JP2009000712A - 金属部材の接合方法およびその接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成し、安定した高い接合強度を得る金属部材の接合方法およびその接合構造を提供する。
【解決手段】第１、第２の両被金属部材Ｗ１，Ｗ２の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、両被金属部材Ｗ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することで、接合部位である開口部１５と外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材Ｗ１，Ｗ２を接合することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部よりも僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、加圧、通電によりリングマッシュ接合するような金属部材の接合方法およびその接合構造に関する。

従来、上述例の金属部材の接合方法としては、特許文献１に開示されたものがある。
すなわち、環状の開口部を備えた第１被金属部材（例えば、自動変速機のクラッチドラムのドラム部）に、該開口部よりも僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材（例えば、自動変速機のクラッチドラムのボス部）を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、これら第１および第２の両被金属部材を上部電極と下部電極とで加圧した状態で通電し、接合部位である上記開口部と上記外形部とを軟化嵌合してリングマッシュ接合（ｒｉｎｇ ｍａｓｈ Ｗｅｌｄｉｎｇ）する方法である。

上記特許文献１には具体的材質の開示はないものの、クラッチドラムのドラム部には鋼部材が用いられ、クラッチドラムのボス部には、鋼部材を熱間鍛造したものが用いられるのが一般的である。
このように、第１被金属部材、第２被金属部材の一方に、鋼部材を熱間鍛造したものを用いると、熱間鍛造後においてスプライン孔の加工等を施す必要があり、製造工程が多くなるので、コストアップを招く問題点があった。

そこで、第１被金属部材、第２被金属部材の何れか一方に鉄系焼結部材を用いることが考えられるが、焼結部材は粉末から成形される関係上、内部に多くの空孔をもつため、この空孔に影響されることなく、信頼性の高い接合強度を得ることができる金属部材の接合方法が求められている現状である。

一方、特許文献２には、鉄系溶製部材（冷間圧延鋼板）から成るタービンシェルと、鉄系焼結部材から成るタービンハブとを環状突起を用いてプロジェクション溶接する接合方法が開示されているが、プロジェクション溶接は、周知のように溶接箇所に予め形成された突起を利用して、溶接部の電流集中を実現する抵抗溶接であって、所定の重ね合わせ代をもって加圧、通電により接合させるものではない。
特開２００６−８９８号公報 特開２０００−２１０７７６号公報

そこで、この発明は、第１および第２の両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材を接合することにより、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる金属部材の接合方法およびその接合構造の提供を目的とする。

この発明による金属部材の接合方法は、開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部より僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して接合する金属部材の接合方法において、上記両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材を接合するものである。

上記構成によれば、第１および第２の両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することにより、接合部は溶融することなく、固相状態で接合するため、鉄系焼結部材に内在する空孔がブローホール（気ほう、ｂｌｏｗ ｈｏｌｅ）を形成することなく、塑性流動の過程で該焼結部材の空孔が押しつぶされるため、空孔のない健全な接合界面を形成することができる。

したがって、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる。また、塑性流動により派生する盛上り（はみ出し）量も、空孔が押しつぶされる分だけ、少なくてすむ。

この発明の一実施態様においては、上記第１被金属部材が鋼部材であり、上記第２被金属部材が鉄系焼結部材であることを特徴とする。
上記構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、接合時において第１被金属部材の開口部周辺には引っ張り応力が作用し、第２被金属部材の外形部周辺には圧縮応力が作用するが鉄系焼結部材は引っ張り応力に対して弱い反面、圧縮応力に対しては強いので、第２被金属部材を鉄系焼結部材とすることにより、接合時に鉄系焼結部材にクラックが生じない。

この発明の一実施態様においては、上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、
上記両被金属部材の片側の重ね合わせ代が０．３〜０．４５ｍｍであることを特徴とする。
上記構成によれば、鉄系焼結部材の炭素量、密度を上記のように設定すると共に、両被金属部材の片側の重ね合わせ代により、安定した高い接合強度を得ることができる。

さらに詳しくは、炭素量が０．４重量％未満の場合には、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が確保できない。
また、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３未満の場合にも、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が得られない。

さらに重ね合わせ代が０．３ｍｍ未満の場合には、充分な接合強度が確保できず、過小な場合には接合それ自体が不可となる。逆に、重ね合わせ代が０．４５ｍｍを超過すると、片側タイト量（重ね合わせ代と同意）の過大により、塑性流動しにくくなると共に、接合時に発生するバリ量も多くなる。
以上の理由により、上記範囲内に設定するものである。

この発明の一実施態様においては、上記両被金属部材を接合した後に、上記上下の両電極を用いて上記固相接合部にテンパリング電流を流して、該固相接合部を焼戻しするものである。
上記構成によれば、次の如き効果がある。

