(57)【要約】【課題】  通電接合の際に一方が他方よりも先に融点に達するような金属同士を接合する場合であっても、接合長が十分な接合物品を製造する方法及びそのような金属部材同士を接合す接合装置を提供する。【解決手段】  第一の金属部材Ｅを提供する工程（ＳＴ１）と、第二の金属部材Ｄであって、第一の金属部材Ｅと接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材Ｅよりも先に融点に達する第二の金属部材Ｄを提供する工程（ＳＴ２）と、第一の金属部材Ｅを高周波誘導電流により予熱する工程（ＳＴ３）と、第一の金属部材Ｅと第二の金属部材Ｄとを加圧する工程（ＳＴ４）と；  予熱により第一の金属部材Ｅが所定の温度ＴＳ４になったところで第二の金属部材Ｄとの間に通電する工程（ＳＴ５）と、前記加圧と通電により、第一と第二の金属部材Ｅ、Ｄを接合する工程（ＳＴ４、ＳＴ５）を備える、接合物品の製造方法。【選択図】図６
2019038030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の金属部材を提供する工程と；
第二の金属部材であって、前記第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材よりも先に融点に達する第二の金属部材を提供する工程と；
前記第一の金属部材を高周波誘導電流により予熱する工程と； 
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを加圧する工程と；
前記予熱により前記第一の金属部材が所定の温度になったところで前記第二の金属部材との間に通電する工程と；
前記加圧と通電により、前記第一と第二の金属部材を接合する工程を備える；
接合物品の製造方法。
【請求項２】
第一の金属部材は磁性体である、請求項１に記載の接合物品の製造方法。
【請求項３】
第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が、融点が低い、請求項１又は請求項２に記載の接合物品の製造方法。
【請求項４】
第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも、熱伝導率が高い、請求項１又は請求項２に記載の接合物品の製造方法。
【請求項５】
第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも熱容量が大きい、請求項１又は請求項２に記載の接合物品の製造方法。
【請求項６】
第一の金属部材と、第二の金属部材であって前記第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき、前記第一の金属部材よりも先に融点に達する第二の金属部材とを接合する接合装置であって； 
前記第一の金属部材を高周波誘導電流により予熱する誘導コイルと；
前記予熱により前記第一の金属部材が所定の温度になったところで前記第二の金属部材との間に通電する、第一と第二の電極と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材同士を加圧する、加圧装置と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材の、材料特性に応じて設定されたタイミングで前記高周波誘導電流による通電と前記加圧装置による加圧を行うように制御する制御装置とを備える；
接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異種金属接合物品の製造方法及び接合装置に関し、特に通電接合の際に一方が軟化温度になったとき他方が融点に達するような金属部材同士を接合して接合物品を製造する方法及びそのような金属同士を接合する接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムと鉄の固相接合は軽量化のために需要が多い。例えば、アルミニウムと鉄は抵抗溶接機を用いてリングマッシュ（登録商標）接合やリングプロジェクション接合で固相接合することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５９０９０１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、アルミニウムと鉄のように融点が大きく異なる金属同士の場合は、固相接合時に接合部付近で、融点の低い方の金属（低融点金属）が溶融して接合長を伸ばすのが難しかった。