JP6055154B1 - 接合部材の製造方法及び接合部材製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合部分が適切な硬度を有する接合部材とすることのできる接合部材の製造方法及び接合部材製造装置。【解決手段】 焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅとを接合した接合部材Ｃを製造する方法であって；第１の部材Ｄの接合対象部分と第２の部材Ｅの接合対象部分とを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置する接触配置工程Ｓ１と；第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分Ｊに接合用のパルス状溶接電流Ａ１を流し第１の部材Ｄと第２の部材Ｅを接合する接合工程Ｓ２と；第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが接合された接合部分Ｆに、第一の焼き戻し電流Ａ２を流して焼戻しを行う第一の焼き戻し工程Ｓ３と；接合部分Ｆに、第一の焼き戻し電流Ａ２よりも小さい第二の焼き戻し電流Ａ３を流して焼戻しを行う第二の焼き戻し工程Ｓ４とを備える接合部材の製造方法。【選択図】図８

Description

本発明は接合部材の製造方法及び接合部材製造装置に関し、特に溶接部分が適切な硬度を有する接合部材を得ることのできる接合部材の製造方法及び接合部材製造装置に関する。

特に浸炭材の接合では、接合時の熱で浸炭層が焼入れされて非常に硬く脆い組織になることがある。このような場合は、コンデンサ式抵抗溶接機による２回放電によって焼戻しを行うこともできた。（例えば特許Ｎｏ．３６４８０９２）

特許３６４８０９２号

コンデンサ式抵抗溶接機による２回放電によって焼戻しを行うと、接合部の中央部を求められる硬度にするためには、焼き戻しの際に大きな電流を要し、電流が集中しやすい箇所が再度焼入れされてしまうことがあった。

本発明は上述の課題に鑑み、２つの部材を接合した際に接合部分に焼きが入った場合でも、製造された接合部材の接合部分が適切な硬度を有する接合部材とすることのできる接合部材の製造方法及び接合部材製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図３、図４、図５、図８を参照して示すと、 焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅとを接合した接合部材Ｃを製造する方法であって； 第１の部材Ｄの接合対象部分と第２の部材Ｅの接合対象部分とを接触させて第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅを配置する接触配置工程Ｓ１と； 第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分Ｊに接合用のパルス状溶接電流Ａ１を流し第１の部材Ｄと第２の部材Ｅを接合する接合工程Ｓ２と； 第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとが接合された接合部分Ｆに、第一の焼き戻し電流Ａ２を流して焼戻しを行う第一の焼き戻し工程Ｓ３と； 接合部分Ｆに、第一の焼き戻し電流Ａ２よりも小さい第二の焼き戻し電流Ａ３を流して焼戻しを行う第二の焼き戻し工程Ｓ４とを備える。ここで焼き戻し電流は、典型的には接合用の接合電流と同じく、パルス状溶接電流である。

このように構成すると、接合工程によって接合部分に焼きが入った場合に、第一の焼き戻し工程と第二の焼き戻し工程で接合部分全体に渡って焼き戻すことができ、接合部分が適切な硬度を有する接合部材を製造することができる。

また、本発明の第２の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図５を参照して示すと、 接合工程Ｓ２は、第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加圧Ｐしながら、パルス状溶接電流Ａを流す抵抗溶接工程である。

このように構成すると、加圧力をかけるので塑性流動しやすく、確実に接合することができる。また、加圧を維持することにより割れの発生を抑制することができる。

また、本発明の第３の態様に係る接合部材の製造方法は、上記本発明の第１又は第２の態様に係る接合部材の製造方法において、前記パルス状溶接電流は、前記第一の焼き戻し電流よりも小さい。

このように構成すると、接合工程で焼き入れされた接合部分を焼き戻すことができる。

また、本発明の第４の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図６、図８に示すように、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る接合部材の製造方法において、 接合部分は長さ方向と前記長さより短い幅方向ｗを有し、第一の焼き戻し工程Ｓ３では幅方向ｗの中央部Ｆ１の焼き戻しを行い、第二の焼き戻し工程Ｓ４では、中央部Ｆ１を挟む両端部Ｆ２、Ｆ３の焼き戻しを行うこととしてもよい。

このように構成すると、幅方向の端部を適切な硬度とすることができる。

また、本発明の第５の態様に係る接合部材の製造方法は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る接合部材の製造方法において、 接合部分Ｆに、前記第二の焼き戻し電流Ａ３よりも小さい第三の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第三の焼き戻し工程を備える。

このように構成すると、前記第二の焼き戻し電流よりも小さい第三の焼き戻し電流を流して焼戻しを行うので、接合部分全体の硬度差が小さい接合部材を製造することができる。なお、電流値を徐々に下げながら、４回以上の焼き戻しを行なってもよい。複数回の放電を重ね、焼き戻しを行うことにより接合部分の端部と中央部の硬度差を少なく、より均一な硬度とすることができる。

