(57)【要約】【課題】ミッションオイルパン素材等、めっき鋼板に設けた穴に当該穴を塞ぐように取り付けた口金等の金属体を密封溶接する際、この金属体をめっき鋼板の穴に、強固に、かつ高い密封度で溶接接合する。【解決手段】めっき鋼板に打抜き穴を開け、当該打抜き穴に金属体を差し込んだ後、当該金属体と前記めっき鋼板との間に溶接電流を流して両者を抵抗溶接する溶接方法であって、打抜き穴の内径より大きな外径となるような環状の突起を設けた金属体を押込むことによって、当該打抜き穴を前記金属体で閉じた状態とし、押し込み中もしくは押し込んだ後に両者間に溶接通電することを特徴とするめっき鋼板へのプロジェクション溶接接合用金属体及び接合方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき鋼板に打抜き穴を開け、当該打抜き穴に金属体を差し込んだ後、当該金属体と前記めっき鋼板との間に溶接電流を流して両者を抵抗溶接することにより打抜き穴を溶接密閉するためのプロジェクション溶接接合用金属体であって、
金属体の差し込み方向先端部に段差を設け、該段差部に段差部の外径が打抜き穴の内径より大きくなるような突起を設けたことを特徴とするプロジェクション溶接接合用金属体。
【請求項２】
前記突起は、金属体の差し込み方向先端部において、周方向に連続した環状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクション溶接接合用金属体。
【請求項３】
めっき鋼板に打抜き穴を開け、当該打抜き穴に金属体を差し込んだ後、当該金属体と前記めっき鋼板との間に溶接電流を流して両者を抵抗溶接する溶接接合方法であって、
金属体の差し込み方向先端部に段差を設け、該段差部に打抜き穴の内径より大きな外径となるような環状の突起を設けた金属体を押込むことによって、打抜いたままの穴を前記金属体で閉じた状態とし、押し込み中もしくは押し込んだ後に両者間に溶接通電することを特徴とするめっき鋼板への金属体のプロジェクション溶接接合方法。
【請求項４】
通電の際、めっき鋼板と金属体を電極で挟み、電極により加圧した状態で溶接電流を流す請求項３に記載のめっき鋼板への金属体のプロジェクション溶接接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき鋼板に設けた穴に、当該穴を塞ぐように金属体を取り付けて密封溶接するための金属体、及びその接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばミッションオイルパン等においては、所要の容器形状に成形した金属板の所要個所に口金が密封接合されている。密封接合する理由は、接合部からオイル類が漏出することを避けるためであり、そのための接合法としてはプロジェクション溶接が採用される。このとき、特許文献１の図１に記載されているように一般的にはオイルパンに穴を開け、この穴の上に環状の突起（プロジェクション）を接合面に設けた口金を配置し、電気抵抗による発熱と加圧力によって突起が溶融することによって、口金とオイルパンの間を密封溶接するのである。また、予め所望の形状に成形された金属板に溶接することが多くなっている。
【０００３】
通常、金属体に付与される円周状の突起は接合面に対して平行となるように設計される。
一般的に、金属板に強固に、かつ高い密封度で溶接接合するには、金属板に対して円周形状の突起が隙間なく当接し、かつ、溶接時に接合部材同士の接合部全体に溶接用電極の加圧が均等に加わるようにすることが肝要である。しかし、金属板は事前に成形を受けているため、円周形状の突起に対して均等な加圧を得ることは困難である。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２では、同文献の図１に示すように、突合せ接合する接合部材１，２の一方の端部に傾斜面または凸形状で２面以上の傾斜面もしくはＲ面を有し、他方の接合部材の端部が当該凸形状で２面以上の傾斜面またはＲ面に突合せられた状態で電極３，４により加圧し、溶接電流を通電して発熱させて溶融接合することを提案している。