固相接合時に融点の高い方の金属（高融点金属）が軟化する温度で、低融点金属の温度が融点を越えてしまうので、接合部付近で低融点金属が溶融して接合長を伸ばせず、さらにスパッタが多量に発生することもあった。条件によっては、低融点の金属は軟化・溶融するが、高融点金属の方は軟化せず塑性変形をおこせずに固相接合ができないということもあった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、通電接合の際に一方が他方よりも先に融点に達するような金属同士を接合する場合であっても、接合長が十分な接合物品を製造する方法及びそのような金属部材同士を接合す接合装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る接合物品の製造方法は、例えば図３、図５Ｂ、図６に示すように、  第一の金属部材Ｅを提供する工程（ＳＴ１）と；  第二の金属部材Ｄであって、第一の金属部材Ｅと接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材Ｅよりも先に融点に達する第二の金属部材Ｄを提供する工程（ＳＴ２）と；  第一の金属部材Ｅを高周波誘導電流により予熱する工程（ＳＴ３）と；  第一の金属部材Ｅと第二の金属部材Ｄとを加圧する工程（ＳＴ４）と；  予熱により第一の金属部材Ｅが所定の温度ＴＳ４になったところで第二の金属部材Ｄとの間に通電する工程（ＳＴ５）と；  加圧と通電により、第一と第二の金属部材Ｅ、Ｄを接合する工程（ＳＴ４、ＳＴ５）を備える；   接合物品の製造方法である。
【０００７】
このように構成すると、第一の金属部材を予熱する工程と、予熱により第一の金属部材が所定の温度になったところで第二の金属部材との間に通電する工程を備えるので、第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材よりも先に融点に達する第二の金属部材のような金属部材同士であっても、両金属部材を接合する際の各温度を、それぞれ固相接合に適した温度とすることができる。そこで、接合長が十分な接合物品を製造する方法を提供することができる。固相接合に適した温度とは、一方、特に第二の金属部材が溶融してスパッタを発生し過ぎることのない温度をいう。また固相接合に適した温度は、電気抵抗溶接が可能になる温度ということもでき、それぞれの軟化温度を越えるが、それぞれの融点温度を越えない温度である。ここで言う所定の温度は、第一の金属部材をこの温度にしておけば、第一の金属部材と第二の金属部材を接触させて通電したとき、適切な電気抵抗溶接が可能になる軟化温度に、それぞれの金属部材がなる温度である。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る接合物品の製造方法は、第１の態様に係る接合物品の製造方法において、第一の金属部材Ｅは磁性体である。
【０００９】
予熱の対象の第一の金属部材が、磁性体であるので、高周波誘導電流による加熱効率がよい。高周波誘導電流による予熱は、両金属部材を離間させて行ってもよい。高周波誘導電流による加熱の効果が実質的に及ばない程度に大きく離間させる場合は、第二の金属部材も磁性体であってよい。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る接合物品の製造方法は、第１の態様又は第２の態様に係る接合物品の製造方法において、第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が、融点が低いものとする。
【００１１】
第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が、融点が低いので、第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が先に融点に達しやすい。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る接合物品の製造方法は、第１の態様又は第２の態様に係る接合物品の製造方法において、第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも、熱伝導率が高い。
【００１３】