上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図１を参照して示すと、 焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材Ｄと、金属材料で形成された第２の部材Ｅとを接合した接合部材Ｃ（図３）を製造する装置であって； 第１の部材Ｄに接触させる第１の電極１１と； 第２の部材Ｅに接触させる第２の電極１２と； 第１の部材Ｄ及び第２の部材Ｅの接合対象部分を加圧Ｐする（加圧の力をかける）（図５）加圧装置と； 第１の電極１１に接触した第１の部材Ｄの接合対象部分と、第２の電極１２に接触した第２の部材Ｅの接合対象部分とが接触した部分に電流を流して加熱を行う電源１５と； 前記加熱により接合された、第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとの接合部分に第一の焼き戻し電流Ａ２を流し、所定時間ｔ１経過後に第一の焼き戻し電流Ａ２よりも小さい第二の焼き戻し電流Ａ３を流すように電源１５を制御する制御装置５０とを備える。

このように構成すると、制御装置によって、加熱により接合された接合部分の焼き戻し電流の大小を制御することができるので、接合部分が適切な硬度の接合部材を製造することができる。

上記目的を達成するために、本発明の第７の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図１、図４、図８に示すように、第５の態様に係る接合部材製造装置によって接合部材を製造する方法であって； 第１の部材Ｄと第２の部材Ｅとを接合部材製造装置１に配置する部材配置工程Ｓ１と； 第１の電極１１と第２の電極１２との間にパルス状溶接電流Ａ１を流して前記第１の部材と前記第２の部材を接合する接合工程Ｓ２と； 第１の電極１１と第２の電極１２との間に第１の焼き戻し電流Ａ２を流して、接合工程Ｓ２で接合された接合部分Ｆを焼き戻す第１の焼き戻し工程Ｓ３と； 第１の電極１１と第２の電極１２との間に第１の焼き戻し電流Ａ２よりも小さい第２の焼き戻し電流Ａ３を流して接合部分Ｆを焼き戻す第２の焼き戻し工程Ｓ４とを備える。

このように構成すると、接合工程によって接合部分に焼きが入った場合に、第一の焼き戻し工程と第二の焼き戻し工程で接合部分全体に渡って焼き戻すことができ、接合部分が適切な硬度を有する接合部材を製造することができる。

本発明によれば、２つの部材を接合した際に接合部分に焼きが入った場合でも、接合部分が適切な硬度を有する接合部材を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法を実現するための電源装置を示す図であり（Ａ）は、電源回路の図、（Ｂ）は、電源回路中のスイッチ回路の図である。 本発明の実施の形態に係る部材Ｄと部材Ｅの接合を説明する図であり、（Ａ）は部材Ｄ及び部材Ｅの斜視図、（Ｂ）は部材Ｄ及び部材Ｅの断面図、（Ｃ）は接合部材Ｃの断面図である。 本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法の手順を示すフロー図である。 リングマッシュ（登録商標）接合の場合の放電の説明図である。 図５に示す接触部に相当する部分の拡大図である。ここでは既に接合された溶接完了部を示している。 リングプロジェクション接合の場合の部材の断面図である。 接合工程、焼き戻し工程での接合部の変化、挙動を説明する線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

本発明でいう「接合」は、典型的には固相接合である。固相接合とは、溶接技術の分野において用いられる技術用語の一つであり、接合面が固相面同士で接合される溶接方法の総称である。この方法では、固相面の接合にろう材などの溶融する材料を用いることなく、母材の融点以下の温度で接合部（溶接継手）の溶接を行う。このように、溶接とは言っても、接合対象の部材は溶融することなく接合される。あるいは、部分的に溶融することはあっても、接合強度は融点以下で接合された部分でもたらされる。便宜上本明細書で固相接合というとき、このように部分的に溶融する場合、特に以下で説明するリングマッシュ接合のエッジ部、あるいはプロジェクション接合のプロジェクションの先端部が部分的に溶融する場合も含むものとする。このような部分的な溶融は、典型的には通電開始直後だけに起こる。

二つの被接合部材を大きな接合強度で電気により接合する一つの方法として、リングマッシュ（登録商標）接合が知られている。この方法では、一方の被接合部の外径を他方の被接合部材の穴部の被接合部の内径よりも幾分大きくして重ね合わせ代とする。前記一方の被接合部材の被接合部を他方の被接合部材の穴部の被接合部に僅かに重なるように位置合わせし、その状態で両被接合部材を加圧しながら通電する。このようにすることによって、被接合部を塑性流動させ、一方の被接合部材を他方の被接合部材の穴部に押し込んで固相接合を行うものである。同様な接合方法に、プロジェクション接合がある。リングマッシュ接合とプロジェクション接合については、具体的に後述する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置１を説明する。図１は、接合部材製造装置１の概略構成図である。接合部材製造装置１は、第１の部材としての部材Ｄに接触させる第１の電極としての電極１１と、第２の部材としての部材Ｅに接触させる第２の電極としての電極１２と、溶接電源１５と、これらを収容する筐体３０と、制御装置５０とを備えている。ここで、接合部材製造装置１の詳細な説明に先立って、接合部材製造装置１で製造される接合部材の構成を例示する。