すなわち、接合時において第１および第２の両被金属部材は急加熱され、接合後において上下の両電極を冷却する、例えば、電極内部に形成された冷却通路を流れる水により急冷されるので、特に上記固相接合部が焼入れされて（炭素量０．３５重量％以上で焼入れされる）、その靭性が低下するが、テンパリング電流を流して、該固相接合部を焼戻しすることにより、接合部の靭性を大幅に改善することができる。

この発明による金属部材の接合構造は、開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部より僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して接合した金属部材の接合構造において、上記両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成したものである。
上記構成によれば、第１および第２の両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することにより、接合部は溶融することなく、固相状態で接合するため、鉄系焼結部材に内在する空孔がブローホールを形成することなく、塑性流動の過程で該焼結部材の空孔が押しつぶされるため、空孔のない健全な接合界面を形成することができる。

したがって、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる。また、塑性流動により派生する盛上り（はみ出し）量も、空孔が押しつぶされる分だけ、少なくてすむ。

この発明の一実施態様においては、上記第１被金属部材が鋼部材であり、上記第２被金属部材が鉄系焼結部材であることを特徴とする。
上記構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、接合時において第１被金属部材の開口部周辺には引っ張り応力が作用し、第２被金属部材の外形部周辺には圧縮応力が作用するが鉄系焼結部材は引っ張り応力に対して弱い反面、圧縮応力に対しては強いので、第２被金属部材を鉄系焼結部材とすることにより、接合時に鉄系焼結部材にクラックが生じない。

この発明の一実施態様においては、上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。
上記構成によれば、鉄系焼結部材の炭素量および密度を上記のように設定したので、安定した高い接合強度を得ることができる。
詳しくは、炭素量が０．４重量％未満の場合には、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が確保できない。

また、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３未満の場合にも、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が得られない。
以上の理由により、上記範囲内に設定するものである。

この発明の一実施態様においては、上記鉄系焼結部材が自動変速機のクラッチドラムのボス部であり、上記鋼部材が該クラッチドラムのドラム部であることを特徴とする。
上記構成によれば、クラッチドラムのボス部を鉄系焼結部材にて構成するので、従来の熱間鍛造品と比較して、製造工程が少なくなり、そのコストダウンを図ることができる。なお、上記ボス部の内周にスプライン孔を形成する場合には、リングマッシュ接合前、接合後の何れであってもよい。

この発明によれば、両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材を接合するので、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる効果がある。

鋼部材と鉄系焼結部材との接合部に空孔が存在しない固相接合部を形成し、安定した高い接合強度を得るという目的を、開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部より僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して接合する金属部材の接合方法およびその接合構造において、上記両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材を接合するという構成にて実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は金属部材の接合方法およびその接合構造を示すが、まず、図１を参照して、この接合方法に用いる接合装置の構成について説明する。

図１は、リングマッシュ接合装置１の全体を該略的に示す正面図であって、このリングマッシュ接合装置１は、設置台２上に装置前部で上下方向に延びる左右一対のフレーム体３，３と、装置内部に設けられた接合台４と、この接合台４上で左右方向に延びるスライドレール５と、このスライドレール５上でそれぞれ左右に移動する２つの下部電極６，６と、その上方に設けられ上下方向に移動可能な上部電極７と、この上部電極７に対して加圧力を付勢する加圧シリンダ８と、上記上部電極７に対して電流を供給する配線ケーブル９と、上記下部電極６の周囲に隣接して配置され、後述する第１ワークに当接して該第１ワークを位置決めすると共に、接合電流をリークさせる導電性位置決め部材としてのストッパ電極１０と、このストッパ電極１０を下部電極６に対して移動させるアクチュエータ１１（図２参照）と、上部電極７の変位波形をモニタリングおよび判定する波形判定装置１２と、接合装置１の操作を行う操作盤１３とを備えている。

なお、下部電極６は１つのみであってもよいが、図１に示すこの実施例では、作業性向上のため２つの下部電極６，６を交互に使用できるようにしている。すなわち、左右何れか一方の下部電極６を用い、これに後述のワークＷ１，Ｗ２をセットしておいてその下部電極６を中央に位置させた状態で、その下部電極６と上部電極７とを用いて後に詳述する接合と、その後の焼戻しの処理とを行なう一方、その処理中に他方の下部電極６から処理後のワークＷ１，Ｗ２の取り外し及び新たなワークＷ１，Ｗ２のセットを行なうようにして、交互に各下部電極６，６を用いるように構成している。