このように構成すると、第一の金属部材の方の熱伝導率が高いので、第二の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき、第一の金属部材からは熱が逃げやすく、第二の金属部材よりも温度が上がりにくい。そこで、第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が先に融点に達しやすい。
【００１４】
また、本発明の第５の態様に係る接合物品の製造方法は、第１の態様又は第２の態様に係る接合物品の製造方法において、第一の金属部材Ｅの方が第二の金属部材Ｄよりも熱容量が大きい。
【００１５】
このように構成すると、第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも熱容量が大きいので、第一の金属部材のほうが、相対的に温度が上がりにくい。熱容量は比熱と質量を掛けたものである。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る金属部材の接合装置は、例えば図１、図３、図５Ｂに示すように、  第一の金属部材Ｅと、第二の金属部材Ｄであって第一の金属部材Ｅと接触させて両金属部材間に通電したとき、第一の金属部材Ｅよりも先に融点に達する第二の金属部材Ｄとを接合する接合装置であって；  第一の金属部材Ｅを高周波誘導電流により予熱する誘導コイル２３と；  前記予熱により第一の金属部材Ｅが所定の温度ＴＳ４になったところで第二の金属部材Ｄとの間に通電する、第一と第二の電極１１、１２と；  第一の金属部材Ｅと第二の金属部材Ｄ同士を加圧する、加圧装置１２Ｐと；  第一の金属部材Ｅと第二の金属部材Ｄの、材料特性に応じて設定されたタイミングで前記高周波誘導電流による通電と加圧装置１２Ｐによる加圧を行うように制御する制御装置５０とを備える。
【００１７】
材料特性は、典型的には、融点、熱伝導率、熱容量である。
このように構成すると、接合長が十分な接合物品を製造することのできる、金属部材の接合装置となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、通電接合の際に一方が他方よりも先に融点に達するような金属同士を接合する場合であっても、接合長が十分な接合物品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る部材Ｄと部材Ｅの接合を説明する図であり、（Ａ）は部材Ｄ及び部材Ｅの斜視図、（Ｂ）は部材Ｄ及び部材Ｅの断面図、（Ｃ）は接合物品Ｃの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る接合物品の製造方法の手順を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に係る接合装置を示す概略図である。
【図５Ａ】接合物品の製造方法（金属部材の接合方法）の従来例を、部材の温度と共に示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態による接合物品の製造方法を説明する略図である。（Ａ）は加圧・通電前、（Ｂ）は加圧・通電後の状態を示す図、（Ｃ）は両金属部材の温度を時間経過に沿って示す線図である。
【図５Ｃ】本発明の別の実施の形態による接合物品の製造方法を説明する概略図である。
【図６】本発明の実施の形態である、接合物品の製造方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２１】
本発明でいう「接合」は、典型的には固相接合である。固相接合とは、溶接技術の分野において用いられる技術用語の一つであり、接合面が固相面同士で接合される溶接方法の総称である。この方法では、母材の融点以下の温度で接合部（溶接継手）の溶接を行う。このように、溶接とは言っても、接合対象の部材は溶融することなく接合される。あるいは、部分的に溶融することはあっても、接合強度は融点以下で接合された部分でもたらされる。便宜上本明細書で固相接合というとき、このように部分的に溶融する場合、特に以下で説明するリングマッシュ接合のエッジ部、あるいはプロジェクション接合のプロジェクションの先端部が部分的に溶融する場合も含むものとする。このような部分的な溶融は、典型的には通電開始直後に起こる。
【００２２】
