溶接を行っていた。しかし、このような抵抗スポット溶接の場合には一方の被溶接物と他方の被溶接物の接触面に形成されている酸化膜を除去するための前処理が必要である。また、ナゲットを形成するために外観上で問題視される場合もある。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点を除去することを課題とし、双方の被溶接物に形成したプロジェクションの頂部同士を突き合わせた状態で加圧し、パルス状電流を流すことによりプロジェクション同士の接合部を流動塑性化させ、プロジェクションの頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れをその接合面から周囲に押し出すことにより、ナゲットを形成せず前処理や後処理が不要な質の高い新たなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、この第１の発明は、第１と第２の被溶接物品を拡散接合する方法において、少なくとも一方がアルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金からなる前記第１と第２の被溶接物品はそれぞれプロジェクションを有すると共に、前記プロジェクションの高さよりも背の低い内面側の包囲壁を有し、前記プロジェクションと前記包囲壁とにより形成された環状又は輪状の溝をそれぞれ備え、前記第１と第２の被溶接物品の双方に形成された前記プロジェクションの頂部同士を突き合わせると共に加圧し、その加圧した状態で、エネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを３０ｍｓ以下の短時間で放出することにより、パルス状の電流を前記第１、第２の被溶接物品の前記プロジェクション間に流して前記プロジェクションの前記頂部とその近傍を塑性流動化させ、これにより前記プロジェクションの前記頂部の接合面に挟まれた酸化膜や汚れを前記接合面から押し出して前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供する。
【０００６】
また、この第２の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記拡散接合時に、前記包囲壁の一方の頂部面を他方の前記包囲壁の頂部面と同等以下のレベル以下になるよう相手方の前記溝に進入させることにより、発生するチリ及び前記プロジェクション同士の接合部分から押し出されるはみ出し部を前記溝に閉じ込めることを特徴とするプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１により本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）において、１は上側に位置する第１の被溶接物、２は下側に位置する第２の被溶接物であり、これらはアルミニウム、あるいはマグネシウム、又はこれらの合金などからなる金属材料である。第１と第２の被溶接物１と２は、断面が台形状のプロジェクション１ａ、２ａをそれぞれ有する。プロジェクション１ａ、２ａは環状、つまりリング状のものであり、同一の直径をもつ仮想円状に形成されている。第１と第２の被溶接物１と２は、プロジェクション１ａの頂部面１ｂとプロジェクション２ａの頂部面２ｂ同士が突き合わされるように、上部電極３と下部電極４との間に配置される。なお、図１ではこれら各部材の断面を示している。
【００１３】
この状態で、図示していない加圧機構により上部電極３に下方向の加圧力がかけられ、第１と第２の被溶接物１と２間、つまりプロジェクション１ａの頂部面１ｂとプロジェクション２ａの頂部面２ｂとの間に所定の加圧力が加えられる。その状態で、図示していない一般的な電源装置のエネルギー蓄積コンデンサに蓄えられた電気エネルギーが短時間で放出され、プロジェクション１ａの頂部面１ｂとプロジェクション２ａの頂部面２ｂ間をパルス状電流が通流する。このパルス状電流は、前述のスポット溶接のようにプロジェクション１ａと２ａ及びそれら近傍の金属材料を溶融させてナゲットを形成する程の電流ピーク値や電流量よりも小さく、プロジェクション１ａの頂部とプロジェクション２ａの頂部との金属をその融点以下で塑性流動させる程度の温度にまで上昇させる短いパルス幅のものである。
【００１４】
このような短い時間幅、例えば３０ｍｓ以下、好ましくは１５ｍｓ以下のパルス幅をもつパルス状電流の通流により、プロジェクション１ａの頂部とプロジェクション２ａの頂部とその近傍の金属が塑性流動により変形し、それら当接面における酸化膜が破壊され、破壊された酸化膜や異物が前記変形に伴って前記接合部の外に押し出されるので、最終的なプロジェクション１ａとプロジェクション２ａとの接合面には酸化膜や異物などの存在しない第１と第２の被溶接物１と２の金属材料による接合面となり、金属材料相互の電子の拡散が促進され、機械的結合力の強い質の高い拡散接合が得られる。
【００１５】
このようなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合によれば、双方のプロジェクション１ａの頂部面１ｂとプロジェクション２ａの頂部面２ｂを中心とする接合部金属が塑性流動により変形して外方向に向かって押し出されるために、最終的なプロジェクション１ａの頂部面１ｂとプロジェクション２ａの頂部面２ｂとの接合面には酸化膜や異物などが存在しないので、従来のような、被溶接物の一方のみにプロジェクションを形成したスポット溶接などに比べて、酸化膜や異物などを除去するための前処理や外観をきれいにするなどの後処理が不要になる。また、ナゲットが形成されず、実質的にプロジェクションだけが加熱されるために熱歪みは非常に小さく、高い寸法精度をもつ溶接物が得られると共に、溶接物の温度が上昇しないので直ぐに触ったり、取り出すことも可能である。
【００１６】
次に、図１（Ｂ）はプロジェクションの他の実施形態を示し、被溶接物１又は２のプロジェクション１ａ又は２ａは、リングプロジェクションの場合には断面半円状になり、被溶接物１又は２に多数のプロジェクションが形成されるマルチプロジェクションの場合には半球状の形状となる。ここで言う半円状、半球状とは円又は球面の一部分を含むことを指す。図１（Ｃ）に示すプロジェクションの別な実施形態は、リングプロジェクションの場合には断面コの字状になり、マルチプロジェクションの場合にはプロジェクション１ａ又は２ａの表面から延びる矩形状体になる。被溶接物１、２のプロジェクション１ａ、２ａは必ずしも大きさや形状が同じでなくとも良く、また図１（Ａ）〜（Ｃ）に示した形状のプロジェクションの組み合わせ、あるいは他の形状のプロジェクションでも良い。
【００１７】
【実施例】
図２及び図３により本発明に係るプロジェクション突き合わせ拡散接合方法の１実施例について説明する。図２及び図３は被溶接物１、２及び上部電極３、下部電極４の断面を示す。この実施例は円筒状ロッド状の被溶接物１、２のそれぞれの一方の端部に環状テーパー面１Ａ，２Ａが形成され、それぞれの端部はそれ以外の部分よりも外径が大きい大径部１Ｂ、２Ｂとなっている。大径部１Ｂ、２Ｂの向き合わされる端面それぞれには断面台形状のリングプロジェクション１ａ、２ａが形成され、その内側、外側にはリングプロジェクション１ａ、２ａよりも背高の低い環状の包囲壁１ｃと１ｄ、環状の包囲壁２ｃと２ｄが形成されている。リングプロジェクション１ａと内面側と外面側の包囲壁１ｃと１ｄとの間にはそれぞれ環状の溝１ｅ、１ｆが形成され、リングプロジェクション２ａと内面側と外面側の包囲壁２ｃと２ｄとの間にはそれぞれ環状の溝２ｅ、２ｆが形成される。これら包囲壁１ｃと１ｄ、包囲壁２ｃと２ｄは、拡散接合時にリングプロジェクション１ａと２ａの塑性流動により頂部面１ｂと２ｂ、つまり接合面を中心にリングプロジェクション１ａと２ａが押しつぶされ、図３に示すように周辺に押し出されるはみ出し部分１ｇと２ｇを溝１ｅと２ｅ、溝１ｆと２ｆ内に閉じ込める働きを行うものである。
【００１８】
また、上部電極３及び下部電極４はそれら内周面に沿って、被溶接物１、２のそれぞれの環状テーパー面１Ａ，２Ａに適合する環状のテーパー面３Ａ、４Ａを有する。上部電極３及び下部電極４はテーパー面３Ａ、４Ａを介して被溶接物１、２のそれぞれの環状テーパー面１Ａ，２Ａに加圧力を与えると共に、パルス状電流を通電する。上部電極３と下部電極４間でパルス状電流が流れると、そのパルス状電流はプロジェクション１ａ，２ａの接合面１ｂと２ｂを通って流れ、その抵抗により接合部が発熱し、瞬時に塑性流動化する。このときのパルス状の電流はプロジェクション１ａと２ａとの接合面積によっても異なるが、ナゲットが形成される寸前の電流ピーク値とパルス幅を有し、パルス幅は例えば３０ｍｓ以下、好ましくは１５ｍｓ以下である。
【００１９】
前述のようにプロジェクション１ａ，２ａの接合部が塑性流動化するのに伴い、図３に示すように塑性流動化したプロジェクション１ａと２ａの接合面１ｂと２ｂを含む部分は前記加圧力によりその周囲に押し出されるが、被溶接物１の包囲壁１ｃ、１ｄと被溶接物２の包囲壁２ｃと２ｄの先端面が互いに当接して、プロジェクション１ａ、２ａ及び溝１ｅ、１ｆと溝２ｅ、２ｆを閉じ込める形になる。したがって、拡散接合時に接合部から発生するチリ及び押し出された部分１ｇ、２ｇを閉じ込めることができ、チリによる悪影響を防ぐことができると同時に、接合部の外観をきれいなものにできる。
【００２０】
このようなプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を実現するためには、上部電極３又は下部電極４がプロジェクション１ａ，２ａの接合部の瞬時の塑性流動化に対して高速で応答する必要がある。したがって、この方法の実施に当たっては特開平８−１１８０４０号公報に開示されたような構造の装置を用い、その装置ではスプリングの弾性力を利用して上部電極３が高速応答するようになっている。上部電極３が高速応答することによって、良好なプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を行うことができ、しかも拡散接合に発生するチリや押し出されたはみ出し部分１ｇ、２ｇを閉じ込めることができる。
【００２１】
