異種金属の接合体および異種金属接合体の製造方法
【課題】軽合金製板材と鋼製板材との接合部に水分が進入することに起因した電食の発生を容易かつ効果的に防止できるようにする。
【解決手段】軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点１１と、該溶接点１１の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部１３とが形成され、該離間部１３の相対向する壁面に電着塗膜１４が形成されるとともに、該電着塗膜１４が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部１６が形成された異種金属の接合体および異種金属接合体の製造方法。
【解決手段】軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点１１と、該溶接点１１の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部１３とが形成され、該離間部１３の相対向する壁面に電着塗膜１４が形成されるとともに、該電着塗膜１４が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部１６が形成された異種金属の接合体および異種金属接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体および該異種金属接合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車や鉄道車両等の輸送機器、機械部品または建築構造物等において、その軽量化を図ることを目的として、軽合金製板材と鋼板製板材とを接合した異種金属の接合体や該異種金属接合体の製造方法に関する研究開発が活発に行われている。そして、金属の腐食性が問題となる厳しい環境下で使用される自動車の車体を、軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接する等により直接、接合した部材で構成した場合には、該接合部の周囲に進入した水分を介して上記異種金属間に電流が流れることにより軽合金製板材には電食が発生し易いという問題がある。
【０００３】
上記電食の発生を抑制するために、軽合金製板材と鋼板製板材とを、接着剤による接着とスポット溶接とを併用したウエルドボンド法で接合し、スポット溶接部の周囲に接着剤からなるシール層を設けることにより、上記軽合金製板材および鋼板製板材の接合面間に水分が進入するのを防止することが検討されている。このように軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接して充分な接合強度を得るには、大電流を流して両板材を高温に加熱しなければ適正に溶接することができない。
【０００４】
このため、例えば下記特許文献１に示されるように、アルミ製のルーフパネルに設けられた略水平なフランジ部と、鋼板製のルーフレールアウタパネルに設けられた略水平なフランジ部とを重ね合わせた状態で、両者をピアッシングリベット等の機械的手段で互いに接合する車体接合構造において、ルーフパネルのフランジ部に、下方へ向かって所定距離だけ突出された突出部を形成し、ルーフパネルのフランジ部とルーフレールアウタパネルのフランジ部との間にシール剤を介在させて上記突出部とルーフレールアウタパネルのフランジ部とを相互に固定することにより、両者の間に水分が浸入することに起因した電食の発生を防止することが行われている。
【０００５】
また、下記特許文献２に示されるように、アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、合金化溶融メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルと、非合金系亜鉛メッキ鋼板からなるルーフレールインナパネルとを重ね合わせて接合する車両パネルの結合構造において、上記ルーフパネルの側辺部に所定の切欠き部を形成し、この切欠き部を介して設置されたメッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとを重ね合わせるとともに、両パネルの間に接着剤を介在させた状態で、該ルーフレールアウタパネルとルーフレールインナパネルとをスポット溶接することにより、上記ルーフパネル、ルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルを比較的低温で接合することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７４４２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されているように、アルミ製のルーフパネルと鋼板製のレールサイドアウタをピアッシングリベット等の機械的手段で互いに接合するように構成した車体の接合構造では、上記スポット溶接で接合する場合のように高温に加熱する必要がないため、上記接合時にパネル材に反りが生じることに起因したシール性の低下を生じることなく接合することができるという利点がある。ただし、スポット溶接等と比較して導入コストおよびランニングコストが高いという課題がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示された車体パネルの接合構造では、アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとが直接、溶接されていないため、その接合強度を長期に亘り充分な状態に維持することは困難である。このため、車両の走行距離が長くなると、上記接合部が徐々に変形してシール剤が部分的に剥離し、そのシール機能が阻害されることにより、上記アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとからなる異種金属の接合部に水分が進入して電食が発生することが避けられないという問題があった。
【０００９】
一方、本願発明者は、上述したように軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接して充分な接合強度を得るには、大電流を流して両板材を高温に加熱しなければ適正に溶接することができず、両板材が高温となることに起因して上記両板材に反りが生じて大きな隙間が形成され易く、上記接着剤からなるシール層を設けたとしても水分の進入を確実に阻止することが困難であり、上記電食の発生を効果的に防止することはできないという課題に直面した。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、軽合金製板材と鋼製板材との接合部に水分が進入することに起因した電食の発生を容易かつ効果的に防止することができる異種金属の接合体および異種金属接合体の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とが形成され、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜が形成されるとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部が形成されたものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の異種金属の接合体において、上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部が設けられたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の異種金属の接合体において、上記軽合金製板材からなる車両のルーフパネルと、上記鋼製板材からなるルーフレールとが、上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝（ドリップ溝とも呼ばれる）の設置部で溶接されるとともに、該モヒカン溝の設置部に上記離間部およびシール部が配設されたものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属接合体の製造方法であって、それぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材および鋼製板材を重ね合わせた状態で、その一方の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて複数個所で溶接する溶接工程と、該溶接工程で溶接点の周縁部に形成された両板材の離間部に電着塗装液を進入させて相対向する壁面に電着塗膜を形成する電着塗装工程と、上記両板材の少なくとも一方の端部と、該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布してシール部を形成するシール工程とを備えたものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記請求項４記載の異種金属接合体の製造方法において、上記電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部の相対向する壁面を接着する接着工程を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、所定の板厚を有する軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体において、上記軽合金製板材および鋼製板材の端部近傍に、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とを形成し、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成するとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布したシール部を形成する。そして、上記異種金属を溶接する際に生じる両板材の反り、つまり両板材の間に形成された離間部を有効に利用して離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成することにより上記異種金属の接合部を被覆したため、仮に上記シール部のシール機能が損なわれて上記離間部に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食が発生することはなく、耐食性を効果的に向上できるという利点がある。