二つの被接合部材（金属部材）を大きな接合強度で電気により接合する一つの方法として、リングマッシュ（登録商標）接合が知られている。この方法では、一方の被接合部材の外径を他方の被接合部材の穴部の内径よりも幾分大きくして重ね合わせ代とする。前記一方の被接合部材の被接合部を他方の被接合部材の穴部の被接合部に僅かに重なるように位置合わせし、その状態で両被接合部材を加圧しながら通電する。このようにすることによって、被接合部を塑性流動させ、一方の被接合部材を他方の被接合部材の穴部に押し込んで固相接合を行うものである。同様な接合方法に、プロジェクション接合がある。リングマッシュ接合とプロジェクション接合は、いずれも加圧しながら溶接電流を流す抵抗溶接による接合方法である。
【００２３】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る接合装置を含む接合物品の製造装置１を説明する。図１は、接合物品の製造装置１の概略構成図である。接合物品の製造装置１は、第２の金属部材としての部材Ｄに接触させる第１の電極としての電極１１と、第１の金属部材としての部材Ｅに接触させる第２の電極としての電極１２と、溶接電源１５と、これらを収容する筐体３０と、制御装置５０とを備えている。また、高周波電源２５、誘導コイル２３を備えている。ここで、接合物品の製造装置１の詳細な説明に先立って、接合物品の製造装置１で製造される接合物品の構成を例示する。
【００２４】
接合物品の製造装置１は、部材Ｄ及び部材Ｅに対して、電極１１及び電極１２を用いて抵抗溶接を行うことができるように構成されている。電極１１は、上面に、部材Ｄが接触する第１接触面１１ｔが形成されている。第１接触面１１ｔは、典型的には平坦に形成されている。電極１１は、典型的には、第１接触面１１ｔが水平になるようにして筐体３０の底面に配置されている。電極１２は、電極１１の上方に配置されており、下面に、部材Ｅが接触する第２接触面１２ｔが形成されている。第２接触面１２ｔは、典型的には平坦に形成されている。電極１２は、第２接触面１２ｔが水平になるようにして、電極支持具（不図示）に支持されている。電極支持具（不図示）に支持された電極１２は、上下に移動することができ、また、電極１１に対して押圧することができるように構成されている。電極１１及び電極１２は、溶接電源１５に電気的に接続されている。
【００２５】
電極１１及び電極１２に電流を供給する溶接電源１５は、充電回路、充電回路により充電されるコンデンサ、トランス等を備え、典型的にはパルス状溶接電流を供給することができる電源である。
【００２６】
ここでパルス状電流は、典型的には単一のパルス状電流である。そのパルス状電流は、例えば数万から数十万アンペアの電流ピーク値を有し、パルス幅は１０ミリ秒〜１００ミリ秒である。このパルス状電流により、被接合部材間の接合を確実に行うことができる。
【００２７】
予熱電源２５は、予熱コイル２３に高周波電流を供給する電源である。高周波電源は例えば、商用電源を一度直流に変換する回路と、サイリスタやMOSFETやIGBT等で高周波エネルギーを発生する回路と、加熱コイルに効率よく高周波エネルギーを伝える整合部からなる電源である。
【００２８】
第一の金属部材Ｅを加熱する誘導（予熱）コイル２３は、大電流を流す太い銅の棒からなる１巻又は２巻のコイルである。このコイル２３は、第一の金属部材Ｅの予熱対象の部分を周回するように配置される。
【００２９】
筐体３０は、電極１１、電極１２、溶接電源１５、予熱電源２５等の接合物品の製造装置１を構成する機器を収容している。このように構成されていることで、接合物品の製造装置１を、１つのユニットとして運搬しやすくなっている。筐体３０には、部材Ｄ及び部材Ｅ並びに接合物品Ｃを出し入れする開口３１が形成されている。
【００３０】
制御装置５０は、接合物品の製造装置１の動作を制御する装置である。制御装置５０は、電極支持具（不図示）及びコイル支持具（不図示）とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、電極１２を個別に上下に移動させることができるように構成されている。また、制御装置５０は、溶接電源１５と信号ケーブルで接続されており、電極１１及び電極１２への電流の供給の有無及び供給する電流の大きさを制御することができるよう構成されている。
【００３１】
制御装置５０は、予熱電源２５にも接続されており、誘導（予熱）コイル２３への電流の供給の開始停止等のタイミング、電流の大きさを制御するように構成されている。制御装置５０は、典型的には筐体３０の内部又は外側で筐体３０に取り付けられているが、筐体３０から離れた場所に設置されて接合物品の製造装置１を遠隔で操作するように構成されていてもよい。
