(57)【要約】【課題】高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる金属部材の接合装置及び接合方法を提供する。【解決手段】金属部材接合装置１は、ベース１０と、溶接ヘッド１１と、加圧ロッド１２と、変形抑制ユニット１７と、溶接電流供給部１８と、を備える。溶接ヘッド１１は、炭素鋼からなる第１金属部材１００を保持した状態でＺ方向下向きに下降する。変形抑制ユニット１７は、変形抑制ヘッド１３，１４を有し、Ａｌ合金からなる第２金属部材１０１に対して、その外周部から径方向内向きに締め付け荷重を付加する。変形抑制ユニット１７による矢印Ａ２，Ａ３の押圧は、矢印Ａ１の加圧と同期してなされ、これにより環状の第２金属部材１０１の径方向外向きの変形が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状又は筒状の第１金属部材を、環状の第２金属部材の孔部に圧入させて接合するための金属部材の接合装置において、
前記第１金属部材は、第１金属材料からなっており、
前記第２金属部材は、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、前記孔部の横断面でのサイズが前記第１金属部材の横断面でのサイズよりも小さくなっており、
前記金属部材の接合装置は、
前記第１金属部材を、前記第２金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧手段と、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給手段と、
前記第１金属部材及び前記第２金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、前記圧入の方向に対して交差する方向である横断面方向への変形を抑制する変形抑制手段と、
を備え、
前記変形抑制手段は、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域に設けられている、
金属部材の接合装置。
【請求項２】
請求項１記載の金属部材の接合装置であって、
前記第２金属材料は、前記第１金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、
前記変形抑制手段は、前記第２金属部材に対し、当該第２金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加する、
金属部材の接合装置。
【請求項３】
請求項２記載の金属部材の接合装置であって、
前記変形抑制手段による前記締め付け荷重の付加は、前記加圧手段による前記第２金属部材の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる、
金属部材の接合装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の金属部材の接合装置であって、
前記変形抑制手段は、
前記第２金属部材の外周部を囲む状態で配された複数の変形抑制ヘッドと、
前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、
を有する、
金属部材の接合装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４の何れか記載の金属部材の接合装置であって、
前記第２金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、
前記第１金属材料は、鉄を含む材料である、
金属部材の接合装置。
【請求項６】
請求項１記載の金属部材の接合装置であって、
前記第１金属材料は、前記第２金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、
前記第１金属部材は、筒状をしており、
前記変形抑制手段は、前記第１金属部材に対し、当該第１金属部材の内周部から、前記横断面方向の外向きに荷重を付加する、
金属部材の接合装置。
【請求項７】
請求項６記載の金属部材の接合装置であって、
前記変形抑制手段による前記荷重の付加は、前記加圧手段による前記第２金属部材の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる、
金属部材の接合装置。
【請求項８】
棒状又は筒状の第１金属部材を、環状の第２金属部材の孔部に圧入させて接合する金属部材の接合方法において、
第１金属材料からなる前記第１金属部材を準備する第１金属部材準備ステップと、
前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、前記孔部の横断面サイズが前記第１金属部材の横断面サイズよりも小さく設定された前記第２金属部材を準備する第２金属部材準備ステップと、
前記第１金属部材を、前記第２金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる加圧ステップと、
前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に溶接電流を供給する電流供給ステップと、
前記第１金属部材及び前記第２金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する変形抑制ステップと、
を備え、
前記変形抑制ステップでは、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域で変形を抑制する、
金属部材の接合方法。
【請求項９】
請求項８記載の金属部材の接合方法であって、
前記第２金属材料は、前記第１金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、
前記変形抑制ステップでは、前記第２金属部材に対し、当該第２金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加する、
金属部材の接合方法。
【請求項１０】
請求項９記載の金属部材の接合方法であって、
前記変形抑制ステップでの前記締め付け荷重の付加は、前記加圧ステップでの前記第２金属材料の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる、
金属部材の接合方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０記載の金属部材の接合方法であって、
前記変形抑制ステップでは、前記第２金属部材の外周部を囲む状態で配された複数の変形抑制ヘッドを、当該複数の変形抑制ヘッドの各々に接続された押圧機構により、前記横断面方向の内向きに押圧する、
金属部材の接合方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１の何れか記載の金属部材の接合方法であって、
前記第２金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、
前記第１金属材料は、鉄を含む材料である、