【００１７】
請求項２に係る発明では、上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部を設けたため、上記シール部および接着部による二段階のシール機能と、上記電着塗膜による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止できるという利点がある。
【００１８】
請求項３に係る発明では、車体の軽量化を図ることを目的して車両のルーフパネルをアルミニウム合金材等からなる軽合金製板材により形成するとともに、充分な車体強度を確保することを目的してルーフレールを鋼製板材により形成し、かつ上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝の設置部で上記ルーフパネルおよびルーフレールからなる異種金属を溶接するように構成したため、長期に亘り使用時した場合においても、車体に生じる機械的な応力や熱応力等による変形が生じるのを効果的に抑制し、これにより上記シール部のシール機能を安定して維持できるという利点がある。また、スポット溶接を使用して接合することにより、ピアッシングリベット法等と比べても軽量かつ安価で、高い防錆機能を確保できる接合構造を形成することができる。
【００１９】
請求項４に係る異種金属接合体の製造方法によれば、異種金属を溶接する際に両板材の間に形成された離間部を有効に利用して離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成することにより上記異種金属の接合部を被覆することにより、仮に上記シール部のシール機能が損なわれて上記離間部に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食の発生を効果的に防止することができる異種金属接合体を容易かつ適正に製造できるという利点がある。
【００２０】
請求項５に係る異種金属接合体の製造方法によれば、異種金属接合体の接合部に形成されたシール部および接着部による二段階のシール機能と、上記電着塗膜による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止することができる異種金属接合体を容易かつ適正に製造できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る異種金属の接合体からなる車体構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る異種金属の接合体の実施形態を示す断面図である。
【図３】フランジの積層工程およびプレ加圧工程を示す説明図ある。
【図４】フランジのプレヒート工程を示す説明図である。
【図５】フランジの冷却工程を示す説明図である。
【図６】フランジのスポット溶接工程を示す説明図である。
【図７】フランジの接合点の具体的構造を示す断面図である。
【図８】電着塗装工程を示す説明図である。
【図９】接着工程を示す説明図である。
【図１０】溶接工程における接合条件を時系列で示したタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施例１〜４における接合部と隙間との関係を示す表である。
【図１２】本発明の比較例１〜４における接合部と隙間との関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１および図２は、本発明の実施形態に係る異種金属の接合体を有する車体構造を示している。該車体には、車室の天井部を構成するルーフパネル１と、その左右両側辺部に沿って車体の前後方向に伸びるルーフレール２とが設けられている。上記ルーフパネル１は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有するアルミニウム合金板等の軽合金製板材からなっている。上記ルーフレール２は、それぞれ０．５ｍｍ以上２，０ｍｍ以下の板厚を有するとともに、亜鉛メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３と、非メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールインナパネル４とが接合されることにより形成されている。なお、上記０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有するアルミニウム合金板等の軽合金製板材、および０．５ｍｍ以上２，０ｍｍ以下の板厚を有する鋼製板材は、自動車の車体において、軽量化と強度並びに剛性を確保する点で好ましく、さらには、後述する実施例１乃至実施例４で示されるように、溶接時の両板材の離間距離を充分に確保できるために好適である。
【００２３】
上記ルーフパネル１の左右側辺部には、下方に伸びる縦壁５と、その下端部から車両の外方側に向けて略水平に伸びる所定幅のフランジ６とが設けられている。また、上記ルーフレールアウタパネル３の車幅方向内側辺部には、上下方向に伸びる縦壁７と、その下端部から車両の内方側に向けて略水平に伸びるとともに、上記ルーフパネル１のフランジ６に対応した幅寸法を有するフランジ８とが設けられている。さらに、上記ルーフレールインナパネル４の車幅方向内側辺部には、上下方向に伸びる縦壁９と、その上端部から車両の内方側に向けて略水平に伸びるとともに、上記ルーフパネル１のフランジ６およびルーフレールアウタパネル３のフランジ８に対応した幅寸法を有するフランジ１０とが設けられている。
【００２４】
上記ルーフパネル１のフランジ６と、鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８およびルーフレールインナパネル４のフランジ１０とが重ね合わされた状態で、上記ルーフパネル１の端部近傍には、各フランジ６，８，１０の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下のピッチＰで溶接されて複数個所の溶接点１１が形成されることにより、上記ルーフパネル１の左右側辺部に沿って前後方向に伸びるモヒカン溝１２が形成されている。また、上記溶接点１１の周縁部において、ルーフレールアウタパネル３のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８とが互いに離間した状態となることにより離間部１３が形成されている。
【００２５】
そして、上記離間部１３において相対向するフランジ６，８の壁面等には、電着塗装が施されることにより電着塗膜１４が形成されている。また、該電着塗膜１４が形成された両板材の少なくとも一方の端部、つまり上記ルーフパネル１のフランジ６の外側端部と、該端部に対向するルーフレールアウタパネル３のフランジ８からなる他方の板材との間には、上記離間部１３に接着剤が充填されてなる接着部１５が形成されるとともに、上記フランジ６の端部とフランジ８との間に跨るようにシーラが塗布されてなるシール部１６が形成されている。
【００２６】
上記アルミニウム合金板等からなるルーフパネル１のフランジ６と、亜鉛メッキ鋼板等からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、非メッキ鋼板等からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０とを接合することにより上記異種金属の接合体を製造する異種金属接合体の製造方法について以下に説明する。
【００２７】
上記異種金属接合体の製造方法は、上記フランジ６〜８に溶接点１１を形成する溶接工程（１）と、上記電着塗膜１４を形成する電着塗装工程（２）と、上記接着部１５を形成する接着工程（３）と、上記シール部１６を形成するシール工程（４）とを有している。上記溶接工程（１）は、以下に示すように積層工程（１−１）、プレ加圧工程（１−２）、プレヒート工程（１−３）、冷却工程（１−４）およびスポット溶接工程（１−５）からなっている。