図２はリングマッシュ接合装置の系統図であって、同図に示すように、下部電極６および上部電極７は共に、円筒形状の導電体で形成されており、下部電極６の上方に上部電極７が位置する状態で、上部電極７が下降、上昇することにより下部電極６に対して接近、離間するようになっている。

上記各電極６，７により接合される両ワークＷ１，Ｗ２のうちの第１ワーク（第１被金属部材）Ｗ１は予め鋼部材をプレス成形して構成されたもので、この第１ワークＷ１は、例えば自動変速機部品である円筒状のクラッチドラムのドラム部であって、その一端部内周側にフランジ部１４を備え、このフランジ部１４の内側に開口部１５を有している。また、第２ワーク（第２被金属部材）Ｗ２は、予め鉄系焼結部材で筒状に構成されたもので、この第２ワークＷ２は、例えば自動変速機部品である円筒状のクラッチドラムのボス部であって、その一端部外周側にフランジ部１６を備え、予めフランジ部１６の外形部１７（図３参照）が第１ワークＷ１のフランジ部１４の開口部１５よりも僅かに大きく形成されている。

上記第１ワークＷ１のフランジ部１４の内周端つまり開口部１５と第２ワークＷ２のフランジ部１６の外周端つまり外形部１７とが接合部位とされる。そして、接合に際しては、下部電極６の上面に第２ワークＷ２のフランジ部１６か載置されるとともに、上記接合部位に所定の重ね合わせ代ＯＬ（図３参照）を有して第２ワークＷ２に第１ワークＷ１が重ね合わされた状態で、位置合わせをし、両ワークＷ１，Ｗ２が下部電極６上にセットされる。
このように下部電極６上に両ワークＷ１，Ｗ２がセットされた状態で、下部電極６の上面が第２ワークＷ２の接合部位近傍に当接し、また、上部電極７が下降した時に、上部電極７の下面が第１ワークＷ１の接合部位近傍に当接するように構成されている。

また、上記ストッパ電極１０は、クロム銅、ベリリウム銅等の導電体からなり、下部電極６を囲う円筒状で、かつ、下部電極６に対して径方向外方の離間位置へ移動し得るように複数に分割形成され、この実施例では半筒状の２つの部分１０ａ，１０ｂに分割されている。
このストッパ電極１０は、リングマッシュ接合時にはその内周面および下面が下部電極６に接する状態となる接合位置とされ、この状態において、ストッパ電極１０の上面は下部電極６の上面より僅かに上方に位置して、第１ワークＷ１のフランジ部１４に対面するようになっている。

このストッパ電極１０の各部分１０ａ，１０ｂは、それぞれ、駆動手段としてのアクチュエータ１１，１１に接続されている。この実施例においてアクチュエータ１１は、エアシリンダからなり、シリンダ本体から前後進可能なピストンロッド１８の先端に絶縁用兼フローティング支持用のラバー１９を介して上記各部分１０ａ，１０ｂが取付けられている。
また上記下部電極６の内周面には、第２ワークＷ２の位置決めを行う位置決め部２０が設けられている。

さらに、上述のリングマッシュ接合装置１は、図２に示すように、該接合装置１を起動させる起動スイッチ２１と、加圧シリンダ８を駆動するアクチュエータ駆動部２２と、アクチュエータ１１としてのエアシリンダを駆動するアクチュエータ駆動部２３と、上下の両電極７，６に対する通電回路２４とを備えている。

制御装置としてのＣＰＵ３０は、起動スイッチ２１の信号入力に基づいて、ＲＯＭ（図示せず）に格納されたプログラムに従って、アクチュエータ駆動部２２，２３を介して加圧シリンダ８、アクチュエータ１１を駆動し、また、通電回路２４を介して上下の両電極７，６に大電流を供給制御（この実施例では上部電極７側から通電）する。

ところで、上述のフランジ部１４、開口部１５を備えた第１ワークＷ１は鋼部材であり、一方、上述のフランジ部１６、外形部１７（図３参照）を備えた第２ワークＷ２は鉄系焼結部材である。
しかも、鉄系焼結部材から成る第２ワークＷ２の炭素含有量は０．４％以上とし、その密度（詳しくは焼結密度）は６．７ｇ／ｃｍ^３以上に設定し、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との片側の重ね合わせ代ＯＬ（図３参照）は０．３〜０．４５ｍｍに設定している。

また図３に示す第１ワークＷ１の開口部１４と、第２ワークＷ２の外形部１７との該重ね合わせ代ＯＬに対応して、各ワークＷ１，Ｗ２には両者の軟化嵌合（塑性流動）を容易にする目的で、それぞれテーパ面が形成されているが、これらの各テーパ面の角度Θは塑性流動を考慮して、約３０〜４５度の範囲に設定されている。