接合部材製造装置１は、部材Ｄ及び部材Ｅに対して、電極１１及び電極１２を用いて抵抗溶接を行うことができるように構成されている。電極１１は、上面に、部材Ｄが接触する第１接触面１１ｔが形成されている。第１接触面１１ｔは、典型的には平坦に形成されている。電極１１は、典型的には、第１接触面１１ｔが水平になるようにして筐体３０の底面に配置されている。電極１２は、電極１１の上方に配置されており、下面に、部材Ｅが接触する第２接触面１２ｔが形成されている。第２接触面１２ｔは、典型的には平坦に形成されている。電極１２は、第２接触面１２ｔが水平になるようにして、電極支持具（不図示）に支持されている。電極支持具（不図示）に支持された電極１２は、上下に移動することができ、また、電極１１に対して押圧することができるように構成されている。電極１１及び電極１２は、溶接電源１５に電気的に接続されている。

溶接電源１５は、電極１１及び電極１２に電流を供給する装置である。溶接電源１５は、本実施の形態では、商用交流電源や交流発電機等の交流電源に接続されており、交流電源から受電した交流電力を昇圧し整流する電源ユニットと、電気エネルギーを蓄電及び放電するコンデンサと、電源ユニット及びコンデンサから供給される電流を大電流に変換する溶接トランスと、溶接トランスの上流側に設けられたスイッチ部品とを有している。溶接電源１５は、コンデンサに充電したエネルギーを瞬時に放電することができるように構成されている。このため、溶接電源１５を用いた溶接では、短時間で大電流を得ることができ、熱影響の少ない溶接が可能となっている。また、溶接電源１５では、入力電源（交流電源）が比較的小さい容量で足りる。溶接電源１５は、第１の電極１１及び第２の電極１２に供給する電流の大きさを適宜設定することができるように構成されている。具体的な溶接電源１５は、後述する。

筐体３０は、電極１１、電極１２、溶接電源１５等の接合部材製造装置１を構成する機器を収容している。このように構成されていることで、接合部材製造装置１を、１つのユニットとして運搬しやすくなっている。筐体３０には、部材Ｄ及び部材Ｅ並びに接合部材Ｃを出し入れする開口３１が形成されている。

制御装置５０は、接合部材製造装置１の動作を制御する装置である。制御装置５０は、電極支持具（不図示）及びコイル支持具（不図示）とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、電極１２を個別に上下に移動させることができるように構成されている。また、制御装置５０は、溶接電源１５と信号ケーブルで接続されており、電極１１及び電極１２への電流の供給の有無及び供給する電流の大きさを制御することができるよう構成されている。制御装置５０は、典型的には筐体３０の内部又は外側で筐体３０に取り付けられているが、筐体３０から離れた場所に設置されて接合部材製造装置１を遠隔で操作するように構成されていてもよい。

次に、前述の溶接方法を実現するための回路例を図２により説明する。図２（Ａ）において、１５１は商用交流電源、１５２はダイオードブリッジ型整流器とサイリスタのような制御型スイッチとの組み合わせ、又はＩＧＢＴのような制御型スイッチを含むブリッジ型整流器などからなる充電回路、１５３は複数の電解コンデンサを直並列に接続してなるコンデンサ、１５４は１次巻線Ｎと２次巻線Ｓを有する通常の溶接トランス、１５５は溶接トランス１５４の１次巻線Ｎに直列接続されたサイリスタ、ＩＧＢＴ又はトランジスタのようなスイッチ、１５６はスイッチ５の駆動回路、１５７、１５８はそれぞれ溶接電極、１５９は溶接される二つの被溶接物である。

次に溶接動作について説明する。先ず、充電回路１５２は商用電力を整流して直流電力に変換し、コンデンサ１５３を第１の設定電圧まで充電する。この第１の設定電圧は、例えば４００Ｖである。コンデンサ１５３の充電電圧が第１の設定電圧に達すると、スイッチ１５５が駆動回路１５６からの駆動信号によりオンし、コンデンサ１５３の充電電荷を放電してトランス１５４の１次巻線Ｎにパルス状電流を流す。これに伴い、パルス状溶接電流Ｉがトランス１５４の２次巻線Ｓから溶接電極１５７と１５８間に加圧保持された被溶接物１５９に流れ、抵抗溶接を行う。

