金属部材の接合方法
【課題】少ない接合エネルギーで高い接合強度を確保する。
【解決手段】第１金属部材（１）の第１、第２内径部４，５に、第２金属部材（１０）の第１、第２外径部１１，１２をそれぞれ当接させるとともに、上記第１金属部材（１）と第２金属部材（１０）とを一対の電極２１，２２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材（１，１０）の間に、上記第１内径部４と第１外径部１１とが接合された第１接合部Ｐ１と、上記第２内径部５と第２外径部１２とが接合された第２接合部Ｐ２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に、間隙部１５を形成する。接合前の時点では、上記第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１、および上記第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代（Ｓ１）を、もう一方の接触部のオーバラップ代（Ｓ２）よりも大きく設定する。
【解決手段】第１金属部材（１）の第１、第２内径部４，５に、第２金属部材（１０）の第１、第２外径部１１，１２をそれぞれ当接させるとともに、上記第１金属部材（１）と第２金属部材（１０）とを一対の電極２１，２２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材（１，１０）の間に、上記第１内径部４と第１外径部１１とが接合された第１接合部Ｐ１と、上記第２内径部５と第２外径部１２とが接合された第２接合部Ｐ２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に、間隙部１５を形成する。接合前の時点では、上記第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１、および上記第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代（Ｓ１）を、もう一方の接触部のオーバラップ代（Ｓ２）よりも大きく設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、いわゆるリングマッシュ接合法の一種として、下記特許文献１に示される接合方法が知られている。具体的に、下記特許文献１の方法では、中空状の第１金属部材と、第１金属部材の内径よりもわずかに大きい外径を有する第２金属部材とを軸方向に重ね合わせ、同方向に加圧力をかけた状態で溶接電流を流すことにより、上記第１金属部材の内周面と第２金属部材の外周面とを接合するようにしている。
【０００３】
なお、この場合において、上記第１金属部材と第２金属部材との接合の形態は、溶融接合ではなく拡散接合である。すなわち、上記両金属部材に加圧力をかけて通電することにより、接触部分の金属を軟化させて塑性流動を発生させ、金属の新生面どうしを冶金的に接合するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示すようなリングマッシュ接合法によれば、例えばアーク溶接等のような一般的な溶融接合と比較して、溶融による炭化物の偏析や、熱影響による凝固割れ等が発生せず、溶接に要する時間も非常に短時間で済むといった利点がある。
【０００６】
ただし、上記特許文献１に開示された方法において、より接合強度を高めることを目的に、上記第１金属部材と第２金属部材との接合面積を増やしたような場合には、これに応じて加圧力および電流値を増大させる必要が生じ、設備の大型化を招いてしまうという問題がある。このため、接合に要するエネルギーをできるだけ低く抑えながら、接合強度をより向上させることが求められていた。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、少ない接合エネルギーで高い接合強度を得ることが可能な金属部材の接合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】
【０００８】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法であって、上記第１金属部材の内周壁部に、所定の内径を有する第１内径部と、これよりも内径の大きい第２内径部とを形成し、上記第２金属部材の外周壁部に、上記第１内径部および第２内径部よりも所定のオーバラップ代分だけ外径が大きい第１外径部および第２外径部を形成し、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定し、上記第１金属部材の第１、第２内径部に、上記第２金属部材の第１、第２外径部をそれぞれ接触させた状態で、上記第１金属部材と第２金属部材とを一対の電極を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両金属部材の間に、上記第１内径部と第１外径部とが接合された第１接合部と、上記第２内径部と第２外径部とが接合された第２接合部とを形成し、かつこれら両接合部の間に、金属どうしが接触しない間隙部を、所定の軸方向長さにわたって形成することを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
本発明の接合方法によれば、第１金属部材の内周壁部と第２金属部材の外周壁部とを段違いに形成し、両者の間に互いに離間した２つの接合部を形成することで、これら各接合部の軸方向長さ（接合長）をむやみに大きくしなくても、特に曲げに強い優れた接合構造を構築することができ、接合エネルギーの増大を回避しつつ接合強度を効果的に向上させることができる。
【００１０】
特に、本発明では、第１金属部材と第２金属部材とを接合する際に、第１外径部と第１内径部との接触部、および第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を相対的に大きく設定するようにしたため、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代に基づく良質な接合部を形成することができ、第１金属部材と第２金属部材との接合強度をより効果的に向上させることができる。
【００１１】
具体的に、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を大きくするには、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、上記電極との距離が短い方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定するとよい（請求項２）。
【００１２】
この態様によれば、電極との距離が短く、通電時により高温になり易い接触部のオーバラップ代を、もう一方のオーバラップ代よりも大きく設定することにより、接合部の良質化を適正に図ることができる。
【００１３】
一方、上記第１金属部材および第２金属部材が電気抵抗値の異なる異種金属からなる場合には、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時に流れる電流が大きい方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定するとよい（請求項３）。
【００１４】
この態様によれば、電気抵抗値の相違に起因して、通電時に流れる電流値が大きく高温化し易い接触部のオーバラップ代を、もう一方のオーバラップ代よりも大きく設定することにより、接合部の良質化を適正に図ることができる。
【００１５】
本発明の接合方法は様々な金属部材どうしの接合に適用可能であるが、具体例として、上記第１金属部材が、マニュアルトランスミッションに用いられるクラッチコーンであり、上記第２金属部材が、上記クラッチコーンに接合されるギアである場合に、本発明の接合方法を好適に適用することができる（請求項４）。
【００１６】
また、上記第１金属部材が、ディファレンシャル機構に用いられるギアであり、上記第２金属部材が、上記ギアに接合されるデフケースである場合にも、本発明の接合方法を好適に適用することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の金属部材の接合方法によれば、少ない接合エネルギーで高い接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態において接合対象とされるクラッチコーンおよびヘリカルギアの接合前の状態を示す断面図である。
【図２】上記クラッチコーンとヘリカルギアとを接合する際に使用される接合装置の概略構成を示す図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】接合が完了した状態を示す図３相当図である。
【図５】上記クラッチコーンに曲げモーメントが加わる状況を説明するための図である。
【図６】上記第１実施形態の変形例を説明するための図であり、（ａ）は接合前の状態、（ｂ）は接合後の状態をそれぞれ示している。
【図７】本発明の第２実施形態において接合対象とされるリングギアおよびデフケースの接合前の状態を示す断面図である。
【図８】上記リングギアとデフケースとを接合する際に使用される接合装置の概略構成を示す図である。
【図９】図８のＢ部拡大図である。
【図１０】接合が完了した状態を示す図９相当図である。
【図１１】上記第２実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１２】図１１に示される部品の接合後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施形態１＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、当実施形態では、車両用の部品であるクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを、本発明の接合方法に基づき接合する。
【００２０】
上記ヘリカルギア１０は、マニュアルトランスミッション用のギア部品であり、本発明にかかる第２金属部材に相当する。ヘリカルギア１０の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００２１】
上記ヘリカルギア１０は、軸方向に貫通する開口部が中心部に形成された筒状体からなり、その外周壁部の形状は、大小複数の外径を有するように多段状とされている。具体的に、上記ヘリカルギア１０の外周壁部には、外径Ｙ１を有する第１外径部１１と、外径Ｙ１よりも大きい外径Ｙ２を有する第２外径部１２とが形成されている。また、第２外径部１２よりもさらに径の大きい最外周部には、螺状歯からなるギア部１３が形成されている。
【００２２】
上記クラッチコーン１は、マニュアルトランスミッションの回転同期のために用いられる部品であり、本発明にかかる第１金属部材に相当する。クラッチコーン１の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００２３】
上記クラッチコーン１は、軸方向に貫通する開口部２が中心部に形成された筒状体からなり、その外周面には、図外のシンクロナイザーリングに圧接されるテーパコーン面３が形成されている。また、上記開口部２を囲むクラッチコーン１の内周壁部には、内径Ｘ１を有する第１内径部４と、内径Ｘ１よりも大きい内径Ｘ２を有する第２内径部５とが形成されている。
【００２４】
上記クラッチコーン１の内径Ｘ１，Ｘ２と、上記ヘリカルギア１０の外径Ｙ１，Ｙ２との関係としては、第１外径部１１の外径Ｙ１が第１内径部４の内径Ｘ１よりもわずかに大きく、かつ第２外径部１２の外径Ｙ２が第２内径部５の内径Ｘ２よりもわずかに大きい。なお、後述する図３に示すように、上記各外形部１１，１２と各内径部４，５との半径差であるオーバラップ代については、第１外径部１１と第１内径部４とのオーバラップ代をＳ１、第２外径部１２と第２内径部５とのオーバラップ代をＳ２としたときに、Ｓ１＞Ｓ２となるように設定されている。また、この場合の直径差はそれぞれ２Ｓ１，２Ｓ２であるので、（第１外径部１１の外径Ｙ１）＝（第１内径部４の内径Ｘ１）＋２Ｓ１、（第２外径部１２の外径Ｙ２）＝（第２内径部５の内径Ｘ２）＋２Ｓ２ となる。
【００２５】