金属部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の接合装置及び接合方法に関し、特に、抵抗溶接を用いた異種金属の接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒状又は筒状の第１金属部材と、環状の第２金属部材と、を接合する方法として、一方の孔部に圧入させながら、短時間に大電流を通電して行う接合方法が用いられている。具体的には、先ず、第１金属部材の横断面でのサイズを、第２金属部材における孔部の横断面でのサイズよりも大きくしておく。また、第１金属部材における先端部をテーパー加工し、第２金属部材の孔部の開口縁もテーパー加工しておく。
【０００３】
次に、第２金属部材の孔部に対して、第１金属部材を宛がい、加圧しながら短時間に大電流を流す。これにより、第１金属部材の外周面及び第２金属部材の一方の界面部分を軟化させて塑性流動させ、当該界面部分で固相接合させる。
【０００４】
上記の接合方法では、短時間に大電流を通電するので、接合部及びその周辺に焼けや歪みを生じ難く、高精度な接合が可能である。また、アーク溶接やロウ付けなどを用いた接合に比べてコストダウンを図ることも可能である。
【０００５】
ところで、近年においては、軽量化及びコストダウンを図るために、互いに物理的性質（溶融温度、耐力など）が異なる異種金属同士を接合するための技術開発がなされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８１６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、互いに物理的性質が異なる異種金属同士を、従来技術に係る上記のような接合方法を採用しようとする場合には、接合強度を確保するためにアップセット量を多くとることが必要となり、接合部品の大型化及び重量増大に繋がる。
【０００８】
これについて、本発明者等が検討した事項について、図１０を用い説明する。図１０には、上記のような接合方法を用い、炭素鋼からなる第１金属部材９００と、アルミニウム合金（Ａｌ合金）からなる第２金属部材９０１とを接合した状態を示す。図１０に示すように、接合方法においては、第２金属部材９０１のテーパー面９０１ｂに第１金属部材９００のテーパー面９００ａが押圧（矢印Ａ９０）されて塑性流動し、拡散層９０２の形成により固相接合される。
【０００９】
しかしながら、Ａｌ合金からなる第２金属部材９０１の溶融温度は炭素鋼に比べて低いため、接合初期のＡｌ合金が溶融してしまい、バリ９０３となって外部に排出されてしまう。これにより、未接合部Ａｒ０が生じる。また、Ａｌ合金と炭素鋼との耐力差により、第２金属部材９０１が変形してしまう。これらより、従来技術では、接合強度を確保するために、アップセット量を多くとることが必要であった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題の解決を図るべくなされたものであって、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる金属部材の接合装置及び接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る金属部材の接合装置は、棒状又は筒状の第１金属部材を、環状の第２金属部材の孔部に圧入させて接合するための接合装置である。
【００１２】
接合対象の一方である前記第１金属部材は、第１金属材料からなっている。
【００１３】
接合対象の他方である前記第２金属部材は、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、前記孔部の横断面でのサイズが前記第１金属部材の横断面でのサイズよりも小さくなっている。
【００１４】
そして、本態様に係る金属部材の接合装置は、加圧手段と、電流供給手段と、変形抑制手段と、を備える。
【００１５】
前記加圧手段は、前記第１金属部材を、前記第２金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる。
【００１６】
前記電流供給手段は、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に溶接電流を供給する。
【００１７】
前記変形抑制手段は、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、前記圧入の方向に対して交差する方向である横断面方向への変形を抑制する。
【００１８】
ここで、前記変形抑制手段は、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域に設けられている。
【００１９】
本態様に係る金属部材の接合装置では、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する変形抑制手段が設けられている。このため、加圧手段により第１金属部材を第２金属部材の孔部に対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、上記低い側の部材の変形を抑制することができる。
【００２０】
また、変形抑制手段は、塑性流動範囲を包含する領域に設けられているので、当該領域において、バリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。
【００２１】
従って、本態様に係る金属部材の接合装置では、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が異なる異種金属部材（第１金属部材と第２金属部材）同士の接合に際し、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００２２】
なお、「塑性流動範囲」については、第１金属材料及び第２金属材料の各物理的性質や、接合条件及び環境条件などに基づき、実験的・経験的に設定することができる。
【００２３】
また、電流供給手段については、公知の金属部材の接合装置（コンデンサ溶接装置）用の電流供給装置を採用することができる。具体的には、電解コンデンサ、溶接トランス、放電回路、大電流回路を備え、電解コンデンサに溶接に必要な電気エネルギを一旦充電し、これを短時間にトランスに放電し、短時間に大電流を第１金属部材と第２金属部材との間に供給する装置である。
【００２４】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記第２金属材料は、前記第１金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、前記変形抑制手段は、前記第２金属部材に対し、当該第２金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加する。
【００２５】
上記のように、第２金属材料の耐力及び溶融温度が、第１金属材料に比べて低い場合には、加圧手段により加圧しながら電流を流し始めると、温度上昇及び横断面方向外向きの応力により、第２金属部材の内外周長がともに大きくなろうとする。即ち、第２金属部材が拡径しようとする。
【００２６】
しかし、本態様に係る金属部材の接合装置では、変形抑制手段により、第２金属部材をその外周部から横断面方向内側に向けて締め付けているので、第２金属部材の外への拡がりを抑制することができる。