次に図４は、このプロジェクション同士突き合わせ拡散接合時にアルミニウム金属パイプのような第１の被溶接物１の環状の包囲壁１ｃが、アルミニウム金属板のような第２の被溶接物２の環状の溝２ｅ内に入り込むように（鎖線で示す）、環状の包囲壁１ｃの内径は第２の被溶接物２の環状の包囲壁面２ｃ’の径よりも大きく、かつ環状の包囲壁１ｄの外径が被溶接物２の環状の包囲壁面２ｄ’の径よりも小さく形成されている実施例を示す。第２の被溶接物２の包囲壁面２ｃ’と包囲壁面２ｄ’はプロジェクション２ａの内面側、外面側に環状の溝２ｅ、２ｆを形成することにより、被溶接物２の表面からほぼ垂直にその厚み方向に延びている。プロジェクション１ａと２ａの関係については前述実施例と同様であるので、説明を省く。この実施例では第２の被溶接物２のプロジェクション２ａや環状の溝２ｅをプレス成形により形成している。なお、図４においては第１、第２の被溶接物１、２の断面を示している。
【００２２】
この拡散接合時にプロジェクション１ａと２ａの接合部が塑性流動することにより生じる押し出され部分及び発生するチリは、前記実施例と同様に環状の包囲壁１ｃと環状の包囲壁面２ｃ’、環状の包囲壁１ｄと環状の包囲壁面２ｄ’によって閉じ込められ、外部に漏出しない。
【００２３】
図５は本発明にかかるプロジェクション同士突き合わせ拡散接合方法の他の実施例を示し、アルミニウム製パイプである第１、第２の被溶接物１、２をアルミニウム製円板である第３の被溶接物５を介して接合する例である。図５はこれら被溶接物１、２及び５の一部分の断面を示す。第３の被溶接物５は第１の被溶接物１の環状のプロジェクション１ａに対応する環状のプロジェクション５ａと、第２の被溶接物２の環状のプロジェクション２ａに対応する環状のプロジェクション５ａ’とを有する。プロジェクション１ａとプロジェクション５ａとが突き合わされ、プロジェクション２ａとプロジェクション５ａ’とが突き合わされる。この実施例では、第１、第２の被溶接物１、２の外面側のみに包囲壁１ｄ、２ｄを備え、内面側には包囲壁を備えていない。第１、第２の被溶接物１、２の包囲壁１ｄ、２ｄは第３の被溶接物５の包囲壁面５ｃ’、５ｄ’と共働して、拡散接合時に発生するチリや押し出されたはみ出し部分を閉じ込める。内面側に関しては、拡散接合時に発生するチリが問題にならない場合には、包囲壁は不要である。
【００２４】
この実施例では、第１、第２の被溶接物１、２がアルミニウム製パイプ、第３の被溶接物５がアルミニウム製円板として説明したが、マグネシウム、あるいはそれらの合金など他の導電性の良好な金属材料でも同様に拡散接合が可能であり、これら被溶接物がパイプや金属板でなく、ロッドあるいはロッドとパイプや金属板の接合であっても同様にプロジェクション同士突き合わせ拡散接合を行うことができる。なお、被溶接物の内面側でチリが問題になる場合にはその内面側だけに包囲壁や包囲壁面を設けても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明にかかるプロジェクション同士突き合わせ拡散接合によれば、下記のような効果を奏する。
（１）  アルミニウム又はマグネシウム、あるいはそれらの合金などの質の良い拡散接合が可能である。
（２）  拡散接合時に双方のプロジェクションの頂部の接合面の酸化膜や汚れがその接合面から押し出されるので、酸洗いなどの前処理が不要である。
（３）  スポット溶接などのように溶接部にナゲットを形成しないので、熱歪みがほとんど無く、また特に金属板をマルチプロジェクション拡散接合した場合には外観が綺麗であるので後処理が不要である。
（４）  双方のプロジェクションを通して電流を流し、プロジェクション同士を拡散接合するので、スポット溶接などに比べて電流量が僅かで済み、経済性に優れている。
（５）  瞬時に双方のプロジェクション同士を拡散接合する方式であるので、溶接物の温度がほとんど上昇せず、素手で支えた状態でも接合作業が可能であり、また接合工程を直ぐに取り出すこともできる。
（６）  さらにまた、請求項２ないし請求項４記載にされた被溶接物品の形状では、包囲壁又は包囲壁面を有しているので、溶接時や拡散接合時に必ず発生するチリや接合時に塑性流動した金属を被溶接物品を構成する金属材料内に閉じ込めることができ、チリによる悪影響を防ぐことができると同時に、綺麗な外観を保ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクション同士突き合わせ拡散接合の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の別の実施例を説明するための図である。
【図５】本発明の更に別の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・第１の被溶接物
１ａ・・プロジェクション              １ｃ、１ｄ・・包囲壁
１ｅ、１ｆ・・溝                      １Ａ・・環状のテーパー面
２・・第２の被溶接物
２ａ・・プロジェクション              ２ｃ、２ｄ・・包囲壁
２ｅ、２ｆ・・溝                      ２Ａ・・環状のテーパー面
３・・上部電極
４・・下部電極
５・・第３の被溶接物
５ａ、５ａ’・・プロジェクション      ５ｃ’、５ｄ’・・包囲壁面
【図１】
0003626085.tif 000002
【図２】
0003626085.tif 000003
【図３】
0003626085.tif 000004
【図４】
0003626085.tif 000005
【図５】
0003626085.tif 000006