【００２８】
（１−１）積層工程
上記ルーフパネル１のフランジ６と、ルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、ルーフレールインナパネル４のフランジ１０とを接合するには、まず図３に示すように、各フランジ６，８，１０を積層する。
【００２９】
（１−２）プレ加圧工程
上記のように積層されたフランジ６，８，１０を、上下一対のスポット溶接用電極２０，２１で挟持することにより、予め定められたプレ加圧力Ｆ０を付与する。上記電極２０，２１は、図外の作業ロボットにより操作される接合ガンの先端に取り付けられている。そして、上記電極２０，２１の少なくとも一方が軸方向に駆動されることにより、両電極２０，２１の設置間隔が所定範囲内で変更可能とされている。また、電極２０，２１は、図外の電源供給装置に接続され、この電源供給装置からの給電により上記電極２０，２１間に電流が流れるように構成されている。
【００３０】
（１−３）プレヒート工程
次に、図４に示すように、上記一対の電極２０，２１によりフランジ６，８，１０を加圧しつつ通電するプレヒート工程の作業を行う。具体的には、上記電極２０，２１によりフランジ６，８，１０を挟持しつつ、図外の電源供給装置から上記電極２０，２１に所定の電圧を印加し、予め定められた第１の電流値Ｉ１を通電する。該プレヒート工程でフランジ６，８，１０を加圧する際には、まず同工程の開始時における加圧力を、上記プレ加圧工程での加圧力Ｆ０と同じか、もしくはこれよりも小さい値である第１の加圧力Ｆ１に設定した後、プレヒート工程の終了時まで上記第１の加圧力Ｆ１を維持してもよく、あるいはプレヒート工程の途中で上記第１の加圧力Ｆ１から後述の第２の加圧力Ｆ２（冷却工程および溶接工程の加圧力）に増大させるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記プレヒート工程で通電される第１の電流値Ｉ１は、溶接用の電流値（後述するスポット溶接工程で通電される第２の電流値Ｉ２）よりも小さい値、例えば２ｋＡに設定されている。上記第１の電流値Ｉ１が流されたときに、フランジ６，８，１０は金属母材の溶融点未満の温度に上昇して軟化することにより、上記電極２０，２１で加圧した部分をピッタリと圧接させて界面抵抗を低減するように構成されている。なお、上記第１の電流値Ｉ１を流す期間の好ましい範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００３２】
（１−４）冷却工程
次に、図５に示すように、上記電極２０，２１間の通電を停止した状態で、フランジ６，８，１０を加圧しつつ冷却することにより電気伝導性を高めるようにする。具体的には、上記電極２０，２１に対する電圧の印加を停止した状態で、上記第１の加圧力Ｆ１（プレヒート工程開始時の加圧力）よりも大きい第２の加圧力Ｆ２でフランジ６，８，１０を加圧し、この状態を所定の冷却時間に亘って継続する。すなわち、上記電極２０，２１間の通電が停止されることにより、フランジ６，８，１０の温度が上記プレヒート工程の終了時よりも低下して電気抵抗が低減されるとともに、上記電極２０，２１の加圧力が増大されることにより、上記フランジ６，８，１０が強固に圧接された状態となる。なお、上記冷却時間の好ましい範囲は、約３００〜１５００ｍｓｅｃである。
【００３３】
（１−５）スポット溶接工程
次に、図６に示すように、上記フランジ６，８，１０を冷却工程における加圧力Ｆ２と同圧力で加圧しつつ、上記プレヒート工程における電流値Ｉ１よりも大きい第２の電流値Ｉ２を通電する。該第２の電流値Ｉ２は、上記フランジ６，８，１０を構成する金属母材を溶融させ得るような値に設定され、上記電極２０，２１に挟まれた部分において、各フランジ６，８，１０の境界面付近が特に高温状態となって溶融する。ただし、上記第２の電流値Ｉ２を過度に高くすると、溶融した金属母材が周囲に飛散するチリ（散り）と呼ばれる現象が発生し易いため、上記第２の電流値Ｉ２は、溶融させた異種金属を確実に接合してその接合強度を確保しつつ、上記チリの発生を抑制し得る値（例えば１４ｋＡ前後）に設定することが望ましい。なお、上記第２の電流値Ｉ２の通電期間の好適範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００３４】
上記第２の電流値Ｉ２の通電が終了すると、各フランジ６，８，１０の溶接点１１が再凝固し、図７に示すようなナゲット部Ｍ１，Ｍ２が形成される。すなわち、アルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６と、亜鉛めっき鋼板からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８との接触部にナゲット部Ｍ１が形成されるとともに、上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８と非めっき鋼板からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０との間にもナゲット部Ｍ２が形成され、これらのナゲット部Ｍ１，Ｍ２を介して上記フランジ６，８，１０が互いに接合されることになる。
【００３５】
上記ナゲット部Ｍ１は、上記第２の電流値Ｉ２の通電による抵抗発熱を受けて、アルミニウム合金板からなる上記フランジ６が部分的に溶融するとともに、上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８の表面に形成された亜鉛めっき層が破壊（拡散）され、フランジ６，８の新生面同士が接触して原子的に結合することにより生じたものである。なお、上記アルミニウム合金板からなるフランジ６は、上記亜鉛めっき鋼板からなるフランジ８よりも溶融点が低いため、上記ナゲット部Ｍ１の形成時に亜鉛めっき鋼板からなるフランジ８はほとんど溶融せず、主として上記アルミニウム合金板からなるフランジ６が溶融状態となる。
【００３６】
一方、上記ナゲット部Ｍ２は、第２の電流値Ｉ２の通電により、亜鉛めっき鋼板からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、非めっき鋼板からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０とがそれぞれ溶融して再凝固したものである。図７に示すように、上記ナゲット部Ｍ２は、ルーフパネル１側のナゲット部Ｍ１と所定距離を置いて対向し、ルーフパネル１のフランジ６とは接触しないように形成されている。
【００３７】
上記スポット溶接工程で大電流が通電されて高温に加熱されることにより、上記溶接点１１の近傍においてアルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６が大きく熱膨張することにより反りが発生し、該フランジ６と上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８とが互いに離間した離間部１３が形成されることになる。
【００３８】
（２）電着塗装工程
上記スポット溶接工程でフランジ６，８，１０が互いに接合されることにより形成された異種金属の接合体を電着塗装工程に搬送し、電着塗装液中に浸漬した状態で電流を流すことにより、上記フランジ６，８間に形成された離間部１３の相対向する壁面間に電着塗装液を進入させて電着させる。乾燥工程を経て図８に示すように、上記離間部１３の相対向する壁面を含む各壁面にそれぞれ電着塗膜１４が形成される。
【００３９】
（３）接着工程
次に接着工程において、図９に示すように、アルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６と上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８との間に形成された離間部１３に熱硬化性の接着剤を注入して接着部１５を形成する。該接着剤としては、例えばセメダインヘンケル社製（品番：ＥＰ１８５−４）等からなるエポキシ系接着剤が用いられるが、これに限定されるものではない。なお、上記熱硬化性の接着剤は、ルーフパネル１のフランジ６および上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８等に塗布された中塗り塗料または上塗り塗料等を乾燥させる乾燥工程で所定温度に加熱されて硬化し、上記ルーフパネル１のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８とを強固に接着するように構成されている。
【００４０】
（４）シール工程
上記接着部１５の形成後に、上記ルーフパネル１のフランジ６からなる板材の端部と、該端部に対向する上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８からなる板材との間に跨るようにシーラを塗布することにより、上記ルーフパネル１のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８との離間部１３に水分が進入するのを防止するシール部１６を形成する。該シール部１６を形成するためのシーラとしては、サンスター技研社製のペンギンセメント１０６９Ｄ（商品名）等の１液熱硬化性エポキシ樹脂からなる非水溶性シーラを使用することが好ましい。上記シール材は（３）の接着剤と同様、中塗り及び上塗り塗装の乾燥工程において硬化し、防錆構造が構成される。