次に、図４に示すフローチャートを参照して金属部材の接合方法について説明する。

図４のフローチャートによる処理が開始される以前の準備段階で、まず、下部電極６に第２ワークＷ２がセットされ、さらに、この第２ワークＷ２上に第１ワークＷ１がセットされる。この場合、第２ワークＷ２に対して第１ワークＷ１は図３に示す重ね合わせ代ＯＬ（片側の重ね合わせ代が０．３〜０．４５ｍｍの範囲）で位置合わせされる。この位置合わせは作業者の手作業にて実行される。

ステップＳ１で、操作盤１３（図１参照）の起動スイッチ２１（図２参照）がＯＮ操作されると、次のステップＳ２で、ＣＰＵ３０は油圧シリンダで構成された加圧シリンダ８を駆動して、上部電極７を降下させ、次のステップＳ３で、一旦、上部電極７が第１ワークＷ１に当接した状態で待機させる（図５参照）。この待機期間を設けることで、第１ワークＷ１に当接する際の上部電極７の衝撃による電極のへたり、変形を抑えることができる。

次にステップＳ４で、ＣＰＵ３０は上部電極７の加圧を開始する。加圧シリンダ８による加圧力は４〜５トンと高いので、各ワークＷ１，Ｗ２はその材料が圧縮されて弾性変形する。なお、この時点では未だ接合は行なわれていない。

次にステップＳ５で、ＣＰＵ３０は通電を開始し、この通電により、リングマッシュ接合を行なう。

ステップＳ５において高加圧（４〜５トン）条件下で図１に示す配線ケーブル９から上部電極７に大電流が通電されると、この電流は、図５に示す上部電極７、第１ワークＷ１、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との重ね合わせ代ＯＬ（図３参照）に相当する部位、第２ワークＷ２、下部電極６の順に流れるので、両ワークＷ１，Ｗ２の接合部Ｕ（図７参照）が抵抗発熱により軟化し、塑性流動しながら接合が行なわれ、表面の酸化被膜が流れて材料の新生面同士が軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成すべく固相拡散接合され、図３、図５に示す状態から図６、図７に示す状態となる。つまり、第２ワークＷ２の外形部１７に対して第１ワークＷ１の開口部１５が押し込められて、拡散接合が行なわれ、空孔の存在しない固相接合部Ｕが形成される。

この接合時に、図６、図７に示すように、第１ワークＷ１が上部電極７で押下げられて、両ワークＷ１，Ｗ２が相対移動し、適正な接合状態に達すると、下部電極６に隣接して位置するストッパ電極１０の上面に第１ワークＷ１が当接し、これにより、両ワークＷ１，Ｗ２の相対移動方向の位置決めが成されると共に、接合用の電流は第１ワークＷ１からストッパ電極１０へリークされ、両ワークＷ１，Ｗ２の接合部Ｕに流れる電流が減少する。このため、接合部Ｕに過大電流が流れることが回避され、過大電流に起因するスパッタリングの発生等による接合品質の悪化が防止される。

このようにしてリングマッシュ接合が終了すると、次のステップＳ６で、上部電極７に対する加圧および通電が解除され、上部電極７は図８に示すように上昇して各ワークＷ１，Ｗ２から離間する。一方、電極６，７内に設けられた冷却通路（図示せず）には冷却水が供給されて急冷される。

この場合、ワークＷ１，Ｗ２のうちの少なくとも一方、例えば第２ワークＷ２の炭素量が０．３５重量％以上の場合には、接合時の大電流で第２ワークＷ２は急加熱された後において急冷されることになり、第２ワークＷ２の所定部（接合部Ｕ参照）が焼入れされ、靭性が低下する。そこで、以下の処理において接合部Ｕに焼戻し用の電流テンパリング電流を流して、焼戻しを行ない、接合部Ｕの靭性向上を図るものである。

各ワークＷ１，Ｗ２の接合部Ｕに対する焼戻し用の電流の通電に先立って、ステップＳ７で、該焼戻し用の電流がストッパ電極１０にリークするのを防止する目的で、図８の状態から図９に示すように、ストッパ電極１０を下部電極６および第１ワークＷ１から径方向外方の離間位置へ後退すべくアクチュエータ１１を駆動する。

