JPH1190619A - Method and device for joining metallic member - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、第1の金属部材と
第2の金属部材とが拡散接合されてなる金属部材の接合
方法及び接合装置に関する技術分野に属する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of a method and an apparatus for joining metal members formed by diffusion joining a first metal member and a second metal member.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、例えばエンジンのシリンダヘ
ッドにおいてバルブシートをシリンダヘッド本体の吸気
及び排気用ポートの開口周縁部に接合する場合のよう
に、金属部材同士を接合する方法としては焼ばめによる
方法がよく知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of joining metal members to each other, for example, in a case where a valve seat is joined to an opening edge of an intake and exhaust port of a cylinder head body in an engine cylinder head, shrink fitting is used. Is well known.
【0003】また、例えば特開平8−100701号公
報に示されているように、バルブシートとAl系シリン
ダヘッド本体とをAl−Zn系ろう材及びフッ化物系フ
ラックスによりろう付け接合するようにすることが提案
されている。Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-100701, a valve seat and an Al-based cylinder head body are brazed and joined with an Al-Zn-based brazing material and a fluoride-based flux. It has been proposed.
【0004】さらに、例えば特開昭58−13481号
公報に示されているように、両部材の接合面部における
接触抵抗加熱を利用した抵抗溶接により金属部材同士を
接合する方法が知られている。そして、この抵抗溶接で
は、例えば特開平6−58116号公報に示されている
ように、焼結材で構成されたバルブシートの空孔に金属
を溶浸することによって、焼結材内部の発熱量を低減し
て接合面部での発熱量を増大させるようにすることや、
例えば特開平8−270499号公報に示されているよ
うに、バルブシートの表面に皮膜を形成し、その皮膜を
シリンダヘッド本体との結合時に溶融させるようにする
ことが提案されている。Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-13481, a method is known in which metal members are joined to each other by resistance welding utilizing contact resistance heating at a joint surface of both members. In this resistance welding, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-58116, a metal is infiltrated into holes of a valve seat formed of a sintered material, thereby generating heat inside the sintered material. Reducing the amount of heat to increase the amount of heat generated at the joint surface,
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-270499, it has been proposed to form a film on the surface of a valve seat and to melt the film at the time of coupling with a cylinder head body.
【0005】また、例えば特開平8−200148号公
報に示されているように、バルブシートとシリンダヘッ
ド本体とを、シリンダヘッド本体の接合面部に塑性変形
層を形成しつつ溶融反応層を形成することなく固相拡散
接合(圧接接合)するようにすることが提案されてい
る。Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-200148, a molten reaction layer is formed while forming a plastically deformable layer on the joint surface of the cylinder head body with the valve seat and the cylinder head body. It has been proposed that solid-phase diffusion bonding (pressure welding) be performed without the need.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
ように金属部材同士を焼ばめにより接合する方法では、
被接合金属部材の脱落を確実に防止しかつ焼ばめ時の締
付力に耐えるようにするために、被接合金属部材を比較
的大きくしておく必要がある。このため、シリンダヘッ
ドではバルブシートの肉厚や幅が大きくなり、ポート間
隔を狭くしたりスロート径を大きくしたりするには限界
がある。さらに、バルブシート及びシリンダヘッド本体
間には断熱層が存在するので、熱伝導率が低くなってバ
ルブ及びバルブシート近傍の温度を有効に低下させるこ
とができないという問題がある。However, in the method of joining metal members by shrink fitting as in the above-mentioned conventional example,
In order to reliably prevent the metal members to be separated from falling off and to withstand the tightening force at the time of shrink fitting, the metal members to be bonded must be relatively large. For this reason, in the cylinder head, the thickness and width of the valve seat become large, and there is a limit in reducing the port interval or increasing the throat diameter. Furthermore, since the heat insulating layer exists between the valve seat and the cylinder head body, there is a problem that the thermal conductivity is low and the temperature in the vicinity of the valve and the valve seat cannot be effectively reduced.
【0007】また、ろう付けや抵抗溶接により金属部材
同士を接合する方法では、両部材間の熱伝導率を向上さ
せることはできるものの、基本的に接合強度が低く、バ
ルブシートとシリンダヘッドとの接合に採用するのは困
難である。特にろう付けによる接合方法では、炉の中で
長時間加熱する必要があるので、インライン化対応も不
可能、事前に熱処理を施したアルミ部材では熱処理効果
が失われる、また、アルミニウム鋳物用ろう材は融点が
低く、耐熱性が低いという問題がある。Further, in the method of joining metal members by brazing or resistance welding, although the thermal conductivity between the two members can be improved, the joining strength is basically low, and the joining between the valve seat and the cylinder head is basically low. It is difficult to employ for joining. In particular, in the joining method by brazing, it is necessary to heat in a furnace for a long time, so it is not possible to respond to in-line processing, the heat treatment effect is lost in aluminum members that have been heat-treated in advance, and the brazing material for aluminum casting Has a problem that the melting point is low and the heat resistance is low.
【0008】一方、上記固相拡散接合方法では、焼ばめ
による接合方法よりもバルブシートを格段に小形化する
ことができ、エンジンの設計自由度を向上させることが
できるという利点を有するものの、固相拡散接合である
ため、加圧力や電流量等の接合条件に厳格な管理が必要
である。特に、Al系のシリンダヘッド本体とFe系の
バルブシートとの接合では、Fe−Alという脆い金属
間化合物の発生を抑えつつFe及びAlの原子を拡散さ
せるという相反することを行う必要があるため、接合条
件の設定をより厳格に行う必要がある。On the other hand, the solid-phase diffusion bonding method has the advantage that the valve seat can be made much smaller than the bonding method by shrink fit, and the degree of freedom in engine design can be improved. Since solid-state diffusion bonding is used, strict control is required for bonding conditions such as pressure and current. In particular, in the joining of the Al-based cylinder head body and the Fe-based valve seat, it is necessary to suppress the generation of a brittle intermetallic compound of Fe-Al and to diffuse the atoms of Fe and Al, which is contradictory. In addition, it is necessary to set joining conditions more strictly.
【0009】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、第1の金属部材を第
2の金属部材に接合する場合に、上記従来の接合方法を
改良することによって、従来よりも高い接合強度を有す
る金属部材を短時間で容易に得ることにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the above-mentioned conventional joining method when joining a first metal member to a second metal member. Thus, it is possible to easily obtain a metal member having a higher bonding strength than the conventional one in a short time.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、第1の金属部材及び第2の金属部
材の通電加熱に際し、比較的大きな初期電流値で所定時
間通電し、その後に小さな電流値(徐冷電流値)で通電
加熱することにより、通電停止後における両部材の温度
差を小さくすることとした。In order to achieve the above object, according to the present invention, when the first metal member and the second metal member are energized and heated, a relatively large initial current value is applied for a predetermined time, Thereafter, the current is heated with a small current value (slow cooling current value) to reduce the temperature difference between the two members after the current is stopped.
【0011】具体的には、請求項1に記載の発明は、第
1の金属部材を該第1の金属部材と熱膨張率の異なる第
2の金属部材に拡散接合する金属部材の接合方法であっ
て、上記第1の金属部材を上記第2の金属部材の接合面
に当接させた状態で加圧しつつ、上記両部材を所定の初
期電流値で所定時間通電加熱し、その後に上記初期電流
値よりも小さな徐冷電流値で上記両部材を通電加熱する
こととしたものである。Specifically, the invention according to claim 1 is a method for joining metal members by diffusion joining a first metal member to a second metal member having a different coefficient of thermal expansion from that of the first metal member. Then, while applying pressure while the first metal member is in contact with the joint surface of the second metal member, the two members are energized and heated at a predetermined initial current value for a predetermined time. The two members are energized and heated with a slow cooling current value smaller than the current value.
【0012】このことにより、初期電流値での通電加熱
により、両部材の温度が上昇して拡散接合が始まる。こ
のとき、両部材の熱容量の相違から、両部材の温度差が
大きくなる。そして、所定時間が経過した後、通電電流
が上記初期電流値よりも小さな徐冷電流値に変化するの
で、両部材の発熱量が減少するとともに、温度の高い方
の部材から低い方の部材への放熱が進む。その結果、両
部材の温度差が小さくなるので、熱膨張率の相違に起因
する熱応力の発生を抑制することができる。従って、通
電停止後に、熱応力に基づく金属部材のクラックの発生
が有効に阻止される。As a result, the temperature of both members rises due to current heating at the initial current value, and diffusion bonding starts. At this time, the temperature difference between the two members increases due to the difference in heat capacity between the two members. Then, after a lapse of a predetermined time, the energizing current changes to a gradual cooling current value smaller than the initial current value, so that the calorific value of both members decreases, and the temperature of the member changes from the higher temperature member to the lower member. Heat dissipation proceeds. As a result, the temperature difference between the two members is reduced, so that the generation of thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion can be suppressed. Therefore, after the energization is stopped, the occurrence of cracks in the metal member due to thermal stress is effectively prevented.
【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の金属部材の接合方法において、初期電流値で通電加熱
する所定時間を、通電加熱を開始してから第1の金属部
材が所定の接合位置に変位するまでの間としたものであ
る。According to a second aspect of the present invention, in the method for bonding metal members according to the first aspect, the first metal member is provided with a predetermined time for energizing and heating at the initial current value after starting the energizing heating. Until it is displaced to the joining position.
【0014】このことにより、第1の金属部材が所定の
接合位置に変位するまで初期電流値による通電加熱を行
うので、第1の金属部材と第2の金属部材とを確実に接
合させることができる。その後は、当該初期電流値より
も小さな徐冷電流値で通電加熱を行うので、各部材を徐
冷して円滑に両部材の温度差を小さくすることができ
る。[0014] With this configuration, since the first metal member is energized and heated by the initial current value until it is displaced to the predetermined bonding position, the first metal member and the second metal member can be securely bonded. it can. After that, since the energization heating is performed with a slow cooling current value smaller than the initial current value, the temperature difference between the two members can be smoothly reduced by gradually cooling the respective members.
【0015】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の金属部材の接合方法において、初期電流値で通電加熱
する所定時間を、通電加熱を開始してから所定の一定時
間としたものである。According to a third aspect of the present invention, in the method for joining metal members according to the first aspect, the predetermined time for energizing and heating at the initial current value is set to a predetermined fixed time after starting the energizing heating. It is.
【0016】このことにより、初期電流値で通電加熱す
る所定時間を簡便に設定することができ、初期電流値及
び徐冷電流値での通電加熱を簡単かつ確実に実行するこ
とができる。This makes it possible to easily set a predetermined time for energizing and heating at the initial current value, and to easily and reliably execute energizing and heating at the initial current value and the slow cooling current value.
【0017】請求項4に記載の発明は、請求項1〜2の
いずれか一つに記載の金属部材の接合方法において、第
1の金属部材を加圧及び通電加熱することにより、該第
1の金属部材を第2の金属部材の接合面部に埋め込み、
初期電流値で通電加熱する所定時間を、通電加熱を開始
してから上記第1の金属部材が上記第2の金属部材に対
して所定の接合位置に埋め込まれるまでの間としたもの
である。According to a fourth aspect of the present invention, in the method of joining metal members according to any one of the first and second aspects, the first metal member is pressed and energized to heat the first metal member. Embedded in the joint surface of the second metal member,
The predetermined time during which the heating is performed with the initial current value is defined as a period from the start of the heating to the time when the first metal member is embedded in the predetermined bonding position with respect to the second metal member.
【0018】このことにより、初期電流値での通電加熱
によって、第1の金属部材が第2の金属部材に埋め込ま
れるようにして、両部材が拡散接合される。そして、第
1の金属部材が所定の接合位置にまで埋め込まれると、
通電電流が初期電流値から当該初期電流値よりも小さな
徐冷電流値へと変化する。その結果、第1の金属部材が
当該接合位置に維持された状態で、両部材の徐冷が行わ
れる。従って、精度の高い接合が行われる。As a result, the two members are diffusion-bonded so that the first metal member is embedded in the second metal member by the current heating at the initial current value. Then, when the first metal member is embedded to a predetermined joining position,
The energizing current changes from the initial current value to a slow cooling current value smaller than the initial current value. As a result, while the first metal member is maintained at the joining position, the two members are gradually cooled. Therefore, highly accurate bonding is performed.
【0019】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の金属部材の接合方法において、初期電流値は、第1の
金属部材の第2の金属部材への埋入を進行させる電流値
に設定されている一方、徐冷電流値は、上記第1の金属
部材の上記第2の金属部材への埋入を抑制する電流値に
設定されていることとしたものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the method of bonding a metal member according to the fourth aspect, the initial current value is a current value for promoting the embedding of the first metal member into the second metal member. On the other hand, the slow cooling current value is set to a current value that suppresses the embedding of the first metal member into the second metal member.
【0020】このことにより、初期電流値による通電加
熱は、第1の金属部材を第2の金属部材に埋入させるた
めに用いられる。一方、徐冷電流値による通電加熱は、
両部材の徐冷のために用いられる。徐冷電流値による通
電加熱は、第1の金属部材の埋入を抑制するので、徐冷
の間に第1の金属部材が第2の金属部材に埋入しすぎる
事態を確実に防止することができる。従って、両部材の
位置を適正に保った状態で、両部材の温度差を小さくす
ることができる。Thus, the current-carrying heating based on the initial current value is used for embedding the first metal member in the second metal member. On the other hand, current heating by slow cooling current value is
Used for slow cooling of both members. Since the electric heating by the slow cooling current value suppresses the embedding of the first metal member, it is possible to reliably prevent the first metal member from being excessively embedded in the second metal member during the slow cooling. Can be. Therefore, the temperature difference between the two members can be reduced while maintaining the positions of the two members properly.
【0021】請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の
いずれか一つに記載の金属部材の接合方法において、第
1の金属部材は、リング状部材であり、第2の金属部材
は、上記リング状部材の外周部を包囲する接合面が形成
されてなるものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the method for joining metal members according to any one of the first to fifth aspects, the first metal member is a ring-shaped member and the second metal member is a ring-shaped member. Has a bonding surface surrounding the outer peripheral portion of the ring-shaped member.
【0022】このことにより、徐冷電流値による通電加
熱により、径方向に伸縮しようとする第1の金属部材の
熱応力が緩和され、第1の金属部材の縦クラックが防止
される。従って、請求項1〜5の発明の効果が顕著に発
揮される。Thus, the thermal stress of the first metal member, which tends to expand and contract in the radial direction, is alleviated by the current heating with the slow cooling current value, and vertical cracks of the first metal member are prevented. Therefore, the effects of the inventions of claims 1 to 5 are remarkably exhibited.
【0023】請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の
いずれか一つに記載の金属部材の接合方法において、第
1の金属部材は、Fe系材料からなり、第2の金属部材
は、Al系材料からなるものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the method for joining metal members according to any one of the first to sixth aspects, the first metal member is made of an Fe-based material, and the second metal member is made of an Fe-based material. Is made of an Al-based material.
【0024】このことにより、熱膨張率の相違に起因す
るクラックの発生を生ずることなく、Fe系材料とAl
系材料とからなる金属部材が得られる。[0024] Thus, the occurrence of cracks due to the difference in the coefficient of thermal expansion does not occur, and the Fe-based material and Al
A metal member made of a base material is obtained.
【0025】請求項8に記載の発明は、請求項1〜7の
いずれか一つに記載の金属部材の接合方法において、予
め第1の金属部材の表面部に、上記両金属部材よりも融
点の低いろう材と該第1の金属部材との拡散層を介して
ろう材層を形成しておき、上記第1の金属部材と第2の
金属部材とを、該両部材間の通電に伴う発熱及び加圧に
より、ろう材及び第2の金属部材の拡散層を形成しかつ
溶融したろう材を両部材の接合面部間から排出しなが
ら、上記両拡散層を介した液相拡散状態で接合すること
としたものである。According to an eighth aspect of the present invention, in the method of joining metal members according to any one of the first to seventh aspects, the melting point of the first metal member on the surface of the first metal member is higher than that of the two metal members. A brazing material layer is formed via a diffusion layer between the low brazing material and the first metal member, and the first metal member and the second metal member are connected to each other by energization between the two members. The diffusion layer of the brazing material and the second metal member is formed by heat and pressure, and the molten brazing material is joined in a liquid phase diffusion state through the diffusion layers while discharging the molten brazing material from between the joining surfaces of the two members. It is decided to do.
【0026】このことにより、ろう材を排出して両拡散
層を介した状態で第1の金属部材と第2の金属部材とを
液相拡散接合するので、第2の金属部材表面部の酸化被
膜や汚れ等がろう材と共に排出されると共に、ろう材層
を介さずに両拡散層が直接的に接合され、その両層間で
拡散がより一層促進される。しかも、その拡散は液相拡
散であるので、極めて速く行われる。また、ろう材を溶
融しかつ排出することが可能なように加圧力や電流値を
設定するだけで済むので、高い接合強度が得られる条件
範囲が広い。さらに、通常、ろう材の融点は低いが、そ
のろう材は排出され、僅かに残っていたとしても、ろう
材の成分の割合が拡散層の形成により変化するので、接
合後のろう材の融点を高くすることができる。よって、
インラインの作業で、接合強度が高くかつ使用したろう
材以上の耐熱性を有する接合金属部材を得ることができ
る。With this, the first metal member and the second metal member are liquid-phase diffusion-bonded while the brazing material is discharged and the two diffusion layers are interposed therebetween, so that the surface of the second metal member is oxidized. The coating and the dirt are discharged together with the brazing material, and the two diffusion layers are directly joined without interposing the brazing material layer, and the diffusion between the two layers is further promoted. In addition, since the diffusion is liquid phase diffusion, it is performed extremely quickly. Further, since it is only necessary to set the pressing force and the current value so that the brazing material can be melted and discharged, the condition range in which high joining strength can be obtained is wide. Further, although the melting point of the brazing material is usually low, even if the brazing material is discharged and a little remains, the melting point of the brazing material after joining is changed because the proportion of the brazing material changes due to the formation of the diffusion layer. Can be higher. Therefore,
By the in-line operation, it is possible to obtain a joined metal member having high joining strength and heat resistance higher than that of the brazing material used.