【００４１】
次に、上記のように異種金属を接合することにより形成された異種金属接合体の剥離強度および上記離間部１３の状態を確認するために行った実験の結果について以下に説明する。本発明の実施例１では、１．２ｍｍの板厚を有するアルミニウム合金板からなる上板２２と、０．８ｍｍの板厚を有する亜鉛めっき鋼板からなる中間板２３と、１．６ｍｍの板厚を有する非めっき鋼板からなる下板２４とからなる３枚の金属板を１００ｍｍのピッチＰでスポット溶接して接合し、実施例２では、上記溶接ピッチＰを３０ｍｍとした点を除いて上記実施例１と同様の条件で溶接した。また、実施例３では、上板２２の板厚を０．８ｍｍとした点を除いて上記実施例１と同様の条件で溶接し、実施例４では、上板２２の板厚を０．８ｍｍとするとともに、溶接ピッチＰを３０ｍｍとして溶接を行った。なお、本実施例では、溶接ピッチＰが３０ｍｍと１００ｍｍのものしか行っていないが、１５ｍｍのピッチであっても離間距離は確保できるので問題はないが、これ以上溶接点を多くする（溶接ピッチを狭くする）と溶接工程終了までに比較的多くの時間を要することになる。
【００４２】
図１０は、上記実験の溶接工程（１）における接合条件を時系列で示したタイムチャートであり、該タイムチャートでは、各工程の時間を電源のサイクル数（ｃｙｃ）で示している。なお、当実験では６０Ｈｚの電源を用いたため、例えば１５ｃｙｃを秒数で表すと、１５／６０＝０．２５ｓｅｃ（２５０ｍｓｅｃ）となる。
【００４３】
上記実験では、まずプレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘り加えた。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮでの加圧を継続しつつ、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間に亘って通電した。その後、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電停止前５ｃｙｃの時点から６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘り加えた。最後に、スポット溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１４ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間に亘り通電した。
【００４４】
そして、上記本発明の実施例１〜４で得られた接合体を剥離するまで引っ張ることにより、接合部の強度を測定する剥離試験を行ったところ、いずれも各溶接点１１における接合強度が０．３ｋＮ以上となり、高い接合力が得られることが確認された。また、上記アルミニウム合金板からなる上板２２と亜鉛メッキ鋼板からなる中間板２３との間に形成された隙間の最大値と最小値とを測定したところ、図１１に示すようなデータが得られた。該データからアルミニウム合金板からなる上板２２および亜鉛メッキ鋼板からなる中間板２３等の異種金属を接合した場合には、両者の間に所定の隙間（０．５ｍｍ〜２ｍｍ）が形成され、かつ上記アルミニウム合金板からなる上板２２の板厚が小さい程、上記隙間が大きくなるとともに、上記溶接ピッチＰが大きい程上記間隙が大きくなることが確認された。
【００４５】
一方、上記アルミニウム合金板からなる上板２２に代えて１，２ｍｍまたは０．８ｍｍの板厚を有すると亜鉛めっき鋼板からなる上板を使用し、かつスポット溶接の条件として一般的な条件、つまり３ｋＮの加圧力を加えた状態で８ｋＡの電流値を１０ｍｍｓｅｃに亘って通電することにより得られた比較例１〜４に係る接合体おいて、上記上板とその下方の中間板との間に形成された隙間の最大値と最小値とを測定したところ、図１２に示すようなデータが得られた。該データから鋼製板材同士の接合部における隙間は０〜０．３ｍｍの範囲内となり、何れもわずかな隙間が形成された部分と隙間のない部分とが混在した状態となることが確認された。
【００４６】
上記のようにそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体において、上記軽合金製板材および鋼製板材の端部近傍に、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて溶接された複数個所の溶接点１１と、該溶接点１１の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部１３とを形成し、該離間部１３の相対向する壁面に電着塗膜１４を形成するとともに、該電着塗膜１４が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布したシール部１５を形成したため、軽合金製板材と鋼製板材との接合部に水分が進入することに起因した電食の発生を容易かつ効果的に防止できるという利点がある。
【００４７】
そして、上記溶接工程でルーフパネル１およびルーフレール２からなる異種金属を溶接する際に両板材の間に形成された離間部１３を有効に利用し、電着塗装工程で該離間部１３の相対向する壁面に電着塗装を施すことにより電着塗膜１４を形成して上記異種金属の接合部を被覆するように構成したため、仮に上記シール部１５のシール機能が損なわれて上記離間部１３に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食が発生することはなく、耐食性を効果的に向上できるという利点がある。
【００４８】
特に、上記実施形態に示すように、電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部１３の相対向する壁面間に接着剤を注入する接着工程を設けることにより、上記溶接点１１とシール部１６との間に、上記離間部１３の相対向する壁面を接着剤で互いに接合した接着部１５を設けるように構成した場合には、上記シール部１６および接着部１５による二段階のシール機能と、上記電着塗膜１４による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、アルミニウム合金板等の軽合金板材からなるルーフパネル１と、亜鉛メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３と、非メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールインナパネル４とからなる３枚の金属板を重ね合わせて接合した例について説明したが、これに限らず軽合金板材と鋼製板材とからなる２枚の金属板を重ね合わせて接合した異種金属の接合体についても本発明を適用可能である。また、上記アルミニウム合金板と鋼板との接合体以外にも、マグネシウム合金板と鋼板との接合体等からなるイオン化傾向の異なる金属板材からなる種々の接合体について本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ルーフパネル（軽合金製板材）
２ ルーフレール（鋼製板材）
１１ 溶接点
１２ モヒカン溝
１３ 離間部
１４ 電着塗膜
１５ 接着部
１６ シール部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体および該異種金属接合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車や鉄道車両等の輸送機器、機械部品または建築構造物等において、その軽量化を図ることを目的として、軽合金製板材と鋼板製板材とを接合した異種金属の接合体や該異種金属接合体の製造方法に関する研究開発が活発に行われている。そして、金属の腐食性が問題となる厳しい環境下で使用される自動車の車体を、軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接する等により直接、接合した部材で構成した場合には、該接合部の周囲に進入した水分を介して上記異種金属間に電流が流れることにより軽合金製板材には電食が発生し易いという問題がある。
【０００３】
上記電食の発生を抑制するために、軽合金製板材と鋼板製板材とを、接着剤による接着とスポット溶接とを併用したウエルドボンド法で接合し、スポット溶接部の周囲に接着剤からなるシール層を設けることにより、上記軽合金製板材および鋼板製板材の接合面間に水分が進入するのを防止することが検討されている。このように軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接して充分な接合強度を得るには、大電流を流して両板材を高温に加熱しなければ適正に溶接することができない。
【０００４】