【００２７】
従って、本態様に係る金属部材の接合装置では、第２金属部材を相対的に耐力及び溶融温度が低い材料から構成した場合にあっても、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００２８】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記変形抑制手段による前記締め付け荷重の付加は、前記加圧手段による前記第２金属部材の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる。
【００２９】
本態様に係る金属部材の接合装置では、締め付け荷重の付加と圧入とを同期して実行することができるので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００３０】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記変形抑制手段は、前記第２金属部材の外周部を囲む状態で配された複数の変形抑制ヘッドと、前記複数の変形抑制ヘッドの各々を、前記横断面方向の内向きに押圧する押圧機構と、を有する。
【００３１】
本態様に係る金属部材の接合装置では、変形抑制手段の具体的な構成として、複数の変形抑制ヘッドと、これを押圧する押圧機構と、を有することとしている。これにより、複雑な機構を用いず、第２金属部材の変形を抑制することができる。
【００３２】
また、複数の変形抑制ヘッドを用いて第２金属部材の外周部を押圧するので、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第２金属部材の外への拡がりを偏りなく抑制することができる。
【００３３】
なお、「押圧手段」の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ及び電動モータなどを採用することもできるし、リンク機構等を介して手動で（より具体的には、例えば、コレットチャックを用いた構成で）押圧することもできる。
【００３４】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記第２金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、前記第１金属材料は、鉄を含む材料である。
【００３５】
本態様に係る金属部材の接合装置では、耐力及び溶融温度が互いに異なるアルミニウム系材料（アルミニウムを含む材料）と鉄系材料（鉄を含む材料）との接合にも、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑えることができる。
【００３６】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記第１金属材料は、前記第２金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、前記第１金属部材は、筒状をしており、前記変形抑制手段は、前記第１金属部材に対し、当該第１金属部材の内周部から、前記横断面方向の外向きに荷重を付加する。
【００３７】
本態様に係る金属部材の接合装置では、第１金属部材を構成する第１金属材料の耐力及び溶融温度が、第２金属部材を構成する第２金属材料に比べて低い場合にも、上記同様に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑えることができる。
【００３８】
本発明の別態様に係る金属部材の接合装置は、上記構成において、前記変形抑制手段による前記荷重の付加は、前記加圧手段による前記第２金属部材の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる。
【００３９】
本態様に係る金属部材の接合装置でも、変形抑制手段による荷重の付加と圧入とを同期して実行することにより、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００４０】
本発明の一態様に係る金属部材の接合方法は、棒状又は筒状の第１金属部材を、環状の第２金属部材の孔部に圧入させて接合する接合方法であり、以下のステップを含む。
【００４１】
（ｉ）第１金属部材準備ステップ；第１金属材料からなる前記第１金属部材を準備する。
【００４２】
（ｉｉ）第２金属部材準備ステップ；前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、前記孔部の横断面サイズが前記第１金属部材の横断面サイズよりも小さく設定された前記第２金属部材を準備する。
【００４３】
（ｉｉｉ）加圧ステップ；前記第１金属部材を、前記第２金属部材の前記孔部に向けて加圧し、圧入させる。
【００４４】
（ｉｖ）電流供給ステップ；前記第１金属部材と前記第２金属部材との間に溶接電流を供給する。
【００４５】
（ｖ）変形抑制ステップ；前記第１金属部材及び前記第２金属部材の内、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する。
【００４６】
本態様に係る金属部材の接合方法では、前記変形抑制ステップにおいて、前記圧入の方向において、少なくとも塑性流動範囲を包含する領域で変形を抑制する。
【００４７】
本態様に係る金属部材の接合方法では、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が低い側の部材に対して、横断面方向への変形を抑制する（ｖ）変形抑制ステップを実行する。このため、（ｉｉｉ）加圧ステップにおいて、第１金属部材を第２金属部材の孔部に対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、上記低い側の部材の変形を抑制することができる。
【００４８】
また、（ｖ）変形抑制ステップにおいては、塑性流動範囲を包含する領域で変形を抑制することとしているので、当該領域において、バリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。
【００４９】
従って、本態様に係る金属部材の接合方法では、構成金属材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方が異なる異種金属部材（第１金属部材と第２金属部材）同士の接合に際し、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００５０】
本発明の別態様に係る金属部材の接合方法は、上記方法において、前記第２金属材料は、前記第１金属材料に対して、耐力及び溶融温度が低く、前記変形抑制ステップでは、前記第２金属部材に対し、当該第２金属部材の外周部から、前記横断面方向の内向きに締め付け荷重を付加する。
【００５１】
上記のように、第２金属材料の耐力及び溶融温度が、第１金属材料に比べて低い場合には、加圧手段により加圧しながら電流を流し始めると、温度上昇及び横断面方向外向きの応力により、第２金属部材の内外周長がともに大きくなろうとする。即ち、第２金属部材の環が外に拡がろうとする。
【００５２】