【0027】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載
の金属部材の接合方法において、第1の金属部材は、F
e系材料からなり、第2の金属部材は、Al系材料から
なり、ろう材は、Zn系材料からなることとしたもので
ある。According to a ninth aspect of the present invention, in the method for joining metal members according to the eighth aspect, the first metal member is formed of
The second metal member is made of an Al-based material, and the brazing material is made of a Zn-based material.
【0028】このことにより、Zn系のろう材は融点が
比較的低いので、ろう材の溶融及び排出を容易かつ確実
に行うことができる。しかも、Zn系のろう材はFe系
の第1の金属部材とFe−Znの拡散層を、またAl系
の第2の金属部材とAl−Znの拡散層をそれぞれ容易
に形成する。さらに、上記両拡散層を介した接合である
ので、Fe−Alという脆い金属間化合物が生成するの
を有効に防止することができる。よって、請求項8に記
載の接合方法に最適な材料の組合せが得られる。Thus, since the melting point of the Zn-based brazing material is relatively low, the brazing material can be easily and reliably melted and discharged. In addition, the Zn-based brazing material easily forms the Fe-based first metal member and the Fe-Zn diffusion layer, and the Al-based second metal member and the Al-Zn diffusion layer, respectively. Furthermore, since the bonding is performed via the two diffusion layers, the generation of a brittle intermetallic compound of Fe-Al can be effectively prevented. Therefore, an optimum combination of materials can be obtained for the bonding method described in claim 8.
【0029】請求項10に記載の発明は、請求項8また
は9のいずれか一つに記載の金属部材の接合方法におい
て、第1の金属部材とろう材との拡散層は、第1の金属
部材の表面部に超音波振動を付与してろう材をコーティ
ングすることにより形成することとしたものである。According to a tenth aspect of the present invention, in the method for bonding a metal member according to any one of the eighth and ninth aspects, the diffusion layer between the first metal member and the brazing material is formed of the first metal. The member is formed by applying ultrasonic vibration to the surface of the member and coating the brazing material.
【0030】このことにより、超音波によるキャビテー
ション作用により第1の金属部材の表面部の酸化被膜や
メッキ層が破壊されるので、ろう材を第1の金属部材の
表面部に擦りつけるという機械的な摩擦を利用する方法
よりも確実にろう材を第1の金属部材側に拡散させるこ
とができる。また、フラックスを用いたろう付けを行う
場合のようなフラックス除去のための後工程が不要であ
る。よって、簡単な方法で拡散層を確実に形成すること
ができ、接合強度のより高い接合金属部材が得られる。As a result, the oxide film and the plating layer on the surface of the first metal member are destroyed by the cavitation effect of the ultrasonic wave, so that the brazing material is rubbed against the surface of the first metal member. The brazing material can be more reliably diffused to the first metal member side than the method using the appropriate friction. Further, a post-process for removing the flux as in the case of performing brazing using the flux is unnecessary. Therefore, the diffusion layer can be reliably formed by a simple method, and a bonding metal member having higher bonding strength can be obtained.
【0031】請求項11に記載の発明は、請求項1〜1
0のいずれか一つに記載の金属部材の接合方法におい
て、第1の金属部材を第2の金属部材に当接させる前
に、予め該第1の金属部材の内部に高電気伝導率材料を
溶浸することとしたものである。The eleventh aspect of the present invention is the first aspect of the present invention.
0, the first metal member is brought into contact with the second metal member before the first metal member is contacted with a high electrical conductivity material inside the first metal member. It is to be infiltrated.
【0032】このことにより、高電気伝導率材料が第1
の金属部材内部の空孔に溶浸するので、鍛造と同様の効
果が得られると共に、通電時に第1の金属部材内部の発
熱を抑制してろう材を有効に溶融させることができる。
よって、接合金属部材の接合強度を有効に向上させるこ
とができる。As a result, the high electrical conductivity material becomes the first material.
Since the infiltration into the holes inside the metal member is effected, the same effect as forging can be obtained, and the heat generation inside the first metal member can be suppressed during energization to effectively melt the brazing material.
Therefore, the joining strength of the joining metal member can be effectively improved.
【0033】請求項12に記載の発明は、請求項1〜1
1のいずれか一つに記載の金属部材の接合方法におい
て、第1の金属部材と第2の金属部材との拡散接合は、
第2の金属部材の接合面部を塑性流動させて行うことと
したものである。According to the twelfth aspect of the present invention,
In the method for joining metal members according to any one of the first to fifth aspects, the diffusion joining between the first metal member and the second metal member is performed by:
This is performed by plastically flowing the joint surface of the second metal member.
【0034】こうすることで、第2の金属部材表面の酸
化被膜が効果的に破壊されて接合面から排出されるの
で、ろう材を第2の金属部材側に確実に拡散させること
ができると共に、第2の金属部材の表面を特に保護して
おく必要はない。一方、第2の金属部材の塑性流動は、
第1の金属部材及び第2の金属部材を加圧するときにそ
の加圧力を利用することで容易に行うことができ、特別
な手段は不要である。よって、簡単な方法で拡散層を確
実に形成することができ、接合金属部材の接合強度のさ
らなる向上化を図ることができる。By doing so, the oxide film on the surface of the second metal member is effectively destroyed and discharged from the joint surface, so that the brazing material can be surely diffused to the second metal member side. It is not necessary to particularly protect the surface of the second metal member. On the other hand, the plastic flow of the second metal member is
When the first metal member and the second metal member are pressurized, the pressing can be easily performed by utilizing the pressing force, and no special means is required. Therefore, the diffusion layer can be reliably formed by a simple method, and the joining strength of the joining metal member can be further improved.
【0035】請求項13に記載の発明は、第1の金属部
材を該第1の金属部材と熱膨張率の異なる第2の金属部
材に拡散接合する金属部材の接合装置であって、上記第
1の金属部材を上記第2の金属部材の接合面に当接さ
せ、該接合面に圧力が加わるように該両部材を加圧する
加圧手段と、上記両部材のいずれか一方から他方に向か
って上記接合面を通過して流れる電流を流す電極と、上
記加圧手段による両部材の加圧時に、上記電極間に電流
を供給する溶接電源手段と、上記溶接電源手段が供給す
る電流の値を初期電流値から該初期電流値よりも小さな
徐冷電流値に切り替える切替手段とを備えていることと
したものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a metal member joining apparatus for diffusing and joining a first metal member to a second metal member having a different coefficient of thermal expansion from the first metal member. A pressing means for bringing the first metal member into contact with the joining surface of the second metal member, and pressing both members so that pressure is applied to the joining surface; and from one of the two members to the other. An electrode for flowing a current flowing through the joint surface, a welding power supply for supplying a current between the electrodes when the two members are pressed by the pressing means, and a value of the current supplied by the welding power supply. Switching means for switching from the initial current value to a slow cooling current value smaller than the initial current value.
【0036】このことにより、請求項1に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項1に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。Thus, a joining apparatus for realizing the joining method according to the first aspect is obtained, and the same operation and effect as those of the first aspect are obtained.
【0037】請求項14に記載の発明は、請求項13に
記載の金属部材の接合装置において、切替手段は、第1
の金属部材が所定の接合位置に変位したときに、初期電
流値を徐冷電流値に切り替えるように設定されているこ
ととしたものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the metal member joining apparatus according to the thirteenth aspect, the switching means comprises a first switch.
When the metal member is displaced to a predetermined joining position, the initial current value is switched to the slow cooling current value.
【0038】このことにより、請求項2に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項2に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。Thus, a bonding apparatus for realizing the bonding method according to the second aspect is obtained, and the same operation and effect as those of the second aspect are obtained.
【0039】請求項15に記載の発明は、請求項13に
記載の金属部材の接合装置において、切替手段は、通電
を開始してから所定時間が経過したときに、初期電流値
を徐冷電流値に切り替えるように設定されていることと
したものである。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the metal member joining apparatus according to the thirteenth aspect, the switching means changes the initial current value to the gradual cooling current when a predetermined time has elapsed from the start of energization. It is set to switch to the value.
【0040】このことにより、請求項3に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項3に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。Thus, a bonding apparatus for realizing the bonding method according to the third aspect is obtained, and the same operation and effect as the invention according to the third aspect are obtained.
【0041】請求項16に記載の発明は、請求項13〜
15のいずれか一つに記載の金属部材の接合装置におい
て、溶接電源手段は、第1の金属部材を加圧手段によっ
て加圧した状態で通電加熱することにより、該第1の金
属部材を第2の金属部材の接合面部に埋め込むように構
成され、切替手段は、上記被接合金属部材の埋め込み位
置を検出する位置検出手段を備え、該第1の金属部材が
所定の埋め込み位置に埋め込まれたことを検出したとき
に、初期電流値を徐冷電流値に切り替えるように設定さ
れていることとしたものである。The invention described in claim 16 is the invention according to claims 13 to
15. In the apparatus for joining metal members according to any one of 15, the welding power supply means energizes and heats the first metal member in a state where the first metal member is pressurized by the pressurizing means, thereby welding the first metal member to the first metal member. The switching means includes a position detecting means for detecting an embedding position of the metal member to be joined, and the first metal member is embedded in a predetermined embedding position. When it is detected that the initial current value is changed to the slow cooling current value, the setting is made.
【0042】このことにより、請求項4に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項4に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。Thus, a joining apparatus for realizing the joining method according to the fourth aspect is obtained, and the same operation and effect as the invention according to the fourth aspect are obtained.
【0043】請求項17に記載の発明は、請求項16に
記載の金属部材の接合装置において、初期電流値は、第
1の金属部材の第2の金属部材への埋入を進行させる電
流値に設定されている一方、徐冷電流値は、上記第1の
金属部材の上記第2の金属部材への埋入を抑制する電流
値に設定されていることとしたものである。According to a seventeenth aspect of the present invention, in the metal member bonding apparatus according to the sixteenth aspect, the initial current value is a current value for promoting the embedding of the first metal member into the second metal member. On the other hand, the slow cooling current value is set to a current value that suppresses the embedding of the first metal member into the second metal member.
【0044】このことにより、請求項5に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項5に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。Thus, a joining apparatus for realizing the joining method according to the fifth aspect is obtained, and the same operation and effect as the invention according to the fifth aspect are obtained.
【0045】請求項18に記載の発明は、請求項13〜
17のいずれか一つに記載の金属部材の接合装置におい
て、溶接電源手段は、予め拡散層及びろう材層が形成さ
れた第1の金属部材を第2の金属部材の接合面に加圧手
段によって加圧した状態で通電加熱することにより、ろ
う材と第2の金属部材との拡散層を形成しかつ溶融した
ろう材を該両部材の接合面部間から排出しながら、該両
部材を上記両拡散層を介した液相拡散状態で接合するよ
うに構成されていることとしたものである。The invention according to claim 18 is the invention according to claims 13 to
17. In the apparatus for joining metal members according to any one of items 17, the welding power supply means presses the first metal member, on which the diffusion layer and the brazing material layer are formed in advance, to the joint surface of the second metal member. By applying current and heating in a state of being pressurized, a diffusion layer of the brazing material and the second metal member is formed, and while the molten brazing material is discharged from between the joining surfaces of the two members, the two members are separated by the above-described method. It is configured to be joined in a liquid phase diffusion state via both diffusion layers.
【0046】このことにより、請求項8に記載の接合方
法を実現する接合装置が得られ、請求項8に記載の発明
と同様の作用効果が得られる。As a result, a bonding apparatus for realizing the bonding method described in claim 8 is obtained, and the same operation and effect as the invention described in claim 8 are obtained.
【0047】請求項19に記載の発明は、請求項13〜
18のいずれか一つに記載の金属部材の接合装置におい
て、溶接電源手段は、第1の金属部材を第2の金属部材
の接合面に当接させた状態で第2の金属部材の接合面部
が塑性流動しながら該両部材が拡散接合するように加圧
手段によって加圧された状態で通電加熱を行うように構
成されていることとしたものである。The invention according to claim 19 is the invention according to claims 13 to
18. The apparatus for joining metal members according to any one of items 18, wherein the welding power supply means includes a joining surface portion of the second metal member in a state where the first metal member is in contact with the joining surface of the second metal member. Is configured to be electrically heated in a state where the two members are pressurized by a pressurizing means so that the two members are diffusion-bonded while plastically flowing.
【0048】このことにより、請求項12に記載の接合
方法を実現する接合装置が得られ、請求項12に記載の
発明と同様の作用効果が得られる。As a result, a joining apparatus for realizing the joining method according to the twelfth aspect is obtained, and the same operation and effect as the invention according to the twelfth aspect can be obtained.
【0049】[0049]
【発明の実施の形態】以下では、まず、本発明の適用対
象となる接合方法及び接合装置について説明し(基本形
態1〜2)、その後に、本発明の実施形態(実施形態1
〜4)を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a joining method and a joining apparatus to which the present invention is applied will be described (basic modes 1 and 2), and then an embodiment of the present invention (embodiment 1).
4) will be described.
【0050】(基本形態1)まず、本発明の適用対象と
して、一定電流値での通電加熱によって、エンジンのシ
リンダヘッド1をシリンダヘッド本体2に拡散接合する
接合方法及び接合装置を、基本形態1として説明する。(Basic Mode 1) First, as a target to which the present invention is applied, a bonding method and a bonding apparatus for diffusing and bonding a cylinder head 1 of an engine to a cylinder head body 2 by energizing and heating at a constant current value are described. It will be described as.
【0051】図1は、基本形態1に係る接合金属部材と
してのエンジンのシリンダヘッド1の要部を示し、この
シリンダヘッド1は、ベース部材(第2の金属部材)と
してのシリンダヘッド本体2における4つの吸気及び排
気用ポート2b,2b,…の開口周縁部つまりバルブが
当接する位置に、略リング状のバルブシート3,3,…
(第1の金属部材)が後述の如く接合されてなるもので
ある。上記各ポート2bの開口周縁部はシリンダヘッド
1の下側から見て略正方形状に並べられており、その各
開口周縁部は各バルブシート3との接合面部2aとされ
ている。FIG. 1 shows a main part of a cylinder head 1 of an engine as a joining metal member according to a basic mode 1. This cylinder head 1 is provided in a cylinder head main body 2 as a base member (second metal member). The substantially ring-shaped valve seats 3, 3,... Are located at the peripheral edges of the openings of the four intake and exhaust ports 2b, 2b,.
(First metal member) joined as described later. The peripheral edges of the openings of the ports 2b are arranged in a substantially square shape when viewed from the lower side of the cylinder head 1, and the peripheral edges of the openings are the joint surfaces 2a with the valve seats 3.
【0052】上記各バルブシート3の内周面部はバルブ
当接面部3cとされて、バルブ上面の形状に沿うように
上方に向かって径が小さくなるテーパ状に形成されてい
る。また、各バルブシート3の外周面部は、シリンダヘ
ッド本体2との第1接合面部3aであって、内周面と同
様にテーパ状に形成されている。さらに、各バルブシー
ト3の上面部は、シリンダヘッド本体2との第2接合面
部3bであって、内周側に向かって上方に傾斜してい
る。The inner peripheral surface of each of the valve seats 3 is formed as a valve abutting surface 3c, and is formed in a tapered shape whose diameter decreases upward along the shape of the upper surface of the valve. The outer peripheral surface of each valve seat 3 is the first joint surface 3a with the cylinder head body 2, and is formed in a tapered shape like the inner peripheral surface. Further, the upper surface portion of each valve seat 3 is a second joint surface portion 3b with the cylinder head main body 2, and is inclined upward toward the inner peripheral side.
【0053】上記各バルブシート3はFe系材料からな
る焼結材であり、その内部には高電気伝導率材料として
のCu系材料が溶浸されている。この各バルブシート3
のシリンダヘッド本体2との第1及び第2接合面部3
a,3bには、図2に模式的に示すように、Zn−Al
系材料(約95重量%のZn成分及び約5重量%のAl
成分)からなるろう材と該バルブシート3との拡散接合
層5が形成されている。すなわち、この拡散接合層5
は、上記ろう材のZn成分がバルブシート3側に拡散す
ることにより形成されたFe−Znからなっている。Each of the valve seats 3 is a sintered material made of an Fe-based material, and a Cu-based material as a high electrical conductivity material is infiltrated therein. This valve seat 3
First and second joint surfaces 3 with the cylinder head body 2
a, 3b, as schematically shown in FIG.
System material (about 95% by weight of Zn component and about 5% by weight of Al
A diffusion bonding layer 5 is formed between the brazing material made of the component (3) and the valve seat 3. That is, the diffusion bonding layer 5
Is made of Fe—Zn formed by diffusing the Zn component of the brazing material to the valve seat 3 side.
【0054】一方、上記シリンダヘッド本体2はAl系
材料からなり、このシリンダヘッド本体2の各バルブシ
ート3との接合面部2aには上記ろう材と該シリンダヘ
ッド本体2との溶融反応層6が形成されている。すなわ
ち、この溶融反応層6は、上記ろう材のZn成分が溶融
状態でシリンダヘッド本体2側に液相拡散することによ
り形成されたAl−Znからなっている。On the other hand, the cylinder head main body 2 is made of an Al-based material, and a fusion reaction layer 6 between the brazing material and the cylinder head main body 2 is formed on a joint surface 2a of the cylinder head main body 2 with each valve seat 3. Is formed. That is, the molten reaction layer 6 is made of Al—Zn formed by the liquid phase diffusion of the Zn component of the brazing material into the cylinder head body 2 in a molten state.