【００３２】
制御装置５０は、タイミング保存部５１と制御部５２を備える。タイミング保存部５１は、予熱のタイミング（予熱から、加圧、通電による接合工程開始時間ｔ１、あるいは接合工程開始時の第一の金属部材の温度ＴＳ４）を保存する。制御部５２は、予熱開始、予熱完了・接合工程開始を、タイミング保存部に保存されたタイミングに従って、溶接電源１５、予熱（高周波）電源２５、加圧装置１２Ｐを制御する。
【００３３】
図２（Ａ）は、第２の金属部材としての部材Ｄ及び第１の金属部材としての部材Ｅの斜視図である。図２（Ｂ）は、部材Ｄ及び部材Ｅの断面図である。図２（Ｃ）は、接合物品の断面図である。接合物品Ｃは、部材Ｄと部材Ｅとが溶接された部品である。本実施の形態では、部材Ｄがリング状に形成されており、部材Ｅが円柱状に形成されているとして説明する。部材Ｄは、厚い円板状の中心に、円柱状の中空部分Ｄｈが形成されている。部材Ｄの円板の外周と中空部分Ｄｈの円周とは、同心円となっている。部材Ｄは、端面Ｄｓと中空部分Ｄｈとの角部が面取りされて第１接合面Ｄｆが形成されている。第１接合面Ｄｆは、部材Ｄの接合対象部分に相当する。この例は、接合長の短い場合であるが、長い場合も原理は同様である。
【００３４】
部材Ｅの外径は、部材Ｄの中空部分Ｄｈの直径よりも一回り大きく形成されている。部材Ｅは、端面と側面との角部が面取りされて第２接合面Ｅｆが形成されている。第１接合面Ｅｆは、部材Ｅの接合対象部分に相当する。第１接合面Ｅｆは、部材Ｄの第２接合面Ｄｆと面で接触するように形成されている。
【００３５】
接合工程では、部材Ｄと部材Ｅの接合対象部分を加圧しながら接合電流を流すとよい。加圧により塑性流動が起きやすくなる。接合工程は、金属材料で形成された部材Ｄと部材Ｅとの接触抵抗によって発生するジュール熱によって接合する抵抗溶接である。ここで抵抗溶接は溶接と呼ぶが、前述のように、典型的には溶融を伴わない固相接合である。
【００３６】
接触配置工程で部材Ｅを部材Ｄに接触させる際の部材Ｅの降下、予熱工程、接合工程（加圧工程、両金属部材への通電工程）は制御装置５０によって制御される。
【００３７】
図３を参照して、接合する際の電流の流れと接合部分を説明する。
図３はリングマッシュ（登録商標）接合の場合の放電の説明図である。電極１２に加圧装置１２Ｐにより加圧力Ｐをかけながら、部材Ｅに接触した電極１２から部材Ｄに接触した電極１１に向けて電流Ａを流す。電流は両部材の接触部Ｆを通って流れ、接触部を加熱して接合し接合部とする。本実施の形態では、前述のように溶接電源１５にコンデンサが含まれていて電気エネルギーを瞬時に放出するため、短時間（例えば数十ミリ秒）で比較的大きな電流が得られ、第２の接合面Ｄｆと第１の接合面Ｅｆとが固相接合される。
加圧装置１２Ｐは、典型的には（Ｆ）に示すようにピストン・シリンダ機構である。シリンダには圧縮空気ＰＡを供給する。ただし、空気に限らずその他の流体、例えば油、水であってもよい。
【００３８】
誘導コイル２３は、第１の金属部材Ｅを周回して配置され、両部材間への通電前に第１の金属部材Ｅを予熱するコイルである。
【００３９】
図４を参照して、別の実施の形態を説明する。この場合は、第一の金属部材Ｅの方に中空部Ｅｈが形成されている。そこで、誘導コイル２３Ａが中空部分Ｅｈ内に配設されている。この例では、図中、電極１１により第一の金属部材Ｅを上方に加圧して、第一の金属部材Ｅと第二の金属部材Ｄ同士を加圧する構成とするとよい。但し、図中、電極１２を第二の金属部材Ｄと共に下方に動かして第一の金属部材Ｅに押し込み、両金属部材を加圧する構成としてもよい。
【００４０】
図５Ａ〜図５Ｃを参照して、本発明の実施の形態の異種金属接合物品の製造方法を説明する。
まず図５Ａを参照して、予熱をしない従来の方法を説明する。この例では、第一の金属部材Ｅが鉄又は鉄鋼材料（以下単に「鉄」と言う）、第二の金属部材Ｄがアルミニウム又はアルミニウム合金（以下単に「アルミニウム」と言う）である。鉄の温度をＴＳ、鉄の融点をＴＳ１、鉄の軟化温度をＴＳ２、アルミニウムの温度をＴＡ、アルミニウムの融点をＴＡ１、アルミニウムの軟化温度をＴＡ２として、線図に示す。ＴＳ１が一番高く１３００〜１５００℃程度、次にＴＳ２はＴＳ１より低く８００℃程度、ＴＡ１はＴＳ２より低く６００℃程度であり、ＴＡ２はＴＡ１よりさらに低い。