しかし、本態様に係る金属部材の接合方法では、（ｖ）変形抑制ステップにおいて、第２金属部材をその外周部から横断面方向内側に向けて締め付けることとしているので、第２金属部材の外への拡がり（拡径）を抑制することができる。
【００５３】
従って、本態様に係る金属部材の接合方法では、第２金属部材を相対的に耐力及び溶融温度が低い材料から構成した場合にあっても、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００５４】
本発明の別態様に係る金属部材の接合方法は、上記方法において、前記変形抑制ステップでの前記締め付け荷重の付加は、前記加圧ステップでの前記第２金属材料の前記孔部への前記第１金属部材の圧入に同期して、なされる。
【００５５】
本態様に係る金属部材の接合方法では、締め付け荷重の付加と圧入とを同期して実行することにより、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【００５６】
本発明の別態様に係る金属部材の接合方法は、上記方法において、前記変形抑制ステップでは、前記第２金属部材の外周部を囲む状態で配された複数の変形抑制ヘッドを、当該複数の変形抑制ヘッドの各々に接続された押圧機構により、前記横断面方向の内向きに押圧する。
【００５７】
本態様に係る金属部材の接合方法では、（ｖ）変形抑制ステップの具体的な実行方法として、複数の変形抑制ヘッドを、押圧機構で押圧することによるものとしている。これにより、付加する押圧力の外周部の領域ごとでのバラツキを抑えながら、第２金属部材の変形を抑制することができる。
【００５８】
また、複数の変形抑制ヘッドを用いて第２金属部材の外周部を押圧するので、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第２金属部材の外への拡がり（拡径）を偏りなく抑制することができる。
【００５９】
なお、押圧機構の具体例については、上記同様である。
【００６０】
本発明の別態様に係る金属部材の接合方法は、上記方法において、前記第２金属材料は、アルミニウムを含む材料であり、前記第１金属材料は、鉄を含む材料である。
【００６１】
本態様に係る金属部材の接合方法では、耐力及び溶融温度が互いに異なるアルミニウム系材料（アルミニウムを含む材料）と鉄系材料（鉄を含む材料）との接合にも、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑えることができる。
【発明の効果】
【００６２】
上記の各態様では、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金属部材接合装置１の構成を示す模式断面図である。
【図２】金属部材接合装置１における変形抑制ユニット１７の構成を示す模式平面図である。
【図３】変形抑制ユニット１７が果たす機能を説明するための模式図である。
【図４】金属部材接合装置１を用い接合された第１金属部材１００と第２金属部材１０１とを示す模式断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る金属部材接合装置２の構成を示す模式断面図である。
【図６】金属部材接合装置２における変形抑制ユニット２０の構成を示す模式平面図である。
【図７】金属部材接合装置２を用い接合された第１金属部材１０３と第２金属部材１０４とを示す模式断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット３０の構成を抜き出して示す模式平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット４０の構成を抜き出して示す模式平面図である。
【図１０】従来技術に係る金属部材接合装置を用い接合された第１金属部材９００と第２金属部材９０１とを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００６５】
［第１実施形態］
１．金属部材接合装置１の構成
本発明の第１実施形態に係る金属部材接合装置１の構成について、図１を用い説明する。
【００６６】
図１に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置１は、ベース１０と、溶接ヘッド１１と、加圧ロッド１２と、変形抑制ユニット１７と、溶接電流供給部１８と、を備える。ベース１０は、台形状をしている。ベース１０の上面１０ａには、第２金属部材１０１が載置される。
【００６７】
溶接ヘッド１１は、加圧ロッド１２に接合されており、矢印Ａ１で示すように、Ｚ軸方向に下降できるようになっている。溶接ヘッド１１には、第１金属部材１００が保持される。ここで、第１金属部材１００を第２金属部材１０１上に載置した状態でセットし、溶接ヘッド１１を下降させて第１金属部材１００を加圧するように構成することも勿論可能である。
【００６８】
なお、図示を省略しているが、加圧ロッド１２は、加圧機構に連結されており、加圧機構の駆動に伴い、Ｚ軸方向に上下動できるようになっている。加圧機構の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、電動モータなどをあげることができる。
【００６９】
変形抑制ユニット１７は、一対の変形抑制ヘッド１３，１４と、各変形抑制ヘッド１３，１４に接合された押圧ロッド１５，１６と、を有する。変形抑制ヘッド１３，１４は、ベース１０の上面１０ａに載置された第２金属部材１０１に対し、その外周部を囲繞する状態で配されている。第２金属部材１０１の外周部と、変形抑制ヘッド１３，１４の内周部とは、略隙間なく密に接している。
【００７０】
変形抑制ヘッド１３，１４は、押圧ロッド１５，１６を介した押圧力を受けて、矢印Ａ２，Ａ３で示すように、第２金属部材１０１の外周部を横断面方向の内側に向けて押圧できるようになっている。なお、図示を省略しているが、押圧ロッド１５，１６には、押圧機構が連結されており、押圧機構の駆動に伴い、Ｘ方向に前進及び後退ができるようになっている。押圧機構の具体例としては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、電動モータなどをあげることができる。
【００７１】
上記において、「横断面方向」とは、第２金属部材１０１の孔部１０１ａに対する第１金属部材１００の圧入方向に対して直交する方向（Ｚ方向に対して直交する面方向）のことである。本開示においては、他の箇所についても同様である。
【００７２】
ここで、変形抑制ヘッド１３，１４による押圧は、加圧ヘッド１１の加圧と同期してなされる。より具体的には、加圧ヘッド１１が矢印Ａ１に示すように下降し、第１金属部材１００の先端が第２金属部材１０１の孔部１０１ａに圧入し始めるタイミングに呼応して（同期して）、変形抑制ヘッド１３，１４は、矢印Ａ２，Ａ３に示すように、第２金属部材１０１の外周部を押圧し始める。
【００７３】
なお、変形抑制ヘッド１３，１４の押圧力及び押圧ストロークは、第２金属部材１０１の外周部が所定以上に縮径してしまわない程度で制御されている。
【００７４】