次に、図１０、図１１に示すように、ストッパ電極１０の後退位置（離間位置）を保持した状態で、ステップＳ８で、上部電極７を降下させてワークＷ１，Ｗ２に押し当て、次のステップＳ９で、焼戻し用のテンパリング通電を行なうと、焼戻し用電流が上下の両電極７，６間のワークＷ１，Ｗ２の接合部Ｕに流される。
ここで、上記テンパリング通電時のテンパリング電流は１４０〜１８０ＫＡの範囲内とする。つまり、電流値が１４０ＫＡ未満の場合には発熱量不足により焼戻しが不充分となり、逆に電流値が１８０ＫＡを超過すると、発熱量が過大となって再焼入れされ、何れも脆い界面が生成されるので、適正に焼戻しを行なうために、１４０〜１８０ＫＡとするものである。

上述のテンパリング通電が所定時間行なわれて焼戻しが完了すると、ステップＳ１０で、上部電極７に対する加圧およびテンパリング電流の通電がＯＦＦとされ、次のステップＳ１１で、上部電極７が上昇し、さらに次のステップＳ１２で、ストッパ電極１０は下部電極６に隣接する元の位置まで前進するようにアクチュエータ１１が駆動されて、リングマッシュ接合装置１の各要素は接合以前のノーマル状態に復帰され、上記各ステップＳ１〜Ｓ１２の一連の処理終了後に、ワークＷ１，Ｗ２は下部電極６から取外される。
なお、図７、図１１においてΔＨは第１ワークＷ１のフランジ部１４下面と、第２ワークＷ２のフランジ部１６下面との間の接合寸法としてのアッシー段差である。

図１２は上記接合部Ｕの金属組織を示す説明図で、該接合部Ｕはリングマッシュ接合時における塑性流動の過程で鉄系焼結部材（第２ワークＷ２参照）の空孔が押しつぶされるため、同図に示すように、空孔が存在しない健全な接合界面を形成することができる。

図１３は鉄系焼結部材で形成された第２ワークＷ２の炭素含有量をそれぞれ異ならせて、両ワークＷ１，Ｗ２をリングマッシュ接合した後に、両ワークＷ１，Ｗ２の捩り強度を実測した結果を示す特性図であって、炭素含有量が０．４重量％以上の場合には、充分な接合強度が得られる一方で、炭素含有量が０．４重量％未満の場合には、第２ワークＷ２の母材剛性が低くなることに起因して、接合強度不足または接合不良となる。

なお、第２ワークＷ２の炭素含有量を０．３５重量％という低い値に設定すると共に、焼結密度を６．６５ｇ／ｃｍ^３という低密度に設定して、リングマッシュ接合を試みたが、この場合には第２ワークＷ２の母材剛性が低く、接合そのものが不可能であった。

図１４は鉄系焼結部材で形成された第２ワークＷ２の焼結密度を６．６６ｇ／ｃｍ^３、６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３とそれぞれ異ならせて、両ワークＷ１，Ｗ２をリングマッシュ接合した後に、両ワークＷ１，Ｗ２の抜き強度を実測した結果を示す特性図（但し、片側の重ね合わせ代ＯＬは０．３７５ｍｍ、炭素含有量は０．４５重量％と同一の条件とした）であって、焼結密度が６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３のものは充分な抜き強度が確保される一方で、焼結密度が６．６６ｇ／ｃｍ^３のものでは、第２ワークＷ２の母材剛性の低下に起因して、充分な抜き強度が得られなかった。

図１５は鉄系焼結部材で形成された第２ワークＷ２の焼結密度を６．６６ｇ／ｃｍ^３、６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３とそれぞれ異ならせて、両ワークＷ１，Ｗ２をリングマッシュ接合した後に、両ワークＷ１，Ｗ２の捩り強度を実測した結果を示す特性図（但し、片側の重ね合わせ代ＯＬは０．３７５ｍｍ、炭素含有量は０．４５重量％と同一の条件とした）であって、焼結密度が６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３のものは充分な捩り強度が確保される一方で、焼結密度が６．６６ｇ／ｃｍ^３のものでは、第２ワークＷ２の母材剛性の低下に起因して、充分な捩り強度が得られなかった。

図１６は鉄系焼結部材で形成された第２ワークＷ２の焼結密度を６．６６ｇ／ｃｍ^３、６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３とそれぞれ異ならせて、両ワークＷ１，Ｗ２をリングマッシュ接合した後に、図４で示したステップＳ９でのテンパリング通電時のアッシー段差ΔＨ（図１１参照）を実測した結果を示す特性図（但し、片側の重ね合わせ代ＯＬは０．３７５ｍｍ、炭素含有量は０．４５重量％と同一の条件とした）であって、焼結密度が６．８ｇ／ｃｍ^３、６．８５ｇ／ｃｍ^３のものは適正なアッシー段差ΔＨが確保できる一方で、焼結密度が６．６６ｇ／ｃｍ^３のものは、第２ワークＷ２の母材剛性が低いので、テンパリング通電時に第１ワークＷ１が不所望に下動して、適正なアッシー段差ΔＨが確保できなかった。