【0055】そして、上記各バルブシート3とシリンダ
ヘッド本体2とは、上記拡散接合層5及び溶融反応層6
を介した液相拡散状態で接合され、この拡散接合層5及
び溶融反応層6のトータルの厚さは1.0μm以下とさ
れている。尚、図2では、拡散接合層5及び溶融反応層
6間にろう材層7が形成されているが、このろう材層7
の厚さは極めて小さく実質的には殆ど無いと見做せる状
態にある。The valve seat 3 and the cylinder head main body 2 are connected to the diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6.
The diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6 have a total thickness of 1.0 μm or less. In FIG. 2, a brazing material layer 7 is formed between the diffusion bonding layer 5 and the molten reaction layer 6.
Is extremely small and can be considered to be practically negligible.
【0056】以上の構成からなるシリンダヘッド1にお
いて各バルブシート3をシリンダヘッド本体2の各ポー
ト2b開口周縁部(接合面部2a)に接合してシリンダ
ヘッド1を製造する方法を説明する(尚、以下の製造工
程では、シリンダヘッド本体2及びバルブシート3の天
地は逆になっている)。A method of manufacturing the cylinder head 1 by joining the valve seats 3 to the peripheral portions (joining surfaces 2a) of the ports 2b of the cylinder head main body 2 in the cylinder head 1 having the above-described structure will be described. In the following manufacturing process, the top and bottom of the cylinder head body 2 and the valve seat 3 are reversed.
【0057】先ず、Fe系材料の粉末を焼結することに
よってバルブシート3を作製する。このとき、バルブシ
ート3は、図3に示すように、バルブシート3及びシリ
ンダヘッド本体2の接合時の加圧力に耐え得るように、
その内周側及び上側(図1では下側)に肉厚が厚くなる
ように形成されている。すなわち、この段階ではバルブ
当接面部3cは形成せず、内周面は真っ直ぐに上方に延
びるように、また上面は略水平状となるようにそれぞれ
形成する。さらに、シリンダヘッド本体2との第1接合
面部3aのテーパ角(図3のθ1)は約0.52rad
(30°)に、また第2接合面部3bの傾斜角(図3の
θ2)は約0.26rad(15°)にそれぞれ形成す
る。すなわち、上記第1接合面部3aのテーパ角θ1
は、小さすぎると、バルブシート3をシリンダヘッド本
体2に埋め込むのは容易ではあるが、シリンダヘッド本
体2の接合面部2aにおける酸化皮膜破壊作用効果が低
下する一方、大きすぎると、バルブシート3の埋め込み
が困難になると共に、バルブシート3の最外径が大きく
なりすぎて2つのポート2b,2bの間隔を狭くするこ
とができなくなるので、約0.52rad(30°)に
設定している。First, the valve seat 3 is manufactured by sintering Fe-based material powder. At this time, as shown in FIG. 3, the valve seat 3 is designed to withstand the pressing force at the time of joining the valve seat 3 and the cylinder head main body 2.
The inner peripheral side and the upper side (the lower side in FIG. 1) are formed so as to be thicker. That is, at this stage, the valve contact surface portion 3c is not formed, and the inner peripheral surface is formed to extend straight upward and the upper surface is formed to be substantially horizontal. Further, the taper angle (θ1 in FIG. 3) of the first joint surface 3a with the cylinder head body 2 is about 0.52 rad.
(30 °), and the inclination angle (θ2 in FIG. 3) of the second joint surface 3b is formed at about 0.26 rad (15 °). That is, the taper angle θ1 of the first joint surface 3a
Is too small, it is easy to embed the valve seat 3 in the cylinder head body 2, but the oxide film destruction effect on the joint surface 2a of the cylinder head body 2 is reduced. Since the embedding becomes difficult and the outermost diameter of the valve seat 3 becomes too large to make it possible to narrow the interval between the two ports 2b, 2b, it is set to about 0.52 rad (30 °).
【0058】そして、Cu系材料の粉末を焼結すること
によって上記バルブシート3と略同径のリングを作製し
た後、このリングを上記焼結したバルブシート3の上面
に載せた状態で加熱炉に入れて溶融させることによりバ
ルブシート3の内部にCu系材料を溶浸させる。この
後、バルブシート3の上記第1及び第2接合面部3a,
3bを含む表面部全体に、酸化被膜形成防止等の観点か
らCuメッキ層(2μm程度)を施しておく。Then, a ring having substantially the same diameter as that of the valve seat 3 is produced by sintering a powder of a Cu-based material, and the ring is placed on the upper surface of the sintered valve seat 3 to be heated. Then, the Cu-based material is infiltrated into the interior of the valve seat 3 by being melted. Thereafter, the first and second joint surfaces 3a,
A Cu plating layer (about 2 μm) is applied to the entire surface including 3b from the viewpoint of preventing formation of an oxide film.
【0059】続いて、図5(a)に模式的に示すよう
に、上記バルブシート3の接合面に拡散接合層5を介し
てろう材層7を形成する。このバルブシート3にろう材
層7及び拡散接合層5を形成するには、ろう材浴中のバ
ルブシート3の表面部に超音波振動の付与によりろう材
をコーティング(超音波メッキ)する。すなわち、図6
に示すように、振動板11の一端部を超音波発振機12
に取り付け、上記バルブシート3をこの振動板11の他
端部の上面に載せた状態で有底状容器13内のろう材浴
14に浸漬する。この状態で上記超音波発振機12から
振動板11を介して超音波振動をバルブシート3に付与
すると、超音波によるキャビテーション作用によりバル
ブシート3の表面部のCuメッキ層や僅かに形成されて
いた酸化被膜が破壊され、ろう材のZn成分がバルブシ
ート3側に拡散してFe−Znからなる拡散接合層5が
形成されると共に、この拡散接合層5の表面側にろう材
層7が形成される。このことで、ろう材をバルブシート
3の表面部に擦りつけるという機械的な摩擦を利用する
方法よりも確実かつ容易に拡散接合層5を形成すること
ができる。尚、上記超音波メッキの条件としては、例え
ば、ろう材浴温度を400℃、超音波出力を400W、
超音波振動付与時間を20秒にそれぞれ設定すればよ
い。Subsequently, as schematically shown in FIG. 5A, a brazing material layer 7 is formed on the bonding surface of the valve seat 3 with the diffusion bonding layer 5 interposed therebetween. In order to form the brazing material layer 7 and the diffusion bonding layer 5 on the valve seat 3, the surface of the valve seat 3 in the brazing material bath is coated with a brazing material by applying ultrasonic vibration (ultrasonic plating). That is, FIG.
As shown in FIG. 1, one end of the diaphragm 11 is connected to the ultrasonic oscillator 12.
The valve seat 3 is immersed in a brazing material bath 14 in a bottomed container 13 with the valve seat 3 placed on the upper surface of the other end of the diaphragm 11. In this state, when ultrasonic vibration is applied to the valve seat 3 from the ultrasonic oscillator 12 via the diaphragm 11, a Cu plating layer on the surface of the valve seat 3 and a slight amount are formed by cavitation by the ultrasonic waves. The oxide film is destroyed, and the Zn component of the brazing material diffuses toward the valve seat 3 to form a diffusion bonding layer 5 made of Fe—Zn, and a brazing material layer 7 is formed on the surface side of the diffusion bonding layer 5. Is done. This makes it possible to form the diffusion bonding layer 5 more reliably and easily than a method using mechanical friction in which a brazing material is rubbed against the surface of the valve seat 3. The ultrasonic plating conditions include, for example, a brazing material bath temperature of 400 ° C., an ultrasonic output of 400 W,
The ultrasonic vibration application time may be set to 20 seconds.
【0060】次に、上記バルブシート3を、予め鋳造等
により作製しておいたシリンダヘッド本体2のポート2
b開口周縁部つまりバルブシート3との接合面部2aに
接合する。このとき、シリンダヘッド本体2の接合面部
2aは、図4(a)に示すように、接合完了時の形状
(バルブシート3の第1及び第2接合面部3a,3bと
同じ形状)とは異なり、約0.79rad(45°)の
テーパ角を有している。Next, the valve seat 3 is connected to the port 2 of the cylinder head body 2 which has been manufactured in advance by casting or the like.
b, which is joined to the periphery of the opening, that is, to the joint surface 2a with the valve seat 3. At this time, the joining surface portion 2a of the cylinder head main body 2 is different from the shape at the time of joining completion (the same shape as the first and second joining surface portions 3a and 3b of the valve seat 3) as shown in FIG. , About 0.79 rad (45 °).
【0061】そして、バルブシート3をシリンダヘッド
本体2の接合面部2aに接合するには、図7に示すよう
に、市販のプロジェクション溶接機を改良した接合装置
20を用いて行う。この接合装置20は、略コ字状の支
持本体21を有しており、この支持本体21の上下水平
部21a,21bは片側の鉛直部21cのみに支持され
た片持ち状とされて、鉛直部21cと反対側は開口状と
されている。上記支持本体21の上側水平部21aの下
部には加圧シリンダ22が設けられ、この加圧シリンダ
22の下側には、加圧シリンダ22のシリンダロッド2
3に取り付けられ、かつこのシリンダロッド23と同一
軸上を上下移動可能な略円筒状のCu製上側電極24が
設けられている。一方、上記下側水平部21bの上側に
は、移動台27を介してCu製下側電極25が上側電極
24に対向した状態で設けられ、この下側電極25の斜
めに傾いた上面にシリンダヘッド本体2を、その接合面
部2aがシリンダヘッド本体2の上側となるように載せ
ることが可能とされている。上記移動台27の下側水平
部21bに対する水平方向位置と下側電極25の上面の
傾きとは調整可能とされており、バルブシート3を接合
する接合面部2aの中心軸が鉛直方向となりかつ上側電
極24の中心軸に略一致するように調整する。In order to join the valve seat 3 to the joining surface 2a of the cylinder head main body 2, as shown in FIG. 7, a joining device 20 obtained by improving a commercially available projection welding machine is used. The joining device 20 has a substantially U-shaped support main body 21, and the upper and lower horizontal portions 21a and 21b of the support main body 21 are cantilevered and supported by only one vertical portion 21c. The side opposite to the portion 21c is open. A pressure cylinder 22 is provided below the upper horizontal portion 21a of the support body 21, and a cylinder rod 2 of the pressure cylinder 22 is provided below the pressure cylinder 22.
3, a substantially cylindrical upper electrode 24 made of Cu that is vertically movable on the same axis as the cylinder rod 23 is provided. On the other hand, on the upper side of the lower horizontal portion 21b, a lower electrode 25 made of Cu is provided so as to face the upper electrode 24 via a moving table 27, and a cylinder is provided on the obliquely upper surface of the lower electrode 25. The head main body 2 can be placed so that the joint surface 2 a is located above the cylinder head main body 2. The horizontal position of the movable base 27 with respect to the lower horizontal portion 21b and the inclination of the upper surface of the lower electrode 25 can be adjusted, and the center axis of the joint surface 2a for joining the valve seat 3 is vertical and The adjustment is made so as to substantially coincide with the central axis of the electrode 24.
【0062】上記上側及び下側電極24,25は、支持
本体21の鉛直部21c内に収納された溶接電源26に
それぞれ接続され、下側電極25上面におけるシリンダ
ヘッド本体2の接合面部2aにバルブシート3を載せた
状態でそのバルブシート3の上面部に上側電極24を当
接させてバルブシート3及びシリンダヘッド本体2を加
圧シリンダ22により加圧しつつ上記溶接電源26をO
Nすると、電流がバルブシート3からシリンダヘッド本
体2へと流れるようになっている。そして、上記上側電
極24のバルブシート3上面部に当接する下面部には、
図8に拡大して示すように、支持本体21の鉛直部21
cと反対側(支持本体21の開口側)に非通電部として
の切欠部28が形成されている。The upper and lower electrodes 24 and 25 are respectively connected to a welding power source 26 housed in the vertical portion 21c of the support main body 21, and a valve is provided on the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 on the upper surface of the lower electrode 25. With the seat 3 placed thereon, the upper electrode 24 is brought into contact with the upper surface of the valve seat 3 to press the valve seat 3 and the cylinder head body 2 by the pressurizing cylinder 22 while turning the welding power source 26 on.
When N, current flows from the valve seat 3 to the cylinder head main body 2. The lower surface of the upper electrode 24 that contacts the upper surface of the valve seat 3 includes:
As shown in an enlarged manner in FIG.
A cutout 28 is formed on the opposite side (opening side of the support main body 21) as a non-conductive portion.
【0063】上記シリンダヘッド本体2を上記接合装置
20の下側電極25上面に載せ、バルブシート3を接合
する接合面部2aの中心軸が上側電極24と略一致する
ように移動台26の水平方向位置と下側電極24上面の
傾きとを調整した後、その接合面部2a上にバルブシー
ト3を載せる。このとき、図4(a)に示すように、バ
ルブシート3の第1及び第2接合面部3a,3bの角部
のみがシリンダヘッド本体2の接合面部2aに当接して
いる状態にある。The cylinder head main body 2 is placed on the upper surface of the lower electrode 25 of the joining device 20, and the movable base 26 is moved in the horizontal direction so that the central axis of the joining surface 2 a joining the valve seat 3 substantially coincides with the upper electrode 24. After adjusting the position and the inclination of the upper surface of the lower electrode 24, the valve seat 3 is placed on the joint surface 2a. At this time, as shown in FIG. 4A, only the corners of the first and second joint surfaces 3a and 3b of the valve seat 3 are in contact with the joint surface 2a of the cylinder head body 2.
【0064】次いで、加圧シリンダ22の作動により上
側電極24を下側に移動させて上記バルブシート3の上
面に当接させ、この状態からバルブシート3及びシリン
ダヘッド本体2の加圧を開始する。この加圧力は294
20N(3000kgf)程度が望ましい。そして、図
9に示すように、この加圧力を保持しながら、加圧開始
から約1.5秒経過後に溶接電源26をONしてバルブ
シート3及びシリンダヘッド本体2間の通電に伴う抵抗
発熱によりろう材層7のろう材を溶融させる。この電流
値は70kA程度が望ましい。Then, the upper electrode 24 is moved downward by the operation of the pressurizing cylinder 22 so as to contact the upper surface of the valve seat 3, and pressurization of the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is started from this state. . This pressure is 294
About 20N (3000 kgf) is desirable. Then, as shown in FIG. 9, while maintaining this pressing force, the welding power source 26 is turned on about 1.5 seconds after the start of pressurization, and the resistance heat generated by energization between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is generated. Melts the brazing material of the brazing material layer 7. This current value is desirably about 70 kA.
【0065】このとき、約95重量%のZn成分及び約
5重量%のAl成分からなるろう材の融点は、図11に
示すように、約380℃と極めて低く、通電開始から直
ぐに溶融する。また、上記抵抗発熱によりシリンダヘッ
ド本体2の接合面部2aは軟化し、図4(b)に示すよ
うに、加圧によりバルブシート3の第1接合面部3aと
第2接合面部3bとの角部がシリンダヘッド本体2の接
合面部2aを塑性流動させながらバルブシート3がシリ
ンダヘッド本体2に埋め込まれていく。このことで、シ
リンダヘッド本体2の接合面部2aの酸化被膜が確実に
破壊され、溶融したろう材のZn成分がシリンダヘッド
本体2側に液相拡散してAl−Znからなる溶融反応層
6を形成する(図5(b)参照)。At this time, the melting point of the brazing material comprising about 95% by weight of the Zn component and about 5% by weight of the Al component is extremely low at about 380 ° C., as shown in FIG. Further, the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 is softened by the resistance heating, and as shown in FIG. 4B, the corner between the first joint surface 3a and the second joint surface 3b of the valve seat 3 is pressurized. The valve seat 3 is buried in the cylinder head body 2 while causing the joint surface 2a of the cylinder head body 2 to plastically flow. As a result, the oxide film on the joint surface portion 2a of the cylinder head body 2 is surely destroyed, and the Zn component of the molten brazing material diffuses in the liquid phase toward the cylinder head body 2 to form the molten reaction layer 6 made of Al-Zn. (See FIG. 5B).
【0066】一方、図5(c)に示すように、加圧によ
りろう材層7のろう材が殆ど全てバルブシート3の第1
及び第2接合面部3a,3bとシリンダヘッド本体2の
接合面部2aとの間から上記酸化被膜や汚れと共に排出
される。このため、ろう材層7を介さずに拡散接合層5
及び溶融反応層6が直接的に接合され、その両層5,6
間で拡散がより一層促進される。しかも、両層5,6を
介することでFe−Alという脆い金属間化合物が生成
するのを有効に防止することができる。したがって、バ
ルブシート3とシリンダヘッド本体2とは、拡散接合層
5及び溶融反応層6を介した液相拡散状態で接合され、
その結合強度は非常に高くなる。また、ろう材層7が僅
かに残っていたとしても、そのろう材のZn比率は拡散
により減少し、その融点は500℃程度以上まで上昇す
る(図11参照)。このため、接合後は使用したろう材
の融点以上の耐熱性を有することになる。On the other hand, as shown in FIG. 5C, almost all the brazing material of the brazing material layer
And, it is discharged together with the oxide film and the dirt from between the second joint surfaces 3a and 3b and the joint surface 2a of the cylinder head body 2. For this reason, the diffusion bonding layer 5 does not pass through the brazing material layer 7.
And the molten reaction layer 6 are directly joined to each other,
Diffusion between them is further promoted. In addition, the formation of a brittle intermetallic compound of Fe—Al can be effectively prevented through the two layers 5 and 6. Therefore, the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined in a liquid phase diffusion state via the diffusion joining layer 5 and the molten reaction layer 6,
Its bonding strength is very high. Even if a small amount of the brazing material layer 7 remains, the Zn ratio of the brazing material decreases due to diffusion, and its melting point rises to about 500 ° C. or higher (see FIG. 11). For this reason, after joining, it has heat resistance higher than the melting point of the brazing material used.
