(57)【要約】      （修正有）【課題】内部に中空の管路を有する金属機械部品を製作するための液相拡散接合装置を提供する。【解決手段】内部に中空の管路３を有し、かつ該管路と連通する管路を持つ分岐管を有する配管本体と、前記分岐管の管路と連通するよう配置された被接合鋼管の部材同士を接合して金属機械部品を組立てる液相拡散接合装置において、上下方向に液相拡散接合用合金箔５を介して前記配管本体と、この配管本体上部に接合のために載置された先端に開先部を有する被接合鋼管４を配置し、更に、前記配管本体を配管本体の横断面で拘束・収納する配管本体位置決め具および前記被接合鋼管を左右から拘束する被接合鋼管位置決め具と、前記配管本体および前記被接合鋼管を加熱通電するための電極７，８を前記配管本体位置決め具９および被接合鋼管位置決め具１１をそれぞれ貫通して配置して構成したことを特徴とする金属機械部品の液相拡散接合装置、である。【選択図】      図２
2005034846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空の管路を有し、かつ該管路と連通する管路を持つ分岐管を有する配管本体と、前記分岐管の管路と連通するよう配置された被接合鋼管の部材同士を接合して金属機械部品を組立てる液相拡散接合装置において、上下方向に液相拡散接合用合金箔を介して前記配管本体と、この配管本体上部に接合のために載置された先端に開先部を有する被接合鋼管を配置し、更に、前記配管本体を配管本体の横断面で拘束・収納する配管本体位置決め具および前記被接合鋼管を左右から拘束する被接合鋼管位置決め具と、前記配管本体および前記被接合鋼管を加熱通電するための電極を前記配管本体位置決め具および被接合鋼管位置決め具をそれぞれ貫通して配置して構成したことを特徴とする金属機械部品の液相拡散接合装置。
【請求項２】
前記電極周囲と前記配管本体位置決め具および被接合鋼管位置決め具をそれぞれ貫通する貫通孔内面に絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１記載の金属機械部品の液相拡散接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼材料同士の金属機械部品を液相拡散接合を用いて製作する液相拡散接合装置に関する。特に、従来鍛造、鋳造、ないしは機械研削等の一体成形によって製造する、外形が３次元的に非対称な金属機械部品の組み立てにおける液相拡散接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車燃料供給用配管などの非対称な断面形状を有する金属製精密機械部品は、その要求される使用特性に応じて外形および内部構造が極めて複雑な断面を有しており、その製造工程は精密鋳造、精密鍛造、複数工程からなる機械研削、或いはそれらを組み合わせることで一体成型するのが普通であり、多大なコストと時間を要する。また、上記製品を幾つかの部品に分割して個々に製作し、最後に組み合わせて製品とするには、通常は溶接などの仕上げ精度の低い製造工程を経由することなく、個別部品の加工精度を格段に向上させ、最終形状において全く部品間に隙間のないよう嵌合のみで組み立てる技術が必要となる。
【０００３】
一方、金属材料同士の工業的な新しい接合技術として液相拡散接合が普及しつつある。この液相拡散接合は、接合しようとする材料の接合面、すなわち開先間に、拡散律速の等温凝固過程を経て接合継ぎ手を形成する能力を有する元素、例えば、Ｂ或いはＰと、これらを開先間に介在させるために基材となるＮｉないしＦｅからなる多元合金を介在させ、継ぎ手を挿入した低融点合金の融点以上の温度に加熱・保持し、継ぎ手を形成する技術であり、通常の溶接技術と異なり、溶接残留応力が殆どないこと、溶接のような余盛りを発生しないことから平滑で、しかも精密な接合継ぎ手を形成できる特徴を有している。また、この液相拡散接合は面接合であるため、接合面の面積に依存することなく接合時間が一定で、しかも比較的短時間で接合が完了しうるという点から従来の溶接とは全く異なった概念の技術である。
【０００４】
この液相拡散接合技術を応用して金属機械部品を組み立て接合することは、既に本出願人が特許文献１として特許出願している。また、特許文献２には内部管路軸に平行な面で分割した機械部品を接合で貼り合わせて組み立てる技術が開示されている。更に、特許文献３、特許文献４および特許文献５には、Ａｌ系のシリンダーヘッド本体とＦｅ系のバルブシートの接合において液相拡散接合と通電式抵抗溶接を併用して金属部材を接合する方法と接合装置が開示されている。
【０００５】