図２は、上記クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合する際に使用される接合装置２０の概略構成を示す図である。本図に示すように、接合装置２０は、上部電極２１および下部電極２２と、各電極２１，２２を軸方向（図２では上下方向）に加圧する図外の加圧機構と、各電極２１，２２に接合用の高電流を供給する電源装置２３とを備える。
【００２６】
このような接合装置２０を用いての接合は、クラッチコーン１の開口部２にヘリカルギア１０の一部を挿入して仮固定した状態で、上記上部電極２１および下部電極２２により上記両部材１，１０を軸方向に加圧しつつ通電することで行う。なお、図２では、上部電極２１および下部電極２２を上下方向に対向配置して、その間にクラッチコーン１およびヘリカルギア１０を挟み込んで接合する場合を例示するが、例えば、上記両電極２１，２２を水平方向に対向配置した状態で接合することも当然に可能である。
【００２７】
上記クラッチコーン１およびヘリカルギア１０の接合の手順についてより詳しく説明する。クラッチコーン１およびヘリカルギア１０を接合するには、まず、ヘリカルギア１０を、その第２外径部１２が第１外径部１１よりも下になる姿勢で下部電極２２上に設置する。そして、この状態のヘリカルギア１０に対し、クラッチコーン１を上方から接近させる。このときのクラッチコーン１の姿勢は、その第２内径部５が第１内径部４よりも下になる姿勢とする。これにより、ヘリカルギア１０は、その第１外径部１１から先に、クラッチコーン１の開口部２に挿入される。
【００２８】
図３は、図２のＡ部を拡大して示す図である。先にも述べたが、上記ヘリカルギア１０の第１外径部１１の外径Ｙ１は、クラッチコーン１の第１内径部４の内径Ｘ１よりもオーバラップ代Ｓ１の分だけ大きく（Ｙ１＝Ｘ１＋２Ｓ１）、ヘリカルギア１０の第２外径部１２の外径Ｙ２は、クラッチコーン１の第２内径部５の内径Ｘ２よりもオーバラップ代Ｓ２の分だけ大きい（Ｙ２＝Ｘ２＋２Ｓ２）。このため、ヘリカルギア１０がクラッチコーン１に挿入されると、第１外径部１１の最外周部が第１内径部４の下端に当接するとともに、第２外径部１２の最外周部が第２内径部５の下端に当接する。このとき、上記第１外径部１１や第２内径部５等の軸方向長さの設定により、第１外径部１１と第１内径部４、および第２外径部１２と第２内径部５とが、同時に当接するようになっている。
【００２９】
上記のようにしてクラッチコーン１がヘリカルギア１０上に仮固定されると、次いで、上部電極２１および下部電極２２によりクラッチコーン１およびヘリカルギア１０を上下から挟み込んで加圧するとともに、上記両電極２１，２２に接合用の電圧を印加する。具体的には、上記下部電極２２上に仮固定されたクラッチコーン１およびヘリカルギア１０に対し、上部電極２１を上から接近させ、その下端部をヘリカルギア１０の上端面に当接させるとともに、その状態で上記両電極２１，２２に対し所定の加圧力を接近方向（軸方向）に加える。また、これに合わせて電源装置２３を作動させることにより、上記両電極２１，２２に接合用の電圧を印加する。
【００３０】
上記のような電圧の印加に応じて、上記両電極２１，２２の間には、クラッチコーン１およびヘリカルギア１０を介して瞬時に大きな電流が流れる。このとき、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とは、第１内径部４と第１外径部１１との接触部Ｃ１、および、第２内径部５と第２外径部１２との接触部Ｃ２の２箇所で接触しているため、上記電流は、この２箇所の接触部Ｃ１，Ｃ２を通じて流れることになる。
【００３１】
すると、通電による抵抗発熱が発生し、上記両接触部Ｃ１，Ｃ２では、金属の軟化および塑性流動が起きる。このとき、上記電極２１，２２による加圧は継続されているため、上記金属の軟化に伴い、クラッチコーン１がヘリカルギア１０に対し徐々に下方に押し込まれていく。これにより、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接触面積（つまり第１内径部４と第１外径部１１、第２内径部５と第２外径部１２との各接触面積）が増大し、金属が軟化する領域も増大していく。なお、以下では、第１内径部４と第１外径部１１との接触部Ｃ１のことを上側接触部Ｃ１、第２内径部５と第２外径部１２との接触部Ｃ２のことを下側接触部Ｃ２ということがある。
【００３２】
ここで、上記のような通電と加圧により昇温・軟化する上記両接触部Ｃ１，Ｃ２においては、第１内径部４と第１外径部１１との接触部である上側接触部Ｃ１の温度の方が、第２内径部５と第２外径部１２との接触部である下側接触部Ｃ２の温度よりも高くなる傾向にある。これは、上側接触部Ｃ１から上部電極２１までの距離の方が、下側接触部Ｃ２から下部電極２２（図２）までの距離よりも短いからである。
【００３３】
すなわち、上記上側接触部Ｃ１および下側接触部Ｃ２では、それぞれ、金属どうしの接触抵抗による発熱が起きるが、このうち上側接触部Ｃ１については、上部電極２１との距離が短いために、上記のような抵抗発熱に加えて、当該電極２１とクラッチコーン１の上面との接触抵抗による発熱の影響を受け易く、より高温化する傾向にある。図３では、上記上部電極２１との接触抵抗により特に高温になるクラッチコーン１の上端部を符号Ｑで示している（以下、高温部分Ｑという）。上記上側接触部Ｃ１は、位置的にこの高温部分Ｑに近いため、当該部分Ｑからの熱的影響を受けて下部接触部Ｃ２よりも高温化する。
【００３４】
このような上側接触部Ｃ１と下側接触部Ｃ２との温度差を考慮して、当実施形態では、上述したように、上側接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を下側接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定している（Ｓ１＞Ｓ２）。すなわち、第１外径部１１と第１内径部４との接触部である上側接触部Ｃ１の方が、上記高温部分Ｑに近く、第２外径部１２と第２内径部５との接触部である下側接触部Ｃ２よりも高温になるため、金属が軟化する範囲についても、上側接触部Ｃ１での軟化範囲の方が下側接触部Ｃ２での軟化範囲よりも広くなる。そこで、金属の軟化範囲に見合った適正なオーバラップ代を確保すべく、当実施形態では、第１外径部１１と第１内径部４との半径差であるオーバラップ代Ｓ１を大きく、第２外径部１２と第２内径部５との半径差であるオーバラップ代Ｓ２を小さくしている。例えば、Ｓ１＝０．３ｍｍ、Ｓ２＝０．１５ｍｍとする。
【００３５】
図４は、上記上部電極２１および下部電極２２を用いた通電と加圧が継続された結果、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合が完了した状態を示している。すなわち、接合の完了時には、クラッチコーン１の下面に設けられた突起６がヘリカルギア１０に当接するまでクラッチコーン１が下方に押し込まれ、図４に示すように、クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５とヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２とがそれぞれ所定の軸方向長さにわたって面接触するようになった状態で、上記電極２１，２２間の通電が停止される。これにより、上記各接触面の金属が再凝固し、同図に示すような２つの接合部Ｐ１，Ｐ２が形成される。
【００３６】
すなわち、上記第１内径部４と第１外径部１１、および第２内径部５と第２外径部１２との各接触面において、金属の軟化および塑性流動が起きることにより、酸化皮膜や異物等が除去され、この状態で通電が停止されることにより、軟化した部分が再凝固し、金属の新生面どうしが冶金的に結合する（拡散接合）。これにより、第１内径部４と第１外径部１１との間に第１接合部Ｐ１が形成されるとともに、第２内径部５と第２外径部１２との間に第２接合部Ｐ２が形成される。
【００３７】
以上のような工程を経ることにより、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合が完了する。この場合に形成される第１接合部Ｐ１および第２接合部Ｐ２の間には、所定の軸方向長さにわたって金属どうしが接触しない間隙部１５が存在する。すなわち、上記第１接合部Ｐ１と第２接合部Ｐ２とが軸方向に互いに離間するように、クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５、およびヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２の寸法関係（軸方向長さの大小関係）が設定されており、このような寸法関係の設定により、接合後の状態において、上記両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に間隙部１５が形成されるようになっている。
【００３８】
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合するに際して、まず、クラッチコーン１の内周壁部に、内径Ｘ１の第１内径部４と、これより大きい内径Ｘ２の第２内径部５とを形成するとともに、ヘリカルギア１０の外周壁部に、上記内径Ｘ１，Ｘ２よりもオーバラップ代Ｓ１，Ｓ２の分だけ外径が大きい（外径Ｙ１，Ｙ２の）第１外径部１１および第２外径部１２を形成するようにした。そして、上記クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５に、上記ヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２をそれぞれ当接させるとともに、上記クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを一対の電極２１，２２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材１，１０の間に、上記第１内径部４と第１外径部１１とが接合された第１接合部Ｐ１と、上記第２内径部５と第２外径部１２とが接合された第２接合部Ｐ２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に、金属どうしが接触しない間隙部１５を、所定の軸方向長さにわたって形成するようにした。このような構成によれば、少ない接合エネルギーで高い接合強度が得られるという利点がある。
【００３９】
すなわち、上記第１実施形態では、クラッチコーン１の内周壁部とヘリカルギア１０の外周壁部とを段違いに形成することで、２つの接合部Ｐ１，Ｐ２を離間して形成し、その間を間隙部１５としたため、上記各接合部Ｐ１，Ｐ２の軸方向長さ（接合長）をむやみに大きくしなくても、特に曲げに強い優れた接合構造を構築することができ、接合エネルギーの増大を回避しつつ接合強度を効果的に向上させることができるという利点がある。
【００４０】
例えば、単に接合強度を高めるだけの目的であれば、上記第１実施形態のように接合部を２つ（Ｐ１，Ｐ２）に分けなくても、接合長の長い１つの接合部を形成することで接合強度を高められる。しかしながら、このようにした場合には、接合時に必要な電流値や加圧力が増大し、設備の大型化やコストアップを招いてしまう。
【００４１】
これに対し、上記第１実施形態のように、軸方向に離間した２つの接合部Ｐ１，Ｐ２を形成した場合には、例えば各接合部Ｐ１，Ｐ２を軸方向に連続させたような場合と比較して、接合部の断面係数が増大するため、特に図５に示すような曲げモーメントＭがクラッチコーン１に作用したときに、接合部Ｐ１，Ｐ２に作用する力が軽減され、曲げ剛性がより向上する。なお、マニュアルトランスミッションの回転同期のために用いられる上記クラッチコーン１は、そのテーパコーン面３に圧接される図外のシンクロナイザーリング等から様々な方向の力を受けるため、上記のような曲げ剛性の向上により、マニュアルトランスミッションの信頼性をより高めることができる。
【００４２】
さらに、上記第１実施形態では、図３に示したように、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合する際に、上部電極２１との距離が短く、通電時により高温になり易い上側接触部Ｃ１（第１外径部１１と第１内径部４との接触部）のオーバラップ代Ｓ１を、下側接触部Ｃ２（第２外径部１２と第２内径部５との接触部）のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定するようにした。このように、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代を設定することにより、第１、第２外径部１１，１２と第１、第２内径部４，５との各接合部Ｐ１，Ｐ２の品質を良好に確保することができ、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度を十分に高めることができる。