【００４１】
ここで、リングマッシュ接合を開始すべく、接合電流を流すと鉄とアルミニウムは同時に温度上昇を開始する。鉄の温度ＴＳが、融点ＴＳ１と軟化温度ＴＳ２の中間の温度、リングマッシュ接合に適した温度、となったときは、アルミニウムの温度ＴＡは、アルミニウムの融点ＴＡ１を超えてしまう。条件によっては、鉄の軟化温度ＴＳ２まで上昇する。
【００４２】
すなわち両金属を接合するために、加圧、通電をすると一方（鉄）が接合に適した軟化温度になったときには、他方（アルミニウム）はすでに融点に達している。一方の金属部材が接合に適した軟化温度にあるときに他方の金属部材もその金属の軟化温度にあるような金属同士であればよいが、鉄とアルミニウムはそのような関係にない。鉄が軟化温度に達したときは、アルミニウムは必ず融点を越えている。
【００４３】
このように、アルミニウムは融点以上となり、融点以下での接合が可能な固相接合とはならない。この場合、接合時にはアルミニウムは接合部付近で溶融して接合長が伸ばせず、また多量のスパッタＥ１が発生する。条件によっては、アルミニウムは軟化・溶融するが、鉄が全く軟化せず塑性変形をおこせずに接合ができないということもある。
【００４４】
図５Ｂを参照して、本発明の実施の形態である接合物品の製造方法乃至は金属部材の接合方法を説明する。（Ａ）は予熱中の状態を示し、（Ｂ）は接合工程の状態を示す。線図は、時間経過に沿った両金属部材の温度変化を示す。
【００４５】
時間０から、接合工程に入る時間ｔ１までが予熱期間である。時間ｔ１までの予熱により、鉄製の部材の温度はＴＳ４まで上昇する。予熱中は、両部材は熱伝導によるに熱伝達が無いように、好ましくは僅かに離間して保持する。但し、僅かに熱伝導が起こる程度に両部材の角部同士が接触していてもよい。その場合は、予熱後の接合工程に迅速に移ることができる。
【００４６】
鉄だけを優先的に温度を上げるために、リングマッシュ接合またはリングプロジェクション接合の通電直前に高周波誘導加熱による予熱を与える。高周波誘導加熱は誘導（予熱）コイルで非接触で導電体に渦電流を誘導させてそのジュール熱で加熱をする加熱方法である。渦電流の強さは物体の透磁率の大きさの影響を受ける。非磁性体であるアルミニウムの温度上昇は小さく、磁性体である鉄の方が選択的に加熱される。
【００４７】
予熱が完了したｔ１の時点で、溶接電流を流し、同時に加圧することにより、接合工程に入る。典型的には、加圧力は通電する前にかけておく。接合工程で、鉄の温度が融点ＴＳ１と軟化温度ＴＳ２の中間の温度ＴＳ３まで上昇したとき、アルミニウムの温度は、融点ＴＡ１と軟化温度ＴＡ２との中間点の温度ＴＡ３となる。図示のようにＴＡ３は、ＴＡ１の温度に短時間だけ達していてもよい。それは両金属部材が接合すべき位置に落ち着いた後だからである。好ましくは、ＴＡ３はアルミニウムの軟化温度ＴＡは越えているが融点ＴＡ１よりも低い温度とする。
【００４８】
例えば、鉄がＴＳ４としての５００℃程度まで温度上昇したところで抵抗溶接による電流を流して、鉄とアルミニウムの接触抵抗によるジュール熱によって発熱させてリングマッシュ接合もしくはリングプロジェクション接合を行う。ジュール熱による温度上昇幅がアルミニウム、鉄ともに＋５００℃程度とすると、鉄の接触部付近の温度ＴＳ３は１０００℃程度、アルミニウムの接触部付近の温度ＴＡ３は５００℃程度となり、それぞれ軟化温度以上、融点以下の温度とすることができ、固相接合を行うことができる。
【００４９】
接合工程を開始する鉄の温度ＴＳ４は、事前に実験的に、又は計算により、接合工程における両金属部材の最高温度がそれぞれ融点温度と軟化温度との中間の温度となるように定める。定めた温度を、制御装置のタイミング保存部に保存しておく。そのタイミングは、予熱により鉄の温度が適切な接合工程開始温度ＴＳ４となる時間ｔ１により計ってもよい。このときはｔ１をタイミング保存部に保存する。
【００５０】
本実施の形態によれば、スパッタＥ１は発生しても極く僅かであり、適切な固相接合、接合長が十分な接合が可能である。
【００５１】
好ましくは、第一の金属部材Ｅは磁性体とする。磁性体とすると、高周波誘導電流による加熱効率がよい。
【００５２】
