(57)【要約】【課題】従来のプロジェクション溶接では、溶接以外に保護部材が必要であり、複雑である。余分な工程が必要である。溶接箇所が複雑な場合、溶接と同時に保護部材を形成する必要がある。【解決手段】突起と上記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、開口を有する第２金属板と、上記開口と上記突起と上記第１凹部とに渡って位置する接合部と、を含む金属接合構造体を用いる。また、突起と上記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、開口を有する第２金属板と、を上記開口と上記突起と上記第１凹部とを接触させ、上記第１金属板と上記第２金属板との間で電流を流し接合部を形成する金属接合方法を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起と前記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、
開口を有する第２金属板と、
前記開口と前記突起と前記第１凹部とに渡って位置する接合部と、を含む金属接合構造体。
【請求項２】
前記突起の頂角が、９０度より広い請求項１記載の金属接合構造体。
【請求項３】
前記第１金属板と前記第２金属板とは、前記突起と前記第１凹部と前記開口とを除く部分では、隙間なく接触している請求項１または２記載の金属接合構造体。
【請求項４】
前記第１金属板の第１面に前記突起があり、前記突起に対向する第２面の部分に第２凹部が位置する請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属接合構造体。
【請求項５】
前記第２凹部の底面の径＜前記開口の径＜前記第２凹部の上面の径の関係である請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属接合構造体。
【請求項６】
前記第１凹部の深さより、前記突起の高さが大きい請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属接合構造体。
【請求項７】
前記開口の幅より、第１凹部の内径が大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属接合構造体。
【請求項８】
前記金属接合構造体は、ドライブプレートである請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属接合構造体。
【請求項９】
突起と前記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、開口を有する第２金属板と、を前記開口と前記突起と前記第１凹部とを接触させ、前記第１金属板と前記第２金属板との間で電流を流し接合部を形成する金属接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの金属板を接合した接合構造体と接合方法に関するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板と金属板と部分的に一体化する方法としてプロジェクション溶接があった。図７（ａ）〜図７（ｃ）の断面図にて、従来の方法を説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、２つの金属板、第１金属板１０１、第２金属板１０２との接合を説明するための断面図である。第１金属板１０１には、突起１０５があり、第２金属板１０２には、開口１０６がある。
【０００３】
この突起１０５が開口１０６に挿入されプロジェクション溶接される。ここで、プロジェクション溶接は、抵抗溶接の一種で、母材の溶接箇所にプロジェクション（突起部）を設けて、この突起部分に電流を集中して流し、加熱すると同時に加圧接合する抵抗溶接である。
【０００４】
プロジェクション溶接は、母材に設けた突起部に集中して通電させるため、溶接する母材の板厚が異なる場合でも小電流で電流密度を高くすることができるので、確実なナゲット（溶融凝固した部分）を形成し、良好な溶接を行うことができる。
しかし、この場合、ナゲットの体積が増加すると、流れる電流が減り、溶接するための時間を要する。また、ナゲットの体積が増加すると、全体が加熱され、保持が困難である。結果、ナゲットの体積を大きくできない。
【０００５】
そのため、従来は、小さなナゲットを形成し、そのナゲットを保護、補強するために保護部材１１１を付加して設けている。特許文献１では、保護部材１１１として、ろう材料を用いている。特許文献２では、保護部材１１１として、腐触防止材を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１４７１６号公報