しかし、特許文献１，２においては従来の液相拡散接合を単独で適用して部品を製造する方法であり、これを実現する具体的な金属機械部品の組立・接合装置は未だ実験設備の域を出ていないのが現状である。また、特許文献３，４，５では、異種金属同士をろう材を介在させ抵抗溶接と液相拡散接合するもので、両者の部材を加圧する手段、接合面に電流を流す電極、通電加熱し、ろう材と部材間に拡散層を形成し、この拡散層を介した液相拡散接合状態で接合するための溶接電源手段と電流値を初期電流値からこれよりも小さい徐冷電流値に切り換える切り替え手段で構成される金属部材の接合装置を開示しているが、これらは何れも中実の異種金属部材同士の接合であり、内部に中空の管路を有する部材同士を液相拡散接合するような装置については何らの提案もなされていない。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００１−３８４７６５号公報
【特許文献２】
特願２００１−３２１９６３号公報
【特許文献３】
特開平１１−９０６１９号公報
【特許文献４】
特開平１１−９０６２０号公報
【特許文献５】
特開平１１−９０６２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鉄鋼材料同士の金属機械部品、特に内部に管路を有する部材同士を任意の角度で金属機械組み立て部品を製作する液相拡散接合装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、内部に中空の管路を有し、かつ該管路と連通する管路を持つ分岐管を有する配管本体と、前記分岐管の管路と連通するよう配置された被接合鋼管の部材同士を接合して金属機械部品を組立てる液相拡散接合装置において、上下方向に液相拡散接合用合金箔を介して前記配管本体と、この配管本体上部に接合のために載置された先端に開先部を有する被接合鋼管を配置し、更に、前記配管本体を配管本体の横断面で拘束・収納する配管本体位置決め具および前記被接合鋼管を左右から拘束する被接合鋼管位置決め具と、前記配管本体および前記被接合鋼管を加熱通電するための電極を前記配管本体位置決め具および被接合鋼管位置決め具をそれぞれ貫通して配置して構成したことを特徴とする金属機械部品の液相拡散接合装置、であり、また、上記構成において、更に、前記電極周囲と前記配管本体位置決め具および前記被接合鋼管位置決め具をそれぞれ貫通する貫通孔内面に絶縁体を設けたことを特徴とする金属機械部品の液相拡散接合装置、である。
【０００９】
【発明の実施の形態・実施例】
自動車用の燃料系部材とバルブ等の連結は、内部にガソリン、重油、軽油等の液体または気体、或いはこれらの混合物が流れる流路を有する形状の部材同士を任意の角度で連結する必要がある。例えば、図１に示すように、上述のガソリン、重油、軽油等の液体または気体、或いはこれらの混合物が流れる内部管路３を有する角断面或いは丸断面の配管本体１のＴ分岐に設けた分岐管２と連通する別の内部管路を有する分岐鋼管４を接合して形成された部品が多数ある。そして、これらの結合部材は更に別の部材と高度の精密性を以て連結される。そのため、配管本体１と分岐鋼管４の接合平坦度は０．０５ｍｍ以下という厳格な平坦性が要求される。この平坦性が維持できないと、別の部材との連結に歪みが生じ、液体または気体の漏洩という大きな問題が生じる。
【００１０】
この厳格な要求に応えるには通常の鋼管等の溶接で採用されているプロジェクション溶接等では上記精度は確保できず、必然的に液相拡散接合のような高度な接合技術が求められる。この液相拡散接合技術を用いて部材を接合する場合には、配管本体１と分岐管２のＴ分岐部に被接合鋼管４の先端に開先を形成して突き合わせ、開先間には液相拡散接合用の体積の５０％以上が非晶質である構造を有する非晶質合金箔５を介在させる。そして、これらに抵抗溶接に必要な電流を供給するための電極、開先間に抵抗溶接に必要な応力を負荷するための、例えば、油圧作動インストロン型の引張・圧縮装置などの応力付加機構１５（図２参照）にて被接合鋼管４の上方から１０ＭＰａ  〜１０００ＭＰａ  の応力を付加する。勿論、この付加応力の値は被接合材料の溶接時の高温でのヤング率によって変化することは勿論である。
【００１１】
被接合鋼管の開先面と液相拡散接合用の非晶質合金箔５は抵抗溶接で一旦溶融し、溶接時の応力でアップセットされて抵抗溶接時に生成する酸化物、開先表面に存在していた爽雑物を溶融メタルと共に接合面外に排出する。この効果は９００〜１２００℃と融点の低い非晶質合金箔５の介在によって大きく促進される。
【００１２】