【００４３】
例えば、上記第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１では、通電時の昇温幅が大きく、より広い範囲の金属が軟化するため、当該接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１が小さ過ぎると、溶融金属が飛散するスパッタ等の現象が生じ、金属どうしの拡散接合が不完全になるおそれがある。一方、第２外径部１２と第２外径部５との接触部Ｃ２では、相対的に温度が低く、金属が軟化する範囲が狭いため、当該接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２が大き過ぎると、単なる圧入と同じような状態になり、やはり金属どうしの拡散接合が不完全になるおそれがある。
【００４４】
これに対し、上記第１実施形態では、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を大きく、第２外径部１２と第２外径部５との接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２を小さくしたため、各接触部Ｃ１，Ｃ２の昇温幅とオーバラップ代Ｓ１，Ｓ２とのバランスがよく、上記のような事態を適正に回避でき、上記第１、第２外径部１１，１２と第１、第２内径部４，５とを、それぞれ良好な拡散接合により接合することができる。これにより、十分な強度をもった良質な接合部Ｐ１，Ｐ２（図４）を形成でき、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度をより効果的に向上させることができる。
【００４５】
なお、上記第１実施形態では、軸方向に離間した２箇所の接合部Ｐ１，Ｐ２を介してクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合したが、接合部は２箇所でなくてもよく、３箇所もしくはそれ以上の接合部を介してクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合してもよい。図６（ａ）（ｂ）は、接合部を３箇所（Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’）に設定した場合を例示したものであり、同図（ａ）は接合前の状態を、同図（ｂ）は接合後の状態をそれぞれ示している。
【００４６】
この場合、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との各接触部のオーバラップ代Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’については、図６（ａ）に示すように、上部電極２１に近いほど大きくし、Ｓ１’＞Ｓ２’＞Ｓ３’とする。このように、電極に近く高温になり易い接触部ほどそのオーバラップ代を大きくすることで、上記第１実施形態と同様に、接合部Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’の良質化を適正に図ることができる。
【００４７】
また、上記第１実施形態では、図３に示したように、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１が上部電極２１にかなり近く、通電時に高温になり易いという事情から、この第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を、第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２よりも大きくしたが、上部電極２１および下部電極２２と各接触部Ｃ１，Ｃ２との位置関係が異なることにより、第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２の方が、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１よりも高温になる場合には、上記とは逆に、接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２を接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１よりも大きくするとよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、スチール製のクラッチコーン１と、同じくスチール製のヘリカルギア１０とを接合する場合を例に挙げて説明したが、本発明の接合方法は、その他の金属製部品にも当然に適用可能であり、その材質もスチールに限られない。本発明の接合方法は、金属の軟化・塑性流動により接合するものであるため、例えばアーク溶接やレーザ溶接といった溶融接合による場合よりも、材質の制約が少なく、様々な材質への適用が期待できる。
【００４９】
次に、接合対象の材質が異なる場合の例を本発明の第２実施形態として説明する。
＜実施形態２＞
本発明の第２実施形態では、図７に示すように、車両用の部品であるリングギア５０とデフケース６０とを、本発明の接合方法に基づき接合する。
【００５０】
上記デフケース６０は、ディファレンシャル機構のピニオンギアやサイドギアを収納するケースであり、本発明にかかる第２金属部材に相当する。デフケース１０の材質は鋳鉄であり、その具体例としては、ＦＣＤ４５０やＦＣＤ５５０等の球状黒鉛鋳鉄を挙げることができる。
【００５１】
上記デフケース６０は、軸方向の中間部が両端部よりも膨らんだ中空多段状の部材からなる。このデフケース６０の軸方向一端寄りの外周壁部には、外径Ｙ１１を有する第１外径部６１と、外径Ｙ１１よりも大きい外径Ｙ１２を有する第２外径部６２とが形成されている。
【００５２】
上記リングギア５０は、トランスミッションから伝達される駆動力を受けるギア部品であり、本発明にかかる第１金属部材に相当する。リングギア５０の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００５３】
上記リングギア５０は、軸方向（厚み方向）に貫通する開口部５２が中心部に形成されたリング状の部材からなり、その最外周部には、トランスミッションの出力ギアと噛合されるギア部５３が形成されている。また、上記開口部５２を囲むリングギア１の内周壁部には、内径Ｘ１１を有する第１内径部５４と、内径Ｘ１１よりも大きい内径Ｘ１２を有する第２内径部５５とが形成されている。
【００５４】
上記リングギア５０の内径Ｘ１１，Ｘ１２と、上記デフケース６０の外径Ｙ１１，Ｙ１２との関係としては、第１外径部６１の外径Ｙ１１が第１内径部５４の内径Ｘ１１よりもわずかに大きく、かつ第２外径部１２の外径Ｙ２が第２内径部５の内径Ｘ２よりもわずかに大きい。なお、後述する図９に示すように、上記各外形部６１，６２と各内径部５４，５５との半径差であるオーバラップ代については、第１外径部６１と第１内径部５４とのオーバラップ代をＳ１１、第２外径部６２と第２内径部５５とのオーバラップ代をＳ１２としたときに、Ｓ１２＞Ｓ１１となるように設定されている。また、この場合の直径差はそれぞれ２Ｓ１１，２Ｓ１２であるので、（第１外径部６１の外径Ｙ１１）＝（第１内径部５４の内径Ｘ１１）＋２Ｓ１１、（第２外径部６２の外径Ｙ１２）＝（第２内径部５５の内径Ｘ１２）＋２Ｓ１２ となる。
【００５５】
図８は、上記リングギア５０とデフケース６０とを接合する際に使用される接合装置７０の概略構成を示す図である。本図に示すように、当実施形態における接合装置７０は、先の第１実施形態で使用した接合装置２０と基本的に同様の構成を有しており、上部電極７１および下部電極７２と、各電極７１，７２を軸方向（図８では上下方向）に加圧する図外の加圧機構と、各電極７１，７２に接合用の高電流を供給する電源装置７３とを備えている。
【００５６】
このような接合装置７０を用いての接合は、リングギア５０の開口部５２にデフケース６０の一部を挿入して仮固定した状態で、上記上部電極７１および下部電極７２により上記両部材５０，６０を軸方向に加圧しつつ通電することで行う。なお、図８では、上部電極７１および下部電極７２を上下方向に対向配置して、その間にリングギア５０およびデフケース６０を挟み込んで接合する場合を例示するが、例えば、上記両電極７１，７２を水平方向に対向配置した状態で接合することも当然に可能である。
【００５７】
上記リングギア５０およびデフケース６０の接合の手順についてより詳しく説明する。リングギア５０およびデフケース６０を接合するには、まず、リングギア５０を、その第１内径部５４が第２内径部５５よりも下になる姿勢で下部電極７２上に設置する。そして、この状態のリングギア５０に対し、デフケース６０を上方から接近させる。このときのデフケース６０の姿勢は、その第１外径部６１が第２外径部６２よりも下になる姿勢とする。これにより、デフケース６０は、その第１外径部６１から先に、リングギア５０の開口部５２に挿入される。
【００５８】
図９は、図７のＢ部を拡大して示す図である。先にも述べたが、上記デフケース６０の第１外径部６１の外径Ｙ１１は、リングギア５０の第１内径部５４の内径Ｘ１１よりもオーバラップ代Ｓ１１の分だけ大きく（Ｙ１１＝Ｘ１１＋２Ｓ１１）、デフケース６０の第２外径部６２の外径Ｙ１２は、リングギア５０の第２内径部５５の内径Ｘ１２よりもオーバラップ代Ｓ１２の分だけ大きい（Ｙ１２＝Ｘ１２＋２Ｓ１２）。このため、デフケース６０がリングギア５０に挿入されると、第１外径部６１の最外周部が第１内径部５４の上端に当接するとともに、第２外径部６２の最外周部が第２内径部５５の上端に当接する。このとき、上記第１外径部６１や第２内径部５５等の軸方向長さの設定により、第１外径部６１と第１内径部５４、および第２外径部６２と第２内径部５５とが、同時に当接するようになっている。
【００５９】
上記のようにしてデフケース６０がリングギア５０上に仮固定されると、次いで、上部電極７１および下部電極７２によりリングギア５０およびデフケース６０を上下から挟み込んで加圧するとともに、上記両電極７１，７２に接合用の電圧を印加する。具体的には、上記下部電極７２上に仮固定されたリングギア５０およびデフケース６０に対し、上部電極７１を上から接近させ、その下端部をデフケース６０の内壁面に当接させるとともに、その状態で上記両電極７１，７２に対し所定の加圧力を接近方向（軸方向）に加える。また、これに合わせて電源装置７３を作動させることにより、上記両電極７１，７２に接合用の電圧を印加する。
【００６０】
上記のような電圧の印加に応じて、上記両電極７１，７２の間には、リングギア５０およびデフケース６０を介して瞬時に大きな電流が流れる。このとき、リングギア５０とデフケース６０とは、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部Ｃ１１、および、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部Ｃ１２の２箇所で接触しているため、上記電流は、この２箇所の接触部Ｃ１１，Ｃ１２を通じて流れることになる。
【００６１】
すると、通電による抵抗発熱が発生し、上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２では、金属の軟化および塑性流動が起きる。このとき、上記電極７１，７２による加圧は継続されているため、上記金属の軟化に伴い、デフケース６０がリングギア５０に対し徐々に下方に押し込まれていく。これにより、リングギア５０とデフケース６０との接触面積（つまり第１内径部５４と第１外径部６１、第２内径部５５と第２外径部６２との各接触面積）が増大し、金属が軟化する領域も増大していく。なお、以下では、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部Ｃ１１のことを下側接触部Ｃ１１、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部Ｃ１２のことを上側接触部Ｃ１２ということがある。
【００６２】