このため、例えば下記特許文献１に示されるように、アルミ製のルーフパネルに設けられた略水平なフランジ部と、鋼板製のルーフレールアウタパネルに設けられた略水平なフランジ部とを重ね合わせた状態で、両者をピアッシングリベット等の機械的手段で互いに接合する車体接合構造において、ルーフパネルのフランジ部に、下方へ向かって所定距離だけ突出された突出部を形成し、ルーフパネルのフランジ部とルーフレールアウタパネルのフランジ部との間にシール剤を介在させて上記突出部とルーフレールアウタパネルのフランジ部とを相互に固定することにより、両者の間に水分が浸入することに起因した電食の発生を防止することが行われている。
【０００５】
また、下記特許文献２に示されるように、アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、合金化溶融メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルと、非合金系亜鉛メッキ鋼板からなるルーフレールインナパネルとを重ね合わせて接合する車両パネルの結合構造において、上記ルーフパネルの側辺部に所定の切欠き部を形成し、この切欠き部を介して設置されたメッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとを重ね合わせるとともに、両パネルの間に接着剤を介在させた状態で、該ルーフレールアウタパネルとルーフレールインナパネルとをスポット溶接することにより、上記ルーフパネル、ルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルを比較的低温で接合することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７４４２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されているように、アルミ製のルーフパネルと鋼板製のレールサイドアウタをピアッシングリベット等の機械的手段で互いに接合するように構成した車体の接合構造では、上記スポット溶接で接合する場合のように高温に加熱する必要がないため、上記接合時にパネル材に反りが生じることに起因したシール性の低下を生じることなく接合することができるという利点がある。ただし、スポット溶接等と比較して導入コストおよびランニングコストが高いという課題がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示された車体パネルの接合構造では、アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとが直接、溶接されていないため、その接合強度を長期に亘り充分な状態に維持することは困難である。このため、車両の走行距離が長くなると、上記接合部が徐々に変形してシール剤が部分的に剥離し、そのシール機能が阻害されることにより、上記アルミニウム系金属板からなるルーフパネルと、メッキ鋼板からなるルーフレールアウタパネルおよびルーフレールインナパネルとからなる異種金属の接合部に水分が進入して電食が発生することが避けられないという問題があった。
【０００９】
一方、本願発明者は、上述したように軽合金製板材と鋼板製板材とを溶接して充分な接合強度を得るには、大電流を流して両板材を高温に加熱しなければ適正に溶接することができず、両板材が高温となることに起因して上記両板材に反りが生じて大きな隙間が形成され易く、上記接着剤からなるシール層を設けたとしても水分の進入を確実に阻止することが困難であり、上記電食の発生を効果的に防止することはできないという課題に直面した。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、軽合金製板材と鋼製板材との接合部に水分が進入することに起因した電食の発生を容易かつ効果的に防止することができる異種金属の接合体および異種金属接合体の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とが形成され、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜が形成されるとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部が形成されたものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の異種金属の接合体において、上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部が設けられたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の異種金属の接合体において、上記軽合金製板材からなる車両のルーフパネルと、上記鋼製板材からなるルーフレールとが、上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝（ドリップ溝とも呼ばれる）の設置部で溶接されるとともに、該モヒカン溝の設置部に上記離間部およびシール部が配設されたものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属接合体の製造方法であって、それぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材および鋼製板材を重ね合わせた状態で、その一方の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて複数個所で溶接する溶接工程と、該溶接工程で溶接点の周縁部に形成された両板材の離間部に電着塗装液を進入させて相対向する壁面に電着塗膜を形成する電着塗装工程と、上記両板材の少なくとも一方の端部と、該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布してシール部を形成するシール工程とを備えたものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記請求項４記載の異種金属接合体の製造方法において、上記電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部の相対向する壁面を接着する接着工程を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、所定の板厚を有する軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体において、上記軽合金製板材および鋼製板材の端部近傍に、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とを形成し、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成するとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布したシール部を形成する。そして、上記異種金属を溶接する際に生じる両板材の反り、つまり両板材の間に形成された離間部を有効に利用して離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成することにより上記異種金属の接合部を被覆したため、仮に上記シール部のシール機能が損なわれて上記離間部に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食が発生することはなく、耐食性を効果的に向上できるという利点がある。
【００１７】
請求項２に係る発明では、上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部を設けたため、上記シール部および接着部による二段階のシール機能と、上記電着塗膜による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止できるという利点がある。
【００１８】
請求項３に係る発明では、車体の軽量化を図ることを目的して車両のルーフパネルをアルミニウム合金材等からなる軽合金製板材により形成するとともに、充分な車体強度を確保することを目的してルーフレールを鋼製板材により形成し、かつ上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝の設置部で上記ルーフパネルおよびルーフレールからなる異種金属を溶接するように構成したため、長期に亘り使用時した場合においても、車体に生じる機械的な応力や熱応力等による変形が生じるのを効果的に抑制し、これにより上記シール部のシール機能を安定して維持できるという利点がある。また、スポット溶接を使用して接合することにより、ピアッシングリベット法等と比べても軽量かつ安価で、高い防錆機能を確保できる接合構造を形成することができる。
【００１９】
請求項４に係る異種金属接合体の製造方法によれば、異種金属を溶接する際に両板材の間に形成された離間部を有効に利用して離間部の相対向する壁面に電着塗膜を形成することにより上記異種金属の接合部を被覆することにより、仮に上記シール部のシール機能が損なわれて上記離間部に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食の発生を効果的に防止することができる異種金属接合体を容易かつ適正に製造できるという利点がある。