次に、スイッチ１５５がオフし、充電回路１５２によりコンデンサ１５３が第２の設定電圧、例えば４２０Ｖまで充電されると、再びスイッチ１５５は駆動回路１５６からの駆動信号によりオンし、コンデンサ１５３の充電電荷を放電してトランス１５４の１次巻線Ｎにパルス状電流を流す。このパルス状電流より２次側には、パルス状溶接電流Ｉよりもピーク値の大きなパルス状後熱用電流ｉが流れ、前述のように溶接された被溶接物１５９の焼き戻しを行う。コンデンサ１５３の充電電圧の値を制御することにより、パルス状電流のピーク値を調整することができる。ここで、パルス状後熱用電流ｉはパルス状溶接電流Ｉよりも電気エネルギーが大きく、かつそれと電流波形が相似である。

なお、図２（Ａ）の回路は、パルス状溶接電流Ｉとパルス状後熱用電流ｉをトランス１５４の１次巻線Ｎに同極性で流したが、トランスの磁心が一方向に強く励磁されてしまう偏磁を緩和するために、図２（Ｂ）に示すように極性転換回路と同様なスイッチ１５５Ａ〜１５５Ｄからなるスイッチ回路を設け、スイッチ１５５Ａと１５５Ｂ、スイッチ１５５Ｃと１５５Ｄそれぞれを対でオンさせることにより、トランス１５４の１次巻線Ｎに交互の方向のパルス状電流を流すことができる。さらに、スイッチ１５５Ａと１５５Ｂ、スイッチ１５５Ｃと１５５Ｄが２回交代で交互にオンするシーケンスを採用することにより、トランスの偏磁を無くすことができ、また１サイクル毎にトランスの磁心の磁束をほぼゼロ、あるいは固定値まで低減するリセット回路が不要になる。

ここでパルス状電流は、典型的には単一のパルス状電流である。そのパルス状電流は、例えば数万から数十万アンペアの電流ピーク値を有し、パルス幅は１０ミリ秒〜１００ミリ秒である。このパルス状電流により、被接合部材間の接合を確実に行うことができる。パルス状電流は例えば電磁誘導電流と比較して、掛かる時間が短い。また電磁誘導電流では、材料の表面からの通電になってしまうが、パルス状電流によれば、材料の内部に直接通電できるので、局部的な加熱を可能とする。すなわち、意図しない部分を加熱してしまう可能性が低い。

図３（Ａ）は、第１の部材としての部材Ｄ及び第２の部材としての部材Ｅの斜視図である。図３（Ｂ）は、部材Ｄ及び部材Ｅの断面図である。図３（Ｃ）は、接合部材Ｃの断面図である。接合部材Ｃは、部材Ｄと部材Ｅとが溶接された部品である。本実施の形態では、部材Ｄがリング状に形成されており、部材Ｅが円柱状に形成されているとして説明する。部材Ｄは、厚い円板状の中心に、円柱状の中空部分Ｄｈが形成されている。部材Ｄの円板の外周と中空部分Ｄｈの円周とは、同心円となっている。部材Ｄは、端面Ｄｓと中空部分Ｄｈとの角部が面取りされて第１接合面Ｄｆが形成されている。第１接合面Ｄｆは、部材Ｄの接合対象部分に相当する。部材Ｄは、本実施の形態では、リング状に形成された低炭素鋼に対して、表面が浸炭処理された浸炭鋼で構成されている。このため、部材Ｄは、内部は軟らかくて粘り強い組織であり、表面は硬くて加熱されたときに焼きが入り得る部材となっている。ここで、焼きが入り得るとは、所定の条件を充足したときに焼きが入る程度の炭素を含有することであり、典型的には溶接する際の加熱で焼きが入るが、溶接前に（例えば浸炭鋼製造工場で）加熱されて既に焼きが入っていてもよい。所定の条件は、例えば溶接機の仕様や部材Ｄとする材料種によって異なる。

部材Ｅの外径は、部材Ｄの中空部分Ｄｈの直径よりも一回り大きく形成されている。部材Ｅは、端面と側面との角部が面取りされて第２接合面Ｅｆが形成されている。第２接合面Ｅｆは、部材Ｅの接合対象部分に相当する。第２接合面Ｅｆは、部材Ｄの第１接合面Ｄｆと面で接触するように形成されている。部材Ｅは、本実施の形態では、鋳鉄で構成されている。接合部材Ｃは、本実施の形態では、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとが固相接合されることで構成されている。固相接合は、前述のように、融点以下の温度で行う溶接であり、本実施の形態では抵抗溶接により行われている。本実施の形態では、リング状に形成された第１接合面Ｄｆと、第２接合面Ｅｆとの接合が全周にわたってほぼ均一に行われる。このようなリングの部材を含む接合の特徴を例示すると、位置決めが容易で治具が簡単、接合面の形状が簡単で加工コストが安価、接合が短時間で完了してサイクルタイムが短い、熱歪みが少なく接合後の寸法精度を得やすいことが挙げられる。接合部材Ｃは、ギヤやシャフト等の大型駆動系部品として利用することができる。

