(57)【要約】【課題】バルブシート部材への金属粉の付着を防止し、更に、バルブシート部材の接合及び脱磁とを同一の装置で行い、生産性の低下や設備投資の増大を回避する。【解決手段】接合工程においては、約９０ｋＡ×１パルス（０．１〜０．６秒）の接合電流が正方向に通電される。接合工程の終了後、脱磁工程において、接合電流より低い約３０〜５０ｋＡ×１〜５パルス（０．１〜３．０秒）の再加熱電流を負方向（逆方向）に通電し、その抵抗発熱によりバルブシート部材を再加熱することにより、バルブシート部材内部の硬化層を焼戻し処理すると同時に、接合時とは逆向きの磁界を発生させて磁化されたバルブシート部材の磁力を緩和する。【選択図】　　　図５
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【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電気抵抗で発熱させて磁性を有する第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接合工程と、
前記接合後に前記第１金属部材を脱磁する脱磁工程を備えることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
前記脱磁工程は、前記接合工程において通電した電流値より低く、且つ逆向きの電流を通電して再加熱する焼戻し処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合方法。
【請求項３】
前記接合工程は冷却液中で行われ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方法。
【請求項４】
前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであ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方法。
【請求項５】
電極部による通電及び押圧により電気抵抗で発熱させて磁性を有する第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接合手段と、
前記接合後に前記第１金属部材を脱磁する脱磁手段とを具備することを特徴とする金属部材の接合装置。
【請求項６】
前記脱磁手段は、前記接合手段によって通電した電流値より低く、且つ逆向きの電流を通電して再加熱する焼戻しを行うことを特徴とする請求項５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方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電極部の電気抵抗による発熱を用いて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環状バルブシート部材を接合する技術が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、新たに接合するバルブシート部材の接合時の通電経路に既に接合されたバルブシート部材を含め、新たな接合時の抵抗発熱により既に接合されたバルブシート部材に焼戻しを行うことで硬さの上昇を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２４３号公報（図７）
【特許文献２】
特開平１１−９０６５３号公報（図２０）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載の技術では、約９０ｋＡの電流を通電させるため、高い発熱抵抗と強い磁界が発生する。そして、上記抵抗発熱が高いほど、通電停止と共に接合部位が急激に冷却されるため、バルブシート部材が焼入れされて硬さ（約Ｈｖ５５０）が増し、切削加工などの後工程での加工性が悪化し、切削工具などの摩耗も早まって生産性の低下やコスト高を招く。
【０００５】
また、強い磁界の発生により磁性体であるバルブシート部材が磁化されると、金属紛などがバルブシート部材に付着し、エンジン作動時にバルブシート部材又はバルブが異常摩耗するなどの不具合が生じる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、バルブシート部材への金属粉の付着を防止し、更には、バルブシート部材の接合、焼戻し及び脱磁を同一の装置で行うことができ、生産性の低下や設備投資の増大を回避できる金属部材の接合方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【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方法は、電極部による通電及び押圧により電気抵抗で発熱させて磁性を有する第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接合工程と、前記接合後に前記第１金属部材を脱磁する脱磁工程を備える。
【０００８】
好ましくは、上記方法において、前記脱磁工程は、前記接合工程において通電した電流値より低く、且つ逆向きの電流を通電して再加熱する焼戻し処理を含む。
【０００９】
好ましくは、上記方法において、前記接合工程は冷却液中で行われる。
【００１０】
好ましくは、上記方法において、前記第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、前記第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドである。
【００１１】
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電気抵抗で発熱させて磁性を有する第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接合手段と、前記接合後に前記第１金属部材を脱磁する脱磁手段とを具備する。
【００１２】
好ましくは、上記装置において、前記脱磁手段は、前記接合手段によって通電した電流値より低く、且つ逆向きの電流を通電して再加熱する焼戻しを行う。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項１及び５の発明によれば、電極部による通電及び押圧により電気抵抗で発熱させて磁性を有する第１金属部材を当該第１金属部材より融点の低い第２金属部材に接合し、接合後に第１金属部材を脱磁することにより、第１金属部材への金属粉などの付着を抑制し、異常摩耗などの不具合を解消することができる。
【００１４】
請求項２及び６の発明によれば、接合時に通電した電流値より低く、且つ逆向きの電流を通電して再加熱することにより、バルブシート部材の接合、焼戻し、及び脱磁を同一の装置で行うことができ、生産性の低下や設備投資の増大を回避できる。
【００１５】
また、焼戻し処理により、接合時に焼入れされた第１金属部材の焼入れ硬化層が焼戻しされて硬さの上昇が抑えられる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、上記接合は冷却液中で行われることにより、第１金属部材が焼入れされやすい冷却液中での接合において焼戻しによる加工性の向上が顕著となる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、第１金属部材は鉄系のバルブシート部材であり、第２金属部材はアルミニウム合金製のシリンダヘッドであることにより、第１金属部材への金属粉などの付着が抑制され、バルブシート部材又はバルブの異常摩耗が防止できる。更に、バルブシート部材の接合、焼戻し及び脱磁を同一の装置で行うことができ、生産性の低下や設備投資の増大を回避できる。
【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（ａ）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）の全体構成を示し、図１（ｂ）は本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置の電気的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（ａ）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】