溶接電流供給部１８は、第１金属部材１００と第２金属部材１０１との間に、短時間に大電流を供給する。なお、図１では、溶接電流供給部１８から第１金属部材１００及び第２金属部材１０１に対して直接配線が接続されているように図示をしているが、実際の配線形態はこれに限定されない。例えば、ベース１０及び溶接ヘッド１１を導電性材料から構成しておき、これらベース１０及び溶接ヘッド１１を介して溶接電流供給部１８からの電流供給がなされるようにしておいてもよい。
【００７５】
具体的に、溶接電流供給部１８としては、電解コンデンサ、溶接トランス、放電回路、大電流回路を備える構成の大電流供給装置を採用することができる。溶接電流供給部１８は、電解コンデンサに溶接に必要な電気エネルギを一旦充電し、これを短時間にトランスに放電し、短時間に大電流を第１金属部材１００と第２金属部材１０１との間に供給する装置である。
【００７６】
２．接合対象の第１金属部材１００及び第２金属部材１０１
引き続き図１を用い、接合対象である第１金属部材１００及び第２金属部材１０１について説明する。
【００７７】
図１に示すように、第１金属部材１００は、中実棒状をしている。そして、第１金属部材１００は、その軸芯がＺ方向に沿う状態で配されている。
【００７８】
第１金属部材１００におけるＺ方向下端、即ち、第２金属部材１０１の孔部１０１ａへの圧入先端側の外周面がテーパー部１００ａとなっている。
【００７９】
また、第１金属部材１００における横断面径は、第２金属部材１０１の孔部１０１ａの孔径よりも大径となっている。
【００８０】
第１金属部材１００の構成金属材料は、鉄（Ｆｅ）を含む金属材料、具体的には、炭素鋼からなる。本実施形態では、一例として、Ｓ３５Ｃを採用している。Ｓ３５Ｃの降伏点（耐力）は、３０５（Ｎ／ｍｍ２）以上であり、溶融温度は、１５３８（℃）である。また、線膨張係数は、１１．７（×１０−６／℃）である。
【００８１】
一方、第２金属部材１０１は、円環状をしており、第１金属部材１００の横断面径よりも小径の孔部１０１ａを有する。第２金属部材１０１では、孔部１００ａの圧入側口縁がテーパー部１０１ｂとなっている。テーパー部１０１ｂのテーパー角は、第１金属部材１００のテーパー部１００ａのテーパー角と略同一となっている。
【００８２】
第２金属部材１０１は、アルミニウム（Ａｌ）を含む金属材料、具体的には、アルミニウム合金からなる。本実施形態では、一例として、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金であるＡ５０５６（Ｈ３４）を採用している。Ａ５０５６（Ｈ３４）の降伏点（耐力）は、２３０（Ｎ／ｍｍ２）であり、溶融温度は、５６８〜６３８（℃）である。また、線膨張係数は、２６．３（×１０−６／℃）である。
【００８３】
３．変形抑制ユニット１７の構成
本実施形態に係る金属部材接合装置１が具備する変形抑制ユニット１７の構成について、図２を用い補足説明する。図２は、変形抑制ユニット１７を図１のＺ方向上方から平面視した模式平面図である。
【００８４】
図２に示すように、変形抑制ユニット１７における変形抑制ヘッド１３，１４は、それぞれが半円環形状をしている。変形抑制ヘッド１３と変形抑制ヘッド１４とは、互いの端辺同士が向き合う状態で配される。
【００８５】
孔部１０１ａを有する第２金属部材１０１に対しては、その外周部１０１ｃに変形抑制ヘッド１３，１４の内周面が略隙間なく沿うようになっている。第２金属部材１０１の外周部１０１ｃに対して当接させた状態の変形抑制ヘッド１３，１４の間には、隙間Ｇ１，Ｇ２があくようになっている。隙間Ｇ１，Ｇ２は、微細な隙間である。
【００８６】
ここで、第２金属部材１０１の外周部１０１ｃに対して当接させた状態の変形抑制ヘッド１３，１４の間に隙間Ｇ１，Ｇ２があくようにしているのは、第２金属部材１０１の寸法公差や、変形抑制ヘッド１３，１４の寸法公差などがあっても、第２金属部材１０１の変形を抑制することができるようにするためである。
【００８７】
４．金属部材接合装置１を用いた第１金属部材１００と第２金属部材１０１との接合
上記の構成を有する金属部材接合装置１を用いた、第１金属部材１００と第２金属部材１０１との接合は、次のようにしてなされる。
【００８８】
（ｉ）第１金属部材１００を準備し、これを溶接ヘッド１１にセットする。なお、図１に示すように、溶接ヘッド１１への第１金属部材１００のセットに際しては、先端外周にテーパー部１００ａがベース１０の側を向くように行う。
【００８９】
（ｉｉ）第２金属部材１０１を準備し、これをベース１０の上面１０ａ上に載置する。このとき、第２金属部材１０１の載置に際しては、圧入側口縁にテーパー部１０１ｂが設けられた側が溶接ヘッド１１の側を向くようにする。また、溶接ヘッド１１にセットされた第１金属部材１００の軸芯に対して、第２金属部材１０１における孔部１０１ａの孔中心が一致するように位置調整を行う。
【００９０】
（ｉｉｉ）第２金属部材１０１の外周部１０１ｃに対して、変形抑制ユニット１７の変形抑制ヘッド１３，１４をセットする。なお、この段階において、変形抑制ヘッド１３，１４は、第２金属部材１０１の外周部１０１ｃに対して隙間がないようにセットするだけであり、径方向内向きの押圧力は付加しないものとする。
【００９１】
（ｉｖ）溶接ヘッド１１を矢印Ａ１で示すように、下降させてゆく。
【００９２】
（ｖ）第１金属部材１００の先端と、第２金属部材１０１の孔部１０１ａに面する開口縁と、が当接又は近接状態となった時点で、溶接電流供給部１８からの電流供給を開始する。
【００９３】
（ｖｉ）第１金属部材１００の先端が、第２金属部材１０１の孔部１０１ａに対し圧入し始めた時点で、上記電流供給とともに、変形抑制ヘッド１３，１４を矢印Ａ２，Ａ３で示すように、第２金属部材１０１の径方向内側に向けて押圧する。換言すると、第２金属部材１０１の孔部１０１ａに対する第１金属部材１００の圧入に同期して、第２金属部材１０１の径方向内側に向け締め付け荷重を付加する。
【００９４】
（ｖｉｉ）予め規定されたアップセット量だけ、第１金属部材１００を圧入させて、接合が終了する。そして、接合完了と同時、又は、やや遅れて変形抑制ユニット１７による変形抑制動作も終了する。
【００９５】
５．変形抑制ユニット１７の果たす機能
金属部材接合装置１において、変形抑制ユニット１７が果たす機能について、図３及び図４を用い説明する。図３は、第１金属部材１００が圧入され、溶接電流が供給されている状態での第２金属部材１０１の様子を模式的に示す模式図である。図４は、金属部材接合装置１を用い接合した後の第１金属部材１００と第２金属部材１０１とを示す模式断面図である。
【００９６】
上述のように、第２金属部材１０１はアルミニウム合金から構成されており、第１金属部材１００を構成する炭素鋼に比べて、耐力及び溶融温度がともに低い。よって、図３に示すように、第２金属部材１０１には、径方向外向きに変形しようとする力Ｆ１が働く。これにより、第２金属部材１０１の内周部１０１ｄ及び外周部１０１ｃの周長が伸びようとすることになる。
【００９７】
しかしながら、本実施形態においては、第２金属部材１０１は、外周部１０１ｃに変形抑制ユニット１７の変形抑制ヘッド１３，１４が当接され、嵌合に同期して、径方向内向きの力Ｆ２が付加されている。よって、第２金属部材１０１においては、外径Ｄ２がほとんど変化せず、内径Ｄ１についても、塑性流動による分を除き、実質的にほとんど変化しない。
【００９８】