【特許文献２】特開平１０−８９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、従来の方法では、プロジェクション溶接工程とは別に保護部材１１１が必要であり、複雑である。余分な工程が必要である。ナゲットの箇所が複雑な場合、保護部材１１１を形成することが困難である。
本願課題は、余分な工程を用いることなく、溶接工程だけで、２つの金属をしっかりと接合する接合構造体と接合方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、突起と上記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、開口を有する第２金属板と、上記開口と上記突起と上記第１凹部とに渡って位置する接合部と、を含む金属接合構造体を用いる。
また、突起と上記突起の周囲に位置する第１凹部とを有する第１金属板と、開口を有する第２金属板と、を上記開口と上記突起と上記第１凹部とを接触させ、上記第１金属板と上記第２金属板との間で電流を流し接合部を形成する金属接合方法を用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明は、金属間接合の溶接部分に付加的な接合材料が、不要な接合方法、構造である。接合強度は、従来より強く、安定で、長期間、接合が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）実施の形態のドライブプレートの周辺の構造を示す図、（ｂ）実施の形態のドライブプレートの分解斜視図
【図２】（ａ）実施の形態の第１金属板と第２金属板とを接合する前の断面図、（ｂ）実施の形態の第１金属板と第２金属板とを接合後のドライブプレートの断面図
【図３】（ａ）〜（ｂ）実施の形態の第１金属板と第２金属板とを接合する前の断面図
【図４】（ａ）〜（ｂ）実施の形態の第１金属板と第２金属板とを接合した後の断面図
【図５】実施の形態のリングギヤと突起または開口との関係を示す平面図
【図６】実施の形態の突起の角度と引張剥離強度との関係を示す図
【図７】（ａ）〜（ｃ）従来の金属間の接合を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜ドライブプレート＞
エンジンの駆動力を自動変速機のトルクコンバータに伝達するため、ドライブプレートが用いられている。図１（ａ）と図１（ｂ）とでドライブプレート１００を説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、ドライブプレート１００周辺の断面図である。図１（ｂ）は、ドライブプレート１００の斜視図である。ドライブプレート１００は、円板状のプレート部１２の外周に、ギヤが形成されたリングギヤ１１を溶接することにより構成されている。ドライブプレート１００のプレート部１２の内径部は、エンジンのクランク軸１７に、取り付け孔１５を利用して、ボルトで締結されている。
【００１３】
プレート部１２の外径部は、トルクコンバータ１０のケースに、取り付け孔１６を利用してボルトで締結されている。  そして、ドライブプレート１００の外周部に、溶接されたリングギヤ１１は、スタータモータギヤと噛み合うように設けられている。エンジン始動（クランキング）時には、スタータモータのピニオンギヤをリングギヤ１１に噛み合わせて駆動し、ドライブプレート１００を回転させる。しかし、クランキング時にドライブプレート１００に加わるトルクに、ドライブプレート１００が耐える必要がある。一方、部品の軽量化のため、ドライブプレート１００は薄く作製されている。また、ドライブプレート１００は、軽量化のための軽量化孔１３を有する。結果、剛性のあるドライブプレート１００が必要である。
【００１４】
＜接合方法＞
本願発明の一実施の形態を、図２（ａ）、図２（ｂ）の断面図で説明する。
以下、リングギヤ１１とプレート部１２とのいずれかが、第１金属板１０１であり、他方が、第２金属板１０２として説明する。
【００１５】
図２（ａ）では、第１金属板１０１と第２金属板１０２との接合前である。図２（ｂ）は第１金属板１０１と第２金属板１０２との接合後である。
＜第１金属板１０１＞
第１金属板１０１には、下面に突起１０５がある。突起１０５の周囲に第１凹部１２１がある。突起１０５に対応した第１金属板１０１の上面に第２凹部１２２がある。
【００１６】
突起１０５には、傾斜部１０３がある。傾斜部１０３は、第２金属板１０２と連結される部分であり、開口１０６の上部のコーナー部１０４と接触、接合させる部分である。突起１０５は円錐台状であり、第１凹部１２１はその周囲に形成されている。傾斜部１０３は、傾斜している部分で、コーナー部１０４との位置関係に余裕がある。
【００１７】
第１金属板１０１は、１枚の厚みが一定の金属板からプレス成形で打ち抜きにて作製される。その時、第２凹部１２２と突起１０５と第１凹部１２１とが形成される。
突起１０５は、位置決め、および、開口１０６との接合のために設けている。
【００１８】
