接合装置和接合方法与流程

本发明涉及一种通过通电和加压来接合第1金属部件与第2金属部件的接合装置和接合方法。

背景技术：

例如，在日本发明专利公开公报特开平11-090621号中公开了一种接合装置，当在两个电极之间进行通电和加压来接合第1金属部件和第2金属部件时，使一方的电极的抵接面与第1金属部件的受压面接触。在通过该接合装置最终得到的接合体中，第1金属部件与第2金属部件的接合界面的面方向相对于第1金属部件的受压面的面方向倾斜。

技术实现要素：

如上所述，当接合界面相对于受压面倾斜时，接合界面与受压面之间的距离在接合界面的每个部分成为不同的长度。在接合界面中的、与受压面的距离比其他部分短的部分，通电电阻变小，因此，容易流过大电流使发热量变大。据此，当接合界面的发热量产生偏差时，有时难以良好地接合第1金属部件与第2金属部件。

本发明的主要目的在于提供一种能够良好地接合第1金属部件与第2金属部件的接合装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够良好地接合第1金属部件与第2金属部件的接合方法。

本发明的第1技术方案提供一种接合装置，其具有通电加压头，该通电加压头设置有与第1金属部件的受压面接触的抵接面，通过使用所述通电加压头的通电和加压，将所述第1金属部件与第2金属部件接合，得到接合界面相对于所述受压面倾斜的接合体，所述抵接面具有：电极部，其能够向所述第1金属部件通电；和绝缘部，其由绝缘材料构成，所述受压面具有不与所述电极部接触的电极非接触部，所述电极非接触部包含所述受压面与所述接合界面的距离最短的最短部分，所述绝缘部与所述电极非接触部的至少一部分接触。

本发明的第2技术方案提供一种接合装置，其通过通电和加压将设置有受压面和相对于所述受压面倾斜的接合界面的第1金属部件接合于第2金属部件，该接合装置具有通电加压头，所述通电加压头设置有与所述受压面接触的抵接面，所述抵接面具有能够向所述第1金属部件通电的电极部和由绝缘材料构成的绝缘部，所述绝缘部被设置为，所述受压面中所述绝缘部所抵接的部位和所述接合界面的最短距离比所述受压面中所述电极部所抵接的部位和所述接合界面的最短距离短。

本发明的第3技术方案提供一种接合方法，通过使用设置有与第1金属部件的受压面接触的抵接面的通电加压头的通电和加压，将所述第1金属部件与第2金属部件接合，得到接合界面相对于所述受压面倾斜的接合体，所述抵接面设置有：电极部，其能够向所述第1金属部件通电；和绝缘部，其由绝缘材料构成，该接合方法包括接触工序和接合工序，其中，所述接触工序使所述抵接面与所述受压面接触，所述接合工序向与所述受压面正交的加压方向施加加压力的同时，通过所述通电加压头进行通电，从而将所述第1金属部件和所述第2金属部件接合而形成所述接合界面，在所述接触工序中以如下方式使所述抵接面与所述受压面接触，即，所述受压面中、至少包含与所述接合界面的距离最短的最短部分的部分成为不与所述电极部接触的电极非接触部，且所述绝缘部接触所述电极非接触部的至少一部分。

根据本发明的接合装置和接合方法，由于绝缘部设置在通电加压头的抵接面的规定位置，因此，能够使接合界面中最接近受压面的部位即接近部位远离电极部。因此，能够使从电极部到接近部位的通电距离变长。据此，能够抑制接近部位的发热量比接合界面的其他部分大。其结果是，由于能够抑制接合界面的发热量产生偏差，因此能够良好地接合第1金属部件与第2金属部件。

另外，由于不仅使电极部与第1金属部件的受压面接触，还使绝缘部与第1金属部件的受压面接触，从而能够施加加压力，因此能够抑制在通电和加压时第1金属部件等产生挠曲等，由此使第1金属部件与第2金属部件良好地接合。

上述目的、特征和优点，能够通过参照附图来说明的以下实施方式的说明容易地理解。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的接合装置的主要部分概略结构图。

图2是能够适用图1的接合装置进行接合的阀座(valveseat)材料(第1金属部件)和气缸盖(cylinderhead)主体(第2金属部件)的剖视图。

图3是通过对将图2所示的阀座材料和气缸盖主体接合而成的接合体进行加工而得到的气缸盖的主要部分放大剖视图。

图4是图1的接合装置的通电加压头的主要部分概略剖视图。

图5是图4的通电加压头的仰视图。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的接合方法的一例的流程图。