【００２０】
請求項５に係る異種金属接合体の製造方法によれば、異種金属接合体の接合部に形成されたシール部および接着部による二段階のシール機能と、上記電着塗膜による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止することができる異種金属接合体を容易かつ適正に製造できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る異種金属の接合体からなる車体構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る異種金属の接合体の実施形態を示す断面図である。
【図３】フランジの積層工程およびプレ加圧工程を示す説明図ある。
【図４】フランジのプレヒート工程を示す説明図である。
【図５】フランジの冷却工程を示す説明図である。
【図６】フランジのスポット溶接工程を示す説明図である。
【図７】フランジの接合点の具体的構造を示す断面図である。
【図８】電着塗装工程を示す説明図である。
【図９】接着工程を示す説明図である。
【図１０】溶接工程における接合条件を時系列で示したタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施例１〜４における接合部と隙間との関係を示す表である。
【図１２】本発明の比較例１〜４における接合部と隙間との関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１および図２は、本発明の実施形態に係る異種金属の接合体を有する車体構造を示している。該車体には、車室の天井部を構成するルーフパネル１と、その左右両側辺部に沿って車体の前後方向に伸びるルーフレール２とが設けられている。上記ルーフパネル１は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有するアルミニウム合金板等の軽合金製板材からなっている。上記ルーフレール２は、それぞれ０．５ｍｍ以上２，０ｍｍ以下の板厚を有するとともに、亜鉛メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３と、非メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールインナパネル４とが接合されることにより形成されている。なお、上記０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有するアルミニウム合金板等の軽合金製板材、および０．５ｍｍ以上２，０ｍｍ以下の板厚を有する鋼製板材は、自動車の車体において、軽量化と強度並びに剛性を確保する点で好ましく、さらには、後述する実施例１乃至実施例４で示されるように、溶接時の両板材の離間距離を充分に確保できるために好適である。
【００２３】
上記ルーフパネル１の左右側辺部には、下方に伸びる縦壁５と、その下端部から車両の外方側に向けて略水平に伸びる所定幅のフランジ６とが設けられている。また、上記ルーフレールアウタパネル３の車幅方向内側辺部には、上下方向に伸びる縦壁７と、その下端部から車両の内方側に向けて略水平に伸びるとともに、上記ルーフパネル１のフランジ６に対応した幅寸法を有するフランジ８とが設けられている。さらに、上記ルーフレールインナパネル４の車幅方向内側辺部には、上下方向に伸びる縦壁９と、その上端部から車両の内方側に向けて略水平に伸びるとともに、上記ルーフパネル１のフランジ６およびルーフレールアウタパネル３のフランジ８に対応した幅寸法を有するフランジ１０とが設けられている。
【００２４】
上記ルーフパネル１のフランジ６と、鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８およびルーフレールインナパネル４のフランジ１０とが重ね合わされた状態で、上記ルーフパネル１の端部近傍には、各フランジ６，８，１０の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下のピッチＰで溶接されて複数個所の溶接点１１が形成されることにより、上記ルーフパネル１の左右側辺部に沿って前後方向に伸びるモヒカン溝１２が形成されている。また、上記溶接点１１の周縁部において、ルーフレールアウタパネル３のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８とが互いに離間した状態となることにより離間部１３が形成されている。
【００２５】
そして、上記離間部１３において相対向するフランジ６，８の壁面等には、電着塗装が施されることにより電着塗膜１４が形成されている。また、該電着塗膜１４が形成された両板材の少なくとも一方の端部、つまり上記ルーフパネル１のフランジ６の外側端部と、該端部に対向するルーフレールアウタパネル３のフランジ８からなる他方の板材との間には、上記離間部１３に接着剤が充填されてなる接着部１５が形成されるとともに、上記フランジ６の端部とフランジ８との間に跨るようにシーラが塗布されてなるシール部１６が形成されている。
【００２６】
上記アルミニウム合金板等からなるルーフパネル１のフランジ６と、亜鉛メッキ鋼板等からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、非メッキ鋼板等からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０とを接合することにより上記異種金属の接合体を製造する異種金属接合体の製造方法について以下に説明する。
【００２７】
上記異種金属接合体の製造方法は、上記フランジ６〜８に溶接点１１を形成する溶接工程（１）と、上記電着塗膜１４を形成する電着塗装工程（２）と、上記接着部１５を形成する接着工程（３）と、上記シール部１６を形成するシール工程（４）とを有している。上記溶接工程（１）は、以下に示すように積層工程（１−１）、プレ加圧工程（１−２）、プレヒート工程（１−３）、冷却工程（１−４）およびスポット溶接工程（１−５）からなっている。
【００２８】
（１−１）積層工程
上記ルーフパネル１のフランジ６と、ルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、ルーフレールインナパネル４のフランジ１０とを接合するには、まず図３に示すように、各フランジ６，８，１０を積層する。
【００２９】
（１−２）プレ加圧工程
上記のように積層されたフランジ６，８，１０を、上下一対のスポット溶接用電極２０，２１で挟持することにより、予め定められたプレ加圧力Ｆ０を付与する。上記電極２０，２１は、図外の作業ロボットにより操作される接合ガンの先端に取り付けられている。そして、上記電極２０，２１の少なくとも一方が軸方向に駆動されることにより、両電極２０，２１の設置間隔が所定範囲内で変更可能とされている。また、電極２０，２１は、図外の電源供給装置に接続され、この電源供給装置からの給電により上記電極２０，２１間に電流が流れるように構成されている。
【００３０】
（１−３）プレヒート工程
次に、図４に示すように、上記一対の電極２０，２１によりフランジ６，８，１０を加圧しつつ通電するプレヒート工程の作業を行う。具体的には、上記電極２０，２１によりフランジ６，８，１０を挟持しつつ、図外の電源供給装置から上記電極２０，２１に所定の電圧を印加し、予め定められた第１の電流値Ｉ１を通電する。該プレヒート工程でフランジ６，８，１０を加圧する際には、まず同工程の開始時における加圧力を、上記プレ加圧工程での加圧力Ｆ０と同じか、もしくはこれよりも小さい値である第１の加圧力Ｆ１に設定した後、プレヒート工程の終了時まで上記第１の加圧力Ｆ１を維持してもよく、あるいはプレヒート工程の途中で上記第１の加圧力Ｆ１から後述の第２の加圧力Ｆ２（冷却工程および溶接工程の加圧力）に増大させるようにしてもよい。
【００３１】
また、上記プレヒート工程で通電される第１の電流値Ｉ１は、溶接用の電流値（後述するスポット溶接工程で通電される第２の電流値Ｉ２）よりも小さい値、例えば２ｋＡに設定されている。上記第１の電流値Ｉ１が流されたときに、フランジ６，８，１０は金属母材の溶融点未満の温度に上昇して軟化することにより、上記電極２０，２１で加圧した部分をピッタリと圧接させて界面抵抗を低減するように構成されている。なお、上記第１の電流値Ｉ１を流す期間の好ましい範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００３２】
（１−４）冷却工程
次に、図５に示すように、上記電極２０，２１間の通電を停止した状態で、フランジ６，８，１０を加圧しつつ冷却することにより電気伝導性を高めるようにする。具体的には、上記電極２０，２１に対する電圧の印加を停止した状態で、上記第１の加圧力Ｆ１（プレヒート工程開始時の加圧力）よりも大きい第２の加圧力Ｆ２でフランジ６，８，１０を加圧し、この状態を所定の冷却時間に亘って継続する。すなわち、上記電極２０，２１間の通電が停止されることにより、フランジ６，８，１０の温度が上記プレヒート工程の終了時よりも低下して電気抵抗が低減されるとともに、上記電極２０，２１の加圧力が増大されることにより、上記フランジ６，８，１０が強固に圧接された状態となる。なお、上記冷却時間の好ましい範囲は、約３００〜１５００ｍｓｅｃである。
