(57)【要約】【課題】スケールの除去を適切に行なうことができ、アルミニウムなどの鉄以外の金属の接合をも容易かつ適切に行なうことが可能な金属製ワークの固相接合方法を提供する。【解決手段】金属製の第１および第２のワーク１，２を重ね合わせた状態において、前記第１のワーク１の外面に一対の電極３を押し当てて通電する通電工程を有し、かつこの通電工程では、通電により発熱した部分を電極３の押圧力によって変形させることにより、この変形部分において第１および第２のワーク１，２の表層のスケールを破壊し、第１および第２のワーク１，２の新生面どうしを固相接合させる、金属製ワークの固相接合方法であって、前記通電工程において、電極３を超音波振動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の第１および第２のワークを重ね合わせた状態において、前記第１のワークの外面に一対の電極を押し当てて通電する通電工程を有し、
この通電工程では、通電により発熱した部分を前記電極の押圧力によって変形させることにより、この変形部分において前記第１および第２のワークの表層のスケールを破壊し、前記第１および第２のワークの新生面どうしを固相接合させる、金属製ワークの固相接合方法であって、
前記通電工程において、前記電極を超音波振動させることを特徴とする、金属製ワークの固相接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製ワークの固相接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、片側溶接方法と称される金属製ワークの固相接合方法を先に提案している（たとえば、特許文献１を参照）。
この方法は、金属製の第１および第２のワークを重ね合わせた状態において、第１のワークの片側から第１のワークの外面に一対の電極を押し当て、かつこれらの電極間に通電を行なう方法である。この通電時においては、各電極を押し当てた箇所およびその近辺が抵抗熱をもって発熱し、この発熱して軟化した部分を電極の押圧力によって変形させる。このことにより、前記変形部分においては、第１および第２のワークの表層のスケール（酸化被膜など、金属新生面を覆う被膜）を破壊し、それらの新生面どうしを密着させて固相接合することができる。
このような構成によれば、通常のスポット溶接とは異なり、第１および第２のワークの接合箇所を溶融させないために、金属間化合物の生成が防止され、接合箇所の品質劣化、接合強度の劣化を生じないようにすることができる。また、電極による通電は、第１および第２のワークの片側のみから行なうことができるために、作業性も良い。
【０００３】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、前記した固相接合方法では、鉄どうしを接合する場合にはとくに問題はないものの、たとえば鉄とアルミニウムとを接合するような場合には、適切な接合が難しいものとなっていた。その理由は、アルミニウムの表層の酸化スケール（自然酸化被膜）は、強固であるため、このアルミニウムを通電により加熱して押圧変形させるだけでは、この酸化スケールを的確に破壊できず、その除去が難しいからである。したがって、鉄どうしの接合のみならず、アルミニウムなどの他の金属にも、前記したような固相接合方法を適切に適用できるようにすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、スケールの除去を適切に行なうことができ、アルミニウムなどの鉄以外の金属の接合をも容易かつ適切に行なうことが可能な金属製ワークの固相接合方法を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明により提供される金属製ワークの固相接合方法は、金属製の第１および第２のワークを重ね合わせた状態において、前記第１のワークの外面に一対の電極を押し当てて通電する通電工程を有し、かつこの通電工程では、通電により発熱した部分を前記電極の押圧力によって変形させることにより、この変形部分において前記第１および第２のワークの表層のスケールを破壊し、前記第１および第２のワークの新生面どうしを固相接合させ
る、金属製ワークの固相接合方法であって、前記通電工程において、前記電極を超音波振動させることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、第１および第２のワークのうち、接合対象となる箇所に超音波振動による機械的な衝撃を与え、スケールの破壊、除去を促進することができる。このため、たとえば従来では困難であったアルミニウム表層の酸化スケールをも適切に破壊し、鉄とアルミニウムとの固相接合など、鉄以外の金属の固相接合が実現できる。一方、鉄どうしの固相接合を図る場合にも、スケールの破壊、除去が促進されるために、作業時間の短縮や、固相接合に対する信頼性向上などを好適に図ることができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る金属製ワークの固相接合方法の一例を示す要部概略説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の固相接合方法を実施する際の状態を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