次に図４を参照して本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法についてまず簡単に説明する。符号については適宜図１及び図３を参照することとする。ここで説明する接合部材Ｃの製造方法は、これまで説明した接合部材製造装置１で行われることとする。すなわち、以下の説明は、接合部材製造装置１の作用の説明を兼ねている。なお、接合部材Ｃの製造は、接合部材製造装置１を作動させること以外の手法で行うことも可能である。

ここで説明する方法は、第１の部材としての焼きが入り得る金属材料である、例えば浸炭材で形成された部材Ｄと、同じく第２の部材としての部材Ｅを接合した接合部材Ｃを製造する方法である。まず、接触配置工程では、部材Ｄの接合対象部分と部材Ｅの接合対象部分とを接触させて前記第１の部材及び前記第２の部材を配置する（工程Ｓ１）。接触、配置された部材Ｄと部材Ｅの接合対象部分に接合用の接合電流を流して、両部材を接合する。接合工程（工程Ｓ２）である。第１の所定の時間経過後に、接合された部材Ｄと部材Ｅとの接合部分に、第一の焼き戻し電流を流す。第一の焼き戻し工程（ステップＳ３）である。さらに、第２の所定の時間をおいて、接合部分に、第一の焼き戻し電流よりも小さい第二の焼き戻し電流を流す。第二の焼き戻し工程（Ｓ４）である。ここでは、部材Ｄが焼きの入り得る金属材料であるとしたが、部材Ｅの方が焼きの入り得る金属材料であってもよく、さらに双方ともに焼きが入り得る金属材料であってもよい。

接合工程では、部材Ｄと部材Ｅの接合対象部分を加圧しながら接合電流を流すとよい。加圧により塑性流動が起きやすくなる。接合工程は、典型的には、金属材料で形成された部材Ｄと部材Ｅとの接触抵抗によって発生するジュール熱によって接合する抵抗溶接である。ここで抵抗溶接は溶接と呼ぶが、前述のように、典型的には溶融を伴わない固相接合である。

接触配置工程で部材Ｅを部材Ｄに接触させる際の部材Ｅの降下、接合工程、２回の焼き戻し工程での電流の大小の制御、所定の時間の調整、加圧は制御装置５０によって行われる。

接合電流、第一の焼き戻し電流そして第二の接合電流の相対的大小関係の具体例については、後述する。

図５及び図６を参照して、接合する際の電流の流れと接合部分を説明する。
図５はリングマッシュ（登録商標）接合の場合の放電の説明図である。電極１２に加圧力Ｐをかけながら、部材Ｅに接触した電極１２から部材Ｄに接触した電極１１に向けて電流Ａを流す。電流は両部材の接触部Ｊを通って流れ、接触部Ｊを加熱して接合し接合部とする。本実施の形態では、前述のように溶接電源１５にコンデンサが含まれていて電気エネルギーを瞬時に放出するため、短時間（例えば数十ミリ秒）で比較的大きな電流が得られ、第１の接合面Ｄｆと第２の接合面Ｅｆとが固相接合される（以下、第１接合面Ｄｆと第２接合面Ｅｆとの溶接が完了した接合部を「溶接完了部Ｆ」という）。ここで、部材Ｄの方が焼きが入り得る金属材料でできている場合は、溶接完了部Ｆの第１接合面Ｄｆ側は、溶接時の加熱によって焼きが入った状態になる。焼きが入ると、硬度が上がるが（例えばビッカース硬さ８００程度）、衝撃に弱くなるので、割れが生じるおそれがある。

従来は、焼きが入ることに起因して割れが発生する可能性が生じることを排除するために、焼きが入り得る浸炭層を、接合する部分及びその周辺だけ除去していた。しかし、浸炭層は非常に硬いため、浸炭層の除去には多大な手間がかかっていた。接合部の焼き入れを防ぐための代替えの手法として、浸炭する際に浸炭層が形成されないようにする防炭処理があるが、防炭処理にも多大な工数がかかる。このように、接合する部分に浸炭層が形成されないようにするには多大な手間がかかるため、接合する部分に浸炭層が形成されたまま溶接したうえで、焼き入れによる割れの発生を抑制することを考えると、溶接で接合した後に接合部に再度電流を流して焼き戻しを行うことが挙げられる。しかし、接合部に再度電流を流して焼き戻しをしても、製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまでビッカース硬さが下がらない場合がある。本発明者らは、接合する部分に浸炭層が形成されたまま溶接して焼きが入った場合でも、以下の処理を行うことにより、接合部を製品としての接合部材Ｃに求められる硬さまで下げることができることを、又は、少なくとも接合部に焼き入れされた部分が残らないようにすることができることを見出した。以下に、本実施の形態に係る接合部材の製造方法における溶接に続く工程を説明する。