この特許文献２の方法では、先ず凸形状部の突合せ面が接合部材の電気抵抗と接合部材同士の接触抵抗で発熱して溶融し、ついで接合面全体が発熱し接合部材の接合面全体が軟化または溶融する。この時に接合面の形状は変形とともに滑りが発生し形状が変化し接合面全体が接合する、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４２３６１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７７７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献２に記載の方法を採用しようとすると、少なくともどちらか一方の接合面に凸形状部や傾斜面を設ける機械加工が必要となり、溶接前の工程が増えて手間がかかり、結果的にコスト高となってしまう。また、溶融して接合している面積を広く確保しないと、接合力が得られない。接合面積を広く確保するためには、通電電流を大きくしたり、通電サイクル数を増やしたりしている。このため、溶接による入熱を大きくすることになっている。
【０００７】
近年、ミッションオイルパンには耐食性改善のために合金化溶融Ｚｎめっき鋼板等のめっき鋼板が用いられるようになってきた。しかし、これらのめっき鋼板はめっき層の融点が低く、入熱を大きくすると溶接部近傍で表面荒れや溶融、合金化などの悪影響につながることがある。  
殊に、被溶接製品がミッションオイルパン等であって、口金部を溶接した箇所が、流体（溶液や、油、ガソリンなど）に対する封止性を要求される場合、表面の荒れはシール性の低下につながる虞がある。さらに、口金を溶接した面と反対の面にはゴム等のパッキンを介してボルト状の栓が締め付けられるため、口金を溶接した面の裏面側の表面が荒れるとシール性の低下につながる虞がある。
【０００８】
最近、ＺｎにＡｌとＭｇを複合添加してさらに耐食性を改善した溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板や溶融Ｚｎ−１１質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板が開発され、自動車部品等に用いられるようになってきたが、例えば溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板ではめっき層の融点が約３８０℃と低く、表面荒れが発生しやすいため、ミッションオイルパン等の高い密封度が要求される用途には使用できなかった。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、めっき鋼板に設けた穴の端面に対して、溶接する金属体の突起部分を突き当てることによって、この金属体をめっき鋼板の穴に強固に、かつ高い密封度で溶接接合する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のめっき鋼板への金属体の溶接接合方法は、その目的を達成するため、めっき鋼板に打ち抜き穴を開け、金属体の差し込み方向の先端に段差を設け、この段差部の側面に突起を設けた当該金属体をめっき鋼板の打抜き穴に差し込んだ後、当該金属体の段差部の突起と前記めっき鋼板の打ち抜き穴のめっき層がない端面との間に溶接電流を流して両者を抵抗溶接することを特徴とする。なお、段差部の側面に設けた突起は、金属体の先端部において周方向に連続した環状に設けられていることが好ましい。また、前記金属体の段差部の突起の断面形状は、三角、台形、半円などが好ましく、打抜き穴径に応じて突起高さを調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のめっき鋼板への金属体のプロジェクション溶接接合方法では、予め開けられためっき鋼板の打抜き穴に、差し込み方向の先端部に段差を設け、この段差部に突起を設けた金属体を差し込んで通電し溶接している。打抜き穴の端面はめっき層がなく鋼材が露出しており、差し込む金属体側に設けた突起（プロジェクション）がこの鋼材が露出している端面と点接触部を形成するから、まず、この点接触部から発熱、溶融が開始し、加圧によって溶融部が変形した後、接合面全体が発熱、溶融することになるため、従来法よりも低入熱で強固な接合部を得ることができ、しかも溶接部近傍および裏面側でのめっき表面の荒れも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明方法を説明する概念図