ここで、上記のような通電と加圧により昇温・軟化する上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２においては、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部である上側接触部Ｃ１２の温度の方が、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部である下側接触部Ｃ１１の温度よりも高くなる傾向にある。これは、上側接触部Ｃ１２を通る電流Ｉ２の方が、下側接触部Ｃ１１を通る電流Ｉ１よりも大きい値になるからである。
【００６３】
すなわち、当実施形態における接合対象であるリングギア５０とデフケース６０とを比較すると、鋳鉄製のデフケース６０の方が、スチール製のリングギア５０よりも電気抵抗値が大きい。一方、上側接触部Ｃ１２を通過する電流Ｉ２の経路と、下側接触部Ｃ１１を通過する電流Ｉ１の経路とを比較すると、電流Ｉ１の経路の方が、高抵抗のデフケース６０の内部をより長い距離にわたって通過するため、相対的に電流が流れにくい経路となっている。したがって、電流Ｉ２の値の方が電流Ｉ１の値よりも大きくなり、電流Ｉ２が流れる上側接触部Ｃ１２の方が、電流Ｉ１が流れる下側接触部Ｃ１１よりも高温化する。
【００６４】
なお、先の第１実施形態でも説明したように、上側接触部Ｃ１２と下側接触部Ｃ１１との温度差の要因としては、上部電極７１や下部電極７２との距離も関係し得るが、当実施形態では、上部電極７１と上側接触部Ｃ１２との距離、下部電極７２と下側接触部Ｃ１１との距離に大きな差がないため、上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２の温度差は、主に電流値Ｉ１，Ｉ２の相違によるものと考えられる。
【００６５】
上記のような上側接触部Ｃ１２と下側接触部Ｃ１１との温度差を考慮して、当実施形態では、上述したように、上側接触部Ｃ１２のオーバラップ代Ｓ１２を下側接触部Ｃ１１のオーバラップ代Ｓ１１よりも大きく設定している（Ｓ１２＞Ｓ１１）。すなわち、第２外径部６２と第２内径部５５との接触部である上側接触部Ｃ１２の方が、より高い電流Ｉ２が流れることで、第１外径部６１と第１内径部５４との接触部である下側接触部Ｃ１１よりも高温になるため、金属が軟化する範囲についても、上側接触部Ｃ１２での軟化範囲の方が下側接触部Ｃ１１での軟化範囲よりも広くなる。そこで、金属の軟化範囲に見合った適正なオーバラップ代を確保すべく、当実施形態では、第２外径部６２と第２内径部５５との半径差であるオーバラップ代Ｓ１２を大きく、第１外径部６１と第１内径部５４との半径差であるオーバラップ代Ｓ１１を小さくしている。例えば、Ｓ１２＝０．５ｍｍ、Ｓ１１＝０．２ｍｍとする。
【００６６】
図１０は、上記上部電極７１および下部電極７２を用いた通電と加圧が継続された結果、リングギア５０とデフケース６０との接合が完了した状態を示している。すなわち、接合の完了時には、デフケース６０の第１外径部６１の下端が下部電極７２に当接するまでデフケース６０が下方に押し込まれ、図１０に示すように、リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５とデフケース６０の第１、第２外径部６１，６２とがそれぞれ所定の軸方向長さにわたって面接触するようになった状態で、上記電極７１，７２間の通電が停止される。これにより、上記各接触面の金属が再凝固し、同図に示すような２つの接合部Ｐ１１，Ｐ１２が形成される。
【００６７】
すなわち、上記第１内径部５４と第１外径部６１、および第２内径部５５と第２外径部６２との各接触面において、金属の軟化および塑性流動が起きることにより、酸化皮膜や異物等が除去され、この状態で通電が停止されることにより、軟化した部分が再凝固し、金属の新生面どうしが冶金的に結合する（拡散接合）。これにより、第１内径部５４と第１外径部６１との間に第１接合部Ｐ１１が形成されるとともに、第２内径部５５と第２外径部６２との間に第２接合部Ｐ１２が形成される。
【００６８】
以上のような工程を経ることにより、リングギア５０とデフケース６０との接合が完了する。この場合に形成される第１接合部Ｐ１１および第２接合部Ｐ１２の間には、所定の軸方向長さにわたって金属どうしが接触しない間隙部６５が存在する。すなわち、上記第１接合部Ｐ１１と第２接合部Ｐ１２とが軸方向に互いに離間するように、リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５、およびデフケース６０の第１、第２外径部６１，６２の寸法関係（軸方向長さの大小関係）が設定されており、このような寸法関係の設定により、接合後の状態において、上記両接合部Ｐ１１，Ｐ１２の間に間隙部６５が形成されるようになっている。
【００６９】
以上説明したように、本発明の第２実施形態では、リングギア５０とデフケース６０とを接合するに際して、まず、リングギア５０の内周壁部に、内径Ｘ１１の第１内径部５４と、これより大きい内径Ｘ１２の第２内径部５５とを形成するとともに、デフケース６０の外周壁部に、上記内径Ｘ１１，Ｘ１２よりもオーバラップ代Ｓ１１，Ｓ１２の分だけ外径が大きい（外径Ｙ１１，Ｙ１２の）第１外径部６１および第２外径部６２を形成するようにした。そして、上記リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５に、上記デフケース６０の第１、第２外径部６１，６２をそれぞれ当接させるとともに、上記リングギア５０とデフケース６０とを一対の電極７１，７２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材５０，６０の間に、上記第１内径部５４と第１外径部６１とが接合された第１接合部Ｐ１１と、上記第２内径部５５と第２外径部６２とが接合された第２接合部Ｐ１２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１１，Ｐ１２の間に、金属どうしが接触しない間隙部６５を、所定の軸方向長さにわたって形成するようにした。このような構成によれば、先の第１実施形態で説明したのと同様の理由により、少ない接合エネルギーでより高い接合強度を得ることができる。
【００７０】
また、上記第２実施形態では、図９に示したように、スチール製のリングギア５０と鋳鉄製のデフケース６０とを接合する際に、両者の電気抵抗値の相違による電流値Ｉ１，Ｉ２の大小に起因して、通電時により高温になり易い上側接触部Ｃ１２（第２外径部６２と第２内径部５５との接触部）のオーバラップ代Ｓ１２を、下側接触部Ｃ１１（第１外径部１２と第２内径部５との接触部）のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定するようにした。このように、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代に設定することにより、先の第１実施形態と同様に、第１、第２外径部６１，６２と第１、第２内径部５４，５５との各接合部Ｐ１１，Ｐ１２の品質を良好に確保することができ、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度を十分に高めることができる。
【００７１】
なお、上記第２実施形態では、軸方向に離間した２箇所の接合部Ｐ１１，Ｐ１２を介してリングギア５０とデフケース６０とを接合したが、先に説明した図６（ａ）（ｂ）と同様、接合部は２箇所でなくてもよく、３箇所もしくはそれ以上の接合部を介してリングギア５０とデフケース６０とを接合してもよい。
【００７２】
また、上記第２実施形態では、デフケース６０の中で最も外径の大きい軸方向中間部分ではなく、これよりも外径の小さい下端寄りの部分に、第１、第２外径部６１，６２を形成し、これをリングギア５０の第１、第２内径部５４，５５と接合するようにしたが、デフケース６０の最も外径の大きい部分とリングギア５０とを接合することも当然に可能である。以下では、このような態様によるデフケース１６０とリングギア１５０との接合について、図１１および図１２に基づき説明する。
【００７３】
図１１に示すように、デフケース１６０の中で最も外径の大きい軸方向中間部分の外周壁部には、外径Ｙ１０１を有する第１外径部１６１と、外径Ｙ１０１よりも大きい外径Ｙ１０２を有する第２外径部１６２とが形成されている。一方、これら第１、第２外径部１６１，１６２に対応して、リングギア１５０の内周壁部（開口部１５２の周壁）には、内径Ｘ１０１を有する第１内径部１５４と、内径Ｘ１０１よりも大きい内径Ｘ１０２を有する第２内径部１５５とが形成されている。第１外径部１６１の外径Ｙ１０１は第１内径部１５４の内径Ｘ１０１よりもわずかに大きく、第２外径部１６２の外径Ｙ１０２は第２内径部１５５の内径Ｘ１０２よりもわずかに大きい。
【００７４】
このような構成のリングギア１５０とデフケース１６０とを、上記第２実施形態と同様の方法で接合すると、図１２に示すような接合構造が得られる。本図に示すように、リングギア１５０とデフケース１６０とは、第１内径部１５４と第１外径部１６１との間に形成される第１接合部Ｐ１０１と、第２内径部１５５と第２外径部１６２との間に形成される第２接合部Ｐ１０２とを介して接合され、両接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の間には間隙部１６５が形成される。
【００７５】
以上のような図１１および図１２の例では、先の第２実施形態の場合（図７〜図１０）と比べて、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の径が大きいため、トータルの接合面積が大きく、より接合強度が向上することが期待される。ただし、接合面積があまりに大きいと、接合に要するエネルギーが過大になるとともに、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の品質を確実な精度で維持することが難しくなると考えられる。したがって、デフケース１６０の外形が大きく、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の径がかなり大きくなる場合には、やはり上記第２実施形態（図７〜図１０）に示したように、デフケース６０における比較的外径の小さい部分に第１、第２外径部６１，６２を形成し、これをリングギア５０の第１、第２内径部５４，５５と接合することが望ましい。
【符号の説明】
【００７６】
１ クラッチコーン（第１金属部材）
２ 開口部
４ 第１内径部
５ 第２内径部
１０ ヘリカルギア（第２金属部材）
１１ 第１外径部
１２ 第２外径部
１５ 間隙部
２１ 上部電極（電極）
２２ 下部電極（電極）
Ｃ１ （第１外径部と第１内径部との）接触部
Ｃ２ （第２外径部と第２内径部との）接触部
Ｐ１ 第１接合部
Ｐ２ 第２接合部
Ｓ１，Ｓ２ オーバラップ代
５０ リングギア（第１金属部材）
５２ 開口部
５４ 第１内径部
５５ 第２内径部
６０ デフケース（第２金属部材）
６１ 第１外径部
６２ 第２外径部
６５ 間隙部
７１ 上部電極（電極）
７２ 下部電極（電極）
Ｃ１１ （第１外径部と第１内径部との）接触部
Ｃ１２ （第２外径部と第２内径部との）接触部
Ｐ１１ 第１接合部
Ｐ１２ 第２接合部
Ｓ１１，Ｓ１２ オーバラップ代
Ｉ１，Ｉ２ 電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、いわゆるリングマッシュ接合法の一種として、下記特許文献１に示される接合方法が知られている。具体的に、下記特許文献１の方法では、中空状の第１金属部材と、第１金属部材の内径よりもわずかに大きい外径を有する第２金属部材とを軸方向に重ね合わせ、同方向に加圧力をかけた状態で溶接電流を流すことにより、上記第１金属部材の内周面と第２金属部材の外周面とを接合するようにしている。
【０００３】
なお、この場合において、上記第１金属部材と第２金属部材との接合の形態は、溶融接合ではなく拡散接合である。すなわち、上記両金属部材に加圧力をかけて通電することにより、接触部分の金属を軟化させて塑性流動を発生させ、金属の新生面どうしを冶金的に接合するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に示すようなリングマッシュ接合法によれば、例えばアーク溶接等のような一般的な溶融接合と比較して、溶融による炭化物の偏析や、熱影響による凝固割れ等が発生せず、溶接に要する時間も非常に短時間で済むといった利点がある。