以上のように、変形抑制ユニット１７を具備する金属部材接合装置１を用い接合された第１金属部材１００と第２金属部材１０１とは、図４に示すように、バリの生成及び排出が抑制され、図１０で示したような“未接合部”が発生することも抑制される。これにより、本実施形態に係る金属部材接合装置１を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながら、接合長ＬＢ１０２の長い接合部（拡散層１０２）を形成することができる。
【００９９】
従って、本実施形態に係る金属部材接合装置１を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながらも、高い接合強度で第１金属部材１００と第２金属部材１０１との接合を行うことができる。
【０１００】
なお、図４に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置１においては、変形抑制ユニット１７における変形抑制ヘッド１３，１４（図４では、変形抑制ユニット１３のみを図示。）のＺ方向高さＨ１３を、第２金属部材１０１のＺ方向高さと同じか、それ以上としている。換言すると、変形抑制ヘッド１３，１４における下面１３ｂは、ベース１０の上面１０ａに当接し、上面１３ａは、第２金属部材１０１のＺ方向上側の表面と面一又はそれよりも高い位置になるように設定されている。
【０１０１】
変形抑制ヘッド１３，１４のサイズ及び配置を上記のように設定することにより、Ｚ方向において、接合時における塑性流動の範囲（拡散層１０２が形成される範囲と略同じ範囲）を包含する範囲で、第２金属部材１０１に対して締め付け荷重を付加することができる。これより、接合時に塑性流動が生じる範囲での第２金属部材１０１の拡径方向の変形が確実に抑制され、バリの生成及び外部への排出が抑制される。
【０１０２】
６．効果
金属部材接合装置１では、第１金属部材１００よりも構成材料の耐力及び溶融温度がともに低い第２金属部材１０１の外周部１０１ｃを、拡径方向の変形を抑制する変形抑制ユニット１７が設けられている。このため、第１金属部材１００を第２金属部材１０１の孔部１０１ａに対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、第２金属部材１０１の拡径変形を抑制することができる。
【０１０３】
また、変形抑制ユニット１７は、塑性流動範囲を包含する領域を押圧できるように設けられているので、接合時におけるバリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。
【０１０４】
従って、本実施形態に係る金属部材接合装置１では、炭素鋼からなる第１金属部材１００とアルミニウム合金からなる第２金属部材１０１との接合において、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【０１０５】
また、金属部材接合装置１では、変形抑制ユニット１７による締め付け荷重の付加と、溶接ヘッド１１の下降による孔部１０１ａへの第１金属部材１００の圧入と、を同期して実行することができるので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【０１０６】
また、金属部材接合装置１における変形抑制ユニット１７では、２つの変形抑制ヘッド１３，１４を有する。これにより、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第２金属部材１０１の拡径変形を偏りなく抑制することができる。
【０１０７】
［第２実施形態］
１．金属部材接合装置２の構成
本発明の第２実施形態に係る金属部材接合装置２の構成について、図５を用い説明する。図５は、金属部材接合装置２の構成を示す模式断面図であって、一部構成の図示を省略している。また、図５において、上記第１実施形態に係る金属部材接合装置１と同一構成の部位については、同一符号を付し、以下での詳細な説明を省略する。
【０１０８】
図５に示すように、金属部材接合装置２では、円筒状をした第２金属部材１０４の筒内に変形抑制ユニット２０が設けられている。変形抑制ユニット２０は、第２金属部材１０４の内周部１０４ｂに対して、径方向外向きに押圧力を付加できるようになっている。
【０１０９】
なお、第２金属部材１０４のＺ方向下端、即ち、第１金属部材１０３の孔部１０３ａへの圧入先端側の外周面がテーパー部１０４ａとなっている点は、上記第１実施形態の第１金属部材１００と同様である。
【０１１０】
一方、本実施形態に係る金属部材接合装置２では、第１金属部材１０３の外周部に対して締め付け荷重を付加するための変形抑制ユニットが設けられていない。ただし、図示を省略しているが、ベース１０上において第１金属部材１０３が位置ズレを抑制するための位置決め装置は設けられている。
【０１１１】
なお、第１金属部材１０３の孔部１０３ａの圧入側口縁がテーパー部１０３ｂとなっている。テーパー部１０３ｂのテーパー角は、第２金属部材１０４のテーパー部１０４ａのテーパー角と略同一となっている。また、第１金属部材１０３の孔部１０３ａの孔径は、第２金属部材１０４の外径よりも若干大きくなっている。
【０１１２】
２．第１金属部材１０３及び第２金属部材１０４の各構成金属材料
第１金属部材１０３の構成金属材料は、鉄（Ｆｅ）を含む金属材料、具体的には、炭素鋼からなる。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、一例として、Ｓ３５Ｃを採用している。Ｓ３５Ｃの降伏点（耐力）は、３０５（Ｎ／ｍｍ２）以上であり、溶融温度は、１５３８（℃）である。また、線膨張係数は、１１．７（×１０−６／℃）である。
【０１１３】
一方、第２金属部材１０４の構成金属材料は、アルミニウム（Ａｌ）を含む金属材料、具体的には、アルミニウム合金からなる。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、一例として、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金であるＡ５０５６（Ｈ３４）を採用している。Ａ５０５６（Ｈ３４）の降伏点（耐力）は、２３０（Ｎ／ｍｍ２）であり、溶融温度は、５６８〜６３８（℃）である。また、線膨張係数は、２６．３（×１０−６／℃）である。
【０１１４】
３．変形抑制ユニット２０の構成
本実施形態に係る金属部材接合装置２が具備する変形抑制ユニット２０の構成について、図６を用い補足説明する。図６は、変形抑制ユニット２０を図５のＺ方向上方から仮想的に平面視した模式平面図である。
【０１１５】
図６に示すように、変形抑制ユニット２０は、６つの変形抑制ヘッド２１〜２６を有している。また、図示を省略しているが、変形抑制ユニット２０は、各変形抑制ヘッド２１〜２６を径方向に前進・後退させるための押圧機構を有する。
【０１１６】
変形抑制ヘッド２１〜２６の各々は、円形状を６分割した扇形状をしている。各変形抑制ヘッド２１〜２６は、拡径時において、各外周面が第２金属部材１０４の内周部１０４ｂに略隙間なく当接するようになっている。
【０１１７】
本実施形態に係る金属部材接合装置２が備える変形抑制ユニット２０は、所謂、内径把握コレットチャックと同様の機構を有するものである。
【０１１８】