図１７は、図３で示した両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬをそれぞれ異ならせて、両ワークＷ１，Ｗ２をリングマッシュ接合した後に、両ワークＷ１，Ｗ２の抜き強度を実測した結果を示す特性図であって、重ね合わせ代ＯＬが０．３ｍｍ以上の場合には、充分な抜き強度が確保できる一方で、重ね合わせ代ＯＬが０．３ｍｍ未満の場合には、接合強度の不足または接合不良に起因して、充分な抜き強度を確保することができなかった。なお、重ね合わせ代ＯＬが０．４５ｍｍを超過すると、片側タイト量（重ね合わせ代ＯＬと同意）の過大により、塑性流動しにくくなると共に、接合時に発生するバリ量も多くなるので望ましくない。

図１８はリングマッシュ接合後に焼戻しを行なわなかったもの（図１８のａ参照）と、焼戻しを行なったもの（図１８のｂ参照）とのそれぞれに対し耐衝撃性を実測した結果を示す特性図で、横軸に変位をとり、縦軸に静的捩り強度（捩りトルク）をとっている。特性イ，ハは衝撃を与えずに測定したものであり、特性ロ，ニは重りを自由落下させて衝撃を与えた後に、捩りトルクを測定した結果を示している。

図１８のａで示す焼戻しを行なわないものは、接合部Ｕに焼きが入って脆くなっている関係上、衝撃に弱く、脆い部分が衝撃により破壊されるので、衝撃付加前の特性イに対して、衝撃付加後の特性ロが大幅に低下し、捩りトルクが不充分であった。

図１８のｂで示す焼戻しを行なったものは、接合部Ｕの靭性が大幅に向上するので、衝撃付加前の特性ハに対して、衝撃付加後の特性ニに大差がなく、充分な捩りトルクが得られた。

図１９は、図４に示すステップＳ９のテンパリング通電時における第１ワークＷ１の変位波形を実測した特性図である。ここで、上記第１ワークＷ１の変位は、上部電極７の変位を、非接触レーザ変位計などの上部電極変位検出手段で検出し、この検出出力を図１で示した波形判定装置１２にてモニタリングおよび判定することにより実測することができる。

特性ａは、第２ワークＷ２の焼結密度を６．８ｇ／ｃｍ^３とし、両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬを０．３７５ｍｍとした場合の変位波形を示し、特性ｂは、第２ワークＷ２の焼結密度を６．６５ｇ／ｃｍ^３とし、両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬを０．３７５ｍｍとした場合の変位波形を示し、特性ｃは、第２ワークＷ２の焼結密度を６．８ｇ／ｃｍ^３とし、両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬを０．３０ｍｍとした場合の変位波形を示し、特性ｄは、第２ワークＷ２の焼結密度を６．６５ｇ／ｃｍ^３とし、両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬを０．３０ｍｍとした場合の変位波形を示している。

特性ａと特性ｂとの比較、並びに特性ｃと特性ｄとの比較から明らかなように、片側の重ね合わせ代ＯＬが同一であっても、第２ワークＷ２の焼結密度が所定の６．７ｇ／ｃｍ^３未満の場合（図１９の６．６５ｇ／ｃｍ^３参照）には、焼結密度が所定以上の６．８ｇ／ｃｍ^３のものに対して、テンパリング通電時における第１ワークＷ１の変位量が大きくなる。第１ワークＷ１の時間に対する変位量が大きいということは、図１１で示したアッシー段差ΔＨが大きく変動して、適正値から外れることを意味する。特に、図１９の特性ｄのものはアッシー段差ΔＨが大きく変動して、接合寸法精度が不充分となる。
ところで、前述のストッパ電極１０の形状は、図５、図６、図８〜図１０で示した形状に代えて、図２０で示す形状を採用してもよい。

図２０に示すストッパ電極１０は第１ワークＷ１の外周部を位置決めするリング状の位置決め部１０ｃを、該ストッパ電極１０に一体または一体的に形成したものであって、ワークセット時の作業性向上を図るように構成したものである。

このように、上記実施例の金属部材の接合方法は、開口部１５を備えた第１ワークＷ１に、該開口部１５より僅かに大きい外形部１７を備えた第２ワークＷ２を、所定の重ね合わせ代ＯＬで位置合わせをし、両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部１５と上記外形部１７を軟化嵌合して接合する金属部材の接合方法において、上記両ワークＷ１，Ｗ２の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部１５と上記外形部１７を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部Ｕ（図７、図１２参照）を形成して、両ワークＷ１，Ｗ２を接合するものである（図２、図３、図７、図１２）。