图7是对使通电加压头的抵接面与阀座材料的受压面接触，且使阀座材料的第1接合面与设置在气缸盖主体的第2接合面上的凸部抵接的状态进行说明的说明图。

图8是对使图7的凸部熔融，而使阀座材料和气缸盖主体接近的状态进行说明的说明图。

图9是对使图8的阀座材料和气缸盖主体进一步接近，而在第1接合面和第2接合面之间形成接合界面的状态进行说明的说明图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的接合装置和接合方法详细地进行说明。此外，在以下的图中，对于相同或实现同样功能和效果的结构要素标注相同的附图标记，有时省略重复的说明。

下面，对适用图1所示的本实施方式所涉及的接合装置10，将最终加工成阀座12a(参照图3)的工件(以下也称为“阀座材料12”)即第1金属部件14与气缸盖主体16即第2金属部件18接合而得到接合体20(参照图9)的例子进行说明。例如使用未图示的切削装置等对使用接合装置10得到的接合体20实施机械加工等，如图3所示，通过在阀座材料12上形成阀抵接面22，得到具有阀座12a的气缸盖24。

但是，能够适用接合装置10进行接合的第1金属部件14和第2金属部件18并不限定于阀座材料12和气缸盖主体16。

首先，边参照图3边对气缸盖24进行简单地说明。在气缸盖主体16上形成有一端侧(箭头x1侧)朝向未图示的燃烧室分别开口的端口(port)26。在端口26的一端侧(箭头x1侧)的开口周缘部即插入口28插入圆环状的阀座12a，该阀座12a的外周面与插入口28的内周面通过接合界面30接合。具体而言，设置在阀座12a的外周面的第1接合面32和设置在插入口28的内周面的第2接合面34通过接合界面30接合。

在气缸盖24中，在阀座12a上设置有向朝向燃烧室侧扩径的方向倾斜的阀抵接面22，通过未图示的阀相对于该阀抵接面22抵接或离开，端口26能够开闭。即，在气缸盖24中，阀座12a接合在气缸盖主体16的阀所抵接的位置。

下面，参照图2、图7～图9，对接合前的、换言之成为接合体20(参照图9)之前的阀座材料12和气缸盖主体16进行说明。如图2所示，在接合前的阀座材料12上没有形成阀抵接面22(参照图3)。另外，在接合前的气缸盖主体16上，于第2接合面34设置有凸部36。

此外，如图2所示，阀座材料12在相对于插入口28被配置为彼此的轴向(箭头x1、x2方向)一致且彼此的径向(箭头y方向)平行的状态，从该插入口28的轴向的一端侧(箭头x1侧)朝向另一端侧(箭头x2侧)插入插入口28。

以下对于阀座材料12而言，将该阀座材料12插入插入口28时的插入方向的顶端侧(箭头x2侧)也简称为“顶端侧”，将与该插入方向相反的基端侧(箭头x1侧)也简称为“基端侧”。另外，还将阀座材料12和插入口28的径向(箭头y方向)的外侧简称为“外侧”，将中心侧简称为“中心侧”。

阀座材料12例如为由钢材等铁系材料的烧结体构成的圆环状。此外，阀座材料12还可以包括铜系材料等高电导率材料。如图2所示，阀座材料12的顶端面38的面方向沿着阀座材料12的径向设置。

在阀座材料12的外周面设置有面方向彼此不同的第1锥状部40和第2锥状部42。第1锥状部40和第2锥状部42分别是从基端侧朝向顶端侧缩径的锥状。第1锥状部40被配置在比第2锥状部42靠顶端侧的位置，第1锥状部40的基端部与第2锥状部42的顶端部一致。第1锥状部40的顶端部与顶端面38的外侧的端部一致。

如图9所示，在阀座材料12中，第1锥状部40的基端侧的部分和第2锥状部42的顶端侧的部分成为第1接合面32。如图2所示，在阀座材料12的中心侧沿轴向设置有通孔44。阀座材料12的基端侧的端面即受压面46的面方向与轴向(箭头x1、x2方向)正交。

气缸盖主体16例如由纯铝、铝合金等铝系材料构成。如图2所示，在气缸盖主体16的插入口28的内周面设置有圆环状突出的凸部36和锥形面50。在阀座材料12和气缸盖主体16接合时，不再有凸部36，取而代之形成第2接合面34。第2接合面34在形成接合界面30(参照图9)时，是沿着阀座材料12的第1接合面32的形状。

锥形面50是从第2接合面34的基端侧(箭头x1方向侧)的端部进一步朝向基端侧且沿使插入口28扩径的方向延伸的锥状。锥形面50和阀座材料12的第2锥状部42的形状被设定为，例如通过使彼此的锥角大致相等、或使锥形面50相对于轴向的倾斜角度稍大等，以使在锥形面50的中心侧端部50a(参照图7和图8)与第2锥状部42抵接时，阀座材料12和气缸盖主体16成为所期望的接合位置关系。