なお、本実施形態に係る金属部材接合装置２の駆動時においても、変形抑制ユニット２０は、溶接ヘッド１１の下降による第１金属部材１０３の孔部１０３ａへの第２金属部材１０４の圧入と同期して、第２金属部材１０４の内周部１０４ｂに拡径方向の荷重を付加する。
【０１１９】
４．第１金属部材１０３と第２金属部材１０４との接合状態
変形抑制ユニット２０を具備する金属部材接合装置２を用い接合された第１金属部材１０３と第２金属部材１０４とは、図７に示すように、バリの生成及び外部排出が抑制され、図１０で示したような“未接合部”が発生することも抑制される。これにより、本実施形態に係る金属部材接合装置２を用いた接合では、アップセット量の増大を抑制しながら、接合長ＬＢ１０５の長い接合部（拡散層１０５）を形成することができる。
【０１２０】
従って、本実施形態に係る金属部材接合装置２を用いた接合でも、アップセット量の増大を抑制しながらも、高い接合強度で第１金属部材１０３と第２金属部材１０４との接合を行うことができる。
【０１２１】
図７に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置２においては、変形抑制ユニット２０における変形抑制ヘッド２１〜２６（図７では、変形抑制ユニット２３のみを図示。）のＺ方向高さＨ２３を、接合時における塑性流動の範囲（拡散層１０５が形成される範囲と略同じ範囲）を包含するよう設定している。換言すると、変形抑制ヘッド２１〜２６における下面２３ｂは、第２金属部材１０４のＺ方向下端面と略面一とし、上面２３ａは、拡散層１０５が形成される予定領域よりもＺ方向上側としている。
【０１２２】
変形抑制ヘッド２１〜２６のサイズ及び配置を上記のように設定することにより、Ｚ方向において、接合時における塑性流動の範囲（拡散層１０５が形成される範囲と略同じ範囲）を包含する範囲で、第２金属部材１０４に対して径方向外向きの荷重を付加することができる。これより、接合時に塑性流動が生じる範囲での第２金属部材１０４の縮径方向の変形が確実に抑制され、バリの生成及び外部への排出が抑制される。
【０１２３】
５．効果
金属部材接合装置２では、第１金属部材１０３よりも構成材料の耐力及び溶融温度がともに低い第２金属部材１０４の内周部１０４ｂを、縮径方向の変形を抑制する変形抑制ユニット２０が設けられている。このため、第２金属部材１０４を第１金属部材１０３の孔部１０３ａに対して圧入し、且つ、電流を流し始めてから、第２金属部材１０４の縮径変形を抑制することができる。
【０１２４】
また、変形抑制ユニット２０は、塑性流動範囲を包含する領域を押圧できるように設けられているので、接合時におけるバリの生成及びバリの外部排出を効果的に抑制することができる。
【０１２５】
従って、本実施形態に係る金属部材接合装置２でも、炭素鋼からなる第１金属部材１０３とアルミニウム合金からなる第２金属部材１０４との接合において、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【０１２６】
また、本実施形態に係る金属部材接合装置２でも、変形抑制ユニット２０による径方向外向きの荷重の付加と、溶接ヘッド１１の下降による孔部１０３ａへの第２金属部材１０４の圧入と、を同期して実行することができるので、適切なタイミングで変形抑制のための荷重付加を行うことができる。よって、効率的に、高い接合強度を確保しながら、アップセット量の増大を抑制することができる。
【０１２７】
また、金属部材接合装置２における変形抑制ユニット２０では、６つの変形抑制ヘッド２１〜２６を有する。これにより、偏りの少ない押圧が可能であり、横断面方向における第２金属部材１０４の縮径方向の変形を偏りなく抑制することができる。
【０１２８】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る金属部材接合装置の構成について、図８を用い説明する。なお、図８では、本実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット３０の一部構成を抜き出して図示している。図示を省略している各構成については、上記第１実施形態に係る金属部材接合装置１と同じである。
【０１２９】
図８に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置が具備する変形抑制ユニット３０は、３つの変形抑制ヘッド３１〜３３と、各変形抑制ヘッド３１〜３３に接続された押圧ロッド３４〜３６と、を有する。また、図示を省略しているが、変形抑制ユニット３０は、押圧ロッド３４〜３６に接続され、各変形抑制ヘッド３１〜３３を径方向に前進・後退させるための押圧機構を有する。
【０１３０】
変形抑制ヘッド３１〜３３は、それぞれが円環を３分割した平面形状を有している。変形抑制ヘッド３１〜３３は、互いの端辺同士が向き合う状態で配される。
【０１３１】
孔部１０１ａを有する第２金属部材１０１に対しては、その外周部１０１ｃに変形抑制ヘッド３１〜３３の内周面が略隙間なく沿うようになっている。矢印Ａ４〜Ａ６で示すように、変形抑制ヘッド３１〜３３を径方向内向きに前進させ、第２金属部材１０１の外周部１０１ｃに対してそれぞれを当接させた状態において、変形抑制ヘッド３１〜３３の各間には、隙間Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５がそれぞれあくようになっている。隙間Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５は、微細な隙間である。
【０１３２】
本実施形態においても、隙間Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５をあけるようにしているのは、上記同様に、第２金属部材１０１の寸法公差や、変形抑制ヘッド３１〜３３の寸法公差などがあっても、第２金属部材１０１の変形を抑制することができるようにするためである。
【０１３３】
以上のような構成の変形抑制ユニット３０を有する金属部材接合装置においても、上記第１実施形態に係る金属部材接合装置１が奏するのと同様の効果を奏することが可能である。
【０１３４】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係る金属部材接合装置の構成について、図９を用い説明する。なお、図９では、本実施形態に係る金属部材接合装置の構成の内、変形抑制ユニット４０の一部構成を抜き出して図示している。
【０１３５】
先ず、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、接合対象部材として、円形状または円環状の横断面形状を有する部材を採用したが、本実施形態では、図９に示すように、横断面形状が四角環状をした第２金属部材１０６を接合対象の一方としている。
【０１３６】
なお、図示を省略しているが、接合対象の他方は、第２金属部材１０６における孔部１０６ａの形状に対応した四角形の横断面形状を有する棒体または筒体の金属部材である。
【０１３７】