図６は、図５に示す接触部Ｊを含む部分Ｘの拡大図である。ここでは既に接合されて溶接完了部Ｆとなっている。本実施の形態は、リングマッシュ（登録商標）接合の場合であり、部材Ｄは円形の穴が形成された被接合部材である。部材Ｅはその穴に押し込まれる円形の被接合部材である。したがって、接触部Ｊ又は溶接完了部Ｆは、環状に連続した帯状を呈している。環状であるから、長さ方向には端部がない。幅方向は帯の幅方向であり、この幅は、本実施の形態では溶接完了部Ｆの幅ｗであり、この大きさは、通常は１〜１０ｍｍ、典型的には１．５〜８ｍｍ、さらに典型的には２〜６ｍｍである。なお、別の実施の形態では、長さ方向が有限長さの細長形状であってもよい。

ここで、溶接完了部Ｆは、その中央部Ｆ１とその中央部Ｆ１を挟む両端部Ｆ２、Ｆ３に分けることができる。溶接完了部Ｆは、接合工程Ｓ２、第１の焼き戻し工程Ｓ３、第２の焼き戻し工程Ｓ３の各工程で、以下に説明するように硬度が変化する。

なお、図７に示すように、プロジェクション接合であってもよい。第一の部材としての部材Ｄ２に第二の部材としての部材Ｅ２を接合する。部材Ｅ２は円環状のプロジェクション（突起）Ｅ２ｆが形成されており、プロジェクション（突起）Ｅ２ｆを加圧力で部材Ｄ２に押し付けて接合する。この場合は、溶接完了部Ｆは平面上に形成されているが、中央部Ｆ１、中央部Ｆ１を挟む両端部Ｆ２、Ｆ３に分けることができる点はリングマッシュ（登録商標）接合の場合と同様である。

図８の線図を参照して、接合工程、焼き戻し工程での接合部の変化、挙動を説明する。
（Ａ）は、各工程における電流、各工程における接合部中央部の温度、各工程における端部の温度を示す線図である。（Ｂ）は、各工程における接触部、溶接完了部の対応を示す図である。
まず接合工程Ｓ２で、電流値Ａ１を放電し接触部Ｊを接合する。電流値Ａ１は接触部Ｊの中央部Ｊ１の温度が変態点(オーステナイトになる温度)（焼き入れ温度下限値）ＴＱよりも高いＴ１１になる値に設定する。接合工程Ｓ２では、両端部Ｊ２、Ｊ３は電流密度が中央部Ｊ１よりも高くなるためジュール熱（Ｒｉ２）による発熱が大きく、さらには放熱（熱伝導）が小さく熱が篭るため、中央部Ｊ１と比べて高い温度Ｔ２１となる（Ｔ１１＜Ｔ２１）。本実施の形態では、温度Ｔ１１は温度ＴＱよりも高いだけでなく、被接合部材の融点よりも低い温度とする。典型的には、温度Ｔ２１も融点よりも低い。
接合工程Ｓ２では、接触部Ｊ全体（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）がＴＱより高い温度となるので、冷却にしたがって接触部Ｊ全体が焼き入れ状態となる。この部分は接合され溶接完了部Ｆ（中央部Ｆ１、両端部Ｆ２、Ｆ３）となる。

次に第一の焼き戻し工程Ｓ３を行う。このときの電流値Ａ２は、中央部Ｆ１の温度が焼き戻し温度（変態点ＴＱよりも若干低い温度）となるＴ１２になる値に設定する。電流Ａ２は電流Ａ１の後、所定時間ｔ１経過後に流す。この所定時間ｔ１は、溶接完了部Ｆが冷却され全体が焼き入れ状態となるに十分な時間であり、一の実施の形態では１〜１０ｓｅｃであり、好ましくは１．５から８ｓｅｃ、さらに好ましくは２〜６ｓｅｃである。この時間が１ｓｅｃより短いと冷却が十分に行われず、長くしすぎると生産性が落ちる。この所定の時間ｔ１は被接合部材の材質、形状、電流値Ａ１等に基づいて適宜決定する。事前に試料で測定を行い、適切な時間間隔を決定し制御部５０に保存しておくとよい。時間間隔は、電流Ａ１とＡ２の流し始め時点同士の間隔とすると分かり易い。但しピーク同士の間隔としてもよい。