この構成によれば、第１および第２の両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することにより、接合部Ｕは溶融することなく、固相状態で接合するため、鉄系焼結部材に内在する空孔がブローホールを形成することなく、塑性流動の過程で該焼結部材の空孔が押しつぶされるため、空孔のない健全な接合界面を形成することができる（図１２参照）。

したがって、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部Ｕに空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる。また、塑性流動により派生する盛上り（はみ出し）量も、空孔が押しつぶされる分だけ、少なくてすむ。

また、上記第１ワークＷ１を鋼部材とし、上記第２ワークＷ２を鉄系焼結部材としたものである。
この構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、接合時において第１ワークＷ１の開口部１５周辺には引っ張り応力が作用し、第２ワークＷ２の外形部１７周辺には圧縮応力が作用するが鉄系焼結部材は引っ張り応力に対して弱い反面、圧縮応力に対しては強いので、第２ワークＷ２を鉄系焼結部材とすることにより、接合時に鉄系焼結部材にクラックが生じない。

しかも、上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、上記両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬを０．３〜０．４５ｍｍの範囲内としたものである。

この構成によれば、鉄系焼結部材の炭素量、密度を上記のように設定すると共に、両ワークＷ１，Ｗ２の片側の重ね合わせ代ＯＬにより、安定した高い接合強度を得ることができる。

さらに詳しくは、炭素量が０．４重量％未満の場合には、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が確保できない（図１３参照）。
また、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３未満の場合にも、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が得られない（図１４、図１５、図１６参照）。この密度は高いほど鉄系焼結部材の剛性は高まるものの、鉄系焼結部材の圧粉金型の耐久性および寿命の関係から上限を７ｇ／ｃｍ^３程度にするのが好ましい。

さらに重ね合わせ代が０．３ｍｍ未満の場合には、充分な接合強度が確保できず、逆に、重ね合わせ代が０．４５ｍｍを超過すると、片側タイト量（重ね合わせ代と同意）の過大により、塑性流動しにくくなると共に、接合時に発生するバリ量も多くなる（図１７参照）。

以上の理由により、上記範囲内に設定するものである。
さらに、上記両ワークＷ１，Ｗ２を接合した後に、上記上下の両電極７，６を用いて上記固相接合部Ｕにテンパリング電流を流して、該固相接合部Ｕを焼戻しするものである。

この構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、接合時において第１および第２の両ワークＷ１，Ｗ２は急加熱され、接合後において上下の両電極７，６を冷却する、例えば、電極内部に形成された冷却通路を流れる水により急冷されるので、特に上記固相接合部Ｕが焼入れされて（炭素量０．３５重量％以上で焼入れされる）、その靭性が低下するが、テンパリング電流を流して、該固相接合部Ｕを焼戻しすることにより、接合部の靭性を大幅に改善することができる（図１８参照）。

また、上記実施例の金属部材の接合構造は、開口部１５を備えた第１ワークＷ１に、該開口部１５より僅かに大きい外形部１７を備えた第２ワークＷ２を、所定の重ね合わせ代ＯＬで位置合わせをし、両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部１５と上記外形部１７を軟化嵌合して接合した金属部材の接合構造において、上記両ワークＷ１，Ｗ２の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、上記両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部１５と上記外形部１７を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部Ｕを形成したものである（図２、図３、図７、図１２参照）。

この構成によれば、第１および第２の両ワークＷ１，Ｗ２を上部電極７と下部電極６で加圧した状態で通電することにより、接合部Ｕは溶融することなく、固相状態で接合するため、鉄系焼結部材に内在する空孔がブローホールを形成することなく、塑性流動の過程で該焼結部材の空孔が押しつぶされるため、空孔のない健全な接合界面を形成することができる（図１２参照）。

したがって、鋼部材と鉄系焼結部材との接合部Ｕに空孔が存在しない固相接合部を形成することができ、安定した高い接合強度を得ることができる。また、塑性流動により派生する盛上り（はみ出し）量も、空孔が押しつぶされる分だけ、少なくてすむ。
さらに、上記第１ワークＷ１を鋼部材とし、上記第２ワークＷ２を鉄系焼結部材としたものである。

この構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、接合時において第１ワークＷ１の開口部１５周辺には引っ張り応力が作用し、第２ワークＷ２の外形部１７周辺には圧縮応力が作用するが鉄系焼結部材は引っ張り応力に対して弱い反面、圧縮応力に対しては強いので、第２ワークＷ２を鉄系焼結部材とすることにより、接合時に鉄系焼結部材にクラックが生じない。
しかも、上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度を６．７ｇ／ｃｍ^３以上の範囲としたものである。