如图9所示，在接合体20中，阀座材料12和气缸盖主体16通过接合界面30接合，而且在阀座材料12上未设置阀抵接面22(参照图3)。即，在接合体20的阀座材料12中，其中心侧的部分未被切削去除。在该接合体20中，接合界面30的面方向相对于阀座材料12的受压面46的面方向倾斜。

具体而言，接合界面30以使接合界面30的外侧的端部、即外侧端部30a最接近受压面46，且接合界面30的中心侧的端部、即内侧端部30b最远离受压面46的方式相对于受压面46倾斜。因此，接合界面30与受压面46之间的沿轴向(箭头x1、x2方向、后述的加压方向)的距离在外侧端部30a处最短，且在内侧端部30b处最长。换言之，在接合界面30中，外侧端部30a最接近受压面46，内侧端部30b最远离受压面46。

接着，边同时参照图1、图4、图5，边对接合装置10进行说明。图1所示的接合装置10能够对阀座材料12和气缸盖主体16施加以轴向为加压方向(箭头x1、x2方向)的加压，同时进行通电来电阻焊，该接合装置10主要包括电极结构体60、通电加压头62、加压机构64和未图示的电源等。

气缸盖主体16设置在电极结构体60上。此时，电极结构体60与气缸盖主体16接触，成为电连接的状态。在设置在电极结构体60上的气缸盖主体16中，插入口28面向通电加压头62侧。

如图1所示，通电加压头62由电极部件66和绝缘部件68一体化而构成。电极部件66为大致圆柱状，其轴向的一端侧(箭头x1侧)经由支架(holder)70固定于加压机构64的活塞杆(pistonrod)72。

如图4所示，在电极部件66的轴向的另一端侧(箭头x2侧)的端面，以围绕外周缘的方式设置有圆环状的缺口部74，且在径向的中心侧突出设置有突出部76。通过在缺口部74插入由绝缘材料构成的圆环状的绝缘部件68，电极部件66和绝缘部件68被一体化。此外，电极部件66和绝缘部件68可以通过嵌合而一体化，也可以通过使用了粘接剂等的粘接而一体化。

突出部76的尺寸被设定为可插入阀座材料12的通孔44(参照图7等)的尺寸。如后述那样，在使用了接合装置10的通电和加压时，通过将突出部76插入阀座材料12的通孔44，来对通电加压头62和阀座材料12进行定位。

在通电加压头62中，其轴向另一端侧的端面的、除突出部76以外的部分成为通电和加压时抵接于阀座材料12的受压面46的抵接面78。抵接面78是与通电加压头62的轴向正交的平面。在该抵接面78中，绝缘部件68的轴向的另一端侧(箭头x2侧)的端面成为绝缘部80，电极部件66的轴向的另一端侧的端面的、除突出部76以外的部分成为电极部82。如图9所示，缺口部74面对受压面46中至少包含最短部分46a的部分，该最短部分46a为受压面46与接合界面30的距离最短的部位。即，受压面46中的、缺口部74所面对的部分成为与电极部82不接触的电极非接触部83。

如图4所示，绝缘部件68的内周面68a与缺口部74的台阶面74a抵接，电极部82和绝缘部80形成为共面。如图5所示，绝缘部80是围绕抵接面78的外周缘而配置的圆环状，电极部82是配置在绝缘部80和突出部76之间的圆环状。因此，由绝缘部80和电极部82构成的抵接面78为圆环状。

如图9所示，设置在缺口部74的内部的绝缘部80以与受压面46的电极非接触部83抵接的方式配置于抵接面78。因此，以受压面46中的、绝缘部80所抵接的部位与接合界面30之间的最短距离比受压面46中的、电极部82所抵接的部位与接合界面30之间的最短距离短的方式，配置绝缘部80。即，以电极部82的绝缘部80侧的端部与接合界面30中的最靠近受压面46的部位、即接合界面30的外侧端部30a之间的最短距离la比外侧端部30a与受压面46之间的最短距离l长的方式，配置绝缘部80。另外，受压面46的电极非接触部83和与电极部82接触的部分之间的交界84(电极部82的绝缘部80侧的端部)以距接合界面30的外侧端部30a的最短距离la和距内侧端部30b的最短距离lb大致相等的方式，配置于抵接面78。