第一の焼き戻し工程Ｓ３では、接合工程Ｓ２の際と同様に、両端部Ｆ２、Ｆ３の温度Ｔ２２は中央部Ｆ１と比べて高い温度Ｔ２１となる（Ｔ２１＜Ｔ２２）。温度Ｔ２２は、温度ＴＱを超えることがある。したがって、冷却とともに中央部Ｆ１は焼き戻しされるが、両端部Ｆ２、Ｆ３は再度焼き入れされた状態となる。

次に第二の焼き戻し工程Ｓ４を行う。このときの電流値Ａ３は、両端部Ｆ２、Ｆ３の温度Ｔ２３が焼き戻し温度（変態点ＴＱよりも若干低い温度）になる値に設定する。電流Ａ３は電流Ａ２の後、所定時間ｔ２経過後に流す。この所定時間ｔ２は、溶接完了部Ｆの中央部Ｆ１が冷却され焼き戻し状態となるに十分な時間であり、時間ｔ１よりも短いが、便宜上、時間ｔ１と同じ値に設定してもよい。

第二の焼き戻し工程Ｓ４では、中央部Ｆ１の温度Ｔ１３は両端部Ｆ２、Ｆ３の温度Ｔ２３と比べて低いので、第一の焼き戻し工程Ｓ３で焼き戻された状態が維持される（Ｔ１３＜Ｔ２３）。冷却とともに中央部Ｆ１は十分な焼き戻し状態となり、両端部Ｆ２、Ｆ３は軽い焼き戻し状態となる。

このようにして、溶接完了部Ｆ全体（中央部Ｆ１、両端部Ｆ２、Ｆ３）を焼き戻し状態とすることができる。言い換えれば、接合部中心（中央部）は十分に硬度が下がり、端部は接合部中心より硬度が高い浸炭焼戻し組織(通常の浸炭処理の組織)となる。本実施の形態に係る接合部材製造装置１及び接合部材の製造方法によれば、溶接完了部Ｆを製品としての接合部材に求められる硬さまで下げつつ割れの発生を抑制することができる。

さらに、接合完了部Ｆに、第二の焼き戻し電流Ａ３よりも小さい第三の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第三の焼き戻し工程（不図示）を備えてもよい。また、電流値を徐々に下げながら、４回以上の焼き戻しを行なってもよい。このようにすることによって、接合部分全体の硬度差が小さい均一な硬度の接合部を有する接合部材を製造することができる。

電流値Ａ１、Ａ２、Ａ３は、被接合材料ごとに試料を使って前もって測定し、制御装置５０に設定値として記憶しておく。制御装置５０は電流値を各工程に適した設定値に制御する。一の実施例では、Ａ１＝２４７ｋＡ、Ａ２＝２９８ｋＡ、Ａ３＝２５６ｋＡとして好ましい結果が得られた。

本発明の実施の形態によれば、第一の焼き戻し工程、第二の焼き戻し工程を、誘導加熱装置等を用いることなく、簡便に、接合工程と同じ抵抗溶接機を用いて、同様な工程で、電流値を変えることにより行う。このようにして溶接部分が適切な硬度を有する接合部材を得ることができる。接合部材製造装置は、同じ電極を用いて電流値を適切に変えるように制御する制御装置を備えることにより、溶接部分が適切な硬度を有する接合部材を得ることができる簡便な装置を得ることができる。

以上の説明では、溶接電源１５が、コンデンサに充電したエネルギーを瞬時に放電することができるように構成されていることとしたが、コンデンサ式以外の溶接機で用いられる電源構成であってもよい。

以上の説明では、部材Ｄがリング状に形成され、部材Ｅが中実の円柱状に形成されているとしたが、部材Ｅは中実のみならず中空であってもよく、あるいは、部材Ｄ及び／又は部材Ｅの形状はこれら以外の形状であってもよい。また、部材Ｄが浸炭鋼であるとしたが、浸炭処理されていなくても溶接によって焼きが入ることがある高炭素鋼で構成されていてもよい。また、部材Ｄは、溶接によって焼きが入るとしたが、溶接する前から焼きが入っている材料を用いて接合部材Ｃを製造してもよい。また、部材Ｄと部材Ｅとは異種金属であっても、同種の金属であってもよい。

