(57)【要約】【課題】バルブシート部材の保持及び位置決めを簡単な構成で実現でき、耐久性及び量産性をも高める。【解決手段】薄肉部２８に対向する電極チップホルダ２１内部の先端部には、シール部材３０を介して耐熱性のサマリウムコバルト磁石３１が設けられ、この磁石３１の磁力によりバルブシート部材２０を薄肉部２８の下面に吸着保持する。【選択図】　　　図２
2004114106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する金属部材の接合装置であって、
前記電極部は、電極ホルダと当該電極ホルダの先端部に取り付けられる電極チップとを備え、
前記電極チップに、前記第１金属部材に当接する薄肉部と、当該第１金属部材を当該電極部に対して位置決めする位置決め部とを設け、
前記薄肉部に対向する前記電極ホルダ内部に磁力により前記第１金属部材を吸着保持する保持手段を設けたことを特徴とする金属部材の接合装置。
【請求項２】
前記第１金属部材は環状のバルブシート部材であり、前記薄肉部は前記第１金属部材に対応して環状に形成され、前記位置決め部は前記第１金属部材の内周部に挿通するように突出して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合装置。
【請求項３】
前記電極ホルダ及び前記電極チップの内部に冷却液を循環させる冷却液供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属部材の接合装置。
【請求項４】
前記電極チップは、前記電極ホルダに着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属部材の接合装置。
【請求項５】
前記冷却液供給手段は前記電極チップの先端部を貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属部材の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用エンジンおけるシリンダヘッドの給排気ポート部に環状バルブシート部材を接合する金属部材の接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンにおけるシリンダヘッドの給排気ポート部にろう材が被覆された環状バルブシート部材を電気抵抗による発熱を用いて埋設して接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、環状バルブシート部材の内周部を電極部の中央うに設けられたコレットチャックを拡径させることにより保持する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２４３号公報（図６）
【特許文献２】
特開２００２−１５３９７４号公報（図２）
更に、図６に示すように、環状バルブシート部材２０の内周部２０ｂに電極部１９’の中央部２９’を挿通させ、この中央部２９’の外周部から外径方向にバネで付勢された鋼球１９ａ’を当接させて保持する構成が考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記コレットチャックや鋼球を用いたバルブシート部材の保持機構では、以下の問題点が発生する。即ち、
▲１▼接合時に生じるバリがコレットチャックや鋼球の可動部に入り込み、保持できなくなる。
【０００６】
▲２▼接合時の押圧力と発熱に耐えるだけの耐久性を確保できず、量産性が低下する。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、バルブシート部材の保持及び位置決めを簡単な構成で実現でき、耐久性及び量産性をも高めることができる金属部材の接合装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の金属部材の接合装置は、電極部による通電及び押圧により第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合する金属部材の接合装置であって、前記電極部は、電極ホルダと当該電極ホルダの先端部に取り付けられる電極チップとを備え、前記電極チップに、前記第１金属部材に当接する薄肉部と、当該第１金属部材を当該電極部に対して位置決めする位置決め部とを設け、前記薄肉部に対向する前記電極ホルダ内部に磁力により前記第１金属部材を吸着保持する保持手段を設けた。
【０００９】
好ましくは、上記装置において、前記第１金属部材は環状のバルブシート部材であり、前記薄肉部は前記第１金属部材に対応して環状に形成され、前記位置決め部は前記第１金属部材の内周部に挿通するように突出して形成されている。
【００１０】
好ましくは、上記装置において、前記電極ホルダ及び前記電極チップの内部に冷却液を循環させる冷却液供給手段が設けられている。
【００１１】
好ましくは、上記装置において、前記電極チップは、前記電極ホルダに着脱可能に設けられている。
【００１２】