如图1所示，加压机构64例如具有由液压缸、气缸等构成的加压气缸86。加压气缸86的一端侧(箭头x1侧)固定于支承部88，在加压气缸86的另一端侧(箭头x2侧)设置有能够在加压方向上进退的活塞杆72。在活塞杆72的另一端侧，通过支架70固定有通电加压头62。

因此，在加压机构64中，通过使活塞杆72前进，能够使通电加压头62和电极结构体60沿加压方向相对接近。据此，对设置在通电加压头62的抵接面78与电极结构体60之间的阀座材料12和气缸盖主体16施加加压力。

电源电连接于通电加压头62的电极部件66和电极结构体60。通过接通电源，能够在电极部82与电极结构体60之间进行通电。据此，电流通过与电极部82接触的受压面46从阀座材料12流向气缸盖主体16。

下面，边主要参照图1、图6～图9，边对使用接合装置10来接合阀座材料12和气缸盖主体16的接合方法进行说明。

如图6所示，该接合方法具有接触工序和接合工序。如图7所示，在接触工序中，将通电加压头62的突出部76插入阀座材料12的通孔44，并且使抵接面78与受压面46接触。在抵接面78上如上述那样配置有绝缘部80和电极部82。因此，在受压面46中，绝缘部80与电极非接触部83接触。另外，如图1所示，将气缸盖主体16设置在电极结构体60上并使其彼此接触。

如图7所示，在电极结构体60与通电加压头62的抵接面78之间，气缸盖主体16的锥形面50与阀座材料12的第2锥状部42彼此隔开间隔而相向，且凸部36的顶点与第1锥状部40(第1接合面32)抵接。此外，接触工序可以在使第1锥状部40与凸部36抵接之前进行，也可以在使第1锥状部40与凸部36抵接的状态下进行。

接着，在接合工序中，在图1所示的加压机构64的作用下，使抵接面78和电极结构体60彼此相对接近，并且向与图7等所示的受压面46正交的加压方向施加加压力。另外，在接合工序中，接通电源从而在电极部82(参照图7)与电极结构体60(参照图1)之间进行通电。

据此，如图8所示，当开始电阻焊时，阀座材料12和气缸盖主体16的接触部因接触电阻而发热，凸部36开始熔融。如图8所示，一边将熔融的凸部36从第1接合面32和第2接合面34之间排出，一边使阀座材料12和气缸盖主体16接近时，熔融的凸部36和第1接合面32的接触面积增大。

并且，如图9所示，当凸部36的大致全体熔化时，在第1接合面32和第2接合面34之间形成接合界面30，并且第2锥状部42的比第1接合面32靠一端的一端侧与锥形面50的中心侧端部50a(参照图8)抵接。如此，在第2锥状部42的比第1接合面32靠一端的一端侧即将与中心侧端部50a接触之前、或在与接触同时的时刻停止通电，来结束电阻焊。其结果是，能够以所期望的位置关系将阀座材料12和气缸盖主体16接合，而得到接合体20。

接着，对本实施方式所涉及的接合装置10和接合方法的作用效果进行说明。在该接合装置10及接合方法中，通过将受压面46的至少包含最短部分46a的部位作为不与电极部82接触的电极非接触部83，能够使接合界面30中的最接近受压面46的接近部位即外侧端部30a远离电极部82。据此，能够使从电极部82到外侧端部30a的通电距离变长，因此能够抑制外侧端部30a的发热量与接合界面30的其他部位相比变大。其结果是，由于能够抑制接合界面30的发热量产生偏差，因此能够使阀座材料12和气缸盖主体16良好地接合。

另外，即使如上所述为了抑制接合界面30的发热量的偏差而在受压面46设置电极非接触部83，也能够使绝缘部80与该电极非接触部83接触而对电极非接触部83施加加压力。据此，能够抑制从抵接面78向受压面46施加的加压力产生偏差。并且，通过受压面46与加压方向正交，能够有效且稳定地施加加压力。由此，在通电和加压时，也能抑制阀座材料12等产生挠曲等，能使阀座材料12和气缸盖主体16良好地接合。

在上述实施方式所涉及的接合装置10中，第1金属部件14(阀座材料12)沿轴向设置有通孔44，并且是以受压面46为轴向的一端面的圆环状。在阀座材料12的外周面设置有从轴向的受压面46侧向另一端面(顶端面38)侧缩径的锥状部(第1锥状部40和第2锥状部42)。第2金属部件18(气缸盖主体16)具有供阀座材料12沿轴向插入的插入口28。接合界面30被设置在阀座材料12的包含第1锥状部40和第2锥状部42的外周面与气缸盖主体16的插入口28的内周面之间。绝缘部80是围绕抵接面78的外周缘而配置的圆环状。