【０００６】
ただし、上記特許文献１に開示された方法において、より接合強度を高めることを目的に、上記第１金属部材と第２金属部材との接合面積を増やしたような場合には、これに応じて加圧力および電流値を増大させる必要が生じ、設備の大型化を招いてしまうという問題がある。このため、接合に要するエネルギーをできるだけ低く抑えながら、接合強度をより向上させることが求められていた。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、少ない接合エネルギーで高い接合強度を得ることが可能な金属部材の接合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】
【０００８】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法であって、上記第１金属部材の内周壁部に、所定の内径を有する第１内径部と、これよりも内径の大きい第２内径部とを形成し、上記第２金属部材の外周壁部に、上記第１内径部および第２内径部よりも所定のオーバラップ代分だけ外径が大きい第１外径部および第２外径部を形成し、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定し、上記第１金属部材の第１、第２内径部に、上記第２金属部材の第１、第２外径部をそれぞれ接触させた状態で、上記第１金属部材と第２金属部材とを一対の電極を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両金属部材の間に、上記第１内径部と第１外径部とが接合された第１接合部と、上記第２内径部と第２外径部とが接合された第２接合部とを形成し、かつこれら両接合部の間に、金属どうしが接触しない間隙部を、所定の軸方向長さにわたって形成することを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
本発明の接合方法によれば、第１金属部材の内周壁部と第２金属部材の外周壁部とを段違いに形成し、両者の間に互いに離間した２つの接合部を形成することで、これら各接合部の軸方向長さ（接合長）をむやみに大きくしなくても、特に曲げに強い優れた接合構造を構築することができ、接合エネルギーの増大を回避しつつ接合強度を効果的に向上させることができる。
【００１０】
特に、本発明では、第１金属部材と第２金属部材とを接合する際に、第１外径部と第１内径部との接触部、および第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を相対的に大きく設定するようにしたため、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代に基づく良質な接合部を形成することができ、第１金属部材と第２金属部材との接合強度をより効果的に向上させることができる。
【００１１】
具体的に、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を大きくするには、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、上記電極との距離が短い方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定するとよい（請求項２）。
【００１２】
この態様によれば、電極との距離が短く、通電時により高温になり易い接触部のオーバラップ代を、もう一方のオーバラップ代よりも大きく設定することにより、接合部の良質化を適正に図ることができる。
【００１３】
一方、上記第１金属部材および第２金属部材が電気抵抗値の異なる異種金属からなる場合には、上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時に流れる電流が大きい方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定するとよい（請求項３）。
【００１４】
この態様によれば、電気抵抗値の相違に起因して、通電時に流れる電流値が大きく高温化し易い接触部のオーバラップ代を、もう一方のオーバラップ代よりも大きく設定することにより、接合部の良質化を適正に図ることができる。
【００１５】
本発明の接合方法は様々な金属部材どうしの接合に適用可能であるが、具体例として、上記第１金属部材が、マニュアルトランスミッションに用いられるクラッチコーンであり、上記第２金属部材が、上記クラッチコーンに接合されるギアである場合に、本発明の接合方法を好適に適用することができる（請求項４）。
【００１６】
また、上記第１金属部材が、ディファレンシャル機構に用いられるギアであり、上記第２金属部材が、上記ギアに接合されるデフケースである場合にも、本発明の接合方法を好適に適用することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の金属部材の接合方法によれば、少ない接合エネルギーで高い接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態において接合対象とされるクラッチコーンおよびヘリカルギアの接合前の状態を示す断面図である。
【図２】上記クラッチコーンとヘリカルギアとを接合する際に使用される接合装置の概略構成を示す図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】接合が完了した状態を示す図３相当図である。
【図５】上記クラッチコーンに曲げモーメントが加わる状況を説明するための図である。
【図６】上記第１実施形態の変形例を説明するための図であり、（ａ）は接合前の状態、（ｂ）は接合後の状態をそれぞれ示している。
【図７】本発明の第２実施形態において接合対象とされるリングギアおよびデフケースの接合前の状態を示す断面図である。
【図８】上記リングギアとデフケースとを接合する際に使用される接合装置の概略構成を示す図である。
【図９】図８のＢ部拡大図である。
【図１０】接合が完了した状態を示す図９相当図である。
【図１１】上記第２実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１２】図１１に示される部品の接合後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施形態１＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、当実施形態では、車両用の部品であるクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを、本発明の接合方法に基づき接合する。
【００２０】
上記ヘリカルギア１０は、マニュアルトランスミッション用のギア部品であり、本発明にかかる第２金属部材に相当する。ヘリカルギア１０の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００２１】
上記ヘリカルギア１０は、軸方向に貫通する開口部が中心部に形成された筒状体からなり、その外周壁部の形状は、大小複数の外径を有するように多段状とされている。具体的に、上記ヘリカルギア１０の外周壁部には、外径Ｙ１を有する第１外径部１１と、外径Ｙ１よりも大きい外径Ｙ２を有する第２外径部１２とが形成されている。また、第２外径部１２よりもさらに径の大きい最外周部には、螺状歯からなるギア部１３が形成されている。
【００２２】
上記クラッチコーン１は、マニュアルトランスミッションの回転同期のために用いられる部品であり、本発明にかかる第１金属部材に相当する。クラッチコーン１の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００２３】
上記クラッチコーン１は、軸方向に貫通する開口部２が中心部に形成された筒状体からなり、その外周面には、図外のシンクロナイザーリングに圧接されるテーパコーン面３が形成されている。また、上記開口部２を囲むクラッチコーン１の内周壁部には、内径Ｘ１を有する第１内径部４と、内径Ｘ１よりも大きい内径Ｘ２を有する第２内径部５とが形成されている。
【００２４】
上記クラッチコーン１の内径Ｘ１，Ｘ２と、上記ヘリカルギア１０の外径Ｙ１，Ｙ２との関係としては、第１外径部１１の外径Ｙ１が第１内径部４の内径Ｘ１よりもわずかに大きく、かつ第２外径部１２の外径Ｙ２が第２内径部５の内径Ｘ２よりもわずかに大きい。なお、後述する図３に示すように、上記各外形部１１，１２と各内径部４，５との半径差であるオーバラップ代については、第１外径部１１と第１内径部４とのオーバラップ代をＳ１、第２外径部１２と第２内径部５とのオーバラップ代をＳ２としたときに、Ｓ１＞Ｓ２となるように設定されている。また、この場合の直径差はそれぞれ２Ｓ１，２Ｓ２であるので、（第１外径部１１の外径Ｙ１）＝（第１内径部４の内径Ｘ１）＋２Ｓ１、（第２外径部１２の外径Ｙ２）＝（第２内径部５の内径Ｘ２）＋２Ｓ２ となる。
【００２５】
図２は、上記クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合する際に使用される接合装置２０の概略構成を示す図である。本図に示すように、接合装置２０は、上部電極２１および下部電極２２と、各電極２１，２２を軸方向（図２では上下方向）に加圧する図外の加圧機構と、各電極２１，２２に接合用の高電流を供給する電源装置２３とを備える。
【００２６】
このような接合装置２０を用いての接合は、クラッチコーン１の開口部２にヘリカルギア１０の一部を挿入して仮固定した状態で、上記上部電極２１および下部電極２２により上記両部材１，１０を軸方向に加圧しつつ通電することで行う。なお、図２では、上部電極２１および下部電極２２を上下方向に対向配置して、その間にクラッチコーン１およびヘリカルギア１０を挟み込んで接合する場合を例示するが、例えば、上記両電極２１，２２を水平方向に対向配置した状態で接合することも当然に可能である。
【００２７】
上記クラッチコーン１およびヘリカルギア１０の接合の手順についてより詳しく説明する。クラッチコーン１およびヘリカルギア１０を接合するには、まず、ヘリカルギア１０を、その第２外径部１２が第１外径部１１よりも下になる姿勢で下部電極２２上に設置する。そして、この状態のヘリカルギア１０に対し、クラッチコーン１を上方から接近させる。このときのクラッチコーン１の姿勢は、その第２内径部５が第１内径部４よりも下になる姿勢とする。これにより、ヘリカルギア１０は、その第１外径部１１から先に、クラッチコーン１の開口部２に挿入される。
【００２８】
図３は、図２のＡ部を拡大して示す図である。先にも述べたが、上記ヘリカルギア１０の第１外径部１１の外径Ｙ１は、クラッチコーン１の第１内径部４の内径Ｘ１よりもオーバラップ代Ｓ１の分だけ大きく（Ｙ１＝Ｘ１＋２Ｓ１）、ヘリカルギア１０の第２外径部１２の外径Ｙ２は、クラッチコーン１の第２内径部５の内径Ｘ２よりもオーバラップ代Ｓ２の分だけ大きい（Ｙ２＝Ｘ２＋２Ｓ２）。このため、ヘリカルギア１０がクラッチコーン１に挿入されると、第１外径部１１の最外周部が第１内径部４の下端に当接するとともに、第２外径部１２の最外周部が第２内径部５の下端に当接する。このとき、上記第１外径部１１や第２内径部５等の軸方向長さの設定により、第１外径部１１と第１内径部４、および第２外径部１２と第２内径部５とが、同時に当接するようになっている。
【００２９】
上記のようにしてクラッチコーン１がヘリカルギア１０上に仮固定されると、次いで、上部電極２１および下部電極２２によりクラッチコーン１およびヘリカルギア１０を上下から挟み込んで加圧するとともに、上記両電極２１，２２に接合用の電圧を印加する。具体的には、上記下部電極２２上に仮固定されたクラッチコーン１およびヘリカルギア１０に対し、上部電極２１を上から接近させ、その下端部をヘリカルギア１０の上端面に当接させるとともに、その状態で上記両電極２１，２２に対し所定の加圧力を接近方向（軸方向）に加える。また、これに合わせて電源装置２３を作動させることにより、上記両電極２１，２２に接合用の電圧を印加する。
【００３０】
上記のような電圧の印加に応じて、上記両電極２１，２２の間には、クラッチコーン１およびヘリカルギア１０を介して瞬時に大きな電流が流れる。このとき、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とは、第１内径部４と第１外径部１１との接触部Ｃ１、および、第２内径部５と第２外径部１２との接触部Ｃ２の２箇所で接触しているため、上記電流は、この２箇所の接触部Ｃ１，Ｃ２を通じて流れることになる。