好ましくは、上記装置において、前記冷却液供給手段は前記電極チップの先端部を貫通する貫通孔を有する。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項１の発明によれば、電極チップに、第１金属部材に当接する薄肉部と、当該第１金属部材を当該電極部に対して位置決めする位置決め部とを設け、薄肉部に対向する電極ホルダ内部に磁力により第１金属部材を吸着保持する保持手段を設けたことにより、第１金属部材のの保持及び位置決めを簡単な構成で実現でき、耐久性及び量産性をも高めることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、第１金属部材は環状のバルブシート部材であり、薄肉部は第１金属部材に対応して環状に形成され、位置決め部は第１金属部材の内周部に挿通するように突出して形成されていることにより、バルブシート部材の保持及び位置決めを簡単な構成で実現でき、耐久性及び量産性をも高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、電極ホルダ及び電極チップの内部に冷却液を循環させる冷却液供給手段が設けられていることにより、電極チップの冷却性を高め、電極部の耐久性を高めることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、電極チップは、電極ホルダに着脱可能に設けられていることにより、電極チップの交換時に保持手段をも交換する必要がなくなり、量産コストを大幅に低減することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、冷却液供給手段は電極チップの先端部を貫通する貫通孔を有することにより、冷却液の流動性が増し、電極チップの冷却性を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００２０】
［金属部材の接合装置］
図１は、本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置（以下、接合装置という）の全体構成を示す図である。図２は、図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。図３は、図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【００２１】
図１において、接合装置１は、ベース１１上に設けられた変圧器としてのトランス１２と、トランス１２の側方のベース１１上に２次元方向に移動可能に設けられたステージ１３とを備え、このステージ１３上に保持された冷却液３３で満たされた水槽１４内部にシリンダヘッド１５が配置される。
【００２２】
また、トランス１２の側方であってシリンダヘッド１５の上方には、トランス１２に対して電気的に接続された電気抵抗溶接ユニット１６が設けられ、このユニット１６の下部には加圧シリンダ１７及びプラテン１８を介して電極部１９が取り付けられている。
【００２３】
電極部１９の下端部には、図２に示すように、環状のバルブシート部材２０が着脱自在に保持される。上記シリンダヘッド１５は、例えば導電性材料であるアルミニウム合金からなり、バルブシート部材は、例えば導電性材料である鉄系材料からなる焼結材である。
【００２４】
図３に示すように、バルブシート部材２０は非接合端面である上端面２０ａお及び内周部２０ｂと、接合端面である２つのテーパ部２０ｃ，２０ｄが形成された外周部とを有しており、上記水槽１４内の冷却液３３中でテーパ部２０ｃを電極部１９による押圧によりシリンダヘッド１５のポート部１５ａの開口縁部１５ｂに当接させ、且つ通電により発熱を集中させることによりシリンダヘッド素材を塑性流動させながら押し込む。
【００２５】
図２に示すように、電極部１９は、プラテン１８の下部にボルト２１ａなどにより固定された筒状の電極チップホルダ２１と、電極チップホルダ２１の下端部に凸部螺合により着脱自在に取り付けられた電極チップ２２と、電極チップホルダ２１の外周面に設けられた筒状のカーテン部材２３とを備える。
【００２６】
電極チップホルダ２１はクロム銅などの導電性材料から構成され、電極チップ２２もクロムなどの導電性材料から構成されている。カーテン部材２３は、電極チップホルダ２１の外周面との間に下方に開口するカーテン通路２３ａを形成している。
【００２７】
電極チップホルダ２１の内部には、外部から導入された冷却液（工場水）をホルダの軸方向に流通させるための冷却液通路２４と、電極チップホルダ２１の外周面から冷却液通路２４に冷却液を導入するための導入通路２５と、この冷却液通路２４から分岐して電極チップホルダ２１の外周面とカーテン部材２３との間のカーテン通路２３ａに連通する分岐通路２６とが形成されている。
【００２８】
また、電極チップ２２の内部にも、電極チップホルダ２１に装着された状態で冷却液通路２４に連通するチップ内通路２７が形成されている。更に、チップ内通路２７は、電極チップ２２の突出する部位の先端部を貫通する貫通孔２７ａを形成する。このように、貫通孔２７ａを設けることで、冷却液の流動性が増し、電極チップ２２の冷却性を高めることができる。
【００２９】
冷却液通路２４及びチップ内通路２７には導入通路２５から５気圧程度の冷却液が導入されて電極チップ２２を冷却する。また、分岐通路２６からカーテン通路２３ａに流入する冷却液は電極チップ２２の外周部にカーテン状に吐き出され、冷却液３３中で接合界面からバルブシート部材２０の非接合端面又は電極チップ２２の外周部に排出されるろう材及びシリンダヘッド素材からなるバリＢ１の成長を抑制し、バリＢ１が電極チップ２２に付着するのを抑え、電極寿命の向上を図ることができる。