図５Ｃは、第一の金属部材Ｅだけでなく、第二の金属部材Ｄも磁性体であるときの例を示す。第二の金属部材Ｄが、高周波誘導電流を流すコイル２３から十分に離間した状態で第一の金属部材を予熱する。十分に離間しているので、第二の金属部材は、予熱されない。第一の金属部材Ｅは、例えば合金鋼、第二の金属部材Ｄは、例えば鋳鉄である。この場合は、第一の金属部材、第二の金属部材共に磁性体でない場合にも適用できる。非磁性体は、加熱効率は高くないが、高周波電流による加熱は可能だからである。
【００５３】
図５Ｂを参照して、第一の金属部材が鉄、第二の金属部材がアルミニウムの場合で説明したが、第一の金属部材Ｅと接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材Ｅよりも先に融点に達する第二の金属部材Ｄであれば、この組み合わせに限らない。
【００５４】
例えば、第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも、融点が高いものとしてもよい。両金属部材を接触させて通電したとき、融点の低い第二の金属部材の方が先に融点に達しやすい。このときも、第一の金属部材を予熱することにより、第一の金属部材が軟化温度に達したときに、第二の金属部材がすでに融点を越えていたというような状態を避けることができる。
【００５５】
また、第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも、熱伝導率が高いものとしてもよい。第一の金属部材の方の熱伝導率が高いので、第一の金属部材からは熱が逃げやすく、第二の金属部材よりも温度が上がりにくい。第一の金属部材を予熱することにより、第一の金属部材が軟化温度に達したときに、第二の金属部材がすでに融点を越えていたというような状態を避けることができる。
【００５６】
また、第一の金属部材Ｅの方が第二の金属部材Ｄよりも熱容量が大きいものとしてもよい。熱容量が大きい金属部材のほうが、相対的に温度が上がりにくい。この場合も、第一の金属部材を予熱することにより、第一の金属部材が軟化温度に達したときに、第二の金属部材がすでに融点を越えていたというような状態を避けることができる。
【００５７】
図６のフローチャートを参照して、本発明の実施の形態である、異種金属接合物品の製造方法を説明する。
まず、第一の金属部材Ｅ、例えば鉄を提供する（ＳＴ１）。次に、第二の金属部材Ｄであって、第一の金属部材Ｅと接触させて同時に両金属部材間に通電したとき第一の金属部材Ｅよりも先に融点に達する第二の金属部材Ｄ、例えばアルミニウムを提供する（ＳＴ２）。言い換えれば、第二の金属部材Ｄは、第一の金属部材Ｅが固相接合に適した温度に達したときには、既に融点に達してしまっているような金属部材である。次に鉄Ｅを高周波誘導電流により予熱する（ＳＴ３）。鉄は磁性体であるので、高周波誘導電流により効率的に加熱できる。予熱により鉄Ｅが所定の温度ＴＳ４になったところで第二の金属部材Ｄとの間に通電する（ＳＴ５）。所定の温度ＴＳ４は、事前に実験的に、あるいは計算により求めておく。所定の温度となったことは、温度測定をすることにより知ることができる。温度測定は、例えば赤外線温度計で行うことができる。または、所定の温度ＴＳ４となるに要する時間ｔ１を、実験的に、又は計算により求めておき、ｔ１で通電を管理してもよい。鉄ＥとアルミニウムＤとを加圧して、接合する（ＳＴ４）。加圧と通電は同時に開始してもよいが、典型的には先ず、第一と第二の金属部材を接触させて位置関係を定めてから、加圧力を加える。このときは、まだ固相接合の工程は始まらない。そして、通電を開始することにより、両金属部材は固相接合される。このようにすると、先ず、第一と第二の金属部材の位置関係、芯出しを行った上で接合を行うことができる。
【００５８】
第一の金属部材を予熱する工程は、例えば部材を周回するように構成した環状のバーナー等、他の加熱手段で行うこともできる。しかしながら、高周波誘導電流による予熱には、装置のコンパクト化、予熱時間の短縮、制御の容易性、局部加熱の容易性等の利点がある。
【符号の説明】
【００５９】
１    接合装置（接合物品の製造装置）
１１  第１の電極
１２  第２の電極
１２Ｐ  加圧装置
１５  溶接電源
２３  誘導（予熱）コイル
２５  高周波（予熱）電源
３０  筐体
３１  開口
５０  制御装置
５１  タイミング保存部
５２  制御部
Ｅ    第一の金属部材
Ｄ    第二の金属部材
Ｐ  加圧（加圧力）
ＳＴ１  第一の金属部材を提供する工程
ＳＴ２  第二の金属部材を提供する工程
ＳＴ３  第一の金属部材を予熱する工程
ＳＴ４  第一と第二の金属部材を加圧する工程