図９に示すように、本実施形態に係る金属部材接合装置の変形抑制ユニット４０は、４つの変形抑制ヘッド４１〜４４と、４つの押圧ヘッド４５〜４８を備える。４つの変形抑制ヘッド４１〜４４は、第２金属部材１０６における４つの外周部１０６ｃ〜１０６ｆに対して、各々が隙間なく当接可能となっている。４つの押圧ヘッド４５〜４８は、図示を省略しているが、押圧機構に接続されており、孔部１０６ａへの第１金属部材の圧入に同期して、矢印Ａ７〜Ａ１０で示すように、第２金属部材１０６に対して内向きに締め付け荷重を付加できるようになっている。
【０１３８】
以上のような構成の変形抑制ユニット４０を有する金属部材接合装置においても、上記第１実施形態に係る金属部材接合装置１が奏するのと同様の効果を奏することが可能である。
【０１３９】
［変形例］
上記第１実施形態から上記第４実施形態では、接合対象の部材として、Ａｌを含む部材（Ａｌ合金）とＦｅを含む部材（炭素鋼）とを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。本発明では、少なくとも耐力及び溶融温度の少なくとも一方が異なる材料からなる部材同士の接合に対して、上記のように変形抑制ユニットを設けることで効果を奏することができる。
【０１４０】
例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を含む材料（例えば、Ｍｇ合金）からなる部材とＡｌを含む材料（例えば、Ａｌ合金）からなる部材との接合や、Ｍｇを含む材料（例えば、Ｍｇ合金）からなる部材とＦｅを含む材料（例えば、炭素鋼）からなる部材との接合などにも適用が可能である。これらの場合においても、部材を構成する材料の耐力及び溶融温度の少なくとも一方を勘案して、変形抑制ユニットを設けることができる。
【０１４１】
なお、Ｍｇ合金として、例えば、ＭＤＣ１Ｄを採用する場合には、降伏点（耐力）が１６０（Ｎ／ｍｍ２）であり、溶融温度が４７０〜５９５（℃）である。また、線膨張係数が２７．０（×１０−６／℃）である。これらの物理的性質と、接合相手の部材を構成する材料との関係を勘案すればよい。
【０１４２】
上記第２実施形態では、第２金属部材１０４に対して変形抑制ユニット２０を設け、第１金属部材１０３との接合時に第２金属部材１０４が縮径するのを抑制することとした。本発明は、例えば、上記第２実施形態において、さらに第１金属部材１０３に対して変形抑制ユニットを設けることとしてもよい。これは、溶接電流を流した場合に、各部材１０３，１０４の温度が上昇し、それぞれが膨張しようとすることになる。この場合に、炭素鋼からなり環状をした第１金属部材１０３が拡径しようとする。これを抑制することで、バリの生成及び外部への排出を抑制するのに有効となる。接合対象の金属部材について、その構成材料が上記以外の場合にも、各部材の構成材料の耐力及び溶融温度とともに線膨張係数を考慮することで、同様の効果を得ることができるよう変形抑制ユニットを構成することが可能となる。
【０１４３】
上記第１実施形態から上記第４実施形態では、接合対象となる部材１００，１０１，１０３，１０４，１０６の形状について、一例を示したが、本発明は、これらに限定を受けるものではない。例えば、平面視で長円環状の部材や、三角形や五角形以上の多角形状の外周形状を有する部材などを接合対象とすることもできる。この場合には、それら外周部の形状に対応する変形抑制ヘッドを設けることで、上記同様の効果を奏することができる。
【０１４４】
上記第１実施形態から上記第４実施形態では、変形抑制ユニット１７，２０，３０，４０を設けることにより第２金属部材１０１，１０４，１０６の変形を抑制することとした。これら実施形態における変形抑制ユニット１７，２０，３０，４０は、第２金属部材１０１，１０４，１０６の横断面方向の変形を抑える機能を有するものとした。
【０１４５】
しかし、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接電流を流し、溶融温度の低い側の金属部材が一部軟化した状態で、軟化した当該金属部材を、接合対象の他方の金属部材側に向け横断面方向に変形させることとしてもよい。このような構成とすることにより、横断面方向において、塑性流動した領域における密度の低下を抑制し、高い接合強度を確保するのに優位である。
【０１４６】
上記第１実施形態、上記第３実施形態及び上記第４実施形態では、第２金属部材１０１，１０６の外周部１０１ｃ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆに締め付け荷重を付加することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、図１の第２金属部材１０１に対し、その外縁部分におけるＺ方向上面をベース１０側に向けて押圧し、摩擦力により第２金属部材１０１の径方向への変形を抑制することとしてもよい。
【０１４７】
上記第１実施形態では、ベース１０の上面１０ａに第２金属部材１０１を載置し、上記第２実施形態では、第１金属部材１０３を載置することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、溶接ヘッド１１に対向する第２の溶接ヘッドを設け、当該第２の溶接ヘッドに第２金属部材１０１や第１金属部材１０３を把持することとし、溶接時においてＺ方向上向きに上昇する構成としてもよい。
【０１４８】
上記第１実施形態から上記第３実施形態では、変形抑制ヘッド１３，１４，２１〜２６，３１〜３３が径方向にのみ前進・後退可能な構成としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、各変形抑制ヘッドが螺旋回転することにより、拡径又は縮径する構成とすることもできる。
【０１４９】
また、上記第１実施形態では、２つの変形抑制ヘッド１３，１４を具備し、上記第２実施形態では、６つの変形抑制ヘッド２１〜２６を具備し、上記第３実施形態では、３つの変形抑制ヘッド３１〜３３を具備し、上記第４実施形態では、４つの変形抑制ヘッド４１〜４４を具備することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、図１において、一体形成されてなる環状の変形抑制ヘッドを準備し、これを環状の第２金属部材１０１の外周部に密に当接させるようにしてもよい。
【０１５０】
また、上述のように、金属部材の圧入方向における変形抑制ヘッドのサイズは、接合対象である金属部材の塑性流動の範囲内を包含するサイズであれば、上記の各実施形態に限定を受けるものではない。
【０１５１】
また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、接合対象である各金属部材１００，１０１，１０３，１０４にテーパー部１００ａ，１０１ｂ，１０３ｂ，１０４ａを設けることとしたが、本発明では、必ずしもテーパー部を設けなくてもよい。
【符号の説明】
【０１５２】
１，２  金属部材接合装置
１１  溶接ヘッド
１３，１４，２１，２２，２３，２４，２５，２６，３１，３２，３３，４１，４２，４３，４４  変形抑制ヘッド
１７，２０，３０，４０  変形抑制ユニット
１８  溶接電流供給部
１００，１０３  第１金属部材
１０１，１０４，１０６  第２金属部材
１０２，１０５  拡散層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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