この構成によれば、鉄系焼結部材の炭素量および密度を上記のように設定したので、安定した高い接合強度を得ることができる。
詳しくは、炭素量が０．４重量％未満の場合には、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が確保できない（図１３参照）。

また、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３未満の場合にも、母材（鉄系焼結部材）の剛性が低く、充分な接合強度が得られない（図１４、図１５、図１６参照）。この密度は高いほど鉄系焼結部材の剛性は高まるものの、鉄系焼結部材の圧粉金型の耐久性および寿命の関係から上限を７ｇ／ｃｍ^３程度にするのが好ましい。

以上の理由により、上記範囲内に設定するものである。
加えて、上記鉄系焼結部材が自動変速機のクラッチドラムのボス部（第２ワークＷ２参照）であり、上記鋼部材が該クラッチドラムのドラム部（第１ワークＷ１参照）であることを特徴とする。

この構成によれば、クラッチドラムのボス部（第２ワークＷ２参照）を鉄系焼結部材にて構成するので、従来の熱間鍛造品と比較して、製造工程が少なくなり、そのコストダウンを図ることができる。なお、上記ボス部の内周にスプライン孔を形成する場合には、リングマッシュ接合前、接合後の何れであってもよい。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の第１被金属部材は、実施例の鋼部材（自動変速機のクラッチドラムのドラム部）である第１ワークＷ１も対応し、
以下同様に、
第２被金属部材（自動変速機のクラッチドラムのボス部）である第２ワークＷ２に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

本発明の金属部材の接合方法に用いるリングマッシュ接合装置の概略正面図 リングマッシュ接合装置の系統図 両被金属部材の重ね合わせ代を示す断面図 金属部材の接合方法を示すフローチャート 上部電極待機時の説明図 加圧、通電時の説明図 図６の要部の拡大断面図 加圧解除時の説明図 ストッパ電極後退時の説明図 テンパリング通電時の説明図 図１０の要部の拡大断面図 空孔の存在しない固相接合部の金属組織を示す説明図 炭素含有量の差異による捩り強度特性を示す特性図 焼結密度の差異による抜き強度特性を示す特性図 焼結密度の差異による捩り強度特性を示す特性図 焼結密度の差異によるアッシー段差特性を示す特性図 重ね合わせ代の差異による抜き強度特性を示す特性図 焼戻しの有無による耐衝撃特性を示す特性図 焼結密度および重ね合わせ代の差異によるテンパリング通電時の第１ワーク変位波形を示す特性図 ストッパ電極の他の実施例を示す断面図

符号の説明

６…下部電極
７…上部電極
１５…開口部
１７…外形部
Ｗ１…第１ワーク（第１被金属部材）
Ｗ２…第２ワーク（第２被金属部材）
Ｕ…接合部
ＯＬ…重ね合わせ代

Claims (8)

1. 開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部より僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して接合する金属部材の接合方法において、
   上記両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、
   上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成して、両被金属部材を接合する
   金属部材の接合方法。
2. 上記第１被金属部材が鋼部材であり、上記第２被金属部材が鉄系焼結部材である
   請求項１記載の金属部材の接合方法。
3. 上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３以上であり、
   上記両被金属部材の片側の重ね合わせ代が０．３〜０．４５ｍｍである
   請求項１または２記載の金属部材の接合方法。
4. 上記両被金属部材を接合した後に、上記上下の両電極を用いて上記固相接合部にテンパリング電流を流して、該固相接合部を焼戻しする
   請求項３記載の金属部材の接合方法。
5. 開口部を備えた第１被金属部材に、該開口部より僅かに大きい外形部を備えた第２被金属部材を、所定の重ね合わせ代で位置合わせをし、両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して接合した金属部材の接合構造において、
   上記両被金属部材の一方を鋼部材で構成し、他方を鉄系焼結部材で構成し、
   上記両被金属部材を上部電極と下部電極で加圧した状態で通電することで、接合部位である上記開口部と上記外形部を軟化嵌合して、空孔の存在しない固相接合部を形成した
   金属部材の接合構造。
6. 上記第１被金属部材が鋼部材であり、上記第２被金属部材が鉄系焼結部材である
   請求項５記載の金属部材の接合構造。
7. 上記鉄系焼結部材は炭素を０．４重量％以上含有し、密度が６．７ｇ／ｃｍ^３以上である
   請求項５または６記載の金属部材の接合構造。
8. 上記鉄系焼結部材が自動変速機のクラッチドラムのボス部であり、上記鋼部材が該クラッチドラムのドラム部である
   請求項７記載の金属部材の接合構造。