【図２】本発明方法を説明する概念図
【図３】本発明方法の手順を説明する概念図
【図４】本発明方法に用いる金属体の突起の形状を説明する図
【図５】従来方法を説明する概念図
【図６】押込み試験の概要を説明する図
【図７】表面粗さの測定箇所を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記したように、例えばミッションオイルパン等を作製するに当たっては、図５に示すように平らな金属板に穴を開け、金属体に穴径より大きな円周状の突起を設け、その突起と金属板の接触部で抵抗発熱による接合を行っている。また、予め所望の形状に成形された金属板に溶接することが多くなっている。そして、金属板の所要個所に口金を密封接合する方法として抵抗溶接法が採用されている。
金属体に付与される円周状の突起は接合面に対して平行となるように設計される。
一般的に、金属板に強固に、かつ高い密封度で溶接接合するには、金属板に対して円周形状の突起が隙間なく当接し、かつ、溶接時に接合部材同士の接合部全体に溶接用電極の加圧が均等に加わるようにすることが肝要である。しかし、金属板は事前に成形を受けているため、円周形状の突起に対して均等な加圧を得ることは困難である。
【００１３】
特にめっき鋼板を用いてミッションオイルパン等を製造しようとした場合、口金となる金属体を溶接した箇所が、流体（溶液や、油、ガソリンなど）に対する封止性を要求される場合、表面の荒れは封止性の低下につながる虞がある。
そこで、本発明者らは、口金等の金属体をめっき鋼板の穴に、強固に、かつ高い密封度で、めっき層に悪影響を及ぼすことなく溶接接合する方法について鋭意検討を重ねる過程で、本発明に到達した。
以下にその詳細を説明する。
【００１４】
まず、めっき鋼板に設けた打抜き穴の打抜き端面と金属体の側面との当接を密に行わせるために、図１に示すように、金属板に設ける打抜き穴の内径D0を、差し込む金属体の外径DNよりも大きくすることにした。
予め設けた打抜き穴は、単に打ち抜いただけの垂直端面でよい。すなわち、前記特許文献２で見られたような、溶接前に凸形状部や傾斜面を設ける機械加工は不要である。この打抜き端面がめっき層のない状態となることにより、めっき付着量の影響を受けることなく、溶接条件を決められる。
【００１５】
金属体を差し込み易くするために、金属体に設ける突起は三角、台形、半円などの形状であることが好ましく、めっき鋼板の板厚等によって適宜選択される。当該突起を含めた外径D1は、めっき鋼板に設ける打抜き穴の内径D0よりも大きくする。すなわち、D1（突起頂点の外径）＞D0（打抜き穴内径）＞DN（金属体の下端外径）とする。
【００１６】
次に、金属体を差し込むのであるが、差し込んだ際にめっき鋼板と金属体とが密に当接し、差し込んだ金属体がめっき鋼板の裏面にまで突出することがないようにする。このため、金属体の差し込み方向の先端に段差部を形成しておく。その段差部の高さはめっき鋼板の厚さと同程度としておくことが好ましい。そして先端の外径は前記のDNとしておく。
【００１７】
その後、金属体を打抜き穴に押し込んで、すなわち金属体に設けた突起を押しつぶすように圧入することにより、めっき鋼板と金属体の嵌め合せ部を確実に接触させ、めっき鋼板と金属体を電極で挟み、電極により加圧した状態で溶接電流を流して溶接する。前記のように、環状の突起を設けることにより、めっき鋼板の端面と金属板外側面の当接は線接触となる。このため、低電流であっても確実に初期の発熱・溶融部ができる。これにより、適正溶接条件範囲は低電流、低加圧力、短時間側に拡大できるので、表面荒れを抑制して強固で密封度の高い溶接接合部が得られる。また、低電流、低電圧は電極寿命の延長、短時間はタクトタイムの短縮につながる。
上記一連の手順は、図３に示す通りである。
【００１８】
溶接接合するめっき鋼板は耐食性に優れた電気Ｚｎめっき鋼板、溶融Ｚｎめっき鋼板、合金化溶融Ｚｎめっき鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板、溶融Ａｌめっき鋼板、溶融Ａｌ−Ｓｉ合金めっき鋼板等を用いることができる。