【0067】さらに、バルブシート3の内部に、高電気
伝導率のCu系材料が溶浸されているので、焼結により
生じた内部の空孔がCu系材料で満たされ、加圧力の一
部が上記空孔を潰すのに使われるということはなく、加
圧力の全てが直接的にシリンダヘッド本体2の接合面部
2aを塑性流動させかつろう材を排出するのに使用され
ると共に、通電時にバルブシート3内部の発熱を抑制し
てろう材を有効に溶融させることができる。Furthermore, since the inside of the valve seat 3 is infiltrated with a Cu-based material having a high electrical conductivity, the pores formed by sintering are filled with the Cu-based material, and a part of the pressure is applied. Is not used to crush the above-mentioned hole, and all of the pressing force is used to directly plastically flow the joint surface portion 2a of the cylinder head body 2 and to discharge the brazing material. The heat generation inside the valve seat 3 can be suppressed, and the brazing material can be effectively melted.
【0068】また、支持本体21の上下水平部21a,
21bは片持ち状とされて、その上下水平部21a,2
1bの撓みにより加圧力は支持本体の開口側が低くな
り、その分だけ接触抵抗が高くなっているので、開口側
の発熱量が過大となり、アルミニウムが局部的に溶解し
てバルブシートとの隙間が生じることがある。これを防
止するため、図8(a)及び(b)に示すように、上側
電極24の下面部において支持本体21開口側に切欠部
28を形成してもよい。この場合、バルブシート3及び
シリンダヘッド本体2の支持本体21開口側に相当する
部分では電流値が小さくなる。このため、シリンダヘッ
ド本体2における支持本体21の開口側が局所的に溶融
してバルブシート3との間に隙間が生じるということは
ない。また、加圧シリンダ22のシリンダロッド23と
上側電極24との中心軸が一致しているので、それらが
一致していない装置に比べて上側電極24全体における
加圧力の差や上側電極24の水平方向位置の変化を小さ
くすることができ、切欠部28の切欠きの程度は少なく
て済むと共に、シリンダヘッド本体2の接合面部2aに
対するバルブシート3の芯ずれを防止することができ
る。尚、上記切欠部28を設ける代わりに上側電極24
の下面部に絶縁部材を貼り付けることでも、シリンダヘ
ッド本体2の局所的な溶融を防止することができる。Further, the upper and lower horizontal portions 21a,
The upper and lower horizontal portions 21a, 2b are cantilevered portions.
Due to the bending of 1b, the pressing force is reduced on the opening side of the support body and the contact resistance is increased by that amount, so that the calorific value on the opening side becomes excessive, aluminum is locally melted, and the gap with the valve seat is reduced. May occur. In order to prevent this, as shown in FIGS. 8A and 8B, a notch 28 may be formed on the lower surface of the upper electrode 24 on the opening side of the support main body 21. In this case, the current value is small in portions corresponding to the valve seat 3 and the opening side of the support main body 21 of the cylinder head main body 2. For this reason, there is no possibility that the opening side of the support body 21 in the cylinder head body 2 is locally melted and a gap is formed between the cylinder head body 2 and the valve seat 3. Further, since the central axes of the cylinder rod 23 of the pressurizing cylinder 22 and the upper electrode 24 coincide with each other, the difference in the pressing force of the entire upper electrode 24 and the horizontal axis of the upper electrode The change in the directional position can be reduced, the degree of notch of the notch 28 can be reduced, and the misalignment of the valve seat 3 with respect to the joint surface 2a of the cylinder head main body 2 can be prevented. It should be noted that instead of providing the notch 28, the upper electrode 24
By attaching an insulating member to the lower surface of the cylinder head, local melting of the cylinder head body 2 can be prevented.
【0069】続いて、通電の開始から1.5〜2.5秒
経過後に溶接電源26をOFFして通電を停止すると、
バルブシート3はシリンダヘッド本体2の接合面部2a
に完全に埋め込まれた状態となる(図4(c)参照)。
このとき、加圧は停止しないでそのまま継続させる。す
なわち、溶融反応層6が完全に凝固するまで加圧力を保
持して、バルブシート3とシリンダヘッド本体2との熱
膨脹率が異なることによる各接合面部2a,3a,3b
での剥離や割れを防止する。Subsequently, when 1.5 to 2.5 seconds have elapsed from the start of energization, the welding power source 26 is turned off to stop energization.
The valve seat 3 is a joint surface 2a of the cylinder head body 2.
(See FIG. 4 (c)).
At this time, the pressurization is continued without stopping. That is, the pressing force is maintained until the molten reaction layer 6 is completely solidified, and the respective joint surfaces 2a, 3a, 3b due to the different thermal expansion rates of the valve seat 3 and the cylinder head body 2
To prevent peeling and cracking.
【0070】尚、図10に示すように、通電の停止と略
同時に加圧力を低下させるのがより望ましい。すなわ
ち、大きな加圧力では変形能が小さくなる凝固直後にお
いて各接合面部2a,3a,3bで割れが生じる可能性
が高いので、収縮変形に追従させ得る程度の加圧力まで
低下させて、凝固後の各接合面部2a,3a,3bでの
割れを確実に防止する。As shown in FIG. 10, it is more desirable to reduce the pressing force almost simultaneously with stopping the energization. In other words, since there is a high possibility that cracks will occur at the joint surfaces 2a, 3a, 3b immediately after solidification where the deformability becomes small with a large pressing force, the pressing force is reduced to such a level as to follow the shrinkage deformation, and Cracks at the joint surfaces 2a, 3a, 3b are reliably prevented.
【0071】その後、通電の停止から約1.5秒経過後
に加圧を停止することによりバルブシート3とシリンダ
ヘッド本体2との接合が完了する。続いて、同じシリン
ダヘッド本体2において同様の作業を繰り返して残り3
つの接合面部2a,2a,…に各バルブシート3を接合
する。Thereafter, the pressure is stopped about 1.5 seconds after the stop of energization, and the joining of the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is completed. Subsequently, the same operation is repeated in the same cylinder head main body 2 so that the remaining 3
The valve seats 3 are joined to the two joining surfaces 2a, 2a,.
【0072】最後に、各バルブシート3の内周面部や上
面部等を切削加工することでバルブ当接面部3cを形成
する等して所定の形状に仕上げる。このことにより、シ
リンダヘッド本体2の各ポート2b開口周縁部に各バル
ブシート3が接合されたシリンダヘッド1が完成する。Finally, the inner peripheral surface and the upper surface of each valve seat 3 are cut to form a valve abutting surface 3c and finished in a predetermined shape. Thus, the cylinder head 1 in which the valve seats 3 are joined to the peripheral portions of the openings of the ports 2b of the cylinder head body 2 is completed.
【0073】したがって、上記基本形態1では、バルブ
シート3とシリンダヘッド本体2とを、通電に伴う発熱
及び加圧により、拡散接合層5及び溶融反応層6を介し
た液相拡散状態で接合するようにしたので、接合強度が
高くかつ使用したろう材以上の耐熱性を有するシリンダ
ヘッド1を短時間で得ることができる。また、ろう材を
溶融しかつ排出することが可能なように加圧力や電流値
を設定するだけで済むので、高い接合強度が得られる条
件範囲が広い。しかも、焼ばめによる接合方法よりもバ
ルブシート3を格段に小形化することができるので、2
つのポート2b,2bの間隔を狭くしたりスロート径を
大きくしたりすることができる。さらに、断熱層が生じ
ることはなくてバルブ近傍の熱伝導率を向上させること
ができ、しかも、ポート2b,2b間に設けた冷却水通
路をバルブシート側により近づけることが可能であるの
で、バルブ近傍の温度を有効に低下させることができ
る。さらに、グロープラグやインジェクタをポート2
b,2b間に配設したとしても、その間の肉厚を十分に
確保することができる。よって、エンジンの性能、信頼
性及び設計の自由度を向上させることができる。Therefore, in the first embodiment, the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined in a liquid phase diffusion state via the diffusion joining layer 5 and the molten reaction layer 6 by the heat and pressure generated by energization. As a result, the cylinder head 1 having high bonding strength and heat resistance higher than that of the brazing filler metal used can be obtained in a short time. Further, since it is only necessary to set the pressing force and the current value so that the brazing material can be melted and discharged, the condition range in which high joining strength can be obtained is wide. In addition, the valve seat 3 can be made much smaller than the joining method by shrink fit,
The distance between the two ports 2b, 2b can be reduced or the throat diameter can be increased. Further, the thermal conductivity in the vicinity of the valve can be improved without forming a heat insulating layer, and the cooling water passage provided between the ports 2b, 2b can be made closer to the valve seat side. The temperature in the vicinity can be effectively reduced. In addition, connect a glow plug or injector to port 2
Even if it is arranged between b and 2b, the wall thickness between them can be sufficiently ensured. Therefore, the performance, reliability and design freedom of the engine can be improved.
【0074】尚、上記基本形態1では、各バルブシート
3を焼結により製造してその内部にCu系材料を溶浸す
るようにしたが、各バルブシート3内部の密度がある程
度確保されていれば、必ずしも溶浸する必要はない。ま
た、各バルブシート3を、焼結した後に鍛造を行って得
られる焼結鍛造材とすることにより、溶浸するのと同様
に、バルブシート3内部の空孔をなくすことができるの
で、ろう材を効果的に排出することができる。In the first embodiment, each of the valve seats 3 is manufactured by sintering and Cu-based material is infiltrated therein. However, the density inside each of the valve seats 3 must be ensured to some extent. If so, it is not necessary to infiltrate. In addition, by forming each valve seat 3 as a sintered forged material obtained by forging after sintering, it is possible to eliminate voids inside the valve seat 3 in the same manner as infiltration. The material can be discharged effectively.
【0075】(基本形態2)次に、通電電流をパルス電
流とした実施形態を、基本形態2として説明する。(Basic Mode 2) Next, an embodiment in which the energizing current is a pulse current will be described as Basic Mode 2.
【0076】図12は基本形態2を示し、バルブシート
3及びシリンダヘッド本体2の接合時における通電の制
御方法が上記基本形態1と異なる。FIG. 12 shows a basic mode 2, which is different from the basic mode 1 in the method of controlling the energization when the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined.
【0077】すなわち、この実施形態では、一定の電流
値で連続して電流を流すのではなく、大小の電流値の繰
り返しからなるパルス通電としたものである。このパル
ス通電の大きい側の電流値は約70kAで一定であり、
小さい側の電流値は0に設定している。また、大電流値
パルスの通電時間は0.25〜1秒であり、小電流値パ
ルスの通電時間(電流を流していない時間)は0.1〜
0.5秒程度である。さらに、大電流値パルス数は3〜
9パルス(図12では4パルス)が望ましい。尚、加圧
開始から最初の大電流値パルスの通電開始までの時間及
び最後の大電流値パルスの通電停止から加圧停止までの
時間は上記基本形態1と同じ1.5秒である。That is, in this embodiment, a current is not continuously supplied at a constant current value, but a pulse is applied by repeating large and small current values. The current value on the larger side of the pulse current is constant at about 70 kA,
The smaller current value is set to zero. The energizing time of the large current value pulse is 0.25 to 1 second, and the energizing time of the small current value pulse (time during which no current is flowing) is 0.1 to 1 second.
It is about 0.5 seconds. Furthermore, the number of high current value pulses is 3 to
Nine pulses (four pulses in FIG. 12) are desirable. Note that the time from the start of pressurization to the start of energization of the first large current value pulse and the time from the stop of energization of the last large current value pulse to stop of pressurization are 1.5 seconds, which are the same as in the first embodiment.
【0078】このようなパルス通電を行ったときのバル
ブシート3の温度変化を図13に示す。つまり、Fe系
材料からなるバルブシート3の熱容量はかなり小さいた
めに、バルブシート3の抵抗発熱による温度上昇が激し
く、特にその上下方向中央部では、上側電極24やシリ
ンダヘッド本体2への放熱が容易な上下端部に比べて放
熱し難く、最初の大電流値パルスの通電時には、バルブ
シート3及びシリンダヘッド本体2間の接触抵抗が高い
ので、抵抗発熱量も大きくてバルブシート3の上下方向
中央部の温度は、その最初の大電流値パルスの通電停止
時にはA1変態点以上となっている。この段階で、バル
ブシート3はシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋め込
まれた状態となっているので、通電を完全に停止するこ
とも可能であるが、バルブシート3はA1変態点以上の
温度から急激に冷却されるので、その上下方向中央部に
は焼きが入って硬さが上昇してしまうことになる。FIG. 13 shows the temperature change of the valve seat 3 when such pulsed current is applied. That is, since the heat capacity of the valve seat 3 made of the Fe-based material is considerably small, the temperature rise due to the resistance heat generation of the valve seat 3 is remarkable. It is harder to dissipate heat than the upper and lower ends, and the contact resistance between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 is high when the first large current value pulse is applied. The temperature at the center is equal to or higher than the A1 transformation point when the first large current value pulse is stopped. At this stage, since the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, it is possible to completely stop the energization. However, the valve seat 3 is kept at a temperature above the A1 transformation point. Since it is rapidly cooled, its center in the vertical direction is baked and its hardness increases.
【0079】そこで、温度が少し低下した時点で2回目
の大電流値パルスの通電を行う。このとき、最初の大電
流値パルスの通電時とは異なり、冶金的接合により接触
抵抗が小さくなって抵抗発熱量は減少し、放熱も行われ
るので、最初と同じ電流値であってもそれ程温度上昇は
せず、このことを繰り返すことにより、徐冷されるた
め、バルブシートの硬さは殆ど上昇しない。Therefore, when the temperature is slightly lowered, the second large current value pulse is applied. At this time, unlike the first energization of the large current value pulse, the contact resistance is reduced by metallurgical bonding, the resistance heating value is reduced, and heat is also released, so even if the current value is the same as the initial value, the temperature is not so much By repeating this process without increasing, the valve seat hardly increases in hardness because it is gradually cooled.
【0080】したがって、上記基本形態2では、パルス
通電によりバルブシート3の上下方向中央部の温度を徐
々に低下させるようにしたので、バルブシート3の硬さ
が大きく上昇することはなく、その内周面部を切削加工
するときの加工性の悪化を防止することができる。ま
た、バルブ当接面部3cが硬くなりすぎることによって
バルブが摩耗し易くなるのを有効に抑制することができ
る。Therefore, in the basic embodiment 2, the temperature of the central portion in the up-down direction of the valve seat 3 is gradually decreased by the pulse current, so that the hardness of the valve seat 3 does not greatly increase. Deterioration in workability when cutting the peripheral surface portion can be prevented. In addition, it is possible to effectively suppress the valve from being easily worn due to the valve contact surface 3c being too hard.
【0081】尚、上記基本形態2では、パルス通電の大
電流値を一定とし、小電流値を0としたが、これに限ら
ず、例えば、図14(a)に示すように、大電流値を段
階的に低下させていってもよく、図14(b)に示すよ
うに、小電流値を0とせずに大電流値と0との中間値に
設定してもよい。また、図14(c)に示すように、最
初の大電流値パルスの通電に続いて小電流値パルス(図
14(c)では0)を通電した後、電流値を時間に対し
て比例して減少させる連続通電に切り替えてもよく、最
初の大電流値パルスの通電停止後は、バルブシート3を
徐冷可能であれば、どのような通電制御を行ってもよ
い。In the second embodiment, the large current value of the pulse current is fixed and the small current value is set to 0. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. May be reduced stepwise, and as shown in FIG. 14B, the small current value may be set to an intermediate value between the large current value and 0 without being set to 0. Further, as shown in FIG. 14 (c), after applying the first large current value pulse and then applying the small current value pulse (0 in FIG. 14 (c)), the current value is proportional to time. Alternatively, any energization control may be performed as long as the valve seat 3 can be gradually cooled after the energization of the first large current value pulse is stopped.
【0082】また、バルブシート3の上側電極24への
放熱を向上させるために、その上側電極24内に冷却水
を通して水冷するようにすることが望ましい。さらに、
図15に示すように、上側電極24の下部に、バルブシ
ート3の内周面部に対向する円筒状の突起部31を設
け、この突起部31の外周部に円周方向に略等間隔に設
けた複数のノズル32,32,…から上側電極24内の
冷却水をバルブシート3の内周面部に噴霧するようにし
てもよい。このことで、バルブシート3の上下方向中央
部を有効に冷却し、バルブシート3がA1変態点以上に
過熱されるのを防止することができる。Further, in order to improve the heat radiation to the upper electrode 24 of the valve seat 3, it is desirable to cool the water through the cooling water in the upper electrode 24. further,
As shown in FIG. 15, a cylindrical projection 31 facing the inner peripheral surface of the valve seat 3 is provided below the upper electrode 24, and is provided on the outer periphery of the projection 31 at substantially equal intervals in the circumferential direction. The cooling water in the upper electrode 24 may be sprayed onto the inner peripheral surface of the valve seat 3 from the plurality of nozzles 32, 32,. This effectively cools the central portion in the vertical direction of the valve seat 3 and can prevent the valve seat 3 from being overheated to the A1 transformation point or higher.
【0083】(実施形態1)ここで、本発明の実施の形
態を説明する。(Embodiment 1) Here, an embodiment of the present invention will be described.
【0084】図16は実施形態1を示し、バルブシート
3及びシリンダヘッド本体2の接合時における通電の制
御方法を上記基本形態1,2と異ならせたものである。FIG. 16 shows the first embodiment, which is different from the above-described first and second embodiments in the method of controlling the energization when the valve seat 3 and the cylinder head body 2 are joined.