本実施形態の金属製ワークの固相接合方法では、図１に示すように、第１および第２のワーク１，２を上下に重ね合わせておく。第１および第２のワーク１，２は、ともに金属板であるが、これらの材質は、たとえば一方が軟鋼あるいは高強度鋼などの鉄であり、他方はアルミニウムである。勿論、具体的な材質はこれに限定されない。
【００１４】
本実施形態の方法で用いる一対の電極３は、通電用の電源回路４に配線接続され、かつ往復シリンダなどを用いた昇降装置（図示略）によって保持されて昇降可能に設けられている。ただし、各電極３を保持するホルダ部３０には、ホーン５を介して超音波振動子６が接続されており、超音波振動子６で発生させた超音波振動がホーン５を介してホルダ部３０および電極３に伝達可能とされている。電極3の振動方向は、たとえば第１および第２のワーク１，２の厚み方向である。
【００１５】
第１および第２のワーク１，２を接合するには、一対の電極３を第１のワーク１の外面（上面）に押し当て、これら一対の電極３間に通電を行なう。これに伴い、超音波振動子６を駆動し、各電極３を超音波振動させる。この超音波振動は、接合対象箇所の加熱を目的とするものではなく、後述するように、スケール除去の促進を図るためのものである。
【００１６】
一対の電極３間に通電を行なうと、第１のワーク１のうち、一対の電極３間の領域に電流が流れるが、各電極３と第１のワーク１との当接箇所は抵抗が大きいために、それらの当接箇所近辺が発熱する。この熱は、第２のワーク２にも伝達するため、第１および第２のワーク１，２のうち、各電極３の対向部分は効率良く加熱され、軟化する。その際、第１および第２のワーク１，２を溶融させない。一方、各電極３を第１のワーク１に押し当てる際には、図１（ｂ）に示すように、第１および第２のワーク１，２の前記した加熱部分を下方に変形させる。同図において、符号７は、第１および第２のワーク１，２間の隙間である。実際には、隙間７は相当に微小であるが、同図では理解のためにやや誇張して示している。
【００１７】
前記したように、第１および第２のワーク１，２のうち、各電極３との対向部分が発熱により軟化し、かつ下方に押圧変形されることによってその表面に伸びを生じると、第１
および第２のワーク１，２の互いに対向する面の表層に存在していた酸化スケールを破壊する作用が得られる。本実施形態では、この部分には、超音波振動による機械的な衝撃がさらに加えられるために、酸化スケールの破壊作用が一層優れたものとなり、鉄の酸化スケールのみならず、アルミニウムの表層の酸化スケールをも適切に破壊し、除去することが可能である。このことにより、各電極３に対向する箇所においては、第１および第２のワーク１，２の対向接触する金属面を新生面とし、加熱作用および押圧作用によって、それらの部分を適切に固相接合することができる。
【００１８】
本実施形態の固相接合方法によれば、従来では困難であった鉄製およびアルミニウム製の第１および第２のワーク１，２どうしを適切に固相接合することが可能である。第１および第２のワーク１，２の接合箇所を溶融させないため、接合箇所の品質劣化もない。
【００１９】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る金属製ワークの固相接合方法の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００２０】
上述の実施形態では、鉄とアルミニウムとを接合する例を示しているが、本発明は、第１および第２のワークの具体的な材質は、これに限定されない。第１および第２のワークは、同材質、異材質のいずれであってもよい。
本発明における超音波振動は、既述したように、衝撃によるスケール除去を目的とするものである。したがって、この超音波振動の付与は、たとえばワークの接合対象部分が通電によって所定温度以上に昇温した後の所定時間のみに限定するなど、接合作業工程中の特定期間中のみに限定的に行なわせるようにしてもよい。超音波振動の方向は、第１および第２のワークの厚み方向とすることが好ましいが、これに限定されず、たとえば第１および第２のワークの面方向とすることもできる。
【符号の説明】
【００２１】
１，２  第１および第２のワーク
３  電極
５  ホーン
６  超音波振動子
【図１】
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