【００１９】
これらのめっき鋼板の内、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板は低コストで優れた耐食性が得られるので好適である。めっきの組成は質量％で、Ａｌ：４．０〜２２．０％、Ｍｇ：０．０５〜１０．０％残部Ｚｎおよび不可避的不純物が好適である。Ａｌ濃度とＭｇ濃度がこれ以下では耐食性改善効果が小さく、Ｍｇ濃度がこれ以上では溶融めっき時のドロスが大量に発生して生産性が阻害される。また、Ａｌ濃度がこれ以上ではめっき層と鋼板界面に脆いＦｅ−Ａｌ合金相が厚く生成してめっき密着性が低下する。また、耐食性やめっき密着性改善のためにＴｉを最大０．１０質量％、Ｂを最大０．０５質量％、Ｓｉを最大２.０質量％添加してもよい。
【００２０】
金属体の材質に制限はない。通常の電流、加圧力で抵抗溶接できる金属、合金であれば種類を問わない。鋼材であってもよいし、鋼板に銅合金製の口金を溶接接合するような鋼材‐銅合金の接合物でも良い。
【実施例】
【００２１】
表１に示すめっき鋼板にD0＝１８．５、１８．６、１８．７、１８．８、１８．９ｍｍとなる打抜き穴を設けた。このめっき鋼板に、図１に示す形状で、DN＝１８ｍｍの段差部に０．５mm高さの環状の突起を付与した金属体（D1＝１９mm）を表２に示す溶接条件でプロジェクション溶接した。なお、金属体の突起の形状、寸法は図４に示すように、三角、台形、半円とした。
比較例として、図５に示すように従来法により三角形の突起を接合面に対して平行に設けた金属体（D1＝１４mm）も表２に示す条件でプロジェクション溶接した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
溶接後、図６に示す押込み試験により溶接強度の評価を行った。ミッションオイルパンでは押込み荷重２ｋN以上であれば接合強度良好とされていることから、押込み荷重２ｋN以上を接合強度良好と判定した。
【００２５】
図７に示すように、溶接部裏面の溶融部の表面粗さを測定し、封止性を調査した。図７（a）に示すように、本発明法では熱影響範囲が打抜き穴から２ｍｍまでであるのでこの範囲の表面粗さを測定した。また、図７（ｂ）の従来法では熱影響範囲が打抜き穴から４ｍｍまでの範囲であるのでこの範囲の表面粗さを測定した。測定方向は図７（ｃ）に示す８方向とした。ミッションオイルパンでは最大粗さＲmax．が０．２ｍｍ以下であれば封止性良好とされていることから、Ｒmax．０．２ｍｍ以下を封止性良好と判定した。表３〜表６に押し込み荷重と表面粗さの測定結果を示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
【表６】
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【００３０】
表３〜表５の本発明例No.１〜４８ではいずれのめっき鋼板でも前記の押し込み荷重と表面粗さの両方法の基準を満足し、接合強度、封止性ともに良好と判定された。しかし、本発明の突起を付与した金属体でもＮｏ．４９〜６４のように溶接電流、加圧力が低く、通電時間が短い場合は押し込み荷重が小さく接合強度不足で、溶接電流が高く、通電時間が長い場合は表面粗さが大きく封止性不良であった。  
【００３１】
一方、表６に示す従来法による比較例では、Ｎｏ．６６、７１は前記の押し込み荷重と表面粗さの両方法の基準を満足し、接合強度、封止性ともに良好と判定された。しかし、それ以外では押し込み荷重、表面粗さのどちらかが前記の基準を満足できず、従来法では接合強度、封止性ともに満足する条件範囲が狭い。
【符号の説明】
【００３２】
１  金属体
２  めっき鋼板
３  突起
４  押込みパンチ
５  押込みダイ
６  打抜き穴
DN  金属体の下端外径
D1   突起頂点の外径
D0   打抜き穴内径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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