【0085】すなわち、この実施形態では、接合装置2
0が、バルブシート3の高さ方向の位置を検出する位置
検出手段としてのリミットスイッチ(図示せず)を有
し、バルブシート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全
に埋め込まれた状態となる接合位置で上記リミットスイ
ッチが作動するように構成されている。そして、通電を
開始した後、このリミットスイッチが作動すると、通電
開始時の初期電流値(約70kA)よりも小さい一定の
電流値(徐冷電流値)に切り替えて通電するようになっ
ている。つまり、リミットスイッチは、本発明でいうと
ころの切替手段を構成している。そして、切り替え後の
通電の停止は時間で行われ、初期電流値の通電開始から
1.5〜5秒で停止するようになっている。That is, in this embodiment, the joining device 2
0 has a limit switch (not shown) as a position detecting means for detecting the position of the valve seat 3 in the height direction, and the joining is such that the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head body 2. The limit switch is configured to operate in the position. When the limit switch is actuated after the energization is started, the current is switched to a constant current value (gradual cooling current value) smaller than the initial current value (approximately 70 kA) at the start of the energization. That is, the limit switch constitutes the switching means in the present invention. Then, the stop of the energization after the switching is performed in a time, and is stopped in 1.5 to 5 seconds from the start of the energization of the initial current value.
【0086】このようにバルブシート3がシリンダヘッ
ド本体2に殆ど完全に埋め込まれた状態で小さい電流値
に切り替えるという通電制御を行った場合の挙動につい
て説明する。A description will be given of the behavior in the case where the energization control of switching to a small current value in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2 as described above.
【0087】先ず、通電開始時には、上記基本形態2で
説明したように、バルブシート3はAl系材料からなる
シリンダヘッド本体2よりも格段に温度が上昇するの
で、熱膨張率(線膨脹係数)がシリンダヘッド本体2よ
りも小さいにも拘らず、熱膨張量は大きい。このため、
バルブシート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋
め込まれた状態で通電を完全に停止すると、バルブシー
ト3の収縮量がシリンダヘッド本体2よりも大きいの
で、バルブシート3に引張の熱応力が生じる。First, at the start of energization, as described in the basic embodiment 2, since the temperature of the valve seat 3 is much higher than that of the cylinder head body 2 made of an Al-based material, the coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient) is increased. Is smaller than the cylinder head body 2, but the thermal expansion amount is large. For this reason,
When energization is completely stopped in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, since the contraction amount of the valve seat 3 is larger than that of the cylinder head main body 2, tensile thermal stress is generated in the valve seat 3. .
【0088】そこで、初期電流値よりも小さい電流値
(徐冷電流値)に切り替えて通電を行うと、上記基本形
態2と同様に、バルブシート3の温度は徐々に低下して
いく。一方、シリンダヘッド本体2の温度はバルブシー
ト3からの熱により上昇するので、バルブシート3とシ
リンダヘッド本体2との温度差は小さくなる。この状態
で、通電を停止すれば、収縮量の差は小さくなり、バル
ブシート3に生じる熱応力を低減することができる。When the current is switched to a current value smaller than the initial current value (gradual cooling current value), the temperature of the valve seat 3 gradually decreases as in the basic embodiment 2. On the other hand, since the temperature of the cylinder head body 2 rises due to the heat from the valve seat 3, the temperature difference between the valve seat 3 and the cylinder head body 2 becomes smaller. If the current supply is stopped in this state, the difference in the amount of contraction becomes small, and the thermal stress generated in the valve seat 3 can be reduced.
【0089】したがって、上記実施形態1では、バルブ
シート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋め込ま
れた状態で初期電流値よりも小さい電流値に切り替える
ようにしたので、バルブシート3及びシリンダヘッド本
体2の熱容量及び熱膨張率の差に起因して生じる熱膨張
量(収縮量)の差を小さくすることができる。よって、
バルブシート3に生じる引張の熱応力を低減し、その内
周面部に縦クラックが発生するのを防止することができ
る。Therefore, in the first embodiment, the valve seat 3 is switched to a current value smaller than the initial current value in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head main body 2, so that the valve seat 3 and the cylinder head main body are switched. The difference in the amount of thermal expansion (shrinkage) caused by the difference between the heat capacity and the coefficient of thermal expansion of the second element can be reduced. Therefore,
The tensile thermal stress generated in the valve seat 3 can be reduced, and the occurrence of vertical cracks on the inner peripheral surface can be prevented.
【0090】尚、上記実施形態1では、リミットスイッ
チの作動による切替後の徐冷電流値を一定としたが、こ
れに限らず、例えば、図17(a)に示すように、切替
後の徐冷電流値を時間に対して比例するように低下させ
ていってもよく、図17(b)に示すように、上記基本
形態2と同様に、リミットスイッチの作動後は大電流値
が初期電流値よりも小さいパルス通電としてもよい。さ
らに、上記基本形態2と同じ通電制御方法であっても、
同様の作用効果を得ることができる。In the first embodiment, the gradual cooling current value after the switching by the operation of the limit switch is fixed. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The cold current value may be decreased so as to be proportional to the time. As shown in FIG. 17B, the large current value is changed to the initial current after the limit switch is actuated, as in the basic mode 2. A pulse current smaller than the value may be applied. Furthermore, even if the energization control method is the same as in the basic mode 2,
Similar functions and effects can be obtained.
【0091】また、上記実施形態1では、リミットスイ
ッチによりバルブシート3の高さ方向の位置を検出して
電流値を切り替えるようにしたが、光センサ等の位置検
出手段を用いてもよく、位置を検出する代わりに時間で
電流値を切り替えるタイミングを制御してもよい。この
場合、通電開始から0.25〜1秒、望ましくは0.2
5〜0.5秒で電流値を切り替える。この時間であれば
バルブシート3がシリンダヘッド本体2に殆ど完全に埋
め込まれた状態で切り替わることになる。In the first embodiment, the current value is switched by detecting the position of the valve seat 3 in the height direction by the limit switch. However, a position detecting means such as an optical sensor may be used. May be controlled instead of detecting the time. In this case, 0.25 to 1 second from the start of energization, desirably 0.2
The current value is switched in 5 to 0.5 seconds. During this time, switching is performed in a state where the valve seat 3 is almost completely embedded in the cylinder head body 2.
【0092】さらに、バルブシート3をシリンダヘッド
本体2に接合する前に、シリンダヘッド本体2を200
℃程度まで予熱しておくことが望ましい。このようにす
れば、それらの温度差はより一層小さくなって、熱応力
を低く抑えることができる。この結果、バルブシート3
の縦クラックの発生を確実に防止することができ、リミ
ットスイッチの作動後における電流値の切替を不要にす
ることもできる。このようにシリンダヘッド本体2を予
熱するには、上記接合装置20を用いればよい。すなわ
ち、接合装置20の上側及び下側電極24,25をカー
ボン製のものと交換し、その両電極24,25でシリン
ダヘッド本体2を挟んだ状態にして溶接電源をONする
ことにより予熱を行う。このとき、両電極24,25が
カーボン製であるので、自己発熱が大きく、シリンダヘ
ッド本体2を効率良く予熱することができる。このよう
にすれば、インライン化対応も可能となる。Further, before joining the valve seat 3 to the cylinder head body 2, the cylinder head body 2 is
It is desirable to preheat to about ° C. By doing so, the temperature difference between them becomes even smaller, and the thermal stress can be kept low. As a result, the valve seat 3
Can reliably be prevented from occurring, and switching of the current value after operation of the limit switch can be made unnecessary. In order to preheat the cylinder head body 2 in this manner, the above-described joining device 20 may be used. That is, the upper and lower electrodes 24 and 25 of the joining device 20 are replaced with carbon electrodes, and the welding power source is turned on with the cylinder head body 2 sandwiched between the electrodes 24 and 25 to perform preheating. . At this time, since both electrodes 24 and 25 are made of carbon, self-heating is large and the cylinder head body 2 can be efficiently preheated. In this way, it is possible to cope with inlining.
【0093】また、図18に示すように、バルブシート
3の上部には内周面側に向かって高さが高くなる上面テ
ーパ部3dを設ける一方、上側電極24の下部には上記
バルブシート3の上面テーパ部3dが略嵌合する円錐状
の凹部34を形成しておき、バルブシート3の上面テー
パ部3dを上側電極24の凹部34に略嵌合した状態で
加圧するようにしてもよい。すなわち、このように加圧
すれば、バルブシート3の縮径方向にも加圧力が作用す
るので、バルブシート3の温度が上昇してもその膨張を
防止することができ、シリンダヘッド本体2との温度差
が大きくても収縮量の差は小さくなる。よって、この場
合でも、バルブシート3に縦クラックが発生するのを防
止することができる。Also, as shown in FIG. 18, an upper surface tapered portion 3 d whose height increases toward the inner peripheral surface is provided on the upper portion of the valve seat 3, while the valve seat 3 is provided below the upper electrode 24. A conical concave portion 34 into which the upper surface tapered portion 3d substantially fits may be formed, and pressure may be applied in a state where the upper surface tapered portion 3d of the valve seat 3 is substantially fitted into the concave portion 34 of the upper electrode 24. . That is, when the pressure is applied in this manner, the pressing force acts also in the diameter reducing direction of the valve seat 3, so that even if the temperature of the valve seat 3 rises, the expansion can be prevented, and the cylinder head body 2 Is large, the difference in the amount of shrinkage is small. Therefore, even in this case, generation of a vertical crack in the valve seat 3 can be prevented.
【0094】さらに、図19に示すように、バルブシー
ト3の内周面側の応力集中を緩和すべく、内周面部と上
面部及び下面部との角部に面取り部3e,3eを形成す
ることが望ましい。Further, as shown in FIG. 19, chamfered portions 3e, 3e are formed at corners of the inner peripheral surface, the upper surface, and the lower surface in order to reduce stress concentration on the inner peripheral surface of the valve seat 3. It is desirable.
【0095】また、バルブシート3の内周面側は最終的
には削り取る部分であるので、その削り取る部分のみを
安価な材料として焼結するようにすることもできる。Further, since the inner peripheral surface side of the valve seat 3 is a portion to be finally scraped off, only the portion to be shaved can be sintered as an inexpensive material.
【0096】なお、上記の実施形態は、被接合金属部材
であるバルブシート3とベース部材であるシリンダヘッ
ド本体2とを液相拡散接合したものであるが、本発明に
係る拡散接合は、液相拡散接合に限定されるものではな
い。すなわち、被接合金属部材とベース部材とを固体の
まま接合する固相拡散接合において上記のような通電加
熱を行ってもよい。In the above embodiment, the valve seat 3 as the metal member to be joined and the cylinder head body 2 as the base member are liquid-phase diffusion-bonded. It is not limited to phase diffusion bonding. That is, in solid-phase diffusion bonding in which the metal member to be bonded and the base member are bonded in a solid state, the above-described electric heating may be performed.
【0097】(実施形態2)図20は、本発明の実施形
態2に係る接合装置20の要部を示し(尚、図7と同じ
部分についてはその詳細な説明は省略し、異なる箇所の
みを説明する)、通電経路を上記実施形態とは異ならせ
たものである。(Embodiment 2) FIG. 20 shows a main part of a joining apparatus 20 according to Embodiment 2 of the present invention (note that the same parts as those in FIG. 7 are not described in detail and only different parts are shown. It will be described later), and the energization path is different from that of the above embodiment.
【0098】すなわち、この実施形態では、接合装置2
0は、上記実施形態と同様に、下側電極25を有する
が、この下側電極25は溶接電源26には接続されてお
らず、バルブシート3及びシリンダヘッド本体2を加圧
するためにのみ用いられている。そして、上側電極24
は2つの第1及び第2電極24a,24bからなり、こ
の第1電極24aは上記実施形態と同じものである。一
方、上記第2電極24bは、第1電極24aを上下移動
させる加圧シリンダ22と同様の別の加圧シリンダによ
り独立して上下移動可能とされている。また、上記第2
電極24bは、第1電極24aとは異なり、カーボン製
であり、この両電極24a,24bがそれぞれ溶接電源
26に接続されている。That is, in this embodiment, the joining device 2
0 has a lower electrode 25 as in the above embodiment, but this lower electrode 25 is not connected to the welding power source 26 and is used only for pressurizing the valve seat 3 and the cylinder head body 2. Have been. Then, the upper electrode 24
Is composed of two first and second electrodes 24a and 24b, and the first electrode 24a is the same as in the above embodiment. On the other hand, the second electrode 24b can be vertically moved independently by another pressure cylinder similar to the pressure cylinder 22 for vertically moving the first electrode 24a. In addition, the second
The electrode 24b is made of carbon different from the first electrode 24a, and both electrodes 24a and 24b are connected to the welding power source 26, respectively.
【0099】上記第1及び第2電極24a,24bは、
同じシリンダヘッド本体2において新たに接合する未接
合バルブシート3及び前回接合した既接合バルブシート
3の上面にそれぞれ当接するようになっている。そし
て、溶接電源26をONすると、電流は、順に第1電極
24a、未接合バルブシート3、シリンダヘッド本体
2、既接合バルブシート3及び第2電極24bを流れ、
溶接電源26に戻るようになっている。このことで、既
接合バルブシート3は、未接合バルブシート3の接合時
の戻り側の通電経路とされている。The first and second electrodes 24a and 24b are
In the same cylinder head body 2, it comes into contact with the upper surfaces of the unjoined valve seat 3 newly joined and the joined valve seat 3 joined previously, respectively. When the welding power source 26 is turned on, the current flows through the first electrode 24a, the unjoined valve seat 3, the cylinder head body 2, the already-joined valve seat 3, and the second electrode 24b in order.
It returns to the welding power source 26. Thus, the already-joined valve seat 3 serves as a return-side energization path when the unjoined valve seat 3 is joined.
【0100】したがって、上記実施形態2では、未接合
バルブシート3を接合するときに、既接合バルブシート
3側では抵抗発熱量が小さく既接合バルブシート3の内
部温度が未接合バルブシート3のように上昇することは
ないが、カーボン製の第2電極24bが自己発熱するの
で、上記基本形態2で説明したように、既接合バルブシ
ート3に焼きが入って硬さが上昇していたとしても、適
度に焼戻しを行うことが可能となる。しかも、インライ
ンで工程を増やすことなく既接合バルブシート3の焼戻
しを行うことができる。よって、接合時におけるバルブ
シート3の硬さの上昇という熱影響を効果的に抑えるこ
とができる。Therefore, in the second embodiment, when the unjoined valve seat 3 is joined, the resistance heating value is small on the already-joined valve seat 3 side and the internal temperature of the already-joined valve seat 3 is similar to that of the unjoined valve seat 3. However, since the second electrode 24b made of carbon self-heats, even if the already-sealed valve seat 3 is hardened and hardened as described in the basic embodiment 2, In addition, tempering can be performed appropriately. Moreover, the tempered valve seat 3 can be tempered without increasing the number of steps in-line. Therefore, it is possible to effectively suppress the thermal effect of increasing the hardness of the valve seat 3 at the time of joining.
【0101】尚、上記実施形態2では、第2電極24b
をカーボン製としたが、これは最も自己発熱量が大きい
材料であるので、既接合バルブシート3の温度が高くな
りすぎる場合には、第2電極24bを、例えば鉄製又は
黄銅製として焼戻しを有効に行えるものを選択すればよ
い。In the second embodiment, the second electrode 24b
Is made of carbon. However, since this is a material having the largest self-heating value, if the temperature of the joined valve seat 3 becomes too high, the second electrode 24b is made of, for example, iron or brass, and tempering is effective. What can be done can be selected.
【0102】(実施形態3)図21は、本発明の実施形
態3に係る接合金属部材としてのディーゼルエンジンの
ピストン41を示し、このピストン41は、上記基本形
態1と同様に、Al系材料からなるピストン本体42
(ベース部材)の上部外周部にFe系材料からなる耐摩
環43(非接合金属部材)が、またピストン本体42の
上部中央部に設けた燃焼室42a内の壁部表面部にFe
系の遮熱部材44(非接合金属部材)がそれぞれ接合さ
れてなる。(Embodiment 3) FIG. 21 shows a piston 41 of a diesel engine as a joining metal member according to Embodiment 3 of the present invention. Piston body 42
A wear-resistant ring 43 (a non-bonded metal member) made of an Fe-based material is provided on the upper outer peripheral portion of the (base member), and Fe is provided on a wall surface inside a combustion chamber 42 a provided at an upper central portion of the piston body 42.
The heat shield members 44 (non-joined metal members) of the system are joined together.
【0103】すなわち、従来は、耐摩環43を鋳ぐるん
でピストン本体42を鋳造しているが、ピストン本体4
2をT6熱処理してその強度を向上させようとしても、
耐摩環43を鋳ぐるんだ状態ではFe−Alという脆い
金属間化合物が生じるので、T6熱処理を行うことは不
可能である。しかし、この実施形態では、予めピストン
本体42をT6熱処理しておき、そのピストン本体42
に耐摩環43を接合することができる。また、たとえピ
ストン本体42に耐摩環43を接合した後にT6熱処理
したとしてもその耐熱性は良好であり、Fe−Alは生
じ難いので、問題はない。このため、ピストン41の耐
摩耗性及び強度の両方を向上させることができる。That is, conventionally, the piston body 42 is cast by casting the wear ring 43, but the piston body 4
2 is T6 heat treated to improve its strength,
Since the brittle intermetallic compound of Fe-Al is generated when the wear ring 43 is cast, it is impossible to perform the T6 heat treatment. However, in this embodiment, the piston main body 42 is subjected to T6 heat treatment in advance, and the piston main body 42 is subjected to T6 heat treatment.
Can be joined to the wear ring 43. Even if the wear ring 43 is joined to the piston main body 42 and then subjected to T6 heat treatment, the heat resistance is good and Fe-Al is hardly generated, so there is no problem. Therefore, both the wear resistance and the strength of the piston 41 can be improved.
【0104】一方、ピストン本体42の燃焼室42a内
の壁部には、特に角隅部にクラックが生じ易いという問
題がある。しかし、この実施形態では、燃焼室42a内
のリップ部に強化部材44、例えばオーステナイト系ス
テンレス鋼などが接合されているので、燃焼室42a内
の壁部にクラックが発生するのを防止することができ
る。On the other hand, the wall of the piston body 42 inside the combustion chamber 42a has a problem that cracks are likely to occur particularly at corners. However, in this embodiment, since the reinforcing member 44, for example, austenitic stainless steel, is joined to the lip portion in the combustion chamber 42a, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the wall portion in the combustion chamber 42a. it can.