ＳＴ５  第一と第二の金属部材に通電する工程
Ｔ  温度
ＴＳ  第一の金属部材の温度
ＴＳ１  第一の金属部材の融点温度
ＴＳ２  第一の金属部材の軟化温度
ＴＡ  第二の金属部材の温度
ＴＡ１  第二の金属部材の融点温度
ＴＡ２  第二の金属部材の軟化温度
ｔ  時間
ｔ１  接合工程開始の時間
【図１】
2019038030.tif 000003
【図２】
2019038030.tif 000004
【図３】
2019038030.tif 000005
【図４】
2019038030.tif 000006
【図５Ａ】
2019038030.tif 000007
【図５Ｂ】
2019038030.tif 000008
【図５Ｃ】
2019038030.tif 000009
【図６】
2019038030.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月23日(2018.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の金属部材が前記一方の金属部材の先端部外周面を接合面とし、他方の金属部材が前記他方の金属部材の内周面を接合面とする穴部を有してなる第一及び第二の金属部材の、前記接合面同士を接合してなる接合物品の製造方法であって、
前記第一の金属部材を提供する工程と；
前記第二の金属部材であって、前記第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材よりも先に融点に達する第二の金属部材を提供する工程と；
前記第一の金属部材の前記接合面を高周波誘導電流により予熱する工程と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを、前記先端部を前記穴部に押し込むように加圧する工程と；
前記予熱により前記第一の金属部材が所定の温度になったところで前記第二の金属部材との間に通電する工程と；
前記加圧と通電により、前記第一と第二の金属部材を接合する工程を備える；
接合物品の製造方法。
【請求項２】
第一の金属部材を提供する工程と；
第二の金属部材であって、前記第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき第一の金属部材よりも先に融点に達する第二の金属部材を提供する工程と；
前記第一の金属部材を高周波誘導電流により予熱する工程と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを加圧する工程と；
前記予熱により前記第一の金属部材が所定の温度になったところで前記第二の金属部材との間に通電する工程と；
前記加圧と通電により、前記第一と第二の金属部材を接合する工程を備え；
前記第一の金属部材の方が前記第二の金属部材よりも、熱伝導率が高い、接合物品の製造方法。
【請求項３】
第一の金属部材は磁性体である、請求項１又は請求項２に記載の接合物品の製造方法。
【請求項４】
第一の金属部材よりも第二の金属部材の方が、融点が低い、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接合物品の製造方法。
【請求項５】
第一の金属部材の方が第二の金属部材よりも熱容量が大きい、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接合物品の製造方法。
【請求項６】
一方の金属部材が前記一方の金属部材の先端部外周面を接合面とし、他方の金属部材が前記他方の金属部材の内周面を接合面とする穴部を有してなる第一及び第二の金属部材の、前記接合面同士を接合する接合装置であって、前記第二の金属部材が前記第一の金属部材と接触させて両金属部材間に通電したとき、前記第一の金属部材よりも先に融点に達するものであり；
前記第一の金属部材の前記接合面を高周波誘導電流により予熱する誘導コイルと；
前記予熱により前記第一の金属部材が所定の温度になったところで前記第二の金属部材との間に通電する、第一と第二の電極と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材とを、前記先端部を前記穴部に押し込むように加圧する、加圧装置と；
前記第一の金属部材と前記第二の金属部材の、材料特性に応じて設定されたタイミングで前記高周波誘導電流による通電と前記加圧装置による加圧を行うように制御する制御装置とを備える；
接合装置。