＜第２金属板１０２＞
第２金属板１０２には、開口１０６がある。開口１０６は、円柱形状の貫通穴である。貫通穴でなくとも凹部でもよい。
＜材質、加工＞
リングギヤ１１として用いる金属板は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を使用する。プレート部１２として用いる金属板は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）がよい。しかし、プレート部１２は、他のものと噛み合わせされないので、安価な高張力鋼板ＳＡＰＨ５９０でもよい。異なる金属材料の組み合わせも可能である。
【００１９】
上記で一部説明でしたが、第１金属板１０１と第２金属板１０２とも、プレス成形で成形した。平板金属板から外形形状、突起１０５、第２凹部１２２、第２凹部１２２、開口１０６をプレス成形に作製した。他の加工でもよいが、プレス成形により、より少ない工程で短時間で作製できる。
【００２０】
＜ドライブプレート１００＞
図２（ａ）の第１金属板１０１と第２金属板１０２とを接触させ、加圧しながら、両者間に電流を流すことで溶接する。結果、図２（ｂ）となる。
結果できたドライブプレートは、第１金属板１０１と第２金属板１０２と接合部１０７と第２凹部１２２、第１凹部１２１、突起１０５とを有する。第２凹部１２２はプレス整形で突起１０５を作製するためのもので必須要素でない。
【００２１】
ここで、接合部１０７は、プロジェクション溶接で、第１金属板１０１と第２金属板１０２とが溶けてできた領域である。断面観察でその領域がわかる。この領域を介して、第１金属板１０１と第２金属板１０２とが接合されている。接合部１０７は、一部、第１凹部１２１に入り込んでいる。接合部１０７は、突起１０５の斜面と第１凹部１２１とに渡って形成され、突起１０５の頂部まで覆わない。
【００２２】
＜構造の寸法の詳細＞
図３（ａ）、図３（ｂ）に構造の詳細を示す。図３（ａ）、図３（ｂ）は、接合直前の断面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）とは異なる構造の例である。
角度θは、突起１０５の円錐台の先端角度（頂角）である。円錐と近似した場合の頂点の断面図の頂角である。
【００２３】
穴径Ｌ１は、開口１０６の径である。
内径Ｌ２は、第１凹部１２１間の最大距離である。
溝深さＬ３は、第１凹部１２１の深さである。第１金属板１０１の表面からの深さである。
【００２４】
突起高さＬ４は、突起１０５の高さである。第１金属板１０１の表面から、突起１０５の先端までの距離である。
距離Ｌ５は、第１金属板１０１と第２金属板１０２と接合する直前のそれぞれが接触した状態でのそれぞれの表面間距離である。
【００２５】
開口幅Ｌ６は、第２凹部１２２の入り口部分の最大径である。
突起径７は、突起１０５の最小距離である。
底辺幅Ｌ８は、第２凹部１２２の底面の最大径である。
【００２６】
＜評価＞
引張剥離強度は、第１金属板１０１と第２金属板１０２とを接合後、引き剥がす時に必要な力の大きさである。大きいほど、接合強度が高くよい。１０００ｋｇｆ以上を合格とした。
【００２７】
＜条件と結果＞
表１に第１金属板１０１、第２金属板１０２の寸法を変化させて、評価した結果を示す。特に、実施例１、２，３は、引張剥離強度が１０００ｋｇｆ以上なので合格とした。また、実施例１、２では、さらに、引張剥離強度ｋｇｆばらつきが少なくよい。なお、溶接条件は、突起１０５と開口１０６との間に接合部１０７が形成されるような条件とした。電流の変化で判断した。電流を流しすぎると、接合部１０７が大きくなり過ぎ、強度が弱くなる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
＜結果の模式図＞
図４（ａ）、図４（ｂ）で、角度θの違いによる差異を説明する。
図４（ａ）の角度は、図４（ｂ）の角度θより大きい。どちらの構造でも、第１金属板１０１と第２金属板１０２とその間に接合部１０７と、第２凹部１２２と突起１０５と、第２凹部１２２とを有する。接合部１０７は、第１金属板１０１と第２金属板１０２とが溶けてできた領域である。角度θが小さいと、図４（ｂ）のようになり、接合部１０７が大きくなる。この場合、接合部１０７の割合が、第１金属板１０１に対して大きく、強度が強くなると思われる。しかし、接合部１０７の大きさが制御しにくく、接合部１０７の大きさが大きくなりすぎると、接合部１０７は母材より強度が弱いので、全体として強度が弱くなる。
【００３０】
角度θが大きいと、接合部１０７が長細い楕円形状（断面形状）となる。この場合、接合部１０７は大きくないが、条件依存性少なく、安定した強度が得られる。この場合、接合部１０７は細長い楕円形である。断面図なので、立体的には、傘やお椀の先端がない形状である。
＜結果＞
表１から、以下のことがわかる。
【００３１】
（１）角度θは、９０度より大きいことが必要である。