【００３１】
すると、通電による抵抗発熱が発生し、上記両接触部Ｃ１，Ｃ２では、金属の軟化および塑性流動が起きる。このとき、上記電極２１，２２による加圧は継続されているため、上記金属の軟化に伴い、クラッチコーン１がヘリカルギア１０に対し徐々に下方に押し込まれていく。これにより、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接触面積（つまり第１内径部４と第１外径部１１、第２内径部５と第２外径部１２との各接触面積）が増大し、金属が軟化する領域も増大していく。なお、以下では、第１内径部４と第１外径部１１との接触部Ｃ１のことを上側接触部Ｃ１、第２内径部５と第２外径部１２との接触部Ｃ２のことを下側接触部Ｃ２ということがある。
【００３２】
ここで、上記のような通電と加圧により昇温・軟化する上記両接触部Ｃ１，Ｃ２においては、第１内径部４と第１外径部１１との接触部である上側接触部Ｃ１の温度の方が、第２内径部５と第２外径部１２との接触部である下側接触部Ｃ２の温度よりも高くなる傾向にある。これは、上側接触部Ｃ１から上部電極２１までの距離の方が、下側接触部Ｃ２から下部電極２２（図２）までの距離よりも短いからである。
【００３３】
すなわち、上記上側接触部Ｃ１および下側接触部Ｃ２では、それぞれ、金属どうしの接触抵抗による発熱が起きるが、このうち上側接触部Ｃ１については、上部電極２１との距離が短いために、上記のような抵抗発熱に加えて、当該電極２１とクラッチコーン１の上面との接触抵抗による発熱の影響を受け易く、より高温化する傾向にある。図３では、上記上部電極２１との接触抵抗により特に高温になるクラッチコーン１の上端部を符号Ｑで示している（以下、高温部分Ｑという）。上記上側接触部Ｃ１は、位置的にこの高温部分Ｑに近いため、当該部分Ｑからの熱的影響を受けて下部接触部Ｃ２よりも高温化する。
【００３４】
このような上側接触部Ｃ１と下側接触部Ｃ２との温度差を考慮して、当実施形態では、上述したように、上側接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を下側接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定している（Ｓ１＞Ｓ２）。すなわち、第１外径部１１と第１内径部４との接触部である上側接触部Ｃ１の方が、上記高温部分Ｑに近く、第２外径部１２と第２内径部５との接触部である下側接触部Ｃ２よりも高温になるため、金属が軟化する範囲についても、上側接触部Ｃ１での軟化範囲の方が下側接触部Ｃ２での軟化範囲よりも広くなる。そこで、金属の軟化範囲に見合った適正なオーバラップ代を確保すべく、当実施形態では、第１外径部１１と第１内径部４との半径差であるオーバラップ代Ｓ１を大きく、第２外径部１２と第２内径部５との半径差であるオーバラップ代Ｓ２を小さくしている。例えば、Ｓ１＝０．３ｍｍ、Ｓ２＝０．１５ｍｍとする。
【００３５】
図４は、上記上部電極２１および下部電極２２を用いた通電と加圧が継続された結果、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合が完了した状態を示している。すなわち、接合の完了時には、クラッチコーン１の下面に設けられた突起６がヘリカルギア１０に当接するまでクラッチコーン１が下方に押し込まれ、図４に示すように、クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５とヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２とがそれぞれ所定の軸方向長さにわたって面接触するようになった状態で、上記電極２１，２２間の通電が停止される。これにより、上記各接触面の金属が再凝固し、同図に示すような２つの接合部Ｐ１，Ｐ２が形成される。
【００３６】
すなわち、上記第１内径部４と第１外径部１１、および第２内径部５と第２外径部１２との各接触面において、金属の軟化および塑性流動が起きることにより、酸化皮膜や異物等が除去され、この状態で通電が停止されることにより、軟化した部分が再凝固し、金属の新生面どうしが冶金的に結合する（拡散接合）。これにより、第１内径部４と第１外径部１１との間に第１接合部Ｐ１が形成されるとともに、第２内径部５と第２外径部１２との間に第２接合部Ｐ２が形成される。
【００３７】
以上のような工程を経ることにより、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合が完了する。この場合に形成される第１接合部Ｐ１および第２接合部Ｐ２の間には、所定の軸方向長さにわたって金属どうしが接触しない間隙部１５が存在する。すなわち、上記第１接合部Ｐ１と第２接合部Ｐ２とが軸方向に互いに離間するように、クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５、およびヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２の寸法関係（軸方向長さの大小関係）が設定されており、このような寸法関係の設定により、接合後の状態において、上記両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に間隙部１５が形成されるようになっている。
【００３８】
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合するに際して、まず、クラッチコーン１の内周壁部に、内径Ｘ１の第１内径部４と、これより大きい内径Ｘ２の第２内径部５とを形成するとともに、ヘリカルギア１０の外周壁部に、上記内径Ｘ１，Ｘ２よりもオーバラップ代Ｓ１，Ｓ２の分だけ外径が大きい（外径Ｙ１，Ｙ２の）第１外径部１１および第２外径部１２を形成するようにした。そして、上記クラッチコーン１の第１、第２内径部４，５に、上記ヘリカルギア１０の第１、第２外径部１１，１２をそれぞれ当接させるとともに、上記クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを一対の電極２１，２２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材１，１０の間に、上記第１内径部４と第１外径部１１とが接合された第１接合部Ｐ１と、上記第２内径部５と第２外径部１２とが接合された第２接合部Ｐ２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１，Ｐ２の間に、金属どうしが接触しない間隙部１５を、所定の軸方向長さにわたって形成するようにした。このような構成によれば、少ない接合エネルギーで高い接合強度が得られるという利点がある。
【００３９】
すなわち、上記第１実施形態では、クラッチコーン１の内周壁部とヘリカルギア１０の外周壁部とを段違いに形成することで、２つの接合部Ｐ１，Ｐ２を離間して形成し、その間を間隙部１５としたため、上記各接合部Ｐ１，Ｐ２の軸方向長さ（接合長）をむやみに大きくしなくても、特に曲げに強い優れた接合構造を構築することができ、接合エネルギーの増大を回避しつつ接合強度を効果的に向上させることができるという利点がある。
【００４０】
例えば、単に接合強度を高めるだけの目的であれば、上記第１実施形態のように接合部を２つ（Ｐ１，Ｐ２）に分けなくても、接合長の長い１つの接合部を形成することで接合強度を高められる。しかしながら、このようにした場合には、接合時に必要な電流値や加圧力が増大し、設備の大型化やコストアップを招いてしまう。
【００４１】
これに対し、上記第１実施形態のように、軸方向に離間した２つの接合部Ｐ１，Ｐ２を形成した場合には、例えば各接合部Ｐ１，Ｐ２を軸方向に連続させたような場合と比較して、接合部の断面係数が増大するため、特に図５に示すような曲げモーメントＭがクラッチコーン１に作用したときに、接合部Ｐ１，Ｐ２に作用する力が軽減され、曲げ剛性がより向上する。なお、マニュアルトランスミッションの回転同期のために用いられる上記クラッチコーン１は、そのテーパコーン面３に圧接される図外のシンクロナイザーリング等から様々な方向の力を受けるため、上記のような曲げ剛性の向上により、マニュアルトランスミッションの信頼性をより高めることができる。
【００４２】
さらに、上記第１実施形態では、図３に示したように、クラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合する際に、上部電極２１との距離が短く、通電時により高温になり易い上側接触部Ｃ１（第１外径部１１と第１内径部４との接触部）のオーバラップ代Ｓ１を、下側接触部Ｃ２（第２外径部１２と第２内径部５との接触部）のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定するようにした。このように、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代を設定することにより、第１、第２外径部１１，１２と第１、第２内径部４，５との各接合部Ｐ１，Ｐ２の品質を良好に確保することができ、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度を十分に高めることができる。
【００４３】
例えば、上記第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１では、通電時の昇温幅が大きく、より広い範囲の金属が軟化するため、当該接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１が小さ過ぎると、溶融金属が飛散するスパッタ等の現象が生じ、金属どうしの拡散接合が不完全になるおそれがある。一方、第２外径部１２と第２外径部５との接触部Ｃ２では、相対的に温度が低く、金属が軟化する範囲が狭いため、当該接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２が大き過ぎると、単なる圧入と同じような状態になり、やはり金属どうしの拡散接合が不完全になるおそれがある。
【００４４】
これに対し、上記第１実施形態では、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を大きく、第２外径部１２と第２外径部５との接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２を小さくしたため、各接触部Ｃ１，Ｃ２の昇温幅とオーバラップ代Ｓ１，Ｓ２とのバランスがよく、上記のような事態を適正に回避でき、上記第１、第２外径部１１，１２と第１、第２内径部４，５とを、それぞれ良好な拡散接合により接合することができる。これにより、十分な強度をもった良質な接合部Ｐ１，Ｐ２（図４）を形成でき、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度をより効果的に向上させることができる。
【００４５】
なお、上記第１実施形態では、軸方向に離間した２箇所の接合部Ｐ１，Ｐ２を介してクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合したが、接合部は２箇所でなくてもよく、３箇所もしくはそれ以上の接合部を介してクラッチコーン１とヘリカルギア１０とを接合してもよい。図６（ａ）（ｂ）は、接合部を３箇所（Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’）に設定した場合を例示したものであり、同図（ａ）は接合前の状態を、同図（ｂ）は接合後の状態をそれぞれ示している。
【００４６】
この場合、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との各接触部のオーバラップ代Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’については、図６（ａ）に示すように、上部電極２１に近いほど大きくし、Ｓ１’＞Ｓ２’＞Ｓ３’とする。このように、電極に近く高温になり易い接触部ほどそのオーバラップ代を大きくすることで、上記第１実施形態と同様に、接合部Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’の良質化を適正に図ることができる。
【００４７】