本発明において使用する上記非晶質合金箔５の組成は、特開昭４９−９１０１４号公報等に記載されたＮｉまたはＦｅを基材とし、拡散原子にＢ，Ｐ，Ｃの１種または２種以上を各々０．１〜２０．０原子％を含有し、更に、接合面間酸化物の低融点化に寄与するＶ：０．１〜１０．０原子％を含有する液相拡散接合用合金箔であることが好ましい。Ｖは０．１原子％以上で接合線上の酸化物系介在物長さ比の低減に有効であり、また、１０．０原子％を超えて添加する場合には、Ｖ系酸化物そのものの個数が増加し残留酸化物は却って増加するために介在物長さ比は上昇することも分かる。従って、液相拡散接合用合金箔に含まれるＶ含有量は０．１〜１０．０原子％である必要がある。しかも、Ｖ：０．１〜１０．０原子％を含有した合金箔を使用した場合には残留酸化物とＶが反応して瞬時に生成するＦｅ−Ｏ酸化物とＶ−Ｏ酸化物の複合酸化物の融点が約８００℃以下と低いことから残留する酸化物の溶融・排出を容易に実現しうる理由もある。
【００１３】
次に、本発明で使用する液相拡散接合装置の詳細構成について図２に基づいて説明する。図２において、配管本体１は、配管本体１の長手方向の被接合鋼管４との連結部近傍の横断面位置で底部、両側部を拘束する函型の配管本体位置決め具９内に収納される。また、配管本体１の上面には液相拡散接合用合金箔５を配置するが、この液相拡散接合用合金箔５の載置位置を決めるための位置決め溝６が予め設けてある。一方、上記配管本体１の上部には接合しようとする被接合鋼管４（被接合鋼管４の分岐管２の中心部断面の相当）が載置され、この被接合鋼管４の鋭角形状に加工された先端部開先４−１が前記液相拡散接合用合金箔５に接触させるように配置されている。そして、前記被接合鋼管４を支持する接合鋼管位置決め具１１により左右から保持する。また、この被接合鋼管位置決め具１１の両端には上記配管本体位置決め具９の両側部に接し、かつこれらを重合して面で拘束するように門型形状の足部１２を有し、配管本体位置決め具９と被接合鋼管位置決め具１１の両者により、配管本体１と被接合鋼管４は液相拡散接合用合金箔５を介してしっかりと固定される。
【００１４】
一方、上記配管本体位置決め具９と被接合鋼管位置決め具１１の足部１２の重合部には電極７を配管本体１に直接接触させるための貫通孔１０を設け、更に、電極周囲と前記貫通孔１０の内面には短絡を防止するための絶縁体１４を設けてある。更に、被接合鋼管位置決め具１１の両側部にも電極８を被接合鋼管４に直接接触させるための貫通孔１３を設け、更に、電極８の周囲と前記貫通孔１３の内面には短絡を防止するための絶縁体１４を設けてある。これら絶縁体１４はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２  ）を５０質量％以上含有する耐火物で成形されたものが好ましい。更に、上記配管本体１、被接合鋼管４に直接して電流を１００Ａ／ｍｍ２  〜１００，０００Ａ／ｍｍ２  の電流密度で印加する電極７には圧力Ｐ３，Ｐ４が、また、電極８には圧力Ｐ１，Ｐ２が付加されるが、この圧力は左右両方からの圧力が均等でもよいが、Ｐ１＜Ｐ２，Ｐ３＜Ｐ４とすることで絶対位置を固定することが好ましい。なお、配管本体１と配管本体位置決め具９との間、並びに被接合鋼管４と被接合鋼管位置決め具１１の間には僅かな間隙を設けることで配管本体１或いは被接合鋼管４の出し入れ、位置決めの基準面を出すことが容易となり、更に、上述の付加圧力差を設けて接合作業を行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】
上述したように、本発明による液相拡散接合装置では、通常の機械加工では、穿孔、切削、切断などの手法を駆使しても加工できない形状の機械部品、或いは組み合わせの困難な難溶接材料の異材継ぎ手を含む機械部品、更には削り出しによって大きな材料コストの上昇が起こるような機械部品の組み立てが実現可能となり、生産性の向上、更にはコスト低減などの効果も同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】角断面配管と分岐管の複合溶接を適用した場合の組み立て要領を示す図。
【図２】本発明による液相拡散接合装置の概略横断面図である。
【符号の説明】
１…配管本体
２…分岐管
３…配管本体内部の管路
４…被接合鋼管
４−１…被接合鋼管先端開先部
５…液相拡散接合用合金箔
６…液相拡散接合用合金箔位置決め溝
７…配管本体加熱用電極
８…被接合鋼管加熱用電極
９…配管本体位置決め具
１０…配管本体位置決め具貫通孔
１１…被接合鋼管位置決め具
１２…被接合鋼管位置決め具足部
１３…被接合鋼管位置決め具貫通孔
１４…絶縁体
１５…応力付加機構
【図１】
2005034846.tif 000003
【図２】
2005034846.tif 000004