【００３０】
電極チップ２２は、バルブシート部材２０の非接合端面である上端面２０ａに当接する薄肉部２８と、この薄肉部２８がバルブシート部材２０の上端面２０ａに当接した状態で、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合し、かつその接合端面側に向けてテーパ状に縮径して内周部２０ｂとの間に隙間を形成する位置決め部２９とを有する。
【００３１】
この位置決め部２９は、バルブシート部材２０の接合端面側（下面側）から下方に突出するように形成され、バルブシート部材２０の内周部２０ｂの非接合端面側に隙間なく嵌合することによりバルブシート部材２０を電極チップ２２に対して位置決めする。
【００３２】
また、薄肉部２８に対向する電極チップホルダ２１内部の先端部には、シール部材３０を介して耐熱性のサマリウムコバルト磁石３１（以下、磁石３１という）が設けられ、この磁石３１の磁力によりバルブシート部材２０を薄肉部２８の下面に吸着保持する。シール部材３０は冷却液３３中で接合するための防錆用のシールであり、接着剤により電極チップホルダ２２に固定される。
【００３３】
電極チップ２２が電極チップホルダ２１から着脱自在であることにより、電極チップの交換時に磁石３１をも交換する必要がなくなり、量産コストを大幅に低減することができる。
【００３４】
磁石３１は、電極チップホルダ２２内部に少なくとも３箇所（例えば、１２０°間隔で）取り付けられ、接合前にバルブシート部材２０が電極チップ２２から脱落するのを防止し、確実に保持できる。
【００３５】
また、耐熱性の磁石３１を用いることにより、接合時ごとに繰り返し発生する発熱及び強力な磁場に対してシート部材２０を保持するだけの磁力を維持することができる。
【００３６】
図４は、本実施形態の電極部を用いた接合シート数（接合回数）と磁力との関係を示し、接合回数が約２８００回となっても磁力の劣化がないことが確認でき、量産性にも向いていることがわかる。尚、図４に示す磁力は３箇所の平均値で表されている。
【００３７】
薄肉部２８は、環状のバルブシート部材２０に対応して環状に形成され、上記磁石３１の磁力がバルブシート部材２０に作用するように２ｍｍ程度の厚さに設定されており、接合時の押圧力（約３．０トン）によって変形等することなく、且つバルブシート部材２０を保持するのに十分な磁力を維持することができる。
【００３８】
図５は、シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【００３９】
この接合工程における接合条件は、例えば、押圧力３．０トン、電流９０ｋＡ、通電時間０．３〜０．５秒とされ、接合工程においては、先ず、電極部１９の電極チップ２２で保持したバルブシート部材２０をシリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂに移動させ、予めろう材が被覆されたバルブシート２０を、図５（ａ）に示す如く当接させる。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示す如く、電極チップ２２の当接部２８によりバルブシート部材２０をポート開口縁部１５ｂに対して押圧すると同時に通電させる。シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂとバルブシート部材２０のテーパ部２０ｃとの接合面には電気的な抵抗が存在するため、電極チップ２２による押圧及び（パルス）通電によって当該接合面が加熱される。そして、この加圧と加熱とが継続されることにより、シリンダヘッド１５のポート開口縁部１５ｂの素材が塑性流動するので、バルブシート部材２０は図５（ｂ）の状態を経て図５（ｃ）のようにシリンダヘッド１５のポート部１５ａに埋没し、溶融拡散接合される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の接合装置の電極部の構成を示す断面図である。
【図３】図１の接合装置により接合されるバルブシート部材とシリンダヘッドとの位置関係を示す断面図である。
【図４】本実施形態の電極部を用いた接合シート数（接合回数）と磁力との関係を示す図である。
【図５】シリンダヘッドとバルブシート部材との接合工程を説明する図である。
【図６】従来のバルブシート部材を保持する電極部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１２　トランス
１５　シリンダヘッド
１８　プラテン
１９　電極部
２０　バルブシート部材
２１　電極チップホルダ
２２　電極チップ
２３　カーテン部材
２３ａ　カーテン通路
２４　冷却液通路
２５　導入通路
２６　分岐通路
２７ａ　貫通孔
２８　薄肉部
２９　位置決め部
３０　シール部材
３１　磁石
Ｂ１　バリ
【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】
2004114106.tif 000007
【図６】
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