また、上記第１実施形態では、図３に示したように、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１が上部電極２１にかなり近く、通電時に高温になり易いという事情から、この第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１を、第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２よりも大きくしたが、上部電極２１および下部電極２２と各接触部Ｃ１，Ｃ２との位置関係が異なることにより、第２外径部１２と第２内径部５との接触部Ｃ２の方が、第１外径部１１と第１内径部４との接触部Ｃ１よりも高温になる場合には、上記とは逆に、接触部Ｃ２のオーバラップ代Ｓ２を接触部Ｃ１のオーバラップ代Ｓ１よりも大きくするとよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、スチール製のクラッチコーン１と、同じくスチール製のヘリカルギア１０とを接合する場合を例に挙げて説明したが、本発明の接合方法は、その他の金属製部品にも当然に適用可能であり、その材質もスチールに限られない。本発明の接合方法は、金属の軟化・塑性流動により接合するものであるため、例えばアーク溶接やレーザ溶接といった溶融接合による場合よりも、材質の制約が少なく、様々な材質への適用が期待できる。
【００４９】
次に、接合対象の材質が異なる場合の例を本発明の第２実施形態として説明する。
＜実施形態２＞
本発明の第２実施形態では、図７に示すように、車両用の部品であるリングギア５０とデフケース６０とを、本発明の接合方法に基づき接合する。
【００５０】
上記デフケース６０は、ディファレンシャル機構のピニオンギアやサイドギアを収納するケースであり、本発明にかかる第２金属部材に相当する。デフケース１０の材質は鋳鉄であり、その具体例としては、ＦＣＤ４５０やＦＣＤ５５０等の球状黒鉛鋳鉄を挙げることができる。
【００５１】
上記デフケース６０は、軸方向の中間部が両端部よりも膨らんだ中空多段状の部材からなる。このデフケース６０の軸方向一端寄りの外周壁部には、外径Ｙ１１を有する第１外径部６１と、外径Ｙ１１よりも大きい外径Ｙ１２を有する第２外径部６２とが形成されている。
【００５２】
上記リングギア５０は、トランスミッションから伝達される駆動力を受けるギア部品であり、本発明にかかる第１金属部材に相当する。リングギア５０の材質はスチールであり、その具体例としては、ＳＣＲ４２０Ｈ等の浸炭焼入れ鋼を挙げることができる。
【００５３】
上記リングギア５０は、軸方向（厚み方向）に貫通する開口部５２が中心部に形成されたリング状の部材からなり、その最外周部には、トランスミッションの出力ギアと噛合されるギア部５３が形成されている。また、上記開口部５２を囲むリングギア１の内周壁部には、内径Ｘ１１を有する第１内径部５４と、内径Ｘ１１よりも大きい内径Ｘ１２を有する第２内径部５５とが形成されている。
【００５４】
上記リングギア５０の内径Ｘ１１，Ｘ１２と、上記デフケース６０の外径Ｙ１１，Ｙ１２との関係としては、第１外径部６１の外径Ｙ１１が第１内径部５４の内径Ｘ１１よりもわずかに大きく、かつ第２外径部１２の外径Ｙ２が第２内径部５の内径Ｘ２よりもわずかに大きい。なお、後述する図９に示すように、上記各外形部６１，６２と各内径部５４，５５との半径差であるオーバラップ代については、第１外径部６１と第１内径部５４とのオーバラップ代をＳ１１、第２外径部６２と第２内径部５５とのオーバラップ代をＳ１２としたときに、Ｓ１２＞Ｓ１１となるように設定されている。また、この場合の直径差はそれぞれ２Ｓ１１，２Ｓ１２であるので、（第１外径部６１の外径Ｙ１１）＝（第１内径部５４の内径Ｘ１１）＋２Ｓ１１、（第２外径部６２の外径Ｙ１２）＝（第２内径部５５の内径Ｘ１２）＋２Ｓ１２ となる。
【００５５】
図８は、上記リングギア５０とデフケース６０とを接合する際に使用される接合装置７０の概略構成を示す図である。本図に示すように、当実施形態における接合装置７０は、先の第１実施形態で使用した接合装置２０と基本的に同様の構成を有しており、上部電極７１および下部電極７２と、各電極７１，７２を軸方向（図８では上下方向）に加圧する図外の加圧機構と、各電極７１，７２に接合用の高電流を供給する電源装置７３とを備えている。
【００５６】
このような接合装置７０を用いての接合は、リングギア５０の開口部５２にデフケース６０の一部を挿入して仮固定した状態で、上記上部電極７１および下部電極７２により上記両部材５０，６０を軸方向に加圧しつつ通電することで行う。なお、図８では、上部電極７１および下部電極７２を上下方向に対向配置して、その間にリングギア５０およびデフケース６０を挟み込んで接合する場合を例示するが、例えば、上記両電極７１，７２を水平方向に対向配置した状態で接合することも当然に可能である。
【００５７】
上記リングギア５０およびデフケース６０の接合の手順についてより詳しく説明する。リングギア５０およびデフケース６０を接合するには、まず、リングギア５０を、その第１内径部５４が第２内径部５５よりも下になる姿勢で下部電極７２上に設置する。そして、この状態のリングギア５０に対し、デフケース６０を上方から接近させる。このときのデフケース６０の姿勢は、その第１外径部６１が第２外径部６２よりも下になる姿勢とする。これにより、デフケース６０は、その第１外径部６１から先に、リングギア５０の開口部５２に挿入される。
【００５８】
図９は、図７のＢ部を拡大して示す図である。先にも述べたが、上記デフケース６０の第１外径部６１の外径Ｙ１１は、リングギア５０の第１内径部５４の内径Ｘ１１よりもオーバラップ代Ｓ１１の分だけ大きく（Ｙ１１＝Ｘ１１＋２Ｓ１１）、デフケース６０の第２外径部６２の外径Ｙ１２は、リングギア５０の第２内径部５５の内径Ｘ１２よりもオーバラップ代Ｓ１２の分だけ大きい（Ｙ１２＝Ｘ１２＋２Ｓ１２）。このため、デフケース６０がリングギア５０に挿入されると、第１外径部６１の最外周部が第１内径部５４の上端に当接するとともに、第２外径部６２の最外周部が第２内径部５５の上端に当接する。このとき、上記第１外径部６１や第２内径部５５等の軸方向長さの設定により、第１外径部６１と第１内径部５４、および第２外径部６２と第２内径部５５とが、同時に当接するようになっている。
【００５９】
上記のようにしてデフケース６０がリングギア５０上に仮固定されると、次いで、上部電極７１および下部電極７２によりリングギア５０およびデフケース６０を上下から挟み込んで加圧するとともに、上記両電極７１，７２に接合用の電圧を印加する。具体的には、上記下部電極７２上に仮固定されたリングギア５０およびデフケース６０に対し、上部電極７１を上から接近させ、その下端部をデフケース６０の内壁面に当接させるとともに、その状態で上記両電極７１，７２に対し所定の加圧力を接近方向（軸方向）に加える。また、これに合わせて電源装置７３を作動させることにより、上記両電極７１，７２に接合用の電圧を印加する。
【００６０】
上記のような電圧の印加に応じて、上記両電極７１，７２の間には、リングギア５０およびデフケース６０を介して瞬時に大きな電流が流れる。このとき、リングギア５０とデフケース６０とは、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部Ｃ１１、および、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部Ｃ１２の２箇所で接触しているため、上記電流は、この２箇所の接触部Ｃ１１，Ｃ１２を通じて流れることになる。
【００６１】
すると、通電による抵抗発熱が発生し、上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２では、金属の軟化および塑性流動が起きる。このとき、上記電極７１，７２による加圧は継続されているため、上記金属の軟化に伴い、デフケース６０がリングギア５０に対し徐々に下方に押し込まれていく。これにより、リングギア５０とデフケース６０との接触面積（つまり第１内径部５４と第１外径部６１、第２内径部５５と第２外径部６２との各接触面積）が増大し、金属が軟化する領域も増大していく。なお、以下では、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部Ｃ１１のことを下側接触部Ｃ１１、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部Ｃ１２のことを上側接触部Ｃ１２ということがある。
【００６２】
ここで、上記のような通電と加圧により昇温・軟化する上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２においては、第２内径部５５と第２外径部６２との接触部である上側接触部Ｃ１２の温度の方が、第１内径部５４と第１外径部６１との接触部である下側接触部Ｃ１１の温度よりも高くなる傾向にある。これは、上側接触部Ｃ１２を通る電流Ｉ２の方が、下側接触部Ｃ１１を通る電流Ｉ１よりも大きい値になるからである。
【００６３】
すなわち、当実施形態における接合対象であるリングギア５０とデフケース６０とを比較すると、鋳鉄製のデフケース６０の方が、スチール製のリングギア５０よりも電気抵抗値が大きい。一方、上側接触部Ｃ１２を通過する電流Ｉ２の経路と、下側接触部Ｃ１１を通過する電流Ｉ１の経路とを比較すると、電流Ｉ１の経路の方が、高抵抗のデフケース６０の内部をより長い距離にわたって通過するため、相対的に電流が流れにくい経路となっている。したがって、電流Ｉ２の値の方が電流Ｉ１の値よりも大きくなり、電流Ｉ２が流れる上側接触部Ｃ１２の方が、電流Ｉ１が流れる下側接触部Ｃ１１よりも高温化する。
【００６４】
なお、先の第１実施形態でも説明したように、上側接触部Ｃ１２と下側接触部Ｃ１１との温度差の要因としては、上部電極７１や下部電極７２との距離も関係し得るが、当実施形態では、上部電極７１と上側接触部Ｃ１２との距離、下部電極７２と下側接触部Ｃ１１との距離に大きな差がないため、上記両接触部Ｃ１１，Ｃ１２の温度差は、主に電流値Ｉ１，Ｉ２の相違によるものと考えられる。
【００６５】
上記のような上側接触部Ｃ１２と下側接触部Ｃ１１との温度差を考慮して、当実施形態では、上述したように、上側接触部Ｃ１２のオーバラップ代Ｓ１２を下側接触部Ｃ１１のオーバラップ代Ｓ１１よりも大きく設定している（Ｓ１２＞Ｓ１１）。すなわち、第２外径部６２と第２内径部５５との接触部である上側接触部Ｃ１２の方が、より高い電流Ｉ２が流れることで、第１外径部６１と第１内径部５４との接触部である下側接触部Ｃ１１よりも高温になるため、金属が軟化する範囲についても、上側接触部Ｃ１２での軟化範囲の方が下側接触部Ｃ１１での軟化範囲よりも広くなる。そこで、金属の軟化範囲に見合った適正なオーバラップ代を確保すべく、当実施形態では、第２外径部６２と第２内径部５５との半径差であるオーバラップ代Ｓ１２を大きく、第１外径部６１と第１内径部５４との半径差であるオーバラップ代Ｓ１１を小さくしている。例えば、Ｓ１２＝０．５ｍｍ、Ｓ１１＝０．２ｍｍとする。
【００６６】
図１０は、上記上部電極７１および下部電極７２を用いた通電と加圧が継続された結果、リングギア５０とデフケース６０との接合が完了した状態を示している。すなわち、接合の完了時には、デフケース６０の第１外径部６１の下端が下部電極７２に当接するまでデフケース６０が下方に押し込まれ、図１０に示すように、リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５とデフケース６０の第１、第２外径部６１，６２とがそれぞれ所定の軸方向長さにわたって面接触するようになった状態で、上記電極７１，７２間の通電が停止される。これにより、上記各接触面の金属が再凝固し、同図に示すような２つの接合部Ｐ１１，Ｐ１２が形成される。
【００６７】
すなわち、上記第１内径部５４と第１外径部６１、および第２内径部５５と第２外径部６２との各接触面において、金属の軟化および塑性流動が起きることにより、酸化皮膜や異物等が除去され、この状態で通電が停止されることにより、軟化した部分が再凝固し、金属の新生面どうしが冶金的に結合する（拡散接合）。これにより、第１内径部５４と第１外径部６１との間に第１接合部Ｐ１１が形成されるとともに、第２内径部５５と第２外径部６２との間に第２接合部Ｐ１２が形成される。
【００６８】