【0105】(実施形態4)図22は、本発明の実施形
態4に係る接合金属部材としてのエンジンのシリンダブ
ロック51の要部を示し、このシリンダブロック51
は、Al系材料からなるシリンダブロック本体52(ベ
ース部材)のウォータージャケット52aの上部にFe
系材料からなるリブ部材53(非接合金属部材)が接合
されてなる。尚、54は気筒内周面部に嵌め込まれた鋳
鉄製のライナである。(Embodiment 4) FIG. 22 shows a main part of an engine cylinder block 51 as a joining metal member according to Embodiment 4 of the present invention.
Is formed on the water jacket 52a of the cylinder block body 52 (base member) made of an Al-based material.
A rib member 53 (non-joined metal member) made of a system material is joined. Reference numeral 54 denotes a cast iron liner fitted to the inner peripheral surface of the cylinder.
【0106】すなわち、従来は、シリンダブロック51
の剛性を向上させるために、そのシリンダブロック本体
52の鋳造時に砂中子を使用してウォータージャケット
部の上部にリブを一体で形成しているが、この方法で
は、鋳造時のサイクルタイムが長くなり、生産性が悪い
という問題がある。しかし、この実施形態では、シリン
ダブロック本体52の鋳造を容易にしつつ、リブ部材5
3を短時間でシリンダブロック本体52のウォータージ
ャケット52aの上部に接合することができ、シリンダ
ブロックの剛性を向上させることができる。このため、
気筒内周面部のライナ54の変形を防止することがで
き、LOCやNVH等のエンジン性能を向上させること
ができる。また、ライナレスにすることも可能となる。That is, conventionally, the cylinder block 51
In order to improve the rigidity of the cylinder block 52, a rib is integrally formed on the upper portion of the water jacket portion using a sand core at the time of casting of the cylinder block body 52. However, this method requires a long cycle time at the time of casting. And there is a problem that productivity is poor. However, in this embodiment, the rib member 5 is formed while facilitating the casting of the cylinder block body 52.
3 can be joined to the upper part of the water jacket 52a of the cylinder block main body 52 in a short time, and the rigidity of the cylinder block can be improved. For this reason,
The deformation of the liner 54 on the inner peripheral surface of the cylinder can be prevented, and the performance of the engine such as LOC and NVH can be improved. Also, it can be made linerless.
【0107】[0107]
【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。先ず、ベース部材として、図23に示すように、
Al合金鋳物(JIS規格H5202に規定されている
AC4D)で試験片61を鋳造した。そして、この試験
片61に対してT6熱処理を施した。Next, a specific embodiment will be described. First, as a base member, as shown in FIG.
The test piece 61 was cast from an Al alloy casting (AC4D specified in JIS H5202). Then, the test piece 61 was subjected to a T6 heat treatment.
【0108】続いて、表1に示すように、ろう材コーテ
ィング方法、シート形状及び第1接合面部のテーパ角θ
1を異ならせて5種類のFe系バルブシートを作製した
(実施例1〜5)。Subsequently, as shown in Table 1, the brazing material coating method, the sheet shape, and the taper angle θ of the first joint surface portion
1 were made different to produce five types of Fe-based valve seats (Examples 1 to 5).
【0109】この表1において、ろう材コーティング方
法の欄における「Friction」とは、バルブシー
トの表面部に拡散接合層及びろう材層を形成する際、ろ
う材を擦りつけることによりコーティングを行う方法の
ことである。一方、「超音波」とは、上記基本形態1で
説明したように、超音波メッキによりろう材のコーティ
ングを行う方法のことである。また、シート形状の欄に
おける「薄肉」とは、図24に示すように、バルブシー
トが最終形状に近い形状をして肉厚が薄いことをいう。
一方、「厚肉」とは、図25に示すように、上記実施形
態と同様の形状をして肉厚が厚いことをいう。In Table 1, “Friction” in the column of brazing material coating method is a method of coating by rubbing the brazing material when forming a diffusion bonding layer and a brazing material layer on the surface of the valve seat. That is. On the other hand, “ultrasonic waves” refers to a method of coating a brazing material by ultrasonic plating, as described in the first embodiment. Further, "thin" in the column of the seat shape means that the valve seat has a shape close to the final shape and is thin, as shown in FIG.
On the other hand, “thick” means that the wall has a large thickness in the same shape as the above embodiment, as shown in FIG.
【0110】尚、バルブシートの材料は、表2に示す成
分のものを使用した。この表2において、数値は重量%
であり、TCとは、総炭素量(遊離炭素(黒鉛)とセメ
ンタイトの炭素との合計量)のことである。The material of the valve seat used was one having the components shown in Table 2. In Table 2, the numerical values are% by weight.
And TC is the total carbon amount (total amount of free carbon (graphite) and carbon of cementite).
【0111】また、ろう材には、95重量%のZn成
分、4.95重量%のAl成分及び0.05重量%のM
g成分からなるものを使用した。Further, the brazing filler metal contains 95% by weight of Zn component, 4.95% by weight of Al component and 0.05% by weight of M
What consisted of a g component was used.
【0112】さらに、各バルブシートの内部にはCu系
材料を溶浸し、表面にはCuメッキを施した。Further, the interior of each valve seat was infiltrated with a Cu-based material, and the surface was plated with Cu.
【0113】上記実施例1〜5の各バルブシートを、上
記基本形態1と同様にして、接合装置により上記試験片
61に接合した。この接合時における加圧力及び電流値
は、表1に示す値に設定した。尚、電流値については、
加圧力の変化等によりバルブシート及び試験片61間の
接触抵抗が変化してバルブシートの埋め込み深さが変わ
るので、略同一埋め込み深さとなるように設定してい
る。Each of the valve seats of Examples 1 to 5 was joined to the test piece 61 by a joining apparatus in the same manner as in the first embodiment. The pressure and current value at the time of this joining were set to the values shown in Table 1. In addition, about a current value,
Since the contact resistance between the valve seat and the test piece 61 changes due to a change in the applied pressure and the like, the embedment depth of the valve seat changes, so that the embedment depth is set to be substantially the same.
【0114】また、比較のために、厚肉形状でかつθ1
=0.52rad(30°)のバルブシート(表面にC
uメッキしたもの)を、加圧力及び電流値をそれぞれ2
9420N(3000kgf)及び70kAとして固相
拡散接合(圧接接合)した(比較例)。For comparison, a thick-walled shape and θ1
= 0.52 rad (30 °) valve seat (C on the surface
u-plated), the applied pressure and the current value were 2
Solid-phase diffusion bonding (pressure welding) was performed at 9420N (3000 kgf) and 70 kA (comparative example).
【0115】次に、上記実施例1〜5及び比較例のバル
ブシートの接合強度を測定した。すなわち、図26に示
すように、試験片61を、バルブシート62の接合した
側が下側となるように治具台63の上面に置き、このと
き、バルブシート62がその治具台63に接触しないよ
うに、治具台63の略中央部に設けた貫通孔63aの上
側に位置させる。そして、試験片61の貫通孔61aの
上側から円筒状の加圧治具64を挿入してバルブシート
62を押し、バルブシート62が試験片61から抜けた
ときの抜き荷重を測定する。この抜き荷重が接合強度に
相当する。Next, the joint strength of the valve seats of Examples 1 to 5 and Comparative Example was measured. That is, as shown in FIG. 26, the test piece 61 is placed on the upper surface of the jig base 63 so that the side where the valve seat 62 is joined is on the lower side. To prevent this, the jig table 63 is positioned above a through hole 63a provided substantially at the center of the jig table 63. Then, a cylindrical pressing jig 64 is inserted from above the through hole 61 a of the test piece 61 to push the valve seat 62, and a pulling load when the valve seat 62 comes off from the test piece 61 is measured. This removal load corresponds to the joining strength.
【0116】上記抜き荷重測定試験の結果を図27に示
す。この結果、実施例1と実施例2とを比較すること
で、超音波メッキによりバルブシートの表面部に拡散接
合層及びろう材層を形成する方が、ろう材を擦りつける
ことによりコーティングを行う方法よりも接合強度が向
上することが判る。これは、試験後のバルブシートの表
面には、実施例2においては後述の如く拡散接合層が残
っていた(図30参照)のに対し、実施例1においては
ろう材層や拡散接合層の痕跡が殆ど認められなかったこ
とから、実施例1では拡散接合層が完全に形成されてい
ないためと推定することができる。FIG. 27 shows the results of the above-mentioned pulling load measurement test. As a result, by comparing Example 1 and Example 2, the case where the diffusion bonding layer and the brazing material layer are formed on the surface portion of the valve seat by ultrasonic plating is performed by rubbing the brazing material. It can be seen that the bonding strength is improved as compared with the method. This is because the diffusion bonding layer remained on the surface of the valve seat after the test in Example 2 as described later (see FIG. 30), whereas in Example 1, the brazing material layer and the diffusion bonding layer Since almost no trace was observed, it can be estimated that in Example 1, the diffusion bonding layer was not completely formed.
【0117】ここで、上記実施例2において、超音波メ
ッキした直後のバルブシート表面部の顕微鏡写真(倍率
約180倍)を図28に、また接合後におけるバルブシ
ート及び試験片61の接合面部の顕微鏡写真(倍率約3
60倍)を図29に、さらに抜き荷重測定試験後のバル
ブシート表面部の顕微鏡写真(倍率約360倍)を図3
0にそれぞれ示す。図28において、上側がバルブシー
トであり、その下側にはCuメッキ層ではなく薄い拡散
接合層を介してろう材層が形成されている。尚、バルブ
シート内部には、Cu系材料が溶浸された空孔が存在す
ることが判る。また、図29において、上側のバルブシ
ートと下側の試験片61との間には隙間がなくて拡散接
合層及び溶融反応層が明確に存在している。さらに、図
30において、バルブシートの表面部(下面部)には薄
く拡散接合層が残っていることが判る。Here, a micrograph (approximately 180 times magnification) of the surface of the valve seat immediately after the ultrasonic plating in Example 2 is shown in FIG. 28, and the joint surface between the valve seat and the test piece 61 after bonding is shown in FIG. Micrograph (approximately 3 magnification)
FIG. 29 shows a microphotograph (approximately 360 times) of the surface of the valve seat after the pulling load measurement test.
0 is shown. In FIG. 28, the upper side is a valve seat, and the lower side is formed with a brazing material layer via a thin diffusion bonding layer instead of a Cu plating layer. In addition, it turns out that the hole which infiltrated the Cu-based material exists inside the valve seat. In FIG. 29, there is no gap between the upper valve seat and the lower test piece 61, and the diffusion bonding layer and the molten reaction layer are clearly present. Further, in FIG. 30, it can be seen that a thin diffusion bonding layer remains on the surface portion (lower surface portion) of the valve seat.
【0118】また、実施例2と実施例3とを比較するこ
とにより、厚肉形状のバルブシートの方が薄肉形状より
も抜き荷重が大きくなることが判る。これは、実施例2
のものは、バルブシートの各角部等に変形が生じている
ことから、変形によって接合面部に作用する実際の加圧
力が低下したためと推定することができる。Further, by comparing Example 2 and Example 3, it can be seen that a thicker valve seat has a larger pulling load than a thin valve seat. This is similar to Example 2
Can be presumed to be due to the fact that the actual pressing force acting on the joint surface has decreased due to the deformation since the corners and the like of the valve seat are deformed.
【0119】そして、実施例3と実施例4とを比較する
ことにより、第1接合面部のテーパ角θ1が大きい実施
例4の方が、上記基本形態1で説明したように、酸化皮
膜破壊作用効果が優れていて、接合強度は大きくなるこ
とが判る。By comparing the third embodiment with the fourth embodiment, the fourth embodiment in which the taper angle θ1 of the first joint surface portion is larger has the oxide film destruction effect as described in the first embodiment. It can be seen that the effect is excellent and the bonding strength increases.
【0120】さらに、実施例4と実施例5とを比較する
と、加圧力が大きい実施例5の方が接合強度は高くなる
ことが判る。しかも、加圧力を29420N(3000
kgf)とすることで、比較例のものよりも接合強度が
格段に向上することが判る。Further, when comparing Example 4 and Example 5, it is found that Example 5 having a larger pressing force has higher bonding strength. Moreover, the pressing force is 29420N (3000
It can be seen that by setting to kgf), the joining strength is significantly improved as compared with the comparative example.
【0121】ここで、上記実施例5において、接合後に
おけるバルブシート及び試験片61の接合面部の電子顕
微鏡写真(倍率約10000倍)を図31に示す。この
図において、左側がバルブシート(白く見える部分を含
む)であり、右側が試験片61である。そして、その間
の灰色に見える部分が拡散接合層及び溶融反応層であ
る。この両層の厚みは約1μmであることが判る。尚、
この両層の元素を分析すると、Fe、Zn及びAlがそ
れぞれ検出された。Here, FIG. 31 shows an electron microscope photograph (approximately 10,000 times magnification) of the joint surface of the valve seat and the test piece 61 after the joining in Example 5 described above. In this figure, the left side is a valve seat (including a portion that looks white), and the right side is a test piece 61. The gray portions between them are the diffusion bonding layer and the molten reaction layer. It can be seen that the thickness of both layers is about 1 μm. still,
When the elements in both layers were analyzed, Fe, Zn and Al were respectively detected.
【0122】上記加圧力の影響に関してさらに詳細に調
べるために、ろう材コーティング方法、シート形状及び
第1接合面部のテーパ角θ1を上記実施例4,5と同じ
にして加圧力を9807N(1000kgf)、147
10N(1500kgf)及び29420N(3000
kgf)にそれぞれ設定してバルブシートを試験片61
に接合し、上記最初に行った抜き荷重測定試験と同様
に、その抜き荷重を測定した。In order to investigate the influence of the pressing force in more detail, the pressing force was set to 9807 N (1000 kgf) while the brazing material coating method, the sheet shape, and the taper angle θ1 of the first joint surface were the same as those in the above-described Embodiments 4 and 5. , 147
10N (1500kgf) and 29420N (3000
kgf) and set the valve seat to the test piece 61.
And the extraction load was measured in the same manner as in the initial extraction load measurement test.
【0123】また、加圧力が9807N(1000kg
f)のものと29420N(3000kgf)のものと
で接合後の試験片61の硬さを測定した。この硬さの測
定は、バルブシートの第1接合面部と第2接合面部との
角部(図33において接合面部からの距離=0の点)か
ら試験片61の外周側に向かってバルブシートが接合さ
れた側と反対側に約0.79rad(45°)傾いた方
向に沿って所定の距離ごとに行った。When the pressing force is 9807 N (1000 kg
The hardness of the test piece 61 after bonding was measured for the test piece f) and that for 29420N (3000 kgf). The measurement of the hardness is based on the fact that the valve seat is moved from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat (point = 0 from the joint surface in FIG. 33) toward the outer peripheral side of the test piece 61. This was performed at predetermined intervals along a direction inclined by about 0.79 rad (45 °) to the side opposite to the joined side.
【0124】上記抜き荷重測定試験の結果を図32に、
また硬さ測定試験の結果を図33にそれぞれ示す。この
ことで、加圧力が大きいほど接合強度は高く、高加圧力
の方が試験片61の接合面部近傍の硬さが大きいことが
判る。これは、高加圧力の方が接触抵抗が低くて発熱量
が小さい分、試験片61の軟化が抑制されているからで
あり、軟化が抑えられると、塑性流動が確実に行われて
酸化皮膜の破壊作用効果が高まると共に、ろう材の排出
も確実に行われるためである。FIG. 32 shows the results of the above-mentioned pulling load measurement test.
FIG. 33 shows the results of the hardness measurement test. From this, it can be seen that the higher the pressing force, the higher the bonding strength, and the higher the pressing force, the higher the hardness of the test piece 61 near the bonding surface. This is because the higher the applied pressure, the lower the contact resistance and the smaller the calorific value, so that the softening of the test piece 61 is suppressed. When the softening is suppressed, the plastic flow is reliably performed and the oxide film is formed. This is because the effect of the destruction of the brazing material increases and the brazing material is reliably discharged.
【0125】次いで、パルス通電の効果を調べるため
に、パルス通電を行うことによりバルブシートを試験片
61に接合した。このパルス通電の大電流値及び小電流
値はそれぞれ70kA及び0とした。また、大電流値パ
ルスの通電時間は0.5秒とし、小電流値パルスの通電
時間は0.1秒とした。さらに、大電流値パルス数は6
パルスとした。一方、比較のために、連続通電(60k
Aの電流値で2秒間通電)によりバルブシートを試験片
61に接合した。尚、加圧力はどちらも29420N
(3000kgf)とした。Next, in order to examine the effect of the pulse current, the valve seat was joined to the test piece 61 by performing the pulse current. The large current value and the small current value of this pulse conduction were set to 70 kA and 0, respectively. The energizing time of the large current value pulse was 0.5 seconds, and the energizing time of the small current value pulse was 0.1 seconds. Furthermore, the pulse number of the large current value is 6
Pulsed. On the other hand, for comparison, continuous energization (60 k
The valve seat was joined to the test piece 61 by applying a current of A for 2 seconds). The pressure was 29420N for both
(3000 kgf).
【0126】そして、パルス通電及び連続通電により接
合したものについて、各々、バルブシートの上下両端部
(A部)及び上下方向中央部(B部)における接合前及
び接合後の硬さ、試験片61においてバルブシートの第
1接合面部と第2接合面部との角部から該試験片61の
外周側に向かってバルブシートが接合された側と反対側
に約45°傾いた方向に沿った所定距離ごとの硬さ並び
に抜き荷重を測定した。[0126] For those joined by pulse current application and continuous current application, the hardness before and after bonding at the upper and lower ends (A) and the center in the vertical direction (B) of the valve seat, the test piece 61, respectively. A predetermined distance along a direction inclined from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat toward the outer peripheral side of the test piece 61 by about 45 ° to the side opposite to the side where the valve seat is joined. The hardness and punching load were measured for each.