図１（ｂ）に示すように、トランス１２には電源ユニット４１を介して電力が供給される。電源ユニット４１は、例えば、交流２００Ｖ電源４２から供給される電力から電極部１９に対して正方向に電流を流すための電荷を蓄積する第１コンデンサ４３と、電極部１９に対して負方向に電流を流すための電荷を蓄積する第２コンデンサ４４と、これら第１コンデンサ４３又は第２コンデンサ４４とトランス１２との接続を切り換えて互いに逆向きの電流を通電させると共に、電流の大きさをパルス幅によりコントロールする切換制御部４５とを備える。
【００２４】
切換制御部４５は、操作部４６により通電方向や電流の大きさが設定可能となっている。
【００２５】
尚、説明の便宜上、接合時の電流の向きを正方向、脱磁処理時及び焼戻し時の電流の向きを負方向とする。
【００２６】
また、上記電源ユニット４１はコンデンサを用いた構成に代えて、交流通電により逆向きの電流を発生するように構成してもよい。
【００２７】
上記電源ユニット４１の切換制御部４５は、図４〜図６を参照して後述するように、接合時には約９０ｋＡ×１パルス（０．１〜０．６秒）のパルス電流（以下、接合電流という）を正方向に通電し、接合後、この接合電流より低い約３０〜５０ｋＡ×１〜５パルス（０．１〜３．０秒）のパルス電流（以下、再加熱電流という）を負方向（逆方向）に通電し、その抵抗発熱によりバルブシート部材２０を再加熱することにより、バルブシート部材内部の硬化層を焼戻し処理する。この時、同時に接合時とは逆向きの磁界を発生させて磁化されたバルブシート部材２０の磁力を緩和する（脱磁処理）。
【００２８】
即ち、上記接合装置が電源ユニット４１を備えることにより、バルブシート部材２０の接合、焼戻し、脱磁を行う機能を併せ持つ構成となる。
【００２９】
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が図示しない磁石の磁力により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。
【００３０】
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。
【００３１】
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固定された電極チップ２２と、電極チップホルダ２１の外周面を包囲するように設けられた筒状のカーテン部材２３とを備える。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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の外周部及びバルブシート部材２０の非接合端面側の接合界面近傍にカーテン状に均一に噴出され、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を冷却して、且つ吹き飛ばすことにより除去する。これにより、バリの電極部への付着を抑制して、電極部の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
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に当接する当接部２８と、この当接部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突出部２９とを有する。
【００３７】
この突出部２９は、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。また、突出部２９は、当接部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の非接合端面とは反対側の接合端面から突出する突出長さに形成され、後述するように接合時に下方に出ていたバリＢ２をせき止めてバルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部との間の隙間に流れ込ませ、バルブシート部材２０の内周部２０ｂと突出部２９の外周部とを嵌合状態とする。
【００３８】
図４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。図５は、接合工程（ａ）、脱磁工程（焼戻し処理）（ｂ）において夫々通電されるパルス電流のパルス波形を示す図である。図６（ａ）は、接合工程における抵抗発熱により焼入れされたバルブシート部材の焼入れ硬化層を示し、図６（ｂ）は、脱磁工程により焼戻しされたバルブシート部材の焼入れ硬化層を示す図である。
【００３９】
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４（ａ）に示す如く当接させる。
【００４０】
次に、図４（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４（ｂ）の状態を経て図４（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。
【００４１】
上記接合工程においては、図５の（ａ）に示す約９０ｋＡ×１パルス（０．１〜０．６秒）の接合電流が正方向に通電される。
【００４２】
上記接合工程の終了後、脱磁工程（焼戻し処理）として、図５の（ｂ）に示す接合電流より低い約３０〜５０ｋＡ×１〜５パルス（０．１〜３．０秒）の再加熱電流を負方向に通電し、その抵抗発熱によりバルブシート部材２０を再加熱することにより、バルブシート部材内部の硬化層を焼戻し処理する。
【００４３】
上記焼戻し処理により、図６（ｂ）に示すように、接合工程において焼入れされたバルブシート部材の焼入れ硬化層（図６（ａ））が焼戻しされて硬さの上昇が抑えられる。
【００４４】
上記脱磁工程として、図５の（ｂ）に示す再加熱電流を負方向に通電することにより、接合時とは逆向きの磁界を発生させて磁化されたバルブシート部材２０の磁力を緩和する。
【００４５】
上記実施形態によれば、バルブシート部材の接合、焼戻し及び脱磁を同一の装置で行うことができ、生産性の低下や設備投資の増大を回避できる。
【００４６】
特に、本実施形態のようにバルブシート部材が焼入れされやすい冷却液中での接合では焼戻しによる加工性の向上が顕著となる。
【００４７】
尚、上記実施形態で説明した脱磁処理は電気抵抗溶接の他、スポット溶接などにも適用でき、また、バルブシート部材の他にパワートレイン系の部材の接合時にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は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し、（ｂ）は本発明に係る実施形態の金属部材の接合装置の電気的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】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５】接合工程（ａ）、脱磁工程（ｂ）において夫々通電されるパルス電流のパルス波形を示す図である。
【図６】（ａ）は接合工程における抵抗発熱により焼入れされたバルブシート部材の焼入れ硬化層を示し、（ｂ）は脱磁工程により焼戻しされたバルブシート部材の焼入れ硬化層を示す図である。
【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
２８　当接部
２９　突出部
３３　冷却液
４１　電源ユニット
４２　電源
４３　第１コンデンサ
４４　第２コンデンサ
４５　切換制御部
４６　操作部
Ｂ１，Ｂ２　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】
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【図６】
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