【００３３】
（１−５）スポット溶接工程
次に、図６に示すように、上記フランジ６，８，１０を冷却工程における加圧力Ｆ２と同圧力で加圧しつつ、上記プレヒート工程における電流値Ｉ１よりも大きい第２の電流値Ｉ２を通電する。該第２の電流値Ｉ２は、上記フランジ６，８，１０を構成する金属母材を溶融させ得るような値に設定され、上記電極２０，２１に挟まれた部分において、各フランジ６，８，１０の境界面付近が特に高温状態となって溶融する。ただし、上記第２の電流値Ｉ２を過度に高くすると、溶融した金属母材が周囲に飛散するチリ（散り）と呼ばれる現象が発生し易いため、上記第２の電流値Ｉ２は、溶融させた異種金属を確実に接合してその接合強度を確保しつつ、上記チリの発生を抑制し得る値（例えば１４ｋＡ前後）に設定することが望ましい。なお、上記第２の電流値Ｉ２の通電期間の好適範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００３４】
上記第２の電流値Ｉ２の通電が終了すると、各フランジ６，８，１０の溶接点１１が再凝固し、図７に示すようなナゲット部Ｍ１，Ｍ２が形成される。すなわち、アルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６と、亜鉛めっき鋼板からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８との接触部にナゲット部Ｍ１が形成されるとともに、上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８と非めっき鋼板からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０との間にもナゲット部Ｍ２が形成され、これらのナゲット部Ｍ１，Ｍ２を介して上記フランジ６，８，１０が互いに接合されることになる。
【００３５】
上記ナゲット部Ｍ１は、上記第２の電流値Ｉ２の通電による抵抗発熱を受けて、アルミニウム合金板からなる上記フランジ６が部分的に溶融するとともに、上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８の表面に形成された亜鉛めっき層が破壊（拡散）され、フランジ６，８の新生面同士が接触して原子的に結合することにより生じたものである。なお、上記アルミニウム合金板からなるフランジ６は、上記亜鉛めっき鋼板からなるフランジ８よりも溶融点が低いため、上記ナゲット部Ｍ１の形成時に亜鉛めっき鋼板からなるフランジ８はほとんど溶融せず、主として上記アルミニウム合金板からなるフランジ６が溶融状態となる。
【００３６】
一方、上記ナゲット部Ｍ２は、第２の電流値Ｉ２の通電により、亜鉛めっき鋼板からなるルーフレールアウタパネル３のフランジ８と、非めっき鋼板からなるルーフレールインナパネル４のフランジ１０とがそれぞれ溶融して再凝固したものである。図７に示すように、上記ナゲット部Ｍ２は、ルーフパネル１側のナゲット部Ｍ１と所定距離を置いて対向し、ルーフパネル１のフランジ６とは接触しないように形成されている。
【００３７】
上記スポット溶接工程で大電流が通電されて高温に加熱されることにより、上記溶接点１１の近傍においてアルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６が大きく熱膨張することにより反りが発生し、該フランジ６と上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８とが互いに離間した離間部１３が形成されることになる。
【００３８】
（２）電着塗装工程
上記スポット溶接工程でフランジ６，８，１０が互いに接合されることにより形成された異種金属の接合体を電着塗装工程に搬送し、電着塗装液中に浸漬した状態で電流を流すことにより、上記フランジ６，８間に形成された離間部１３の相対向する壁面間に電着塗装液を進入させて電着させる。乾燥工程を経て図８に示すように、上記離間部１３の相対向する壁面を含む各壁面にそれぞれ電着塗膜１４が形成される。
【００３９】
（３）接着工程
次に接着工程において、図９に示すように、アルミニウム合金板からなるルーフパネル１のフランジ６と上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８との間に形成された離間部１３に熱硬化性の接着剤を注入して接着部１５を形成する。該接着剤としては、例えばセメダインヘンケル社製（品番：ＥＰ１８５−４）等からなるエポキシ系接着剤が用いられるが、これに限定されるものではない。なお、上記熱硬化性の接着剤は、ルーフパネル１のフランジ６および上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８等に塗布された中塗り塗料または上塗り塗料等を乾燥させる乾燥工程で所定温度に加熱されて硬化し、上記ルーフパネル１のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８とを強固に接着するように構成されている。
【００４０】
（４）シール工程
上記接着部１５の形成後に、上記ルーフパネル１のフランジ６からなる板材の端部と、該端部に対向する上記ルーフレールアウタパネル３のフランジ８からなる板材との間に跨るようにシーラを塗布することにより、上記ルーフパネル１のフランジ６とルーフレールアウタパネル３のフランジ８との離間部１３に水分が進入するのを防止するシール部１６を形成する。該シール部１６を形成するためのシーラとしては、サンスター技研社製のペンギンセメント１０６９Ｄ（商品名）等の１液熱硬化性エポキシ樹脂からなる非水溶性シーラを使用することが好ましい。上記シール材は（３）の接着剤と同様、中塗り及び上塗り塗装の乾燥工程において硬化し、防錆構造が構成される。
【００４１】
次に、上記のように異種金属を接合することにより形成された異種金属接合体の剥離強度および上記離間部１３の状態を確認するために行った実験の結果について以下に説明する。本発明の実施例１では、１．２ｍｍの板厚を有するアルミニウム合金板からなる上板２２と、０．８ｍｍの板厚を有する亜鉛めっき鋼板からなる中間板２３と、１．６ｍｍの板厚を有する非めっき鋼板からなる下板２４とからなる３枚の金属板を１００ｍｍのピッチＰでスポット溶接して接合し、実施例２では、上記溶接ピッチＰを３０ｍｍとした点を除いて上記実施例１と同様の条件で溶接した。また、実施例３では、上板２２の板厚を０．８ｍｍとした点を除いて上記実施例１と同様の条件で溶接し、実施例４では、上板２２の板厚を０．８ｍｍとするとともに、溶接ピッチＰを３０ｍｍとして溶接を行った。なお、本実施例では、溶接ピッチＰが３０ｍｍと１００ｍｍのものしか行っていないが、１５ｍｍのピッチであっても離間距離は確保できるので問題はないが、これ以上溶接点を多くする（溶接ピッチを狭くする）と溶接工程終了までに比較的多くの時間を要することになる。
【００４２】
図１０は、上記実験の溶接工程（１）における接合条件を時系列で示したタイムチャートであり、該タイムチャートでは、各工程の時間を電源のサイクル数（ｃｙｃ）で示している。なお、当実験では６０Ｈｚの電源を用いたため、例えば１５ｃｙｃを秒数で表すと、１５／６０＝０．２５ｓｅｃ（２５０ｍｓｅｃ）となる。
【００４３】
上記実験では、まずプレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘り加えた。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮでの加圧を継続しつつ、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間に亘って通電した。その後、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電停止前５ｃｙｃの時点から６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘り加えた。最後に、スポット溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１４ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間に亘り通電した。
【００４４】
そして、上記本発明の実施例１〜４で得られた接合体を剥離するまで引っ張ることにより、接合部の強度を測定する剥離試験を行ったところ、いずれも各溶接点１１における接合強度が０．３ｋＮ以上となり、高い接合力が得られることが確認された。また、上記アルミニウム合金板からなる上板２２と亜鉛メッキ鋼板からなる中間板２３との間に形成された隙間の最大値と最小値とを測定したところ、図１１に示すようなデータが得られた。該データからアルミニウム合金板からなる上板２２および亜鉛メッキ鋼板からなる中間板２３等の異種金属を接合した場合には、両者の間に所定の隙間（０．５ｍｍ〜２ｍｍ）が形成され、かつ上記アルミニウム合金板からなる上板２２の板厚が小さい程、上記隙間が大きくなるとともに、上記溶接ピッチＰが大きい程上記間隙が大きくなることが確認された。
【００４５】