【0127】上記接合前及び接合後の硬さ測定試験の結
果を図34に示す。このことで、連続通電により接合し
たものは、特に上下方向中央部(B部)の硬さが接合後
に非常に高くなるのに対し、パルス通電により接合した
ものは、徐冷により焼きが入らず、硬さが殆ど上昇して
いないことが判る。FIG. 34 shows the results of the hardness measurement test before and after the joining. As a result, in the case of joining by continuous energization, the hardness in the vertical center (part B) becomes particularly high after joining, whereas in the case of joining by pulse energization, burning does not occur due to slow cooling. It can be seen that the hardness hardly increased.
【0128】また、接合面部からの距離による硬さ測定
試験の結果を図35に示す。この結果、パルス通電によ
り接合したものでは、バルブシートからの熱を受けるこ
とにより試験片61の硬さが低くなっていることが判
る。FIG. 35 shows the results of a hardness measurement test based on the distance from the joint surface. As a result, it can be seen that the hardness of the test piece 61 is reduced by receiving heat from the valve seat in the case of joining by pulsed electric current.
【0129】さらに、抜き荷重測定結果を図36に示
す。以上のことから、パルス通電により、バルブシート
内部の徐冷を行って硬さが上昇するのを抑えつつ、試験
片61への放熱によりバルブシート及び試験片61の温
度差を低減して収縮量の差を小さくすることができ、し
かも、接合強度を向上させることができる。FIG. 36 shows the results of measurement of the pulling load. From the above, it is possible to reduce the temperature difference between the valve seat and the test piece 61 by radiating the heat to the test piece 61 while suppressing the increase in hardness by performing the slow cooling inside the valve seat by the pulse current, and reducing the shrinkage amount. Can be reduced, and the bonding strength can be improved.
【0130】続いて、パルス通電においてバルブシート
が試験片61にどのように埋め込まれていくかを調べる
ために、加圧開始からの時間に応じてその埋め込み量y
(図37参照)を測定した。このとき、パルス通電の大
電流値は68kAとし、小電流値は0とした。また、大
電流値パルスの通電時間(H)、小電流値パルスの通電
時間(C)及び大電流値パルス数(N)は可変とし、基
本条件では、それぞれ0.5秒、0.1秒及び6パルス
とした。そして、この基本条件に対していずれか1つの
みを変えて試験を行った(変更条件については図38参
照)。Subsequently, in order to examine how the valve seat is embedded in the test piece 61 in the pulse current application, the embedded amount y is determined according to the time from the start of pressurization.
(See FIG. 37). At this time, the large current value of the pulse current was set to 68 kA, and the small current value was set to 0. Also, the energizing time (H) of the large current value pulse, the energizing time (C) of the small current value pulse, and the number of large current value pulses (N) are variable, and are 0.5 seconds and 0.1 seconds, respectively, under basic conditions. And 6 pulses. Then, a test was performed by changing only one of these basic conditions (see FIG. 38 for the changed conditions).
【0131】上記埋め込み量測定試験の結果を図38に
示す。このことより、最初の大電流値パルスの通電によ
り殆ど埋め込みが完了し、後の通電では埋め込みは進行
していないことが判る。また、この試験の設定条件の範
囲では、埋め込み量は殆ど変わらない。但し、大電流値
パルスの通電時間が1秒と長い場合は、他の場合よりも
最初の大電流値パルスの通電のときから埋め込み量が僅
かに大きく、パルス数が9パルスと多い場合は、途中か
ら試験片61が軟化して埋め込みが進行することが判
る。したがって、最初の大電流値パルスの通電ではバル
ブシートの埋め込みが行える条件に、また2回目以降の
大電流値パルスの通電ではバルブシート内部の徐冷及び
シリンダヘッド本体への放熱が行える条件にそれぞれ設
定すればよい。FIG. 38 shows the results of the embedding amount measurement test. From this, it can be seen that the embedding was almost completed by the first energization of the large current value pulse, and the embedding did not progress in the energization performed later. In addition, the embedding amount hardly changes within the range of the setting conditions of this test. However, when the energizing time of the large current value pulse is as long as 1 second, the embedding amount is slightly larger than at the time of energizing the first large current value pulse than in other cases, and when the number of pulses is as large as 9 pulses, It can be seen that the test piece 61 softens from the middle and the embedding proceeds. Therefore, the condition that the valve seat can be embedded in the first energization of the large current value pulse, and the condition that the slow cooling inside the valve seat and the heat radiation to the cylinder head body can be performed in the energization of the second and subsequent large current value pulses, respectively. Just set it.
【0132】最後に、バルブシートを焼結鍛造材とし、
これを29420N(3000kgf)の加圧力でパル
ス通電により試験片61に接合した。このとき、パルス
通電の大電流値は60kAとし、小電流値は0とした。
また、大電流値パルスの通電時間、小電流値パルスの通
電時間及び大電流値パルス数を、それぞれ0.5秒、
0.1秒及び4パルスとした。尚、比較のために、Cu
系材料で溶浸した焼結材からなるバルブシートを同様に
試験片61に接合した。但し、パルス通電の大電流値は
53kAとした。そして、バルブシートが焼結鍛造材の
ものと溶浸した焼結材のものとについて、試験片61に
おいてバルブシートの第1接合面部と第2接合面部との
角部から該試験片61の外周側に向かってバルブシート
が接合された側と反対側に約0.79rad(45°)
傾いた方向に沿った所定距離ごとの硬さを測定した。Finally, the valve seat is made of a sintered forged material,
This was joined to the test piece 61 by applying a pulse current at a pressing force of 29420 N (3000 kgf). At this time, the large current value of the pulse current was set to 60 kA, and the small current value was set to 0.
Also, the energizing time of the large current value pulse, the energizing time of the small current value pulse, and the number of the large current value pulse are each 0.5 seconds,
0.1 seconds and 4 pulses. In addition, for comparison, Cu
A valve seat made of a sintered material infiltrated with a system material was similarly joined to the test piece 61. However, the large current value of the pulse current was 53 kA. The outer circumference of the test piece 61 is determined from the corner between the first joint surface and the second joint surface of the valve seat in the test piece 61 for the case where the valve seat is a sintered forged material and the case where the valve sheet is a sintered material infiltrated. About 0.79 rad (45 °) on the side opposite to the side where the valve seat is joined toward the side
The hardness was measured at a predetermined distance along the inclined direction.
【0133】この結果を図39に示す。このことより、
溶浸した焼結材の方が試験片61内部の硬さが低いこと
が判る。これは、Cu系材料の溶浸によりバルブシート
内部の発熱が抑制されて接合面部において発熱が有効に
行われたために、試験片61が軟化したからである。し
かし、バルブシートが焼結鍛造材であっても接合は良好
に行われている。このことは、シート及び試験片61の
接合面部の顕微鏡写真(図40では倍率約50倍、図4
1では倍率約400倍)からも判る。これは、鍛造によ
りバルブシート内部の空孔が潰されて、溶浸したのと同
様の効果を有するからである。FIG. 39 shows the result. From this,
It can be seen that the infiltrated sintered material has lower hardness inside the test piece 61. This is because the heat generation inside the valve seat was suppressed by the infiltration of the Cu-based material and the heat generation was effectively performed at the joint surface portion, so that the test piece 61 was softened. However, even if the valve seat is a sintered forged material, the joining is performed well. This can be seen from the micrograph of the joint surface between the sheet and the test piece 61 (approximately 50 times magnification in FIG. 40, FIG.
It can be seen from the magnification of about 400 for 1). This is because the holes inside the valve seat are crushed by forging and have the same effect as infiltration.
【0134】[0134]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1または1
3に記載の発明によれば、初期電流値による通電加熱の
後、当該初期電流値よりも小さな徐冷電流値で通電加熱
を行うようにしたので、両部材間の温度差が小さくな
る。そのため、通電加熱を終了した後に、両部材の熱膨
張率の相違に起因する熱応力の発生を抑制することがで
き、クラックの発生を未然に防止することができる。As described above, claim 1 or claim 1
According to the invention described in Item 3, since the energization heating is performed with the slow cooling current value smaller than the initial current value after the energization heating using the initial current value, the temperature difference between the two members is reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two members after the completion of the energization heating, and to prevent the occurrence of cracks.
【0135】請求項2または14に記載の発明によれ
ば、第1の金属部材が所定の接合位置に変位するまで初
期電流値による通電加熱を行うので、接合が不十分な状
態のまま徐冷電流値による通電加熱を実行する事態を避
けることができ、第1の金属部材と第2の金属部材とを
確実に接合することができる。According to the second or fourteenth aspect of the present invention, since the first metal member is energized and heated by the initial current value until the first metal member is displaced to the predetermined joining position, it is gradually cooled while the joining is in an insufficient state. It is possible to avoid a situation in which energization heating by a current value is performed, and it is possible to securely join the first metal member and the second metal member.
【0136】請求項3または15に記載の発明によれ
ば、初期電流値で通電加熱する所定時間を簡便に設定す
ることができる。そのため、初期電流値から徐冷電流値
への切替を円滑に行うことができ、通電加熱を簡単かつ
確実に実行することができる。According to the third or fifteenth aspect of the present invention, it is possible to easily set a predetermined time for conducting and heating with an initial current value. Therefore, the switching from the initial current value to the slow cooling current value can be smoothly performed, and the energized heating can be easily and reliably performed.
【0137】請求項4または16に記載の発明によれ
ば、初期電流値での通電加熱によって、第1の金属部材
を第2の金属部材に埋め込むようにして拡散接合するこ
とができる。初期電流値での通電加熱は、第1の金属部
材が所定の接合位置に埋め込まれるまで行うので、両部
材を確実に接合することができる。また、第1の金属部
材が所定の接合位置に埋め込まれた後に、徐冷電流値で
の通電加熱を行うので、第1の金属部材を適正な位置に
維持したまま、両部材の徐冷を行うことができる。従っ
て、精度の高い接合を行うことができる。According to the fourth or 16th aspect of the present invention, diffusion bonding can be performed such that the first metal member is buried in the second metal member by current heating at the initial current value. The heating with the current at the initial current value is performed until the first metal member is embedded in the predetermined joining position, so that both members can be joined reliably. Further, after the first metal member is embedded in the predetermined joining position, the electric heating is performed at the gradual cooling current value. Therefore, while the first metal member is maintained at the appropriate position, the gradual cooling of both members is performed. It can be carried out. Therefore, highly accurate bonding can be performed.
【0138】請求項5または17に記載の発明によれ
ば、初期電流値による通電加熱を、第1の金属部材を第
2の金属部材に埋入するために用いることができる一
方、徐冷電流値による通電加熱を、両部材の徐冷のため
に用いることができる。徐冷電流値による通電加熱は、
第1の金属部材の埋入を抑制するので、徐冷の間に第1
の金属部材が第2の金属部材に埋入しすぎる事態を確実
に防止することができる。従って、両部材の位置を適正
に保った状態で、両部材の温度差を小さくすることがで
き、クラックの発生を防止することができる。According to the fifth or 17th aspect of the present invention, the energization heating based on the initial current value can be used for embedding the first metal member in the second metal member, while the slow cooling current Electric heating by value can be used for slow cooling of both members. Electric heating by slow cooling current value
Since the embedding of the first metal member is suppressed, the first
A situation in which the metal member is excessively embedded in the second metal member can be reliably prevented. Therefore, the temperature difference between the two members can be reduced while maintaining the positions of the two members appropriately, and the occurrence of cracks can be prevented.
【0139】請求項6に記載の発明によれば、徐冷電流
値による通電加熱により、径方向に伸縮しようとする第
1の金属部材の熱応力を緩和することができ、第1の金
属部材の縦クラックを防止することができる。従って、
請求項1〜5の発明の効果を顕著に発揮させることがで
きる。According to the sixth aspect of the present invention, the thermal stress of the first metal member, which tends to expand and contract in the radial direction, can be alleviated by the energization heating using the slow cooling current value. Vertical cracks can be prevented. Therefore,
The effects of the inventions of claims 1 to 5 can be remarkably exhibited.
【0140】請求項7に記載の発明によれば、熱膨張率
の相違に起因するクラックの発生を生ずることなく、F
e系材料とAl系材料とからなる金属部材を得ることが
でき、請求項1〜6の発明の効果を顕著に発揮させるこ
とができる。According to the seventh aspect of the present invention, cracks due to differences in the coefficient of thermal expansion do not occur, and
A metal member made of an e-based material and an Al-based material can be obtained, and the effects of the inventions of claims 1 to 6 can be remarkably exhibited.
【0141】請求項8または18に記載の発明によれ
ば、インラインの作業で、接合強度が高くかつ使用した
ろう材以上の耐熱性を有する金属部材を得ることができ
る。According to the invention described in claim 8 or 18, a metal member having high joining strength and heat resistance higher than that of the brazing material used can be obtained by in-line operation.
【0142】請求項9に記載の発明によれば、請求項8
の発明における接合方法として、材料の組み合わせの最
適化を図ることができる。According to the ninth aspect of the present invention, the eighth aspect is provided.
As a joining method according to the invention, the combination of materials can be optimized.
【0143】請求項10に記載の発明によれば、超音波
によるキャビテーション作用により第1の金属部材の表
面部の酸化被膜やメッキ層が破壊されるので、ろう材を
第1の金属部材の表面部に擦りつけるという機械的な摩
擦を利用する方法よりも確実にろう材を第1の金属部材
側に拡散させることができる。よって、簡単な方法で拡
散層を確実に形成することができ、接合強度のより高い
接合金属部材が得られる。According to the tenth aspect of the present invention, the oxide film and the plating layer on the surface of the first metal member are destroyed by the cavitation action by the ultrasonic wave. The brazing material can be more reliably diffused to the first metal member side than the method using the mechanical friction of rubbing against the portion. Therefore, the diffusion layer can be reliably formed by a simple method, and a bonding metal member having higher bonding strength can be obtained.
【0144】請求項11に記載の発明によれば、高電気
伝導率材料が第1の金属部材内部の空孔に溶浸するの
で、鍛造と同様の効果が得られると共に、通電時に第1
の金属部材内部の発熱を抑制してろう材を有効に溶融さ
せることができる。よって、接合金属部材の接合強度を
効果的に向上させることができる。According to the eleventh aspect of the present invention, since the high electrical conductivity material infiltrates into the pores inside the first metal member, the same effect as forging can be obtained, and the first metal member is energized during energization.
The heat generated inside the metal member can be suppressed, and the brazing material can be effectively melted. Therefore, the joining strength of the joining metal member can be effectively improved.
【0145】請求項12または19に記載の発明によれ
ば、第2の金属部材表面の酸化被膜が効果的に破壊され
て接合面から排出されるので、ろう材を第2の金属部材
側に確実に拡散させることができると共に、第2の金属
部材の表面を特に保護する必要がなくなる。一方、第2
の金属部材の塑性流動は、第1の金属部材及び第2の金
属部材を加圧するときにその加圧力を利用することで容
易に行うことができ、特別な手段が不要となる。従っ
て、簡単な方法で拡散層を確実に形成することができ、
接合金属部材の接合強度をさらに向上させることができ
る。According to the twelfth or nineteenth aspect, the oxide film on the surface of the second metal member is effectively destroyed and discharged from the joint surface, so that the brazing material is moved to the second metal member side. The diffusion can be ensured, and there is no need to particularly protect the surface of the second metal member. On the other hand, the second
The plastic flow of the metal member can be easily performed by utilizing the pressing force when pressing the first metal member and the second metal member, and no special means is required. Therefore, the diffusion layer can be reliably formed by a simple method,
The joining strength of the joining metal member can be further improved.
【図1】本発明の基本形態1に係る接合金属部材として
のエンジンのシリンダヘッドの要部を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of an engine cylinder head as a joining metal member according to a first embodiment of the present invention.
【図2】バルブシート及びシリンダヘッド本体の接合状
態を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a joined state of a valve seat and a cylinder head main body.
【図3】バルブシートの接合前の形状を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view showing a shape of a valve seat before joining.
【図4】バルブシートのシリンダヘッド本体への接合手
順を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a procedure for joining a valve seat to a cylinder head body.
【図5】バルブシート及びシリンダヘッド本体の接合過
程を模式的に示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a joining process of a valve seat and a cylinder head main body.
【図6】ろう材浴中のバルブシートの表面部に超音波振
動の付与によりろう材をコーティングしている状態を示
す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a brazing material is coated by applying ultrasonic vibration to a surface portion of a valve seat in a brazing material bath.
【図7】接合装置を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing the joining device.
【図8】(a)は図7のVIII方向矢示図であり、(b)
は上側電極の下面部の平面図である。8 (a) is a view in the direction of arrow VIII in FIG. 7, and FIG. 8 (b)
FIG. 4 is a plan view of the lower surface of the upper electrode.
【図9】加圧及び通電の制御方法を示すタイミングチャ
ートである。FIG. 9 is a timing chart showing a control method of pressurization and energization.
【図10】加圧制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing another example of the pressurization control method.
【図11】Al−Zn合金の状態図である。FIG. 11 is a phase diagram of an Al—Zn alloy.
【図12】基本形態2を示す図9相当図である。FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 9, showing a basic mode 2.
【図13】パルス通電によるバルブシート内部の温度変
化を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing a temperature change inside a valve seat due to pulsed current.
【図14】通電制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing another example of the energization control method.
【図15】バルブシート内周面部に冷却水を噴霧してい
る状態を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state in which cooling water is sprayed on the inner peripheral surface of the valve seat.
【図16】実施形態1を示す図9相当図である。FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 9 showing the first embodiment.
【図17】通電制御方法の他の例を示す図9相当図であ
る。FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 9, illustrating another example of the energization control method.