另外，在上述实施方式所涉及的接合方法中，第1金属部件14(阀座材料12)沿轴向设置有通孔44，且是以受压面46为轴向的一端面的圆环状。在阀座材料12的外周面设置有从轴向的受压面46侧向另一端面(顶端面38)侧缩径的锥状部(第1锥状部40和第2锥状部42)。第2金属部件18(气缸盖主体16)具有供阀座材料12沿轴向插入的插入口28。在接触工序中，使围绕抵接面78的外周缘部配置的圆环状的绝缘部80与电极非接触部83接触。在接合工序中，在阀座材料12的包含第1锥状部40和第2锥状部42的外周面与气缸盖主体16的插入口28的内周面之间形成接合界面30。

如上所述，接合装置10和使用了接合装置10的接合方法能够特别优选适用于在阀座材料12的包含第1锥状部40和第2锥状部42的外周面与气缸盖主体16的插入口28的内周面之间形成接合界面30而得到接合体20的情况。

即，如图5所示，通过在抵接面78上设置围绕该抵接面78的外周缘的圆环状即绝缘部80，如图9所示，能够容易地使绝缘部80与受压面46的至少包含最短部分46a的部分接触。据此，在通电和加压时，能够抑制接合界面30的发热量产生偏差、抑制阀座材料12等产生挠曲等，从而能够使阀座材料12和气缸盖主体16良好地接合。

通电加压头62具有设置有电极部82的电极部件66和在一端面设置有绝缘部80的圆环状的绝缘部件68。在设置有通电加压头62的抵接面78一侧的端部，在电极部件66的外周缘设置有圆环状的缺口部74，在该缺口部74上配置有绝缘部件68。通过该结构，在组装通电加压头62时，能够将绝缘部80准确且简单地配置在所期望的位置。

绝缘部件68的内周面68a与缺口部74的台阶面74a抵接，电极部82和绝缘部80形成为共面。即，绝缘部80与电极非接触部83的全体接触。根据该结构，能够进一步扩大抵接面78相对于受压面46的抵接面积，因此能够更有效地施加加压力。

在上述实施方式所涉及的接合装置10中，接合界面30与受压面46的距离在配置于第1金属部件14(阀座材料12)的径向外侧的接合界面30的外侧端部30a处最短，并且在配置于径向中心侧的接合界面30的内侧端部30b处最长。受压面46中的电极非接触部83和与电极部82接触的部分之间的交界、换言之抵接面78的交界84接触的部位被配置为，到外侧端部30a的最短距离la与到内侧端部30b的最短距离lb大致相等。

在上述实施方式所涉及的接合方法中，接合界面30与受压面46之间的沿加压方向的距离在第1金属部件14(阀座材料12)的配置于径向外侧的接合界面30的外侧端部30a处最短，并且在配置于径向中心侧的接合界面30的内侧端部30b处最长。在接触工序中，以从交界84到外侧端部30a的最短距离la与从交界84到内侧端部30b的最短距离lb大致相等的方式使抵接面78与受压面46接触。

通过如上述那样配置交界84，可以在整个接合界面30上实现通电距离的均等化，因此能够更有效地抑制接合界面30的发热量产生偏差。其结果是，能够使阀座材料12和气缸盖主体16更良好地接合。

本发明不特别限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。

例如，绝缘部80不限定于圆环状，只要是能够与受压面46的电极非接触部83的至少一部分接触的形状即可。另外，阀座材料12的外周面的形状并不限定于上述实施形态。也可以代替面方向彼此不同的两个第1锥状部40和第2锥状部42而设置一个锥状部，也可以设置三个以上的锥状部。另外，也可以设置圆弧部来代替第1锥状部40和第2锥状部42。

在上述实施方式中，接合界面30与受压面46的距离在外侧端部30a处最短，在内侧端部30b处最长，但并不特别限定于此。例如，接合界面30与受压面46的距离也可以在外侧端部30a处最长，在内侧端部30b处最短。在该情况下，通过相对于抵接面78以环绕外周缘的方式配置电极部82，且在电极部82的中心侧配置绝缘部80，能够得到与上述实施方式相同的作用效果。

接合界面30设置在阀座材料12的包含第1锥状部40和第2锥状部42的外周面与气缸盖主体16的插入口28的内周面之间。即，接合界面30为与圆锥台的外周面对应的形状。但是，接合界面30的形状并不特别限定于此。在通过具有相对于受压面46的面方向倾斜的部分的接合界面30将第1金属部件14与第2金属部件18接合的情况下，适用本发明所涉及的接合装置和接合方法，能够得到与上述实施方式相同的作用效果。