１ 接合部材製造装置
１１ 第１の電極
１１ｔ 第１接触面
１２ｔ 第２接触面
１２ 第２の電極
１５ 電源
３０ 筐体
３１ 開口
５０ 制御装置
１５１ 商用交流電源
１５２ 充電回路
１５３ コンデンサ
１５４ トランス
１５５ スイッチ
１５６ はスイッチ５の駆動回路
１５７、１５８ 電極
１５９ 接合対象部材（被溶接物）
Ａ 接合電流
Ａ１ 接合電流
Ａ２ 第一の焼き戻し電流
Ａ３ 第二の焼き戻し電流
Ｃ 接合部材
Ｄ 第１の部材
Ｄ２ プロジェクション接合用の第一の部材
Ｄｈ 中空部分
Ｄｓ 部材Ｄの端面
Ｄｆ 第１接合面
Ｅ 第２の部材
Ｅｆ 第２接合面
Ｅ２ プロジェクション接合用の第二の部材
Ｅ３ｆ プロジェクション
Ｆ 接合部分（溶接完了部）
Ｆ１ 溶接完了部の中央部
Ｆ２、Ｆ３ 溶接完了部の端部
Ｊ 接合対象部分（接触部）
Ｊ１ 接触部の中央部
Ｊ２、Ｊ３ 接触部の端部
Ｊｆ 対向辺側領域
Ｊｎ 一辺側領域
Ｐ 加圧（加圧力）
Ｓｆ 対向辺
Ｓｎ 一辺
Ｓ１ 接触配置工程
Ｓ２ 接合工程
Ｓ３ 第一の焼き戻し工程
Ｓ４ 第二の焼き戻し工程
ｔ１、ｔ２ 所定時間
ＴＱ 変態点(オーステナイトになる温度)（焼き入れ温度下限値）
Ｔ１１ 接合工程における接触部の中央部の温度
Ｔ２１ 接合工程における両端部の温度
Ｔ２２ 第一の焼き戻し工程における中央部の温度
Ｔ１２ 第一の焼き戻し工程における両端部の温度
Ｔ１３ 第二の焼き戻し工程における中央部の温度
Ｔ２３ 第二の焼き戻し工程における両端部の温度
ｗ 溶接完了部の幅

Claims (7)

1. 焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材と、金属材料で形成された第２の部材とを接合した接合部材を製造する方法であって；
   前記第１の部材の接合対象部分と前記第２の部材の接合対象部分とを接触させて前記第１の部材及び前記第２の部材を配置する接触配置工程と；
   前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分に接合用のパルス状溶接電流を流し前記第１の部材と前記第２の部材を接合する接合工程と；
   前記第１の部材と前記第２の部材とが接合された接合部分に、第一の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第一の焼き戻し工程と；
   前記接合部分に、前記第一の焼き戻し電流よりも小さい第二の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第二の焼き戻し工程とを備える；
   接合部材の製造方法。
2. 前記接合工程は、前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加圧しながらパルス状溶接電流を流す抵抗溶接工程である；
   請求項１に記載の接合部材の製造方法。
3. 前記パルス状溶接電流は、前記第一の焼き戻し電流よりも小さい；
   請求項１又は請求項２に記載の接合部材の製造方法。
4. 前記接合部分は長さ方向と前記長さより短い幅方向を有し、前記第一の焼き戻し工程では前記幅方向の中央部の焼き戻しを行い、前記第二の焼き戻し工程では、前記中央部を挟む両端部の焼き戻しを行う、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接合部材の製造方法。
5. 前記接合部分に、前記第二の焼き戻し電流よりも小さい第三の焼き戻し電流を流して焼戻しを行う第三の焼き戻し工程を備える；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の接合部材の製造方法。
6. 焼きが入り得る金属材料で形成された第１の部材と、金属材料で形成された第２の部材とを接合した接合部材を製造する装置であって；
   前記第１の部材に接触させる第１の電極と；
   前記第２の部材に接触させる第２の電極と；
   前記第１の部材及び前記第２の部材の接合対象部分を加圧する加圧装置と；
   前記第１の電極に接触した前記第１の部材の接合対象部分と、前記第２の電極に接触した前記第２の部材の接合対象部分とが接触した部分にパルス状溶接電流を流して加熱を行う電源と；
   前記加熱により接合された、前記第１の部材と前記第２の部材との接合部分に第一の焼き戻し電流を流し、所定時間経過後に前記第一の焼き戻し電流よりも小さい第二の焼き戻し電流を流すように前記電源を制御する制御装置とを備える；
   接合部材製造装置。
7. 請求項６に記載の接合部材製造装置によって前記接合部材を製造する方法であって；
   前記第１の部材と前記第２の部材とを前記接合部材製造装置に配置する部材配置工程と；
   前記第１の電極と前記第２の電極との間にパルス状溶接電流を流して前記第１の部材と前記第２の部材を接合する接合工程と；
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に第１の焼き戻し電流を流して、前記接合工程で接合された接合部分を焼き戻す第１の焼き戻し工程と；
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記第１の焼き戻し電流よりも小さい第２の焼き戻し電流を流して前記接合部分を焼き戻す第２の焼き戻し工程とを備える；
   接合部材の製造方法。

Images