【図18】バルブシートを縮径方向にも加圧してその熱
膨張を抑えるようにしている状態を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which the valve seat is also pressed in the diameter reducing direction to suppress the thermal expansion thereof.
【図19】バルブシートの他の形状例を示す図3相当図
である。FIG. 19 is a view corresponding to FIG. 3, showing another example of the shape of the valve seat.
【図20】実施形態2に係る接合装置によりバルブシー
ト及びシリンダヘッド本体を接合している状態を示す要
部断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of a main part showing a state where the valve seat and the cylinder head main body are joined by the joining device according to the second embodiment.
【図21】実施形態3に係る接合金属部材としてのエン
ジンのピストンを示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating an engine piston as a bonded metal member according to the third embodiment.
【図22】実施形態4に係る接合金属部材としてのエン
ジンのシリンダブロックの要部を示す断面図である。FIG. 22 is a sectional view showing a main part of a cylinder block of an engine as a joining metal member according to a fourth embodiment.
【図23】試験片を示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view showing a test piece.
【図24】薄肉形状のバルブシートを示す断面図であ
る。FIG. 24 is a sectional view showing a thin valve seat.
【図25】厚肉形状のバルブシートを示す断面図であ
る。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a thick valve seat.
【図26】抜き荷重測定試験の要領を示す概略断面図で
ある。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a procedure of a pulling load measurement test.
【図27】実施例1〜5及び比較例のバルブシートにお
いて抜き荷重測定試験の結果を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing the results of a punching load measurement test on the valve seats of Examples 1 to 5 and Comparative Example.
【図28】超音波メッキした直後のバルブシート表面部
の状態を示す顕微鏡写真である。FIG. 28 is a micrograph showing a state of a valve seat surface immediately after ultrasonic plating.
【図29】実施例2におけるバルブシート及び試験片の
接合状態を示す顕微鏡写真である。FIG. 29 is a photomicrograph showing a joint state between a valve seat and a test piece in Example 2.
【図30】抜き荷重測定試験後のバルブシート表面部の
状態を示す顕微鏡写真である。FIG. 30 is a photomicrograph showing the state of the valve seat surface after the pulling load measurement test.
【図31】実施例5におけるバルブシート及び試験片の
接合状態を示す顕微鏡写真である。FIG. 31 is a photomicrograph showing a joint state between a valve seat and a test piece in Example 5.
【図32】接合時加圧力と抜き荷重との関係を示すグラ
フである。FIG. 32 is a graph showing the relationship between the welding pressure and the unloading load.
【図33】試験片の接合面部からの距離による硬さの変
化を示すグラフである。FIG. 33 is a graph showing a change in hardness depending on a distance of a test piece from a bonding surface portion.
【図34】連続通電及びパルス通電においてバルブシー
トの接合前後の硬さの変化を示すグラフである。FIG. 34 is a graph showing changes in hardness before and after joining of a valve seat in continuous energization and pulse energization.
【図35】連続通電及びパルス通電において試験片の接
合面部からの距離による硬さの変化を示すグラフであ
る。FIG. 35 is a graph showing a change in hardness depending on a distance from a joint surface of a test piece in continuous energization and pulse energization.
【図36】連続通電及びパルス通電において抜き荷重測
定試験の結果を示すグラフである。FIG. 36 is a graph showing the results of an extraction load measurement test in continuous energization and pulse energization.
【図37】埋め込み量測定試験における埋め込み量yを
示す説明図である。FIG. 37 is an explanatory diagram showing an embedding amount y in an embedding amount measurement test.
【図38】加圧開始からの時間と埋め込み量yとの関係
を示すグラフである。FIG. 38 is a graph showing the relationship between the time from the start of pressurization and the embedding amount y.
【図39】バルブシートが焼結鍛造材のものと溶浸した
焼結材のものとにおいて試験片の接合面部からの距離に
よる硬さの変化を示すグラフである。FIG. 39 is a graph showing a change in hardness according to a distance from a joint surface portion of a test piece in a case where a valve seat is a sintered forged material and in a case where a valve material is an infiltrated sintered material.
【図40】焼結鍛造材からなるバルブシートと試験片と
の接合状態を示す顕微鏡写真である。FIG. 40 is a micrograph showing a joint state between a valve seat made of a sintered forged material and a test piece.
【図41】焼結鍛造材からなるバルブシートと試験片と
の接合状態をさらに拡大して示す顕微鏡写真である。FIG. 41 is a micrograph showing a further enlarged view of a joint state between a valve seat made of a sintered forged material and a test piece.
1 シリンダヘッド 2 シリンダヘッド本体(第2の金属部材) 2a 接合面部 2b ポート 3 バルブシート(第1の金属部材) 3a 第1接合面部 3b 第2接合面部 5 拡散接合層 6 溶融反応層 7 ろう材層 14 ろう材浴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder head main body (2nd metal member) 2a Joining surface 2b Port 3 Valve seat (1st metal member) 3a 1st joining surface 3b 2nd joining surface 5 Diffusion joining layer 6 Melting reaction layer 7 Brazing material Layer 14 brazing material bath
【表1】 [Table 1]
【表2】 [Table 2]
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 20/00 310 B23K 20/00 310A 310M 20/10 20/10 35/28 310 35/28 310D F01L 3/22 F01L 3/22 B F02F 1/24 F02F 1/24 S H05B 3/00 310 H05B 3/00 310B // B23K 103:20 (72)発明者 杉本 幸弘 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 柴田 伸也 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI B23K 20/00 310 B23K 20/00 310A 310M 20/10 20/10 35/28 310 35/28 310D F01L 3/22 F01L 3/22 B F02F 1/24 F02F 1/24 S H05B 3/00 310 H05B 3/00 310B // B23K 103: 20 (72) Inventor Yukihiro Sugimoto 3-1, Fuchu-cho, Shinchu, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd. (72) Invention Nobuya Shibata 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd.
Claims (19)
膨張率の異なる第2の金属部材に拡散接合する金属部材
の接合方法であって、 上記第1の金属部材を上記第2の金属部材の接合面に当
接させた状態で加圧しつつ、 上記両部材を所定の初期電流値で所定時間通電加熱し、 その後に上記初期電流値よりも小さな徐冷電流値で上記
両部材を通電加熱することを特徴とする金属部材の接合
方法。1. A method for joining metal members by diffusion joining a first metal member to a second metal member having a different coefficient of thermal expansion from the first metal member, wherein the first metal member is connected to the first metal member by the first metal member. The two members are heated at a predetermined initial current value for a predetermined time while being pressed while being in contact with the joining surface of the metal member of No. 2, and thereafter, the two members are cooled at a slow cooling current value smaller than the initial current value. A method for joining metal members, wherein the members are electrically heated.
おいて、 初期電流値で通電加熱する所定時間を、通電加熱を開始
してから第1の金属部材が所定の接合位置に変位するま
での間としたことを特徴とする金属部材の接合方法。2. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the predetermined time for energizing and heating at the initial current value is from the start of energizing heating until the first metal member is displaced to a predetermined joining position. A method for joining metal members, characterized in that:
おいて、 初期電流値で通電加熱する所定時間を、通電加熱を開始
してから所定の一定時間としたことを特徴とする金属部
材の接合方法。3. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the predetermined time for energizing and heating at the initial current value is set to a predetermined certain time after starting the energizing heating. Joining method.
属部材の接合方法において、 第1の金属部材を加圧及び通電加熱することにより、該
第1の金属部材を第2の金属部材の接合面部に埋め込
み、 初期電流値で通電加熱する所定時間を、通電加熱を開始
してから上記第1の金属部材が上記第2の金属部材に対
して所定の接合位置に埋め込まれるまでの間としたこと
を特徴とする金属部材の接合方法。4. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the first metal member is pressurized and energized to heat the first metal member to form a second metal member. A predetermined time for energizing and heating at the initial current value is embedded in the bonding surface portion of the metal member until the first metal member is embedded at a predetermined bonding position with respect to the second metal member after starting the energizing heating. A method for joining metal members, characterized in that:
おいて、 初期電流値は、第1の金属部材の第2の金属部材への埋
入を進行させる電流値に設定されている一方、 徐冷電流値は、上記第1の金属部材の上記第2の金属部
材への埋入を抑制する電流値に設定されていることを特
徴とする金属部材の接合方法。5. The method for joining metal members according to claim 4, wherein the initial current value is set to a current value at which embedding of the first metal member into the second metal member proceeds. The method of joining metal members, wherein the slow cooling current value is set to a current value that suppresses the embedding of the first metal member into the second metal member.
属部材の接合方法において、 第1の金属部材は、リング状部材であり、 第2の金属部材は、上記リング状部材の外周部を包囲す
る接合面が形成されてなることを特徴とする金属部材の
接合方法。6. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the first metal member is a ring-shaped member, and the second metal member is a ring-shaped member. A joining method of a metal member, wherein a joining surface surrounding an outer peripheral portion is formed.
属部材の接合方法において、 第1の金属部材は、Fe系材料からなり、 第2の金属部材は、Al系材料からなることを特徴とす
る金属部材の接合方法。7. The method for joining metal members according to claim 1, wherein the first metal member is made of an Fe-based material, and the second metal member is made of an Al-based material. A method for joining metal members, comprising:
属部材の接合方法において、 予め第1の金属部材の表面部に、上記両金属部材よりも
融点の低いろう材と該第1の金属部材との拡散層を介し
てろう材層を形成しておき、 上記第1の金属部材と第2の金属部材とを、該両部材間
の通電に伴う発熱及び加圧により、ろう材及び第2の金
属部材の拡散層を形成しかつ溶融したろう材を両部材の
接合面部間から排出しながら、上記両拡散層を介した液
相拡散状態で接合することを特徴とする金属部材の接合
方法。8. The method for joining metal members according to claim 1, wherein a brazing material having a lower melting point than both metal members is formed on a surface portion of the first metal member in advance. A brazing material layer is formed via a diffusion layer with the first metal member, and the first metal member and the second metal member are brazed by heat generation and pressure accompanying energization between the two members. Forming a diffusion layer of the material and the second metal member and joining the molten brazing material in a liquid phase diffusion state through the two diffusion layers while discharging the molten brazing material from between the joining surfaces of the two members. How to join members.
おいて、 第1の金属部材は、Fe系材料からなり、 第2の金属部材は、Al系材料からなり、 ろう材は、Zn系材料からなることを特徴とする金属部
材の接合方法。9. The method according to claim 8, wherein the first metal member is made of an Fe-based material, the second metal member is made of an Al-based material, and the brazing material is a Zn-based material. A method for joining metal members, comprising a material.
載の金属部材の接合方法において、 第1の金属部材とろう材との拡散層は、第1の金属部材
の表面部に超音波振動を付与してろう材をコーティング
することにより形成することを特徴とする金属部材の接
合方法。10. The bonding method of a metal member according to claim 8, wherein the diffusion layer of the first metal member and the brazing material has an ultrasonic wave on a surface portion of the first metal member. A method for joining metal members, wherein the metal member is formed by coating a brazing material by applying vibration.
の金属部材の接合方法において、 第1の金属部材を第2の金属部材に当接させる前に、予
め該第1の金属部材の内部に高電気伝導率材料を溶浸す
ることを特徴とする金属部材の接合方法。11. The method according to claim 1, wherein the first metal member is brought into contact with the second metal member before the first metal member is brought into contact with the second metal member. A method for joining metal members, comprising infiltrating a high electrical conductivity material into the inside of the metal member.
の金属部材の接合方法において、 第1の金属部材と第2の金属部材との拡散接合は、第2
の金属部材の接合面部を塑性流動させて行うことを特徴
とする金属部材の接合方法。12. The method for bonding metal members according to claim 1, wherein the diffusion bonding between the first metal member and the second metal member is performed by a second bonding method.
The method of joining metal members, wherein the joining surface of the metal member is plastically flowed.
熱膨張率の異なる第2の金属部材に拡散接合する金属部
材の接合装置であって、 上記第1の金属部材を上記第2の金属部材の接合面に当
接させ、該接合面に圧力が加わるように該両部材を加圧
する加圧手段と、 上記両部材のいずれか一方から他方に向かって上記接合
面を通過して流れる電流を流す電極と、 上記加圧手段による両部材の加圧時に、上記電極間に電
流を供給する溶接電源手段と、 上記溶接電源手段が供給する電流の値を初期電流値から
該初期電流値よりも小さな徐冷電流値に切り替える切替
手段とを備えていることを特徴とする金属部材の接合装
置。13. A joining apparatus for a metal member for diffusion joining a first metal member to a second metal member having a different coefficient of thermal expansion from the first metal member, wherein the first metal member is connected to the first metal member by the first metal member. Pressurizing means for bringing the two metal members into contact with each other and pressing the two members so that pressure is applied to the two metal members; and passing through the bonding surface from one of the two members toward the other. An electrode for flowing current flowing therethrough; welding power supply means for supplying a current between the electrodes when the two members are pressurized by the pressurizing means; Switching means for switching to a slow cooling current value smaller than the current value.
置において、 切替手段は、第1の金属部材が所定の接合位置に変位し
たときに、初期電流値を徐冷電流値に切り替えるように
設定されていることを特徴とする金属部材の接合装置。14. The metal member joining apparatus according to claim 13, wherein the switching means switches the initial current value to the slow cooling current value when the first metal member is displaced to a predetermined joining position. An apparatus for joining metal members, wherein the apparatus is set.
置において、 切替手段は、通電を開始してから所定時間が経過したと
きに、初期電流値を徐冷電流値に切り替えるように設定
されていることを特徴とする金属部材の接合装置。15. The metal member joining apparatus according to claim 13, wherein the switching means is configured to switch the initial current value to the gradual cooling current value when a predetermined time has elapsed from the start of energization. A joining device for a metal member.
載の金属部材の接合装置において、 溶接電源手段は、第1の金属部材を加圧手段によって加
圧した状態で通電加熱することにより、該第1の金属部
材を第2の金属部材の接合面部に埋め込むように構成さ
れ、 切替手段は、上記被接合金属部材の埋め込み位置を検出
する位置検出手段を備え、該第1の金属部材が所定の埋
め込み位置に埋め込まれたことを検出したときに、初期
電流値を徐冷電流値に切り替えるように設定されている
ことを特徴とする金属部材の接合装置。16. The welding apparatus for a metal member according to claim 13, wherein the welding power supply means energizes and heats the first metal member while being pressed by the pressing means. The first metal member is embedded in the joint surface of the second metal member, and the switching means includes position detection means for detecting the embedded position of the metal member to be joined, Is set so as to switch the initial current value to the slow cooling current value when it is detected that is embedded in a predetermined embedding position.
置において、 初期電流値は、第1の金属部材の第2の金属部材への埋
入を進行させる電流値に設定されている一方、 徐冷電流値は、上記第1の金属部材の上記第2の金属部
材への埋入を抑制する電流値に設定されていることを特
徴とする金属部材の接合装置。17. The metal member joining apparatus according to claim 16, wherein the initial current value is set to a current value that allows the first metal member to be embedded in the second metal member. The apparatus for joining metal members, wherein the slow cooling current value is set to a current value that suppresses the embedding of the first metal member into the second metal member.
載の金属部材の接合装置において、 溶接電源手段は、予め拡散層及びろう材層が形成された
第1の金属部材を第2の金属部材の接合面に加圧手段に
よって加圧した状態で通電加熱することにより、ろう材
と第2の金属部材との拡散層を形成しかつ溶融したろう
材を該両部材の接合面部間から排出しながら、該両部材
を上記両拡散層を介した液相拡散状態で接合するように
構成されていることを特徴とする金属部材の接合装置。18. The joining apparatus for a metal member according to claim 13, wherein the welding power supply means comprises a first metal member on which a diffusion layer and a brazing material layer are formed in advance. By applying current and heating to the joining surface of the metal member while being pressed by the pressing means, a diffusion layer between the brazing material and the second metal member is formed, and the molten brazing material is removed from between the joining surfaces of the two members. An apparatus for joining metal members, wherein the two members are joined in a liquid phase diffusion state via the two diffusion layers while discharging.
載の金属部材の接合装置において、 溶接電源手段は、第1の金属部材を第2の金属部材の接
合面に当接させた状態で第2の金属部材の接合面部が塑
性流動しながら該両部材が拡散接合するように加圧手段
によって加圧された状態で通電加熱を行うように構成さ
れていることを特徴とする金属部材の接合装置。19. The joining apparatus for a metal member according to claim 13, wherein the welding power source is in contact with the joining surface of the first metal member and the second metal member. The metal member is characterized in that the heating is carried out in a state where the two metal members are pressurized by a pressurizing means so that the joining surface portion of the second metal member plastically flows while the two members are diffusion-bonded. Joining equipment.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270662A JPH1190619A (en) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Method and device for joining metallic member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270662A JPH1190619A (en) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Method and device for joining metallic member |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1190619A true JPH1190619A (en) | 1999-04-06 |
Family
ID=17489215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9270662A Pending JPH1190619A (en) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Method and device for joining metallic member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1190619A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7804039B2 (en) | 2003-06-02 | 2010-09-28 | Nippon Steel Corporation | Liquid phase diffusion bonding method of metal machine part and such metal machine part |
| WO2018147188A1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Piston for internal combustion engine and manufacturing method therefor |
| JP2020029827A (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | Manufacturing method of fluid spray plate and fluid spray plate |
-
1997
- 1997-09-16 JP JP9270662A patent/JPH1190619A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7804039B2 (en) | 2003-06-02 | 2010-09-28 | Nippon Steel Corporation | Liquid phase diffusion bonding method of metal machine part and such metal machine part |
| WO2018147188A1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Piston for internal combustion engine and manufacturing method therefor |
| JP2018127972A (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Piston for internal combustion engine and method of manufacturing the same |
| CN110268151A (en) * | 2017-02-09 | 2019-09-20 | 日立汽车系统株式会社 | Piston for IC engine and its manufacturing method |
| JP2020029827A (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | Manufacturing method of fluid spray plate and fluid spray plate |
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