傾斜の角度θが大きいと、突起１０５の傾斜部とコーナー部１０４との接触部分で溶けた金属流が広がらないので、よい。特に角度１２０度の時がよい。角度１２０度が中央値であり、±３０度の範囲がよい。結果、１２０度±３０度（９０度＜角度＜１５０度）がよい。好ましくは、１２０度±１５度（１０５度＜角度θ＜１３５度）である。
【００３２】
ここで、角度θと引張剥離強度との関係を図６に示す。角度９０で大きく変化する。上限は、以下で示す図５の幅Ｌ１０との兼ね合いである。
（２）内径Ｌ２、溝深さＬ３、突起高さＬ４、穴径Ｌ１、距離Ｌ５は、影響が少ない。
【００３３】
（３）第１金属板１０１と第２金属板１０２との間に隙間２０１（図４（ａ）、図３（ａ））を形成しないのがよい。接合後の図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第１金属板１０１と第２金属板１０２との間に隙間２０１が形成されない。これは、傾斜部１０３が余裕度（傾斜部１０３の一部は接合され、一部は接合に使用されない）となるためである。
（３）第１金属板１０１と第２金属板１０２との間に隙間２０１（図３（ａ）、図３（ｂ））を形成しないのがよい。接合後の図（図４（ａ）、図４（ｂ））に示すように、第１金属板１０１と第２金属板１０２との間に隙間２０１が形成されない。これは、傾斜部１０３の傾斜角度θが大きく、なだらかなため、傾斜部１０３の一部は接合され、一部は接合に使用されないためである。
【００３４】
（４）寸法関係は以下がよい。
（４−１）底辺幅Ｌ８＜穴径Ｌ１＜開口幅Ｌ６＜突起径７＜内径Ｌ２がよい。
底辺幅Ｌ８＜開口幅Ｌ６とすることで、台形形状の第１凹部１２０となる。この結果、プレス成形により、突起１０５が台形形状とできる。
【００３５】
底辺幅Ｌ８＜穴径Ｌ１＜開口幅Ｌ６とすることで、突起１０５の斜面が開口１０６のエッジと接触し、接合部１０７が形成できる。
開口幅Ｌ６＜突起径７とすることで、プレス成形において、第２凹部１２２を形成する時に、突起１０５が、第２凹部１２２により、外周まで広く形成される。穴径Ｌ１より広く外周まで渡って突起１０５が形成され、突起１０５が開口１０６のエッジ部分と接合される。
【００３６】
突起径７＜内径Ｌ２とすることで、第１凹部１２１を確保できる。
（４−２）溝深さＬ３＜突起高さＬ４がよい。
突起１０５部分は、一部が接合部１０７に変化する。その時、一部が、第１凹部１２１に移動する。しかし、突起１０５のすべてが第１凹部１２１へ移動するわけない。また、第１凹部１２１の溝深さＬ３が深いと、第１金属板１０１自身の剛性が弱くなる。結果、溝深さＬ３は、突起高さＬ４に比べ、小さくするのが好ましい。
【００３７】
（５）実施例１，２の構造
実施例１，２とも合格である。しかし、構造が図３（ａ）、図３（ｂ）と異なる。
図３（ａ）の構造では、突起１０５の斜面の途中に、不連続に、第１凹部１２１を設けている。一方、図３（ｂ）の構造では、斜面に凹部を設けていない。
【００３８】
結果、図３（ｂ）の構造は、図３（ａ）の構造より、内径Ｌ２が大きくなる。
この場合について、図５で考える。図５は、リングギヤ１１の平面図である。リングギヤ１１は、第１金属板１０１、または、第２金属板１０２である。この場合、リングギヤ１１は、幅Ｌ１０が狭く、突起１０５または開口１０６を大きく設定できない。
また、突起１０５の斜面の途中に、不連続に、第１凹部１２１を設けているので、図４（ａ）のように、接合部１０７が形成される範囲を制限できている。結果、接合部１０７の中心線（図４（ａ）の点線）は、第２凹部１２２の側面の傾斜部分と平行となるような範囲で、形成されている。また、接合部１０７は、突起１０５の傾斜部分を覆い、傾斜面と平行である。
【００３９】
結果、外径の大きな図３（ｂ）より、外径が小さな図３（ａ）の構造がよい。
なお、上記例をそれぞれ組み合わせができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本願発明の部品の接続構造に利用できる。特に、金属板間の接合構造に応用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  トルクコンバータ
１１  リングギヤ
１２  プレート部
１３  軽量化孔
１５  孔
１６  孔
１７  クランク軸
１００  ドライブプレート
１０１  金属板
１０２  金属板
１０３  傾斜部
１０４  コーナー部
１０５  突起
１０６  開口
１０７  接合部
１１１  保護部材
１２０  凹部
１２１  凹部
１２２  凹部
２０１  隙間
Ｌ１  穴径
Ｌ２  内径
Ｌ３  溝深さ
Ｌ５  距離
Ｌ６  開口幅
Ｌ７  突起径
Ｌ８  底辺幅
Ｌ１０  幅
【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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