一方、上記アルミニウム合金板からなる上板２２に代えて１，２ｍｍまたは０．８ｍｍの板厚を有すると亜鉛めっき鋼板からなる上板を使用し、かつスポット溶接の条件として一般的な条件、つまり３ｋＮの加圧力を加えた状態で８ｋＡの電流値を１０ｍｍｓｅｃに亘って通電することにより得られた比較例１〜４に係る接合体おいて、上記上板とその下方の中間板との間に形成された隙間の最大値と最小値とを測定したところ、図１２に示すようなデータが得られた。該データから鋼製板材同士の接合部における隙間は０〜０．３ｍｍの範囲内となり、何れもわずかな隙間が形成された部分と隙間のない部分とが混在した状態となることが確認された。
【００４６】
上記のようにそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体において、上記軽合金製板材および鋼製板材の端部近傍に、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて溶接された複数個所の溶接点１１と、該溶接点１１の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部１３とを形成し、該離間部１３の相対向する壁面に電着塗膜１４を形成するとともに、該電着塗膜１４が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布したシール部１５を形成したため、軽合金製板材と鋼製板材との接合部に水分が進入することに起因した電食の発生を容易かつ効果的に防止できるという利点がある。
【００４７】
そして、上記溶接工程でルーフパネル１およびルーフレール２からなる異種金属を溶接する際に両板材の間に形成された離間部１３を有効に利用し、電着塗装工程で該離間部１３の相対向する壁面に電着塗装を施すことにより電着塗膜１４を形成して上記異種金属の接合部を被覆するように構成したため、仮に上記シール部１５のシール機能が損なわれて上記離間部１３に水分が進入した場合においても、該水分を介して上記異種金属の接合部に電流が流れることに起因した電食が発生することはなく、耐食性を効果的に向上できるという利点がある。
【００４８】
特に、上記実施形態に示すように、電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部１３の相対向する壁面間に接着剤を注入する接着工程を設けることにより、上記溶接点１１とシール部１６との間に、上記離間部１３の相対向する壁面を接着剤で互いに接合した接着部１５を設けるように構成した場合には、上記シール部１６および接着部１５による二段階のシール機能と、上記電着塗膜１４による被覆機能との相乗効果により、上記異種金属の接合部に水分を介して電流が流れることに起因した電食の発生を確実に防止することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、アルミニウム合金板等の軽合金板材からなるルーフパネル１と、亜鉛メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールアウタパネル３と、非メッキ鋼板等の鋼製板材からなるルーフレールインナパネル４とからなる３枚の金属板を重ね合わせて接合した例について説明したが、これに限らず軽合金板材と鋼製板材とからなる２枚の金属板を重ね合わせて接合した異種金属の接合体についても本発明を適用可能である。また、上記アルミニウム合金板と鋼板との接合体以外にも、マグネシウム合金板と鋼板との接合体等からなるイオン化傾向の異なる金属板材からなる種々の接合体について本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ルーフパネル（軽合金製板材）
２ ルーフレール（鋼製板材）
１１ 溶接点
１２ モヒカン溝
１３ 離間部
１４ 電着塗膜
１５ 接着部
１６ シール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とが形成され、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜が形成されるとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部が形成されたことを特徴とする異種金属の接合体。
【請求項２】
上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合体。
【請求項３】
上記軽合金製板材からなる車両のルーフパネルと、上記鋼製板材からなるルーフレールとが、上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝の設置部で溶接されるとともに、該モヒカン溝の設置部に上記離間部およびシール部が配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属の接合体。
【請求項４】
軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属接合体の製造方法であって、それぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材および鋼製板材を重ね合わせた状態で、その一方の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて複数個所で溶接する溶接工程と、該溶接工程で溶接点の周縁部に形成された両板材の離間部に電着塗装液を進入させて相対向する壁面に電着塗膜を形成する電着塗装工程と、上記両板材の少なくとも一方の端部と、該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布してシール部を形成するシール工程とを備えたことを特徴とする異種金属接合体の製造方法。
【請求項５】
上記電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部の相対向する壁面を接着する接着工程を設けたことを特徴とする請求項４記載の異種金属接合体の製造方法。
【請求項１】
軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属の接合体であって、上記軽合金製板材および鋼製板材がそれぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有し、該両板材の端部近傍には、その端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いてスポット溶接された複数個所の溶接点と、該溶接点の周縁部において上記両板材が互いに離間した離間部とが形成され、該離間部の相対向する壁面に電着塗膜が形成されるとともに、該電着塗膜が形成された上記両板材の少なくとも一方の端部と該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラが塗布されたシール部が形成されたことを特徴とする異種金属の接合体。
【請求項２】
上記離間部の相対向する壁面が接着剤で互いに接合された接着部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合体。
【請求項３】
上記軽合金製板材からなる車両のルーフパネルと、上記鋼製板材からなるルーフレールとが、上記ルーフパネルの左右両側辺部に設けられたモヒカン溝の設置部で溶接されるとともに、該モヒカン溝の設置部に上記離間部およびシール部が配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属の接合体。
【請求項４】
軽合金製板材と鋼製板材とが接合されることにより形成される異種金属接合体の製造方法であって、それぞれ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の板厚を有する軽合金製板材および鋼製板材を重ね合わせた状態で、その一方の端面に沿って１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の間隔を置いて複数個所で溶接する溶接工程と、該溶接工程で溶接点の周縁部に形成された両板材の離間部に電着塗装液を進入させて相対向する壁面に電着塗膜を形成する電着塗装工程と、上記両板材の少なくとも一方の端部と、該端部に対向する他方の板材との間に跨るようにシーラを塗布してシール部を形成するシール工程とを備えたことを特徴とする異種金属接合体の製造方法。
【請求項５】
上記電着塗装工程とシーラ塗布工程との間に、上記離間部の相対向する壁面を接着する接着工程を設けたことを特徴とする請求項４記載の異種金属接合体の製造方法。
【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２０１２−６５２（Ｐ２０１２−６５２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８８３３（Ｐ２０１０−１３８８３３）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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