以上のような工程を経ることにより、リングギア５０とデフケース６０との接合が完了する。この場合に形成される第１接合部Ｐ１１および第２接合部Ｐ１２の間には、所定の軸方向長さにわたって金属どうしが接触しない間隙部６５が存在する。すなわち、上記第１接合部Ｐ１１と第２接合部Ｐ１２とが軸方向に互いに離間するように、リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５、およびデフケース６０の第１、第２外径部６１，６２の寸法関係（軸方向長さの大小関係）が設定されており、このような寸法関係の設定により、接合後の状態において、上記両接合部Ｐ１１，Ｐ１２の間に間隙部６５が形成されるようになっている。
【００６９】
以上説明したように、本発明の第２実施形態では、リングギア５０とデフケース６０とを接合するに際して、まず、リングギア５０の内周壁部に、内径Ｘ１１の第１内径部５４と、これより大きい内径Ｘ１２の第２内径部５５とを形成するとともに、デフケース６０の外周壁部に、上記内径Ｘ１１，Ｘ１２よりもオーバラップ代Ｓ１１，Ｓ１２の分だけ外径が大きい（外径Ｙ１１，Ｙ１２の）第１外径部６１および第２外径部６２を形成するようにした。そして、上記リングギア５０の第１、第２内径部５４，５５に、上記デフケース６０の第１、第２外径部６１，６２をそれぞれ当接させるとともに、上記リングギア５０とデフケース６０とを一対の電極７１，７２を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両部材５０，６０の間に、上記第１内径部５４と第１外径部６１とが接合された第１接合部Ｐ１１と、上記第２内径部５５と第２外径部６２とが接合された第２接合部Ｐ１２とを形成し、かつこれら両接合部Ｐ１１，Ｐ１２の間に、金属どうしが接触しない間隙部６５を、所定の軸方向長さにわたって形成するようにした。このような構成によれば、先の第１実施形態で説明したのと同様の理由により、少ない接合エネルギーでより高い接合強度を得ることができる。
【００７０】
また、上記第２実施形態では、図９に示したように、スチール製のリングギア５０と鋳鉄製のデフケース６０とを接合する際に、両者の電気抵抗値の相違による電流値Ｉ１，Ｉ２の大小に起因して、通電時により高温になり易い上側接触部Ｃ１２（第２外径部６２と第２内径部５５との接触部）のオーバラップ代Ｓ１２を、下側接触部Ｃ１１（第１外径部１２と第２内径部５との接触部）のオーバラップ代Ｓ２よりも大きく設定するようにした。このように、接触部の昇温幅に応じた適正なオーバラップ代に設定することにより、先の第１実施形態と同様に、第１、第２外径部６１，６２と第１、第２内径部５４，５５との各接合部Ｐ１１，Ｐ１２の品質を良好に確保することができ、クラッチコーン１とヘリカルギア１０との接合強度を十分に高めることができる。
【００７１】
なお、上記第２実施形態では、軸方向に離間した２箇所の接合部Ｐ１１，Ｐ１２を介してリングギア５０とデフケース６０とを接合したが、先に説明した図６（ａ）（ｂ）と同様、接合部は２箇所でなくてもよく、３箇所もしくはそれ以上の接合部を介してリングギア５０とデフケース６０とを接合してもよい。
【００７２】
また、上記第２実施形態では、デフケース６０の中で最も外径の大きい軸方向中間部分ではなく、これよりも外径の小さい下端寄りの部分に、第１、第２外径部６１，６２を形成し、これをリングギア５０の第１、第２内径部５４，５５と接合するようにしたが、デフケース６０の最も外径の大きい部分とリングギア５０とを接合することも当然に可能である。以下では、このような態様によるデフケース１６０とリングギア１５０との接合について、図１１および図１２に基づき説明する。
【００７３】
図１１に示すように、デフケース１６０の中で最も外径の大きい軸方向中間部分の外周壁部には、外径Ｙ１０１を有する第１外径部１６１と、外径Ｙ１０１よりも大きい外径Ｙ１０２を有する第２外径部１６２とが形成されている。一方、これら第１、第２外径部１６１，１６２に対応して、リングギア１５０の内周壁部（開口部１５２の周壁）には、内径Ｘ１０１を有する第１内径部１５４と、内径Ｘ１０１よりも大きい内径Ｘ１０２を有する第２内径部１５５とが形成されている。第１外径部１６１の外径Ｙ１０１は第１内径部１５４の内径Ｘ１０１よりもわずかに大きく、第２外径部１６２の外径Ｙ１０２は第２内径部１５５の内径Ｘ１０２よりもわずかに大きい。
【００７４】
このような構成のリングギア１５０とデフケース１６０とを、上記第２実施形態と同様の方法で接合すると、図１２に示すような接合構造が得られる。本図に示すように、リングギア１５０とデフケース１６０とは、第１内径部１５４と第１外径部１６１との間に形成される第１接合部Ｐ１０１と、第２内径部１５５と第２外径部１６２との間に形成される第２接合部Ｐ１０２とを介して接合され、両接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の間には間隙部１６５が形成される。
【００７５】
以上のような図１１および図１２の例では、先の第２実施形態の場合（図７〜図１０）と比べて、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の径が大きいため、トータルの接合面積が大きく、より接合強度が向上することが期待される。ただし、接合面積があまりに大きいと、接合に要するエネルギーが過大になるとともに、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の品質を確実な精度で維持することが難しくなると考えられる。したがって、デフケース１６０の外形が大きく、接合部Ｐ１０１，Ｐ１０２の径がかなり大きくなる場合には、やはり上記第２実施形態（図７〜図１０）に示したように、デフケース６０における比較的外径の小さい部分に第１、第２外径部６１，６２を形成し、これをリングギア５０の第１、第２内径部５４，５５と接合することが望ましい。
【符号の説明】
【００７６】
１ クラッチコーン（第１金属部材）
２ 開口部
４ 第１内径部
５ 第２内径部
１０ ヘリカルギア（第２金属部材）
１１ 第１外径部
１２ 第２外径部
１５ 間隙部
２１ 上部電極（電極）
２２ 下部電極（電極）
Ｃ１ （第１外径部と第１内径部との）接触部
Ｃ２ （第２外径部と第２内径部との）接触部
Ｐ１ 第１接合部
Ｐ２ 第２接合部
Ｓ１，Ｓ２ オーバラップ代
５０ リングギア（第１金属部材）
５２ 開口部
５４ 第１内径部
５５ 第２内径部
６０ デフケース（第２金属部材）
６１ 第１外径部
６２ 第２外径部
６５ 間隙部
７１ 上部電極（電極）
７２ 下部電極（電極）
Ｃ１１ （第１外径部と第１内径部との）接触部
Ｃ１２ （第２外径部と第２内径部との）接触部
Ｐ１１ 第１接合部
Ｐ１２ 第２接合部
Ｓ１１，Ｓ１２ オーバラップ代
Ｉ１，Ｉ２ 電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法であって、
上記第１金属部材の内周壁部に、所定の内径を有する第１内径部と、これよりも内径の大きい第２内径部とを形成し、
上記第２金属部材の外周壁部に、上記第１内径部および第２内径部よりも所定のオーバラップ代分だけ外径が大きい第１外径部および第２外径部を形成し、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定し、
上記第１金属部材の第１、第２内径部に、上記第２金属部材の第１、第２外径部をそれぞれ接触させた状態で、上記第１金属部材と第２金属部材とを一対の電極を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両金属部材の間に、上記第１内径部と第１外径部とが接合された第１接合部と、上記第２内径部と第２外径部とが接合された第２接合部とを形成し、かつこれら両接合部の間に、金属どうしが接触しない間隙部を、所定の軸方向長さにわたって形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属部材の接合方法において、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、上記電極との距離が短い方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項３】
請求項１記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材および第２金属部材が電気抵抗値の異なる異種金属からなり、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時に流れる電流が大きい方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材が、マニュアルトランスミッションに用いられるクラッチコーンであり、上記第２金属部材が、上記クラッチコーンに接合されるギアであることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材が、ディファレンシャル機構に用いられるギアであり、上記第２金属部材が、上記ギアに接合されるデフケースであることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項１】
開口部が設けられた第１金属部材と、上記開口部を囲む第１金属部材の内周壁部に部分的に接触可能な外周壁部を有した第２金属部材とを、軸方向に加圧しつつ通電による抵抗発熱によって接合する方法であって、
上記第１金属部材の内周壁部に、所定の内径を有する第１内径部と、これよりも内径の大きい第２内径部とを形成し、
上記第２金属部材の外周壁部に、上記第１内径部および第２内径部よりも所定のオーバラップ代分だけ外径が大きい第１外径部および第２外径部を形成し、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時により高温になる方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定し、
上記第１金属部材の第１、第２内径部に、上記第２金属部材の第１、第２外径部をそれぞれ接触させた状態で、上記第１金属部材と第２金属部材とを一対の電極を用いて軸方向に加圧しつつ通電することにより、上記両金属部材の間に、上記第１内径部と第１外径部とが接合された第１接合部と、上記第２内径部と第２外径部とが接合された第２接合部とを形成し、かつこれら両接合部の間に、金属どうしが接触しない間隙部を、所定の軸方向長さにわたって形成することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属部材の接合方法において、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、上記電極との距離が短い方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項３】
請求項１記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材および第２金属部材が電気抵抗値の異なる異種金属からなり、
上記第１外径部と第１内径部との接触部、および上記第２外径部と第２内径部との接触部のうち、通電時に流れる電流が大きい方の接触部のオーバラップ代を、もう一方の接触部のオーバラップ代よりも大きく設定することを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材が、マニュアルトランスミッションに用いられるクラッチコーンであり、上記第２金属部材が、上記クラッチコーンに接合されるギアであることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属部材の接合方法において、
上記第１金属部材が、ディファレンシャル機構に用いられるギアであり、上記第２金属部材が、上記ギアに接合されるデフケースであることを特徴とする金属部材の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４５５１２（Ｐ２０１１−２４５５１２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１４２８（Ｐ２０１０−１２１４２８）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
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